基于降低干耗的果蔬保鮮庫風機選型方法

摘 要：在果蔬保鮮庫的建設與運行中，合理的冷風機選型對于保持產品質量和降低能耗具有關鍵意義。本文分析研究了影響冷風機選型的關鍵設計輸入參數和相關條件，并探討了輸出參數確定與技術要求校核的方法。本研究的目標是果蔬保鮮庫的冷風機選型提供可行實用的流程，以減少食品干耗，確保冷庫內物品保鮮效果。通過設計參數的梳理、條件確認和校核，確定了風機選型方法。結果表明，本選型方法能有效減少食品干耗并提升能效。

關鍵詞：冷庫；冷風機；設計；選型；校核

中圖分類號：TS201.4 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）06-0006-05

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.06.002

Fan Selection Method for Fruit and Vegetable Preservation Cold Storage Based on Reducing Drying Loss

MA Song1， HAN Siyuan2*， HU Xiaowei1， LIAO Liangjin1， LIU Shunchao1， WANG Da3， JIA Lianwen3

（1. CRRC Shijiazhuang Co， Ltd.， Shijiazhuang 051430， China; 2. Shijiazhuang University of Industry and Commerce， Shijiazhuang 050020， China; 3. Jinan Fruit Research Institute， All-China

Federation of Supply and Marketing Cooperatives， Jinan 250014， China）

Abstract： In the construction and operation of non-desiccant fruit and vegetable preservation storages， the rational selection of cooling fans is of key significance for maintaining product quality and reducing energy consumption. This paper analyzed and studied the key design input parameters and related conditions affecting the selection of cooling fans， and discussed methods for determining output parameters and verifying technical requirements. The objective of this study was to provide a feasible and practical process for the selection of cooling fans in non-desiccant fruit and vegetable preservation storages， in order to reduce food desiccation and ensure the freshness preservation effect within the cold storage. Through the collation of design parameters， confirmation of conditions， and verification， a fan selection method had been established. The results showed that this selection method could effectively reduce food desiccation and enhance energy efficiency.

Keywords： Cold storage; cooling fan; design; selection; verification

在全球人口增長和消費模式變化的背景下，果蔬保鮮市場正在迅速擴張。消費者對食品的新鮮度和營養價值有了更高的期待，這促進了高效保鮮技術的快速發展。肉類、果蔬和鮮花等在低溫保藏（包括冷藏和凍藏）過程中，其水分會不斷向環境空氣蒸發而逐漸減少，導致質量減少，這種現象就是水分蒸發，俗稱干耗[1-2]。干耗不僅影響食品的外觀和口感，還會導致營養價值流失，從而降低產品的市場競爭力，已成為提升保鮮質量的關鍵挑戰[3]。市場上的冷庫冷卻設備，如冷風機和排管冷庫，雖然各有優勢，但在滿足無干耗需求方面仍存在不足[4-5]。冷風機可能導致較大的干耗，而排管冷庫雖然干耗較小，卻伴隨著高成本和復雜的維護問題。因此，開發一種新型的風機選型方法，以實現保鮮效果與經濟效益之間的平衡，成為行業的迫切需求。

當前我國冷庫的冷卻設備主要有冷風機和排管兩種形式。采用冷風機作為蒸發器的冷庫被稱為冷風機冷庫，采用排管作為蒸發器的冷庫被稱為排管冷庫，排管冷庫和冷風機冷庫各有特點。冷風機冷庫在我國高溫冷庫領域的應用更為廣泛，并更多用于氟利昂制冷冷庫；而排管冷庫更常見于低溫冷庫，并更多應用于氨系統冷庫[6]。冷風機冷庫具有制冷快、冷量大，冷風機體積小，易安裝等特點，降溫時間比排管快，冷凝水可以集中處理，冷媒用量比排管小，前期投資較小。但冷風機冷庫對食品鮮花的干耗較排管冷庫要大，市場普遍反映由于冷風機冷庫內的空氣受風機驅動而流速較快，快速流動的空氣容易帶走貨品中的水分，貨品風干又會導致貨品的質量減少，給貨主造成經濟損失，并且對沒有良好包裝的蔬菜、水果等貨品的長期貯存影響更大[7]。排管冷庫一般選用鋁排管，鋁排管具有節能、占用空間少等特點。排管冷庫通過安裝在冷庫頂部或四周墻壁的排管散發冷量，在冷庫內形成自然的空氣對流，制冷比較均勻，對貨品造成的干耗也較少。但排管冷庫自然釋冷較冷風機效率低，且運輸安裝復雜，成本高，數據顯示在同等規模的排管冷庫和冷風機冷庫項目中，采用排管方案要比采用冷風機方案的設備建造成本高10%以上，并且在越大型項目中[8-9]，這兩套方案的設備采購成本差距有可能會越大；冷排管庫中的冷凝水問題不易處理，會造成食品等腐敗，且降低傳熱效率。

調研發現，現有無干耗實際應用和系統性解決方案方面仍存在不足，缺乏一個針對用戶無干耗需求而專門開發系統性的產品解決方案。本文通過研究影響果蔬干耗的原因和原理，開發出針對風機及風機工藝布局位置[10]，從對冷庫內氣流組織[11-12]的角度出發，研究出一套無干耗果蔬保鮮庫開展風機選型方法，并規范風機采購的技術流程，解決現有保鮮冷庫干耗大無法長期存儲的用戶痛點問題，對降低食品干耗、節約冷庫建設成本和提高經濟效益具有重要的意義。

1 冷庫風機選型研究

本研究采用了一種系統化的方法來優化冷風機的選型過程，以滿足無干耗果蔬保鮮庫的特殊需求。流程主要分為兩大部分：冷風機選型的關鍵設計輸入參數與條件、冷風機選型的關鍵設計輸出參數與輸出參數的技術要求校核。

1.1 冷風機選型的關鍵設計輸入參數與條件

1.1.1 傳統風機的選型方法

冷庫風機是冷庫制冷系統中的重要組成部分，其主要作用是強制空氣流動，使冷庫內的溫度均勻分布，提高制冷效果。在風機選型過程中，需要考慮多個因素，包括冷庫的尺寸、制冷量、空氣流量、噪音等。風機選型應考慮如下關鍵設計輸入參數與條件：

（1）確定冷庫尺寸、溫度均勻性要求，并計算冷庫制冷量

在選型前，首先需要了解冷庫的尺寸和制冷量。冷庫尺寸包括長、寬、高。制冷量是指冷庫所需制冷功率，以此分析設計風機數量、布置方式和射程參數[13]，這些參數是風機選型的基本依據。

（2）計算空氣流量

空氣流量是指風機在單位時間內輸送的空氣體積[14]。根據貨物的降溫時間、降溫要求空氣流量應滿足冷庫內空氣循環的需求，按公式（1）計算[15]。

Q/（m3·h-1）=V×Δt" " " " （1）

式中，Q為空氣流量，m3/h；V為冷庫體積，m3；Δt為空氣循環周期，h。

（3）確定風機類型和供冷介質（制冷劑/載冷劑）

根據空氣流量和冷庫尺寸，可以選擇合適的風機類型。常見的冷庫風機類型有軸流風機、離心風機和混流風機。軸流風機適用于小型冷庫，離心風機適用于大型冷庫，混流風機介于兩者之間[16]。供冷介質（制冷劑/載冷劑）為冷機盤管材質選擇和釋冷面積大小計算提供關鍵設計參數。

（4）根據貨物品類（除包裝外貨物）確定冷庫溫度等和翅片間距

冷庫溫度的選擇：通過SB T 10728—2012易腐食品冷藏鏈技術要求 果蔬類和SB T 10729—2012易腐食品冷藏鏈技術要求 果蔬類標準的梳理，貨物品類的溫濕度要求如表1所示。

翅片間距的選擇：翅片片間距越小，翅片越易結霜，不僅增大傳熱熱阻，還降低吸風口面積，致使風機制冷量減小、蒸發溫度低、換熱溫差加大，從而增大了貨品的干耗。翅片片距選擇，見表2[17]。

（5）比較風機性能參數

在選型過程中，需要比較型號的風機性能參數，包括風量、風壓、功率、噪音等。這些參數將直接影響風機的使用效果和能耗。

（6）考慮安裝和運行條件

在選型時，還需考慮風機的安裝和運行條件，如安裝位置、管道長度、彎頭數量等。這些因素會影響風機的實際運行效果。

（7）根據系統大小和能耗要求確定融霜方式

目前融霜方式較普遍的有電融霜和熱氟融霜兩種，其中電融霜適用于小型制冷系統，其系統簡單，化霜能耗大；熱氟融霜適用于較大的制冷系統，其系統復雜，化霜能耗低。

1.1.2 無干耗冷庫冷庫風機選型流程

無干耗冷庫風機選型流程除卻要考慮上面傳統風機選型的參數外，為降低貨品的干耗，無干耗冷庫風機選型還應考慮以下關鍵設計參數與條件。

根據冷藏貨品的溫濕度要求（參考表1），確定換熱溫差（冷庫環境溫度（風機回風溫度）-制冷劑蒸發溫度），因為換熱溫差越大，食品干耗速度越快，應盡可能地縮小換熱溫差，對溫差的選擇可參考以下數據[17]：

（1）冷卻間，Δt一般采用10～15 ℃；

（2）凍結物冷藏間和凍結間，Δt可采用7～10 ℃；

（3）冷卻物冷藏間相對濕度要求在90％時，Δt可在4.5～5.5 ℃范圍內選用；

（4）冷卻物冷藏間相對濕度要求在80％時，Δt可在5.5～6.5 ℃范圍內選用；

（5）查找規范，確定貨物品類對應的換熱溫差要求[17]，見表3。

1.2 冷風機選型的關鍵設計輸出參數與技術要求校核

輸出風機數量、射程、風量、風機布局方案和翅片參數，用于校核冷庫溫度均勻性、風量和風速要求。通過確認冷風機選型關鍵設計輸入參數與條件，可得到如下冷風機選型的關鍵設計輸出參數和技術要求，并采用如下方法校核設計輸出參數和技術要求。

（1）風量的校核方法

方法一：根據配風系數要求校核冷風機風量，具體校核公式見式（2）。

Qv/（m3·h-1）=β×Qq" " " " " " "（2）

式中，Qv為冷風機風量，m3/h；Qq為冷間設備負荷，W；β為配風系數，m3/（W·h）。凍結間β取0.9～1.1，冷卻間與冷藏間β取0.5～0.6，操作間β取0.4～0.6[18]。

方法二：根據冷庫貯存用途與風量的循環次數的關系校核冷風機風量，具體校核公式見公式（3）。

Qv/（m3·h-1）=V×N" " " " " " " （3）

式中，V為冷庫容積，m3；N為每小時的循環次數。

有些情況下，受到冷風機出風形成的二次送風（即從冷風機吹出的風，由于庫內貨物或者設備布置、冷間的形狀等原因，沒有回流到冷風機的回風口，而是由于風的動能產生繼續循環的空氣流動）所產生的流通效率的影響，實際循環次數N會更高。

（2）輸出風機質量、尺寸，用于繪制制冷工藝圖（設備布局圖）；

（3）輸出風量、換熱面積，用于校核風機制冷量，校核公式[19-20]如式（4）；

Q/W=n×K×A×Δt" " " " " " " " （4）

式中，n為風機數量；A為冷風機蒸發面積，m2；K為冷風機傳熱系數，W/m2。

（4）輸出風機管路系統的壓降，用于輔助管路系統的設計；

（5）輸出蒸發溫度（入水口溫度）和回風溫度，用于校核換熱溫差是否滿足設計輸入的技術要求；

（6）輸出電功率參數，用于輔助電控箱電容量設計；

（7）輸出翅片間距參數，用于校核翅片片距是否符合設計輸入條件的要求；

（8）輸出管路介質；

（9）輸出融霜方式；

（10）輸出安裝說明書。

2 果蔬冷庫風機選型案例

保鮮庫，長10 m、寬2.5 m、高4 m的冷庫為例庫內設計溫度為2 ℃，相對濕度為75%，本次測試的農產品為菠菜，需要保持貨品的新鮮度和避免過快的水分流失，冷庫體積100 m3。

根據上面無干耗冷庫風機選型流程，針對該保鮮庫的實際條件進行如下計算和校核。

2.1 冷風機選型的關鍵設計輸入參數的計算

2.1.1 確定制冷量

根據冷庫的體積、貨物特性和環境條件，計算出所需的制冷量約為15.98 kW。根據計算，空氣流量約為3 000 m3/h。

2.1.2 冷風機選型

根據庫溫、制冷量以及均勻性的需求，風機的使用效果和能耗，可以選擇離心風機。考慮到保鮮庫的溫度要求，選擇片距為4 mm或4.5 mm的冷風機，電融霜方式，換熱溫差（冷庫環境溫度（風機回風溫度）-制冷劑蒸發溫度）為5 ℃。在比較不同品牌、型號的風機性能參數后，選用某品牌的風機2臺，安裝在冷庫的長度方向，其風量為1 500 m3/h、風壓為300 Pa、功率為2.2 kW、噪音為65 dB（A）。

2.2 對冷風機選型廠家輸出參數的技術校核

2.2.1 對廠家給出的換熱管長度1 050 mm、管徑和翅片間距進行冷量校核

初步設計得到的換熱量為14.032 2 kW，略低于需求的15.98 kW。

2.2.2 校正

為了滿足制冷量需求，增加換熱管長度200 mm，從1 050 mm增加到1 250 mm。重新計算得到的總換熱量為15.984 7 kW，滿足設計需求。

2.3 保鮮庫庫內風機使用效果

安裝完成后，在實際運行中，該風機能夠滿足冷庫內空氣循環需求，制冷效果良好。同時，該風機的能耗較低，噪音控制在合理范圍內，溫度和濕度控制良好，貨物新鮮度得到保證。冷風機的能效比較高，運行成本較低，維護方便。定期進行冷風機和整個制冷系統的檢查和維護，確保長期穩定運行。

傳統風機冷庫和無干耗保鮮風機保鮮冷庫對比得出，傳統風機冷庫庫內環境溫度不均勻，溫差相差12 ℃左右，環境濕度為60%；無干耗風機冷庫庫內環境溫度相對均勻，溫差相差5 ℃左右，環境濕度為90.5%。

3 總結

為確保冷庫系統運行效率及保鮮品質，冷風機選型過程至關重要。本研究聚焦于行業常見的冷藏風機干耗問題，首先識別關鍵設計輸入參數與條件，提出減少干耗的翅片間距與換熱溫差選擇策略。掌握了這些關鍵的設計輸出參數后，本文還提出了相應的輸出參數的技術要求和校核方法，旨在最大限度地減少干耗。通過綜合考量相關規范、商品特性與客戶需求，打造了一個經濟高效的冷風機選型方法，從而為優化整個冷庫系統的設計方案奠定基礎。

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