中國冷庫行業(yè)需求
來(lái)源：上秋制冷
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發(fā)布時(shí)間：2020-10-27
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近年來(lái)隨著(zhù)人民生活水平的提高，人們對冷凍冷藏食品的依賴(lài)度越來(lái)越高。冷庫行業(yè)得到快速發(fā)展的同時(shí)，冷庫的能耗也逐年升高。在―節能減排的大背景下，冷庫的節能研究得到越來(lái)越多的關(guān)注。
冷庫中食品加工過(guò)程包括冷卻、冷藏和凍結等，不同的食品加工過(guò)程具有不同的特點(diǎn)以及工藝要求，然而，現有的
冷庫的節能優(yōu)化研究大都單純地從冷庫動(dòng)力系統的角度出發(fā)，并未充分考慮不同食品加工過(guò)程的區別。
另外，現有研究大都使用靜態(tài)優(yōu)化方法，這些方法適用于食品冷藏等連續過(guò)程，并不適用于食品凍結和冷卻等間歇過(guò)程。本文針對
冷庫中包裝食品的凍結過(guò)程進(jìn)行節能優(yōu)化研究，在單體食品凍結過(guò)程和
冷庫中食品凍結條件分布研究的基礎上，對食品凍結過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，提出基于食品凍結工藝要求的分段凍結系統及其運行方式。
首先，針對冷庫內帶包裝食品的凍結過(guò)程，建立單體包裝食品的凍結過(guò)程模型。使用焓法建立食品內部傳熱過(guò)程模型，以自然對流和輻射換熱處理食品自身與包裝之間的空氣層內部的傳熱，使用CFD方法模擬食品周?chē)目諝鉁囟纫约笆称穼α鲹Q熱系數，最后通過(guò)迭代方法對包裝食品的凍結過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)不同包裝分割肉的凍結實(shí)驗對模型進(jìn)行驗證，結果表明，本文提出的模型相對于使用導熱或者忽略空氣層的現有處理方法，能夠更加準確的模擬包裝食品的凍結過(guò)程。
在單體
食品凍結過(guò)程模擬的基礎上，對凍結間內空氣參數分布進(jìn)行模擬，研究了食品凍結條件分布對于食品凍結的影響。首先通過(guò)風(fēng)道數值模擬，計算不同空氣參數下的食品對流換熱系數并擬合成無(wú)因次關(guān)聯(lián)式。然后，使用CFD方法模擬凍結間在空庫和滿(mǎn)載情況下的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，計算凍結間內不同位置食品的凍結條件，并進(jìn)行敏感度分析以研究?jì)鼋Y間內空氣溫度和空氣流速對于食品凍結過(guò)程的影響。最后，對凍結間內食品凍結條件進(jìn)行不均勻度分析，以研究不同冷風(fēng)機風(fēng)量下，凍結間內不同位置食品的凍結過(guò)程差異。
對于凍結間內食品凍結，建立凍結過(guò)程工藝要求評價(jià)指標。然后，分別建立凍結間內間歇進(jìn)貨方式下食品凍結過(guò)程中的庫房空氣模型、食品凍結模型、圍護結構模型、制冷系統模型等動(dòng)態(tài)模型。以食品凍結過(guò)程能耗為目標函數，分別以?xún)鼋Y時(shí)間和凍結速率作為食品凍結工藝要求的約束條件，將約束條件以罰函數的形式寫(xiě)入目標函數。以制冷系統蒸發(fā)溫度和冷風(fēng)機風(fēng)量作為凍結間內食品凍結過(guò)程的控制變量，計算制冷系統蒸發(fā)溫度和冷風(fēng)機風(fēng)量的最優(yōu)運行方式。使用迭代動(dòng)態(tài)規劃算法對于凍結間食品凍結過(guò)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。
結果表明，對于傳統運行方式，存在一個(gè)蒸發(fā)溫度和冷風(fēng)機風(fēng)量的最優(yōu)組合，使規定時(shí)間內完成凍結最節能。在蒸發(fā)溫度保持不變或冷風(fēng)機風(fēng)量保持不變，以及兩者皆可隨意變化的條件下，凍結速率約束條件下的最優(yōu)運行方式能夠獲得比凍結時(shí)間約束條件下的最優(yōu)運行方式更好的節能效果。 在前述動(dòng)態(tài)優(yōu)化結果的基礎上，提出分段凍結系統，在每個(gè)階段內使用固定的蒸發(fā)溫度與冷風(fēng)機風(fēng)量，階段性的調整其運行方式。首先以?xún)鼋Y時(shí)間為約束條件，優(yōu)化計算不同分段數下的最優(yōu)運行方式，結果表明，保持食品凍結時(shí)間不變時(shí)，分段數越多，最優(yōu)運行方式下凍結過(guò)程越節能，但節能潛力都很小。然后，分析食品相變階段初始溫度場(chǎng)對于食品凍結影響，并在此基礎上，以食品凍結速率為約束條件，在不同的允許凍結時(shí)間下對凍結間內食品凍結過(guò)程進(jìn)行分段優(yōu)化，得到基于凍結速率的的最優(yōu)分段運行方式，提出凍結間內食品分段凍結系統并給出其運行方式。最后，研究分段凍結系統設計中同時(shí)使用系數的計算方法。 對分段凍結系統進(jìn)行實(shí)際應用模擬及能耗分析。
對于一個(gè)有多個(gè)凍結間的實(shí)際
冷庫，建立庫房模型和制冷系統模型，對其實(shí)際運行狀況進(jìn)行模擬并與測試結果進(jìn)行對比，以驗證模型的準確性。在全年各月不同氣象參數和各月不同冷庫產(chǎn)量下，分別對傳統運行方式和分段凍結方式進(jìn)行全年工況模擬，結果表明，采用分段凍結系統，根據各月凍結食品產(chǎn)量，采用不同的凍結時(shí)間，增加了冷庫內同時(shí)投入使用的凍結間的數量，提高系統的COP值，減少冷風(fēng)機的耗能和散熱負荷，能夠獲得比較好的節能效果。
