基于南北方对比下冷库制冷系统的能耗分析

钱让龙

（冰轮环境技术股份有限公司，广东 广州510000）

最近这些年我国的冷链物流业迅速发展，冷库在物流储存中发挥的作用越来越大，随着冷库容量的不断增加，怎样解决能耗是冷链系统亟待解决的问题。本文利用研究南方和北方冷库制冷系统能耗差异性，并结合最近十年间国内纯物流冷库的建设状况，以华北和华南两个地区的冷库为例，分别从不一样的制冷系统、不同的库容量、不一样的制冷系统为研究对象，对南北方冷库运作过程中制冷能耗进行理论上的计算，将南方和北方的冷库制冷系统的能耗情况进行综合的对比分析。

1 能耗现状和节能途径

随着我国冷库规模和数量的快速发展，其运行过程中的能耗已经成为不可忽视的问题。构成冷库能耗的因素有几个方面，如图1 所示。

图1 国内某大型冷库能耗构成

从图1 不难看出，70%的冷库能耗是来源于供冷用能，风机用能占据12.3%，由此80%以上的能耗来源于制冷系统。然后能耗统计按照月度统计，如图2 所示。

图2 冷库制冷系统月耗电量与室外干球温度关系

从图2 中不难看出，室外的温度也影响冷库能耗大小。所以，冷库制冷系统的节能降耗措施应该从两方面入手：其一是把库房的冷负荷降下来，其二是最大限度提升冷库制冷系统的制冷能力。

2 南北方冷库制冷系统概况

2.1 总体分类

结合最近十年间物流冷库在国内构建状况，再从冷库置身的地区不同、库容量、冷库类型、制冷系统四个方面，在理论上对冷库制冷系统能耗进行分析计算，进行总体分类，详情见表1所示。

表1 总体情况分类

2.2 模型构建

按照上面介绍的四类库容量，按照上面4 种库容量建立不同冷间数量、层数区别、各不相同库房规格的物理模型，模型涵盖的内容包括单层装配库、多层土建库、高架库等。其中多层土建库冷间容积与冷间库容量之比为3.7 立方米/t；单层装配库为5.6 立方米/t；高架库为7.2 立方米/t。

2.3 冷库的保温参数

根据我国的冷库的保温方式和参数，对冷库屋顶、外墙、内墙、楼板及地面进行计算，得出数据为：屋顶、外墙保温利用的聚氨酯发泡为200 毫米厚度，采用150 毫米的厚聚氨酯发泡实施地面保温，楼板和内墙不采取保温措施。

2.4 类型选择

冷库制冷系统有很多种类型，计算对象压缩机组的选择要具备一定的代表性。冷凝器的选择应该为CXV 系列的BAC 蒸发式。选择卡贝欧作为氨、氟利昂用冷风机，选用凯络文作为CO2用冷风机。桶泵应该选择选海密梯克CAM系列。压缩机组的类型选择要考虑几种系统。

（1）氨桶泵系统：压缩机选用带经济器的比泽尔OSNA 系列开启式。

（2）氟利昂（R404A）系统：最好选择HSN 系列半封闭式压缩机。

（3）氨/CO2复叠系统：压缩机选择OSKA 系列开启式，CO2机组的压缩机选择可为SL-30K 系列半封闭活塞压缩机。

（4）氨/CO2载冷系统：压缩机选用带经济器的OSNA 系列开启式。

（5）氟利昂（R404A）/CO2复叠系统：压缩机选择HSK 系列半封闭式，4NSL-30K 系列半封闭活塞压缩机适用于CO2机组。

3 南北方冷库制冷系统能耗分析

3.1 冷库制冷系统理论计算

（1）耗电量计算。计算冷库在夏天制冷系统耗电量的范围包括，对不同制冷设备每日耗电量以及占比的计算，计算结果表明，在冷库制冷系统中，耗电量最大的是压缩机，占60%～70%整体系统能耗；其次占据20%左右的是冷风机能耗，能耗占比10%左右的是蒸发式冷凝器，占比最小的是桶泵，仅占大约能耗的5%。

（2）冷负荷计算。经过分析夏天里冷库内各类冷负荷计算值以及占有比例，得出的结果是：热量占比最大的是货物，占据冷库整体负荷的一半左右；占据总负荷三分之一的是操作热量；而维护结构冷负荷只占总负荷的五分之一左右[2]。

3.2 南北方不同库容量的能耗对比

本文将以南方的广州和北方的北京地区的多层土建库为例，利用氨制冷系统对库容量进行分析，通过严格分析0.5 万吨到4.0 万吨冷库制冷系统制冷的能耗，数据表明，针对多层土建库制冷系统，无论是广州和北京地区多层土建库的制冷系统的耗能，皆会伴随增加的库容量而降低，但从两者的比较，北京地区的多层土建制冷系统的能耗要低于广州地区。当冷库的容量分别为0.5、1.0、2.0 和4.0 万吨时，针对多层土建库生产冷气的能耗广州地区分别高出北京地区3.3%、3.1%、3.4 和4.3%。不难看出，对于氨制冷系统下的不同库容量的多层土建制冷系统的能耗，南方和北方存在的差异不大，均小于5%的平均能耗差距。

3.3 不同类型的能耗对

利用氨类型的制冷系统，以两万吨的库容量为例，通过分析广州地区和北京地区类型不同的冷库生产冷气的能耗，能耗结果见图3。

从图3 可以看出，2 万吨库容量的单层装配库、多层土建库及高架库的氨制冷系统能耗，广州地区分别为0.1821kW.h.d-1.t-1、0.2012kW.h.d-1.t-1 和0.2412kW.h.d-1.t-1；针对同样的库容量、同样类型的制冷系统，北京地区能耗分别为0.1758kW.h.d-1.t-1、0.1843kW.h.d-1.t-1 和0.2649kW.h.d-1.t-1。通过数据显示，广州地区2 万吨多层土建库生产冷气的耗能高出北京地区3.5%，而单层装配库生产冷气的耗能高出北京地区8.4%，而两万吨高架库生产冷气的耗能，北京地区却比广州地区高8.9%。不难看出，库容量相同的情况下，南方和北方的单层装配库、多层土建库及高架库的生产冷气耗费的能量差异不大，两者只是9%以下的能耗差[3]。

图3 不同冷库类型氨制冷系统的能耗

3.4 不同系统的能耗对比

还是以广州和北京地区库容量为2 万吨的多层土建库为例，分别做了以氨、R404a 及CO2为制冷剂的不同的制冷系统的能耗的对比，这些制冷系统分别氨/CO2复叠、氨泵、氟直膨（R404a）、氟泵（R404a）、氨/CO2载冷及氟/CO2复叠制冷系统。通过对比显示：氟/CO2复叠制冷系统成为广州地区耗能最高，数值为0.2382kW.h.d-1.t-1，能耗最低的为氨泵制冷系统，数值显示为0.1821kW.h.d-1.t-1；北京地区能耗最高的为氟/CO2复叠制冷系统，数值为0.2290kW.h.d-1.t-1，能耗最低的为氨泵制冷系统，数值为0.1758kW.h.d-1.t-1。通过对比数据显示，针对两万吨库容的多层土建库不同制冷系统能耗比较广州和北京地区趋势基本一致，而相同制冷系统的能耗差距不明显。南方和北方两万吨的多层土建库不同制冷系统的能耗从高到低的顺序为氟/CO2复叠>氟泵（R404a）>氟直膨（R404a）>氨/CO2复叠>氨/CO2载冷>氨泵。

4 结论

本文通过冷库容量不同、制冷系统不同、冷库类型不同，比较分析了我国南北方地区冷库生产冷气的能耗。通过对我国南北方地区氨制冷系统的蓄冷能力、多层民用蓄冷、单层组合蓄冷和高架蓄冷系统的能耗以及对氨、r404a 和CO2作为制冷剂的分析比较，得出我国南北方地区蓄冷系统的能耗差异不大的结论，为我国南方和北方不同地区冷库的制冷系统的节能减耗工作提供理论和数据的参考[4]。