涂楨楷，陳永春，湯石生

（1. 廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開發(fā)有限公司，廣州 510630；2. 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630）

0 引言

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，冷庫的建設(shè)速度和生產(chǎn)規(guī)模在不斷加快。自2010年《農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》出臺之后，我國冷庫市場進(jìn)入了一個前所未有的建設(shè)熱潮。2014年10月，國務(wù)院印發(fā)了《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2014—2020年)》，助推冷庫建設(shè)朝著規(guī)?；?、規(guī)范化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。一個國家冷藏事業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，在一定程度上反映出人民生活水平的高低。作為冷鏈物流中的關(guān)鍵一環(huán)，冷庫建設(shè)和運營一直備受關(guān)注。隨著市場的發(fā)展，冷庫企業(yè)之間的競爭越來越激烈。冷庫是工業(yè)中的耗電大戶，能源的短缺勢必造成電費的上漲，因此，節(jié)約能源就等于增加利潤[1]。

將人工制取的冷量利用物質(zhì)的顯熱或潛熱性質(zhì)儲存起來的技術(shù)稱之為蓄冷[2]。目前，水蓄冷技術(shù)已具備了一定的理論基礎(chǔ)并在實際工程中得到了應(yīng)用，可以均衡電網(wǎng)負(fù)荷，減少配電、制冷機(jī)組的裝機(jī)容量[2,3]。

根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，果蔬預(yù)冷裝置可分為冷風(fēng)冷卻式和冷水冷卻式。冷風(fēng)冷卻式是利用冷媒氣化吸熱原理，通過冷風(fēng)機(jī)將干燥冷空氣輸送到冷庫內(nèi)并不斷實現(xiàn)降溫；冷水冷卻式是通過冷媒在對蓄水箱內(nèi)的水進(jìn)行降溫，達(dá)到蓄冷目的，利用冷水作為制冷介質(zhì)，通過第二冷風(fēng)機(jī)對冷庫進(jìn)一步降溫。

1 雙介質(zhì)果蔬快速預(yù)冷裝置的組成

雙介質(zhì)果蔬快速預(yù)冷裝置安裝在冷庫內(nèi)，通過閑時調(diào)用冷水降溫單元的方式提高制冷機(jī)組的能效比并實現(xiàn)快速降溫的目的。該預(yù)冷裝置主要包括安裝在冷庫外的制冷機(jī)組單元、利用冷媒蒸發(fā)吸熱降低冷庫溫度的直接蒸發(fā)降溫單元、通過冷水降溫方式進(jìn)一步降低冷庫溫度的冷水降溫單元、以及用于調(diào)用直接蒸發(fā)降溫單元或冷水降溫單元工作的控制單元。制冷機(jī)組單元與直接蒸發(fā)降溫單元串聯(lián)連接，冷水降溫單元與制冷機(jī)組單元并聯(lián)連接，構(gòu)成雙循環(huán)制冷和蓄冷回路。

1.1 制冷機(jī)組單元

制冷機(jī)組單元主要包括壓縮機(jī)、冷凝器和儲液器。如圖1所示，所述壓縮機(jī)的出口與冷凝器的一端連接，冷凝器的另一端與儲液器的入口連接。工作時，壓縮機(jī)對氣態(tài)冷媒進(jìn)行壓縮，使冷媒在冷凝器內(nèi)液化并放出熱量，該熱量通過冷凝器上的散熱鰭片釋放到外界空氣中，液化后的液態(tài)冷媒被存儲在儲液器中。

圖1 雙介質(zhì)果蔬快速預(yù)冷裝置制冷系統(tǒng)圖

1.2 直接蒸發(fā)降溫單元

直接蒸發(fā)降溫單元包括第一電磁閥、第一膨脹閥和第一冷風(fēng)機(jī)。第一電磁閥一端與儲液器的出口連接，另一端與第一膨脹閥連接，第一冷風(fēng)機(jī)安裝在冷庫內(nèi)，通過冷媒氣化吸熱快速降低冷庫的溫度。第一冷風(fēng)機(jī)的一端與第一膨脹閥連接，另一端與壓縮機(jī)的入口連接，從而與制冷機(jī)組單元構(gòu)成風(fēng)冷制冷循環(huán)回路。直接蒸發(fā)降溫單元在工作時，打開第一電磁閥，液態(tài)冷媒通過第一膨脹閥的節(jié)流和調(diào)節(jié)作用，在第一冷風(fēng)機(jī)內(nèi)氣化并吸收熱量，進(jìn)而降低進(jìn)入第一冷風(fēng)機(jī)的空氣的溫度，隨著第一冷風(fēng)機(jī)對冷庫內(nèi)空氣進(jìn)行不斷循環(huán)，冷庫內(nèi)的溫度便會快速降低。

1.3 冷水降溫單元

冷水降溫單元設(shè)有制冷水循環(huán)回路、水循環(huán)回路和冷水降溫循環(huán)回路，主要包括第二電磁閥、第二膨脹閥、制冷水蒸發(fā)器、第一水泵、蓄水箱、第二水泵、第二冷風(fēng)機(jī)。制冷水蒸發(fā)器通過管道與蓄水箱連接，實現(xiàn)水循環(huán)，第一水泵安裝在管道上，控制水循環(huán)的流量，這三者共同構(gòu)成水循環(huán)回路；該循環(huán)回路在工作時，第一水泵啟動，將蓄水箱中的水源源不斷地往制冷水蒸發(fā)器處輸送，并在制冷水蒸發(fā)器的降溫下形成冷水。第二電磁閥的一端與儲液器的出口連接，另一端與第二膨脹閥連接，制冷水蒸發(fā)器一端與第二膨脹閥連接，另一端與壓縮機(jī)的入口連接，從而與制冷機(jī)組單元共同構(gòu)成制冷水循環(huán)回路；制冷水循環(huán)回路在工作時，第二電磁閥打開，液態(tài)冷媒通過第二膨脹閥的節(jié)流和調(diào)節(jié)作用，在制冷水蒸發(fā)器內(nèi)氣化并吸收熱量，使流過制冷水蒸發(fā)器的水溫度降低，從而降低蓄水箱內(nèi)的水溫，實現(xiàn)冷水的閑時制備。第二冷風(fēng)機(jī)安裝在冷庫內(nèi)，第二水泵的入口與蓄水箱連接，出口與第二冷風(fēng)機(jī)的一端連接，第二冷風(fēng)機(jī)的另一端與蓄水箱連接，從而構(gòu)成冷水降溫循環(huán)回路。冷水降溫循環(huán)回路在工作時，打開第二水泵，由第二水泵抽取蓄水箱內(nèi)的冷水并送到第二冷風(fēng)機(jī)內(nèi)，使進(jìn)入第二冷風(fēng)機(jī)的空氣的溫度進(jìn)一步降低，隨著第二冷風(fēng)機(jī)對冷庫內(nèi)空氣的不斷循環(huán)，冷庫溫度會進(jìn)一步降低。

2 工作原理

雙介質(zhì)果蔬快速預(yù)冷裝置包含3個循環(huán)回路，分別是風(fēng)冷制冷循環(huán)、制冷水循環(huán)和冷水降溫循環(huán)，其中風(fēng)冷制冷循環(huán)利用冷媒氣化吸熱原理，通過冷風(fēng)機(jī)將干燥冷空氣輸送到冷庫內(nèi)并不斷循環(huán)，從而實現(xiàn)降溫目的；制冷水循環(huán)主要通過冷媒在閑時對蓄水箱內(nèi)的水進(jìn)行降溫，達(dá)到制備冷水的目的；冷水降溫循環(huán)是利用冷水作為制冷媒介，通過第二冷風(fēng)機(jī)對冷庫進(jìn)一步降溫，產(chǎn)生的冷風(fēng)相對濕度較高，有助于減少果蔬的水分流失、干縮和變色，能夠長期保持果蔬的新鮮[4]。當(dāng)需要對冷庫快速降溫時，可同時打開風(fēng)冷制冷循環(huán)和冷水降溫循環(huán)，冷庫在雙重制冷循環(huán)作用下降溫速度加快，并大大提高制冷效率、降低制冷成本。

3 工作方式

制冷水循環(huán)主要用于制冷機(jī)組單元在閑時（用電低谷，電價便宜）對蓄水箱內(nèi)的水進(jìn)行降溫處理，起到蓄冷的目的。

風(fēng)冷制冷循環(huán)產(chǎn)生干燥低溫空氣流，而制冷水冷循環(huán)產(chǎn)生相對濕度較高的低溫空氣流，根據(jù)進(jìn)入冷庫的蔬果不同而選用風(fēng)冷制冷或冷水降溫制冷。

由于冷庫內(nèi)的蒸發(fā)溫度與機(jī)組的制冷量和制冷效率成正比，即在特定的制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)溫度每提高1℃，其他工況不變情況下機(jī)組制冷效率可提高3%，因此，前期采用風(fēng)冷制冷，等蒸發(fā)溫度降下來后采用冷水降溫循環(huán)制冷，這樣能夠使機(jī)組不停機(jī)，降低機(jī)組能耗，還可以大大提高機(jī)組的制冷效率，同時節(jié)省制冷資源、降低制冷成本。

在需要快速降溫的場合（如：果蔬在田間剛采摘，熱量較大，對應(yīng)所需的冷量較大），可同時打開風(fēng)冷制冷循環(huán)和冷水降溫循環(huán)，雙重制冷循環(huán)下冷庫降溫速度加快，等溫度下降到設(shè)定值后改用風(fēng)冷制冷循環(huán)或冷水降溫循環(huán)。

4 控制方法

雙介質(zhì)果蔬快速預(yù)冷裝置的控制方法包括如下具體步驟：

步驟一：當(dāng)庫內(nèi)實際溫度TB＞庫內(nèi)設(shè)定溫度TK＋庫內(nèi)設(shè)定溫度負(fù)回差ΔTK2，或冷水實際溫度TD＞冷水設(shè)定溫度TS＋冷水設(shè)定溫度負(fù)回差ΔTS2時，壓縮機(jī)啟動；當(dāng)庫內(nèi)實際溫度TB＜庫內(nèi)設(shè)定溫度TK－庫內(nèi)設(shè)定溫度正回差ΔTK1且冷水實際溫度TD＜冷水設(shè)定溫度TS－冷水設(shè)定溫度正回差ΔTS1時，壓縮機(jī)停止。

步驟二：當(dāng)庫內(nèi)實際溫度TB＞庫內(nèi)設(shè)定溫度TK＋庫內(nèi)設(shè)定溫度負(fù)回差ΔTK2時，直接蒸發(fā)降溫單元啟動；當(dāng)庫內(nèi)實際溫度TB＜庫內(nèi)設(shè)定溫度TK－庫內(nèi)設(shè)定溫度正回差ΔTK1時,直接蒸發(fā)降溫單元停止。

步驟三：當(dāng)冷水實際溫度TD＜庫內(nèi)實際溫度TB－冷水與空氣運行溫差ΔT2且?guī)靸?nèi)實際溫度TB－庫內(nèi)設(shè)定溫度TK＞空氣運行溫差ΔT1，或庫內(nèi)溫度上升速率為VT2＞庫內(nèi)溫度上升速度設(shè)定值VT2S時，供冷水降溫單元啟動；當(dāng)冷水實際溫度TD＞庫內(nèi)實際溫度TB－冷水與空氣運行溫差ΔT2，或冷水實際溫度TD＜庫內(nèi)實際溫度TB－冷水與空氣運行溫差ΔT2且?guī)靸?nèi)實際溫度TB－庫內(nèi)設(shè)定溫度TK＜空氣運行溫差ΔT1且?guī)靸?nèi)溫度下降速率VT1＜庫內(nèi)溫度下降速率設(shè)定值VT1S時,供冷水降溫單元停止。

步驟四：當(dāng)壓縮機(jī)處于運行狀態(tài)，且直接蒸發(fā)降溫單元與供冷水降溫單元停止，且冷水實際溫度TD＞冷水設(shè)定溫度TS+冷水設(shè)定溫度負(fù)回差ΔTS2時，制冷水單元啟動；當(dāng)冷水實際溫度TD＜冷水設(shè)定溫度TS－冷水設(shè)定溫度正回差ΔTS1或直接蒸發(fā)降溫單元啟動或供冷水降溫單元啟動時，制冷水單元停止。

5 結(jié)語

由于冷庫設(shè)計是按最大冷負(fù)荷來選取制冷機(jī)組的，而制冷機(jī)組通常情況是在部分負(fù)荷下運行，不會長期滿負(fù)荷運行。采用本方案后，制冷機(jī)組的容量可以按照平均負(fù)荷來選取，這樣可以大大減少機(jī)組的容量，有效降低采購機(jī)組的成本[4]。當(dāng)進(jìn)入冷庫的批次物料儲存量較大、待處理時間短，需快速冷藏時，可同時開啟第一冷風(fēng)機(jī)和第二冷風(fēng)機(jī)對物料進(jìn)行降溫處理，開啟雙循環(huán)制冷后，冷庫能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)快速降溫，與傳統(tǒng)冷庫制冷機(jī)組相比，制冷效率大大提高。