改革開放以來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，中國農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量 在逐年增加。根據(jù)中國統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，自1978年到2011年，中國水果產(chǎn)量從657萬t增到22768萬t，水產(chǎn)品總量由465萬t增長至5603萬t，畜肉類產(chǎn)量由1996年4584萬t增長到2011年7957萬t;

截止2010年，中國蔬菜產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的60%，水果和肉類產(chǎn)量占30%，禽蛋和水產(chǎn)品產(chǎn)量占40%。然而中國冷鏈物流建設并沒有跟上農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量迅速增長的步伐，大部分生鮮產(chǎn)品仍在常溫下流通，造成農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損失嚴重，為解決這一問題，未來中國應逐步完善冷鏈物流，加快冷藏庫建設。

冷庫作為耗能大戶，一直受到人們的關注，如何實現(xiàn)節(jié)能，關系到冷庫行業(yè)的發(fā)展和社會競爭力的提升。目前我國冷庫的發(fā)展狀況及存在的問題,著重同國外同行業(yè)能耗現(xiàn)狀做了對比，指出了存在的差異，從技術角度和管理層面指出了冷庫的節(jié)能方向，提出了冷庫節(jié)能途徑，對企業(yè)降低能耗具有一定的實際指導意義。

2010年7月中國發(fā)改委專門出臺了《農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》。 冷庫數(shù)量增長必將導致冷庫總的能耗需求提高，國務院印發(fā)的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》給未來中國節(jié)能事業(yè)提出 了新要求，規(guī)劃將冷庫應用中的電機、冷卻塔、余熱余壓利用等系統(tǒng)列入節(jié)能改造重點工程。冷庫是一個龐大復雜的系統(tǒng)，冷庫設計、制冷系統(tǒng)運行及管理等方面都擁有節(jié)能改進的潛力，在能源日趨緊張的今天，冷庫節(jié)能是一個值得關注的研究領域：例如：1.冷庫設計中的節(jié)能技術;2.冷庫材料研究。

一、冷庫設計中的節(jié)能技術的探究

1.隔熱材料的選擇

20世紀80年代以前中國冷庫隔熱材料以稻殼、軟木、爐 渣和膨脹珍珠巖為主，此后巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料等開始得到廣泛使用，冷庫圍護結(jié)構(gòu)、 保溫層傳熱量占冷庫總熱負荷的20%～35%，選擇合適隔熱材料可有效減少外界熱量進入冷庫。

對于隔熱材料，近年來有不少中國學者，主要圍繞隔熱材料隔熱、隔濕特性，保溫層最佳經(jīng)濟厚度、新型絕緣隔熱材料已經(jīng)展開研究。經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，隔熱材料吸濕后熱導率增大將強化墻體導熱，冷庫全年總耗電量增加。建議使用擠塑乙烯泡沫塑料作為冷庫隔熱材料，其材料吸水率低，熱導率受溫濕度影響不明顯。為減少外界熱量滲入冷庫，增加圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度和減少圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫差是兩種有效途徑。由于外界環(huán)境溫度不可控，升高庫內(nèi)溫度有可能增加冷庫內(nèi)貨物損耗， 減少圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫差實施很難。增加保溫層厚度是可行辦法，但增加保溫層厚度勢必導致冷庫初投資增加，因此在冷庫建設中，確定保溫層最佳經(jīng)濟厚度十分重要。

劉斌等中國學者，利用有限生命周期經(jīng)濟觀點，推導出微型冷庫在使用年 限不足時保溫層的最佳經(jīng)濟厚度公式，計算發(fā)現(xiàn)延長冷庫使用年限會增加保溫層最佳經(jīng)濟厚度，由于隨著冷庫生命周期的延長，機組運行費用在總費用中所占比例增大，加厚保溫層有利于減少運行費用。冷庫在設計時往往只考慮投資回報的最佳經(jīng)濟厚度，做到冷庫“節(jié)能”，但從“減排”角度出發(fā)，應考慮隔熱材料從制造、運輸、買賣、使用、廢棄、再生整個過程可導致的空氣污染、水污染、全球變暖潛力、能耗等，兩者相綜合，才能真正實現(xiàn)冷庫“節(jié)能減排”。指出冷庫應用更厚隔熱材料對環(huán)境造成的負荷會消減產(chǎn)生的經(jīng)濟回報。

為探究兩者關系，作者應用 EQUEST 軟件和 ATHENA軟件分別對冷庫采用不同厚度隔熱材料的經(jīng)濟回報、環(huán)境影響進行模擬，試驗引入相對強弱指標RSI值每增加1.41相當于增加50.8mm隔熱材料厚度，模擬以標準冷庫RSI值5.64為基 數(shù)，結(jié)果顯示采用RSI值分別為RSI-7.54，RSI-8.45，RSI-9.86，RSI-11.27隔熱材料所導致的環(huán)境負荷均小于冷庫1年的運行節(jié)能，因此對現(xiàn)代大型冷庫，設計者無需考慮采用更厚隔熱材料可能導致的環(huán)境影響。

目前，氣凝膠隔熱材料逐漸成為國內(nèi)外學者研究重點。其保溫性、阻燃性、隔濕性均優(yōu)于現(xiàn)應用于冷庫的保溫隔熱材料，氣凝膠有很多種類，最常見的有碳氣凝膠、Al2O3、 TiO2和SiO2 等。氣凝膠密度小、孔隙率極高、膠體顆粒尺寸僅為3～20nm、具有多孔網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，對導熱、對流傳熱、輻射傳熱均有有效限制，可作為高性能隔熱材料。石崇等對二氧化硅氣凝膠復合隔熱材料在船舶冷庫應用進行了工藝試驗，試驗證明氣凝膠復合隔熱材料可以有效改善船舶冷 庫的保溫性能，節(jié)能效果顯著。

近幾年中國冷庫及冷藏食品相關行業(yè)火災頻發(fā)，現(xiàn)有新型冷庫保溫材料雖然能夠隔熱，但大都具有易燃特點，而氣凝膠耐熱性能優(yōu)異，可承受 600～1650℃高溫。但由于氣凝膠制備工藝復雜性，技術含量較高，目前其應用還只局限于航空航天等高端產(chǎn)業(yè)。 氣凝膠隔熱材料研究已成為全球熱點，但有關氣凝膠在冷庫應用的研究報道比較少見，伴隨著未來氣凝膠工藝改進，氣凝膠 工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，氣凝膠隔熱材料將廣泛應用工業(yè)建筑各領域，氣凝膠隔熱材料在冷庫中的應用值得關注。

2.空氣幕的優(yōu)化

為阻止室外空氣滲入冷庫，減少庫內(nèi)冷負荷，通常在冷庫門處設立空氣幕?？諝饽皇怯煽諝馓幚碓O備、通風機、空氣分布器、風管系統(tǒng)組成。設置空氣幕能夠有效地防止外界熱濕氣體滲入冷庫。

空氣幕起源于前蘇聯(lián)，在新中國初期從蘇聯(lián)援建的“156項”項目引入，20世紀80年代，隨著中國工業(yè)的迅速發(fā)展，空氣幕在中國各行業(yè)得到了廣泛的利用。2010ASHERE手冊數(shù)據(jù)指出冷庫空氣滲透負荷占冷庫總 制冷負荷的一半以上?？諝饽谎芯恐饕康氖翘岣呖諝饽?密封效率，減少冷庫滲透負荷，研究主要圍繞射流速度、噴口 寬度、噴射角度，以及熱壓對于空氣幕的影響，通過試驗和計 算機模擬相結(jié)合的方式進行。對于每一個具體的冷庫，都存在使空氣幕效率最高的最優(yōu)射流速度和噴射角度[13-17]，南曉紅等幾位學者就曾指出空氣幕噴口選擇不宜太寬，噴口寬度達到一定值時，空氣幕效率增加不明顯。為提高空氣幕密封效率， 空氣幕應該安裝在室外，噴射角度應該朝向室外15～20°。Gonalves等也曾指出空氣幕的密封效率(81%)高于其阻熱效率(75.5%)?？姵康壤肅FD軟件對試驗冷庫空氣幕流場進行了非穩(wěn)態(tài)模擬，對冷庫門和空氣幕開啟 60s內(nèi)冷庫溫度場和氣流場溫度變化進行預測，并對冷庫溫 度場模擬結(jié)果進行試驗驗證，發(fā)現(xiàn)冷庫空氣幕開啟后中心主流速度可達到冷庫門底部，但由于噴口寬度沒有完全覆蓋門寬度等原因，外部熱空氣易從入口兩側(cè)和底部滲入庫內(nèi)，造成冷庫中心處形成多個渦旋，影響冷庫內(nèi)氣流場和溫度場均 勻分布。 Gonves等分別對3種空氣幕(上送式空氣幕、側(cè)送 式空氣幕、雙空氣幕)的密封效率進行 CFD 模擬，指出采用空氣循環(huán)系統(tǒng)可以改善空氣幕密封效率，對于上送式空氣 幕，密封效率從71.3%提高至80.4%，對于側(cè)送式空氣幕， 密封效率從55.5%提高至61.4%。冷庫大門開啟后，冷庫 門上下空氣密度不同會造成側(cè)送式空氣幕射流彎曲，降低空 氣幕密封效率，通過改變側(cè)送式空氣幕上中下3個區(qū)域射流 角度可以提高其密封效率，但是不同冷庫射流角度和射流速度難以確定，因此冷庫仍優(yōu)先采用上送式空氣幕。

二、冷庫運行中的節(jié)能技術

2012年7月11日，國務院印發(fā)的《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，將余熱余壓利用設備的制造放入重點發(fā)展的節(jié)能領域中，為余熱利用提供政策保障，冷庫制冷系統(tǒng)余熱利用將是重點節(jié)能領域。

冷庫制冷系統(tǒng)將冷凝熱排放到室外，這種做法不僅造成環(huán)境的“熱污染”而且還造成能源浪費，因此有必要回收冷庫制冷系統(tǒng)余熱。中國學者提出可利用冷凝熱加熱生活用水，但是由于土地價格等原因，中國冷庫大部分建立在人口非密集區(qū)，加熱生活用水無法充分利用，管道鋪設也將額外增加企業(yè)的投資成本。國外利用冷庫余熱的做法是采取余熱加熱冷庫地坪，即利用壓縮機排氣熱量加熱乙二醇溶液，乙二醇溶液在冷庫地坪下循環(huán)防止土建冷庫地坪凍臌。

1.蒸發(fā)器融霜

由于冷庫門頻繁開啟和貨物冷凍過程中失水，庫內(nèi)空氣 相對濕度較高，冷庫空氣流至蒸發(fā)器時，空氣被冷卻的同時 也導致蒸發(fā)器結(jié)霜。霜層嚴重阻礙了蒸發(fā)器與空氣傳熱，降低整個系統(tǒng)制冷效率，增加冷庫能耗，因此冷庫應定時進行除霜。制冷系統(tǒng)在有霜層情況下運行 COP將減少20%～ 30%。熱電融霜、水沖霜、熱氣融霜、熱氣融霜結(jié)合水沖 霜是目前主要采用的融霜方式，水沖霜最常用于冷風機除 霜，但因其水耗大，除霜成本高，此外沖霜水外溢還會使地坪 凍臌，已逐漸被熱氣融霜所代替。為實現(xiàn)冷庫融霜節(jié)能，國內(nèi)外學者對多種融霜方式進行討論并對融霜系統(tǒng)提出改進。

臧潤清等針對冷卻物冷藏間蒸發(fā)器融霜提出可采用 “依次除霜法”。劉恩海對熱氨沖霜方式進行改進，建議安裝除冰裝置輔助熱氨沖霜。陸佩強等設計了一種雙蒸 發(fā)器液體冷媒融霜系統(tǒng)，利用液體冷媒對蒸發(fā)器進行融霜， 融霜蒸發(fā)器起到冷卻器作用，回收一部分冷量，可實現(xiàn)不停機融霜。劉訓海等對電熱融霜和熱氣融霜進行對比研究，指出電熱融霜效率不高，易導致小型冷庫庫溫顯著波動， 建議采用熱氣融霜。Yin等針對熱電融霜方法融霜效率 不高，提出可在冷庫中加設電熱融霜氣流循環(huán)旁通道，試驗證明融霜效率明顯提高，并可減少冷庫內(nèi)溫度波動。 延長結(jié)霜周期減少融霜次數(shù)，也可實現(xiàn)節(jié)能。抑制霜層 增長和減小蒸發(fā)器回風口空氣性相對濕度可延長結(jié)霜周期。 Yan等利用兩種不同頻率的超聲波(20kHz /30 W，15kHz /30W)對冷風機進行抑霜試驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過48h，冷風 機翅片仍未被霜層堵塞。Wang等利用超聲波震動對翅 片式蒸發(fā)器進行抑制結(jié)霜試驗，指出超聲波能夠有效抑制霜 層的生長，但不能完全除霜。Barelli等將壓電板與蒸發(fā)器 翅片連接，發(fā)現(xiàn)利用壓電板產(chǎn)生超聲波震顫能夠有效地抑制 霜層結(jié)霜，從而延長融霜周期。Sergio等設計了一種利用液體干燥劑延緩蒸發(fā)器結(jié)霜的裝置，通過液體干燥劑干燥蒸 發(fā)器回風口的氣流以減少蒸發(fā)器表面結(jié)霜量。

三、冷庫中新技術的應用

隨著科學技術發(fā)展，變頻調(diào)速因其節(jié)能，高效，減噪，可靠等優(yōu)點，廣泛應用到工業(yè)控制的各個領域，變頻調(diào)速技術在冷庫節(jié)能應用領域潛力巨大，可應用在壓縮機、冷風機、冷庫大門等設備改造中。

陸一飛等學者指出風機設備變頻節(jié)能 效果可以做到節(jié)能20%～50%，劉訓海等對變頻風機在低溫冷庫應用中節(jié)能效果進行研究，在不同工況下，變頻風機的使用節(jié)能效果顯著，庫內(nèi)工況溫度越低，使用變頻風機 節(jié)能效果更顯著。江發(fā)生等對變頻控制技術在冷庫門運 行控制中應用可行性進行討論，認為變頻控制技術可以實現(xiàn) 冷庫快速開啟，避免因冷庫門開關所造成人員夾傷、車輛損 傷等安全問題。Yu等對制冷系統(tǒng)4種控制策略(變頻風 機排氣壓力控制、定速風機排氣壓力控制、變頻風機冷凝溫 度控制、定速風機冷凝溫度控制)在穩(wěn)定工況下的制冷效率 進行研究，指出采用變頻風機冷凝溫度控制可以提高制冷系 統(tǒng)的COP值4.0%～127.5%。

四、結(jié)論與展望

(1)選擇隔熱材料不僅要考慮經(jīng)濟回報還應考慮可能 導致的環(huán)境影響，生命周期分析作為有效實現(xiàn)節(jié)能減排的評估工具，也可以應用在冷庫設備選購中。

(2)熱氣融霜是目前冷庫最佳融霜方式，冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結(jié)霜不可避免，超聲波抑霜和液體干燥劑抑霜可延長結(jié)霜周期，減少融霜系統(tǒng)開啟次數(shù)，為冷庫融霜節(jié)能提供了新思路。

(3)通過使用變頻調(diào)速技術和余熱利用技術有助于冷庫系統(tǒng)節(jié)能運行。