冷库低碳新技术研究进展_杨智康.pdf

基金项目:上海市冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台项目(编号:D Z )作者简介:杨智康,男,上海海洋大学在读硕士研究生.通信作者:谢晶(),女,上海海洋大学教授,博士.E m a i l:j x i e s h o u e d u c n收稿日期:改回日期:D O I:/j s p j x 文章编号 ()冷库低碳新技术研究进展R e s e a r c hp r o g r e s so f n o v e l l o w c a r b o n t e c h n o l o g i e s i nc o l ds t o r a g e s杨智康,Y ANGZ h i k a n g,杨大章,Y ANGD a z h a n g,谢晶,X I EJ i n g,霍昳琳,HU OY i l i n,(上海海洋大学食品学院,上海 ;上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台,上海 ;上海海洋大学食品科学与工程国家级实验教学示范中心,上海 ;上海水产品加工及贮藏工程技术中心,上海 )(C o l l e g eo fF o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,S h a n g h a iO c e a nU n i v e r s i t y,S h a n g h a i ,C h i n a;S h a n g h a iC o l dC h a i nE q u i p m e n tP e r f o r m a n c ea n dE n e r g yS a v i n gE v a l u a t i o nP r o f e s s i o n a lT e c h n i c a lS e r v i c eP l a t f o r m,S h a n g h a i ,C h i n a;S h a n g h a iA q u a t i cP r o d u c tP r o c e s s i n ga n dS t o r a g eE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r,S h a n g h a i ,C h i n a;N a t i o n a lE x p e r i m e n t a lT e a c h i n gD e m o n s t r a t i o nC e n t e ro fF o o dS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n go fS h a n g h a iO c e a nU n i v e r s i t y,S h a n g h a i ,C h i n a)摘要:文章对冷库的低碳量化指标及能耗评价标准进行了总结,并从制冷技术、蓄冷技术和气流组织优化个方面,对冷库中广泛应用的低碳新技术进行了系统性的综述,最后对未来冷库的发展进行了展望.关键词:冷库;低碳;制冷技术;蓄冷技术;气流组织优化A b s t r a c t:T h i sp a p e r i n t r o d u c e s t h e l o w c a r b o nq u a n t i t a t i v e i n d e xa n de n e r g yc o n s u m p t i o ne v a l u a t i o ns t a n d a r do fc o l ds t o r a g e s,t h e ns y s t e m a t i c a l l ys u mm a r i z e st h en o v e l l o w c a r b o nt e c h n o l o g i e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o ni nc o l ds t o r a g e sf r o m t h r e ea s p e c t s:r e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g y,c o l dt h e r m a le n e r g ys t o r a g ea n d a i r d i s t r i b u t i o n o p t i m i z a t i o n a n d f i n a l l y p r o s p e c t s t h ed e v e l o p m e n to f c o l ds t o r a g e s i nt h e f u t u r e K e y w o r d s:c o l ds t o r a g e;l o w c a r b o n;r e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g y;c o l dt h e r m a l e n e r g ys t o r a g e;a i rd i s t r i b u t i o no p t i m i z a t i o n冷库在食品行业中承担着食品冷冻保鲜、储藏加工及冷藏运输等重要功能.近年来,中国冷库建设飞速发展,预计在 年总容量将突破 亿/m.随着冷库规模的急剧增长,冷库建筑高能耗成为了一个不可忽视的问题.文章介绍冷库的低碳量化指标及能耗评价标准,并归纳应用于冷库的低碳新技术,以期为今后新型冷库的建设提供理论依据.冷库低碳量化指标及能耗评价标准为了解决冷库能耗高的问题,在建设冷库时引入了低碳新技术,同时对该技术效果进行检验,制定相关的低碳量化指标和能耗评价标准也是十分必要的.然而目前关于冷库低碳量化指标的研究较少,未形成有效的能耗评价体系,由于中国幅员辽阔,各地区间气候条件差异较大,并且冷库根据贮藏货物的类型及功能不同,分为高温库、低温库和冰温库.因此,应根据不同地区的气候情况及冷库的类型制定相应的评价标准.以上海为例,按不同的 产 品 与 冷 加 工 方 式 制 定 了 相 应 的 耗 电 定 额(表).另外,可依据产品单位耗电量与产品单位耗电定额之比()将冷库能效分为个等级(表),其中级为入门级别,级以上则代表节能低碳.冷库低碳制冷新技术制冷是冷库能源消耗和电网负荷增加的主要因素之一,在冷库中约 的能耗源于制冷系统.在节约能源与保护环境的双重要求下,世界各国的研究人员都在不断地对制冷系统及技术进行改进,研发应用高效能、低污染的制冷方式.C O制冷系统氨具有良好的热力学性能、天然、零污染等优点,因而被广泛应用于全球冷库的制冷系统中.但是氨具有毒性,氨的泄漏可能会引发重大的安全事故.在环保和安全的双重要求下,C O制冷剂因无毒、不易燃、价格低廉、单位容积制冷量较高、运动黏度较低,尤其是不会破坏臭氧层等优点,使C O制冷剂成为了氨制冷剂的最佳替代F OO D&MA CH I N E R Y第 卷第期 总第 期|年月|表上海市冷库耗电定额T a b l eP o w e r c o n s u m p t i o nq u o t ao f c o l ds t o r a g e si nS h a n g h a i产品定额单位羊肉、猪肉、兔肉、禽类、冰激凌等冻结 k Wh/t快速连续冻结蔬菜 k Wh/t牛肉冻结 k Wh/t分割肉冻结(含冷却)k Wh/t鱼冻结 k Wh/t虾冻结 k Wh/t小包装冻结(不含分割肉小包装)k Wh/t羊肉、猪肉、兔肉、禽类、冰激凌等冷藏 k Wh/(td)牛肉冷藏k Wh/(td)鱼冷藏 k Wh/(td)冷却 k Wh/t冷却品冷藏 k Wh/(td)制冰 k Wh/t贮冰k Wh/(td)适用于公称容积 m以下的单体冷库.品.特别是刘军等将C O/NH复叠制冷系统运用于大型冷库中,尽管设备的初投资成本较纯氨制冷系统提高了约,但减少了制冷剂氨的充注量,提升了安全性,降低了后续的管理运行成本.但是C O的临界温度为 ,在大多数制冷系统中处于超临界状态,故当C O制冷系统在温暖或炎热的气候区运行时,其性能会下降.此外,由于C O制冷系统高压侧压力较高,需要设计能够承受极高工作压力的部件,并且由于气体冷却过程中C O的平均温度较高,膨胀装置前后压差较大,系统会产生较大的热损失和节流损失,因此在相同条件下,C O制冷系统能效比(C O P)低于传统压缩式制冷循环系统.针对上述问题,许多学者对C O制冷系统进行了改进.周成君等将地源热泵技术运用于冷库的C O制冷系统中,让系统始终维持在亚临界范围内运行,提高了系统的稳定性.B e l u s k o等提出了露点冷却技术概念,研究结果表明在高温气候条件下,该技术与C O制冷系统耦合可减少 的年能耗和 的峰值需求.使用省煤器能降低气体冷却器后的温度,从而提高跨临界C O表冷库能源效率等级T a b l eE n e r g ye f f i c i e n c yg r a d eo f c o l ds t o r a g e s能效指数()能效等级循环能效.C a t a l a n G i l等分析比较了带省煤器的不同增压器结构,发现省煤器与附加压缩机的组合能给气候温暖的国家节省高达的能源,其在气候寒冷的国家节省高达的能源.光伏制冷技术光伏制冷技术是将可再生能源太阳能转换为电能和/或热能从而实现制冷的技术,光伏制冷良好地匹配了太阳能资源与制冷的需求.李泽宇等 将太阳能吸收过冷压缩式复合制冷系统运用于冷库制冷中,利用太阳能直驱吸收子系统为压缩子系统提供冷量,模拟结果表明采 用该 系统 的 冷库,单 位面 积 年节 约 电 量 可 达 k W/h,不到年就可回收投资成本.然而,若想要充分利用光伏制冷技术,就必须解决太阳能固有的间歇性问题.因此,在光伏制冷系统中,能量的存储是不可缺少的一环.目前常见的储存方法是利用电池来储存太阳能板产生的剩余电力,或者利用蓄冷的方式来储存冷水机组产生的过剩冷量.H a n等 提出了一种光伏直驱冰蓄冷系统,该系统C O P为 ,太阳能利用效率为.L i l l o B r a v o等 介绍了一种独立光伏冷却装置的新型存储系统,该系统在蒸汽压缩冷却循环中使用饱和混合相氨的隔热储罐,是一种经济可行的替代电池的方案.S a r a f o j i等 对集成相变材料的太阳能光伏冷库进行了性能分析,测试结果表明引入相变材料能使冷库系统保持设定温度的时间增加约,降低了约 的总功耗.光伏制冷压缩机由于受到间歇性太阳辐射的影响,长期处于不稳定的工作状态,因此需要对其进行控制.Z h o u等 将最大功率点跟踪与恒频电压相结合的控制方法应用于光伏冷库中,提高了直驱模式下的压缩机利用率,系统性能也提高了.周晓艳等 提出了动态等效阻抗匹配控制方法,该方法控制的系统将光电转换效率、制冰量和制冷系统利用率都分别提升了,.液化天然气制冷技术液化天然气(L i q u i dN a t u r a lG a s,L N G)制冷技术是指在大气压力下将天然气脱酸、脱水,并冷却至 ,利用L N G运送至终端后的再汽化过程所释放的冷能实现冷库制冷.每立方米L N G含有约 m的天然气,具有很高的能量密度,可释放约 k J/k g的冷能.利用这部分冷能作为冷库的冷源,则既能节省制冷设备研究进展A DVAN C E S总第 期|年月|的投资,又能降低制冷能耗,有很高的经济和环保收益.但常规冷库无法充分利用L NG的全部冷能,为了将L NG冷能更有效地应用于冷库系统中,需要对其进行梯级利用(图).董建锴等 在L NG换热器端及冷库末端进行了冷能的梯级利用改造,通过HY S Y S模拟结果表明,该冷库系统C O P和效率分别为 和,有较好的经济收益.张连乙等 将冷库分为,等 不 同 温 度 带,将 系 统 制 冷 成 本 下 降.同样,汪乘红等 也将冷库划分为低温()、中温()和高温()个区域,该系统C O P为,效率可达 ,年净收益约 万元.因此,L NG制冷技术