1 前言
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人民生活水平及消費(fèi)水平隨之提高，對(duì)冷凍冷藏食品的需求量日益加大。而消費(fèi)者對(duì)食品的安全意識(shí)及要求的日益加強(qiáng)，也成為食品冷鏈物流系統(tǒng)發(fā)展的契機(jī)，作為冷鏈物流系統(tǒng)的核心—冷庫的建設(shè)正在迅速增加。
冷庫對(duì)電能的需求相當(dāng)可觀，我國的能源形勢(shì)卻不容樂觀，近年來全國2/3的地區(qū)出現(xiàn)不同程度的電力緊張。因此降低能耗，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，完成《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》要求節(jié)能20%的目標(biāo)，是設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真思考的問題。
2 供配電系統(tǒng)的節(jié)能
供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是電氣設(shè)計(jì)的核心部分，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)電氣設(shè)備投資、運(yùn)行及管理有直接影響。電氣系統(tǒng)的能耗由配電系統(tǒng)損耗和變壓器損耗組成，又可分為可變損耗和固定損耗兩部分;變壓器的鐵損、配電線路及電容器的介質(zhì)損耗、儀表及互感器的鐵損等只要接通電源就會(huì)產(chǎn)生，是固定損耗，其大小與電壓和頻率有關(guān)，約占系統(tǒng)損耗的10%~20%;變壓器的銅損、配電線路的銅損與負(fù)荷率、電網(wǎng)電壓等因素有關(guān)，是可變損耗，約占系統(tǒng)損耗的80%~90%。因此，在安全、可靠的前提下供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和合理性是整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理的關(guān)鍵。
2.1 供電電壓等級(jí)及配變電所位置的選擇
配電系統(tǒng)的損耗與電源電壓有直接關(guān)系，對(duì)于相同長度與截面的配電線路輸送功率相同時(shí)其線路損耗與電壓的平方成反比。因此采用較高配電電壓深入負(fù)荷中心，縮短低壓供電半徑，即可以減少線路損耗，還可以減少電壓降，保證供電質(zhì)量。
參照《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施─電氣》第3.1.3：低壓線路的供電半徑一般不宜超過200m，當(dāng)供電容量超過500kw(計(jì)算容量)，供電距離超過200m時(shí)，宜考慮增設(shè)配變電所。
對(duì)于大型冷庫，通常采用氨作制冷劑，其用電負(fù)荷一般集中在制冷機(jī)房，約占冷庫總用電負(fù)荷的50%以上，配變電所的位置應(yīng)盡可能靠近制冷機(jī)房設(shè)置，以減少低壓側(cè)線路損耗。對(duì)于裝配式小型冷庫，多采用氟利昂做制冷劑，其制冷機(jī)組相對(duì)分散，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷分布及使用確定合理的配變電所位置。
因此供電電壓等級(jí)及配變電所位置的確定應(yīng)根據(jù)供電容量、負(fù)荷使用情況及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)狀況，兼顧初期投資、運(yùn)行管理費(fèi)用等因素綜合考慮。
2.2 變壓器容量及臺(tái)數(shù)的選擇
變壓器容量是依據(jù)負(fù)荷計(jì)算確定的。冷庫的負(fù)荷計(jì)算通常采用需要系數(shù)法確定，根據(jù)《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50072-2001第7.1：冷庫的電力負(fù)荷宜按需要系數(shù)法計(jì)算，全庫電力負(fù)荷需要系數(shù)可采用0.55~0.70。當(dāng)冷庫電力負(fù)荷大于315kVA且淡旺季負(fù)荷相差較大時(shí)，在保證氨壓縮機(jī)可靠啟動(dòng)的條件下，宜選用2臺(tái)變壓器。變壓器的負(fù)荷率可采用0.8~0.9。
變壓器的損耗占電氣系統(tǒng)損耗中重要的部分。變壓器輕載運(yùn)行(小于0.5)，空載損耗增加，系統(tǒng)電能損耗增加;但變壓器負(fù)荷率過高(大于0.85)，變壓器效率降低，也會(huì)增加能耗;同時(shí)變壓器容量大也會(huì)增加初期投資。因此合理選擇變壓器容量能夠有效降低損耗，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還應(yīng)考慮選用損耗值小的節(jié)能型變壓器。
冷庫運(yùn)行大多分淡旺季，根據(jù)負(fù)荷大小設(shè)2臺(tái)以上變壓器，依據(jù)負(fù)荷的季節(jié)性變化靈活投切，能夠減少變壓器輕載引起的損耗。
3 制冷系統(tǒng)的電氣節(jié)能
制冷系統(tǒng)節(jié)能涉及到制冷壓縮機(jī)、冷凝器、冷風(fēng)機(jī)等多個(gè)環(huán)節(jié)，需要對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)行節(jié)能控制，僅對(duì)其中一點(diǎn)是不夠的。制冷系統(tǒng)的能耗主要在壓縮機(jī)和冷凝器上。
通常制冷壓縮機(jī)由制冷工藝確定，有螺桿式機(jī)組和活塞式機(jī)組。螺桿式壓縮機(jī)可以實(shí)現(xiàn)制冷量的無級(jí)調(diào)節(jié)，相比活塞式壓縮機(jī)可以達(dá)到一定的節(jié)能功效。目前普遍采用的能量調(diào)節(jié)方式是滑閥調(diào)節(jié)，即在螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體上，安裝一調(diào)節(jié)滑閥，通過滑閥的移動(dòng)改變壓縮機(jī)陰陽轉(zhuǎn)子的有效工作長度，以達(dá)到能量調(diào)節(jié)的目的，調(diào)節(jié)范圍一般是10%～100%內(nèi)的無級(jí)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過程中，功率與輸氣量在50%以上的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)幾乎是成正比關(guān)系，但在50%以下時(shí)，性能系數(shù)則會(huì)大幅度下降，其能效比下降顯著，顯得經(jīng)濟(jì)性較差。因此部分負(fù)荷下的能效比要低于滿負(fù)荷時(shí)的能效比。這是由于電機(jī)轉(zhuǎn)速并未改變，造成在滑閥調(diào)節(jié)過程中，耗電功率較大。通過采用變頻器，利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，對(duì)壓縮機(jī)的吸入口壓力進(jìn)行控制，使之維持不變。吸入口壓力與吸入口溫度存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用變頻器控制該壓力維持恒定不變，則吸入口的溫度也維持恒定不變，進(jìn)而使制冷機(jī)對(duì)于冷凍負(fù)載的變動(dòng)始終以接近設(shè)計(jì)條件的高效率進(jìn)行運(yùn)行，使制冷壓縮機(jī)始終運(yùn)行在點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
冷凝系統(tǒng)是制冷系統(tǒng)的重要組成部分，冷凝器是冷凝系統(tǒng)進(jìn)行熱交換的主要設(shè)備，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能有直接影響。采用蒸發(fā)式冷凝器比水冷式冷凝器能耗減少約17%，同時(shí)也使制冷壓縮機(jī)的能耗明顯減少。蒸發(fā)式冷凝器的用電設(shè)備包括冷凝水泵和冷凝風(fēng)機(jī)，對(duì)于風(fēng)機(jī)類負(fù)載，流量與轉(zhuǎn)速成正比，能耗與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。因此對(duì)蒸發(fā)式冷凝器采用變頻控制技術(shù)，通過控制冷凝風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)、調(diào)節(jié)冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，從而對(duì)冷凝壓力進(jìn)行準(zhǔn)確控制，使之相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定、節(jié)能，以用更少的能量達(dá)到更好的散熱效果。通過某實(shí)際項(xiàng)目測算，節(jié)能效果良好，節(jié)電可達(dá)20%以上。此技術(shù)不僅適用于新建項(xiàng)目，也適用于已有項(xiàng)目技術(shù)改造。
4 電氣照明的節(jié)能
庫房照明是冷庫照明的主要部分;冷庫庫房為低溫場所，由于環(huán)境潮濕、低溫使得光源的發(fā)光效率和壽命受到影響，而且?guī)旆恐袩艟呔S修更換困難，因此燈具的選擇不僅要考慮其使用及價(jià)格，還要考慮更換的成本。選擇壽命長、光效高的光源及燈具對(duì)冷庫的投資、節(jié)能都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。
冷庫存儲(chǔ)物大多為食品及其相關(guān)物品，照明設(shè)計(jì)及燈具選型還應(yīng)考慮其特點(diǎn)和要求，參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB12694《肉類加工廠衛(wèi)生規(guī)范》要求及GB50072-2001《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：冷間內(nèi)應(yīng)采用外殼防護(hù)等級(jí)為IP54級(jí)并帶有防護(hù)罩的燈具，推薦照度不宜低于20lx。
白熾燈發(fā)光效率低、低溫環(huán)境易損壞，不建議使用;普通熒光燈低溫時(shí)啟動(dòng)非常困難，功率和光通量都有顯著減弱，也不建議在冷庫使用。對(duì)于一般冷庫庫房(高度4~5m)可以采用低溫型熒光燈或無極熒光燈，對(duì)于高架式冷庫(高度8~20m)可以采用無極熒光燈或金屬鹵化物燈。
LED是新型的綠色光源，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)。而且LED的發(fā)光效率隨溫度升高遞減，尤其適合在較低溫度下使用，將會(huì)成為今后的發(fā)展方向。
5 合理選擇電纜
配電線路的損耗也是不容忽視的。由于配電線路存在電阻，電流通過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生損耗，小工程會(huì)有上萬米的配線，大工程則會(huì)更多，其損耗是相當(dāng)可觀的。線路損耗與其負(fù)載電流和線路電阻有關(guān)，因此在選擇電纜(電線)是應(yīng)注意：根據(jù)敷設(shè)條件確定滿足載流量要求的電纜(線)，進(jìn)行電壓損失及熱穩(wěn)定校驗(yàn)終確定電纜(線)的截面。盡量使用高電導(dǎo)率的導(dǎo)體，如宜采用銅芯電纜(線);配電線路盡可能走直線，減少電纜(線)長度，以減少線路損耗。按照經(jīng)濟(jì)電流選擇電纜(線)截面，根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)目前的發(fā)展?fàn)顩r，即要重視投資控制也要重視運(yùn)行成本的節(jié)約，使二者有機(jī)的統(tǒng)一。
6 結(jié)束語
冷庫電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)涉及諸多方面，本文僅僅結(jié)合本人的經(jīng)驗(yàn)討論了其中的幾個(gè)問題。采用經(jīng)濟(jì)性良好的方案，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，從技術(shù)上保障業(yè)主的利益，獲得業(yè)主的支持，才能使設(shè)計(jì)方案得到有效實(shí)施，節(jié)約電能，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保。
參考文獻(xiàn)
中國建筑標(biāo)準(zhǔn)研究院. 全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-電氣節(jié)能專篇[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2007.
原國家國內(nèi)貿(mào)易局. GB50072-2001冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國計(jì)劃出版社, 2001.
