随着冷库建设规模的扩大，冷藏行业的节能降耗引起业界高度关注。本文详细介绍了临港普菲斯亿达冷库的建筑情况和制冷系统构成，并从冷库库体设计、制冷系统设计和冷库的操作管理等方面，具体分析了加大冷库节能降耗效果的有效措施与应用效果，值得借鉴。
随着经济的快速发展，我国的新建冷藏库越来越多，物流型冷藏库的规模也不断向大型化发展。冷冻、冷藏是能量消耗较大的行业，我国是一个能源短缺的国家，能源的紧张是制约我国经济发展的一个重要因素。因此节能、降耗必然引起业界的高度重视，通过节能技术的应用，可以加速制冷设备的更新换代，促进制冷技术、工艺的改革和创新，带动整个制冷行业的发展和水平提升。
近年来，笔者参与了上海临港普菲斯亿达冷库和上海外高桥普菲斯亿达冷库的制冷机组安装、调试工作，这是引进美国最新制冷设计理念的超大型单座装配式、自动化低温物流冷库，在国内处于领先水平。临港普菲斯冷库运行一年来情况良好，节能效果明显。该冷库在设计方面有许多新的理念、方法值得学习和借鉴，笔者就其节能情况结合建筑热工计算和制冷工艺设计、配置逐项作简要分析、说明。
冷库概况
1 建筑规模与格局
临港普菲斯冷库单座单层装配式低温自动化物流配送冷库，总容量约为8 万吨，冷库的建筑承重结构采用轻金属结构内支承方式，冷库建筑面积19390m2，净库容积393882m3，库温为-20℃。整个冷库沿长度方向隔成三间(A、B、C 三库)，冷库外围护结构墙面采用双面彩钢聚氨酯隔热板，厚度δ=180mm，超长制作(板长21m)，库内隔墙采用结构岩棉防火板，厚度δ=200mm。地坪和库顶隔热层都选用三层挤塑型聚苯乙烯板(EPS)，每层厚度δ=75mm。恒温卸货区建筑面积4100m2，平均高度9.5m，外围护结构采用双面彩钢聚氨酯隔热板，厚度δ=100mm，温度为5℃ ~7℃。制冷机房和辅助设备间设在二层建筑的设备楼，二层楼内长24.1m，宽15.2m，平均高4.5m，建筑面积366m2，机房地面高度3.8m。
2 冷库制冷系统主要设备配置
(1)制冷压缩机
JZVLG268D3 台，制冷量Q 机=707.4kw/ 台(2960 转/ 分)，带微机自控型
JZVLG268D1 台，制冷量Q 机=350kw/ 台(1450 转/ 分)，带微机自控型
(2)冷库冷风机
D091-450H/108-A-G，22台，制冷量Q 设=57.3kw/ 台
蒸发器面积F=448m2/ 台，风量：31520m3/h， 风压静压：200Pa
电动功率：3.36kw+0.49kw(风筒加热)=3.85kw/ 台，面风速=2.2m/s
(3)主要辅助设备
a) 低压循环桶泵机组：
贮液桶：1 台， 桶体容积=6.5m3
氨泵：R42-317C4BM-0405U1B1-F，2 台
流量=5.5m3/h，扬程=92m，功率=6.6kw/台
b) 气液分离器：(-6.7℃，闪蒸桶)1 台，桶体容积=2m3
c) 氨液冷却器：SM-22-L-06-UM-120，1 台
流量6.5t/h， 进液+32 ℃，出液-1.1℃
d) 蒸发式冷凝器：VC2-642，2 台
排热量QK=2765kw/ 台
3 卸货区制冷设置
冷风机D080-395H/106-A-G，6 台
制冷量Q 设=74kw/ 台，风量=27000m3/h，面风速3.1m/s
4 地坪防冻系统设备
(1) 闲式冷却塔：FXVLQ661-LM，1 台， 制冷量=820kw/ 台
(2)丙二醇水溶液循环泵：7 台
(3)丙二醇水溶液贮水箱：1 台，25m3
冷库建筑、制冷系统的节能分析
1 库体设计节能、外围护隔
热结构热工计算及减少冷库门洞渗入热流的简要说明
Q1— 外围护隔热结构热流(W)
Q5—操作、照明物流、开门渗入热(W)
(1)超大型单座高库体设计，其m2/m3 值(外围护隔热结构面积与单位净库容积的比值)小于其他冷藏库
增加冷库的净容积规模、减少外围护结构建筑面积是冷库建筑节能设计中重点考虑的因素之一。因为冷库的外围护结构的热流量往往占冷库总负荷的30%~40%，在同样库内外温差条件下，小型冷库比大型冷库的单位容积耗电量高数倍。m2/m3值越小，冷库的建筑节能越明显，这也是冷藏库规模向大型化发展的原因之一。几座不同库容的单体低温冷库的建筑情况分析对比见表2。
从表2 中可以看出，临港普菲斯冷库的m2/m3 值仅0.125，比其他冷库低得多，说明在同样隔热结构、相同单位净库容下，该冷库通过外围护结构进入库内的热流值Q1 比其他冷库减少30%。
(2)Q1—外围护结构热流量计算(忽略隔气层热阻)
a) 计算条件：室外设计计算温度tW=30 ℃， 室内计算温度tN=-20℃，湿球温度27.8℃，外围护结构墙面：双面彩钢聚氨酯隔热板δ=180mm。
b) 围护结构热流Q1 计算汇总见表3。
通过计算可见，虽然该冷库单位净容积的外围护结构热流有很大的优势，但其隔热外墙Q1 为11w/m2·h，库顶Q1 为15.3w/m2·h，这两项指标距当前冷库设计中节能的要求还存在较大的差距。
(3)低温库库外设置恒温卸货区，选用先进的快速启闭冷库门，加强库门开启的管理，减少从冷库门洞渗入的热量，减少热湿负荷对冷库的影响
在低温库外设置封闭式恒温卸货区，一方面使低温库和外界大气之间有了温湿度缓冲区域，在较大程度上减少了外界热湿空气带入低温库的水分和热负荷，减少了库温的波动和冷风机的结霜量。另一方面使进出冷冻货物在卸货区暂停期间大大减少，防止了货物的温升，有利于保持商品的冷冻质量，减少了进入冷库的货物热流量。
大型物流冷库的进出货十分频繁，冷库门洞也比一般的冷库高大，尤其不要忽略开门时产生的换气率，因为换气率在一个冷库的热平衡中的影响比它在总热负荷的操作成本费用中的影响大。通过库门的换气量是与库门开启的时间、门洞的面积、外界的热湿空气和冷藏间内空气密度差成正比的。据日本资料提供，当冷库内外温差达30~70℃时，开门换气的耗冷量占总热负荷的10%~15%。因此忽视冷库门的开启管理不仅仅使冷库耗能和蒸发器结霜量大大增加，而且影响到冷库的使用寿命。
临港普菲斯冷库(A 库是由自动巷道式装卸机作业，进出货物从较小的进出仓口传送)B、C 库的门洞高4.5m，宽2.7m，如此高大的门洞如果用手动或电动平移门会产生门扇的密闭性、启闭库门时的速度减慢和稳定性等问题。所以该冷库选用了进口的快速电动卷帘门，门扇的材质由一种柔性封闭式发泡料制成，隔热和密封效果不错，配上快速垂直起降的电动机构，启闭时的最快速度可达4.5m/s，现调整在3S。除此之外在冷库门洞两侧装有感应元件，只要运货叉车进入感应区，冷藏门就会自动快速启闭，缩短了叉车进出库门时的等候时间，确保了库门的及时关闭。该库冷冻货物的装卸运输，依靠回转半径小、移动速度快的小吨位叉车，库内码、落货物由“高臂”型门架式提升机完成，提高了工作效率，避免了大型装卸机械频繁进出冷库门洞因速度慢所造成的换气率增加的问题。
(4)目前冷库实际运行的指标情况
临港普菲斯冷库制冷设计了两台主机投入运行(一台JZVLG268D，707.4kw/ 为主运行， 另一台JZVLG268D，350kw/ 作机动投入运行)，从该冷库投产运行以来，目前仅一台主机JZVLG268D 全天运行， 从未出现两台机运行的情况。按照该库393882m3 净库容，实际配置冷风机设备负荷：1260.6kw，主机运行冷量707.4kw。计算得到：每立方净库容配设备负荷为3.2w，每立方净库容配主机负荷为1.8w。由此可以看出，该超大型冷库的单位容积耗冷远远小于其他冷库。
2 制冷系统设计、操作管理上的节能情况
(1)充分利用冷、热源的能量互补
该大型冷库的占地面积大，地下防冻措施也是值得关注的。冷藏库的地下防冻加热方法有多种，无论采用架空或通风道机械通风，都将使土建投资费用增加，而在这么大的面积上用电加热防冻，显然也不切实际。因为按该冷库19000m2 的地下防冻加热面积计算，每小时的加热量约在180kw。另外，制冷压缩机的润滑油在运转过程中温度会不断升高，需要利用其他冷却介质消耗相应的能量来满足冷却要求，如果以上两方面都单独设置冷却设备和加热设备，不仅土建、设备的投资费用将增加，还要消耗大量电能。
为了达到节能的目的，该冷库制冷设计上巧妙地利用了系统内在的冷热源(采用丙二醇水溶液加热防冻循环系统)。具体做法是：在冷库地坪隔热层下的钢筋混凝土层中埋设直径32×3.5的多路PE 管加热管道，每路PE 管在冷库地坪下为整根(没有接头)，穿出地坪后设单路调节阀和液流显示仪，然后连接至供、回集管，并由循环水泵、贮水箱、系统连接管路和螺杆机油冷却器等设备组成一个开式循环加热系统。冷库地坪下丙二醇水溶液的加热热源由运行中的螺杆制冷压缩机冷冻油提供，而制冷压缩机冷冻油的冷却冷源由出地坪冷却后的丙二醇水溶液提供，在不另外增加设备的情况下，利用系统本身的条件，能量充分利用互补，节能效果达到每小时360kw(见图1)。
(2)利用冷风机的自动热气除霜
冷库冷风机的除霜是制冷系统运行中必不可少的一项工作，尤其是低温冷藏库中的冷风机，除霜的方法有：电热化霜、水冲霜、热气除霜、水和热气同时除霜、不冻液除霜等等。目前国内大中型低温冷库以冷风机作为换热设备的，在设计中大都采用水冲霜、水加热气除霜、热气除霜这三种融霜方式。临港普菲斯冷库设计利用制冷螺杆压缩机排油的气体热量为热源，在制冷自动化系统软件的设定和监测下实现全自动的定时除霜，实现了三个方面的节能：①无需泵等动力消耗和其他土建、设备的基建投资。②热气除霜过程将冷风机蒸发盘管中的积油及时清除，使冷风机始终保持最佳的换热性能，相应提高了蒸发温度，缩小了蒸发温度和库温之间的温差。③减小了冷库的温度波动，除霜后减少了制冷压缩机的动力消耗。
(3)利用螺杆制冷机的可调内容积比改善压缩机的运行性能,达到节能目的
该冷库除了一个低温库-29℃蒸发系统外，还配有一个中温-6.7℃蒸发系统，肩负着卸货区冷风机和高压常温制冷液体的过冷负荷(卸货区制冷设备负荷444kw/h 高压液体过冷器负荷约80kw/h)。为了达到节能目的、节约设备投资，不另外增设独立的中温制冷系统，利用螺杆压缩机的工作容积在压缩过程的某一转角位置开设进气口(即中间补气口)，将以上两个方面的制冷负荷引入，在不影响-29℃低温蒸发系统吸气量的情况下，降低了主机由于过压缩或欠压缩造成的附加功耗，提高了制冷压缩机的效率，节约-6.7℃库温蒸发制冷系统的基建设备投资和所需的能量消耗。
(4)制冷系统低温换热设备采用高压液体直接供液方式，减少了氨泵的功力消耗
国内外的绝大多数大中型低温冷库在制冷设计中都应用了液泵来向蒸发器输送制冷剂液体，制冷剂的液体量是蒸发量的数倍。为了实现以消耗的电动机功率来满足最佳换热要求，有的设计人员在以上设计基础上，另外增加一路高压液体并联连接到泵出液总管或支管上，目的在于当液泵出现故障，短时间难于修复时启动高压液体直供以不影响冷藏库降温的应急方法。而临港普菲斯冷库采用高压液体过冷后直接向冷风机供液的方式，(低压循环桶只作为汽液分离和暂存液体之用)，虽然液泵6.6kw/ 台的功率消耗相比整个制冷系统消耗的总功率来讲只是很小一部分电能，但从节能角度对制冷剂系统进一步挖掘节能潜力的思路来讲的确是一种较好的选择。
(5)应用电子计算机进行程序控制，实现整个制冷系统的全自动化
制冷系统的自动化不仅仅提高工作效率，节省人力，确保冷冻商品质量，使制冷系统设备在安全可靠的工况下运行，并且能通过自动监控系统对各运转设备的液位、温度、压力、电流等等进行及时、准确、连续不断的监视，使系统处在最佳的工作状态，实现最优控制，避免一些人为的不恰当操作和管理造成的能量浪费和损失，从而达到安全运行和节能的目的。
临港普菲斯冷库的制冷系统是由上位机加组态元件和下位机共同组成的自动化监控系统，选用了丹佛斯公司先进的压力、液位、温度等自动化信号元件和阀门，基本做到了全自动化控制、操作，满足了制冷系统从库房温度和冷冻机能量的自动调节，各容器设备的液位、压力、温度调控和安全保护、冷风机自动热气除霜、地坪防冻系统的自动控制等等全自动的操作管理。
结 论
1. 临港普菲斯亿达冷库之所以能做到单位净容积配置设备冷量3.2w/m3 机械负荷1.8w/m3 的明显节能效果，其最大的优势在于m2/m3 值很小，使其比相同条件下小容量冷库节能30%。如果能增加一次性投资加厚隔热层厚度和改变库顶隔热结构，以减少Q1 的热流量，节能效果将更明显。
2. 低温冷库外建恒温和低温穿堂，冷冻商品的装卸、搬运采用叉车加托盘形成机械化作业，并选用先进的冷藏门和自控方式有效地减少外界热温负荷对冷库的影响，达到保持冷冻食品较好的质量，减少制冷设备的动力消耗是必不可少的。
3. 在不影响低温制冷量的情况下，利用螺杆压缩机内容积比调节来改善压缩机性能，并获得中间温度系统负荷，在不另外增加设备和电能情况下，从制冷系统内部进一步挖掘节能潜力，满足冷库地坪防冻加热、螺杆压缩机润滑冷却、冷风机热气除霜等做法，在节能上起到了很好的效果，说明在降低现有的制冷设备的能量消耗问题上还有很多工作可做。
4. 冷库制冷系统实现全自动化管理，是提高工作效率、确保冷冻商品的储存质量、保证制冷系统和设备在安全可靠工况下运行、避免误操作和管理造成的能量损失、实现最优控制的最佳途径。在这方面，临港普菲斯冷库是一个值得学习的范例。