冷庫(kù)項(xiàng)目如何進(jìn)行制冷系統(tǒng)選擇——雙碳時(shí)代冷庫(kù)用制冷系統(tǒng)如何選擇,環(huán)保、節(jié)能、初投資能否兼顧

漢鐘精機(jī)制冷事業(yè)部經(jīng)理 謝鵬

一、冷庫(kù)市場(chǎng)現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

疫情爆發(fā)之后,冷鏈行業(yè)加速發(fā)展,同時(shí)政府出臺(tái)相關(guān)政策意見(jiàn)為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)良好政策環(huán)境,電商冷鏈物流系統(tǒng)的發(fā)展以及食品加工企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)充,從需求側(cè)驅(qū)動(dòng)冷鏈設(shè)備的市場(chǎng)增容。冷鏈物流的主要設(shè)施包括冷庫(kù)或低溫物流中心、生鮮食品加工中心(包括中央廚房)、冷藏運(yùn)輸車(chē)、超市陳列柜等。而在冷鏈物流的所有環(huán)節(jié)中,冷庫(kù)是朂核心的設(shè)施。隨著人們生活水平的日益提高,中國(guó)居民消費(fèi)能力持續(xù)增強(qiáng),對(duì)冷凍冷藏食品的需求越來(lái)越大;以及社會(huì)對(duì)食品安全的關(guān)注加強(qiáng),很多食品需要在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)热^(guò)程冷鏈,促進(jìn)了對(duì)冷庫(kù)需求的增加。冷鏈?zhǔn)?*****內(nèi)循環(huán)戰(zhàn)略的一個(gè)重要載體,資本市場(chǎng)也在持續(xù)關(guān)注與進(jìn)入該市場(chǎng),加之電商物流頭部企業(yè)的積極布局,使終端消費(fèi)需求逐漸打開(kāi),也引導(dǎo)冷庫(kù)市場(chǎng)與食品加工市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)容,從而整個(gè)冷凍冷藏市場(chǎng)保持兩位數(shù)的穩(wěn)定增長(zhǎng)。

二、雙碳時(shí)代對(duì)冷庫(kù)制冷設(shè)備選擇的影響

近年來(lái)我國(guó)推動(dòng)的“雙碳”政策,關(guān)乎我國(guó)的戰(zhàn)略安全,也涉及到人類(lèi)的未來(lái)。對(duì)于冷庫(kù)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,主要表現(xiàn)在冷庫(kù)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(gè)指數(shù)(GWP是在100年的時(shí)間框架內(nèi),各種溫室氣體的溫室效應(yīng)對(duì)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(shuō)明該物質(zhì)的溫室效應(yīng)越嚴(yán)重,即碳排當(dāng)量越高)。所以選擇不同的制冷劑也意味著環(huán)保性的不同,但由于制冷劑只有排放到大氣才會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的溫室效應(yīng),如果能有效的降低制冷劑泄露量,即便選擇GWP相對(duì)較高的制冷劑,對(duì)溫室效應(yīng)的影響也有限;

表1、冷庫(kù)制冷設(shè)備中常用制冷劑特點(diǎn)

表2、制冷劑安全等級(jí)

其二是間接碳排放的影響,主要表現(xiàn)在冷庫(kù)制冷設(shè)備的運(yùn)行能效值COP,即單位制冷負(fù)荷下的耗電量,COP值越大則說(shuō)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小;以萬(wàn)噸冷庫(kù)為例,制冷系統(tǒng)占冷庫(kù)建設(shè)成本的13%左右,水電費(fèi)占冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)成本13%左右;據(jù)我們進(jìn)一步與一些冷庫(kù)建設(shè)方溝通了解到,制冷壓縮機(jī)在冷庫(kù)建設(shè)成本中僅占3~5%,但制冷壓縮機(jī)在冷凍庫(kù)項(xiàng)目中的耗電量占冷庫(kù)總耗電量的85~90%左右。壓縮機(jī)產(chǎn)品作為制冷系統(tǒng)的心臟,采用高效壓縮機(jī)可以從根本上提升整個(gè)制冷系統(tǒng)的效率,來(lái)降低整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,同時(shí)亦可降低一次能源碳排放量。

三、冷庫(kù)新國(guó)標(biāo)對(duì)冷庫(kù)制冷設(shè)備選擇的建議

新冷庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《GB50072-2021 冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)已于2021年12月1日正式實(shí)施,其中對(duì)冷庫(kù)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):

6.3.3 制冷劑的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

1、對(duì)于生產(chǎn)性冷庫(kù)和物流冷庫(kù),其中具有分揀、配貨功能的穿堂或封閉站臺(tái)不應(yīng)采用氨直接蒸發(fā)制冷

2、商用冷庫(kù)不應(yīng)采用氨

3、大、中型冷庫(kù)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

如上6.3.3對(duì)制冷劑的要求,總結(jié)為:

1、對(duì)于有人員有可能接觸到制冷劑的場(chǎng)合,不應(yīng)使用氨(NH3)作為制冷劑,以防氨泄漏帶來(lái)的安全事故;

2、對(duì)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?yàn)樵诶鋷?kù)現(xiàn)場(chǎng)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(lái)的溫室氣體效應(yīng);而采用間接蒸發(fā)系統(tǒng)后,現(xiàn)場(chǎng)施工的管路都是載冷劑接觸的部分,即便發(fā)生泄露,對(duì)環(huán)境的影響很少;故此項(xiàng)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(cè)是因?yàn)殚g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(jí)換熱溫差,采用同樣的制冷壓縮機(jī)時(shí)能效要低5%-8%,且系統(tǒng)造價(jià)略高,故未做明文規(guī)定推薦與否,完全由項(xiàng)目本身的側(cè)重點(diǎn)決定是否選用;

3、二氧化碳(CO2)未在文中體現(xiàn),說(shuō)明不明文規(guī)定也不推薦使用,推測(cè)是因?yàn)?/span>CO2在此類(lèi)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(jià)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力,故未做明文規(guī)定是推薦與否,完全由項(xiàng)目本身的側(cè)重點(diǎn)決定是否選用;

6.3.4 載冷劑的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

1、商用冷庫(kù)不應(yīng)采用氨水溶液載冷劑

2、氨水溶液載冷劑的質(zhì)量濃度不應(yīng)超過(guò)10%

3、對(duì)于大、中型制冷系統(tǒng),載冷劑使用溫度低于一5℃時(shí),宜采用二氧化碳

4、鹽水載冷劑的凝固溫度應(yīng)低于設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度,并且溫差不應(yīng)小于5℃

如上6.3.4對(duì)載冷劑的要求,總結(jié)為:

1、對(duì)于人員有可能接觸到載冷劑的場(chǎng)合,不應(yīng)使用氨(NH3)作為載冷劑,以防氨泄漏帶來(lái)的安全事故;

2、對(duì)于中、低溫載冷應(yīng)用,推薦使用二氧化碳(CO2)作為載冷劑。

6.3.5 大、中型的生產(chǎn)性冷庫(kù)和物流冷庫(kù)宜采用集中式制冷系統(tǒng)

6.3.6 對(duì)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

如上6.3.5&6.3.6對(duì)于系統(tǒng)的要求,總結(jié)為:

1、大中型冷庫(kù)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(xiàng)應(yīng)該是由于一般集中式制冷系統(tǒng)的能效與運(yùn)維較分布式制冷系統(tǒng)有優(yōu)勢(shì),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(xiàng)與上述6.3.3第3點(diǎn)考量點(diǎn)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(chǎng)焊接點(diǎn)更多,出于環(huán)?？剂?/span>,不推薦使用。

綜上,新版冷庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(guò)仔細(xì)解讀后可發(fā)現(xiàn),其深層含義有考量到此因素。

四、雙碳時(shí)代冷庫(kù)用制冷系統(tǒng)如何選擇

,環(huán)保、節(jié)能、初投資能否兼顧

據(jù)相關(guān)單位統(tǒng)計(jì),目前市場(chǎng)上冷凍庫(kù)的占比超過(guò)70%,是主流應(yīng)用場(chǎng)景,不同應(yīng)用場(chǎng)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(kù)的對(duì)比分析,即-18至-25℃凍結(jié)物冷藏間的對(duì)比分析。

根據(jù)圖2,我們分別從環(huán)保、節(jié)能、初投資三個(gè)方面進(jìn)行分析說(shuō)明:

A、環(huán)保方面

1、從上文《GB50072-2021 冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》的解讀可知,純氟系統(tǒng)因?yàn)槭褂梅鹤鳛橹评鋭?/span>,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(duì)于以環(huán)保性作為項(xiàng)目******考量因素的項(xiàng)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(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》的解讀可知,純氨系統(tǒng)在環(huán)保性方面沒(méi)有問(wèn)題,但因氨的安全等級(jí)屬于B2類(lèi),在人員有可能接觸到氨的項(xiàng)目,不應(yīng)使用此系統(tǒng),若沒(méi)有相關(guān)限制,則可使用該系統(tǒng);因無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)抑或地方政策,目前對(duì)氨的使用限制仍然較多,故在下文對(duì)比中,將不再展開(kāi)對(duì)使用氨作為制冷劑的系統(tǒng)分析。

3、從上文《GB50072-2021 冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》的解讀可知,CO2在環(huán)保性方面沒(méi)有問(wèn)題,因能效與造價(jià)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(xiàng)目******考量因素的項(xiàng)目,且因氨的安全性限制無(wú)法使用,CO2復(fù)合系統(tǒng)是一個(gè)能較好滿足項(xiàng)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。

B、節(jié)能方面

從表3可知,皆采用單級(jí)壓縮技術(shù)時(shí),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(jī)雙級(jí)壓縮技術(shù)考慮時(shí):

1、對(duì)于非環(huán)保優(yōu)先的項(xiàng)目,采用純氟系統(tǒng)時(shí),R507寬溫區(qū)單機(jī)雙級(jí)壓縮系統(tǒng)較常規(guī)R507單級(jí)螺桿系統(tǒng)能效有明顯優(yōu)勢(shì)。

2、對(duì)于環(huán)保優(yōu)先的項(xiàng)目,采用CO2復(fù)合系統(tǒng)時(shí),R507寬溫區(qū)單機(jī)雙級(jí)壓縮/CO2載冷系統(tǒng)較R507單級(jí)壓縮/CO2復(fù)疊系統(tǒng)能效有明顯優(yōu)勢(shì)(復(fù)疊系統(tǒng)中再采用單機(jī)雙級(jí)壓縮技術(shù)對(duì)能效基本沒(méi)有提升效果)。

綜上,從節(jié)能方面來(lái)看,不論是環(huán)保優(yōu)先的項(xiàng)目抑或非環(huán)保優(yōu)先的項(xiàng)目,采用寬溫區(qū)單機(jī)雙級(jí)壓縮技術(shù)皆在能效方面有一定優(yōu)勢(shì)。

C、 初投資方面

據(jù)調(diào)研得知(以下對(duì)比皆為設(shè)備成本對(duì)比,不含保溫):

1、純氟直膨系統(tǒng)較純氟桶泵系統(tǒng)成本低10%-30%。

2、CO2復(fù)疊系統(tǒng)較純氟桶泵系統(tǒng)相比,冷凍庫(kù)單體5000平方成本差異70%-99.99%,單體1萬(wàn)平方成本差異30%-50%,單體2萬(wàn)平方成本差異10%左右(因?yàn)橄到y(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?yàn)?/span>:純氟直膨系統(tǒng)<純氟桶泵系統(tǒng)

綜上,從三個(gè)維度綜合考慮,且不考慮氨作為制冷劑的條件下:對(duì)于環(huán)保優(yōu)先的項(xiàng)目,相較于R507/CO2復(fù)疊系統(tǒng),R507寬溫雙級(jí)/CO2載冷系統(tǒng)無(wú)論是在節(jié)能性抑或初投資方面皆有一定優(yōu)勢(shì);對(duì)于非環(huán)保優(yōu)先的項(xiàng)目,相較于R507常規(guī)單級(jí)壓縮系統(tǒng),R507寬溫區(qū)單機(jī)雙級(jí)壓縮系統(tǒng)在節(jié)能性有明顯優(yōu)勢(shì),且對(duì)于中大項(xiàng)目而言,造價(jià)相當(dāng)。

此外,對(duì)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(fèi)用、蒸發(fā)器形式、供液形式等,因本文篇幅有限,就不再展開(kāi)分析。

五、項(xiàng)目分享

《項(xiàng)目案例——山東某 R507寬溫區(qū)雙級(jí)變頻技術(shù)+CO2載冷冷藏庫(kù)項(xiàng)目》

客戶(hù)需求:該冷庫(kù)原采用氨制冷系統(tǒng),出于對(duì)安全性以及人工成本的考慮,對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行改造。通過(guò)與客戶(hù)的溝通,若采用直接制冷系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致氟充注量較大,造成運(yùn)行成本高且不環(huán)保,綜合考慮能效優(yōu)勢(shì)以及環(huán)保要求,朂后采用 R507寬溫區(qū)雙級(jí)變頻壓縮節(jié)能技術(shù)+CO2 載冷的間接制冷系統(tǒng)。

庫(kù)溫需求:-20℃設(shè)備應(yīng)用:冷藏庫(kù)(R507/CO2載冷系統(tǒng))

貨物信息:蔬菜、水果包裝材料:紙箱、編織袋

冷庫(kù)規(guī)模:共有 1#～4#庫(kù)四間冷藏庫(kù),冷庫(kù)尺寸見(jiàn)下表

該冷庫(kù)屬于中大型冷庫(kù),采用LT-S-V系列160匹寬溫區(qū)雙級(jí)變頻壓縮機(jī),冷庫(kù)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(guò)載冷劑與制冷機(jī)組的蒸發(fā)器換熱,從而帶走冷庫(kù)內(nèi)物品的熱量。CO2系統(tǒng)完全潔凈,無(wú)冷凍油殘留,運(yùn)行換熱效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)氨或氟系統(tǒng),降溫快,同時(shí)無(wú)須考慮制冷末端殘留冷凍油的處理問(wèn)題;載冷系統(tǒng)換熱面積不會(huì)減少,同時(shí)采用寬溫區(qū)雙級(jí)變頻壓縮機(jī)根據(jù)庫(kù)內(nèi)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)負(fù)載,在實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)保證庫(kù)溫需求。

用戶(hù)反饋:全自動(dòng)控制,相較于廠內(nèi)舊的氨開(kāi)啟設(shè)備使用方便很多。在安全性、氣味等提升很多,運(yùn)行電費(fèi)低,除霜周期長(zhǎng),穩(wěn)定性好,使用無(wú)不良反饋,且二期項(xiàng)目已依舊采用該類(lèi)系統(tǒng)。

環(huán)保效益:現(xiàn)場(chǎng)使用 CO2低壓循環(huán)桶 5.8m3,相比于 R507(GWP="3990"),CO2減排3990 倍。

能效收益:采用了寬溫區(qū)雙級(jí)變頻壓縮技術(shù),節(jié)能效果明顯。載冷端使用 CO2作為載冷劑時(shí),由于 CO2優(yōu)良的性能,在作為載冷劑時(shí),具有冰點(diǎn)低,黏度小、可減少載冷劑輸送過(guò)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(wú)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(jí)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(shì)。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(jì)。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)備運(yùn)行兩年多仍無(wú)需除霜。由于除霜周期長(zhǎng),貨物干耗少,儲(chǔ)存水果、蔬菜等產(chǎn)品時(shí),減少了果蔬水分丟失,保障了貨物的價(jià)值,且項(xiàng)目電費(fèi)極低,詳見(jiàn)下表:

《項(xiàng)目案例——天津某知名快遞平臺(tái)干改冷物流冷庫(kù)項(xiàng)目》

改造前期的土建消防和規(guī)劃報(bào)審以及庫(kù)區(qū)結(jié)構(gòu)加固,是本項(xiàng)目實(shí)施的重要保證。由于該工程原設(shè)計(jì)為干倉(cāng),按照冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范及現(xiàn)有消防設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,需要重新劃分防火區(qū),并進(jìn)行消防認(rèn)證。該項(xiàng)目被劃分為3個(gè)防火區(qū),每個(gè)防火區(qū)采取了防火性能更強(qiáng)的設(shè)計(jì)措施,以保證本項(xiàng)目的順利實(shí)施:同時(shí),由于原有月臺(tái)未封閉,為保證改造后冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量,對(duì)改造部分的月臺(tái)進(jìn)行了封閉處理,并報(bào)規(guī)劃部門(mén)重新審批,保證了冷庫(kù)改造的合規(guī)性。

改造后的冷藏庫(kù)共分為8間冷藏間和2個(gè)穿堂,其中3間變溫庫(kù),4間低溫庫(kù),1間中高溫庫(kù)(溫區(qū)詳見(jiàn)下表)。

綜合分析,此項(xiàng)目為快遞用物流周轉(zhuǎn)庫(kù),皆為R507純氟直膨系統(tǒng),蒸發(fā)器采用冷風(fēng)機(jī),其中冷凍庫(kù)采用了寬溫區(qū)雙級(jí)壓縮技術(shù),能效較常規(guī)單級(jí)壓縮技術(shù)高約25%左右。據(jù)用戶(hù)統(tǒng)計(jì)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(cè)年平均每平方每天耗電量約0.4元左右。

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