冷庫節(jié)能與自動控制

冷庫自控雖然得到了全面普及，然而大多數(shù)冷庫的側(cè)重面只是安全保護，或者還增加了溫庫撿測和控制，對于全系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)和冷庫的節(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，在實際運行中的情況也不容樂觀，

亇別冷庫的自控設(shè)施甚至成了“聾子的耳朵”只成了裝飾門面的擺設(shè)。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自控元件越來越先進、可變程序控制器（PLC）和微機的功能越來越強、自控程序越來越完善，系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能的意識也越來越強。冷庫的節(jié)能和自動控制的關(guān)系越來越緊密，要把冷庫的節(jié)能做好和做得更好，就必需把自動控制搞好和搞得更好。上述五座代表當(dāng)今潮流和先進水平的冷庫所采用的以下幾項自控內(nèi)容的實例對實現(xiàn)冷庫節(jié)能都起了相當(dāng)重要的作用。

2  如何做好冷庫節(jié)能的自動控制上述內(nèi)容的基本出發(fā)點是以氨為制冷工質(zhì)的集中式制冷系統(tǒng)的冷庫，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)的冷庫得到了很大的發(fā)展，其自控程度也往往高于以氨為制冷工質(zhì)的集中式制冷系統(tǒng)冷庫。多工質(zhì)不同系統(tǒng)各類冷庫的廣泛應(yīng)用，極大地豐富了冷庫自動控制的內(nèi)容，同時也為自動控制在冷庫節(jié)能中的應(yīng)用提供了廣闊的用武之地。

2.1 冷庫節(jié)能的自動控制由誰來研究開發(fā)

冷庫節(jié)能的自動控制主要涉及的內(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、專業(yè)設(shè)計院或有能力的使用單位均可擔(dān)當(dāng)冷庫節(jié)能自動控制的研究和開發(fā)。到目前為止廠商和設(shè)計院在該領(lǐng)域內(nèi)均已有所建樹。

冷庫節(jié)能的自動控制由廠商和設(shè)計院共同研制開發(fā)（可以廠商為主，設(shè)計院配合），在使用單位的實施過程中完善定型并不斷研發(fā)新產(chǎn)品。

2.2 冷庫節(jié)能自動控制具體項目的設(shè)計和實施配合

一個具體項目節(jié)能自動控制的實施過程往往是通過設(shè)計、安裝調(diào)試、試運行、效果考核並修正，直至符合設(shè)計要求達到節(jié)能目的為至。當(dāng)項目要求內(nèi)容有所變比時，可隨時修改並滿足要求。冷庫的節(jié)能往往需要通先進的制冷改備、合適的系統(tǒng)匹配、靈話的應(yīng)變措施和嚴(yán)格的運行管理得以實施，這就需要制冷技術(shù)人員在優(yōu)化制冷工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上，熟悉節(jié)能需要、結(jié)合本項目特點，設(shè)計出完整的冷庫節(jié)能自動控制流程圖。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，同時還能運用其專業(yè)知識，使自控流程更為簡化和優(yōu)化。冷庫節(jié)能是冷庫自動控制重要組成部分，凡冷庫自動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自動控制行之有效並使冷庫節(jié)能落到實處。冷庫節(jié)能自動控制的試運行也是十分重要的一環(huán),在試運行中應(yīng)和使用單位和專業(yè)廠商保持密切聯(lián)系，與使用單位探討運行效果，與專業(yè)廠商商討修正措施。

3 冷庫節(jié)能自動控制的若干做法和設(shè)想節(jié)能是冷庫自動控制的目的之一。

3.1 關(guān)于庫房溫度和蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)

3.1.1 多點溫度參數(shù)的庫房溫度調(diào)節(jié)

以往庫房溫度調(diào)節(jié)以位式調(diào)節(jié)為主，對蒸發(fā)溫度往往不作調(diào)節(jié)，很難達到好的節(jié)能效果。庫房溫度理想的控制方式是以庫房的平均溫度、冷風(fēng)機的進風(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PLC進行調(diào)節(jié)。如此溫庫調(diào)節(jié)可以達到節(jié)能的要求，也能滿足某些庫房高精度溫度調(diào)節(jié)的需要，目前己可達到

0.250C的精度要求，節(jié)能約10％。

3.1.2  減少不同蒸發(fā)溫度冷間的並聯(lián)運行由于同一系統(tǒng)的制冷壓縮機只能在同一個蒸發(fā)溫度下運行，所以不同蒸發(fā)溫度的冷間如果並聯(lián)運行，對于相對蒸發(fā)溫度較高的冷間就處于不節(jié)能的運行狀態(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)中一機雙溫冷庫的做法，在高溫庫回氣管上加背壓閥，在低溫庫回氣管上加單向閥，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)

在某一運行狀態(tài)下如果蒸發(fā)溫度能以庫房熱負(fù)荷以及制冷系統(tǒng)制冷量為參數(shù)進行調(diào)節(jié)，則既能達到節(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)器和制冷壓縮機的配備基本都能滿足最高負(fù)荷的需要。如果冷間熱負(fù)荷減少而制冷量不能及時作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，則制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度將會相應(yīng)降低，使壓縮機的制冷量與熱負(fù)荷達到一個新的平衡點。而蒸發(fā)溫度的降低反過來卻增加了蒸發(fā)器的制冷量，面對己減少的熱負(fù)荷必然形成頻繁啟停的后果。蒸發(fā)溫度每變10C，相應(yīng)增減的電能約3～5％。如果及時調(diào)高蒸發(fā)溫度，使系統(tǒng)在另一亇理想的平衡點上，則不但避免了浪弗、做到了節(jié)能，還減少了制冷壓縮機的頻繁起動，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)只做到簡單的比例調(diào)節(jié)?？諝饫鋮s器的空氣流量大多數(shù)沒有調(diào)節(jié)或者只有雙速及風(fēng)扇臺數(shù)調(diào)節(jié)。這兩種流量參數(shù)的調(diào)節(jié)都是與庫房冷分配設(shè)備制冷量以及庫房溫度直接相關(guān)的調(diào)節(jié)，也是冷庫節(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

不同的庫房、不同的庫存商品和不同的貯存期都有不同的庫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，不必偏面追求過低的庫溫和高精度控制。對于多亇冷間的庫房溫度控制，除了原有的庫房溫度設(shè)定值之外，宜加設(shè)庫溫超限控制值。這種雙因素的庫房溫度調(diào)節(jié)能做到制冷系統(tǒng)需要投入運行時，不會因為亇別庫房溫度的偏離而過早投入運行；還可以根據(jù)當(dāng)時的實際情況不使冷間或制冷系統(tǒng)過早地仃止運行，充分利用現(xiàn)有能量並避免設(shè)備或系統(tǒng)的頻繁啟仃。

3.1.6 設(shè)置避高峯運行控制

電力緊缺是當(dāng)前全國各地存在的普遍現(xiàn)象，用電峯谷的巨差更加重了電力緊缺，

為此電費的峯谷差價在許多城市實行而且價差還在逐步拉大。在不影響商品質(zhì)量的前提下，冷庫設(shè)置避高峯運行，有利于電網(wǎng)削峯補谷，宏觀上幫助全局節(jié)能；

微觀而言也有利于降低冷庫的運行成本。

3.2 冷間相對濕度調(diào)節(jié)

冷間相對濕度的調(diào)節(jié)與溫度調(diào)節(jié)方法的相似之處不必重復(fù)敘述。一般冷間的相對濕度在85～95％之間，但也有一些冷間要求的相對濕度低于或高于該范圍，例如有些氣調(diào)庫要求的相對濕度是98％、而有些農(nóng)作物種質(zhì)庫的相對濕度要求是40～45％。在高相對濕度調(diào)節(jié)和低相對濕度調(diào)節(jié)時尤因注重節(jié)能措施。

3.2.1 高相對濕度調(diào)節(jié)

對于高相對濕度要求冷間的調(diào)節(jié)，首先要盡量降低制冷劑溫度和庫房溫度之間的對數(shù)平均溫差（可取2K），有必要時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房。這兩項措施通過自動控制予以實施，是行之有效的節(jié)能方法，國內(nèi)貿(mào)易部沒計研究院設(shè)計的龍口二萬噸氣調(diào)庫就是一亇很好的例證。

3.2.2 低相對濕度調(diào)節(jié)

對于低相對濕度要求冷間的調(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冷間的去濕方法和去濕機的基礎(chǔ)上，控制好去濕程序，在達到相對濕度要求的同時減少冷間的熱負(fù)荷。其二是避免氣流組織控制時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，由室外侵入庫內(nèi)的熱濕負(fù)荷約占原計祘負(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)品本身的問題，無法實現(xiàn)節(jié)能的目的。電子膨脹閥的出現(xiàn)結(jié)合多點溫度參數(shù)的庫溫調(diào)節(jié)，可以較好地實現(xiàn)節(jié)能運行，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)成熟而且還有專用的PLC庫溫控制器，但由于種種原因在冷庫制冷系統(tǒng)中尚未普遍采用，有待加力推廣。氨制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器運行的過熱度不大，控制難度相對較大，目前尚無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，后來逐慚被氨泵供液系統(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控制，無疑是一種節(jié)能的運行。廈門商業(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)，上海廿一世記冷庫采用氨制冷重力供液系統(tǒng)並實現(xiàn)了自動控制。如何做好重力供液系統(tǒng)自動控制的節(jié)能運行並進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)冷凍五廠萬噸冷庫是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也消耗了電力，如果沒有合理的配置和恰當(dāng)?shù)淖钥剡\行程序，很難做到節(jié)能運行。當(dāng)前不少液泵再循環(huán)系統(tǒng)供液量過大但卻不能保證每路通子的最小流量、揚程太高但卻還很難保證多層冷庫的均勻供液，流量基本無法根據(jù)制冷負(fù)荷的變化而變化，很難做到節(jié)能運行。對于液泵再循環(huán)系統(tǒng)，除了配置必需合理，還應(yīng)加強自動控制運行程序的研究，例如分層供液和變流量控制等，只有這樣才能達到節(jié)能

的目的。根據(jù)不同制冷對象采用不同供液方式，加強相應(yīng)自控程序研究尤其是加強無電動力輸送的直接膨脹和重力供液系統(tǒng)研究，也是尋求冷庫節(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)制冷時的熱負(fù)荷沖擊。這種做法可以引申到蒸發(fā)器的制冷運行狀態(tài)中並于以完善，達到合理運行和節(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)能運行，還能減小對本系統(tǒng)其他冷間和制冷系統(tǒng)的干擾，利于系統(tǒng)節(jié)能運行。

3.5 關(guān)于空氣冷卻器（冷風(fēng)機）融霜控制

目前冷風(fēng)機融霜基本采用半自動控制或者定時融霜控制，存在的問題是：

融霜指令可能不及時或滯后，融霜過程帶入熱量過多。為了節(jié)能，冷風(fēng)機的融霜應(yīng)當(dāng)做到全自動控制。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**的融霜時間；然后要有合理的融霜程序；還要有冷風(fēng)機翅片感溫器，防止過多加熱。三管齊下肯定能做到冷風(fēng)機融霜節(jié)能。在一些裝配式冷庫中應(yīng)用很廣泛的電加熱融霜冷風(fēng)機，可以采用PLC控制，把固定的定時加熱融霜改成按需融霜，亦即對每次實際融霜的情況通過記憶功能記憶並分析，從而確定**的融霜周期。按需融霜較定時融霜節(jié)能約10％。

3.6 冷庫門控制

冷庫門要隨開即關(guān)，這是每個冷庫管理都有的規(guī)定，但是沒有一亇冷庫能完全做到，除了亇別野蠻操作之外也是有其實際客觀原因的。解決的辦法也是自動控制，近研制的蝸桿電動門專設(shè)PLC控制，功能十分齊全，如果開門時間過長的話即自動關(guān)閉，開門損失的熱負(fù)荷是很大的，其節(jié)能效果也是可觀的。冷庫門的電加熱絲功率選擇有防結(jié)露和防凍結(jié)兩種選擇，不同使用溫度的冷庫門電加熱絲的配置功率也不同。注意選配合適的加熱功率可節(jié)能2％。

3.7 庫房照明控制

庫房照明按冷庫制冷設(shè)計手冊的規(guī)定是1.8～5.8W/m2，但在實際工程中往往超過該數(shù)據(jù)，有的甚至在10W/m2左右。如果忘了關(guān)燈，不但浪費了照明電能，還增加了冷間和制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷。增加一亇簡單的控制就可避免出現(xiàn)浪費：當(dāng)冷庫門關(guān)閉5～15分鐘后，如果照明燈還亮著，即自動關(guān)閉照明。延時的時間應(yīng)超過工人在內(nèi)一次作業(yè)的最長時間，避免誤關(guān)燈；萬一有誤關(guān)燈的情況，借助庫房長明燈和冷庫門安全設(shè)置，人員的操作安全還是有保障的。

3.8 關(guān)于冷凝器和冷凝溫度調(diào)節(jié)

3.8.1 冷凝溫度的傳感元件和調(diào)節(jié)對象

根據(jù)冷凝溫度和冷凝壓力的對應(yīng)關(guān)系，通常以冷凝壓力作為冷凝溫度的調(diào)節(jié)參數(shù)。以往常用高壓壓力控制器作為傳感器並發(fā)出控制伩號，調(diào)節(jié)效果一般?，F(xiàn)在通常采用壓力變送器作傳感器並配PLC控制，簡化了變送裝置、提高了調(diào)節(jié)精度和增強了可靠性。調(diào)節(jié)的對象是冷凝器的運行狀態(tài)和設(shè)備的投入量。以蒸發(fā)式冷凝器為例，可以調(diào)節(jié)的冷凝器運行狀態(tài)有干運行、濕運行還有風(fēng)機和水泵的變頻運行；冷凝器的投入量也將根據(jù)負(fù)荷的變化而變化。冷凝溫度每下降1K，其節(jié)能效果與蒸發(fā)溫度每上升1K的節(jié)能效果同樣可貴。

3.8.2  變冷凝溫度調(diào)節(jié)運用自控元件和PLC的功能，對冷凝壓力實行浮動控制，可以避免冷凝壓力偏高或偏低，在保證制冷系統(tǒng)運行正常的基礎(chǔ)上達到節(jié)能運行的效果。以準(zhǔn)集中式制冷系統(tǒng)為例，其機組和風(fēng)冷式冷凝器，采用專用可變程序器控制，可以節(jié)能10％。

3.9 關(guān)于制冷壓縮機節(jié)能運行（主要是能量調(diào)節(jié)）

能量調(diào)節(jié)使壓縮機的制冷量能隨熱負(fù)荷的變化而變化，是冷庫節(jié)能自動控制的重要內(nèi)容之一。不同的制冷壓縮機或機組，實施節(jié)能運行和能量調(diào)節(jié)的側(cè)重點也有所不同。

3.9.1 螺桿式制冷壓縮機

設(shè)定壓縮機運行制冷量時，避免其低能效比的運行范圍；對運行工況變化范圍較大的制冷系統(tǒng)，實行內(nèi)容積比自動調(diào)節(jié)；對于帶經(jīng)濟器運行的螺桿機，

探討實施經(jīng)濟器運行工況的自動調(diào)節(jié)。

3.9.2 活塞式壓縮機

減少以某臺壓縮機工作的氣缸數(shù)為能量調(diào)節(jié)單元的做法，避免活塞的無功運行，亦避免降低壓縮機C0P值的運行；采用變頻技術(shù)，實現(xiàn)能量無級調(diào)節(jié)，在改善運行工況中節(jié)能。

3.9.3 多臺並聯(lián)機運行的調(diào)節(jié)

盡量以壓縮機的臺數(shù)為能量調(diào)節(jié)單元；盡量使每臺壓縮機處于高能效比運行狀態(tài)；設(shè)計不同大小壓縮機頭的組合，針對負(fù)荷變化需要而投入相應(yīng)的能量組合。

3.10 關(guān)于變頻調(diào)節(jié)

變頻技術(shù)用于壓縮機能量調(diào)節(jié)是目前較為流行的方法之一。變頻過低，會造成油壓差降低和油量減少的缺點；變頻過高，會增加油循環(huán)量和消耗量，還會使壓縮機閥門故障增加。變頻驅(qū)動還應(yīng)注意其電機應(yīng)按**功率選擇。

3.11 實時計算控制，確保系統(tǒng)節(jié)能運行

制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和自動控制的運行是實現(xiàn)冷庫節(jié)能十分重要的內(nèi)容。

冷庫實行節(jié)能運行的實時控制任務(wù)，可由數(shù)據(jù)釆集、計算控制和監(jiān)控系統(tǒng)來完成。數(shù)據(jù)采集計算控制系統(tǒng)的采集對象是制冷裝置、制冷系統(tǒng)和工作環(huán)境的所有相關(guān)參數(shù)，類別有溫度、壓力、壓差、液位、電流、運行狀態(tài)和故障情況等內(nèi)容。

4 冷庫節(jié)能自控運行的成效

4.1 節(jié)能運行的基本措施

電子膨脹閥的釆用，可節(jié)能10％；按需融霜功能，可節(jié)能5％；夜間回置的庫溫設(shè)定，可節(jié)能4％；冷風(fēng)機風(fēng)扇運行控制，可節(jié)能3％；冷庫門防結(jié)露絲控制，可節(jié)能2％；壓縮機組和冷凝風(fēng)扇控制，可節(jié)能10％；以上6條措施的綜合節(jié)能效果，可達15～34％。