冷庫節(jié)能
-----冷庫的節(jié)能與自動(dòng)化程度和保溫有關(guān)
1、引言：
一般國(guó)內(nèi)氨系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)有但都很難作到高程度的自動(dòng)控制（原因在于國(guó)內(nèi)氨用自控閥件材質(zhì)、加工設(shè)備及加工工藝等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定差距），而氟系統(tǒng)可以說已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而且根據(jù)用戶要求，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和遠(yuǎn)程控制；自動(dòng)控制在冷庫節(jié)能中的起著重要作用重要性
冷庫自控雖然得到了全面普及，然而大多數(shù)冷庫的側(cè)重面只是安全保護(hù)，或者還增加了溫庫撿測(cè)和控制，對(duì)于全系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和冷庫的節(jié)能控制還很少涉及。另一方面，即便已得到全面普及的安全保護(hù)，在實(shí)際運(yùn)行中的情況也不容樂觀實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的氟系統(tǒng)與還處于較低控制水平的氨系統(tǒng)相比，附屬設(shè)備及閥件這一塊總體價(jià)格也會(huì)稍微高出一些。我國(guó)是能源消耗大國(guó)，2002年以來，我國(guó)的能源消耗增長(zhǎng)一直高于GDP增長(zhǎng)，我們的高增長(zhǎng)是建立在高消耗基礎(chǔ)上的，隨著科技進(jìn)步和人們思想認(rèn)識(shí)的提高，如何合理節(jié)能是當(dāng)前一個(gè)時(shí)期比較突出的問題。
冷庫室內(nèi)外的空氣都含有一定量的水蒸氣，當(dāng)室內(nèi)外空氣的水蒸氣含量不等時(shí)，水蒸氣分子就會(huì)從分壓力高的一側(cè)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)向分壓力低的一側(cè)滲透。
蒸氣滲透使水蒸氣進(jìn)入隔熱層或進(jìn)入冷庫內(nèi)部，水蒸氣進(jìn)入隔熱層，就在隔熱材料的空隙凝結(jié)成水分或結(jié)成冰，隔熱材料受潮，導(dǎo)熱系數(shù)增大，隔熱性能降低。進(jìn)入冷庫內(nèi)部的水蒸氣會(huì)在冷卻設(shè)備上結(jié)成冰霜，使冷卻設(shè)備的傳熱系數(shù)降低。水蒸氣進(jìn)入庫內(nèi)還會(huì)帶進(jìn)熱量，使庫溫升高，造成庫溫的不穩(wěn)定，影響貯存食品的質(zhì)量。因此，冷庫建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須采取有效措施，防止水蒸氣的滲透。
我國(guó)第“十一五”規(guī)劃（2006-2010年)提出單位GDP能源消耗要比“十五”期末降低20%。IIR(國(guó)際制冷學(xué)會(huì))要求：在未來的20年內(nèi)，應(yīng)“使每個(gè)制冷設(shè)備耗能減少30~50%”。然而我國(guó)冷藏企業(yè)耗電的現(xiàn)狀是不能令人滿意的，如下圖所示：
（冷藏庫耗電量對(duì)比）（千瓦時(shí)/米3年）
2 如何做好冷庫節(jié)能的自動(dòng)控制
上述內(nèi)容的基本出發(fā)點(diǎn)是以氨為制冷工質(zhì)的集中式制冷系統(tǒng)的冷庫，當(dāng)今以鹵代烴為制冷工質(zhì)的分散式、準(zhǔn)集中式、集中式制冷系統(tǒng)的冷庫得到了很大的發(fā)展，其自控程度也往往高于以氨為制冷工質(zhì)的集中式制冷系統(tǒng)冷庫。多工質(zhì)不同系統(tǒng)各類冷庫的廣泛應(yīng)用，極大地豐富了冷庫自動(dòng)控制的內(nèi)容，同時(shí)也為自動(dòng)控制在冷庫節(jié)能中的應(yīng)用提供了廣闊的用武之地。
3.1 關(guān)于庫房溫度和蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)
3.1.1 多點(diǎn)溫度參數(shù)的庫房溫度調(diào)節(jié)
以往庫房溫度調(diào)節(jié)以位式調(diào)節(jié)為主，對(duì)蒸發(fā)溫度往往不作調(diào)節(jié)，很難達(dá)到好的節(jié)能效果。
庫房溫度理想的控制方式是以庫房的平均溫度、冷風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)及其出風(fēng)溫度為輸入?yún)?shù)，編制適當(dāng)?shù)目刂瞥绦?，通過PLC進(jìn)行調(diào)節(jié)。如此溫庫調(diào)節(jié)可以達(dá)到節(jié)能的要求，也能滿足某些庫房高精度溫度調(diào)節(jié)的需要，目前己可達(dá)到0.250C的精度要求，節(jié)能約10％。
3.1.2 減少不同蒸發(fā)溫度冷間的並聯(lián)運(yùn)行
由于同一系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)只能在同一個(gè)蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，所以不同蒸發(fā)溫度的冷間如果並聯(lián)運(yùn)行，對(duì)于相對(duì)蒸發(fā)溫度較高的冷間就處于不節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)，該冷間熱負(fù)荷越高就越不節(jié)能。應(yīng)當(dāng)盡量避免這種情況的出現(xiàn)。氟利昂制冷系統(tǒng)中一機(jī)雙溫冷庫的做法，在高溫庫回氣管上加背壓閥，在低溫庫回氣管上加單向閥，是不節(jié)能的典型做法，不應(yīng)提倡而宜廢止。
3.1.3 變蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)
在某一運(yùn)行狀態(tài)下如果蒸發(fā)溫度能以庫房熱負(fù)荷以及制冷系統(tǒng)制冷量為參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，則既能達(dá)到節(jié)能的目的還能使能量調(diào)節(jié)更為合理。一般而言，制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器和制冷壓縮機(jī)的配備基本都能滿足最高負(fù)荷的需要。如果冷間熱負(fù)荷減少而制冷量不能及時(shí)作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，則制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度將會(huì)相應(yīng)降低，使壓縮機(jī)的制冷量與熱負(fù)荷達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)。而蒸發(fā)溫度的降低反過來卻增加了蒸發(fā)器的制冷量，面對(duì)己減少的熱負(fù)荷必然形成頻繁啟停的后果。蒸發(fā)溫度每變化10C，相應(yīng)增減的電能約3～5％。如果及時(shí)調(diào)高蒸發(fā)溫度，使系統(tǒng)在另一亇理想的平衡點(diǎn)上，則不但避免了浪弗、做到了節(jié)能，還減少了制冷壓縮機(jī)的頻繁起動(dòng)，是一舉兩得的節(jié)能措施。
3.1.4 變流量調(diào)節(jié)
以往氨制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器的制冷劑流量基本沒有變流量調(diào)節(jié)；氟利昂系統(tǒng)蒸發(fā)器的制冷劑流量，大多數(shù)只做到簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)。空氣冷卻器的空氣流量大多數(shù)沒有調(diào)節(jié)或者只有雙速及風(fēng)扇臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)。這兩種流量參數(shù)的調(diào)節(jié)都是與庫房冷分配設(shè)備制冷量以及庫房溫度直接相關(guān)的調(diào)節(jié)，也是冷庫節(jié)能自控應(yīng)于重視的內(nèi)容之一。
3.1.5 設(shè)定合適的控制精度和加設(shè)超限控制
不同的庫房、不同的庫存商品和不同的貯存期都有不同的庫房溫度及其控制精度要求。從節(jié)能的角度出發(fā)，只要不影響商品的品質(zhì)，庫房溫度宜取高不取低、控制精度宜取低不取高，不必偏面追求過低的庫溫和高精度控制。
對(duì)于多亇冷間的庫房溫度控制，除了原有的庫房溫度設(shè)定值之外，宜加設(shè)庫溫超限控制值。這種雙因素的庫房溫度調(diào)節(jié)能做到制冷系統(tǒng)需要投入運(yùn)行時(shí)，不會(huì)因?yàn)閬}別庫房溫度的偏離而過早投入運(yùn)行；還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況不使冷間或制冷系統(tǒng)過早地仃止運(yùn)行，充分利用現(xiàn)有能量並避免設(shè)備或系統(tǒng)的頻繁啟仃。
3.1.6 設(shè)置避高峯運(yùn)行控制
電力緊缺是當(dāng)前全國(guó)各地存在的普遍現(xiàn)象，用電峯谷的巨差更加重了電力緊缺，為此電費(fèi)的峯谷差價(jià)在許多城市實(shí)行而且價(jià)差還在逐步拉大。在不影響商品質(zhì)量的前提下，冷庫設(shè)置避高峯運(yùn)行，有利于電網(wǎng)削峯補(bǔ)谷，宏觀上幫助全局節(jié)能；微觀而言也有利于降低冷庫的運(yùn)行成本。
3.2 冷間相對(duì)濕度調(diào)節(jié)
冷間相對(duì)濕度的調(diào)節(jié)與溫度調(diào)節(jié)方法的相似之處不必重復(fù)敘述。一般冷間的相對(duì)濕度在85～95％之間，但也有一些冷間要求的相對(duì)濕度低于或高于該范圍，例如有些氣調(diào)庫要求的相對(duì)濕度是98％、而有些農(nóng)作物種質(zhì)庫的相對(duì)濕度要求是40～45％。在高相對(duì)濕度調(diào)節(jié)和低相對(duì)濕度調(diào)節(jié)時(shí)尤因注重節(jié)能措施。
3.3 關(guān)于供液方式調(diào)節(jié)
3.3.1 直接膨脹供液
直接膨脹供液是大多數(shù)鹵代烴（包括氟利昂）系統(tǒng)和亇別氨系統(tǒng)采用的供液方法。這種供液方法以往基本采用熱力膨脹閥供液，由于選型、調(diào)節(jié)以及產(chǎn)品本身的問題，無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。電子膨脹閥的出現(xiàn)結(jié)合多點(diǎn)溫度參數(shù)的庫溫調(diào)節(jié)，可以較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，一般可節(jié)能10％。鹵代烴制冷系統(tǒng)的熱力膨脹閥產(chǎn)品已相當(dāng)成熟而且還有專用的PLC庫溫控制器，但由于種種原因在冷庫制冷系統(tǒng)中尚未普遍采用，有待加力推廣。氨制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器運(yùn)行的過熱度不大，控制難度相對(duì)較大，目前尚無成熟的氨用電子膨脹閥產(chǎn)品。
3.3.2 重力供液
重力供液系統(tǒng)在老的氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛，后來逐慚被氨泵供液系統(tǒng)取代。重力供液系統(tǒng)雖然操作麻煩但是不需要消耗電力輸送，只要配以合適的自動(dòng)控制，無疑是一種節(jié)能的運(yùn)行。廈門商業(yè)冷凍廠的流態(tài)化凍結(jié)裝置采用了R22重力供液系統(tǒng)，上海廿一世記冷庫采用氨制冷重力供液系統(tǒng)並實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。如何做好重力供液系統(tǒng)自動(dòng)控制的節(jié)能運(yùn)行並進(jìn)行定量分析和不斷提高，是值得我們關(guān)注的一亇方面。
3.3.3 液泵供液
液泵再循環(huán)系統(tǒng)在氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛；上世記七十年代上海外貿(mào)冷凍五廠萬噸冷庫是R22液泵再循環(huán)制冷系統(tǒng)，一些船用制冷系統(tǒng)也采用了R22液泵供液。液泵再循環(huán)系統(tǒng)雖然能提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)從而提高制冷量但同時(shí)也消耗了電力，如果沒有合理的配置和恰當(dāng)?shù)淖钥剡\(yùn)行程序，很難做到節(jié)能運(yùn)行。當(dāng)前不少液泵再循環(huán)系統(tǒng)供液量過大但卻不能保證每路通子的最小流量、揚(yáng)程太高但卻還很難保證多層冷庫的均勻供液，流量基本無法根據(jù)制冷負(fù)荷的變化而變化，很難做到節(jié)能運(yùn)行。對(duì)于液泵再循環(huán)系統(tǒng)，除了配置必需合理，還應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)控制運(yùn)行程序的研究，例如分層供液和變流量控制等，只有這樣才能達(dá)到節(jié)能的目的。
根據(jù)不同制冷對(duì)象采用不同供液方式，加強(qiáng)相應(yīng)自控程序研究尤其是加強(qiáng)無電動(dòng)力輸送的直接膨脹和重力供液系統(tǒng)研究，也是尋求冷庫節(jié)能的途徑之一。
3.4 蒸發(fā)器雙流量調(diào)節(jié)
在熱氣融霜的自動(dòng)控制中有一種雙回氣電磁閥（或主閥）的做法，其作用是保證安全和減少蒸發(fā)器恢復(fù)制冷時(shí)的熱負(fù)荷沖擊。這種做法可以引申到蒸發(fā)器的制冷運(yùn)行狀態(tài)中並于以完善，達(dá)到合理運(yùn)行和節(jié)能的目的。
根據(jù)蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變化情況，設(shè)置最小負(fù)荷供液、回氣電磁閥和大負(fù)荷供液、回氣電磁（主）閥，由此根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的變化而作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這種做法不但可使本冷間蒸發(fā)器做到節(jié)能運(yùn)行，還能減小對(duì)本系統(tǒng)其他冷間和制冷系統(tǒng)的干擾，利于系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。
3.5 關(guān)于空氣冷卻器（冷風(fēng)機(jī)）融霜控制
目前冷風(fēng)機(jī)融霜基本采用半自動(dòng)控制或者定時(shí)融霜控制，存在的問題是：融霜指令可能不及時(shí)或滯后，融霜過程帶入熱量過多。為了節(jié)能，冷風(fēng)機(jī)的融霜應(yīng)當(dāng)做到全自動(dòng)控制。首先要有合適可靠的霜層傳感器或差壓變送器（在某些情況下也可采用電流變送器），感知最佳的融霜時(shí)間；然后要有合理的融霜程序；還要有冷風(fēng)機(jī)翅片感溫器，防止過多加熱。三管齊下肯定能做到冷風(fēng)機(jī)融霜節(jié)能。
在一些裝配式冷庫中應(yīng)用很廣泛的電加熱融霜冷風(fēng)機(jī)，可以采用PLC控制，把固定的定時(shí)加熱融霜改成按需融霜，亦即對(duì)每次實(shí)際融霜的情況通過記憶功能記憶並分析，從而確定最佳的融霜周期。按需融霜較定時(shí)融霜節(jié)能約10％。
3.6 冷庫門控制
冷庫門要隨開即關(guān)，這是每個(gè)冷庫管理都有的規(guī)定，但是沒有一亇冷庫能完全做到，除了亇別野蠻操作之外也是有其實(shí)際客觀原因的。解決的最好辦法也是自動(dòng)控制，最近研制的蝸桿電動(dòng)門專設(shè)PLC控制，功能十分齊全，如果開門時(shí)間過長(zhǎng)的話即自動(dòng)關(guān)閉，開門損失的熱負(fù)荷是很大的，其節(jié)能效果也是可觀的。
冷庫門的電加熱絲功率選擇有防結(jié)露和防凍結(jié)兩種選擇，不同使用溫度的冷庫門電加熱絲的配置功率也不同。注意選配合適的加熱功率可節(jié)能2％。
3.7 庫房照明控制
庫房照明按冷庫制冷設(shè)計(jì)手冊(cè)的規(guī)定是1.8～5.8W/m2，但在實(shí)際工程中往往超過該數(shù)據(jù)，有的甚至在10W/m2左右。如果忘了關(guān)燈，不但浪費(fèi)了照明電能，還增加了冷間和制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷。增加一亇簡(jiǎn)單的控制就可避免出現(xiàn)浪費(fèi)：當(dāng)冷庫門關(guān)閉5～15分鐘后，如果照明燈還亮著，即自動(dòng)關(guān)閉照明。延時(shí)的時(shí)間應(yīng)超過工人在內(nèi)一次作業(yè)的最長(zhǎng)時(shí)間，避免誤關(guān)燈；萬一有誤關(guān)燈的情況，借助庫房長(zhǎng)明燈和冷庫門安全設(shè)置，人員的操作安全還是有保障的。
3.8 關(guān)于冷凝器和冷凝溫度調(diào)節(jié)
3.8.1 冷凝溫度的傳感元件和調(diào)節(jié)對(duì)象
根據(jù)冷凝溫度和冷凝壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通常以冷凝壓力作為冷凝溫度的調(diào)節(jié)參數(shù)。以往常用高壓壓力控制器作為傳感器並發(fā)出控制伩號(hào)，調(diào)節(jié)效果一般。現(xiàn)在通常采用壓力變送器作傳感器並配PLC控制，簡(jiǎn)化了變送裝置、提高了調(diào)節(jié)精度和增強(qiáng)了可靠性。調(diào)節(jié)的對(duì)象是冷凝器的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備的投入量。以蒸發(fā)式冷凝器為例，可以調(diào)節(jié)的冷凝器運(yùn)行狀態(tài)有干運(yùn)行、濕運(yùn)行還有風(fēng)機(jī)和水泵的變頻運(yùn)行；冷凝器的投入量也將根據(jù)負(fù)荷的變化而變化。冷凝溫度每下降1K，其節(jié)能效果與蒸發(fā)溫度每上升1K的節(jié)能效果同樣可貴。
3.8.2 變冷凝溫度調(diào)節(jié)
運(yùn)用自控元件和PLC的功能，對(duì)冷凝壓力實(shí)行浮動(dòng)控制，可以避免冷凝壓力偏高或偏低，在保證制冷系統(tǒng)運(yùn)行正常的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的效果。以準(zhǔn)集中式制冷系統(tǒng)為例，其機(jī)組和風(fēng)冷式冷凝器，采用專用可變程序器控制，可以節(jié)能10％。
3.9 關(guān)于制冷壓縮機(jī)節(jié)能運(yùn)行（主要是能量調(diào)節(jié)）
能量調(diào)節(jié)使壓縮機(jī)的制冷量能隨熱負(fù)荷的變化而變化，是冷庫節(jié)能自動(dòng)控制的重要內(nèi)容之一。不同的制冷壓縮機(jī)或機(jī)組，實(shí)施節(jié)能運(yùn)行和能量調(diào)節(jié)的側(cè)重點(diǎn)也有所不同。
3.10 關(guān)于變頻調(diào)節(jié)
變頻技術(shù)用于壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)是目前較為流行的方法之一。變頻過低，會(huì)造成油壓差降低和油量減少的缺點(diǎn)；變頻過高，會(huì)增加油循環(huán)量和消耗量，還會(huì)使壓縮機(jī)閥門故障增加。變頻驅(qū)動(dòng)還應(yīng)注意其電機(jī)應(yīng)按最大功率選擇。
3.11 實(shí)時(shí)計(jì)算控制，確保系統(tǒng)最佳節(jié)能運(yùn)行
制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制的最佳運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)冷庫節(jié)能十分重要的內(nèi)容。
冷庫實(shí)行節(jié)能運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制任務(wù)，可由數(shù)據(jù)釆集、計(jì)算控制和監(jiān)控系統(tǒng)來完成。數(shù)據(jù)采集計(jì)算控制系統(tǒng)的采集對(duì)象是制冷裝置、制冷系統(tǒng)和工作環(huán)境的所有相關(guān)參數(shù)，類別有溫度、壓力、壓差、液位、電流、運(yùn)行狀態(tài)和故障情況等內(nèi)容。
4 冷庫節(jié)能自控運(yùn)行的成效節(jié)能運(yùn)行的基本措施
電子膨脹閥的釆用，可節(jié)能10％；按需融霜功能，可節(jié)能5％；夜間回置的庫溫設(shè)定，可節(jié)能4％；冷風(fēng)機(jī)風(fēng)扇運(yùn)行控制，可節(jié)能3％；冷庫門防結(jié)露絲控制，可節(jié)能2％；壓縮機(jī)組和冷凝風(fēng)扇控制，可節(jié)能10％；
以上6條措施的綜合節(jié)能效果，可達(dá)15-34%. |
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