冷庫節(jié)能運行評價研究

趙 舉 許敬能 孫 斌

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院

0 引言

2019年中國生鮮電商的市場規(guī)模達到1 620億元，并保持持續(xù)增長的勢頭[1]。在冷鏈需求不斷增長的趨勢下，冷庫作為冷鏈物流運營的重要基礎設施之一，其需求也不斷增長。2019年上半年全國冷庫需求超過140萬m2，冷庫需求主要集中在北京、上海、廣東、福建、天津、浙江、江蘇、山東、河南等地，多為一線城市、沿海省市和農(nóng)產(chǎn)品、食品大省[1]。

冷庫屬于耗能大戶，已占我國耗電量的1/7左右[2]。由于冷庫屬于高耗能建筑，且我國冷鏈基礎薄弱[3]，使能耗損失非常嚴重，因此，冷庫的節(jié)能運行考核勢在必行。

1 國內(nèi)冷庫發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國冷鏈物流裝備相對發(fā)達國家而言還顯落后，冷鏈物流基礎設施規(guī)模不足[4]，冷庫制冷工藝在硬件選型、安裝技術[5]、制冷系統(tǒng)的配置、設計與運行等方面有待完善，許多冷庫在實際運行時的工況始終偏離優(yōu)化設計，如載冷劑系統(tǒng)增加傳熱溫差、機房采用集中供冷、桶泵機組供液導致循環(huán)泵功耗大、冷庫保溫隔熱或密封差導致冷量損耗大、庫房內(nèi)蒸發(fā)器霜層厚或積灰嚴重導致傳熱效果差、換熱器存在較多的空氣或潤滑油導致?lián)Q熱效率降低、冷庫節(jié)流閥調(diào)節(jié)不當或堵塞導致制冷劑流量過大或過小、冷庫非理性運行，以及盲目利用峰谷電價差導致庫房溫度偏離食品冷鏈運行要求等。上述問題使冷庫運行費用高，基本是歐美國家能耗指標的兩倍左右。以上海市為例，2013年到2016年，凍結(jié)物冷庫的能耗依次為0．34 kWh/td、0．35 kWh/td、0．40 kWh/td、0．34 kWh/td，冷卻物冷庫則依次為0．40 kWh/td、0．61 kWh/td、0．55 kWh/td、0．57 kWh/td。

冷庫的能耗問題國家和行業(yè)已關注許久，2019年國家發(fā)改委出臺了《綠色高效制冷行動方案》，要求提高制冷產(chǎn)品能效標準，強制淘汰低制冷產(chǎn)品[6]。

2 冷庫節(jié)能評價指標

我國冷庫多采用蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)來使庫房降溫至所需溫度，同時，采用熱導率小的隔熱材料構(gòu)成冷庫的圍護結(jié)構(gòu)來保持冷庫內(nèi)溫度。因此，冷庫耗能最多的是制冷系統(tǒng)，影響冷庫能耗的主要是制冷系統(tǒng)的性能及庫房的保溫性能。

為此，冷庫制冷系統(tǒng)的冷凝器應考慮換熱效率高、維護方便、設備初投資低等因素[7]。冷間空氣溫度與冷卻設備中制冷劑蒸發(fā)溫度的溫度差計算應根據(jù)要求提高制冷機效率，節(jié)省能源[8]；冷庫隔熱對維持庫內(nèi)溫度的穩(wěn)定、降低冷庫熱負荷、節(jié)約能耗有著重要的作用。另外，庫房內(nèi)存儲物質(zhì)即使有所不同，但冷庫的經(jīng)濟運行不以庫內(nèi)儲存物品的改變而轉(zhuǎn)移的，應在不影響冷庫正常運行的前提下，以一定周期內(nèi)冷庫的現(xiàn)場運行狀況進行考核。現(xiàn)場冷庫的考核應具有很強的可操作性，考慮到冷庫的實際情況，本著抓冷庫能耗主要矛盾的前提下，本文探討從基本傳熱學角度考核冷庫制冷系統(tǒng)性能，并考核庫房保溫性能。因此，采用冷凝器側(cè)傳熱溫差、蒸發(fā)器側(cè)傳熱溫差、單位面積圍護熱流量方面共同作為可靠冷庫節(jié)能運行的指標。

節(jié)能評價指標為制冷系統(tǒng)的整體評價，制冷劑在管道中的熱損失也應一并考慮。冷凝器側(cè)傳熱溫差定義為冷凝器側(cè)環(huán)境溫度與壓縮機排氣口壓力對應的冷凝溫度的溫差，蒸發(fā)器側(cè)傳熱溫差定義為冷間溫度與壓縮機吸氣壓力對應的蒸發(fā)溫度的溫差，單位面積圍護熱流量定義為庫體外部圍護結(jié)構(gòu)的面積熱流量。這三個參數(shù)中，冷凝器和蒸發(fā)器傳熱溫差代表制冷系統(tǒng)的性能，單位面積熱流量代表庫房的保溫性能。

3 冷庫評估研究

確定了評估參數(shù)后，隨機抽取了A、B兩個冷庫用于現(xiàn)場評價及診斷，兩個冷庫的設計參數(shù)如表1冷庫參數(shù)所示。

表1 冷庫參數(shù)

現(xiàn)場評估采用調(diào)研走訪、試驗測試的方式進行。采用紅外熱像儀測量庫房保溫層，現(xiàn)場及紅外熱成像均未見明顯異常冷橋，部分圖如圖1墻頂交接處紅外線熱像圖、圖2凸出立柱紅外線熱像圖所示。

然后，對兩個冷庫分別進行了庫房保溫性能和制冷系統(tǒng)性能的測試，部分測試結(jié)果如表2庫體保溫性能評估表、表3制冷系統(tǒng)性能評估表所示。

圖1 墻頂交接處紅外線熱像圖

圖2 凸出立柱紅外線熱像圖

表2 庫體保溫性能評估表

表3 制冷系統(tǒng)性能評估表

從表2可得出，當前測試冷庫A、B的熱流量及傳熱系數(shù)可滿足GB/T 50072-2010冷庫設計規(guī)范與JB/T 9061-2018組合冷庫的要求。因此，從圍護結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，兩個庫房的保溫性能滿足節(jié)能運行的需求。

從表3可看出，相對于設計參數(shù)，A、B庫的冷凝壓力均偏高，不排除制冷系統(tǒng)存在空氣的可能性。

A庫冷凝器側(cè)傳熱溫差遠高于行業(yè)推薦值，無法滿足節(jié)能運行的要求，結(jié)合現(xiàn)場情況，冷凝器側(cè)傳熱溫差過大可能的原因有：冷凝器側(cè)清潔維護欠妥，無法滿足設備理想換熱條件；冷凝器側(cè)循環(huán)水流分布不均，導致局部換熱不足，進而導致?lián)Q熱器溫差過大、制冷系統(tǒng)油分離器效率過低，當然，從設計角度考慮，也可能存在其他問題，如設備配置、蒸發(fā)式冷凝器設備老化或設備本身換熱量偏小的可能。

A庫的庫房設計溫度為-16～-18℃，實測蒸發(fā)溫度為-30．5℃，蒸發(fā)溫度偏低，蒸發(fā)器側(cè)傳熱溫差略高于行業(yè)推薦值，可能的原因有：空氣冷卻器表面霜層略厚，有必要及時對換熱器進行清理維護。

B庫的冷凝器側(cè)傳熱溫差略高，現(xiàn)場風冷式壓縮冷凝機組的安裝環(huán)境疑似通風欠暢通。庫房設計溫度為0～7℃，蒸發(fā)溫度過低。蒸發(fā)器側(cè)傳熱溫差很大，可能的原因有：過濾器或膨脹閥濾網(wǎng)異常且不排除制冷劑不足的可能性。

綜上所述，A、B兩庫的庫房圍護結(jié)構(gòu)能滿足節(jié)能運行的要求，但制冷系統(tǒng)的運行尚有欠缺，應積極排查不利因素，進行維護保養(yǎng)，如積極清除蒸發(fā)器霜層，清除冷凝器側(cè)影響換熱的因素等，使其工作在節(jié)能區(qū)間。

4 結(jié)語

針對當前迅猛發(fā)展的冷鏈行業(yè)，本文對冷鏈中重要的組成部分冷庫進行了介紹，從基本傳熱學角度出發(fā)，提出了采用冷凝器側(cè)傳熱溫差、蒸發(fā)器側(cè)傳熱溫差和圍護結(jié)構(gòu)熱流量三個維度共同考核冷庫的節(jié)能運行，并進行了試驗評估，提出了解決方案。該節(jié)能評價方案具有較強的可操作性，對冷庫的節(jié)能運行考核具有參考意義。