張 靜 任 闊 潘茂華

(河南省蠶業(yè)科學研究院 鄭州 450008)

蠶種冷庫與其它類型的冷庫相比，有其自身的特殊性：一是蠶種冷庫屬于高溫冷藏庫，蠶卵不同發(fā)育階段對冷庫的溫度要求有所不同，溫度的上下浮動一般要控制在1℃范圍內(nèi)；二是選擇氨作為制冷劑，鹽水作為載冷劑，必須采用間接冷卻方式；三是冷藏的目的和作用不同，果蔬和肉食品冷庫重點在于如何保鮮保質(zhì)，而蠶種冷庫重點是控制蠶卵的發(fā)育進程以保證不同養(yǎng)蠶季節(jié)的蠶種需求。河南省蠶業(yè)科學研究院下轄一個蠶種場，2013年蠶種場對蠶種冷庫進行了升級改造，采用氨活塞式單級制冷壓縮機和以鹽水為載冷劑的中間冷卻方式冷藏蠶種，冷庫投入使用后滿足了本省蠶種生產(chǎn)的需要。

1 蠶種冷庫氨制冷系統(tǒng)的特點

氨制冷劑的優(yōu)點在于氨氣能溶解于水，泄露時易被發(fā)現(xiàn)。氨氣的正常蒸發(fā)溫度低，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力適中，單位容積制冷量大，熱導率和氣化率大，節(jié)流損失小，成本低廉。蠶種冷庫的溫度范圍一般在2～5 ℃，屬于高溫冷藏庫，冷負荷比較小，采用單級活塞式壓縮機即可滿足使用要求。氨有毒性，氣味對人體刺激性較強，與空氣混合達到一定比例后有燃燒和爆炸的危險。因此，在氨制冷系統(tǒng)中應設置緊急泄氨器，確保在發(fā)生意外事故(如火災等)時，能夠?qū)⒄麄€系統(tǒng)中的氨液泄入下水道，以防制冷設備爆炸及氨液外逸，從而保證設備和人身安全。

氨制冷機房一般設置有氨氣體濃度報警裝置，當空氣中氨氣濃度達到100 μg/mL或150 μg/mL時，能自動發(fā)出報警信號，并自動開啟冷機房內(nèi)的事故排風機。氨氣濃度傳感器安裝在氨制冷機組及貯氨容器上方的機房頂板上。

2 蠶種冷庫氨制冷系統(tǒng)主要工作參數(shù)

冷凝溫度和蒸發(fā)溫度是制冷壓縮機的主要工作參數(shù)。氨制冷壓縮機的產(chǎn)冷量同蒸發(fā)溫度和冷凝溫度有密切關系，蒸發(fā)溫度越高，冷凝溫度越低，產(chǎn)冷量越大。

1)冷凝溫度：一般冷凝溫度不超過40 ℃。

2)蒸發(fā)溫度：一般范圍為-5～-15 ℃。最高不超過5 ℃。

3)壓縮機吸氣溫度：活塞式單級制冷壓縮機的吸氣溫度一般范圍為-10～1℃。最高不能超過10℃。

4)壓縮機排氣溫度：排氣溫度取決于制冷劑的蒸發(fā)壓力、冷凝壓力以及吸入氣體的干度和缸套冷卻介質(zhì)溫度。它與排氣壓力和吸入壓力成正比，與吸氣溫度、過熱度也成正比。以氨壓縮機為例，單級壓縮排氣溫度應小于150 ℃，正常運行時排氣溫度范圍在100～130 ℃。

3 河南省蠶種冷庫氨制冷系統(tǒng)的設計

3.1 冷庫庫容面積

以河南省蠶業(yè)科學研究院蠶種場冷庫為例,蠶種冷庫庫容面積如圖1所示。

圖1 300 m2蠶種冷庫庫容設計

初步設計面積為300 m2。其中，四間冷藏庫計120 m2，設計尺寸分別為6 m×6 m、6 m×6 m、6 m×4 m、6 m×4 m；兩個外庫面積計40 m2，設計尺寸分別為12 m×2 m、8 m×2 m；機房84 m2；值班室42 m2；走廊14 m2。每年預計冷藏蠶種3萬張。

3.2 冷庫冷卻方式

蠶種冷庫設計采用鹽水作為載冷劑，鹽水池蓄冷后再向庫房輸送冷量，如圖2所示。

圖2 蠶種冷庫冷卻方式示意圖

3.3 蠶種冷庫冷負荷估算

3.3.1 庫容量

庫容量(冷藏噸位)計算公式：

冷藏噸位(G)=庫房凈面積(A)× 庫房凈高(H)×蠶種計算密度(ρ)×容積利用系數(shù)(η)÷1000

式中，ρ=600 kg/m3；η=0.3。

由此得出，1、2、3、4號庫冷藏噸位分別為22.68 t、22.68 t、15.12 t、15.12 t，合計75.6 t。

3.3.2 機械負荷

冷庫機械負荷計算公式：機械負荷(Q)=冷藏噸位(G)×系數(shù)

100 t以下冷庫的單位機械負荷(系數(shù))為230 W/t，由此得出冷庫機械負荷為17 388 W。

3.3.3 冷凝溫度

冷凝溫度的計算公式：T=(T1+T2)/2+Δt

T1代表冷凝器冷卻水進口溫度(T1=30 ℃)，T2代表冷凝器冷卻水出口溫度(T2=32 ℃)，采用立式冷凝器，Δt=4，由此得出冷凝溫度為35 ℃。

3.3.4 蒸發(fā)溫度

氨活塞式壓縮機吸氣溫度-7 ℃，參照表1數(shù)據(jù)確定蒸發(fā)溫度為-10 ℃。

表1 氨壓縮機蒸發(fā)溫度與吸氣溫度參考表

3.3.5 壓縮機理論輸氣量計算

壓縮機理論輸氣量的計算公式：

理論輸氣量(Vp)=機械負荷(Q)×3.6÷單位容積制冷量(qv)÷輸氣系數(shù)(λ)

式中，功率換算系數(shù)為3.6(1W=3.6 kJ/h)，壓縮機單位容積制冷量為2 588.2 kJ/ m3(見表2),壓縮機輸氣系數(shù)為0.74。

表2 氨單級制冷壓縮機單位容積制冷量qv參考表

由此得出，氨活塞式單級制冷壓縮機的理論輸氣量為32.68 m3/h。

根據(jù)相關專家建議，最終選擇了大連冰山冷凍機廠生產(chǎn)的6AW10型活塞式制冷壓縮機，它的理論輸氣量為190.2 m3/h， 符合本院蠶種冷庫的設計要求(理論輸氣量≥32.68 m3/h)。

3.4 冷庫庫房保溫設計

冷庫墻體、屋頂均采用厚150 mm金屬聚氨酯夾芯板作保溫材料。它是在兩層金屬薄板之間填充聚氨酯泡沫制成，密封、防水、阻燃、防潮效果優(yōu)于其他保溫材料。

3.5 冷庫線路設計

為冷庫機房、配電室及庫房內(nèi)部的排氣扇、照明燈具布線時，對穿墻電纜線路用鍍鋅鋼管作保護管，而排氣扇和照明燈的一般線路穿PVC管作防護。

3.6 冷庫照明光源設計

冷庫庫內(nèi)濕度大，而且每年都要進行消毒操作，因此每間庫房均采用防水、防塵、防蟲的25 W LED燈作為照明光源，防護等級達到IP65，節(jié)能環(huán)保壽命長且使用安全。

3.7 冷庫通風換氣及防鼠害設計

每間庫房均設計安裝日本三菱MITSUBISHI 200 W排氣扇，主要用于庫房消毒后的通風排濕，祛除異味。為防止排氣扇通風換氣時有鼠類從風扇間隙處鉆入，在每間庫房排氣扇的內(nèi)墻位置，貼墻安裝一層75cm×75cm內(nèi)嵌鋼絲網(wǎng)木質(zhì)框架推拉式結(jié)構(gòu)，防止鼠類進入庫房危害蠶種。

3.8 庫房其它特色設計

外庫庫門上部安裝一臺貫流式風幕機，當庫門打開時風機工作，在庫內(nèi)與庫外之間形成一堵風幕氣流墻，具有隔熱、防蟲、防塵等功能，既能保證庫溫的穩(wěn)定，又能阻擋外部飛蟲及灰塵。

4 蠶種冷庫的運營情況

蠶種冷庫于2014年投入生產(chǎn)，至2020年底已安全運營7 年，年冷藏蠶種2萬余張，累計冷藏蠶種18萬余張，出庫蠶種其孵化率可達到98%以上。蠶種冷庫300 m2的面積、75.6 t的庫容量和采用氨活塞式單級壓縮機制冷系統(tǒng)，冷機制冷效率、庫房溫度等各項設計均能夠滿足使用要求，小型冷庫發(fā)揮了不小的作用，為河南省蠶桑生產(chǎn)的發(fā)展奠定了堅實基礎。