冷库氨制冷系统节能降耗的途径

摘要：文章就冷库氨制冷系统的特性和系统运行中的节能降耗提出了一些方法和途径，同时探讨了可以改进的措施和需要努力的方向。

关键词：冷库；制冷剂；氨制冷系统；节能降耗；压缩机；换热器

中图分类号：TU249 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0086-03

随着国内经济的飞速发展，人民物质生活水平的不断提高，冷冻冷藏食品每年以5%～10%的速度迅速增长，这无疑对冷库的建设发展起到了极大的推动作用，但针对以氨为制冷剂的集中式系统冷库现状而言有许多不利因素。我国现有的大中型冷库大多在20世纪70～80年代由国家投资建造而成，这些冷库装备陈旧，工艺落后，冷却设备耗金属量大，安全措施很不完善，管理、维修人员业务水平相对较低，存在较大的安全隐患。冷却效果也差，自动化程度较低，导致能耗较高，已不适应现在社会环境的发展需要，因此应加大改造、改建力度。

1 氨制冷剂应用的必要性

自1987年《蒙特利尔议定书》签订以来，制冷界为了保护地球大气臭氧层免遭破坏，缓解全球变暖的速度，在短期内很快发现一种理想的制冷剂也极不可能的前提下，人们把眼光又重新转向了对地球生态系统无害的氨、二氧化碳等自然工质。氨是一种值得推广的制冷剂，其优点是价格低廉且易制备，工作压力适中，单位容积制冷量大，不溶解于润滑油，放热系数高，在管道中流动阻力小，易发生泄漏。不足之处是有刺激性臭味、有毒、会燃烧和爆炸，对铜和铜合金有腐蚀作用。

2 氨制冷系统应用于冷库当中需要进一步做的改进内容

2.1 压缩机

针对压缩式制冷过程中消耗的能量，压缩机占据的比例最为庞大。我国的冷库系统大多数以氨作为主要的制冷剂，多数都采用活塞式压缩机，在对能量调节的过程中存在一定的缺陷，无法进行负荷调节过程中的无极变速，只能够利用手动进行加卸载，所以冷库系统具有的综合性能较弱，消耗能量大。但是对于螺杆式压缩机，其结构较为简单，容易发生损坏的部件较少，使用寿命长，对于湿压缩的敏感程度较低。在中等制冷量的范围中，螺杆式压缩机的热力性能也非常好，而且调节性能没有降低，对于出现的一些苛刻的工况变化能够快速地适用。下面简单介绍一下螺杆式压缩机的性能。

2.1.1 螺杆式压缩机的结构较为简单，容易损坏的部件较少，因此使用寿命较长，能够进行自动化操作。

2.1.2 螺杆式压缩机的一个主要特点就是能够进行强制输气，也就是说压力对输气量产生的影响较小，具有较高的工作效率。

2.1.3 螺杆式压缩机每分钟的转动速度在3000r以上，因此转速较高，并且具有体积小等特点，具有较好的经济性能。

2.1.4 螺杆式压缩机与往复式压缩机不同，它不具备吸气阀以及排气阀，并且压缩结构性也非常简单，全部支撑点都属于滚动型，在设计的过程中都是半密封的，摆脱了以往密封式的设计模式，确保了气体进行良好泄露。

2.1.5 螺杆式压缩机不具有往复质量惯性力，因此在动力平衡性上较为良好，基础能够减少到很小。

2.1.6 螺杆式压缩机是一种旋转型的压缩机，因此并不具备离心式以及往复式压缩机的压缩运动方式。在进行压缩排气过程中产生的压力震动也是很低的，主要是因为螺杆在旋转的过程中，回收压缩一周出现的平均震动次数为6次。

近几年，在西方的一些发达国家使用的螺杆机已经能够进行变频调速了。这就意味着我国的氨库还需要进一步加大氨高性能螺杆式压缩的推广和

应用。

2.2 换热器

2.2.1 冷凝器。在我国冷库中通常会使用壳管式冷凝器，它的主要作用原理是通过水温升高产生的热有效地带走冷凝热。但是壳管式冷凝器的用水量很大，必须采用循环水，因此得配置相应的冷却塔。这就加大了投资，增加了占地面积以及相关的维修管理等费用。相对于蒸发式冷凝器来说，该冷却水系统的水泵需要消耗大量的能量，而蒸发式冷凝器可以对水进行有效地冷却，不需要再配置冷却塔，而且该冷凝器在结构上较为紧凑，耗费的水量也相对较少，不过在实际使用的过程中往往会出现管组严重结垢等问题，限制了蒸发式冷凝器的进一步推广。

2.2.2 蒸发器。到目前为止还没有发现能够与氨进行有效溶解的溶滑油，因此在氨制冷系统当中，蒸发器的换热性能一直以来都比较差。在氨库中通常使用的液式管壳蒸发器具有较高的传热系数，在外形上来说尺寸较小，但是充灌量却比较大，为了有效地降低充灌量，进一步增强液式管壳蒸发器的换热性能，最近几年在强化换热的研究方面逐渐引入了纳米科技，在很大程度上减低了制冷剂具有的粘性，有效地减小了流动阻力系数，改善了制冷剂分配不均匀的问题，这些研究成果值得借鉴。

3 进一步简化系统并实现智能化控制

成功开发了能够与氨进行有效相溶的溶滑油之后，就能够在设计过程中省去使用油氨分离器、集油器以及相关的阀门等设施了，在氨制冷系统中充分应用氨电子膨胀阀之后也可以省去低压循环桶这些其他设备，同时在使用了蒸发式冷凝器之后可以免去安设循环水泵产生的花费。

4 进一步提高维护结构具有的良好隔热性能

不管是从设计上来说，还是从施工上来看，冷库为了有效节能采取的有效措施之一就是减少深入冷间的热负荷。由于通常冷库围护结构的热负荷会占据总体负荷大约20%～35%，而围护结构产生的传热量与传热系数有直接的关系，所以隔热材料的质量越好就越能有效地提高维护结构具有的隔热性能。通常我们使用的隔热材料包括软木、硬直聚氨酯泡沫塑料以及海泡石等。此外还可以通过增加隔热层的厚度来降低动力消耗，采取这一措施还能够减少开机的总次数，是一个非常好的节能方法。

在选择冷库的保温材料时一定要遵循因地制宜的原则，隔热性能不仅要好，还要经济实用。通常可以将冷库的隔热材料划分为几个不同的类型，其中一种是加工成为固定规格的板块，要求每一板块有固定的长、宽、厚，还可以按照库体的要求确定合适的库板，通常高温和中温的冷库都会选择厚度为10cm的库板，而对于低温的冷库则会选择厚度为12cm或者15cm的库板；还有一种隔热材料是利用聚氨酯喷涂发泡，可以直接将材料喷涂到待建砖上，不过这种材料花费的成本比较高。而聚苯脂具有良好的吸水性能，花费的成本也不高，但是隔热性能却相对较差。

5 安全措施

氨具有一定的毒性和可燃性。氨液飞溅到皮肤上会引起冻伤、烧伤。氨能以任意比例与水互相溶解，组成氨水溶液。在低温下，水也不会从氨液中析出而冻结。但是氨液中溶有水后，它的蒸发温度便会稍许提高，同时对金属有腐蚀作用。因此安装时要严格地进行试压试漏检测，配备良好的机械设备和控制元件，配备氨气含量检测和报警装置，在机房和库房内设独立的水系统装置进行消防喷淋，一旦发生泄露立即供水处理。

在机器、设备附近及车间内，禁止堆放无关的物品。各通道内应无障礙物。冷间内的货物与冷却排管应保持规定的距离。

建立车间工作日记以及机器和设备的履历本，认真记载其技术数据、检修和事故等情况。

急救箱、防毒面具及其他保护用具，都要放在方便易取的地方，并标明使用方法。

6 结语

冷库氨制冷系统存在的问题系统复杂，如换热金属耗材大、压缩机自控能力薄弱、安全措施不完善等。鉴于目前的环保形势和要求，应加大这方向的研究力度，勇于借鉴外国的先进技术，尽快改善现状。

参考文献

[1] 杨一凡.氨制冷技术的应用现状及发展趋势[J].制冷学报，2007，（28）.

[2] 曹德胜.对我国食品冷藏库可持续发展的看法[J].制冷学报，1997，（3）.

[3] 韩玮.制冷剂的研究与发展概况[J].核工程研究与设计，2008，（73）.

作者简介：陈雷（1963-），男，上海人，西安市干鲜果副食公司工程师，研究方向：制冷工程。

（责任编辑：周 琼）