摘要：本文在介绍我国冷库发展潜力的基础上，对冷库隔热材料选择理念、空气幕和融霜系统优化、货物摆放方式等方面的最新研究进展进行了综述。着重介绍变频调速技术、LNG冷能利用技术在实现冷库节能研究中的进展，分析了其应用中存在的问题，并对未来冷库节能减排研究方向进行了展望。
关键词：冷库；生命周期分析；节能；
1、冷库设计中的节能技术
1.1、隔热材料的选择
上世纪80年代以前我国冷库隔热材料以稻壳、软木、炉渣和膨胀珍珠岩为主，此后岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料等开始得到广泛使用，冷库围护结构、保温层传热量占冷库总热负荷的20%-35%，选择合适隔热材料可有效减少外界热量进入冷库。
近年来，我国学者主要围绕隔热材料隔热、隔湿特性，保温层最佳经济厚度、新型绝缘隔热材料展开研究。罗金凤等利用有限差分法对基于非稳态传热传湿模型进行数值求解，在隔热材料导热率为常数以及导热率是温湿度的函数两种情况下，对配备聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨醋泡沫塑料、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料三种保温材料的冷库全年耗电量进行分析。发现隔热材料吸湿后热导率增大将强化墙体导热，冷库全年总耗电量增加。建议使用挤塑乙烯泡沫塑料作为冷库隔热材料，其材料吸水率低，热导率受温湿度影响不明显。
为减少外界热量渗入冷库，增加围护结构保温层厚度和减少围护结构内外表面温差是两种有效途径。由于外界环境温度不可控，升高库内温度有可能增加冷库内货物损耗，减少围护结构内外表面温差实施很难。增加保温层厚度是可行办法，但增加保温层厚度势必导致冷库初投资增加，因此在冷库建设中，确定保温层最佳经济厚度十分重要。刘斌等人利用有限生命周期经济观点，推导出微型冷库在使用年限不足时保温层的最佳经济厚度公式，计算发现延长冷库使用年限会增加保温层最佳经济厚度，由于随着冷库生命周期的延长，机组运行费用在总费用中所占比例增大，加厚保温层有利于减少运行费用。
冷库在设计时往往只考虑投资回报的最佳经济厚度，做到冷库“节能”，但从“减排”角度出发，应考虑隔热材料从制造、运输、买卖、使用、废弃、再生整个过程可导致的空气污染、水污染、全球变暖潜力、能耗等，两者相综合，才能真正实现冷库“节能减排”。
1.3、余热回收技术的应用
2012年7月11日，国务院印发的《“十二五”节能环保产业发展规划》，将余热余压利用设备的制造放入重点发展的节能领域中，为余热利用提供政策保障，冷库制冷系统余热利用将是重点节能领域。冷库制冷系统将冷凝热排放到室外，这种做法不仅造成环境的“热污染”而且造成能源浪费，因此有必要采取方案回收冷库制冷系统余热。国内学者提出可利用冷凝热加热生活用水，但是由于土地价格等原因，我国冷库大部分建立在人口非密集区，加热生活用水无法充分利用，管道铺设也将额外增加企业的投资成本。国外利用冷库余热的做法是采取余热加热冷库地坪，即利用压缩机排气热量加热乙二醇溶液，乙二醇溶液在冷库地坪下循环防止土建冷库地坪冻鼓。
2、冷库运行中的节能技术
2.1、蒸发器融霜
由于冷库门频繁开启和货物冷冻过程中失水，库内空气相对湿度较高，冷库空气流动至蒸发器时，空气被干燥冷却的同时导致蒸发器结霜。霜层严重阻碍了蒸发器与空气传热，降低整个系统制冷效率，增加冷库能耗，因此冷库应定时进行除霜。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆制冷系统在有霜层情况下运行COP将减少2001030%。热电融霜、水冲霜、热气融霜、热气融霜结合水冲霜是目前主要采用的融霜方式，水冲霜最常用于冷风机除霜，但因其水耗大，除霜成本高，此外冲霜水外溢还会使地坪冻腻，己逐渐被热气融霜所代替。为实现冷库融霜节能，国内外学者对多种融霜方式进行讨论并对融霜系统提出改进。
减润清等针对冷却物冷藏间蒸发器融霜提出可采用“依次除霜法”。刘恩海等对热氨冲霜方式进行改进，建议安装除冰装置辅助热氨冲霜。陆佩强设计了一种双蒸发器液体冷媒融霜系统，利用液体冷媒对蒸发器进行融霜，融霜蒸发器起到冷却器作用，回收一部分冷量，可实现不停机融霜。对电热融霜和热气融霜进行对比研究，指出电热融霜效率不高，易导致小型冷库库温显著波动，建议采用热气融霜。针对热电融霜方法融霜效率不高，提出可在冷库中加设电热融霜气流循环旁通道，实验证明融霜效率明显提高，并可减少冷库内温度波动。
延长结霜周期减少融霜次数，也可实现节能。抑制霜层增长和减小蒸发器回风口空气性相对湿度可延长结霜周期。利用两种不同频率的超声波（20kHzJ30W，15kHz/30W）对冷风机进行抑霜实验，发现经过48小时，冷风机翅片仍未被霜层堵塞。Wang利用超声波震动对翅片式蒸发器进行抑制结霜实验，指出超声波能够有效抑制霜层的生长，但不能完全除霜。Barelli将压电板与蒸发器翅片连接，发现利用压电板产生超声波震颤能够有效地抑制霜层结霜，从而延长融霜周期。Sergio设计了一种利用液体干燥剂延缓蒸发器结霜的装置，通过液体干燥剂干燥蒸发器回风口的气流以减少蒸发器表面结霜量。
2.2、冷库堆放形式的优化
冷库货物堆放依托于冷库货架系统，其合理规划和布局，不仅能提高冷库空间利用率，保持冷库内气流流速和温度分布均匀，而且便于叉车及人员在库内作业。冷库目前常采用的货架系统有：贯通式货架、穿梭车式货架、后推式货架、双深度货架、窄巷道式货架。不同冷库可根据冷库库容、货物种类、货物出入频率，选择合适的货架系统，从而降低冷库能耗和投资成本。刘妍玲利用fluent软件对小型果蔬冷库进行CFD模拟，对中间有通道和中间无通道两种果蔬摆放形式进行分析，指出果蔬中间有通道摆放方式可以改善库内气流温度和流速分布，冷库近地面易形成高温区，不利于货物保存，因此建议货物堆放应远离地面一定高度。胡耀华在对称猴桃冷库流场CFD模拟研究中发现，
因此建议在货物堆放时应尽可能分散堆放。刘永娟[3s]在货物不同摆放形式下冷库内气流组织模拟研究中印证了胡耀华提出的建议，实验发现设置垫仓板均分四堆货物摆放形式气流和温度分布优于设置垫仓板均分两堆、不设垫仓板均分两堆、不设垫仓板集中放置三种货物摆放形式，但实验将货物作为整体进行模拟计算，不符合货物可视为多孔介质的特性，因此实验仍有改进余地。
结束语
根据前人对冷库节能的研究进展，可以得到以下结论：选择隔热材料不仅要考虑经济回报还应该考虑可能导致的环境影响，生命周期分析作为有效实现节能减排的评估工具，也可以应用在冷库设备选购中。热气融霜是目前冷库最佳融霜方式，冷库系统蒸发器结霜不可避免，超声波抑霜和液体干燥剂抑霜可延长结霜周期，减少融霜系统开启次数，为冷库融霜节能提供了新思路。通过使用变频调速技术和余热利用技术有助于冷库系统节能运行。在LNG冷能资源丰富区域建立LNG冷库是回收冷能有效方式，但是单一利用冷能存在冷烟利用率不高问题，通过集成其他冷能利用技术可实现冷能多梯度应用。
参考文献：
[1]闫晗.临夏地区某冰淇淋冷库节能及优化改造研究[D].哈尔滨商业大学，2016.
[2]王建民，申江，范凤敏.基于智能控制的制冷系统的节能优化研究[J].低温与超导，2015，03：87-92.
[3]王贵强.基于食品冻结过程的冷库节能优化研究[D].哈尔滨工业大学，2014.
论文作者:韩爽,王长江
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/11
标签：冷库论文; 蒸发器论文; 隔热材料论文; 节能论文; 货物论文; 库内论文; 余热论文; 《电力设备》2017年第22期论文;