冷库制冷系统及其自动化研究①

路延年

摘   要：本文通过案例分析的方式，对冷库制冷系统的设计方法和设备型号选择进行分析，并以冷库中自控系统为例，对自动化技术在冷库的控制层、监控层和设备层中的应用加以阐述，旨在通过本文研究，为冷库的自控发展与性能提升提供借鉴作用。

关键词：冷库  制冷系统  自动化

中图分类号：TB657                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0047-02

冷库可用于储存肉类、果蔬、水产等物质的特殊建筑物，主要作用是通过人工制冷的方式延长物品的保质期。近年来，冷库的应用范围不断扩展，规模日益增大，对电能的消耗量逐渐增加，在系统设计过程中应选择合适的设备，采用科学的设计方式，并将自动化技术引入其中，以此来提高系统的可靠性与节能性。

1  冷库制冷系统设计

某冷库位于浙江省温州市，总占地面积53261m2，包括A和B两座冷库，前者共有五层，地上四层，地下一层，高度为26.4m，后者共有流层，地上五层，地下一层，高度为32.5m。按照冻鱼计算，该冷库的总存储量为5.09万t;按照存储水果计算，可存储3200t。冷库东侧6m之外有设备楼，内部设置配电室、氨机房等。综合各项因素，本项目采用螺杆压缩制冷系统，设计内容如下。

1.1 设备选型

（1）制冷压缩机。

在物品冷冻存储期间，计算机负荷在2300kW左右，在物品冷藏存储期间，负荷设置为500kW左右，引入5台单级螺杆压缩机组作为冷藏室的主机。将冷凝温度设置为35℃，蒸发温度设置为-33℃，5台机械的联合制冷量为2405kW，与冷负荷所需要求充分符合。在物品冷藏过程中，开启一台螺杆压缩机组，将冷凝温度设置为35℃，蒸发温度设置为-8℃，该机械的联合制冷量为550kW，与冷负荷所需要求充分符合。

（2）冷凝器。

在制冷系统中，冷凝器起到热交换作用，主要分为水冷式、冷却式、蒸发式等类型，其中蒸发式具有排热性能强、需水量少、节能性强等特征，在当前制冷系统设计中得到普及，本项目采用此类冷凝器进行系统设计。在选型过程中，首先要明确系统的冷凝热负荷，在适当修正后，使系统排热量需要得到充分满足，再对其进行风扇耗电量计算，选择电量消耗最低的冷凝器进行使用。与该项目所处区域相结合，该地较为偏僻，氨的获取难度较大，因此选择ZA-10型贮氨器，容积设置为10m3。

（3）氨泵和低压循环贮液桶。

通常情况下，低压系统设计中对高区、地区分别进行氨泵和低压液桶的选型。在本项目中，将氨泵划分为高低两个区域，其中低区负责一、二层，高区负责三、四、五层。同时，在设置低压桶时应符合多样化蒸汽温度需求，在物品冷藏过程中，将对不同冷库进行单独设置，这样做可使各个设备独立运行，一旦出现故障不会影响其他冷库的正常使用，同时也为维护和管理提供更多便利[1]。

1.2 设计方法

在氨机房的制冷系统设计中，氨机房的位置处于冷库东侧附属楼中，制冷压缩机组为双列式同向布置，在冷藏、冷冻间引入六台制冷压缩机，其中一台设置在与自动控制室相近的位置，为后续设备增加提供便利。在机头布置方面，将排气阀门设置在机组中间的关键通道中，将排气管设置在通道上方，此种布置方式较为紧凑，可节省大量建筑空间;将四台低压循环贮液桶安装在平台中，与物品冷却室相对，将立式低压桶设置在氨泵的正下方。与传统设计不同，本项目中供液回气调节站设置在冷库穿堂位置;调节站可安装在设备平台上，与供液调节站相结合，具有回气、供液、冲霜排液等多项作用，液体从氨泵中流出后经过供液集管的分配，使液体得以蒸发，形成气体和液体相混合的流体，通过回气集管后输入到低压桶进气口之中。

在热氨冲霜过程中，利用油分离器对液体进行收集，并输送到冲霜冷间之中，闭合对应的回气阀门，在高温环境下，氨气被加热后进入冷间之中进行融霜处理，释放出的热量成为液体，经过集管后进入到低压贮液桶之中。与传统设计模式相比，该项目中调节站的管路设计较为通常，有效克服以往设计中存在的管路闭塞情况，使低温回气的压力得以降低，在很大程度上使制冷系统的运行效率得以提升[2]。

2  冷库制冷自控系统的应用

现阶段，我国许多冷库控制的自控程度较低，但自控与手动控制相比，前者在电能节约方面要比后者节约5%～15%左右，由于前者在温度、湿度等方面较為精准，因此冷冻后的食品质量更佳。对于大中型冷库来说，通常坚持集中监控、分散管理的原则，将自控系统划分为以下部分进行应用。

2.1 控制层

在以往的冷库控制中，主要采用逻辑电路、继电器、单片机等，在自动化技术飞速发展背景下，冷库自动控制以现场工业总线PLC为基础，将其与传统控制方式相对比，可知后者不但在接线数量方面有所减少，还可节约更多系统空间，使工作效率得到显著提升。在实际运行过程中，可采用内部存储器进行程序编写，对顺序、逻辑等进行运算，再利用控制元件与机器相连，实现数字信息的模拟传输，使多种类型的机械生产得到有效控制;利用PLC系统进行制冷研究可知，在小型冷库应用中，与传统控制相比，不但在损耗方面有所降低，还可在无人值守的情况下实现自动运行。

2.2 监控层

该层属于系统的核心层，PLC系统与人机交互界面相结合，共同完成信号传递工作，控制人员可通过人机界面对设备的运行状态进行实时查看，并生成报表，对各项数据信息进行记录。在大数据时代背景下，数据的存储和挖掘十分重要，在冷库系统中，监控层具有数据采集功能，通过人机界面将设备运行信息进行展示，有助于技术人员挖掘出隐藏的规律知识，使制冷设备中存在的问题得到有效解决，为用户在线故障诊断提供便利，为后续系统升级和设备改造提供充足依据，使制冷系统的运行效率得到显著提升，还可节约大量电能，减少能源消耗。

2.3 设备层

该层属于信息冷库温湿度控制和信息采集的主要措施，通过感应部件来实现，例如，温度传感器可对冷库运行的采集值和设定值进行对比，然后通过智能调节的方式，对冷风机的开启和关停进行控制;对于蒸发器来说，可通过程序对除霜时间进行设置，当冷藏库中的CO2浓度超过设定标准时，可利用CO2传感器进行检测和控制;还可安装多样化微机控制温度传感器，输出即时温度，对设备运行数据进行检测，使冷库在无人值守的情况下自动运行。通过对温湿度传感器进行监测可知，对将获取到的数据传输到上位机中，可通过传感器对冷库进行有效控制，使设备运行更加安全和稳定。此外，设备层中传感器作为系统中的重要部分，在未来冷库的自控发展中具有十分关键的促进作用[3]。

3  结语

综上所述，现阶段，我国能源日益紧张，在冷库建造过程中节能已经成为首要问题。对此，应积极引入螺杆压缩制冷系统，做好控制层、监控层和设备层的功能设计，使冷库更具节能性、高效性，在实际应用中的效果得到显著提升。

参考文献

[1] 郝敬熙.冷库建设及制冷系统自动化控制的作法[J].冷藏技术，2016（2）：35-39.

[2] 陈滋顶，刘东岭，李巨伟.国内外冷库的发展及自动化技术在冷库中运用的前景[J].制冷技术，2017（4）：14-17.

[3] 钟国梁.基于模糊控制的大型冷库集中式氨制冷系统自动化节能研究[J].电气自动化，2018（3）：8-9.