果蔬冷庫節能技術

趙雯涵

（山東建筑大學，山東 濟南 250101）

果蔬貯藏保鮮技術有冷藏貯藏法、氣調貯藏法、輻照貯藏法和涂膜貯藏法，其中冷藏貯藏法是目前國際上最有效的果蔬保鮮方法[1-2]。冷藏貯藏法即低溫貯藏法，是依靠低溫的作用抑制微生物的繁殖、減弱果蔬的氧化和呼吸等機理實現果蔬保鮮。果蔬的低溫貯藏主要依靠冷庫[3-4]，冷庫是指采用人工制冷降溫并具有保冷功能的倉儲建筑群，包括制冷機房、變配電間等[5]。2018 年，我國冷庫總面積約700 萬m2[6]。由于我國冷庫數量多、總冷藏和冷凍面積大，冷庫總的能耗需求也大。國務院印發的《“十三五”節能減排綜合工作方案》提出全面提升用能設備能效水平，推動制冷系統節能改造，強化風機、水泵、壓縮機等重點用能設備節能管理。目前，我國果蔬冷庫低溫貯藏面積已達到2.5 萬多m2[7]，果蔬冷庫的制冷系統選擇、冷庫系統設計和運行管理等方面都具有節能改進潛力，果蔬冷庫節能減排是值得關注的研究領域。

1 制冷系統選擇

1.1 壓縮級數選擇

果蔬冷庫主要貯存水果和蔬菜，其貯藏周期和質量與果蔬冷庫的環境因素（如溫度、濕度、空氣潔凈度等） 密切相關。果蔬冷庫冷間的設計溫度和相對濕度應根據果蔬的冷藏工藝要求確定，冷庫設計規范[5]規定也可按表1 選用。

冷間的設計溫度和相對濕度見表1。

表1 冷間的設計溫度和相對濕度

由表1 可知，多數果蔬冷庫制冷系統的蒸發溫度不低于-11 ℃，根據制冷壓縮機本身的特點，選用單級壓縮制冷系統。

1.2 制冷劑選擇

果蔬冷庫常用的制冷劑有氨和氟利昂。氨是應用最早而且目前仍為廣泛使用的天然制冷物質。氨的單位容積制冷量較大，所以相同溫度和制冷量時，與氟利昂壓縮機相比較，氨壓縮機的尺寸較小，并且氨的價格也比較便宜，在大中型冷庫中價格優勢顯著。氟利昂無色、無味、不易燃易爆，化學性能穩定。氟利昂能不同程度地溶解潤滑油，不易在系統中形成油膜熱阻，對系統換熱設備的傳熱影響很小[8]。

目前，大中型果蔬冷庫的制冷系統以氨系統居多，微型果蔬冷庫的制冷系統以氟利昂系統為主。劉恒穗等人[8]從設備投資、安裝和運行費用、保鮮效果、維護和保養、環保和潛在危害等方面對氨系統和氟利昂系統進行了比較，這兩類制冷系統各有優勢；與氨制冷系統相比較，氟利昂制冷系統具有設備較少、系統相對簡單、自動化程度高、運行管理費用低等優點。隨著氟利昂制冷系統設備造價的降低和氟利昂壓縮機的技術進步，大型的機頭和并聯機組實際生產中的廣泛應用，采用氟利昂單級壓縮制冷系統的大中型果蔬冷庫日漸增加[8]，采用環保型氟利昂制冷劑可以滿足人們對環境保護的需求。

2 設計中的節能技術

果蔬冷庫是存放水果蔬菜的“冷”倉庫，除了具備倉庫的基本功能外，還需要有低溫環境并持續保持。在果蔬冷庫系統設計中，“保冷”和“制冷”是2 個重要節能環節。

2.1 圍護結構的設計

在果蔬冷庫制冷系統正常運行的情況下，通過圍護結構滲入到冷庫內的熱負荷占整體負荷的比例較高，選擇合適的隔熱材料可以有效減少外界熱量進入冷庫，實現“保冷”節能目標。

冷庫設計規范規定[5]，冷庫庫房的隔熱材料應符合熱導率小、易于施工、對食品未有污染、難燃或不燃材料、不易變質等條件。冷庫圍護結構隔熱材料層的厚度增加，冷庫建設的初投資就會增加，需要在冷庫設計時，根據冷庫的庫溫、使用年限等因素綜合確定最佳隔熱材料層厚度，做到設計和運行相匹配。張金花等人[9]對北京市50 余家冷庫的調研結果表明，庫溫在-14 ℃以下的低溫庫，圍護結構隔熱材料為硬質聚氨酯泡沫塑料；庫溫在+2～+10 ℃的高溫庫，圍護結構隔熱材料為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料和硬質聚氨酯泡沫塑料。王書元等人[10]對采用聚苯乙烯泡沫塑料和硬質聚氨酯泡沫塑料作為隔熱材料的冷庫進行分析比較，指出使用聚氨酯隔熱材料使得冷庫的建造成本高于使用聚苯乙烯隔熱材料，但是運行能耗至少降低15%。杜子崢等人[11]建議使用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料作為冷庫隔熱材料，其吸水率低，熱導率受溫濕度影響不明顯。目前，氣凝膠隔熱材料由于其保溫性、阻燃性、隔濕性能均優于現有的冷庫用隔熱材料，隨著氣凝膠隔熱材料成本的降低和產業化發展，其在冷庫行業的應用值得關注和深入研究。

2.2 合理計算貨物熱

在冷庫設計過程中，以壓縮機為主要設備的制冷系統是“制冷”的關鍵環節，需要根據冷庫機械負荷和冷卻設備負荷進行制冷壓縮機、冷凝器、節流閥、冷風機等設備選型。冷庫設計規范[5]規定，冷庫設計蒸發溫度下的機械負荷和冷間冷卻設備負荷均與Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 有關，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 分別為圍護結構熱流量、貨物熱流量、通風換氣熱流量、電動機運轉熱流量、操作熱流量。對于果蔬冷庫，貨物熱流量Q2 通常占到高峰熱負荷的50%～60%[12]，進貨時限的長短是影響貨物熱流量的重要因素。按照設計慣例，進貨時限為15 d。但是，果蔬的種類不同、經營方式和進貨習慣等方面的差異均使實際的進貨時限有很大的差別。文獻[12]以中型蘋果保鮮庫為例，按進貨時限15 d 和25 d 分別進行了冷庫熱負荷設計計算，結果表明冷庫熱負荷差異量為24.8%，制冷系統的初投資差別約為20%。在果蔬冷庫設計時，需要因地制宜，詳細了解果蔬種類、進貨時限、進貨均勻度、氣候條件等設計因素，合理計算貨物熱量，對于減少冷庫制冷系統初投資、降低運轉費用、節能降耗等具有重要意義。

3 管理中的節能技術

3.1 管理節能

提高果蔬冷庫運行管理水平，可以降低冷庫企業的運營成本。冷庫管理規范[13]從基本要求、冷庫運行管理、食品貯存管理、冷庫安全設施管理和冷庫建筑維護等方面提出對冷庫制冷、電氣、給排水系統，庫房建筑及相應的設備設施運行管理、維護保養要求和食品貯存管理要求。

冷庫節能運行技術規范[14]是國家商務部提出的國內貿易行業標準，該規范針對冷庫能源管理系統、冷庫建筑的節能要求、制冷系統和制冷設備運行中的節能操作調節、制冷系統與設備維護的節能操作等方面提出了更加具體的要求，為果蔬冷庫管理者提供技術支撐。

此外，一些地方標準，如食品冷庫經濟運行管理標準[15]、冷庫系統節能監測[16]，以及信息化冷庫運行管理，也有利于進一步促進果蔬冷庫節能體系的建設[3]。

3.2 削峰填谷

在我國工業用電高峰時期和低谷時期電價存在很大差異，冷庫充分利用谷電運行時間，合理減少峰電運行時長，既可以顯著降低冷庫的運行成本，也可以有效緩解電網系統供電壓力，保障用電安全，實現節能降耗。需要注意的是，冷庫建設的主要目標是保持果蔬產品的色、香、味等方面的質量和品質，冷庫運行應考慮不同種類果蔬對溫度波動的敏感程度，科學實行削峰填谷，將果蔬質量放在首位。另外，可以根據各地市電力政策現狀參與電力需求響應，電力需求響應是指電力市場價格明顯升高（降低） 或系統安全可靠性存在風險時，電力用戶根據價格信號或激勵措施，暫時改變其固有的習慣用電模式，減少（增加） 用電，從而促進電力供需平衡、保障系統穩定運行的行為。各地市政策有差異，參與電力需求響應的經濟補償也不完全相同，通常每響應1 kW 負荷的補償費用為30～60 元。

4 結語

我國是果蔬生產和消費大國，果蔬冷庫的需求量也日益增加。對于分散的小型果蔬冷庫建議選用氟利昂單級壓縮制冷系統，隨著氟利昂制冷系統設備造價的降低和氟利昂壓縮機的技術進步，采用氟利昂單級壓縮制冷系統的大中型果蔬冷庫逐漸增多。在果蔬冷庫設計方面，加強實地調研，合理選擇隔熱材料和計算貨物熱量，對于減少冷庫制冷系統初投資、降低運轉費用、節能降耗具有重要意義。同時，建議果蔬冷庫企業按照國家規范要求，提高其運行管理水平，可以顯著降低企業的運營成本，實現節能降耗。