淺談冷庫的節能設計和運行管理

杜世春 太古冷鏈物流（上海）有限公司

淺談冷庫的節能設計和運行管理

杜世春 太古冷鏈物流（上海）有限公司

2015年我國冷鏈物流總額約為3.5萬億，且以每年22%的速度增長，冷凍冷藏的巨大市場需求，迫切需要冷庫等冷鏈產業的大幅度擴容。冷庫能耗一般占整個冷鏈物流企業能耗的70%以上，能源費用占企業運營成本的30%以上，因此冷庫的節能引起制冷和食品行業越來越廣泛的重視。

冷庫；節能；設計；運行

隨著人民生活水平的不斷提高，冷庫作為經營儲存生鮮、蔬菜、水果等食品不可缺少的一項措施，在日常生活中扮演著越來越重要的角色。

我國的人均冷庫容量為0.1 m3，即便是全國最高的天津，人均庫容也只有0.25 m3，低于美國0.36 m3和日本0.33 m3人均庫容，說明我國的冷庫建設還有巨大的空間。據中物聯冷鏈委統計，2014年全國冷庫總量達到3320萬t，折合8300萬m3，與2013年比增長36.9%。根據中商產業研究院預測，“十三五”期間中國冷鏈物流需求有望呈年均15%～20%穩健增長趨勢，見圖1。由于冷庫屬于耗能大戶，其冷庫需求量的增大必然帶來能源消耗日益增加，冷庫的節能降耗問題越來越引起關注。

1　冷庫的發展趨勢

（1）從中小型到規模化

我國農產品需求不斷增長，食品生產加工儲藏不斷深化，相應的冷凍冷藏市場也水漲船高，如上海、江浙、湖北、河南等地，冷庫市場的需求量逐年增加，規模也在不斷擴大。隨著國家“一帶一路”戰略的實施，重要的運輸港口的冷庫需求量也將呈現出較快增長趨勢，未來大型區域性低溫物流冷庫將成為主流，逐步替代那些規模小、能耗高、管理差、效率低的小型冷庫。

圖1　2015～2020年中國冷庫存儲能力預測

（2）從單一化到多元化

冷庫由傳統的冷凍和冷藏功能逐漸發展為多功能的儲存、物流庫，尤其是氣調保鮮庫的應用越來越廣泛。氣調保鮮庫是目前國內外較為先進的果蔬保鮮冷庫，它既能調節庫內的溫度、濕度，又能控制庫內的O2、CO2等氣體的含量，使庫內果蔬處于休眠狀態，出庫后仍保持原有品質。

（3）從傳統型到智能型

隨著信息自動化技術的發展，冷庫的自動化水平已由簡單的制冷系統自動化控制逐步向全智能的多方位自動化立體冷庫發展。目前國內最先進的全智能控制型冷庫，庫房凈高度一般為18～30 m，貨物的倉儲系統采用智能控制掃碼、分揀、人庫、出庫等，進行全信息化管理，可實現遠程監控，制冷系統以庫溫為控制點全自動運行，如煙臺萬華MDI立庫、成都伊利立庫等。

（4）從普通型到節能環保型

目前國內在用的大中型冷庫中80%是使用氨作為制冷劑的，其余20%采用了氯氟烴，多數冷庫能耗水平較高，不符合國家節能減排的發展目標。未來冷庫的建設會更加注重節能化設計，采用節能型的制冷設備，在冷庫運行中實行節能化管理，應用以CO2為代表的環保制冷劑［1］，以實現經濟效益和社會效益的同步發展。

2　冷庫的能耗現狀

冷庫能耗一般占整個冷鏈物流企業能耗的70%以上，能源成本占企業運營成本的30%，冷庫的節能不僅能減少能源消耗，增加社會效益，還可以降低運行成本，因此冷庫的節能越來越受到企業的重視。

表1　國內外冷庫能耗對比kWh/d

冷藏企業耗電考核標準規定：凍結物冷藏單位產品耗電量為0.3 kWh/t，冷卻物冷藏單位產品耗電量為0.9 kWh/t，冷凍加工單位產品耗電量為120 kWh/t。但實際運行過程中有的企業凍結物冷藏單位產品耗電量甚至能多達1.4 kWh/t，少的也達到0.2 kWh/t，冷卻物冷藏單位產品耗電量多達1.0 kWh/t，少的也達到0.3 kWh/t，冷凍加工單位產品耗電量多達180 kWh/t，少的也達到70 kWh/t，能源浪費嚴重［2］。以上海為例，2015年上半年度上海市冷庫利用率為：64.41%，凍結物耗電為：0.39kWh/ t，冷卻物耗電為：0.62 kWh/t。

圖2　國內冷庫耗電情況

3　冷庫常用的節能措施

冷庫的能源消耗以電力為主，用電系統有制冷系統、照明、叉車、消防、辦公等。圖3為某一通用型倉儲冷庫的用電狀況，制冷系統和照明系統在整個冷庫耗電中占決定性因素，因此對冷庫而言，節能主要從節能設計與節能管理兩個方面考慮，其中制冷系統和照明系統為重中之重。

（1）節能設計

① 最佳圍護結構厚度。圍護結構、隔熱層的傳熱量占冷庫總熱負荷的20%～35%，所以增加圍護結構保溫層厚度，可以達到節能的目的，但會增加初投資，這就要求在冷庫建設時根據冷庫使用年限確定最佳經濟厚度，做到設計和日后的運行相匹配。

② 高能效的制冷系統。在制冷系統設備選擇中首先考慮系統COP，而不是單獨設備COP最大化。如針對系統設計的單機雙級的高性能制冷系統；合理匹配壓縮機、冷風機等設備，防止“大馬拉小車”；保證滿足制冷負荷的前提下，盡可能減少開機臺數，提高壓縮機運行效率；對風機和壓縮機進行變頻控制［3］，進而改變系統的制冷量，實現多能級優化組合，使之與冷庫熱負荷相匹配，保證系統工作在最高效率工況。

③ 智能高效照明。在冷庫中照明不僅浪費大量電能，而且會增加冷庫的熱負荷，冷藏間照明發熱量一般為1.8～2.3W/m2，加工間、包裝間等照明發熱量一般為5.8W/m2。傳統的照明功率大，同時散熱量也大，使用LED照明不僅可以降低設備輸入功率，還可降低冷庫的熱負荷。采用LED并配備移動傳感器，根據庫內是否有物體移動來決定燈具的暗與亮，可使庫內照明節省耗電50%以上。

④ 余熱回收利用。充分利用制冷系統排出的熱量，用于地坪加熱或熱氨融霜，從而減少需熱設備的用電量。某大型冷庫的地坪加熱量20W/m計算，按照加熱管道13 km計算，預計每年可節省用電接近整個冷庫用電量的20%。

⑤ 可再生能源使用。設計中應積極考慮利用再生能源，如太陽能、地熱能等，可再生能源的使用不僅減少能源消耗，也減少對環境的影響。根據不同的地理環境選擇適合的設備，如在北方，為了避免冬季時空調的使用效率低以及節省蒸汽管網的初裝費，選用地源熱泵，減少設備初投資，同時也節省了運行成本。

（2）節能管理

① 提高庫房利用率。冷庫節約用電最直接有效的方法就是提高冷庫的利用率，由于冷庫存放的貨物較少，制冷系統就存在“大馬拉小車”現象，造成電能的浪費，因此，在淡季時可將幾個冷庫內的貨物按貯藏溫度及時并庫，以減少電耗。對于大型冷庫，在庫容率低于40%時，冷庫的單位產品耗電量將增加30%左右。

② 采用自動快速門。冷庫門是貨物進出冷庫的通道，冷庫門的頻繁開啟，會導致大量熱空氣進入冷庫，引起很大的冷量散失，造成蒸發器的霜層增厚，增加除霜次數，導致庫溫波動，影響食品質量。選擇自動快速門，盡量減少開啟門次數和時間，可以避免人為操作導致的不必要的熱量進入冷庫增加冷庫負荷［4］。

③ 調整壓縮機運行時間。在不影響食品冷藏質量的前提下，盡量減少白天尤其是中午制冷壓縮機的運行時間，增加夜間制冷壓縮機的運行時間，這樣不僅可以利用電費的峰谷差降低電費，而且夜間冷凝溫度較低，可降低壓縮機電耗。如當蒸發溫度為-10℃時，冷凝溫度每下降1℃，壓縮機單位制冷量耗電可減少2.5%～3.2%。

④ 做好制冷系統的維護。蒸發器表面結霜后，將增加管路熱阻，降低系統的制冷效果，增加冷庫能耗，因此要定期對蒸發器除霜；設置自動空氣分離器，及時排除系統中不凝性氣體，保證系統的高能效運行。當系統內空氣壓力達到0.2 MPa時，制冷量下降8%，耗電量將增加18%。定期對系統進行放油操作，冷凝器表面附著0.1 mm油膜時，氨制冷壓縮機制冷量下降16%，用電量增加12.4%；而蒸發器內油膜達到0.1 mm時，蒸發溫度將下降2.5℃，耗電將上升11%［5］。

圖3　某冷庫用電情況一覽表

4　結語

今后冷庫的發展趨勢就是安全、節能、精準的環保型綠色冷庫。對新建冷庫而言，從源頭采用節能設計，對既有冷庫而言通過節能改造和節能管理，提高設備利用率和使用壽命，對節約能源、降低生產成本具有重要的經濟效益與環境意義。

［1］張建一，徐穎.國內外大中型冷庫制冷劑的現狀和發展動向［J］. 制冷學報，2009，（8）.

［2］張永桂，潘春園，張文虎，等. 冷庫制冷系統的節能分析［J］.流體機械，2008，36（7）.

［3］劉訓海，姜敬德，張朝輝. 低溫冷庫冷風機的變頻節能研究［J］.制冷學報， 2008，（1）.

［4］潘東靜.農產品冷鏈物流的冷庫節能降耗問題研究［J］.邊疆經濟與文化，2014，（11）.

［5］李 寧，王 賀，吳治娟，等. 冷庫節能途徑探討［J］.制冷技術，2008，（2）.

Study on Cold Storage Energy Saving Design and Operation Management

Du Shichun Swire Cold Chain Logistics （Shanghai） Co.，Ltd

Domestic cold chain logistics industry is about 3500 billion RMB in 2015， whose annual rate is 22% growth. Chilled and refrigerated industry has huge market demand， which has urgent needs of cold storage and cold chain industry large expansion. Cold storage energy consumption is above 70% of whole cold chain logistics. Energy cost is above 30% enterprise operation cost， which gains more attention from refrigeration and food industry about energy saving.

Cold Storage， Energy Saving， Design， Operation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.08.006