1、毕业设计 文 献综 述 建筑环境与设备工程 冷库的节能方法 【摘要】在全球倡导节能减排的大环境下，本文分析了国内冷库领域的发展及能耗现状，指出了我国冷库设计、建设和运行管理等方面存在的问题，并给出了相应的提高节能效果的相关设计方案和措施，归纳了节能设计的要点。 【关键词】节能；建筑节能设计；制冷系统；电器系统；运行管理 走入 21 世纪，国际能源危机明显加剧，环境恶化问题日趋严峻，节能减排已成为全球性课题。随着近年来我国建筑业的迅速发展，中国建筑能耗的总量逐年上升，目前已从 70 年代的 10%上升至 30%，能源与发展之 间的矛盾日益突出，建筑节能已成为当前节能领域的当务之急。 冷库作为一种
2、特殊的建筑，多年来一直是耗能大户。据统计，制冷设备能耗已占全国耗电量的 15%左右。冷库耗能不仅影响着冷库产品的质量和成本，关系着企业的前途和命运，也直接影响着国家的经济发展和节能建设的战略方针。在世界性倡导节能减排的今天，建设节能型冷库已成为冷库行业的发展方向 1。 1 目前国内冷库节能现状 作为农产品的生产大国，我国冷库的建设，无论在规模、数量、和技术水平上，与发达国家相比，都远远落后。建国初期建造的冷库，普遍存在技术设备陈旧落后、冷库 保温严重老化、自动化程度低、能耗高效率低的特点。自上世纪80 年代以来，随着国外新型保温材料在国内的应用和先进技术的引进，冷库的建设有了突飞猛进的发展。但
3、在项目投资建设时，业主普遍关注的是投资成本和眼前利益，而设计也仅限于满足使用和生产的需要，在冷库的节能环保和运行成本等方面，几乎很少考虑，致使国内冷库普遍成为高耗能冷库，部分冷库的能耗已占据企业成本的 30%2。 影响冷库能耗的因素很多，不同的地区，不同的产品，选用不同的设计方案，产生的能耗大不相同 3。要想从根本上解决冷库的能耗问题，除了要有先进的技术 和管理，还要提倡节能设计。 2 冷库设计的节能措施 冷库的节能设计，大体可分为建筑设计与系统设计。简单的说，建筑设计主要依靠建筑物从总体到单体直至具体构件的设计来保证和维持建筑内的使用条件，其目标就是要尽量减小能源设备装机功率，使房间的负荷变
4、小，为节能创造条件；而系统设计，例如，制冷空调系统、电器系统等等的设计，就是在满足设计负荷要求的情况下，尽量提高能源使用效率，它主要是依靠设备和系统本身的高效率来实现节能。建筑设计与系统设计二者是相辅相成的，必须有机结合，才能构成完整的节能设计。 2.1 建筑节能设计 冷库 的建筑节能设计首先要从规划做起。在进行冷库厂区的总体规划设计时，应将节能理念贯穿至规划当中，不仅要考虑建筑方案，还要考虑系统要求。 2.1.1 规划厂区总平面 据当地的气候情况和用户具体要求，确定建筑物的朝向、平面尺寸和形状的参数，科学布局，最大限度减少建筑物的能耗，获得理想的节能效果。经测试，同样形状的建筑物，南北朝向比
5、东西朝向的冷负荷要小 50% 70%，因此，选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能措施 4。 2.1.2 合理布置平面、确定层高 冷库与一般的工业与民用建筑不同，用户因加工或储藏的物品不同，其工 艺流程千差万别。这就要求建筑设计人员不仅懂得建筑规范和知识，还要熟悉产品生产、加工、储藏要求及特点，了解制冷空调设备、加工设备及相关电器等系统知识，多方面与用户及系统设计人员沟通，合理确定冷库的平面布置。 2.1.3 选择节能优质保温材料 冷库通过维护结构的跑冷量与围护结构单位热流量成正比。要降低围护结构单位热流量，一是选择热导率小的保温材料，二是增加保温层的厚度 5。而厚度又不宜太厚，否则会增加建造成
6、本和减少使用空间等问题。因此，要在合适的厚度范围内选取保温材料 6。冷库的隔热保温材料，目前广泛 使用的主要有聚苯乙烯、挤塑板和聚氨酯。 2.1.4 选择节能的建筑做法 库房的外表颜色尽量设计成白色或浅色。这主要是利用它的反射来辐射量。颜色越浅，反射太阳辐射的能力越大。如白色表面对太阳辐射的反射率可达 0.8而黑色只有 0.1。因此，夏季在强烈的太阳照射下，白色表面的温度可比黑色表面低 25 30。 月台尽量设置成封闭月台，封闭月台一方面可兼做暂存间使用，另一方面可减少冷量散失 7。 屋面尽可能设成保温通风屋面。保温通风屋面可降低库内外的温差，从而减少冷库负荷。 2.1.5 合理考虑荷载 冷库
7、荷载，应综合计算 ，荷载过大，造成资源及原材料浪费；荷载考虑不足， 容易造成缺陷和不安全隐患。一般地说，冷库的荷载，除按规范考虑结构荷载外，还应考虑库内吊顶、各种设备和管路、溶液等重量。如冷库顶排管荷载一般考虑50 60kg/m2，冷库内吊库板荷载一般为 20 30kg/m2，比较合适。如库内选用风机，则应根据风机位置考虑集中荷载或适当增加均布荷载 8。 2.1.6 根据平面和荷载要求，选择适当的结构形式 冷库的结构形式，大体可分为三类。一类是砖混或混凝土框架结构；一类是钢结构拼装冷库；另一类是钢混结构，即混凝土柱钢梁或钢 网架结构。三种方案的使用范围和特点各不相同。结构形式的不同，所消耗的能
8、源不尽相同，直接影响着工程造价和建筑效果。设计人员在进行结构选型时，应经过充分的验算和经济分析比较，为用户得出最经济合理的结构设计方案。 2.2 制冷系统的节能设计 2.2.1 合理确定时间参数 合理确定库房温度。不同的贮藏物品，根据其种类、性质和贮藏时间的不同，都有其适合的温度范围。冷库的库温并不是越低越好。在不影响贮藏质量的前提下，设计时应选用较高的库温。库温高了，蒸发温度也相应提高，耗能也相应减少。根基估算，蒸发温度每降低 1 度，耗电增 加 3%4%。提高库温还能减少库内冷量散失和减少干耗。 合理配备冷量。制冷系统设计应进行节能计算，在冷量计算时，应根据实际使用情况，正确划分系统并优化
9、组合，明确压缩机制冷系数和各蒸发温度系统的制冷系数，实现压缩机制冷量与冷库实耗冷量的合理匹配，避免出现“大马拉小马”或“小马拉大马”的现象 9。 2.2.2 用节能的制冷工艺设计 采用先进的制冷工艺技术，优化工艺设计方案，是系统设计节能的关键。如在有条件的地区，设计冷库节能自动控制流程图，改集中式制冷为分散式制冷系统；在制冷系统中采用循环供水；在有热水等热量需 求的场所，采用冷凝热回收系统；对于分时段计量电费的地区，制冷系统尽量采用蓄冷措施，实现电网削峰填谷等。 2.2.3 择先进的节能制冷设备 （ 1）选择合适的压缩机。一个制冷系统，是选择螺杆机、活塞节还是小型压缩机组，要根据冷库的规模和加
10、工使用情况，进行综合分析比较，才能确定。设计人员在进行设计时，必须掌握先进的技术，了解各种产品的特点和适用范围。一般地说，螺杆压缩机的 COP 要高于活塞机，尤其适合在负荷变化不大的低温工况使用 10；而小型压缩机组在高温或气调库中，运行更方便，适用更节能。 （ 2）优先选用蒸发式冷 凝器。选用蒸发式冷凝器，不仅省去了水泵、冷却塔和水池的费用，而且其水流量仅为水冷的 10%，节能省电。蒸发式冷凝器应尽量布置在通风良好的地方，避免太阳直射。 （ 3）选择合适的蒸发器。在冷却设备上，尽量选用冷风机，代替顶排管。顶排管的使用不仅耗材，而且冷却效率差。蒸发器应尽量采用热气容霜或实现自动容霜，减少电能的
11、损耗。 （ 4）推广应用新型和可再生能源，特别是太阳能、地源热泵、水源热泵等等应用。 2.3 电气系统的节能设计 2.3.1 设计方案推荐全自动或半自动冷库 据有关资料统计，冷库中实现自控与手控相比，不仅节省 了大量的人力物力，而且节能 10%15%。我国的全自动化冷库起步较晚。目前，氢氟烃制冷系统因自动控制相对容易，已广泛使用。而氨制冷系统，真正实现全自动化的冷库较少。随着电子技术的发展，可变程序控制器（ PLC）的功能越来越大，自动控制已成为系统节能设计中不可缺少的环节。通过温度、湿度、压力、流量等数据的采集和计算，实现对供液方式及压缩机、蒸发器、冷风机等设备的自动调节，从而对整个制冷系统
12、进行控制，使系统在经济高效的状态下运行，达到节能的目的。 2.3.2 选择节能的电器元件和产品。如在照明设计中优先选用节能灯具 等。 2.3.3 利用变频技术，实现压缩机等设备的能量调节，开发节能制冷设备 3 运行管理中的节能措施 3.1 合理开机，降低压缩机电耗。 目前多数冷库仍然采用人工操作调整开机，盲目开机现象普遍存在为了提高压缩机运行的经济性与合理性，研究结果表明应遵循两个原则。第一，正确估计冷库实际耗冷量的变化。第二，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。 3.2 定期清除冷凝器管壁上的水垢，避免冷凝温度升高。 有关资料统计，冷凝器水侧表面 1.5mm厚的
13、水垢会造成冷凝温度升高约2.8，使制冷装置的功耗 增加 9%10%11。 3.3 执行大、中、小、维修制度。 根据使用情况和压缩机磨损规律，一般压缩机运行 10 000h 后应大修， 5000h应中修， 1000h 应小修 12。 3.4 加强库门的维护与管理 。 主要包括三个方面：第一，对冷藏门进行有效地维护，确保冷藏门的无故障启闭 13。第二，尽量减少开门时间次数。第三，增设 PVC 软门帘或高效率空气幕，并建议增设回笼间，顶部用镀锌板覆盖，便于定期除霜 14。 3.5 注意保持隔热材料的的保温效果。 更换部分已失去保温效果的隔热材料时，要同时检查防潮材料，如果由 于防潮材料的老化引起的隔
14、热材料失效要同时更换防潮材料。 3.6 把压缩机的制冷负荷直接与库房的需要进行平衡匹配后确定冷库开机时间是最合理的，即压缩机不停机，根据库温和负荷变化增减台数和进行输气量调节 15。 4 结论 总之，在全球倡导节能减排的大环境下，节能设计是广大设计工作者义不容辞的社会责任。虽然冷库的节能设计在我国起步较晚，冷库的降耗还将使一项长期而艰巨的任务，但随着科学技术的进步，节能观念的深入人心，冷库的节能设计必将在制冷行业形成燎原之火，掀起一场冷库行业的新革命。 【参考文献】 1 戴美芹 .冷库 的节能设计 J.制冷技术 ,2008,(2):9-12. 2 冯毅 ,黄焕文 .冷库能耗问题及结构优化 J.
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