制冷系統(tǒng)是整個冷庫的核心組成部分，只有把握好制冷系統(tǒng)設(shè)計的各個要點，憑借新技術(shù)及經(jīng)驗不斷優(yōu)化，才能使冷庫的制冷系統(tǒng)更加完善、安全和高效。 

作為冷庫的核心組成部分，制冷系統(tǒng)由多種設(shè)備組成，主要包括蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器油分離器等等。在大多數(shù)冷庫內(nèi)，基本都是通過設(shè)備制冷，利用汽化溫度很低的液體作為制冷劑，使其在低壓下汽化，吸收冷庫內(nèi)的熱量，從而達到冷卻降溫的目的。由于冷庫類型多樣，不同貨物所需的溫度需求也有所差異，不同制冷系統(tǒng)所耗費能源也不相同，所以選用合適的制冷系統(tǒng)顯得尤為重要。

一、制冷系統(tǒng)的技術(shù)選擇

在做制冷系統(tǒng)規(guī)劃和選型時，需要充分考慮冷庫所處環(huán)境、所存貨物、冷庫規(guī)模和性質(zhì)、技術(shù)條件等因素，更要對所選技術(shù)的特點有所掌握。

1.制冷劑的選擇

在目前我國的冷庫中，使用最多的制冷劑主要是主要分為氨（NH3）、氟利昂（CFC/HCFC/HFC）和二氧化碳（CO2）。每種制冷劑都各具特點，如氨對臭氧層危害小、容易獲取、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動阻力??；缺點是對銅及銅合金有腐蝕作用，有刺激性臭味、有毒、易燃易爆，一旦泄露危害極大。

氟利昂在常溫下都是無色、無味氣體、易揮發(fā)液，透明、介電常數(shù)低、臨界溫度高、易液化、溶于油，無味或略有氣味，無毒或低毒，化學性質(zhì)穩(wěn)定，但對大氣臭氧層破壞嚴重。目前，氟利昂系列冷媒一部分已禁用，一部分限制使用。

二氧化碳制冷是一種天然制冷劑，具有高密度和低粘度，其流動損失小、傳熱效果良好，制冷能力大，并且費用低易獲取、穩(wěn)定性好、安全無毒，不可燃。缺點是運行壓力高，需專業(yè)維護。

在衡量制冷劑時，除了考慮安全性外，綠色環(huán)保也是衡量的重要因素，臭氧層消耗潛值（ODP）和全球變暖潛能值（GWP）是兩個關(guān)鍵性考核指標。由于氟利昂對環(huán)境的破壞作用而不被人看好，氨的ODP和GWP都為0，二氧化碳的ODP為0，GWP為1，這兩種對環(huán)境的影響相對小，也是當今較為熱門的制冷劑推薦。目前國內(nèi)外還是以氨制冷系統(tǒng)為主，并且技術(shù)相對比較成熟，但由于國內(nèi)近些年發(fā)生的氨冷庫重大事故，使人們更多將重心放在二氧化碳上，開發(fā)新型的二氧化碳制冷技術(shù)也成為冷凍冷藏行業(yè)的研究熱點。

國內(nèi)外對二氧化碳在低溫制冷系統(tǒng)中的應用研究多為復疊系統(tǒng)、雙級增壓系統(tǒng)和載冷系統(tǒng)。相對于這些系統(tǒng)，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)更簡單、運行效率更高的二氧化碳制冷系統(tǒng)，將成為研究趨勢。

2.制冷方式的選擇

如同制冷劑各有利弊一樣，直接制冷與間接制冷也有各自優(yōu)勢與劣勢。制冷系統(tǒng)如果采用直接制冷方式，需要充裝大量的制冷劑。目前常用的制冷劑都存在一定弊端甚至危害，要使制冷劑在高壓下在冷庫內(nèi)循環(huán)，對管路系統(tǒng)要求也更高嚴格，一旦某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將影響整個制冷系統(tǒng)。因此，直接制冷方式很少應用于大型制冷系統(tǒng)，這也是許多液氨直接制冷庫要進行全面改造的原因所在。

間接制冷主要是通過常壓的二次冷卻介質(zhì)進行大循環(huán)傳送冷量，可避免直接制冷在庫房內(nèi)產(chǎn)生的高壓和使用大量不安全制冷劑所潛伏的隱患。但間接制冷的問題是，大多數(shù)載冷劑的冰點和沸點都不夠理想，有些還會嚴重銹蝕金屬，導致制冷系統(tǒng)日常維護費用升高，壽命短且耗能增大。因此，要保證間接制冷系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，需要好的載冷劑與制冷機相配套。

3.冷凝機組的選擇

根據(jù)冷庫的規(guī)模和設(shè)計溫度等因素，選擇合適的冷凝機組是制冷系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵之一。冷凝機組按所選壓縮機類型，可分為渦旋式冷凝機組、活塞式冷凝機組和螺桿式冷凝機組；按冷卻方式可分為風冷冷凝機組、蒸發(fā)冷冷凝機組和水冷冷凝機組；按使用溫度，又可將冷凝機組按高溫、中溫、低溫、超低溫進行劃分。

按壓縮機類型來看，渦旋式冷凝機組具有噪音低、體積小、密封性好、穩(wěn)定性高等特點。目前，渦旋式壓縮機及其冷凝機組都呈現(xiàn)大型化發(fā)展趨勢，市場上存在60～90HP冷庫項目使用多套15HP或者30HP渦旋并聯(lián)的情況，多機并聯(lián)進一步擴大了渦旋機組的應用范圍，進一步擠壓活塞式冷凝機組的市場。

螺桿式冷凝機組市場依舊保持高速增長。由于冷庫呈現(xiàn)出大型化、裝卸自動化、高效安全、環(huán)保節(jié)能的發(fā)展趨勢，大功率的螺桿式冷凝機組剛好能夠滿足大冷量、低庫溫、低耗損、不間斷運行、較低故障率等要求。技術(shù)上，隨著冷鏈物流行業(yè)的發(fā)展，受“氨改氟”事件遺留影響，螺桿式冷凝機組企業(yè)完成螺桿并聯(lián)技術(shù)的革新，并對機組整體能效進行提升，螺桿式冷凝機組的應用范圍不斷擴大。

雖然面對雙重擠壓，但活塞式冷凝機組被替代的趨勢已經(jīng)有所減弱?；钊綁嚎s機組可在多種工況下使用，特別是在低溫工況下表現(xiàn)良好，性能穩(wěn)定，可靠性高，同時具有較高性價比。目前，活塞式冷凝機組在冷庫、商超等領(lǐng)域均占有一定的市場份額。

按冷卻方式可分為風冷、蒸發(fā)冷和水冷三種冷凝機組，占比基本穩(wěn)定，冷卻方式不受壓縮機類型和冷凝機組本身的限制，主要由客戶主導。在三種冷卻類型中，風冷冷凝機組產(chǎn)品占比最大。風冷產(chǎn)品系統(tǒng)安裝簡便，初投資和維護成本相對較低，不受周邊水資源限制，對使用空間大小也沒有特別要求，風冷冷凝機組的應用范圍較為廣泛，特別適合小型制冷項目。隨著冷庫行業(yè)的發(fā)展，風冷冷系統(tǒng)占比呈緩慢增加趨勢。蒸發(fā)冷系統(tǒng)的效率較高，但初始投資和運營維護成本較高，主要用于大型制冷項目。大型冷庫（萬噸以上），特別是氨冷庫大多采用蒸發(fā)冷系統(tǒng)，目前約90%新設(shè)計的大型冷庫都會采用蒸發(fā)冷冷凝機組。水冷系統(tǒng)主要適用于室外溫度較高、水源充足的南方地區(qū)，系統(tǒng)節(jié)能性和制冷優(yōu)勢比在北方更明顯。水冷冷凝機組市場占比最小，且呈下降趨勢。

總的來看，小型項目用戶更傾向于選擇風冷系統(tǒng)，大型項目更傾向選擇蒸發(fā)冷系統(tǒng)。但在一些特殊環(huán)境下，例如附近有水源或一些機組和冷凝器不能放到外面的純室內(nèi)項目，會采用水冷系統(tǒng)。用戶可通過分析系統(tǒng)的初投資和運維成本，以及當?shù)貧夂驐l件，來選擇采用相應的冷卻方式。

按使用溫度來看，低溫冷凝機組在低溫冷庫、肉制品冷凍貯藏等領(lǐng)域應用廣泛，近年用于凍結(jié)水產(chǎn)、禽肉類食品冷藏的低溫冷凝機組隨之快速增多。中溫冷凝機組主要用于凍結(jié)后的食品冷藏，受冷鏈物流和生鮮電商行業(yè)發(fā)展的拉動，全國各地大量建設(shè)中溫冷庫，機組市場隨之增長。超低溫冷凝機組主要應用于大型速凍、生物制藥和各類實驗室等領(lǐng)域。

制冷系統(tǒng)供液方式分為直接膨脹供液、液泵供液、重力供液和氣泵供液四種，前兩種在冷庫制冷系統(tǒng)較為常用。其中，直接膨脹供液在小型氟利昂制冷裝置或組裝式小冷庫中大多采用，而在氨系統(tǒng)中較少采用。在500噸及500噸以上的各型冷庫中，目前基本都采用液泵供液方式。在500噸以下的小型冷庫的氨制冷裝置中，則基本還采用重力供液方式。

4.制冷系統(tǒng)組合方式的選擇

集中供冷：制冷裝置的主要機器設(shè)備安裝在特設(shè)的機房內(nèi)，采用供液、回氣管道把各冷間的冷卻設(shè)備連接起來，這種由機房集中供冷的方式是目前應用最為廣泛的一種組合方式。一套制冷裝置可以承擔冷加工、冷藏、制冰等多種制冷負荷，同時若干個庫房集中供冷，機器設(shè)備的利用率高，冷量分配靈活并可相互支援。但這種模式下，冷庫建設(shè)周期長，建設(shè)費用高；制冷裝置工作效率的高低，不僅取決于安裝技術(shù)好壞，而且一部分庫房熱負荷的波動，還會影響其他庫房工況的穩(wěn)定。

分散供冷：將制冷壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器以及必要的附屬設(shè)備在制造廠組裝起來，成為一套緊湊、高效、具有全自動性能的制冷機組。冷庫隔熱廓體建成后直接將這種成套設(shè)備安裝在冷庫的穿堂、月臺等地方，只要接通水電、安裝好送回風管道就可以投入運轉(zhuǎn)。通常情況下，一套制冷機組負責向一間庫房供冷，各庫房都是獨立的制冷系統(tǒng)，各不干擾，控溫準確，從而簡化現(xiàn)場安裝，建設(shè)周期縮短。但由于各個制冷機組不能互相調(diào)節(jié)制冷量，使得設(shè)備利用率較低。

5.可供選擇的高新技術(shù)

（1）熱回收。冷庫制冷系統(tǒng)正常工作時，會將冷凝熱排到室外，危害環(huán)境，且浪費能源。其實，制冷系統(tǒng)中的熱量主要來自冷間熱量和壓縮機功耗轉(zhuǎn)換的熱量，如果能利用好這些余熱，就可以相應減少其他能源的消耗。目前出現(xiàn)的熱回收設(shè)備和系統(tǒng)，通過收集壓縮機等功耗所損失的熱量，把其導入冷庫地下對乙二醇加熱管加熱，從而得到充分利用。

（2）熱氣除霜。熱氣除霜目前已廣泛應用于冷凍冷藏行業(yè)，包括熱氟除霜、熱氨除霜等方式。以熱氟除霜為例，主要借助電磁閥以及轉(zhuǎn)換裝置，將高溫高壓排氣徑直傳輸?shù)嚼渑胖?，使冷排溫度上升，霜層在和冷排的結(jié)合處首先融化，繼而自動脫落，即系統(tǒng)的冷凝器轉(zhuǎn)變成蒸發(fā)器，而蒸發(fā)器則轉(zhuǎn)變成冷凝器。

（3）制冷系統(tǒng)自動化控制技術(shù)。利用自動化控制技術(shù)可以更好地進行冷庫制冷、控溫等操控。自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度和管理，從而達到增加產(chǎn)能、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的綜合性技術(shù)，制冷自動化包括自動運行控制、實時監(jiān)測、自動保護、數(shù)據(jù)的采集與處理，以及報表的自動生成。

二、規(guī)劃設(shè)計要點

與工業(yè)制冷、商業(yè)制冷等不同，冷庫的制冷系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，需要結(jié)合冷鏈物流自身特點展開，并應把握以下要點：

1.穩(wěn)定性。冷庫是冷鏈重要的基礎(chǔ)設(shè)施，承載著加工、存儲、配送等多種功能，一旦出現(xiàn)制冷系統(tǒng)故障，將造成不可估量的損失。在冷庫制冷系統(tǒng)的規(guī)劃中，首先要重視系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在進行冷庫基礎(chǔ)材料、制冷設(shè)備和制冷劑等相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的選擇時，要保證具有較高的安全性和可靠性，為冷鏈安全護航。

冷庫是冷鏈重要的基礎(chǔ)設(shè)施，需要保證制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性

2.綠色化。為保證始終處于恒溫恒濕環(huán)境，冷庫需要全天候運作，耗能巨大。隨著“雙碳”戰(zhàn)略推行，冷庫需要在節(jié)能減排、綠色環(huán)保方面作出更多探索。在制冷系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計中，應更加重視環(huán)保材料、制冷劑和裝備的應用，打造真正的綠色冷庫。

3.智能化。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)逐步應用，冷鏈全流程的實時監(jiān)控得以實現(xiàn)，并助推設(shè)備控制、系統(tǒng)運行向著智能化方向發(fā)展，從而更好地進行溫度、能源和安全控制。在冷庫轉(zhuǎn)型升級的過程中，自動化、智能化技術(shù)將促使冷庫制冷效率和質(zhì)量進一步提升。