冷库节能运行评价研究

赵 举 许敬能 孙 斌

上海市质量监督检验技术研究院

0 引言

2019年中国生鲜电商的市场规模达到1 620亿元，并保持持续增长的势头[1]。在冷链需求不断增长的趋势下，冷库作为冷链物流运营的重要基础设施之一，其需求也不断增长。2019年上半年全国冷库需求超过140万m2，冷库需求主要集中在北京、上海、广东、福建、天津、浙江、江苏、山东、河南等地，多为一线城市、沿海省市和农产品、食品大省[1]。

冷库属于耗能大户，已占我国耗电量的1/7左右[2]。由于冷库属于高耗能建筑，且我国冷链基础薄弱[3]，使能耗损失非常严重，因此，冷库的节能运行考核势在必行。

1 国内冷库发展现状

目前，我国冷链物流装备相对发达国家而言还显落后，冷链物流基础设施规模不足[4]，冷库制冷工艺在硬件选型、安装技术[5]、制冷系统的配置、设计与运行等方面有待完善，许多冷库在实际运行时的工况始终偏离优化设计，如载冷剂系统增加传热温差、机房采用集中供冷、桶泵机组供液导致循环泵功耗大、冷库保温隔热或密封差导致冷量损耗大、库房内蒸发器霜层厚或积灰严重导致传热效果差、换热器存在较多的空气或润滑油导致换热效率降低、冷库节流阀调节不当或堵塞导致制冷剂流量过大或过小、冷库非理性运行，以及盲目利用峰谷电价差导致库房温度偏离食品冷链运行要求等。上述问题使冷库运行费用高，基本是欧美国家能耗指标的两倍左右。以上海市为例，2013年到2016年，冻结物冷库的能耗依次为0．34 kWh/td、0．35 kWh/td、0．40 kWh/td、0．34 kWh/td，冷却物冷库则依次为0．40 kWh/td、0．61 kWh/td、0．55 kWh/td、0．57 kWh/td。

冷库的能耗问题国家和行业已关注许久，2019年国家发改委出台了《绿色高效制冷行动方案》，要求提高制冷产品能效标准，强制淘汰低制冷产品[6]。

2 冷库节能评价指标

我国冷库多采用蒸汽压缩式制冷系统来使库房降温至所需温度，同时，采用热导率小的隔热材料构成冷库的围护结构来保持冷库内温度。因此，冷库耗能最多的是制冷系统，影响冷库能耗的主要是制冷系统的性能及库房的保温性能。

为此，冷库制冷系统的冷凝器应考虑换热效率高、维护方便、设备初投资低等因素[7]。冷间空气温度与冷却设备中制冷剂蒸发温度的温度差计算应根据要求提高制冷机效率，节省能源[8]；冷库隔热对维持库内温度的稳定、降低冷库热负荷、节约能耗有着重要的作用。另外，库房内存储物质即使有所不同，但冷库的经济运行不以库内储存物品的改变而转移的，应在不影响冷库正常运行的前提下，以一定周期内冷库的现场运行状况进行考核。现场冷库的考核应具有很强的可操作性，考虑到冷库的实际情况，本着抓冷库能耗主要矛盾的前提下，本文探讨从基本传热学角度考核冷库制冷系统性能，并考核库房保温性能。因此，采用冷凝器侧传热温差、蒸发器侧传热温差、单位面积围护热流量方面共同作为可靠冷库节能运行的指标。

节能评价指标为制冷系统的整体评价，制冷剂在管道中的热损失也应一并考虑。冷凝器侧传热温差定义为冷凝器侧环境温度与压缩机排气口压力对应的冷凝温度的温差，蒸发器侧传热温差定义为冷间温度与压缩机吸气压力对应的蒸发温度的温差，单位面积围护热流量定义为库体外部围护结构的面积热流量。这三个参数中，冷凝器和蒸发器传热温差代表制冷系统的性能，单位面积热流量代表库房的保温性能。

3 冷库评估研究

确定了评估参数后，随机抽取了A、B两个冷库用于现场评价及诊断，两个冷库的设计参数如表1冷库参数所示。

表1 冷库参数

现场评估采用调研走访、试验测试的方式进行。采用红外热像仪测量库房保温层，现场及红外热成像均未见明显异常冷桥，部分图如图1墙顶交接处红外线热像图、图2凸出立柱红外线热像图所示。

然后，对两个冷库分别进行了库房保温性能和制冷系统性能的测试，部分测试结果如表2库体保温性能评估表、表3制冷系统性能评估表所示。

图1 墙顶交接处红外线热像图

图2 凸出立柱红外线热像图

表2 库体保温性能评估表

表3 制冷系统性能评估表

从表2可得出，当前测试冷库A、B的热流量及传热系数可满足GB/T 50072-2010冷库设计规范与JB/T 9061-2018组合冷库的要求。因此，从围护结构角度出发，两个库房的保温性能满足节能运行的需求。

从表3可看出，相对于设计参数，A、B库的冷凝压力均偏高，不排除制冷系统存在空气的可能性。

A库冷凝器侧传热温差远高于行业推荐值，无法满足节能运行的要求，结合现场情况，冷凝器侧传热温差过大可能的原因有：冷凝器侧清洁维护欠妥，无法满足设备理想换热条件；冷凝器侧循环水流分布不均，导致局部换热不足，进而导致换热器温差过大、制冷系统油分离器效率过低，当然，从设计角度考虑，也可能存在其他问题，如设备配置、蒸发式冷凝器设备老化或设备本身换热量偏小的可能。

A库的库房设计温度为-16～-18℃，实测蒸发温度为-30．5℃，蒸发温度偏低，蒸发器侧传热温差略高于行业推荐值，可能的原因有：空气冷却器表面霜层略厚，有必要及时对换热器进行清理维护。

B库的冷凝器侧传热温差略高，现场风冷式压缩冷凝机组的安装环境疑似通风欠畅通。库房设计温度为0～7℃，蒸发温度过低。蒸发器侧传热温差很大，可能的原因有：过滤器或膨胀阀滤网异常且不排除制冷剂不足的可能性。

综上所述，A、B两库的库房围护结构能满足节能运行的要求，但制冷系统的运行尚有欠缺，应积极排查不利因素，进行维护保养，如积极清除蒸发器霜层，清除冷凝器侧影响换热的因素等，使其工作在节能区间。

4 结语

针对当前迅猛发展的冷链行业，本文对冷链中重要的组成部分冷库进行了介绍，从基本传热学角度出发，提出了采用冷凝器侧传热温差、蒸发器侧传热温差和围护结构热流量三个维度共同考核冷库的节能运行，并进行了试验评估，提出了解决方案。该节能评价方案具有较强的可操作性，对冷库的节能运行考核具有参考意义。