物流冷库制冷系统优化

冯迪

摘要：作为冷链物流产业发展的重要支撑，冷库制冷系统的规范化建设至关重要，其不仅有助于冷库系统能源消耗的合理控制，更对于物品冷冻保存质量提升具有重大影响。文章结合天津陆路港大型物流冷库项目建设实际，在分析物流冷库制冷系统设计要点的基础上，对其制冷系统的工作原理进行系统分析，并指出物流冷库制冷系统中化霜结构的优化内容。以期有利于物流冷库制冷系统的标准化、规范化建设，继而在提升物流冷库运行效率的同时，实现冷链物流产业的进一步发展。

关键词：冷链物流;冷库;制冷系统;工作原理;优化

引言

随着冷链物流产业的不断发展，我国物流冷库建设规模不断扩大，其建设数量也在持续增多。据统计，现阶段我国冷链物流产业的增长速度保持在8%～10%;其造成了物流冷库需求的持续增加。就物流冷库设计而言，人们在进行新型冷库设计、施工的基础上，加强了对现有冷库的优化改造，从而确保其在产品冷冻、冷藏和保险方面职能的发挥。冷库制冷效率优化是其设计改造的重要内容，然而受诸多因素影响，传统物流冷库优化的效果相对有限，基于此，进行物流冷库制冷系统的现代化设计已经成为推动其行业发展的关键所在，本文结合天津陆路港大型物流冷库项目建设实际，对冷链物流冷库的制冷系统应用展开分析。

1 物流冷库制冷系统设计要点

冷链物流产业是一个专业性较强、社会实践度较高的现代学科门类，其在易腐、生鲜产品物理化学特质考虑的基础上，实现了生产、运输、销售和技术等问题的结合。冷链物流产业发展中，冷库制冷系统设计是其产品保鲜实现的重要支撑，故而在系统设计过程中，冷链物流产业设计人员必须注重以下要点把控：

其一，保证物流冷库制冷系统的稳定性。现阶段，实现质量优良的产品储藏和供应是物流冷库制冷系统设计的重要目的;作为产品质量控制的第一要素，产品安全至关重要。故在制冷系统实际设计中，冷库基础材料、制冷设备和制冷剂的应用必须具有较高的安全性和可靠性，从而确保冷库库温的把控合理，为产品的稳定化、安全化供应提供有效基础。其二，作为冷链系统中产品停放时间最长的环节，物流冷库对于产品寿命延长和价值提升具有深刻影响;然而在该环节中，产品冷藏效果的实现伴随着较大的能耗，新时期，为确保冷链物流产业发展的绿色化、生态化，就必须注重制冷系统的节能应用，确保实际能耗的有效控制。其三，新时期，现代化制冷设备的应用使得人们对于冷库的电气控制提出较高要求，只有不断提升冷库制冷系统的智能化水平，才能确保冷库制冷效率和质量的提升，实现冷链物流产业的现代化、规范化发展。

2 项目概况

天津陆路港大型物流冷库项目于2018年设计施工，冷库建设周期5个月，建设总面积为6050m2，库内净高为9.5m，库容量约15000吨。针对服务对象和性质，考虑到多品种食品储藏，由冷冻库和冷藏库及低温月台组成。其中冷冻库库温设计为-20℃，库容为14000吨;冷藏库库温设计为0-5℃，库容为1000吨;低温穿堂设计为1-7℃。冷库投建后，可实现KFC及必胜客原料的有效储存。项目设计中，考虑到节能、安全和保持库温恒定系统采用了电子膨胀阀供液和热氟融霜形式，同时地坪采用乙二醇加热系统，利用压缩机排气的热量来加热乙二醇，再用乙二醇泵输入地坪加热管内循环，对地坪加热防冻。

3 冷库制冷系统工作原理及具体配置

3.1 工作原理

作为冷库制冷系统优化设计的基础，制冷系统工作原理的把控至关重要。一般情况下，制冷剂循环系统、润滑油循环系统、融霜系统、冷却水循环系统以及载冷剂循环系统等都是冷库制冷系统应用的基本组成;同时其还包括了辅助设备、仪表、控制器件、阀门和管道等的细化支撑。需要注意的是，制冷系统应用形式不同，其制冷剂循环系统的应用也会存在差异;譬如在蒸气压缩式制冷系统应用中，压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器是制冷剂循环系统的基本组成。从本质上讲，冷库制冷系统是在外界能量的支撑下，使得热量发生转移的应用系统;从温度较低环境向温度较高环境进行热量转移是冷库制冷系统热量转移的基本形式。具体而言，当压缩机开始运作时，这些低温低压的蒸汽会被整体吸入、压缩;并当其达到高溫高压状态时排入冷凝器，并在冷凝器的冷却介质中进行放热，最后转化为高压液体。现阶段，在节流阀支撑下，这些高压液体会被节流为低压低温的制冷剂，并再次进入制冷系统的蒸发器，实现冷库的循环制冷。需要注意的是，制冷系统循环应用过程中，制冷系统划分、供液方式、制冷工质和融霜方式是其工艺应用的四个基本环节。具体优化过程中，制冷系统，其制冷剂的选择也存在较大差异，目前而言，氟利昂制冷系统、氨制冷系统、混合工质制冷系统及空气等工质的制冷系统是较为常见的应用形式。天津陆路港大型物流冷库制冷系统优化中，根据冷库具体的制冷要求，设计人员进行了氟利昂制冷系统的规范应用。

3.2 具体配置

整个系统采用的是R507A制冷剂，R507A属于HFC型共沸制冷剂（完全不含破坏臭氧层的CFC、HCFC），符合美国环保组织EPA、SNAP和UL的标准，符合美国采暖、制冷空调工程师协会（ASHRAE）的A1安全等级类别（这是最高的级别，对人身体无害）。

制冷机组配置按照库温划分2个系统，低温系统采用2台3机头螺杆并联机组，每台螺杆机头有4级能量调节，整台机组有12级能量调节，每台机组分别带每间库的5台冷风机，即使一台机组出现问题，另一台机组可以制冷;中温库采用的是3机头活塞并联机组，可以实现0-33%-66%-100%共 4级能量调节;控制系统设置机组运行时间计时器，每台压缩机的运行时间都有累积，累积运行时间决定压缩机的开、停机顺序：开机时，累积运行时间短的压缩机先开机;停机时，累积运行时间长的压缩机先停机，做到各台压缩机等时间运行，使制冷系统始终保持在最高效的状态，从而达到安全运行、节能降耗、降低运行费用的效果。冷凝形式采用蒸发冷形式。

阀件的选择，本系统采用电子自膨胀阀供液，电子膨胀阀的设计应用为本系统节能优化运行提供了必要的条件，电子膨胀的过热度设定值可调，其在冻结全过程中能做到负荷与冷量平衡，冻结效率可以提高，冻结时间比热力膨胀阀也可缩短10%，同时也就减少压缩机的能耗。

4 化霜系统优化

化霜系统是冷库制冷系统实现的重要环节，同时也是制冷系统优化的难点所在。化霜系统的设计，针对原系统应用中，设计时进行了以下方面的优化。

4.1 规范化霜系统设备配置

化霜系统是冷库制冷效率提升的重要保证。实际应用过程中，受低温影响，冷库内蒸发器的水蒸气容易结霜聚集，其不仅阻碍制冷蒸发器冷量的传输和散发，同时会对冷库制冷效率造成严重影响。有研究表明，当蒸发器表面的霜层达到一定的厚度时，冷库制冷效率会下降至30%以下，造成制冷能耗的急剧增加;同时，较差的制冷效果会降低相关制冷设备的使用寿命，同时影响产品实际的冷藏效果。因此，在制冷系统应用过程中，实现基础设备的优化配置至关重要。

天津陆路港大型物流冷库制冷系统优化过程中，热氟除霜和电化霜是其化霜设备应用的两种主要形态。其中冷冻库冷风机采用热氟除霜，而穿堂采用的是电化霜。其具体应用规范如下（见表1）。从应用效果来看，化霜设备的应用使得冷库制冷系统蒸发器的空气自然循环良好，消除了温度分层现象。同时，随着化霜技术的应用使得翅片盘管始终处于无霜或者少霜的状态，有效的提升了蒸发器的传热系数，据试验分析，优化后的蒸发器的传热系数提高约30%左右。此外，在自动化、智能化化霜控制下，冷库化霜实践更加节能，具体而言，蒸发温度提高2到3℃，则制冷系统运行费用可降低10%左右，实现了化霜系统设备配置的合理性和制冷系统运作高效。

4.2 系统热氟进出口优化

热氟化霜是本工程化霜系统运作的重要形式，氟利昂应用过程中，确保高温状态下，氟进出口设置合理，能够有效的提升热氟应用效率，确保制冷系统运作制冷的提升。本工程优化过程中，运行初期冷冻库2台风机的热氟气动阀无法关严，化霜时有的热气会在经过蒸发器之后，从气动阀泄露并回到了压缩机的吸气口，导致回液现象发生，影响了整体应用效率;分析原因，气源和气动阀的压差存在问题。为实现热氟进出口优化质量的提升，首先对4/6号风机对应的气动阀进行调整，确保气动阀上的气源管径由原来的φ3/8改为φ5/8;同时确保对应电磁阀、过滤器、球阀应用型号的加大;确保了气动阀工作状态的良好，从应用效果来看，热氟进出口气动阀优化后，制冷系统化霜装置的化霜时间得以有效缩短，有效的提升了化霜系统的运作效率，后期对整个冷冻库热氟冷风机进行改造。改造后的制冷系统运作状态下，气动阀在化霜时可以关严，风机正常化霜下，制冷设备的用电量明显降低，具有良好的社会效益和经济效益。

4.3 压缩机回气

天津陆路港大型物流冷库制冷系统初期调试阶段，对低温螺杆压缩机并联机组应用过程中，也进行了优化改造，首先对一台低温机组进行改造实验，其在机组排气端恒压阀应用的基础上，增加一个电磁导阀和一个压差导阀，降低排气压力，制冷系统化霜时，压差导阀实现机组排气压力的有效控制，保证气动阀与气源之间压差的控制合理，从而保证系统运行的稳定性。

5 结论

天津陆路港大型物流冷库制冷系统优化过程中，虽然原有的热氟和电子膨脹阀设计和常规设计比较，在很大程度上实现节能省电;后期调试过程中，对热氟进出口优化和压缩机回气优化的设计改造，经控制检测分析，经过化霜系统热氟进出口优化后及压缩机回气优化的设计改造后，冷库耗能由8000kW/h-9000kW/h下降到2500kW/h-3500kW/h，其在保证基本冷藏质量的同时，实现了制冷消耗的有效降低，具有良好的经济效益和质量效益。实现了制冷效率有效提升。由此可见，物流冷库制冷系统优化对其应用质量提升具有重大影响。实践过程中，设计人员只有在把控物流冷库制冷系统设计要点的基础上，充分了解制冷工艺应用原理，并做好制冷系统划分、供液方式、制冷工质和融霜方式等环节的系统优化，才能确保物流冷库制冷系统的标准化、规范化建设，继而在提升物流冷库运行效率的同时，实现冷链物流产业的进一步发展。

参考文献：

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