初探冷庫制冷裝置的余熱利用

李冰冰

摘 要：冷庫數量增長必將導致冷庫總的能耗需求提高，國務院印發的《節能減排“十二五”規劃》給未來中國節能事業提出了新要求，規劃將冷庫應用中的電機、冷卻塔、余熱余壓利用等系統列入節能改造重點工程。冷庫是一個龐大復雜的系統，冷庫設計、制冷系統運行及管理等方面都擁有節能改進的潛力，在能源日趨緊張的今天，冷庫節能是一個值得關注的研究領域。

關鍵詞：冷庫制冷裝置；余熱利用

1 冷庫節能降耗研究的現狀

長期以來，不少研究和工程實踐人員從冷庫的設計、施工、運行管理、維修保養各個環節著手，探討了實現節能降耗的有效措施。進行冷庫設計時，盡量選用新工藝、新設備和新技術。如，減少冷庫圍護結構單位熱流量指標；凍結間配用雙速或變速風機合理選擇制冷壓縮機的型式；在雙級系統中，蒸發器的供液選用二次節流流程，將高壓級與高溫庫回路合并；優先選用蒸發式冷凝器；采用蓄冷技術，實現“移峰填谷”；采用變頻技術，對制冷壓縮機、循環水泵和冷風機實行變頻控制。在冷庫施工時，應最大限度地杜絕“冷橋”，冷庫投入運行前，嚴格按規定標準進行排污和試壓。

運行管理中，合理開機，降低制冷壓縮機的電耗；定期清除冷凝器管壁上的水垢，防止不凝性氣體進入系統，避免冷凝溫度升高；合理調節蒸發溫度，及時對蒸發器進行除霜；制冷壓縮機、冷風機運行中采用能量調節；盡量采用機械化操作；合理堆裝貨物，以利降溫。此外，應執行大、中、小維修制度，加強設備的維護保養，保證設備的效率。以上措施的實行，對冷庫的節能降耗起著十分重要的作用。從開源節流的角度看，如能實現冷庫制冷系統余熱的回收利用，則可以節約燃料費用，降低生產勞動費用。

2 冷凝排熱的有用分析

依據熱力學的理論，能量不僅有量的區別，還有質的差別。內能和熱能包含有用和無用兩部分，而環境內能僅包含無用。從技術和經濟觀點看，任何形式的能量中，有用的比例越高，其價值越高。與環境溫度相比，系統的溫度越高，其中的有用的比例就越高，可供利用的部分就越多，能量的品位就越高。相反，系統的溫度越接近環境溫度，其中有用的比例就越少，能量的品位也就越低。

由于余熱品位的差異，高溫余熱的回收利用受到更多的重視與研究。而冷庫制冷系統中，冷凝溫度一般在35℃～45℃之間，略高于環境溫度，冷凝熱中有用的比例不高，屬低品位能量，因而對其回收利用不夠重視，研究不足。

一般，冷藏間的單位制冷負荷隨著冷庫公稱噸位的增加而減少，隨著貯藏溫度的降低而增加，凍結間的單位制冷負荷遠遠高于冷藏間的。以下計算按凍結間每年運轉60天、冷藏按每年運轉360天進行。冷凝器負荷（即冷凝器的排熱）是設備負荷與機械負荷之和。對于公稱噸位500t的冷庫，冷凝器由于冷藏的排熱量為0，110kw/t，由于凍結的排熱量為13.38kW/t。根據中國水產學會漁業制冷年會的報道，我國水產冷庫的冷藏噸位2002年為200萬t，2005年為256.6萬t，到2008年將達到300萬t。按冷凝溫度為40℃、以2005年的數據進行估算可知，水產冷庫每年通過冷凝器排放的余熱中有用的數量相當于5.5×107kWh的電能。按每生產1kWh的電需消耗0.36kg標煤計，相當于每年浪費掉2萬t的標煤。

如能對這部分仍然具有做功能力的熱量加以回收利用，不僅能節約能源，而且能減少對環境的熱污染。

3 冷凝排熱的可利用渠道

3.1 余熱回收原理圖

冷庫中進行凍結或低溫貯藏一般采用雙級壓縮制冷循環，高壓級壓縮機（缸）的排氣溫度100℃左右。在壓縮機的排氣總管上設置排熱回收熱交換器，以回收余熱。冷庫制冷壓縮機的排氣先進入排熱回收交換器，由100℃被冷卻至60℃左右后，再進人冷凝器中被冷凝。溫水槽中溫度較低的回水經水泵3進入排熱回收熱交換器，溫度由30℃升至高于50℃后返回溫水槽。這樣可用水泵2向外提供40℃以上的溫水。

3.2 用于解凍裝置

加工凍結狀態的食品原料，均須解凍裝置。常用的解凍方法中，空氣解凍需要15℃～20℃的流動空氣，低溫流水解凍需要5～12℃的水，低溫鹽水解凍需要18℃～20℃的鹽水，接觸式解凍裝置則需要20℃～40℃的溫水。這些循環流動的解凍介質，需要有熱源維持其溫度不致過低。

3.2.1 流動空氣解凍庫

在圖1中，由水泵2送出的溫水可直接送往解凍庫的溫風機，溫水加熱庫內空氣，保證解凍空氣溫度在15℃～20℃，水溫降低后返回溫水槽。凍品解凍初期負荷最大，一般解凍進行4h～5h后降至平均負荷，解凍后期負荷越來越小。為了適應解凍庫內的負荷變化，在溫風機側設置電加熱器，作為輔助熱源解決解凍初期的高負荷，加熱器工作與否由庫溫控制；在溫水進入溫風機之前設置電動三通閥，解凍后期負荷降低，流經溫風機的水量隨之減少。

3.2.2 溫水解凍機

由水泵2直接向溫水解凍機提供40℃左右的溫水，水溫降低后返回溫水槽。根據需要，溫水槽內也可以是鹽水，以滿足低溫鹽水解凍的需要。但是如果用鹽水循環，則必須解決好腐蝕問題。設有解凍庫或解凍機的冷庫裝置，作為配送中心，可以為外界（如食品廠）提供優質凍品或解凍品。

3.3 用于地板低溫輻射采暖

地板輻射采暖是指利用建筑物內部的地面作為輻射面來進行采暖，地面除了以對流換熱方式加熱周圍的空氣以外，還與四周的圍護結構進行輻射換熱，其換熱量通常占總換熱量的50%以上。與傳統的對流采暖方式相比，低溫地板輻射采暖系統給人以腳暖頭涼的舒適感覺。另外，由于熱量是從地面以輻射方式向室內均勻散熱，室內溫度均勻，溫度梯度小。

采暖的熱源有發熱電纜和低溫熱水兩種，多采用后者作為熱源。為保證人體舒適感，地板輻射采暖系統的地面溫度以24℃～28℃為宜，在常用的管徑、管間距前提下，實際所需熱水溫度往往低于60℃。由水泵2送出的溫水，直接進入地板供暖系統的加熱管，在加熱管內散熱后返回溫水槽。

由于地面層及混凝土層的蓄熱量大，熱穩定性好，因此在間歇供暖的條件下，室內溫度變化緩慢。與散熱器對流采暖方式相比，熱效率高。熱量從地面以輻射方式向室內均勻散熱，室內溫度均勻，溫度梯度小，可避免污濁空氣對流和積塵面灰塵飛揚的現象，保持室內的清新環境。在達到相同的熱舒適度的條件下，采暖房間的空氣溫度可比傳統的對流采暖方式低2℃～3℃，可以減少熱負荷，節能約為20%～30%。冷庫回收余熱用于地板輻射采暖可以用于冷庫工作人員辦公室、休息室等，改善工作條件，而不用消耗其他熱源。

3.4 用于提供生產、生活用熱水

利用冷凝余熱預熱生活或生產用水，可以減少鍋爐燃料用量和加熱時間，節能、省時。利用余熱提供生產或生活用熱水時的流程見圖如圖5所示。冷卻水先進入冷凝器，水溫由20℃左右升至約25℃后，根據負荷的大小全部或部分進入排熱回收熱交換器（由三通電動閥控制），在排熱回收熱交換器中，與壓縮機排氣進行顯熱交換，溫度升至約50℃。50℃的熱水可直接作為生活用水使用（如為浴室提供熱水）；也可根據需要經加熱器升溫后為生產提供高溫水。

4 結語

隨著常規能源的日漸減少，人們節能和環保意識的日益加強，開源節流，各行業減少能耗是必然的趨勢。冷庫作為食品冷藏鏈的關鍵一環，其建設是得到加強的，節能降耗也擺在冷庫企業的面前。冷凝排熱回收裝置的開發利用，將是冷庫節能的一個有效途徑。

參考文獻：

[1] 龔海輝，謝晶，張青.冷庫結構與保溫材料現狀[J].物流科技，2010（2）：121～123.