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冷库节能设计方案

随着经济的发展和人们生活质量的提高,环境污染问题、能源紧张问题和食品安全问题越来越引起世界各国人民的关注。制冷行业发展的趋势是节能、环保和安全。
  有关资料表明我国冷库年耗电量130KW/年.m³,而国外发达国家仅为我们的一半左右,随着冷链物流业和其他应用领域的迅速发展,需要制冷服务的行业越来越广泛,这就越发突显了节能降耗的重要性,相对于制冷行业,节能降耗在我国大有可为。下面我们以冷库为例来具体分析一下,可能实现的节能措施。
  要做一个合乎规范的成功的冷库工程,可能从土建开始,我们就需要配合用户,因为不是所有的冷库都经过设计院设计,有些用户就是自己找来建筑公司就进行施工,而建筑公司并不是专一的针对冷库建筑的,很多时候会按照土建的传统做法来施工,进而出现偏差。比如,目前的冷库建设过程中,屡屡会遇到地圈梁标高不合乎冷库要求,用户在需要保温的时候,只好砸碎冷库门的地圈梁。相信我们在座的各位领导有的也遇见过类似的情况。 我们从冷库:的建设开始来看一下,从开始建设就需要注意的问题,本门学科也是制冷专业的一项专业基础课。
  低温工况下压缩机的回气就会结霜,而且回气可能带有一定数量的未完全蒸发的液体,尤其在蒸发器结霜之后,压缩机头上霜就会比较严重,这时候只是回流的气体经过电机进行了热交换。假如较多的液体进入压缩腔,由于液体不可压缩,会对活塞压缩机阀片、密封垫等易损件造成极大程度的损害,吸气阀片一旦断掉,就会把活塞、阀板破坏,甚至进而演变成连杆断裂、电机烧毁等重大故障。
  而螺杆压缩机不是往复式压缩,对湿行程不敏感,直接喷油的措施也使得少量的制冷剂液体迅速蒸发,保证了压缩机的安全。由此可见,无论从可靠性还是节能和降低造价方面,我们都应该大力推广螺杆压缩机。与我们对螺杆的认识一样,现在大型的食品加工厂,比如肉联厂和水产类加工厂,只要是速冻量较大的,采用的大都是螺杆压缩机。
  其次,冷凝器方面,尽可能的使用蒸发式冷凝器,蒸发式冷凝器结合了风冷和水冷的优点,而且用水量不到水冷凝器的十分之一,它的冷凝温度低,约相当于本地区的湿球温度,而且我们都知道,由于水冷式冷凝器水是在管内流动,流速较慢,所以结垢系数也就相对较大,每年都需要进行清理,对于我们氟利昂系统的水冷凝器而言,由于普遍采用的是高效管,内径较细,清理很困难而且还有破坏冷凝器的可能。蒸发式冷凝器的水是高速在管外喷淋,特殊的椭圆管结构确保了每根换热管都被水包围,换热效率得到了最佳化。它的盘管组是整体热浸锌结构,抗锈蚀能力强,彻底消除了客户的后顾之忧。据统计,采用蒸发式冷凝器比较其他冷凝方式节能20%左右。 以一台30匹的高温压缩机为例,假定蒸发温度为-10℃,无压力损失,
  使用风冷式冷凝器的制冷量为39KW,轴功率17.5KW,此时压缩机的吸气绝对压力为0.35Mpa,冷凝温度按照+50℃,此时对应的排气绝对压力是2 Mpa,压缩机的实际压缩比是5.7; 使用水冷式冷凝器制冷量为45.5KW,轴功率14.9KW,此时压缩机的吸气绝对压力为0.35Mpa,冷凝温度按照+37℃,此时对应的排气绝对压力是1.45 Mpa,压缩机的实际压缩比是4.2; 使用蒸发式冷凝器的制冷量为49.3KW,轴功率13.4KW,此时压缩机的吸气绝对压力为0.35Mpa,冷凝温度按照+30℃,此时对应的排气绝对压力是1.2 Mpa,压缩机的实际压缩比是3.4; 可见,与风冷式冷凝器相比,采用蒸发冷后,压缩机制冷量增加了26%,耗电量却下降了23%;与水冷式冷凝器相比,采用蒸发冷后,压缩机制冷量增加了8%,耗电量却下降了10%。
  采用蒸发冷带来的优势还有压缩机的排气压力下降了,排气温度也就相应的降低了。压缩机的运行工况得到了改善,压缩比明显下降,润滑情况也变得良好,压缩机的使用寿命也就得到了延长。
  夏天冲霜水把冷量带回了冷却水池,冷却水的温度得到了下降,冷凝压力就会降低,压缩机的制冷量会得到适当增加,同时轴功率也会得到适当的降低,进一步实现了节能。考虑到冬季水温较低,我们就在控制系统上做文章,冬季蒸发式冷凝器需要工作时只让水泵开启,这样冷却水把热量有效回收到水池里,水池的水不会结冰也加快了冲霜的速度,这种相互关联的方式保证了系统的正常运转,做到了每个环节的节能降耗。蒸发器方面,目前很多冷库面对的都是蒸发器面积不足,这样就导致了压缩机的吸气压力远远偏离饱和蒸发压力,也就是说,机组实际运行的压力对应的蒸发温度远远低于实际要求,这样就使得制冷剂的单位容积制冷量减少,压缩比增大,输气系数下降,耗功增加。统计数据表明,蒸发温度每下降1℃,耗能增加3-4%。
  设计人员要注意选择合适的蒸发面积。以冷风机为例,目前传统的DL系列也就是4.5mm片距的冷风机,在水果蔬菜库的应用当中,就会出现结霜很快的现象,这就需要反复进行化霜,多耗电能不说,也耽误了食品的降温,尤其按照以往的做法,有的设计人员会为用户选择电化霜的冷风机,这样的冷风机的化霜功率比对应的压缩机功率还要大,化霜产生的热量还需要压缩机带走,这样一个冷库就很容易出现反复化霜,库温达不到的恶性循环。所以我们现在对于这类的冷库不会选择这种片距的冷风机,而是采用6mm片距的DD系列产品,这样看似设备投资增加了一部分,但是这在以后的设备运行中很短的时间就可以收回成本。一般情况下采用自动水化霜型式,一台2.2KW的水泵就基本可以满足化霜需求,化霜的速度也比电化霜型式快得多。
  制冷剂的选择
  目前我们习惯采用的一般是氟利昂R22,它的价格比较低廉,所以被广泛的采用,按照国际规定,对我们发展中国家来说,2025年R22逐步减产,到2030年停止使用。这不会影响到我们的设备,如果需要换成环保制冷剂,制冷系统只需要进行清洁和更换冷冻油就可以实现。 在我们的传统观念里,低温制冷剂比如R404A价格比较昂贵,所以在一些速冻类的系统里大部分的采用的仍旧是R22,其实,这是一种错误的理念,一套低温速冻装置往往需要的制冷剂不是很多,比如一个小的速冻间也可能就是几十公斤,它在整套系统里的价格不是至关重要的。 我们来比较一下一台相同的压缩机在低温工况下的有关参数: 以一台6F-40.2的压缩机为例,假定运行工况为(-35,+30℃),采用R22时压缩机的产冷量为25100W,而采用R404A,它的制冷量就变成了30500W,增加了21%。根据两者的热力性质,这个时候采用R22吸气压力为0.03Mpa,排气压力1.1 Mpa,压缩比为1.2/0.13=9.2;而采用R404A吸气压力为0.07Mpa左右,排气压力1.30Mpa,压缩比为1.40/0.17=8.2左右。
  根据以上的数据我们可以看到,低温工况下采用R404A,压缩机的压缩比相应的有所下降,制冷量增加了很多,采用R22做制冷剂,5台6F-40.2的制冷量,相当于采用R404A做制冷剂,4台6F-40.2的制冷量。可见,我们对于低温库尤其是速冻间,我们尽可能的还是要采用R404A,这样即实现了节能也达到了环保的目的,因为目前我们大多数时候是把它当做取代R22的制冷剂。
  目前我们供给国外的产品比较多,我们可以亲身感受到,无论是大国还是小国,他们选用的压缩机都是带“Y”的,制冷上用的制冷剂都是R404A或者是407C之类的。那么为了响应国家的节能减排,我个人认为,我们也应该尽量选择环保类的制冷剂,为保护环境尽一份力。 以上是关于冷库建筑和设备选择的有关问题,是前期和中期的工作,当这些按照我们的计划完成,冷库正常运行,后期的运行管理就是节能降耗的关键所在了。
  冷库的运行管理
  可能有的人认为这个运行管理是用户的事情,但是很多时候我们面对的
  都是没有经营、管理过冷库的用户,他们也不知道一些相对专业的管理细节。有专业人员操作管理设备的氨制冷系统可能有相对成熟的管理经验,但我们现在的氟利昂系统一般没有专业人员去维护。因为“自动化”“不需要人员管理”这些都是我们面对客户时,提出的卖点,也就是优越于氨制冷系统的地方。因此我们也需要了解这些,能够回答客户的疑问。
  1、简单来说,冷库的日常管理要把握好“冰、霜、水、门、灯”五个环节。防止水、汽渗入隔热层,冷库内的墙面、顶棚、门框上应无冰、无霜、无水。要做到随时清除。低温库的地面不能有积水以免冻结成冰。库内的蒸发器要及时除霜。蒸发器霜层会造成库温下降缓慢,耗能增加以及压缩机湿行程,严重威胁到设备的安全运行。冷库门要经常进行检查,如发现冷库门变形或者密封条受损要及时修复。同时为了减少库房内外的冷热交换,最好在库门上方加设风幕机,如果没有风幕机,出入库人员要随手关门,同时做到人走灯熄,每天下班后专人检查。
  2、针对不同的产品确定不同的储藏温度。例如储藏时间不超过半年的低温冷藏食品,一般采用的是-15~-18℃,这样就适当提高了系统的蒸发温度,从而提高了压缩机的制冷量,节约了电能。只有那些储藏时间超过半年的食品,为了确保它的品质,可以将库温设定在-18℃以下。
  3、低温冷藏间宜采用顶排管排管的蓄冷量大,由于它吊装在库内上方,当压缩机停止工作后,排管内部的氟利昂也会适度的吸热蒸发,而且采用排管没有了电机,也就相当于直接节约了电能,也避免了这类的冷库容易结冰,导致电机烧毁故障的发生。采用排管的另外一个好处就是食品的干耗会减少很多,相应的带来了经济效益。采用冷风机的低温冷藏库故障点很多,如果采用电化霜会增加很大的电能消耗,采用水化霜,次数久了,滴水就可能积攒成冰,假如电机翅片被冻住,电机就会烧毁,更换时的劳动强度也大。加上风机的下水管也很容易冻住,维修显得非常麻烦。很多时候用户是根据我们的推荐采用蒸发器的,我们应该站在节能降耗的角度来向客户推荐,同时也是给我们自己的公司售后服务减少了很多负担。
  4、冷藏食品尽量包装冷藏冷藏食品如没有包装,在储藏过程中干耗较大,能量消耗也就大。而包装的食品在储藏过程中干耗接近为零。由于食品的干耗大大减少,蒸发器的融霜次数也就减少了,压缩机的无用功也就降到最少,实际上也就起到了节约能源的作用。
  5、及时淘汰能耗大的设备例如目前还有一部分小型氨制冷的冷库,年久失修,还要专人开机。不仅耗费人力物力,也是一个很大的安全隐患。近年来这样的冷库发生重大事故的不在少数,因此在一些地区这样的冷库建设,已经不在批复之列。除此之外,还有一部分采用电化霜冷风机的冷库,经常因为电加热管烧毁进而烧穿冷风机铜管,导致整个系统的氟利昂全部泄露,还有的冷库因为加热管着火造成重大事故,所以说,这部分设备无论从客户自身的角度还是从节能降耗角度来看都应该淘汰更换。
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