物流冷庫制冷系統優化

馮迪

摘要：作為冷鏈物流產業發展的重要支撐，冷庫制冷系統的規范化建設至關重要，其不僅有助于冷庫系統能源消耗的合理控制，更對于物品冷凍保存質量提升具有重大影響。文章結合天津陸路港大型物流冷庫項目建設實際，在分析物流冷庫制冷系統設計要點的基礎上，對其制冷系統的工作原理進行系統分析，并指出物流冷庫制冷系統中化霜結構的優化內容。以期有利于物流冷庫制冷系統的標準化、規范化建設，繼而在提升物流冷庫運行效率的同時，實現冷鏈物流產業的進一步發展。

關鍵詞：冷鏈物流;冷庫;制冷系統;工作原理;優化

引言

隨著冷鏈物流產業的不斷發展，我國物流冷庫建設規模不斷擴大，其建設數量也在持續增多。據統計，現階段我國冷鏈物流產業的增長速度保持在8%～10%;其造成了物流冷庫需求的持續增加。就物流冷庫設計而言，人們在進行新型冷庫設計、施工的基礎上，加強了對現有冷庫的優化改造，從而確保其在產品冷凍、冷藏和保險方面職能的發揮。冷庫制冷效率優化是其設計改造的重要內容，然而受諸多因素影響，傳統物流冷庫優化的效果相對有限，基于此，進行物流冷庫制冷系統的現代化設計已經成為推動其行業發展的關鍵所在，本文結合天津陸路港大型物流冷庫項目建設實際，對冷鏈物流冷庫的制冷系統應用展開分析。

1 物流冷庫制冷系統設計要點

冷鏈物流產業是一個專業性較強、社會實踐度較高的現代學科門類，其在易腐、生鮮產品物理化學特質考慮的基礎上，實現了生產、運輸、銷售和技術等問題的結合。冷鏈物流產業發展中，冷庫制冷系統設計是其產品保鮮實現的重要支撐，故而在系統設計過程中，冷鏈物流產業設計人員必須注重以下要點把控：

其一，保證物流冷庫制冷系統的穩定性。現階段，實現質量優良的產品儲藏和供應是物流冷庫制冷系統設計的重要目的;作為產品質量控制的第一要素，產品安全至關重要。故在制冷系統實際設計中，冷庫基礎材料、制冷設備和制冷劑的應用必須具有較高的安全性和可靠性，從而確保冷庫庫溫的把控合理，為產品的穩定化、安全化供應提供有效基礎。其二，作為冷鏈系統中產品停放時間最長的環節，物流冷庫對于產品壽命延長和價值提升具有深刻影響;然而在該環節中，產品冷藏效果的實現伴隨著較大的能耗，新時期，為確保冷鏈物流產業發展的綠色化、生態化，就必須注重制冷系統的節能應用，確保實際能耗的有效控制。其三，新時期，現代化制冷設備的應用使得人們對于冷庫的電氣控制提出較高要求，只有不斷提升冷庫制冷系統的智能化水平，才能確保冷庫制冷效率和質量的提升，實現冷鏈物流產業的現代化、規范化發展。

2 項目概況

天津陸路港大型物流冷庫項目于2018年設計施工，冷庫建設周期5個月，建設總面積為6050m2，庫內凈高為9.5m，庫容量約15000噸。針對服務對象和性質，考慮到多品種食品儲藏，由冷凍庫和冷藏庫及低溫月臺組成。其中冷凍庫庫溫設計為-20℃，庫容為14000噸;冷藏庫庫溫設計為0-5℃，庫容為1000噸;低溫穿堂設計為1-7℃。冷庫投建后，可實現KFC及必勝客原料的有效儲存。項目設計中，考慮到節能、安全和保持庫溫恒定系統采用了電子膨脹閥供液和熱氟融霜形式，同時地坪采用乙二醇加熱系統，利用壓縮機排氣的熱量來加熱乙二醇，再用乙二醇泵輸入地坪加熱管內循環，對地坪加熱防凍。

3 冷庫制冷系統工作原理及具體配置

3.1 工作原理

作為冷庫制冷系統優化設計的基礎，制冷系統工作原理的把控至關重要。一般情況下，制冷劑循環系統、潤滑油循環系統、融霜系統、冷卻水循環系統以及載冷劑循環系統等都是冷庫制冷系統應用的基本組成;同時其還包括了輔助設備、儀表、控制器件、閥門和管道等的細化支撐。需要注意的是，制冷系統應用形式不同，其制冷劑循環系統的應用也會存在差異;譬如在蒸氣壓縮式制冷系統應用中，壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器是制冷劑循環系統的基本組成。從本質上講，冷庫制冷系統是在外界能量的支撐下，使得熱量發生轉移的應用系統;從溫度較低環境向溫度較高環境進行熱量轉移是冷庫制冷系統熱量轉移的基本形式。具體而言，當壓縮機開始運作時，這些低溫低壓的蒸汽會被整體吸入、壓縮;并當其達到高溫高壓狀態時排入冷凝器，并在冷凝器的冷卻介質中進行放熱，最后轉化為高壓液體。現階段，在節流閥支撐下，這些高壓液體會被節流為低壓低溫的制冷劑，并再次進入制冷系統的蒸發器，實現冷庫的循環制冷。需要注意的是，制冷系統循環應用過程中，制冷系統劃分、供液方式、制冷工質和融霜方式是其工藝應用的四個基本環節。具體優化過程中，制冷系統，其制冷劑的選擇也存在較大差異，目前而言，氟利昂制冷系統、氨制冷系統、混合工質制冷系統及空氣等工質的制冷系統是較為常見的應用形式。天津陸路港大型物流冷庫制冷系統優化中，根據冷庫具體的制冷要求，設計人員進行了氟利昂制冷系統的規范應用。

3.2 具體配置

整個系統采用的是R507A制冷劑，R507A屬于HFC型共沸制冷劑（完全不含破壞臭氧層的CFC、HCFC），符合美國環保組織EPA、SNAP和UL的標準，符合美國采暖、制冷空調工程師協會（ASHRAE）的A1安全等級類別（這是最高的級別，對人身體無害）。

制冷機組配置按照庫溫劃分2個系統，低溫系統采用2臺3機頭螺桿并聯機組，每臺螺桿機頭有4級能量調節，整臺機組有12級能量調節，每臺機組分別帶每間庫的5臺冷風機，即使一臺機組出現問題，另一臺機組可以制冷;中溫庫采用的是3機頭活塞并聯機組，可以實現0-33%-66%-100%共 4級能量調節;控制系統設置機組運行時間計時器，每臺壓縮機的運行時間都有累積，累積運行時間決定壓縮機的開、停機順序：開機時，累積運行時間短的壓縮機先開機;停機時，累積運行時間長的壓縮機先停機，做到各臺壓縮機等時間運行，使制冷系統始終保持在最高效的狀態，從而達到安全運行、節能降耗、降低運行費用的效果。冷凝形式采用蒸發冷形式。

閥件的選擇，本系統采用電子自膨脹閥供液，電子膨脹閥的設計應用為本系統節能優化運行提供了必要的條件，電子膨脹的過熱度設定值可調，其在凍結全過程中能做到負荷與冷量平衡，凍結效率可以提高，凍結時間比熱力膨脹閥也可縮短10%，同時也就減少壓縮機的能耗。

4 化霜系統優化

化霜系統是冷庫制冷系統實現的重要環節，同時也是制冷系統優化的難點所在。化霜系統的設計，針對原系統應用中，設計時進行了以下方面的優化。

4.1 規范化霜系統設備配置

化霜系統是冷庫制冷效率提升的重要保證。實際應用過程中，受低溫影響，冷庫內蒸發器的水蒸氣容易結霜聚集，其不僅阻礙制冷蒸發器冷量的傳輸和散發，同時會對冷庫制冷效率造成嚴重影響。有研究表明，當蒸發器表面的霜層達到一定的厚度時，冷庫制冷效率會下降至30%以下，造成制冷能耗的急劇增加;同時，較差的制冷效果會降低相關制冷設備的使用壽命，同時影響產品實際的冷藏效果。因此，在制冷系統應用過程中，實現基礎設備的優化配置至關重要。

天津陸路港大型物流冷庫制冷系統優化過程中，熱氟除霜和電化霜是其化霜設備應用的兩種主要形態。其中冷凍庫冷風機采用熱氟除霜，而穿堂采用的是電化霜。其具體應用規范如下（見表1）。從應用效果來看，化霜設備的應用使得冷庫制冷系統蒸發器的空氣自然循環良好，消除了溫度分層現象。同時，隨著化霜技術的應用使得翅片盤管始終處于無霜或者少霜的狀態，有效的提升了蒸發器的傳熱系數，據試驗分析，優化后的蒸發器的傳熱系數提高約30%左右。此外，在自動化、智能化化霜控制下，冷庫化霜實踐更加節能，具體而言，蒸發溫度提高2到3℃，則制冷系統運行費用可降低10%左右，實現了化霜系統設備配置的合理性和制冷系統運作高效。

4.2 系統熱氟進出口優化

熱氟化霜是本工程化霜系統運作的重要形式，氟利昂應用過程中，確保高溫狀態下，氟進出口設置合理，能夠有效的提升熱氟應用效率，確保制冷系統運作制冷的提升。本工程優化過程中，運行初期冷凍庫2臺風機的熱氟氣動閥無法關嚴，化霜時有的熱氣會在經過蒸發器之后，從氣動閥泄露并回到了壓縮機的吸氣口，導致回液現象發生，影響了整體應用效率;分析原因，氣源和氣動閥的壓差存在問題。為實現熱氟進出口優化質量的提升，首先對4/6號風機對應的氣動閥進行調整，確保氣動閥上的氣源管徑由原來的φ3/8改為φ5/8;同時確保對應電磁閥、過濾器、球閥應用型號的加大;確保了氣動閥工作狀態的良好，從應用效果來看，熱氟進出口氣動閥優化后，制冷系統化霜裝置的化霜時間得以有效縮短，有效的提升了化霜系統的運作效率，后期對整個冷凍庫熱氟冷風機進行改造。改造后的制冷系統運作狀態下，氣動閥在化霜時可以關嚴，風機正常化霜下，制冷設備的用電量明顯降低，具有良好的社會效益和經濟效益。

4.3 壓縮機回氣

天津陸路港大型物流冷庫制冷系統初期調試階段，對低溫螺桿壓縮機并聯機組應用過程中，也進行了優化改造，首先對一臺低溫機組進行改造實驗，其在機組排氣端恒壓閥應用的基礎上，增加一個電磁導閥和一個壓差導閥，降低排氣壓力，制冷系統化霜時，壓差導閥實現機組排氣壓力的有效控制，保證氣動閥與氣源之間壓差的控制合理，從而保證系統運行的穩定性。

5 結論

天津陸路港大型物流冷庫制冷系統優化過程中，雖然原有的熱氟和電子膨脹閥設計和常規設計比較，在很大程度上實現節能省電;后期調試過程中，對熱氟進出口優化和壓縮機回氣優化的設計改造，經控制檢測分析，經過化霜系統熱氟進出口優化后及壓縮機回氣優化的設計改造后，冷庫耗能由8000kW/h-9000kW/h下降到2500kW/h-3500kW/h，其在保證基本冷藏質量的同時，實現了制冷消耗的有效降低，具有良好的經濟效益和質量效益。實現了制冷效率有效提升。由此可見，物流冷庫制冷系統優化對其應用質量提升具有重大影響。實踐過程中，設計人員只有在把控物流冷庫制冷系統設計要點的基礎上，充分了解制冷工藝應用原理，并做好制冷系統劃分、供液方式、制冷工質和融霜方式等環節的系統優化，才能確保物流冷庫制冷系統的標準化、規范化建設，繼而在提升物流冷庫運行效率的同時，實現冷鏈物流產業的進一步發展。

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