冷庫節能
-----冷庫的節能與自動化程度和保溫有關
1、引言：
一般國內氨系統自動化系統有但都很難作到高程度的自動控制（原因在于國內氨用自控閥件材質、加工設備及加工工藝等方面與發達國家相比還存在一定差距），而氟系統可以說已經完全實現自動控制，而且根據用戶要求，還可以實現遠程通信和遠程控制；自動控制在冷庫節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，然而大多數冷庫的側重面只是安全保護，或者還增加了溫庫撿測和控制，對于全系統的自動調節和冷庫的節能控制還很少涉及。另一方面，即便已得到全面普及的安全保護，在實際運行中的情況也不容樂觀實現了自動控制的氟系統與還處于較低控制水平的氨系統相比，附屬設備及閥件這一塊總體價格也會稍微高出一些。我國是能源消耗大國，2002年以來，我國的能源消耗增長一直高于GDP增長，我們的高增長是建立在高消耗基礎上的，隨著科技進步和人們思想認識的提高，如何合理節能是當前一個時期比較突出的問題。
冷庫室內外的空氣都含有一定量的水蒸氣，當室內外空氣的水蒸氣含量不等時，水蒸氣分子就會從分壓力高的一側通過圍護結構向分壓力低的一側滲透。
蒸氣滲透使水蒸氣進入隔熱層或進入冷庫內部，水蒸氣進入隔熱層，就在隔熱材料的空隙凝結成水分或結成冰，隔熱材料受潮，導熱系數增大，隔熱性能降低。進入冷庫內部的水蒸氣會在冷卻設備上結成冰霜，使冷卻設備的傳熱系數降低。水蒸氣進入庫內還會帶進熱量，使庫溫升高，造成庫溫的不穩定，影響貯存食品的質量。因此，冷庫建筑的圍護結構必須采取有效措施，防止水蒸氣的滲透。
我國第“十一五”規劃（2006-2010年)提出單位GDP能源消耗要比“十五”期末降低20%。IIR(國際制冷學會)要求：在未來的20年內，應“使每個制冷設備耗能減少30~50%”。然而我國冷藏企業耗電的現狀是不能令人滿意的，如下圖所示：
（冷藏庫耗電量對比）（千瓦時/米3年）
2 如何做好冷庫節能的自動控制
上述內容的基本出發點是以氨為制冷工質的集中式制冷系統的冷庫，當今以鹵代烴為制冷工質的分散式、準集中式、集中式制冷系統的冷庫得到了很大的發展，其自控程度也往往高于以氨為制冷工質的集中式制冷系統冷庫。多工質不同系統各類冷庫的廣泛應用，極大地豐富了冷庫自動控制的內容，同時也為自動控制在冷庫節能中的應用提供了廣闊的用武之地。
3.1 關于庫房溫度和蒸發溫度調節
3.1.1 多點溫度參數的庫房溫度調節
以往庫房溫度調節以位式調節為主，對蒸發溫度往往不作調節，很難達到好的節能效果。
庫房溫度理想的控制方式是以庫房的平均溫度、冷風機的進風及其出風溫度為輸入參數，編制適當的控制程序，通過PLC進行調節。如此溫庫調節可以達到節能的要求，也能滿足某些庫房高精度溫度調節的需要，目前己可達到0.250C的精度要求，節能約10％。
3.1.2 減少不同蒸發溫度冷間的並聯運行
由于同一系統的制冷壓縮機只能在同一個蒸發溫度下運行，所以不同蒸發溫度的冷間如果並聯運行，對于相對蒸發溫度較高的冷間就處于不節能的運行狀態，該冷間熱負荷越高就越不節能。應當盡量避免這種情況的出現。氟利昂制冷系統中一機雙溫冷庫的做法，在高溫庫回氣管上加背壓閥，在低溫庫回氣管上加單向閥，是不節能的典型做法，不應提倡而宜廢止。
3.1.3 變蒸發溫度調節
在某一運行狀態下如果蒸發溫度能以庫房熱負荷以及制冷系統制冷量為參數進行調節，則既能達到節能的目的還能使能量調節更為合理。一般而言，制冷系統蒸發器和制冷壓縮機的配備基本都能滿足最高負荷的需要。如果冷間熱負荷減少而制冷量不能及時作出相應調節，則制冷系統的蒸發溫度將會相應降低，使壓縮機的制冷量與熱負荷達到一個新的平衡點。而蒸發溫度的降低反過來卻增加了蒸發器的制冷量，面對己減少的熱負荷必然形成頻繁啟停的后果。蒸發溫度每變化10C，相應增減的電能約3～5％。如果及時調高蒸發溫度，使系統在另一亇理想的平衡點上，則不但避免了浪弗、做到了節能，還減少了制冷壓縮機的頻繁起動，是一舉兩得的節能措施。
3.1.4 變流量調節
以往氨制冷系統蒸發器的制冷劑流量基本沒有變流量調節；氟利昂系統蒸發器的制冷劑流量，大多數只做到簡單的比例調節。空氣冷卻器的空氣流量大多數沒有調節或者只有雙速及風扇臺數調節。這兩種流量參數的調節都是與庫房冷分配設備制冷量以及庫房溫度直接相關的調節，也是冷庫節能自控應于重視的內容之一。
3.1.5 設定合適的控制精度和加設超限控制
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。從節能的角度出發，只要不影響商品的品質，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。
對于多亇冷間的庫房溫度控制，除了原有的庫房溫度設定值之外，宜加設庫溫超限控制值。這種雙因素的庫房溫度調節能做到制冷系統需要投入運行時，不會因為亇別庫房溫度的偏離而過早投入運行；還可以根據當時的實際情況不使冷間或制冷系統過早地仃止運行，充分利用現有能量並避免設備或系統的頻繁啟仃。
3.1.6 設置避高峯運行控制
電力緊缺是當前全國各地存在的普遍現象，用電峯谷的巨差更加重了電力緊缺，為此電費的峯谷差價在許多城市實行而且價差還在逐步拉大。在不影響商品質量的前提下，冷庫設置避高峯運行，有利于電網削峯補谷，宏觀上幫助全局節能；微觀而言也有利于降低冷庫的運行成本。
3.2 冷間相對濕度調節
冷間相對濕度的調節與溫度調節方法的相似之處不必重復敘述。一般冷間的相對濕度在85～95％之間，但也有一些冷間要求的相對濕度低于或高于該范圍，例如有些氣調庫要求的相對濕度是98％、而有些農作物種質庫的相對濕度要求是40～45％。在高相對濕度調節和低相對濕度調節時尤因注重節能措施。
3.3 關于供液方式調節
3.3.1 直接膨脹供液
直接膨脹供液是大多數鹵代烴（包括氟利昂）系統和亇別氨系統采用的供液方法。這種供液方法以往基本采用熱力膨脹閥供液，由于選型、調節以及產品本身的問題，無法實現節能的目的。電子膨脹閥的出現結合多點溫度參數的庫溫調節，可以較好地實現節能運行，一般可節能10％。鹵代烴制冷系統的熱力膨脹閥產品已相當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中尚未普遍采用，有待加力推廣。氨制冷系統蒸發器運行的過熱度不大，控制難度相對較大，目前尚無成熟的氨用電子膨脹閥產品。
3.3.2 重力供液
重力供液系統在老的氨制冷系統中應用很廣泛，后來逐慚被氨泵供液系統取代。重力供液系統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控制，無疑是一種節能的運行。廈門商業冷凍廠的流態化凍結裝置采用了R22重力供液系統，上海廿一世記冷庫采用氨制冷重力供液系統並實現了自動控制。如何做好重力供液系統自動控制的節能運行並進行定量分析和不斷提高，是值得我們關注的一亇方面。
3.3.3 液泵供液
液泵再循環系統在氨制冷系統中應用十分廣泛；上世記七十年代上海外貿冷凍五廠萬噸冷庫是R22液泵再循環制冷系統，一些船用制冷系統也采用了R22液泵供液。液泵再循環系統雖然能提高蒸發器的傳熱系數從而提高制冷量但同時也消耗了電力，如果沒有合理的配置和恰當的自控運行程序，很難做到節能運行。當前不少液泵再循環系統供液量過大但卻不能保證每路通子的最小流量、揚程太高但卻還很難保證多層冷庫的均勻供液，流量基本無法根據制冷負荷的變化而變化，很難做到節能運行。對于液泵再循環系統，除了配置必需合理，還應加強自動控制運行程序的研究，例如分層供液和變流量控制等，只有這樣才能達到節能的目的。
根據不同制冷對象采用不同供液方式，加強相應自控程序研究尤其是加強無電動力輸送的直接膨脹和重力供液系統研究，也是尋求冷庫節能的途徑之一。
3.4 蒸發器雙流量調節
在熱氣融霜的自動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器恢復制冷時的熱負荷沖擊。這種做法可以引申到蒸發器的制冷運行狀態中並于以完善，達到合理運行和節能的目的。
根據蒸發器熱負荷的變化情況，設置最小負荷供液、回氣電磁閥和大負荷供液、回氣電磁（主）閥，由此根據實際負荷的變化而作相應的調節。這種做法不但可使本冷間蒸發器做到節能運行，還能減小對本系統其他冷間和制冷系統的干擾，利于系統節能運行。
3.5 關于空氣冷卻器（冷風機）融霜控制
目前冷風機融霜基本采用半自動控制或者定時融霜控制，存在的問題是：融霜指令可能不及時或滯后，融霜過程帶入熱量過多。為了節能，冷風機的融霜應當做到全自動控制。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），感知最佳的融霜時間；然后要有合理的融霜程序；還要有冷風機翅片感溫器，防止過多加熱。三管齊下肯定能做到冷風機融霜節能。
在一些裝配式冷庫中應用很廣泛的電加熱融霜冷風機，可以采用PLC控制，把固定的定時加熱融霜改成按需融霜，亦即對每次實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。按需融霜較定時融霜節能約10％。
3.6 冷庫門控制
冷庫門要隨開即關，這是每個冷庫管理都有的規定，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際客觀原因的。解決的最好辦法也是自動控制，最近研制的蝸桿電動門專設PLC控制，功能十分齊全，如果開門時間過長的話即自動關閉，開門損失的熱負荷是很大的，其節能效果也是可觀的。
冷庫門的電加熱絲功率選擇有防結露和防凍結兩種選擇，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能2％。
3.7 庫房照明控制
庫房照明按冷庫制冷設計手冊的規定是1.8～5.8W/m2，但在實際工程中往往超過該數據，有的甚至在10W/m2左右。如果忘了關燈，不但浪費了照明電能，還增加了冷間和制冷系統的熱負荷。增加一亇簡單的控制就可避免出現浪費：當冷庫門關閉5～15分鐘后，如果照明燈還亮著，即自動關閉照明。延時的時間應超過工人在內一次作業的最長時間，避免誤關燈；萬一有誤關燈的情況，借助庫房長明燈和冷庫門安全設置，人員的操作安全還是有保障的。
3.8 關于冷凝器和冷凝溫度調節
3.8.1 冷凝溫度的傳感元件和調節對象
根據冷凝溫度和冷凝壓力的對應關系，通常以冷凝壓力作為冷凝溫度的調節參數。以往常用高壓壓力控制器作為傳感器並發出控制伩號，調節效果一般。現在通常采用壓力變送器作傳感器並配PLC控制，簡化了變送裝置、提高了調節精度和增強了可靠性。調節的對象是冷凝器的運行狀態和設備的投入量。以蒸發式冷凝器為例，可以調節的冷凝器運行狀態有干運行、濕運行還有風機和水泵的變頻運行；冷凝器的投入量也將根據負荷的變化而變化。冷凝溫度每下降1K，其節能效果與蒸發溫度每上升1K的節能效果同樣可貴。
3.8.2 變冷凝溫度調節
運用自控元件和PLC的功能，對冷凝壓力實行浮動控制，可以避免冷凝壓力偏高或偏低，在保證制冷系統運行正常的基礎上達到節能運行的效果。以準集中式制冷系統為例，其機組和風冷式冷凝器，采用專用可變程序器控制，可以節能10％。
3.9 關于制冷壓縮機節能運行（主要是能量調節）
能量調節使壓縮機的制冷量能隨熱負荷的變化而變化，是冷庫節能自動控制的重要內容之一。不同的制冷壓縮機或機組，實施節能運行和能量調節的側重點也有所不同。
3.10 關于變頻調節
變頻技術用于壓縮機能量調節是目前較為流行的方法之一。變頻過低，會造成油壓差降低和油量減少的缺點；變頻過高，會增加油循環量和消耗量，還會使壓縮機閥門故障增加。變頻驅動還應注意其電機應按最大功率選擇。
3.11 實時計算控制，確保系統最佳節能運行
制冷系統的優化設計和自動控制的最佳運行是實現冷庫節能十分重要的內容。
冷庫實行節能運行的實時控制任務，可由數據釆集、計算控制和監控系統來完成。數據采集計算控制系統的采集對象是制冷裝置、制冷系統和工作環境的所有相關參數，類別有溫度、壓力、壓差、液位、電流、運行狀態和故障情況等內容。
4 冷庫節能自控運行的成效節能運行的基本措施
電子膨脹閥的釆用，可節能10％；按需融霜功能，可節能5％；夜間回置的庫溫設定，可節能4％；冷風機風扇運行控制，可節能3％；冷庫門防結露絲控制，可節能2％；壓縮機組和冷凝風扇控制，可節能10％；
以上6條措施的綜合節能效果，可達15-34%. |
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