浅谈冷库的节能设计和运行管理

杜世春 太古冷链物流（上海）有限公司

浅谈冷库的节能设计和运行管理

杜世春 太古冷链物流（上海）有限公司

2015年我国冷链物流总额约为3.5万亿，且以每年22%的速度增长，冷冻冷藏的巨大市场需求，迫切需要冷库等冷链产业的大幅度扩容。冷库能耗一般占整个冷链物流企业能耗的70%以上，能源费用占企业运营成本的30%以上，因此冷库的节能引起制冷和食品行业越来越广泛的重视。

冷库；节能；设计；运行

随着人民生活水平的不断提高，冷库作为经营储存生鲜、蔬菜、水果等食品不可缺少的一项措施，在日常生活中扮演着越来越重要的角色。

我国的人均冷库容量为0.1 m3，即便是全国最高的天津，人均库容也只有0.25 m3，低于美国0.36 m3和日本0.33 m3人均库容，说明我国的冷库建设还有巨大的空间。据中物联冷链委统计，2014年全国冷库总量达到3320万t，折合8300万m3，与2013年比增长36.9%。根据中商产业研究院预测，“十三五”期间中国冷链物流需求有望呈年均15%～20%稳健增长趋势，见图1。由于冷库属于耗能大户，其冷库需求量的增大必然带来能源消耗日益增加，冷库的节能降耗问题越来越引起关注。

1　冷库的发展趋势

（1）从中小型到规模化

我国农产品需求不断增长，食品生产加工储藏不断深化，相应的冷冻冷藏市场也水涨船高，如上海、江浙、湖北、河南等地，冷库市场的需求量逐年增加，规模也在不断扩大。随着国家“一带一路”战略的实施，重要的运输港口的冷库需求量也将呈现出较快增长趋势，未来大型区域性低温物流冷库将成为主流，逐步替代那些规模小、能耗高、管理差、效率低的小型冷库。

图1　2015～2020年中国冷库存储能力预测

（2）从单一化到多元化

冷库由传统的冷冻和冷藏功能逐渐发展为多功能的储存、物流库，尤其是气调保鲜库的应用越来越广泛。气调保鲜库是目前国内外较为先进的果蔬保鲜冷库，它既能调节库内的温度、湿度，又能控制库内的O2、CO2等气体的含量，使库内果蔬处于休眠状态，出库后仍保持原有品质。

（3）从传统型到智能型

随着信息自动化技术的发展，冷库的自动化水平已由简单的制冷系统自动化控制逐步向全智能的多方位自动化立体冷库发展。目前国内最先进的全智能控制型冷库，库房净高度一般为18～30 m，货物的仓储系统采用智能控制扫码、分拣、人库、出库等，进行全信息化管理，可实现远程监控，制冷系统以库温为控制点全自动运行，如烟台万华MDI立库、成都伊利立库等。

（4）从普通型到节能环保型

目前国内在用的大中型冷库中80%是使用氨作为制冷剂的，其余20%采用了氯氟烃，多数冷库能耗水平较高，不符合国家节能减排的发展目标。未来冷库的建设会更加注重节能化设计，采用节能型的制冷设备，在冷库运行中实行节能化管理，应用以CO2为代表的环保制冷剂［1］，以实现经济效益和社会效益的同步发展。

2　冷库的能耗现状

冷库能耗一般占整个冷链物流企业能耗的70%以上，能源成本占企业运营成本的30%，冷库的节能不仅能减少能源消耗，增加社会效益，还可以降低运行成本，因此冷库的节能越来越受到企业的重视。

表1　国内外冷库能耗对比kWh/d

冷藏企业耗电考核标准规定：冻结物冷藏单位产品耗电量为0.3 kWh/t，冷却物冷藏单位产品耗电量为0.9 kWh/t，冷冻加工单位产品耗电量为120 kWh/t。但实际运行过程中有的企业冻结物冷藏单位产品耗电量甚至能多达1.4 kWh/t，少的也达到0.2 kWh/t，冷却物冷藏单位产品耗电量多达1.0 kWh/t，少的也达到0.3 kWh/t，冷冻加工单位产品耗电量多达180 kWh/t，少的也达到70 kWh/t，能源浪费严重［2］。以上海为例，2015年上半年度上海市冷库利用率为：64.41%，冻结物耗电为：0.39kWh/ t，冷却物耗电为：0.62 kWh/t。

图2　国内冷库耗电情况

3　冷库常用的节能措施

冷库的能源消耗以电力为主，用电系统有制冷系统、照明、叉车、消防、办公等。图3为某一通用型仓储冷库的用电状况，制冷系统和照明系统在整个冷库耗电中占决定性因素，因此对冷库而言，节能主要从节能设计与节能管理两个方面考虑，其中制冷系统和照明系统为重中之重。

（1）节能设计

① 最佳围护结构厚度。围护结构、隔热层的传热量占冷库总热负荷的20%～35%，所以增加围护结构保温层厚度，可以达到节能的目的，但会增加初投资，这就要求在冷库建设时根据冷库使用年限确定最佳经济厚度，做到设计和日后的运行相匹配。

② 高能效的制冷系统。在制冷系统设备选择中首先考虑系统COP，而不是单独设备COP最大化。如针对系统设计的单机双级的高性能制冷系统；合理匹配压缩机、冷风机等设备，防止“大马拉小车”；保证满足制冷负荷的前提下，尽可能减少开机台数，提高压缩机运行效率；对风机和压缩机进行变频控制［3］，进而改变系统的制冷量，实现多能级优化组合，使之与冷库热负荷相匹配，保证系统工作在最高效率工况。

③ 智能高效照明。在冷库中照明不仅浪费大量电能，而且会增加冷库的热负荷，冷藏间照明发热量一般为1.8～2.3W/m2，加工间、包装间等照明发热量一般为5.8W/m2。传统的照明功率大，同时散热量也大，使用LED照明不仅可以降低设备输入功率，还可降低冷库的热负荷。采用LED并配备移动传感器，根据库内是否有物体移动来决定灯具的暗与亮，可使库内照明节省耗电50%以上。

④ 余热回收利用。充分利用制冷系统排出的热量，用于地坪加热或热氨融霜，从而减少需热设备的用电量。某大型冷库的地坪加热量20W/m计算，按照加热管道13 km计算，预计每年可节省用电接近整个冷库用电量的20%。

⑤ 可再生能源使用。设计中应积极考虑利用再生能源，如太阳能、地热能等，可再生能源的使用不仅减少能源消耗，也减少对环境的影响。根据不同的地理环境选择适合的设备，如在北方，为了避免冬季时空调的使用效率低以及节省蒸汽管网的初装费，选用地源热泵，减少设备初投资，同时也节省了运行成本。

（2）节能管理

① 提高库房利用率。冷库节约用电最直接有效的方法就是提高冷库的利用率，由于冷库存放的货物较少，制冷系统就存在“大马拉小车”现象，造成电能的浪费，因此，在淡季时可将几个冷库内的货物按贮藏温度及时并库，以减少电耗。对于大型冷库，在库容率低于40%时，冷库的单位产品耗电量将增加30%左右。

② 采用自动快速门。冷库门是货物进出冷库的通道，冷库门的频繁开启，会导致大量热空气进入冷库，引起很大的冷量散失，造成蒸发器的霜层增厚，增加除霜次数，导致库温波动，影响食品质量。选择自动快速门，尽量减少开启门次数和时间，可以避免人为操作导致的不必要的热量进入冷库增加冷库负荷［4］。

③ 调整压缩机运行时间。在不影响食品冷藏质量的前提下，尽量减少白天尤其是中午制冷压缩机的运行时间，增加夜间制冷压缩机的运行时间，这样不仅可以利用电费的峰谷差降低电费，而且夜间冷凝温度较低，可降低压缩机电耗。如当蒸发温度为-10℃时，冷凝温度每下降1℃，压缩机单位制冷量耗电可减少2.5%～3.2%。

④ 做好制冷系统的维护。蒸发器表面结霜后，将增加管路热阻，降低系统的制冷效果，增加冷库能耗，因此要定期对蒸发器除霜；设置自动空气分离器，及时排除系统中不凝性气体，保证系统的高能效运行。当系统内空气压力达到0.2 MPa时，制冷量下降8%，耗电量将增加18%。定期对系统进行放油操作，冷凝器表面附着0.1 mm油膜时，氨制冷压缩机制冷量下降16%，用电量增加12.4%；而蒸发器内油膜达到0.1 mm时，蒸发温度将下降2.5℃，耗电将上升11%［5］。

图3　某冷库用电情况一览表

4　结语

今后冷库的发展趋势就是安全、节能、精准的环保型绿色冷库。对新建冷库而言，从源头采用节能设计，对既有冷库而言通过节能改造和节能管理，提高设备利用率和使用寿命，对节约能源、降低生产成本具有重要的经济效益与环境意义。

［1］张建一，徐颖.国内外大中型冷库制冷剂的现状和发展动向［J］. 制冷学报，2009，（8）.

［2］张永桂，潘春园，张文虎，等. 冷库制冷系统的节能分析［J］.流体机械，2008，36（7）.

［3］刘训海，姜敬德，张朝辉. 低温冷库冷风机的变频节能研究［J］.制冷学报， 2008，（1）.

［4］潘东静.农产品冷链物流的冷库节能降耗问题研究［J］.边疆经济与文化，2014，（11）.

［5］李 宁，王 贺，吴治娟，等. 冷库节能途径探讨［J］.制冷技术，2008，（2）.

Study on Cold Storage Energy Saving Design and Operation Management

Du Shichun Swire Cold Chain Logistics （Shanghai） Co.，Ltd

Domestic cold chain logistics industry is about 3500 billion RMB in 2015， whose annual rate is 22% growth. Chilled and refrigerated industry has huge market demand， which has urgent needs of cold storage and cold chain industry large expansion. Cold storage energy consumption is above 70% of whole cold chain logistics. Energy cost is above 30% enterprise operation cost， which gains more attention from refrigeration and food industry about energy saving.

Cold Storage， Energy Saving， Design， Operation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.08.006