冷庫(kù)節(jié)能與自動(dòng)控制

1、         06-03-15 13:55:00     作者：顧建中    編輯：studa9ngns摘要：文章從冷庫(kù)節(jié)能的潛力和著眼點(diǎn)出發(fā)，突出了自動(dòng)控制在冷庫(kù)節(jié)能中的重要性；在敘述現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，歸納了如何做好冷庫(kù)節(jié)能自動(dòng)控制的一些方法，羅列了一些行之有效的節(jié)能措施，列舉了部分取得成效的實(shí)例，提出了一些值得探討的設(shè)想。 關(guān)鍵詞：冷庫(kù)節(jié)能 自控保證 若干設(shè)想  1 當(dāng)前冷庫(kù)自控現(xiàn)狀冷庫(kù)自控雖然得到了全面普及，然而大多數(shù)冷

2、庫(kù)的側(cè)重面只是安全保護(hù)，或者還增加了溫庫(kù)撿測(cè)和控制，對(duì)于全系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和冷庫(kù)的節(jié)能控制還很少涉及。另一方面，即便已得到全面普及的安全保護(hù)，在實(shí)際運(yùn)行中的情況也不容樂(lè)觀，亇別冷庫(kù)的自控設(shè)施甚至成了“聾子的耳朵”只成了裝飾門(mén)面的擺設(shè)。近年來(lái)上海冷藏庫(kù)協(xié)會(huì)對(duì)上海地區(qū)氨制冷系統(tǒng)冷庫(kù)的安全保護(hù)和自動(dòng)控制情況作了調(diào)查，具體情況見(jiàn)表l所示。該調(diào)查數(shù)據(jù)作為豹之一斑反映了當(dāng)前冷庫(kù)自控的概況。表1 上海部分氨系統(tǒng)冷庫(kù)自控狀況統(tǒng)計(jì) 自控設(shè)置和運(yùn)行狀況被調(diào)查冷庫(kù)數(shù)量（座）占統(tǒng)計(jì)數(shù)的百分比()冷庫(kù)建成時(shí)間較差、一般40701990年以前較好12211990年以前很好591990年以后表1所示自控設(shè)置和運(yùn)行狀況很好的冷

3、庫(kù)雖然只有5座，占統(tǒng)計(jì)數(shù)的9，然而就是這些冷庫(kù)代表了當(dāng)今的潮流和方向。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自控元件越來(lái)越先進(jìn)、可變程序控制器（PLC）和微機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)、自控程序越來(lái)越完善，系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能的意識(shí)也越來(lái)越強(qiáng)。冷庫(kù)的節(jié)能和自動(dòng)控制的關(guān)系越來(lái)越緊密，要把冷庫(kù)的節(jié)能做好和做得更好，就必需把自動(dòng)控制搞好和搞得更好。上述五座代表當(dāng)今潮流和先進(jìn)水平的冷庫(kù)所采用的以下幾項(xiàng)自控內(nèi)容的實(shí)例對(duì)實(shí)現(xiàn)冷庫(kù)節(jié)能都起了相當(dāng)重要的作用。2 如何做好冷庫(kù)節(jié)能的自動(dòng)控制上述內(nèi)容的基本出發(fā)點(diǎn)是以氨為制冷工質(zhì)的集中式制冷系統(tǒng)的冷庫(kù)，當(dāng)今以鹵代烴為制冷工質(zhì)的分散式、準(zhǔn)集中式、集中式制冷系統(tǒng)的冷庫(kù)得到了很大的發(fā)展，其自控程度也往往高于

4、以氨為制冷工質(zhì)的集中式制冷系統(tǒng)冷庫(kù)。多工質(zhì)不同系統(tǒng)各類(lèi)冷庫(kù)的廣泛應(yīng)用，極大地豐富了冷庫(kù)自動(dòng)控制的內(nèi)容，同時(shí)也為自動(dòng)控制在冷庫(kù)節(jié)能中的應(yīng)用提供了廣闊的用武之地。2.1 冷庫(kù)節(jié)能的自動(dòng)控制由誰(shuí)來(lái)研究開(kāi)發(fā)冷庫(kù)節(jié)能的自動(dòng)控制主要涉及的內(nèi)容是節(jié)能控制程序的編制和自控元器件的選用。作為自控元器件的廠商、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院或有能力的使用單位均可擔(dān)當(dāng)冷庫(kù)節(jié)能自動(dòng)控制的研究和開(kāi)發(fā)。到目前為止廠商和設(shè)計(jì)院在該領(lǐng)域內(nèi)均已有所建樹(shù)。冷庫(kù)節(jié)能的自動(dòng)控制最好能由廠商和設(shè)計(jì)院共同研制開(kāi)發(fā)（可以廠商為主，設(shè)計(jì)院配合），在使用單位的實(shí)施過(guò)程中完善定型并不斷研發(fā)新產(chǎn)品。2.2 冷庫(kù)節(jié)能自動(dòng)控制具體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施配合一個(gè)具體項(xiàng)目節(jié)能自動(dòng)

5、控制的實(shí)施過(guò)程往往是通過(guò)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、試運(yùn)行、效果考核並修正，直至符合設(shè)計(jì)要求達(dá)到節(jié)能目的為至。當(dāng)項(xiàng)目要求內(nèi)容有所變比時(shí)，可隨時(shí)修改並滿(mǎn)足要求。冷庫(kù)的節(jié)能往往需要通先進(jìn)的制冷改備、合適的系統(tǒng)匹配、靈話(huà)的應(yīng)變措施和嚴(yán)格的運(yùn)行管理得以實(shí)施，這就需要制冷技術(shù)人員在優(yōu)化制冷工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，熟悉節(jié)能需要、結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出完整的冷庫(kù)節(jié)能自動(dòng)控制流程圖。根據(jù)自控流程圖，電氣自控技術(shù)人員才能完成其電氣自控設(shè)計(jì)，同時(shí)還能運(yùn)用其專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使自控流程更為簡(jiǎn)化和優(yōu)化。冷庫(kù)節(jié)能是冷庫(kù)自動(dòng)控制重要組成部分，凡冷庫(kù)自動(dòng)控制均由制冷和電氣兩部分內(nèi)容組成，只有在兩方面技術(shù)人員的共同努力下才能使冷庫(kù)自動(dòng)控制行之有效並使

6、冷庫(kù)節(jié)能落到實(shí)處。冷庫(kù)節(jié)能自動(dòng)控制的試運(yùn)行也是十分重要的一環(huán),在試運(yùn)行中應(yīng)和使用單位和專(zhuān)業(yè)廠商保持密切聯(lián)系，與使用單位探討運(yùn)行效果，與專(zhuān)業(yè)廠商商討修正措施。3 冷庫(kù)節(jié)能自動(dòng)控制的若干做法和設(shè)想節(jié)能是冷庫(kù)自動(dòng)控制的目的之一。3.1 關(guān)于庫(kù)房溫度和蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)3.1.1 多點(diǎn)溫度參數(shù)的庫(kù)房溫度調(diào)節(jié)以往庫(kù)房溫度調(diào)節(jié)以位式調(diào)節(jié)為主，對(duì)蒸發(fā)溫度往往不作調(diào)節(jié)，很難達(dá)到好的節(jié)能效果。庫(kù)房溫度理想的控制方式是以庫(kù)房的平均溫度、冷風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)及其出風(fēng)溫度為輸入?yún)?shù)，編制適當(dāng)?shù)目刂瞥绦?，通過(guò)PLC進(jìn)行調(diào)節(jié)。如此溫庫(kù)調(diào)節(jié)可以達(dá)到節(jié)能的要求，也能滿(mǎn)足某些庫(kù)房高精度溫度調(diào)節(jié)的需要，目前己可達(dá)到0.250C的精度要求，節(jié)能

7、約10。3.1.2 減少不同蒸發(fā)溫度冷間的並聯(lián)運(yùn)行 由于同一系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)只能在同一個(gè)蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，所以不同蒸發(fā)溫度的冷間如果並聯(lián)運(yùn)行，對(duì)于相對(duì)蒸發(fā)溫度較高的冷間就處于不節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)，該冷間熱負(fù)荷越高就越不節(jié)能。應(yīng)當(dāng)盡量避免這種情況的出現(xiàn)。氟利昂制冷系統(tǒng)中一機(jī)雙溫冷庫(kù)的做法，在高溫庫(kù)回氣管上加背壓閥，在低溫庫(kù)回氣管上加單向閥，是不節(jié)能的典型做法，不應(yīng)提倡而宜廢止。3.1.3 變蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)在某一運(yùn)行狀態(tài)下如果蒸發(fā)溫度能以庫(kù)房熱負(fù)荷以及制冷系統(tǒng)制冷量為參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，則既能達(dá)到節(jié)能的目的還能使能量調(diào)節(jié)更為合理。一般而言，制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器和制冷壓縮機(jī)的配備基本都能滿(mǎn)足最高負(fù)荷的需要。如果冷間熱負(fù)

8、荷減少而制冷量不能及時(shí)作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，則制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度將會(huì)相應(yīng)降低，使壓縮機(jī)的制冷量與熱負(fù)荷達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)。而蒸發(fā)溫度的降低反過(guò)來(lái)卻增加了蒸發(fā)器的制冷量，面對(duì)己減少的熱負(fù)荷必然形成頻繁啟停的后果。蒸發(fā)溫度每變化10C，相應(yīng)增減的電能約35。如果及時(shí)調(diào)高蒸發(fā)溫度，使系統(tǒng)在另一亇理想的平衡點(diǎn)上，則不但避免了浪弗、做到了節(jié)能，還減少了制冷壓縮機(jī)的頻繁起動(dòng)，是一舉兩得的節(jié)能措施。3.1.4 變流量調(diào)節(jié)以往氨制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器的制冷劑流量基本沒(méi)有變流量調(diào)節(jié)；氟利昂系統(tǒng)蒸發(fā)器的制冷劑流量，大多數(shù)只做到簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)。空氣冷卻器的空氣流量大多數(shù)沒(méi)有調(diào)節(jié)或者只有雙速及風(fēng)扇臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)。這兩種流量參數(shù)的調(diào)節(jié)都是與

9、庫(kù)房冷分配設(shè)備制冷量以及庫(kù)房溫度直接相關(guān)的調(diào)節(jié)，也是冷庫(kù)節(jié)能自控應(yīng)于重視的內(nèi)容之一。3.1.5 設(shè)定合適的控制精度和加設(shè)超限控制不同的庫(kù)房、不同的庫(kù)存商品和不同的貯存期都有不同的庫(kù)房溫度及其控制精度要求。從節(jié)能的角度出發(fā)，只要不影響商品的品質(zhì)，庫(kù)房溫度宜取高不取低、控制精度宜取低不取高，不必偏面追求過(guò)低的庫(kù)溫和高精度控制。對(duì)于多亇冷間的庫(kù)房溫度控制，除了原有的庫(kù)房溫度設(shè)定值之外，宜加設(shè)庫(kù)溫超限控制值。這種雙因素的庫(kù)房溫度調(diào)節(jié)能做到制冷系統(tǒng)需要投入運(yùn)行時(shí)，不會(huì)因?yàn)閬}別庫(kù)房溫度的偏離而過(guò)早投入運(yùn)行；還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況不使冷間或制冷系統(tǒng)過(guò)早地仃止運(yùn)行，充分利用現(xiàn)有能量並避免設(shè)備或系統(tǒng)的頻繁啟仃

10、。3.1.6 設(shè)置避高峯運(yùn)行控制電力緊缺是當(dāng)前全國(guó)各地存在的普遍現(xiàn)象，用電峯谷的巨差更加重了電力緊缺，為此電費(fèi)的峯谷差價(jià)在許多城市實(shí)行而且價(jià)差還在逐步拉大。在不影響商品質(zhì)量的前提下，冷庫(kù)設(shè)置避高峯運(yùn)行，有利于電網(wǎng)削峯補(bǔ)谷，宏觀上幫助全局節(jié)能；微觀而言也有利于降低冷庫(kù)的運(yùn)行成本。3.2 冷間相對(duì)濕度調(diào)節(jié)冷間相對(duì)濕度的調(diào)節(jié)與溫度調(diào)節(jié)方法的相似之處不必重復(fù)敘述。一般冷間的相對(duì)濕度在8595之間，但也有一些冷間要求的相對(duì)濕度低于或高于該范圍，例如有些氣調(diào)庫(kù)要求的相對(duì)濕度是98、而有些農(nóng)作物種質(zhì)庫(kù)的相對(duì)濕度要求是4045。在高相對(duì)濕度調(diào)節(jié)和低相對(duì)濕度調(diào)節(jié)時(shí)尤因注重節(jié)能措施。3.2.1 高相對(duì)濕度調(diào)節(jié)對(duì)于

11、高相對(duì)濕度要求冷間的調(diào)節(jié)，首先要盡量降低制冷劑溫度和庫(kù)房溫度之間的對(duì)數(shù)平均溫差（可取2K），有必要時(shí)還可采用載冷劑間接制冷系統(tǒng)；此外還可采用空氣融霜並把融霜水還原給庫(kù)房。這兩項(xiàng)措施通過(guò)自動(dòng)控制予以實(shí)施，是行之有效的節(jié)能方法，國(guó)內(nèi)貿(mào)易部沒(méi)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的龍口二萬(wàn)噸氣調(diào)庫(kù)就是一亇很好的例證。3.2.2 低相對(duì)濕度調(diào)節(jié)對(duì)于低相對(duì)濕度要求冷間的調(diào)節(jié)，主要也應(yīng)做好兩方面的控制。其一是在選用盡量少帶熱量進(jìn)冷間的去濕方法和去濕機(jī)的基礎(chǔ)上，控制好去濕程序，在達(dá)到相對(duì)濕度要求的同時(shí)減少冷間的熱負(fù)荷。其二是避免氣流組織控制時(shí)帶入不必要的室外熱濕負(fù)荷；曾經(jīng)有一亇低溫低濕的農(nóng)作物種質(zhì)庫(kù)，由室外侵入庫(kù)內(nèi)的熱濕負(fù)荷約占原計(jì)

12、祘負(fù)荷的35左右。3.3 關(guān)于供液方式調(diào)節(jié)3.3.1 直接膨脹供液直接膨脹供液是大多數(shù)鹵代烴（包括氟利昂）系統(tǒng)和亇別氨系統(tǒng)采用的供液方法。這種供液方法以往基本采用熱力膨脹閥供液，由于選型、調(diào)節(jié)以及產(chǎn)品本身的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。電子膨脹閥的出現(xiàn)結(jié)合多點(diǎn)溫度參數(shù)的庫(kù)溫調(diào)節(jié)，可以較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，一般可節(jié)能10。鹵代烴制冷系統(tǒng)的熱力膨脹閥產(chǎn)品已相當(dāng)成熟而且還有專(zhuān)用的PLC庫(kù)溫控制器，但由于種種原因在冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中尚未普遍采用，有待加力推廣。氨制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器運(yùn)行的過(guò)熱度不大，控制難度相對(duì)較大，目前尚無(wú)成熟的氨用電子膨脹閥產(chǎn)品。3.3.2 重力供液重力供液系統(tǒng)在老的氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛，后來(lái)逐

13、慚被氨泵供液系統(tǒng)取代。重力供液系統(tǒng)雖然操作麻煩但是不需要消耗電力輸送，只要配以合適的自動(dòng)控制，無(wú)疑是一種節(jié)能的運(yùn)行。廈門(mén)商業(yè)冷凍廠的流態(tài)化凍結(jié)裝置采用了R22重力供液系統(tǒng)，上海廿一世記冷庫(kù)采用氨制冷重力供液系統(tǒng)並實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。如何做好重力供液系統(tǒng)自動(dòng)控制的節(jié)能運(yùn)行並進(jìn)行定量分析和不斷提高，是值得我們關(guān)注的一亇方面。3.3.3 液泵供液液泵再循環(huán)系統(tǒng)在氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛；上世記七十年代上海外貿(mào)冷凍五廠萬(wàn)噸冷庫(kù)是R22液泵再循環(huán)制冷系統(tǒng)，一些船用制冷系統(tǒng)也采用了R22液泵供液。液泵再循環(huán)系統(tǒng)雖然能提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)從而提高制冷量但同時(shí)也消耗了電力，如果沒(méi)有合理的配置和恰當(dāng)?shù)淖钥剡\(yùn)行程序，

14、很難做到節(jié)能運(yùn)行。當(dāng)前不少液泵再循環(huán)系統(tǒng)供液量過(guò)大但卻不能保證每路通子的最小流量、揚(yáng)程太高但卻還很難保證多層冷庫(kù)的均勻供液，流量基本無(wú)法根據(jù)制冷負(fù)荷的變化而變化，很難做到節(jié)能運(yùn)行。對(duì)于液泵再循環(huán)系統(tǒng)，除了配置必需合理，還應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)控制運(yùn)行程序的研究，例如分層供液和變流量控制等，只有這樣才能達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)不同制冷對(duì)象采用不同供液方式，加強(qiáng)相應(yīng)自控程序研究尤其是加強(qiáng)無(wú)電動(dòng)力輸送的直接膨脹和重力供液系統(tǒng)研究，也是尋求冷庫(kù)節(jié)能的途徑之一。3.4 蒸發(fā)器雙流量調(diào)節(jié)在熱氣融霜的自動(dòng)控制中有一種雙回氣電磁閥（或主閥）的做法，其作用是保證安全和減少蒸發(fā)器恢復(fù)制冷時(shí)的熱負(fù)荷沖擊。這種做法可以引申到蒸發(fā)器的

15、制冷運(yùn)行狀態(tài)中並于以完善，達(dá)到合理運(yùn)行和節(jié)能的目的。根據(jù)蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變化情況，設(shè)置最小負(fù)荷供液、回氣電磁閥和大負(fù)荷供液、回氣電磁（主）閥，由此根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的變化而作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這種做法不但可使本冷間蒸發(fā)器做到節(jié)能運(yùn)行，還能減小對(duì)本系統(tǒng)其他冷間和制冷系統(tǒng)的干擾，利于系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。3.5 關(guān)于空氣冷卻器（冷風(fēng)機(jī)）融霜控制目前冷風(fēng)機(jī)融霜基本采用半自動(dòng)控制或者定時(shí)融霜控制，存在的問(wèn)題是：融霜指令可能不及時(shí)或滯后，融霜過(guò)程帶入熱量過(guò)多。為了節(jié)能，冷風(fēng)機(jī)的融霜應(yīng)當(dāng)做到全自動(dòng)控制。首先要有合適可靠的霜層傳感器或差壓變送器（在某些情況下也可采用電流變送器），感知最佳的融霜時(shí)間；然后要有合理的融霜程序；還要有冷風(fēng)機(jī)翅片感溫器，防止過(guò)多加熱。三管齊下肯定能做到冷風(fēng)機(jī)融霜節(jié)能。在一些裝配式冷庫(kù)中應(yīng)用很廣泛的電加熱融霜冷風(fēng)機(jī)，可以采用PLC控制，把固定的定時(shí)加熱融霜改成按需融霜，亦即對(duì)每次實(shí)際融霜的情況通過(guò)記憶功能記憶