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，對冷凍冷藏食品的需求量日益加大。而消費(fèi)者對食品的安全意識及要求的日益加強(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。
冷庫對電能的需求相當(dāng)可觀，我國的能源形勢卻不容樂觀，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，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，完成《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》要求節(jié)能20%的目標(biāo)，是設(shè)計人員必須認(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)計是電氣設(shè)計的核心部分，供配電系統(tǒng)設(shè)計的合理性對電氣設(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)性和合理性是整個系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理的關(guān)鍵。
2.1 供電電壓等級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，對于相同長度與截面的配電線路輸送功率相同時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(計算容量)，供電距離超過200m時，宜考慮增設(shè)配變電所。
對于大型冷庫，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 變壓器容量及臺數(shù)的選擇
變壓器容量是依據(jù)負(fù)荷計算確定的。冷庫的負(fù)荷計算通常采用需要系數(shù)法確定，根據(jù)《冷庫設(shè)計規(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，在保證氨壓縮機(jī)可靠啟動的條件下，宜選用2臺變壓器。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，也會增加能耗;同時變壓器容量大也會增加初期投資。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)等多個環(huán)節(jié)，需要對每個環(huán)節(jié)實行節(jié)能控制，僅對其中一點(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)可以實現(xiàn)制冷量的無級調(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)行時幾乎是成正比關(guān)系，但在50%以下時，性能系數(shù)則會大幅度下降，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)對于冷凍負(fù)載的變動始終以接近設(shè)計條件的高效率進(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，對整個系統(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，從而對冷凝壓力進(jìn)行準(zhǔn)確控制，使之相對穩(wěn)定，進(jìn)而實現(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。通過某實際項目測算，節(jié)能效果良好，節(jié)電可達(dá)20%以上。此技術(shù)不僅適用于新建項目，也適用于已有項目技術(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冷庫的投資、節(jié)能都會產(chǎn)生一定的影響。
冷庫存儲物大多為食品及其相關(guān)物品，照明設(shè)計及燈具選型還應(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)計規(guī)范》規(guī)定：冷間內(nèi)應(yīng)采用外殼防護(hù)等級為IP54級并帶有防護(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;普通熒光燈低溫時啟動非常困難，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，電流通過時就會產(chǎn)生損耗，小工程會有上萬米的配線，大工程則會更多，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)計涉及諸多方面，本文僅僅結(jié)合本人的經(jīng)驗討論了其中的幾個問題。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)計方案得到有效實施，節(jié)約電能，實現(xiàn)綠色、環(huán)保。
參考文獻(xiàn)
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