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冷庫項目怎么樣做制冷系統(tǒng)選擇
Co-elite冷鏈社群是由冷庫視界組建的致力于開展冷鏈行業(yè)上下游知識、經(jīng)驗、技術(shù)、洞察和資訊交流與分享活動的線上社群，群內(nèi)人群大致上可以分為甲方貨主、技術(shù)、規(guī)建、工程、投資、物流、供應(yīng)鏈板塊負(fù)責(zé)人，也有相關(guān)工程、技術(shù)、設(shè)備服務(wù)商高管與資深人士、行業(yè)專家等。冷庫視界將不定期邀請到群內(nèi)成員為大家伙兒一起來分享行業(yè)洞察與思考、優(yōu)秀案例、管理模式等助力企業(yè)自我改進。
本期有幸邀請到漢鐘精機謝鵬為群員分享話題：“冷庫怎么樣做制冷系統(tǒng)選擇”，謝總從事制冷行業(yè)15年，曾主導(dǎo)建立公司冷凍冷藏壓縮機產(chǎn)品線與市場銷售策略，在制冷壓縮機領(lǐng)域有著非常豐富的從業(yè)經(jīng)驗。分享會后，群員就謝總的分享內(nèi)容做問答交流。
各位業(yè)界專家、領(lǐng)導(dǎo)、朋友們，大家晚上好！我是漢鐘精機制冷事業(yè)部的謝鵬，漢鐘精機是一家專門干螺桿壓縮機研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的公司。因壓縮機的發(fā)展必須結(jié)合市場應(yīng)用的需求，而近年來由于安全、環(huán)保等因素的考量，制冷系統(tǒng)的選擇慢慢的變多，不同制冷系統(tǒng)到底有何特點，什么樣的應(yīng)用場景適合什么樣的制冷系統(tǒng)，都需要客觀的分析，所以我們從始至終在對各種制冷系統(tǒng)的特點進行理論分析以及實際應(yīng)用效果調(diào)研，以作為我們制定產(chǎn)品發(fā)展趨勢的重要依據(jù)。
作為冷庫視界專家會委員之一，應(yīng)冷庫視界要求，今天我特別準(zhǔn)備了一些材料與大家進行分享。咱們的群是冷鏈學(xué)社，我只是起到拋磚引玉的作用，歡迎各位充分溝通交流，希望在思想碰撞中能夠獲得更加客觀、準(zhǔn)確的結(jié)論，以指導(dǎo)行業(yè)更加綠色、健康的發(fā)展。
疫情爆發(fā)之后，冷鏈行業(yè)加速發(fā)展，同時政府出臺有關(guān)政策意見為行業(yè)發(fā)展帶來良好政策環(huán)境，電商冷鏈物流系統(tǒng)的發(fā)展以及食品加工公司產(chǎn)能擴充，從需求側(cè)驅(qū)動冷鏈設(shè)備的市場增容。冷鏈物流的主要設(shè)施包括冷庫或低溫物流中心、生鮮食品加工中心（包括中央廚房）、冷藏運輸車、超市陳列柜等。而在冷鏈物流的所有環(huán)節(jié)中，冷庫是最核心的設(shè)施。隨著時下人們生活水平的日益提高，中國居民消費能力持續(xù)增強，對冷凍冷藏食品的需求慢慢的變大；以及社會對食品安全的關(guān)注加強，很多食品需要在生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)热^程冷鏈，促進了對冷庫需求的增加。冷鏈?zhǔn)菄覂?nèi)循環(huán)戰(zhàn)略的一個重要載體，長期資金市場也在持續(xù)關(guān)注與進入該市場，加之電商物流頭部企業(yè)的積極布局，使終端消費需求慢慢地打開，也引導(dǎo)冷庫市場與食品加工市場的持續(xù)擴容，從而整個冷凍冷藏市場保持兩位數(shù)的穩(wěn)定增長。
近年來我國推動的“雙碳”政策，關(guān)乎我國的戰(zhàn)略安全，也涉及到人類的未來。對于冷庫應(yīng)用而言，雙碳政策主要涉及到兩方面：
其一是直接碳排放的影響，主要體現(xiàn)在冷庫制冷設(shè)備中制冷劑的選擇。不同制冷劑的GWP值大小不同，GWP是一種物質(zhì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)的一個指數(shù)（GWP是在100年的時間框架內(nèi)，各種溫室氣體的溫室效應(yīng)對應(yīng)于相同效應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量。二氧化碳被作為參照氣體。二氧化碳的GWP值定義為1，GWP值越大則說明該物質(zhì)的溫室效應(yīng)越嚴(yán)重，即碳排當(dāng)量越高）。所以最終選擇不同的制冷劑也代表著環(huán)保性的不同，但由于制冷劑只有排放到大氣才會產(chǎn)生相應(yīng)的溫室效應(yīng)，如果能有效的降冷劑泄露量，即便選擇GWP相比來說較高的制冷劑，對溫室效應(yīng)的影響也有限；
其二是間接碳排放的影響，主要體現(xiàn)在冷庫制冷設(shè)備的運行能效值COP，即單位制冷負(fù)荷下的耗電量，COP值越大則說明同樣的制冷負(fù)荷下耗電量越小，越省電，折合為一次能源消耗量與碳排放量就越?。灰匀f噸冷庫為例，制冷系統(tǒng)占冷庫建設(shè)成本的13%左右，水電費占冷庫經(jīng)營成本13%左右；據(jù)我們進一步與一些冷庫建設(shè)方溝通了解到，制冷壓縮機在冷庫建設(shè)成本中僅占3~5%，但制冷壓縮機在冷凍庫項目中的耗電量占冷庫總耗電量的85~90%左右。壓縮機產(chǎn)品作為制冷系統(tǒng)的心臟，采用高效壓縮機可以從根本上提升整個制冷系統(tǒng)的效率，來降低整個項目的運營費用，同時亦可降低一次能源碳排放量。
新冷庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《GB50072-2021 冷庫設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）已于2021年12月1日正式實施，其中對冷庫制冷系統(tǒng)的選擇做出了如下要求與建議（以下6.3.3、6.3.4、6.3.5、6.3.6均為《規(guī)范》中制冷相關(guān)條款）：
1、對于生產(chǎn)性冷庫和物流冷庫,其中具有分揀、配貨功能的穿堂或封閉站臺不應(yīng)采用氨直接蒸發(fā)制冷
3、大、中型冷庫和大、中型制冷系統(tǒng)不宜采用鹵代烴及其混合物在冷間內(nèi)直接蒸發(fā)制冷
1、對于有人員有可能接觸到制冷劑的場合，不應(yīng)使用氨（NH3）作為制冷劑，以防氨泄漏帶來的安全事故；
2、對于大中型制冷系統(tǒng)，不推薦使用R22\R507等GWP較高的氟利昂直接蒸發(fā)應(yīng)用，因直接蒸發(fā)應(yīng)用的系統(tǒng)往往制冷劑充注量較間接蒸發(fā)應(yīng)用的系統(tǒng)大（間接蒸發(fā)應(yīng)用即為載冷應(yīng)用），而且直接蒸發(fā)應(yīng)用的系統(tǒng)，因為在冷庫現(xiàn)場有大量焊接施工，增加了系統(tǒng)泄露隱患，從而也增加了氟利昂泄漏帶來的溫室氣體效應(yīng)；而采用間接蒸發(fā)系統(tǒng)后，現(xiàn)場施工的管路都是載冷劑接觸的部分，即便發(fā)生泄露，對環(huán)境的影響很少；故此項可理解為不推薦使用氟利昂工質(zhì)的直接蒸發(fā)系統(tǒng)，但不明文規(guī)定不推薦使用氟利昂工質(zhì)的間接蒸發(fā)系統(tǒng)（載冷系統(tǒng)），推測是因為間接蒸發(fā)系統(tǒng)（載冷系統(tǒng)）較直接蒸發(fā)系統(tǒng)多了一級換熱溫差，采用同樣的制冷壓縮機時能效要低5%-8%,且系統(tǒng)造價略高，故未做明文規(guī)定推薦與否，完全由項目本身的側(cè)重點決定是不是選用；
3、二氧化碳（CO2）未在文中體現(xiàn)，說明不明文規(guī)定也不推薦使用，推測是因為CO2在此類應(yīng)用中環(huán)保性雖好，但因系統(tǒng)能效在某些應(yīng)用中并不理想，且系統(tǒng)造價沒有競爭力，故未做明文規(guī)定是推薦與否，完全由項目本身的側(cè)重點決定是不是選用；
1、對于人員有可能接觸到載冷劑的場合，不應(yīng)使用氨（NH3）作為載冷劑，以防氨泄漏帶來的安全事故；
6.3.6 對于制冷劑采用鹵代烴及其混合物的直接蒸發(fā)制冷系統(tǒng)，不宜采用多倍循環(huán)供液
1、大中型冷庫推薦采用集中式制冷系統(tǒng)，而不推薦分布式制冷系統(tǒng)；此項應(yīng)該是由于一般集中式制冷系統(tǒng)的能效與運維較分布式制冷系統(tǒng)有優(yōu)勢，故推薦采用集中式制冷系統(tǒng)。
2、即便采用氟利昂的直接蒸發(fā)系統(tǒng)，也不推薦使用多倍循環(huán)供液的桶泵系統(tǒng)；此項與上述6.3.3第3點考量點相同，因直接蒸發(fā)系統(tǒng)氟利昂充注量較大，采用多倍循環(huán)供液的桶泵系統(tǒng)氟利昂充注量更大，且現(xiàn)場焊接點更多，出于環(huán)?？剂浚煌扑]使用。
綜上，新版冷庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對制冷劑的選用推薦是基于雙碳政策的直接碳排放影響與安全性考量，但未具體提及間接碳排放的影響，即系統(tǒng)能效的影響，不過仔細(xì)解讀后可發(fā)現(xiàn)，其深層含義有考量到此因素。
據(jù)相關(guān)單位統(tǒng)計，目前市場上冷凍庫的占比超過70%，是主流應(yīng)用場景，不同應(yīng)用場景的系統(tǒng)選擇建議也不同，因篇幅有限，本文僅聚焦在冷凍庫的對比分析，即-18至-25℃凍結(jié)物冷藏間的對比分析。
1、從上文《GB50072-2021 冷庫設(shè)計規(guī)范》的解讀可知，純氟系統(tǒng)因為使用氟利昂作為制冷劑，而氟利昂有較高的GWP值，在標(biāo)準(zhǔn)中皆不推薦使用，所以對于以環(huán)保性作為項目第一考量因素的項目，不宜使用此系統(tǒng)，不論是直膨或桶泵。
2、從上文《GB50072-2021 冷庫設(shè)計規(guī)范》的解讀可知，純氨系統(tǒng)在環(huán)保性方面沒問題，但因氨的安全等級屬于B2類，在人員有可能接觸到氨的項目，不應(yīng)使用此系統(tǒng)，若沒有相關(guān)限制，則可使用該系統(tǒng)；因無論是標(biāo)準(zhǔn)抑或地方政策，目前對氨的使用限制仍然較多，故在下文對比中，將不再展開對使用氨作為制冷劑的系統(tǒng)分析。
3、從上文《GB50072-2021 冷庫設(shè)計規(guī)范》的解讀可知，CO2在環(huán)保性方面沒問題，因能效與造價考量，標(biāo)準(zhǔn)未明文規(guī)定是否推薦使用該系統(tǒng)，但若以環(huán)保性作為項目第一考量因素的項目，且因氨的安全性限制沒辦法使用，CO2復(fù)合系統(tǒng)是一個能較好滿足項目需求的方案。至于是采用CO2復(fù)疊系統(tǒng)還是載冷系統(tǒng)，仍需結(jié)合節(jié)能、初投資整體考量。
從表3可知，皆采用單級壓縮技術(shù)時，R507/CO2復(fù)疊系統(tǒng)能效>
純R507系統(tǒng)能效>
R507/CO2載冷系統(tǒng)能效，但若綜合寬溫區(qū)單機雙級壓縮技術(shù)考慮時：
1、對于非環(huán)保優(yōu)先的項目，采用純氟系統(tǒng)時，R507寬溫區(qū)單機雙級壓縮系統(tǒng)較常規(guī)R507單級螺桿系統(tǒng)能效有明顯優(yōu)勢。
2、對于環(huán)保優(yōu)先的項目，采用CO2復(fù)合系統(tǒng)時，R507寬溫區(qū)單機雙級壓縮/CO2載冷系統(tǒng)較R507單級壓縮/CO2復(fù)疊系統(tǒng)能效有明顯優(yōu)勢（復(fù)疊系統(tǒng)中再采用單機雙級壓縮技術(shù)對能效基本沒提升效果）。
綜上，從節(jié)能方面來看，不論是環(huán)保優(yōu)先的項目抑或非環(huán)保優(yōu)先的項目，采用寬溫區(qū)單機雙級壓縮技術(shù)皆在能效方面有一定優(yōu)勢。
2、CO2復(fù)疊系統(tǒng)較純氟桶泵系統(tǒng)相比，冷凍庫單體5000平方成本差異70%-100%，單體1萬平方成本差異30%-50%，單體2萬平方成本差異10%左右（因為系統(tǒng)越大，桶泵系統(tǒng)的充氟利昂越多，成本越高，故差異逐漸減小）。
3、CO2載冷系統(tǒng)較CO2復(fù)疊系統(tǒng)成本低5%-10%。大體成本排序為：純氟直膨系統(tǒng)
綜上，從三個維度考慮，且不考慮氨作為制冷劑的條件下：對于環(huán)保優(yōu)先的項目，相較于R507/CO2復(fù)疊系統(tǒng)，R507寬溫雙級/CO2載冷系統(tǒng)無論是在節(jié)能性抑或初投資方面皆有一定優(yōu)勢；對于非環(huán)保優(yōu)先的項目，相較于R507常規(guī)單級壓縮系統(tǒng)，R507寬溫區(qū)單機雙級壓縮系統(tǒng)在節(jié)能性有明顯優(yōu)勢，且對于中大項目而言，造價相當(dāng)。
此外，對于系統(tǒng)選擇還應(yīng)考慮全負(fù)載綜合能效、融霜方式、維保費用、蒸發(fā)器形式、供液形式等，因本文篇幅有限，就不再展開分析。
《項目案例——山東某 R507寬溫區(qū)雙級變頻技術(shù)+CO2載冷冷藏庫項目》
客戶需求：該冷庫原采用氨制冷系統(tǒng)，出于對安全性以及人力成本的考慮，對制冷系統(tǒng)來進行改造。通過與客戶的溝通，若采取直接制冷系統(tǒng)會導(dǎo)致氟充注量較大，造成運行成本高且不環(huán)保，考慮能效優(yōu)勢以及環(huán)保要求，最后采用 R507寬溫區(qū)雙級變頻壓縮節(jié)能技術(shù)+CO2 載冷的間接制冷系統(tǒng)。
該冷庫屬于中大型冷庫，采用LT-S-V系列160匹寬溫區(qū)雙級變頻壓縮機，冷庫末端蒸發(fā)器采用的頂排管布局，采用 R507/CO2間接制冷系統(tǒng)。通過載冷劑與制冷機組的蒸發(fā)器換熱，從而帶走冷庫內(nèi)物品的熱量。CO2系統(tǒng)完全潔凈，無冷凍油殘留，運行換熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)氨或氟系統(tǒng)，降溫快，同時無須考慮制冷末端殘留冷凍油的處理問題；載冷系統(tǒng)換熱面積不會減少，同時采用寬溫區(qū)雙級變頻壓縮機根據(jù)庫內(nèi)負(fù)荷實時調(diào)節(jié)壓縮機負(fù)載，在實現(xiàn)節(jié)能的同時保證庫溫需求。
用戶反饋：全自動控制，相較于廠內(nèi)舊的氨開啟設(shè)備使用方便很多。在安全性、氣味等提升很多，運行電費低，除霜周期長，穩(wěn)定性高，使用無不良反饋，且二期項目已依舊采用該類系統(tǒng)。
能效收益：采用了寬溫區(qū)雙級變頻壓縮技術(shù)，節(jié)約能源的效果明顯。載冷端使用 CO2作為載冷劑時，由于 CO2優(yōu)良的性能，在作為載冷劑時，具有冰點低，黏度小、可減少載冷劑輸送過程中的壓力損失，泵功率可節(jié)約 90%，載冷劑分布更均勻，并且蒸發(fā)器無油膜覆蓋，換熱效率高。因此即使載冷存在一定的換熱溫差，但使用 R507寬溫區(qū)雙級壓縮節(jié)能技術(shù)+CO2載冷的組合，在相較于各種 CO2 復(fù)疊技術(shù)能效皆有一定優(yōu)勢。蒸發(fā)器形式采用頂排鋁排管，管徑為 25mm，采用雙管制熱氣融霜設(shè)計。使用二氧化碳作為載冷劑，由于二氧化碳熱容量非常大、換熱效率高，因此蒸發(fā)器的換熱溫差小，此設(shè)備正常運行兩年多仍無需除霜。由于除霜周期長，貨物干耗少，儲存水果、蔬菜等產(chǎn)品時，減少了果蔬水分丟失，保障了貨物的價值，且項目電費極低，詳見下表：
改造前期的土建消防和規(guī)劃報審以及庫區(qū)結(jié)構(gòu)加固，是本項目實施的重要保證。由于該工程原設(shè)計為干倉，按照冷庫設(shè)計規(guī)范及現(xiàn)有消防設(shè)計規(guī)范的要求，要重新劃分防火區(qū)，并進行消防認(rèn)證。該項目被劃分為3個防火區(qū)，每個防火區(qū)采取了防火性能更強的設(shè)計措施，以保證本項目的順利實施:同時，由于原有月臺未封閉，為保證改造后冷庫運營的質(zhì)量，對改造部分的月臺進行了封閉處理，并報規(guī)劃部門重新審批，保證了冷庫改造的合規(guī)性。
改造后的冷藏庫共分為8間冷藏間和2個穿堂，其中3間變溫庫，4間低溫庫，1間中高溫庫(溫區(qū)詳見下表)。
綜合分析，此項目為快遞用物流周轉(zhuǎn)庫，皆為R507純氟直膨系統(tǒng)，蒸發(fā)器采用冷風(fēng)機，其中冷凍庫采用了寬溫區(qū)雙級壓縮技術(shù)，能效較常規(guī)單級壓縮技術(shù)高約25%左右。據(jù)用戶統(tǒng)計反饋，21年10、11月每平方每天耗電量約0.27元至0.3元，預(yù)測年平均每平方每天耗電量約0.4元左右。
問：今年某公司計劃落地ESG示范冷鏈園區(qū)（這是公司政策），建議在壓縮機或相關(guān)機組上如何選擇？
答：在冷凍庫的制冷系統(tǒng)選擇中，從三個維度考慮且不考慮氨作為制冷劑的條件下：對于環(huán)保優(yōu)先的項目，相較于R507/CO2復(fù)疊系統(tǒng)，R507寬溫雙級/CO2載冷系統(tǒng)無論是在節(jié)能性抑或初投資方面皆有一定優(yōu)勢；對于非環(huán)保優(yōu)先的項目，相較于R507常規(guī)單級壓縮系統(tǒng)，R507寬溫區(qū)單機雙級壓縮系統(tǒng)在節(jié)能性有明顯優(yōu)勢，且對于中大項目而言，造價相當(dāng)。
此外，對于系統(tǒng)選擇還應(yīng)考慮全負(fù)載綜合能效、融霜方式、維保費用、蒸發(fā)器形式、供液形式等，因本文篇幅有限，就不再展開分析。初步來看，用寬溫區(qū)雙級/CO2載冷應(yīng)該是個可兼顧多方因素的選擇，具體還要結(jié)合詳細(xì)的項目信息，因為今天分享的結(jié)論是有一些前提的。
問：寬溫區(qū)單機雙級螺桿，具體建議的應(yīng)用庫溫范圍大概多少？哪一段庫溫會更節(jié)能？
答：寬溫區(qū)單級雙級螺桿的蒸發(fā)溫度范圍是-10℃至-65℃ 在蒸發(fā)溫度-15℃就較單級壓縮機能效高10%了，蒸發(fā)溫度越低，能效高的幅度越大，一般蒸發(fā)溫度與庫溫的設(shè)計溫差在7-10K。
問：如果是恒溫庫的話，需要在高溫區(qū)設(shè)定恒定溫度（15度左右），怎么樣的設(shè)備組合會比較經(jīng)濟實用？能耗方面如何？
答：應(yīng)該要用高溫機組+使用冷熱對沖控制 ，可以依據(jù)目標(biāo)迅速調(diào)整溫度，以達到恒溫的效果。能耗方面會比較節(jié)能，因為是用冷熱對沖 ，不是用電加熱，只是設(shè)備造價會略高一些 因為控制要求比較高。
問：如果冷庫，特別是冷藏間需要隔小間，那設(shè)備的使用、能耗的降低或提高效率，有什么建議。（特別是那些有可拆裝靈活式的冷庫板的冷庫）
答：針對多間庫且需要隔小間庫的應(yīng)用場景：用真變頻技術(shù)，能調(diào)精度高，而且卸載運行的能效衰減很小;如在已有項目里去隔小間 庫溫還不同，應(yīng)該新增專門搭配的機組最合適了，因為庫溫都不同了，原設(shè)備很難兼顧。
