【摘 要】本文主要介紹了冷凍冷藏一體機的冷庫制冷系統(tǒng)及分類，并且對氨機和氟機、全封閉活塞式制冷壓縮機與半封閉活塞式制冷壓縮機、并聯(lián)機組與單機機組從經(jīng)濟、安全、智能等幾個方面做出比較，最后對一體機的提出一些節(jié)能改進措施及建議，從整體上對冷凍冷藏一體機技術進行了研究和展望，與廣大同行共同探索和進步。

【關鍵詞】冷凍冷藏；壓縮機；節(jié)能

0.引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，越來越多中、小型冷藏庫投入使用。冷凍冷藏一體機在能耗、安全、經(jīng)濟等放愈來愈不能滿足社會的需要。面對不可再生能源資源的日益消耗，安全可靠、經(jīng)濟環(huán)保、節(jié)能減排己成為科技發(fā)展的必然路線。而冷凍冷藏是整個系統(tǒng)耗電最大的部分，因此研究它的節(jié)能技術顯得尤其重要。本文的研究將為將來冷凍冷藏一體機的發(fā)展設計、運行管理提供參考。

1.冷庫的制冷系統(tǒng)

1.1按循環(huán)方式分

制冷系統(tǒng)按照循環(huán)方式可以分為單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)和雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。在實際如何選擇循環(huán)方式中，需要考慮壓縮比、冷凝壓力和蒸發(fā)壓力等因素。

1.1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

圖1 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)流程示意圖

單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的建立基于以下假設（引用自第八屆全國食品冷藏鏈大會論文集）：

（1）壓縮過程為等熵過程，即在壓縮過程中不存在任何不可逆損失。

（2）在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質的溫度，且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值。

（3）離開蒸發(fā)器和進入壓縮機的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣，離開冷凝器和進入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體。

（4）制冷劑在管道內流動時，沒有流動阻力損失，忽略動能變化，除了蒸發(fā)器和冷凝器內的管子外，制冷劑與管外介質之間沒有熱交換。

1.1.2雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的建立的特點如下（引用自第八屆全國食品冷藏鏈大會論文集）：

（1）采用雙級壓縮制冷循環(huán)，可使每一級的壓力比降低，減少活塞式制冷壓縮機的余隙容積的影響，減少制冷劑蒸氣與汽缸壁之間的熱交換，減少制冷劑在壓縮過程中的內部泄露損失，提高制冷壓縮機的輸氣系數(shù)，提高實際輸氣量。

（2）每一級壓力比的降低，可以提高每一級制冷壓縮機的指示效率，減少實際壓縮過程中的不可逆損失。

（3）每一級壓力比的降低同樣也降低了每一級制冷壓縮機的壓力差，使得制冷壓縮機運行的平衡性提高，機械摩擦損失減小。

1.2按冷卻方式分

制冷系統(tǒng)按照冷卻方式可以分為直接冷卻系統(tǒng)和間接冷卻系統(tǒng)。

直接冷卻系統(tǒng)是指通過制冷劑的蒸發(fā)吸熱來冷卻物體，直接冷卻系統(tǒng)根據(jù)蒸發(fā)器供液的動力不同，可以分為直接膨脹供液、重力供液和氣泵供液這么幾種。目前市場上主要應用的是直接膨脹供液，這種供液方式具有以下優(yōu)點：

（1）利用高壓液體的能量，減少了無功損耗，除壓縮機外不再消耗其他動力。

（2）可利用一臺壓縮機擔負幾個蒸發(fā)溫度。

（3）冷庫設備少、系統(tǒng)簡單、制冷劑充注量少，冷庫報價低，一次性投資低于其他系統(tǒng)。

間接冷卻系統(tǒng)是指通過第三種介質，將需要冷卻的物體的熱量傳給第三種物質然后再傳遞給制冷劑。例如，鹽水制冰廣泛應用于冷庫，特別是水產(chǎn)冷庫中。間接冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點如下：

（1）溫差相對較小，冷庫內的相對濕度比較穩(wěn)定，保證冷庫內的質量。

（2）第三種介質的熱容量大，可以減少冷庫內冷風機的面積。

（3）如果制冷系統(tǒng)發(fā)生泄漏，由于通過第三方介質，不存在制冷劑污染冷庫內食品現(xiàn)象。

2.氨機和氟機比較

在安全性方面，氨對人體有毒，氨氣無色，具有強烈的刺激性臭味。一旦泄露將污染空氣、食品，并刺激人的眼睛、呼吸器官。如果空氣中氨的容積濃度達到0.5～0.6%時，人在其中停留半個小時即可中毒。氨蒸氣對食品有污染和使之變味的作用。氟里昂是一種常用的中溫制冷劑。它無色，無味，不燃燒，不爆炸，化學性能穩(wěn)定，基本無毒。

在控制系統(tǒng)方面，氨系統(tǒng)無法完全實現(xiàn)自動控制。其開、停機及供液調節(jié)等工作必須由人工操作完成，需設專業(yè)人員對氨機進行24小時管理，保護裝置不完備，無自動能量調節(jié)。氟系統(tǒng)可實現(xiàn)完全自動控制，無需專人看管。保護完備，機組配有電壓保護、溫度保護、電流保護、壓力保護等完備的保護措施，并可實現(xiàn)計算機控制，能量調節(jié)范圍廣。

在經(jīng)濟性方面，對于大型制冷系統(tǒng)來說，國內品牌氨系統(tǒng)總體初投資比國際知名品牌略低。氟系統(tǒng)機組簡潔，緊湊，機房占地面積小。國產(chǎn)氨設備的制冷系數(shù)比國際知名品牌的設備要低，所以氟系統(tǒng)的運行費用要比氨系統(tǒng)低。氨系統(tǒng)由于閥門多，軸封多，導致易漏點多，需要每年定期檢修，兩三年還需要大，而氟系統(tǒng)正常運轉基本免維護。

3.全封閉活塞式制冷壓縮機與半封閉活塞式制冷壓縮機比較

全封閉活塞式制冷壓縮機將壓縮機與電動機一起組裝在一個密封的罩殼內，形成一個整體，從外表看只有壓縮機進、排氣管和電動機引線。這種壓縮機由于產(chǎn)生冷量小、不易維修、安裝繁瑣復雜、冷量調節(jié)不方便等，使這種壓縮機主要應用于小型或中溫、高溫庫。全封閉活塞式制冷壓縮機的特點如下：

（1）電機體積相對較小、轉速較快、能量利用率低、耗電量高。

（2）壓縮機的噪聲大、平衡性差，全封閉活塞式制冷劑通常采用三支彈簧支撐保證其穩(wěn)定性，排氣口徑較小，排氣量小。

（3）由于電機轉速快導致電機的磨損較大，電機容易壞，維修頻繁。

（4）電機內由于溫度升高影響電機內熱保護的精度，引發(fā)電機故障。

半封閉活塞式制冷壓縮機將壓縮機的機體和電動機的外殼鑄成一體。電動機的轉子直接裝在壓縮機曲軸的懸臂部分，不需要軸封和聯(lián)軸器。這種壓縮機由于產(chǎn)生冷量比較大，維修簡便、冷量可調節(jié)等，使這種壓縮機廣泛應用于各種大、中、小型冷庫。半封閉活塞式制冷壓縮機的特點如下：

（1）電機體積較大、轉速為中速，能量利用率高，耗電量低。

（2）活塞口徑大、連桿跨距大、排氣量大。

（3）電機自身磨損較小、維修頻率低。

（4）電機內具有內熱保護裝置，在電機運轉超載時能夠切斷線路起到自我保護的作用，使電機損壞的概率降低。

4.并聯(lián)機組與單機機組比較

并聯(lián)機組與單機機組相比，如果單機機組出現(xiàn)故障，哪怕是一個小小的壓力保護，也會停機使冷庫處于癱瘓狀態(tài)，對庫內存放貨物的質量造成威脅，只有等待維修，別無他法可循。并聯(lián)機組的一個最明顯的優(yōu)點是可靠性高，當機組中的某臺壓縮機出現(xiàn)故障時，其它壓縮機仍可繼續(xù)正常工作。并聯(lián)機組的另一個明顯優(yōu)點是效率高、運行費用低。

眾所周知，制冷系統(tǒng)是按最惡劣工況選配壓縮機的，而實際上制冷系統(tǒng)絕大部分時間運行處于半負荷工況，在這種工況下并聯(lián)機組COP值可以與滿負荷狀態(tài)時完全時同，而單機組在這時的COP值將降低一半以上，綜合比較，并聯(lián)機組要比單機機組要節(jié)電30-50%。

5.冷凍冷藏空調一體機的改進措施和建議

5.1節(jié)能改造

通過中國連鎖經(jīng)營協(xié)會對5類零售業(yè)的調查結果顯示，家電賣場、便利店、超市、大型超市和百貨店全國全年耗電超過300億千瓦時，在大型超市中冷凍冷藏設備耗電量占總耗電量的60% ，節(jié)能改造的空間還有很大的提升[1]。節(jié)能途徑有以下幾個方面：

5.1.1陳列柜照明的節(jié)能

一般的超市陳列柜絕大部分使用普通熒光燈，它有較大電耗，使用到LED燈在節(jié)能方面能夠起到一定的效果。LED燈由發(fā)光二極管組成，這種二極管具有亮度高的特點，在光照強度要求不高的室內、外時可以考慮安裝這種燈管，它不僅可以滿足超市賣場正常的照度要求又能節(jié)能。因為這種燈管和普通的燈管發(fā)光機理的不同，和相同亮度的熒光燈相比，其消耗能量能夠有效地減少 60%左右，而且使用壽命還比后者長。如今有些冷柜制造廠商已經(jīng)開始使用在他們下一代的陳列柜上。

5.1.2冷柜加蓋（加門）節(jié)能方法

目前的超市冷柜多為敞開式，在解決冷量外泄這個方面，如今多采用空氣幕，然而空氣幕也不能完全解決這個問題，也只是起到一部分作用。為了更好地減少冷柜內外的熱濕交換和冷氣外泄，加裝可滑動的玻璃罩在冷柜上就成為一種可能，具有一定的可行性和明顯的節(jié)能效果。我們以臥式島柜做一個試驗分析，實驗的結果表明單獨一臺陳柜可以降低能耗損失達30%。

5.1.3采用蒸發(fā)式冷凝器替代風冷冷凝器

風冷冷凝器具有較低的換熱系數(shù)，同時它的冷凝溫度比較高。將水當做換熱介質的蒸發(fā)式冷凝器，是靠冷卻水的蒸發(fā)來帶走潛熱，而且空氣的溫度較之冷凝溫度低，也能吸收一部分的冷凝熱量。水的消耗量很小是這種冷凝器的特點，而且它的結構較緊湊，占地小，使得它可以被安裝在屋頂上。其節(jié)能作用體現(xiàn)在以下三點：

（1）由于蒸發(fā)冷凝器具有良好的熱效能和熱交換效果，所以壓縮機工作效率高。

（2）蒸發(fā)冷凝器和水冷式蒸發(fā)系統(tǒng)相比較，具有故障發(fā)生率小，蒸發(fā)溫度較低，蒸發(fā)冷凝器的冷凝溫度一般保持在 36～40℃之間。

（3）壓縮機組能效比得到提高，同時降低系統(tǒng)運轉率，節(jié)能 5～8%。

5.1.4采用冷凝熱回收裝置節(jié)能方法

回收制冷系統(tǒng)冷凝熱是一種有效的節(jié)能措施。所謂冷凝熱回收，就是利用熱回收裝置（即熱交換器）是將高溫高壓制冷劑氣體收集起來，這些制冷氣體是由壓縮機排出，在這個過程中首先預冷所需的制冷劑，排出的冷凝熱可以用來加熱超市加工房、衛(wèi)生保潔等日常生活用水。如果冷凝的壓力不夠（如北方冬季），假如不想預冷壓縮機排氣，那么我們可以直接利用電動三通閥進入冷凝器。因此使用冷凝熱回收技術不但節(jié)省了超市溫水費，還使得冷凝設備負荷得到了很大程度降低，從另外一個角度上看也起到了節(jié)約系統(tǒng)的運行成本。

5.2熱氟融霜技術

傳統(tǒng)的電加熱融霜仍然是現(xiàn)有的冷風機融霜的主要方式，融霜控制器來控制融霜所需要的時間，霜層的融化是靠電加熱絲通電之后所產(chǎn)生輻射熱來融化的，融化形成的水就沿著冷風機中的排水管排出去。這種方法也是有弊端的：融霜系統(tǒng)消耗的功率較大，并且電加熱系統(tǒng)元件多，不能夠充分地除霜，這就使得產(chǎn)品的可靠性、安全性大大地降低。而熱氟融霜系統(tǒng)，就是利用壓縮機排出的高溫高壓氣體，直接通過冷風機的換熱器中，以融化凝結其上的霜層而實現(xiàn)融霜的目的[2]：這種融霜系統(tǒng)，由于是用高溫氣體在冷風機的換熱器內部加熱，所以融霜時間短、功率消耗低，同時減少壓縮機開機次數(shù)，延長了其使用壽命。由于熱氟融霜系統(tǒng)自控元件少，換熱器表面無電加熱器件，因而安全、可靠、節(jié)能。

5.3壓縮機變頻

目前的大、中型超市都使用并聯(lián)壓縮機組的制冷主機，這種主機是根據(jù)主機的工作負荷變化來決定需要運行多少臺并聯(lián)壓縮機，換句話說就是通過啟?？刂茐嚎s機來達到能量調節(jié)的[3]：這種情況下任何一臺壓縮機輸氣量和轉速都是一個定值。但是變頻壓縮是通過改變任何一臺壓縮機的轉速來實現(xiàn)改變輸氣量，以達到能量調節(jié)，這種變頻調節(jié)方法使得機組輸出冷量與末端負荷需求線性匹配，從而有效地提高了壓縮機組的效率，減少了壓縮機的啟停次數(shù)，更易于實現(xiàn)庫房溫度的穩(wěn)定，具有很大的節(jié)能優(yōu)點。

5.4 EMS集中控制方案

超市能源管理系統(tǒng)（EMS）通過對超市內大負荷用電設備如冷凍系統(tǒng)、空調系統(tǒng)及照明系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制以達到節(jié)能的目的。EMS 系統(tǒng)由主控制器、輸入/輸出模塊、專用控制模塊及傳感器組成。主控制器中設調制解調器或以太網(wǎng)卡，這樣，通過電話線或以太網(wǎng)，即可接入遠程監(jiān)控中心進行遠程監(jiān)控和遠程維護[4]。

6.結論

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，冷凍冷藏技術的重要性日益凸顯。本文通過對冷凍冷藏一體機進行分類分析，從三個方面進行比較、分析存在的問題，主要通過改進節(jié)能措施，使其達到節(jié)能環(huán)保，延長設備使用年限，降低運行成本、水電能耗，從而最終達到降低成本，為企業(yè)提高市場競爭力。

【參考文獻】

[1]雪靈.超市節(jié)能面面觀[J].質監(jiān)視窗，2010（2）：13-17.

[2]董德永，郭明濤，陳鋼，隋繼.學冷風機熱氟融霜的探討[J].肉類工業(yè)，2010（10）：30-31.

[3]陳忠忍.制冷裝置自動化[M].北京：中國農業(yè)出版社，1996.

[4]黃華.能源管理系統(tǒng)（EMS）在超市中的應用[J].工程技術，2008.5.