果蔬冷库节能技术

赵雯涵

（山东建筑大学，山东 济南 250101）

果蔬贮藏保鲜技术有冷藏贮藏法、气调贮藏法、辐照贮藏法和涂膜贮藏法，其中冷藏贮藏法是目前国际上最有效的果蔬保鲜方法[1-2]。冷藏贮藏法即低温贮藏法，是依靠低温的作用抑制微生物的繁殖、减弱果蔬的氧化和呼吸等机理实现果蔬保鲜。果蔬的低温贮藏主要依靠冷库[3-4]，冷库是指采用人工制冷降温并具有保冷功能的仓储建筑群，包括制冷机房、变配电间等[5]。2018 年，我国冷库总面积约700 万m2[6]。由于我国冷库数量多、总冷藏和冷冻面积大，冷库总的能耗需求也大。国务院印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》提出全面提升用能设备能效水平，推动制冷系统节能改造，强化风机、水泵、压缩机等重点用能设备节能管理。目前，我国果蔬冷库低温贮藏面积已达到2.5 万多m2[7]，果蔬冷库的制冷系统选择、冷库系统设计和运行管理等方面都具有节能改进潜力，果蔬冷库节能减排是值得关注的研究领域。

1 制冷系统选择

1.1 压缩级数选择

果蔬冷库主要贮存水果和蔬菜，其贮藏周期和质量与果蔬冷库的环境因素（如温度、湿度、空气洁净度等） 密切相关。果蔬冷库冷间的设计温度和相对湿度应根据果蔬的冷藏工艺要求确定，冷库设计规范[5]规定也可按表1 选用。

冷间的设计温度和相对湿度见表1。

表1 冷间的设计温度和相对湿度

由表1 可知，多数果蔬冷库制冷系统的蒸发温度不低于-11 ℃，根据制冷压缩机本身的特点，选用单级压缩制冷系统。

1.2 制冷剂选择

果蔬冷库常用的制冷剂有氨和氟利昂。氨是应用最早而且目前仍为广泛使用的天然制冷物质。氨的单位容积制冷量较大，所以相同温度和制冷量时，与氟利昂压缩机相比较，氨压缩机的尺寸较小，并且氨的价格也比较便宜，在大中型冷库中价格优势显著。氟利昂无色、无味、不易燃易爆，化学性能稳定。氟利昂能不同程度地溶解润滑油，不易在系统中形成油膜热阻，对系统换热设备的传热影响很小[8]。

目前，大中型果蔬冷库的制冷系统以氨系统居多，微型果蔬冷库的制冷系统以氟利昂系统为主。刘恒穗等人[8]从设备投资、安装和运行费用、保鲜效果、维护和保养、环保和潜在危害等方面对氨系统和氟利昂系统进行了比较，这两类制冷系统各有优势；与氨制冷系统相比较，氟利昂制冷系统具有设备较少、系统相对简单、自动化程度高、运行管理费用低等优点。随着氟利昂制冷系统设备造价的降低和氟利昂压缩机的技术进步，大型的机头和并联机组实际生产中的广泛应用，采用氟利昂单级压缩制冷系统的大中型果蔬冷库日渐增加[8]，采用环保型氟利昂制冷剂可以满足人们对环境保护的需求。

2 设计中的节能技术

果蔬冷库是存放水果蔬菜的“冷”仓库，除了具备仓库的基本功能外，还需要有低温环境并持续保持。在果蔬冷库系统设计中，“保冷”和“制冷”是2 个重要节能环节。

2.1 围护结构的设计

在果蔬冷库制冷系统正常运行的情况下，通过围护结构渗入到冷库内的热负荷占整体负荷的比例较高，选择合适的隔热材料可以有效减少外界热量进入冷库，实现“保冷”节能目标。

冷库设计规范规定[5]，冷库库房的隔热材料应符合热导率小、易于施工、对食品未有污染、难燃或不燃材料、不易变质等条件。冷库围护结构隔热材料层的厚度增加，冷库建设的初投资就会增加，需要在冷库设计时，根据冷库的库温、使用年限等因素综合确定最佳隔热材料层厚度，做到设计和运行相匹配。张金花等人[9]对北京市50 余家冷库的调研结果表明，库温在-14 ℃以下的低温库，围护结构隔热材料为硬质聚氨酯泡沫塑料；库温在+2～+10 ℃的高温库，围护结构隔热材料为挤塑聚苯乙烯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料。王书元等人[10]对采用聚苯乙烯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料作为隔热材料的冷库进行分析比较，指出使用聚氨酯隔热材料使得冷库的建造成本高于使用聚苯乙烯隔热材料，但是运行能耗至少降低15%。杜子峥等人[11]建议使用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料作为冷库隔热材料，其吸水率低，热导率受温湿度影响不明显。目前，气凝胶隔热材料由于其保温性、阻燃性、隔湿性能均优于现有的冷库用隔热材料，随着气凝胶隔热材料成本的降低和产业化发展，其在冷库行业的应用值得关注和深入研究。

2.2 合理计算货物热

在冷库设计过程中，以压缩机为主要设备的制冷系统是“制冷”的关键环节，需要根据冷库机械负荷和冷却设备负荷进行制冷压缩机、冷凝器、节流阀、冷风机等设备选型。冷库设计规范[5]规定，冷库设计蒸发温度下的机械负荷和冷间冷却设备负荷均与Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 有关，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 分别为围护结构热流量、货物热流量、通风换气热流量、电动机运转热流量、操作热流量。对于果蔬冷库，货物热流量Q2 通常占到高峰热负荷的50%～60%[12]，进货时限的长短是影响货物热流量的重要因素。按照设计惯例，进货时限为15 d。但是，果蔬的种类不同、经营方式和进货习惯等方面的差异均使实际的进货时限有很大的差别。文献[12]以中型苹果保鲜库为例，按进货时限15 d 和25 d 分别进行了冷库热负荷设计计算，结果表明冷库热负荷差异量为24.8%，制冷系统的初投资差别约为20%。在果蔬冷库设计时，需要因地制宜，详细了解果蔬种类、进货时限、进货均匀度、气候条件等设计因素，合理计算货物热量，对于减少冷库制冷系统初投资、降低运转费用、节能降耗等具有重要意义。

3 管理中的节能技术

3.1 管理节能

提高果蔬冷库运行管理水平，可以降低冷库企业的运营成本。冷库管理规范[13]从基本要求、冷库运行管理、食品贮存管理、冷库安全设施管理和冷库建筑维护等方面提出对冷库制冷、电气、给排水系统，库房建筑及相应的设备设施运行管理、维护保养要求和食品贮存管理要求。

冷库节能运行技术规范[14]是国家商务部提出的国内贸易行业标准，该规范针对冷库能源管理系统、冷库建筑的节能要求、制冷系统和制冷设备运行中的节能操作调节、制冷系统与设备维护的节能操作等方面提出了更加具体的要求，为果蔬冷库管理者提供技术支撑。

此外，一些地方标准，如食品冷库经济运行管理标准[15]、冷库系统节能监测[16]，以及信息化冷库运行管理，也有利于进一步促进果蔬冷库节能体系的建设[3]。

3.2 削峰填谷

在我国工业用电高峰时期和低谷时期电价存在很大差异，冷库充分利用谷电运行时间，合理减少峰电运行时长，既可以显著降低冷库的运行成本，也可以有效缓解电网系统供电压力，保障用电安全，实现节能降耗。需要注意的是，冷库建设的主要目标是保持果蔬产品的色、香、味等方面的质量和品质，冷库运行应考虑不同种类果蔬对温度波动的敏感程度，科学实行削峰填谷，将果蔬质量放在首位。另外，可以根据各地市电力政策现状参与电力需求响应，电力需求响应是指电力市场价格明显升高（降低） 或系统安全可靠性存在风险时，电力用户根据价格信号或激励措施，暂时改变其固有的习惯用电模式，减少（增加） 用电，从而促进电力供需平衡、保障系统稳定运行的行为。各地市政策有差异，参与电力需求响应的经济补偿也不完全相同，通常每响应1 kW 负荷的补偿费用为30～60 元。

4 结语

我国是果蔬生产和消费大国，果蔬冷库的需求量也日益增加。对于分散的小型果蔬冷库建议选用氟利昂单级压缩制冷系统，随着氟利昂制冷系统设备造价的降低和氟利昂压缩机的技术进步，采用氟利昂单级压缩制冷系统的大中型果蔬冷库逐渐增多。在果蔬冷库设计方面，加强实地调研，合理选择隔热材料和计算货物热量，对于减少冷库制冷系统初投资、降低运转费用、节能降耗具有重要意义。同时，建议果蔬冷库企业按照国家规范要求，提高其运行管理水平，可以显著降低企业的运营成本，实现节能降耗。