1、1冷库温控技术的现状与趋势一、冷库温控技术的含义 冷库是一个需长期保持低温状态的特殊建筑，在运营过程中需以控制、保持冷库温度为前提。在传统冷库设计建造中，温控一般是指通过控制元件和阀件，对制冷系统进行全自动控制，最终达到制冷系统无人值守的目的。 在冷库的实际运营中，尤其是近年来随着含氟制冷剂在国内冷库的大面积使用，很多冷库经营者反映其使用的冷库制冷系统已实现了无人值守，甚至使用的自控技术在国内是比较先进的，但和原来的氨制冷系统相比，节能效果并没有理论上表现的那么明显，导致初期投资增加，运行却并未节省成本。 笔者就此问题调研了一些冷库，经过分析发现，冷库的使用功能发生了变化，冷库由原来的以存储型
2、为主转变到以物流型为主。在存储型冷库存储的货物长期不再周转，因此库温较稳定。而物流型冷库则强调库内货品的周转速度，在货物入库、出库环节，库门开启频繁，部分冷库甚至出现库门开启后便不再关闭，从而导致库温波动频繁，制冷系统在白天也频繁启停。因此出现虽然冷库制冷系统自控程度增加，但节能效果并不明显的情况。 笔者认为在现代冷库的设计中，温控设计不应再局限于制冷系统的控制，还需考虑库体保温的设计、进出货物流设计、制冷系统合理化设2计等，以实现冷库节能、节省运行成本的目的。 二、冷库温控技术现状 （一）冷库保温技术现状 1.顶面保温 屋面从早到晚都会受到日光的照射，在冷库的围护结构中，是最容易造成库内温度
3、波动的位置，因此在冷库设计时，屋面应做特殊处理。目前冷库顶面保温处理方法最常见的是在保温层和屋顶之间设置阁楼，以避免阳光直接照射在保温层上。使保温层外表面温度升高，此做法可很好地隔断阳光和空气流动导致的库内温度波动。但如果处理不当，会在阁楼内形成“闷罐”效应，阁楼内部空间温度升高，隔断效果事倍功半。处理“闷罐”效应效果较好的方法是在屋顶加岩棉隔热层，减少热量进入阁楼，同时在阁楼四周的墙面上尽量多设百叶窗通风，使阁楼内外空气流通；对于外保温冷库或阁楼不易通风的冷库，常用的处理方法是屋面颜色采用浅色调，同时加厚屋顶保温层，使室外环境对库内的影响降到最低。 2.墙面保温 冷库墙面保温分为外墙和隔墙。
4、在冷库使用时，外墙会在部分时段受到日光照射，还会受环境气流影响而加快表面冷量的散失，因此在冷库设计时，外墙设计主要考虑隔断日光和气流。目前冷库外墙通常设置砖混或钢制外墙，内侧做保温的方法来进行处理。受建筑设计防火规范约束，在设置钢制外墙时，一般在钢板内侧设置岩棉或玻璃丝绵等材料来满足防火要求，同时也在一定程度上加强外墙保温效果。无论相3邻库房是同温冷间或有温差冷间，隔墙设计时均应以满足在隔壁房间环境最恶劣时墙面不结露为准。 3.地面保温 常见冷库地面保温处理方法有挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）分层错缝挤紧铺设或聚氨酯泡沫现场发泡。为防止地下和房间内湿气渗入保温材料，导致保温效果降低，地面保温材料
5、上下均应设置隔汽层。泡沫材料局部抗压能力均较弱，为保护地面保温材料，在其上部设置合理厚度（厚度由堆货高度和堆货形式决定）的钢筋混凝土层。 XPS 保温材料抗压性能良好，在工厂加工成规则形状后，现场施工简单，施工速度快，性价比高，在冷库地面保温中广泛应用。但由于铺设时，板与板之间存在缝隙，聚苯材料隔热性能不如聚氯酯材料，对库内温度稳定不利。 聚氨酯发泡连续性好，隔热性能优良，在质量合格的情况下，对稳定库内温度有利，但其抗压强度较差，在施工时须 1 米见方均布同高软木块以增强抗压性能。软木隔热性能不如聚苯材料，会在局部位置形成薄弱区，现场发泡质量把控难度大，易在隔热层内部形成气泡而削弱保温效果，施
6、工难度大，人工成本高。 对 0以下的冷库地面，还应在保温层下设置防冻措施，以防止地下长期冷量沉积，导致最终土壤内水分结冰，体积膨大，破坏冷库建筑基础。 4.冷库门保温 冷库运行时，冷库门保温技术对冷库温度控制作用明显。当冷库门4打开时，冷库内外除热量交换会导致库温升高外，库外的湿气也会因库内外压差和货品进出而进入库内，导致蒸发器表面结霜加快，库温波动加剧，因此冷库门的保温设计应以减少库内外气流为主要目的。 目前冷库采用的隔断设施主要包括门顶风幕、风幕+PVC 门帘、自动启闭冷库门、回流式风幕、自由门式门帘等。以上几种方法对冷库门漏冷影响依次增强。其中，门顶风幕和 PVC 门帘价格最低，在冷库设
7、计手册中，门顶风幕的隔绝效果按 0.5 计算，PVC 门帘隔绝效果按 0.6 计算；自动启闭冷库门效果很好，但价格昂贵，运行中损坏率高；回流式风幕和自由门式门帘为近年来逐渐采用的处理方式，二者节能效果均不错，隔绝效果均可达 0.8 以上，适用于物流型冷库，但前者因不能贴地，门口地面处理比较麻烦，后者因无电机，损坏率很低，耐撞效果较好，性价比更高。图 1 为正在使用中的自由门式门帘。 （二）冷库布局现状 随着冷库使用方式由“存储型”向“物流型”的转变，冷库的布局也在随之改变。存储型冷库以多层冷库为主，追求库内货物存储量，一般整座冷库同温度，或顶部冷间为高温，往下为低温。冷问外穿堂采用常温穿堂，货
8、物进出采用货梯，一层除常温穿堂外，另设公路或铁路站台。这种做法由于采取整体保温，库内温度稳定，但货物垂直输送速度慢，货物管理复杂，易造成冷链断链。 物流型冷库要求库内货物快速周转，以单层或双层冷库为主。为使库内温度尽量保持稳定，一般将高温库设在外侧，低温库设在内侧。冷问外设低温穿堂，装卸码头门采用保温和密闭措施。因要频繁进出货，5冷库门一般设有隔断措施，低温穿堂一般兼具二次分拣功能。 （三）制冷系统设计现状 大多数用户会直观地认为，在同等库容下，采用自动化程度高的制冷系统的冷库，应该比自动化程度低的冷库的库温更稳定，节能效果更好。实际上如果制冷系统的设置不合理，使用效果将会是事倍功半。 目前常
9、见的制冷系统，按照使用制冷剂不同可分为以氨（R717）为制冷剂的制冷系统、以含氟制冷剂的制冷系统、二氧化碳与氨或氟复叠的制冷系统；按照使用制冷机组不同可分为开启式螺杆制冷系统、半封闭螺杆并联机组制冷系统、活塞制冷机组制冷系统；按照使用蒸发器不同可分为冷风机制冷系统和排管制冷系统；按照供液方式不同可分为节流阀直接供液系统、泵供液系统、重力供液系统。本文以制冷剂划分的制冷系统来加以说明。 1.氨制冷系统 氨制冷系统目前在国内使用最多。氨在 ASHRAE 标准 34 中被划分为B2 级，是低可燃、高毒性制冷剂，虽然氨容积制冷量大、物理性能更适合做制冷剂、环境友好（ODP 和 GWP 均为 0） ，而
10、被誉为最好的制冷剂，但因其安全性问题在国内被限制使用。氯制冷系统一般采用泵供液或重力供液，蒸发器可使用排管或冷风机，制冷机组多为开启式螺杆或活塞。2.氟制冷系统 氨系统在国内被限制使用后，氟制冷系统得到快速发展。氟制冷剂在 ASHRAE 标准 34 中大多被划分在低毒不可燃的 A1 级或低毒低可燃的 A26级，比氨制冷剂安全性高。但氟制冷剂均为人工合成，对环境均有一定程度的破坏。由于大多采用与冷冻油互溶或半溶，制冷系统的回油难度加大，换热效率相对较低。氟制冷系统以前多采用膨胀阀直接供液，随着回油系统的发展，现在可采用泵供液和重力供液方式。蒸发器以前也多为冷风机，近年来铝合金制排管被大量用于氟制
11、冷系统和氨制冷系统中。几乎所有制冷机组均在氟制冷系统中得到使用。 3.二氧化碳系统 二氧化碳作为制冷剂，开始于 19 世纪末到 20 世纪 30 年代前，多用于运输制冷，后来由于系统制冷能力损失和在高排气温度下低的 COP，而随着氟制冷剂的出现逐渐被淘汰。但在近代，随着跨临界二氧化碳循环系统（复叠系统）的出现而重新被重视。二氧化碳在 ASHRAE 标准 34 中被划分为低毒不可燃的 A1 级，对环境友好，但因其排气压力过高，在系统中多采用与氨系统复叠的方式以减少氨制冷剂的充注量和工作面，与含氟制冷剂系统复叠以满足国内政策需求。二氧化碳容积制冷量远大于其它制冷剂，为制冷系统的小型化提供了一个研究
12、方向。但由于在大中型制冷系统中需要复叠使用，其节能效果并不明显。二氧化碳复叠系统中的两个系统均多采用泵供液，蒸发器大多为冷风机，目前排管系统还很少见，机组一级系统多采用螺杆或活塞机组，二级系统大多采用活塞机组。 制冷系统采用何种制冷剂经常成为行业争沦的焦点，尤其是近年来氨制冷剂囚为安全性原因被国内限制使垌后，制冷剂的安全性问题更被业内广泛关注。在此笔者借用制冷剂应用知识手册中的一句话表明7自己的观点：“任何制冷剂在正确使用时都是安全的，而任何制冷剂的不正确使用都能造成伤害。 ” （四）制冷系统控制现状 国内在运营冷库中，前些年建成的氦制冷系统多使用手动控制或机组手动、供液白动的半口动控制，全自
13、动无人值守制冷系统还比较少见；氟制冷系统则人多使用全自动无人值守系统，近年来已实现远程监控和无线监控；二氧化碳复叠系统则要求使用全自动无人值守系统。 食品和药品安全对冷库温控技术提出了更严格的要求，冷库经营者对库温的稳定性、精确度和多样性要求也越来越高，以下分别针对气调库、双温库、全自动立体库、高精控温库的制冷系统控制加以说明。 1.气调库 气调库指通过人工调控库内气体成分和温、湿度以达列货物保鲜的冷库。气调库包含气调和制冷两个系统。气调系统的作用是调控库内的气体成分，其控制核心为气体检测装置，控制系统根据检测装置反馈的信息对库内气体成分进行自动调节，使库内货物保存在最佳气体成分下。受气调库进
14、货集中、出货分散、保存期长、库内湿度大、货物易失水等特点影响，制冷系统控制设计有其独有的特点，具体表现在：由于进货集中，需要快速消除水果的田问热，在进货阶段需要大冷量、大风量，出货分散；由于保存期长，气调系统开启后，冷库门不允许轻易开启，保温阶段冷量需求很小，制冷系统易频繁启闭；湿度大要求蒸发器翅片间距加大，以免频繁融霜导致库温波动；货物易失水则要求蒸发器温差小、风速小。气调库制冷系统控制不但要求制冷与气调关联，而且要满8足气调库独有的特点。 2.双温库 双温库常见于物流型冷库中。由于用户未来运营具有一定的不确定性，因此建设双温库以确保冷库的使用效率。目前制冷系统控制多通过使用装有两个恒压导阀
15、的压力调节阀来实现双温。 3.全自动化立体冷库 全自动化立体冷库是近年来逐渐增多的一种冷库形式，因其运行节能、管理方便、土地利用率高而受到欢迎，但因其使用功能相对单一、单库空间较大、运转不灵活而造成有部分立体冷库建成后存在空置现象。自动化立体冷库开始将冷库作为一个整体来进行控制，制冷系统控制为整体控制的一个部分。 4.高精控温库 常见于药品冷库，气调库也属于高精控温库。由于库内保存货物对温度变化比较敏感，需要对库温进行精确控制。目前制冷系统控制多通过使用装有一个压力调节导阀和一个电子导阀的压力调节阀来实现，可控制库温精度达到0.25。 三、冷库发展趋势与温控技术的优化 温度控制在冷库运营过程中
16、非常重要，在冷库由存储型转向物流型的情况下，冷库温控技术必然会由原来仅重视制冷系统和设备发展到全方位控制、智慧化运营。同时，随着国内冷库供小于求的状况不断改变，冷库也终将进入多样化个性定制时代和微利时代，经营者会更关注冷库运营的细节，而冷库的温度控制也必将向智慧化控制转变。 9在未来冷库设计中，温控应贯彻在设计的每个细节，冷库温控设计应由自动化向智慧型转变。具体来说，自动化冷库设计者主要关注冷库设备的自动控制，以实现无人值守为最终目的，以精确的库温和设备启停控制为手段，其节能效果通过设备尽量运转在经济状态和冷库设施即时性来实现。智慧型冷库设计者除关心自动化程度外，还关心冷库的整体运营状态，包含
17、进出货状态、货物储存状态、节能设施运转状态等，通过对冷库的整体智慧化控制，最终实现冷库建设运营的最优性价比。智慧型冷库在国外已经初具雏形，欧洲和美国均建设有冷库能效在线评估系统，通过对冷库的综合评估，为冷库的智慧运营提供建议。 在国内，中国物流与采购联合会冷链委员会也在试运行国内首个“库链”系统，除关注制冷系统运营状态外，还关注冷库进货温度、库温变化曲线、食品冷库能效设施运转状态、货物出货温度等，最终以冷库使用者的整体评价为结论，在这些基础上形成大数据库。这样做的好处如下：可以为冷库的智慧运营提供建议：改善冷库的区域性不均衡，在区域范围内确定冷库建设的必要性；改善冷库的区域性功能单一状况，给立项冷库项目提供运营方向的参考；实现国内不同区域或用户之间冷库资源的互通有无，避免优质冷库长期空置等。此外，还可以通过此系统提供的数据，进一步为冷库的前期设计提供合理化依据，避免设计的盲目性，为智慧型冷库设计提供数据支持和细节优化的基础。 总之，冷库的发展已经给冷库温控设计提出了新的要求。冷库温控未来不应局限在冷库温度本身，而应结合冷库的运营管理，使冷库运行更智能化，让冷库的运行更能满足企业的业务发展需求。
