果蔬冷庫節(jié)能技術(shù)

趙雯涵

（山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101）

果蔬貯藏保鮮技術(shù)有冷藏貯藏法、氣調(diào)貯藏法、輻照貯藏法和涂膜貯藏法，其中冷藏貯藏法是目前國際上最有效的果蔬保鮮方法[1-2]。冷藏貯藏法即低溫貯藏法，是依靠低溫的作用抑制微生物的繁殖、減弱果蔬的氧化和呼吸等機(jī)理實(shí)現(xiàn)果蔬保鮮。果蔬的低溫貯藏主要依靠冷庫[3-4]，冷庫是指采用人工制冷降溫并具有保冷功能的倉儲建筑群，包括制冷機(jī)房、變配電間等[5]。2018 年，我國冷庫總面積約700 萬m2[6]。由于我國冷庫數(shù)量多、總冷藏和冷凍面積大，冷庫總的能耗需求也大。國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》提出全面提升用能設(shè)備能效水平，推動制冷系統(tǒng)節(jié)能改造，強(qiáng)化風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等重點(diǎn)用能設(shè)備節(jié)能管理。目前，我國果蔬冷庫低溫貯藏面積已達(dá)到2.5 萬多m2[7]，果蔬冷庫的制冷系統(tǒng)選擇、冷庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等方面都具有節(jié)能改進(jìn)潛力，果蔬冷庫節(jié)能減排是值得關(guān)注的研究領(lǐng)域。

1 制冷系統(tǒng)選擇

1.1 壓縮級數(shù)選擇

果蔬冷庫主要貯存水果和蔬菜，其貯藏周期和質(zhì)量與果蔬冷庫的環(huán)境因素（如溫度、濕度、空氣潔凈度等） 密切相關(guān)。果蔬冷庫冷間的設(shè)計(jì)溫度和相對濕度應(yīng)根據(jù)果蔬的冷藏工藝要求確定，冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范[5]規(guī)定也可按表1 選用。

冷間的設(shè)計(jì)溫度和相對濕度見表1。

表1 冷間的設(shè)計(jì)溫度和相對濕度

由表1 可知，多數(shù)果蔬冷庫制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度不低于-11 ℃，根據(jù)制冷壓縮機(jī)本身的特點(diǎn)，選用單級壓縮制冷系統(tǒng)。

1.2 制冷劑選擇

果蔬冷庫常用的制冷劑有氨和氟利昂。氨是應(yīng)用最早而且目前仍為廣泛使用的天然制冷物質(zhì)。氨的單位容積制冷量較大，所以相同溫度和制冷量時(shí)，與氟利昂壓縮機(jī)相比較，氨壓縮機(jī)的尺寸較小，并且氨的價(jià)格也比較便宜，在大中型冷庫中價(jià)格優(yōu)勢顯著。氟利昂無色、無味、不易燃易爆，化學(xué)性能穩(wěn)定。氟利昂能不同程度地溶解潤滑油，不易在系統(tǒng)中形成油膜熱阻，對系統(tǒng)換熱設(shè)備的傳熱影響很小[8]。

目前，大中型果蔬冷庫的制冷系統(tǒng)以氨系統(tǒng)居多，微型果蔬冷庫的制冷系統(tǒng)以氟利昂系統(tǒng)為主。劉恒穗等人[8]從設(shè)備投資、安裝和運(yùn)行費(fèi)用、保鮮效果、維護(hù)和保養(yǎng)、環(huán)保和潛在危害等方面對氨系統(tǒng)和氟利昂系統(tǒng)進(jìn)行了比較，這兩類制冷系統(tǒng)各有優(yōu)勢；與氨制冷系統(tǒng)相比較，氟利昂制冷系統(tǒng)具有設(shè)備較少、系統(tǒng)相對簡單、自動化程度高、運(yùn)行管理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。隨著氟利昂制冷系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)的降低和氟利昂壓縮機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，大型的機(jī)頭和并聯(lián)機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，采用氟利昂單級壓縮制冷系統(tǒng)的大中型果蔬冷庫日漸增加[8]，采用環(huán)保型氟利昂制冷劑可以滿足人們對環(huán)境保護(hù)的需求。

2 設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)

果蔬冷庫是存放水果蔬菜的“冷”倉庫，除了具備倉庫的基本功能外，還需要有低溫環(huán)境并持續(xù)保持。在果蔬冷庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，“保冷”和“制冷”是2 個(gè)重要節(jié)能環(huán)節(jié)。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在果蔬冷庫制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入到冷庫內(nèi)的熱負(fù)荷占整體負(fù)荷的比例較高，選擇合適的隔熱材料可以有效減少外界熱量進(jìn)入冷庫，實(shí)現(xiàn)“保冷”節(jié)能目標(biāo)。

冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定[5]，冷庫庫房的隔熱材料應(yīng)符合熱導(dǎo)率小、易于施工、對食品未有污染、難燃或不燃材料、不易變質(zhì)等條件。冷庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱材料層的厚度增加，冷庫建設(shè)的初投資就會增加，需要在冷庫設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)冷庫的庫溫、使用年限等因素綜合確定最佳隔熱材料層厚度，做到設(shè)計(jì)和運(yùn)行相匹配。張金花等人[9]對北京市50 余家冷庫的調(diào)研結(jié)果表明，庫溫在-14 ℃以下的低溫庫，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱材料為硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料；庫溫在+2～+10 ℃的高溫庫，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱材料為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。王書元等人[10]對采用聚苯乙烯泡沫塑料和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為隔熱材料的冷庫進(jìn)行分析比較，指出使用聚氨酯隔熱材料使得冷庫的建造成本高于使用聚苯乙烯隔熱材料，但是運(yùn)行能耗至少降低15%。杜子崢等人[11]建議使用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料作為冷庫隔熱材料，其吸水率低，熱導(dǎo)率受溫濕度影響不明顯。目前，氣凝膠隔熱材料由于其保溫性、阻燃性、隔濕性能均優(yōu)于現(xiàn)有的冷庫用隔熱材料，隨著氣凝膠隔熱材料成本的降低和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其在冷庫行業(yè)的應(yīng)用值得關(guān)注和深入研究。

2.2 合理計(jì)算貨物熱

在冷庫設(shè)計(jì)過程中，以壓縮機(jī)為主要設(shè)備的制冷系統(tǒng)是“制冷”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要根據(jù)冷庫機(jī)械負(fù)荷和冷卻設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、冷風(fēng)機(jī)等設(shè)備選型。冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范[5]規(guī)定，冷庫設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度下的機(jī)械負(fù)荷和冷間冷卻設(shè)備負(fù)荷均與Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 有關(guān)，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 分別為圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱流量、貨物熱流量、通風(fēng)換氣熱流量、電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)熱流量、操作熱流量。對于果蔬冷庫，貨物熱流量Q2 通常占到高峰熱負(fù)荷的50%～60%[12]，進(jìn)貨時(shí)限的長短是影響貨物熱流量的重要因素。按照設(shè)計(jì)慣例，進(jìn)貨時(shí)限為15 d。但是，果蔬的種類不同、經(jīng)營方式和進(jìn)貨習(xí)慣等方面的差異均使實(shí)際的進(jìn)貨時(shí)限有很大的差別。文獻(xiàn)[12]以中型蘋果保鮮庫為例，按進(jìn)貨時(shí)限15 d 和25 d 分別進(jìn)行了冷庫熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)果表明冷庫熱負(fù)荷差異量為24.8%，制冷系統(tǒng)的初投資差別約為20%。在果蔬冷庫設(shè)計(jì)時(shí)，需要因地制宜，詳細(xì)了解果蔬種類、進(jìn)貨時(shí)限、進(jìn)貨均勻度、氣候條件等設(shè)計(jì)因素，合理計(jì)算貨物熱量，對于減少冷庫制冷系統(tǒng)初投資、降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、節(jié)能降耗等具有重要意義。

3 管理中的節(jié)能技術(shù)

3.1 管理節(jié)能

提高果蔬冷庫運(yùn)行管理水平，可以降低冷庫企業(yè)的運(yùn)營成本。冷庫管理規(guī)范[13]從基本要求、冷庫運(yùn)行管理、食品貯存管理、冷庫安全設(shè)施管理和冷庫建筑維護(hù)等方面提出對冷庫制冷、電氣、給排水系統(tǒng)，庫房建筑及相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施運(yùn)行管理、維護(hù)保養(yǎng)要求和食品貯存管理要求。

冷庫節(jié)能運(yùn)行技術(shù)規(guī)范[14]是國家商務(wù)部提出的國內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)范針對冷庫能源管理系統(tǒng)、冷庫建筑的節(jié)能要求、制冷系統(tǒng)和制冷設(shè)備運(yùn)行中的節(jié)能操作調(diào)節(jié)、制冷系統(tǒng)與設(shè)備維護(hù)的節(jié)能操作等方面提出了更加具體的要求，為果蔬冷庫管理者提供技術(shù)支撐。

此外，一些地方標(biāo)準(zhǔn)，如食品冷庫經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)[15]、冷庫系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測[16]，以及信息化冷庫運(yùn)行管理，也有利于進(jìn)一步促進(jìn)果蔬冷庫節(jié)能體系的建設(shè)[3]。

3.2 削峰填谷

在我國工業(yè)用電高峰時(shí)期和低谷時(shí)期電價(jià)存在很大差異，冷庫充分利用谷電運(yùn)行時(shí)間，合理減少峰電運(yùn)行時(shí)長，既可以顯著降低冷庫的運(yùn)行成本，也可以有效緩解電網(wǎng)系統(tǒng)供電壓力，保障用電安全，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。需要注意的是，冷庫建設(shè)的主要目標(biāo)是保持果蔬產(chǎn)品的色、香、味等方面的質(zhì)量和品質(zhì)，冷庫運(yùn)行應(yīng)考慮不同種類果蔬對溫度波動的敏感程度，科學(xué)實(shí)行削峰填谷，將果蔬質(zhì)量放在首位。另外，可以根據(jù)各地市電力政策現(xiàn)狀參與電力需求響應(yīng)，電力需求響應(yīng)是指電力市場價(jià)格明顯升高（降低） 或系統(tǒng)安全可靠性存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，電力用戶根據(jù)價(jià)格信號或激勵措施，暫時(shí)改變其固有的習(xí)慣用電模式，減少（增加） 用電，從而促進(jìn)電力供需平衡、保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的行為。各地市政策有差異，參與電力需求響應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償也不完全相同，通常每響應(yīng)1 kW 負(fù)荷的補(bǔ)償費(fèi)用為30～60 元。

4 結(jié)語

我國是果蔬生產(chǎn)和消費(fèi)大國，果蔬冷庫的需求量也日益增加。對于分散的小型果蔬冷庫建議選用氟利昂單級壓縮制冷系統(tǒng)，隨著氟利昂制冷系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)的降低和氟利昂壓縮機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，采用氟利昂單級壓縮制冷系統(tǒng)的大中型果蔬冷庫逐漸增多。在果蔬冷庫設(shè)計(jì)方面，加強(qiáng)實(shí)地調(diào)研，合理選擇隔熱材料和計(jì)算貨物熱量，對于減少冷庫制冷系統(tǒng)初投資、降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、節(jié)能降耗具有重要意義。同時(shí)，建議果蔬冷庫企業(yè)按照國家規(guī)范要求，提高其運(yùn)行管理水平，可以顯著降低企業(yè)的運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。