基于南北方對比下冷庫制冷系統的能耗分析

錢讓龍

（冰輪環境技術股份有限公司，廣東 廣州510000）

最近這些年我國的冷鏈物流業迅速發展，冷庫在物流儲存中發揮的作用越來越大，隨著冷庫容量的不斷增加，怎樣解決能耗是冷鏈系統亟待解決的問題。本文利用研究南方和北方冷庫制冷系統能耗差異性，并結合最近十年間國內純物流冷庫的建設狀況，以華北和華南兩個地區的冷庫為例，分別從不一樣的制冷系統、不同的庫容量、不一樣的制冷系統為研究對象，對南北方冷庫運作過程中制冷能耗進行理論上的計算，將南方和北方的冷庫制冷系統的能耗情況進行綜合的對比分析。

1 能耗現狀和節能途徑

隨著我國冷庫規模和數量的快速發展，其運行過程中的能耗已經成為不可忽視的問題。構成冷庫能耗的因素有幾個方面，如圖1 所示。

圖1 國內某大型冷庫能耗構成

從圖1 不難看出，70%的冷庫能耗是來源于供冷用能，風機用能占據12.3%，由此80%以上的能耗來源于制冷系統。然后能耗統計按照月度統計，如圖2 所示。

圖2 冷庫制冷系統月耗電量與室外干球溫度關系

從圖2 中不難看出，室外的溫度也影響冷庫能耗大小。所以，冷庫制冷系統的節能降耗措施應該從兩方面入手：其一是把庫房的冷負荷降下來，其二是最大限度提升冷庫制冷系統的制冷能力。

2 南北方冷庫制冷系統概況

2.1 總體分類

結合最近十年間物流冷庫在國內構建狀況，再從冷庫置身的地區不同、庫容量、冷庫類型、制冷系統四個方面，在理論上對冷庫制冷系統能耗進行分析計算，進行總體分類，詳情見表1所示。

表1 總體情況分類

2.2 模型構建

按照上面介紹的四類庫容量，按照上面4 種庫容量建立不同冷間數量、層數區別、各不相同庫房規格的物理模型，模型涵蓋的內容包括單層裝配庫、多層土建庫、高架庫等。其中多層土建庫冷間容積與冷間庫容量之比為3.7 立方米/t；單層裝配庫為5.6 立方米/t；高架庫為7.2 立方米/t。

2.3 冷庫的保溫參數

根據我國的冷庫的保溫方式和參數，對冷庫屋頂、外墻、內墻、樓板及地面進行計算，得出數據為：屋頂、外墻保溫利用的聚氨酯發泡為200 毫米厚度，采用150 毫米的厚聚氨酯發泡實施地面保溫，樓板和內墻不采取保溫措施。

2.4 類型選擇

冷庫制冷系統有很多種類型，計算對象壓縮機組的選擇要具備一定的代表性。冷凝器的選擇應該為CXV 系列的BAC 蒸發式。選擇卡貝歐作為氨、氟利昂用冷風機，選用凱絡文作為CO2用冷風機。桶泵應該選擇選海密梯克CAM系列。壓縮機組的類型選擇要考慮幾種系統。

（1）氨桶泵系統：壓縮機選用帶經濟器的比澤爾OSNA 系列開啟式。

（2）氟利昂（R404A）系統：最好選擇HSN 系列半封閉式壓縮機。

（3）氨/CO2復疊系統：壓縮機選擇OSKA 系列開啟式，CO2機組的壓縮機選擇可為SL-30K 系列半封閉活塞壓縮機。

（4）氨/CO2載冷系統：壓縮機選用帶經濟器的OSNA 系列開啟式。

（5）氟利昂（R404A）/CO2復疊系統：壓縮機選擇HSK 系列半封閉式，4NSL-30K 系列半封閉活塞壓縮機適用于CO2機組。

3 南北方冷庫制冷系統能耗分析

3.1 冷庫制冷系統理論計算

（1）耗電量計算。計算冷庫在夏天制冷系統耗電量的范圍包括，對不同制冷設備每日耗電量以及占比的計算，計算結果表明，在冷庫制冷系統中，耗電量最大的是壓縮機，占60%～70%整體系統能耗；其次占據20%左右的是冷風機能耗，能耗占比10%左右的是蒸發式冷凝器，占比最小的是桶泵，僅占大約能耗的5%。

（2）冷負荷計算。經過分析夏天里冷庫內各類冷負荷計算值以及占有比例，得出的結果是：熱量占比最大的是貨物，占據冷庫整體負荷的一半左右；占據總負荷三分之一的是操作熱量；而維護結構冷負荷只占總負荷的五分之一左右[2]。

3.2 南北方不同庫容量的能耗對比

本文將以南方的廣州和北方的北京地區的多層土建庫為例，利用氨制冷系統對庫容量進行分析，通過嚴格分析0.5 萬噸到4.0 萬噸冷庫制冷系統制冷的能耗，數據表明，針對多層土建庫制冷系統，無論是廣州和北京地區多層土建庫的制冷系統的耗能，皆會伴隨增加的庫容量而降低，但從兩者的比較，北京地區的多層土建制冷系統的能耗要低于廣州地區。當冷庫的容量分別為0.5、1.0、2.0 和4.0 萬噸時，針對多層土建庫生產冷氣的能耗廣州地區分別高出北京地區3.3%、3.1%、3.4 和4.3%。不難看出，對于氨制冷系統下的不同庫容量的多層土建制冷系統的能耗，南方和北方存在的差異不大，均小于5%的平均能耗差距。

3.3 不同類型的能耗對

利用氨類型的制冷系統，以兩萬噸的庫容量為例，通過分析廣州地區和北京地區類型不同的冷庫生產冷氣的能耗，能耗結果見圖3。

從圖3 可以看出，2 萬噸庫容量的單層裝配庫、多層土建庫及高架庫的氨制冷系統能耗，廣州地區分別為0.1821kW.h.d-1.t-1、0.2012kW.h.d-1.t-1 和0.2412kW.h.d-1.t-1；針對同樣的庫容量、同樣類型的制冷系統，北京地區能耗分別為0.1758kW.h.d-1.t-1、0.1843kW.h.d-1.t-1 和0.2649kW.h.d-1.t-1。通過數據顯示，廣州地區2 萬噸多層土建庫生產冷氣的耗能高出北京地區3.5%，而單層裝配庫生產冷氣的耗能高出北京地區8.4%，而兩萬噸高架庫生產冷氣的耗能，北京地區卻比廣州地區高8.9%。不難看出，庫容量相同的情況下，南方和北方的單層裝配庫、多層土建庫及高架庫的生產冷氣耗費的能量差異不大，兩者只是9%以下的能耗差[3]。

圖3 不同冷庫類型氨制冷系統的能耗

3.4 不同系統的能耗對比

還是以廣州和北京地區庫容量為2 萬噸的多層土建庫為例，分別做了以氨、R404a 及CO2為制冷劑的不同的制冷系統的能耗的對比，這些制冷系統分別氨/CO2復疊、氨泵、氟直膨（R404a）、氟泵（R404a）、氨/CO2載冷及氟/CO2復疊制冷系統。通過對比顯示：氟/CO2復疊制冷系統成為廣州地區耗能最高，數值為0.2382kW.h.d-1.t-1，能耗最低的為氨泵制冷系統，數值顯示為0.1821kW.h.d-1.t-1；北京地區能耗最高的為氟/CO2復疊制冷系統，數值為0.2290kW.h.d-1.t-1，能耗最低的為氨泵制冷系統，數值為0.1758kW.h.d-1.t-1。通過對比數據顯示，針對兩萬噸庫容的多層土建庫不同制冷系統能耗比較廣州和北京地區趨勢基本一致，而相同制冷系統的能耗差距不明顯。南方和北方兩萬噸的多層土建庫不同制冷系統的能耗從高到低的順序為氟/CO2復疊>氟泵（R404a）>氟直膨（R404a）>氨/CO2復疊>氨/CO2載冷>氨泵。

4 結論

本文通過冷庫容量不同、制冷系統不同、冷庫類型不同，比較分析了我國南北方地區冷庫生產冷氣的能耗。通過對我國南北方地區氨制冷系統的蓄冷能力、多層民用蓄冷、單層組合蓄冷和高架蓄冷系統的能耗以及對氨、r404a 和CO2作為制冷劑的分析比較，得出我國南北方地區蓄冷系統的能耗差異不大的結論，為我國南方和北方不同地區冷庫的制冷系統的節能減耗工作提供理論和數據的參考[4]。