冷库是冷链体系的关键设备之一,其设计技术的优劣,将直接关系到冷库的初期建设总投资、后期冷库的运行费用、管理费用等一系列重要的经济指标在一定程度上决定了冷库在食品的加工、存储过程中的经济效益。通过对冷库的计算机优化设计结果和工程实例进行对比分析,最优化设计在冷库设计中是可行,并对工程设计具有指导意义。
目前,全国城镇居民和农村居民全年用于饮食的消费约为16140亿元人民币,到2000年底我国仅禽畜产量一项就达6000万吨以上,而蔬菜、水果等的产量也在逐年递增,使与之相配的食品加工、储藏的食品冷链体系,在全国范围内得到快速发展和完善。冷库作为冷链体系的关键设备之一,自90年代以来,在全国各地兴建约4000余座,冷藏容量达450万吨次。冷库制冷装置在日常运行管理中,电耗是冷库生产成本的主要部分,约占总成本的25 %～30 %或更多显而易见,冷库设计技术的优劣,将直接关系到冷库的初期建设投资费用、后期冷库的运行费用、管理费用等一系列重要的经济指标。通过大量的实践证明:采用计算机辅助软件,进行冷库的优化设计,是降低冷库综合费用的有效办法之一。
冷库结构和优化目的
1 冷库根据用途的不同分类
(1)生产性冷库
生产性冷库是食品企业生产加工工艺组成的一部分。它的主要任务是对企业所加工的食品进行冷却和冻结,并作短期的储存。
(2)分配性冷库
这类冷库建在大、中城市,水陆交通枢纽和人口较多的工矿区,它的任务主要是接受储藏已经冷却或冻结的食品,以保证市场的需要、出口计划的完成和长期储备。
(3)综合性冷库
这类冷库设有较大的库容量,应有一定的冷却和冷冻能力,它能起到生产性冷库和分配性冷库的双重作用,是普遍应用的一种冷库类型。
2 冷库根据结构的不同分类
(1)土建式冷库
冷库的墙、柱、楼板等主体采用钢筋混凝土结构,冷库墙内侧镶贴隔热层当隔热层采用松散材料时,墙体则采用内夹隔热层的双层结构。
(2)装配式冷库
近年来,为了满足缺乏建筑材料的边远地区和经济快速发展城市,对食品加工、冷藏、保鲜冷库的迫切需求。室内装配式冷库被广泛使用在各行各业。它用以聚氨酯作为芯材的预制隔热板,在现场组装而成,聚氨酯的容重小于45 3 ,导热系数小于0. 02 ℃,厚度100～150 ,板宽1000～1200 ,板高6～8 。墙、顶板均由钢架支撑,采用内框架和外包隔热层的形式。小型装配式冷库设在室内,由预制隔热板快速拼接、组合而成,结构简单,如小型商场、酒店的食
品储藏库。室外大型装配式冷库,结构相对要复杂一些,设有土建地基,冷库地坪采用软木或聚氨酯光板隔热,下设防潮层、防冻通风管或地垄墙架空层。房顶为防止日晒雨淋,设有波纹压型薄钢板制成的屋面。
3 优化设计目的
装配式冷库的墙板、地板、顶板均由以聚氨酯材料为主的预制隔热板制成,但是,由于不同位置、结构和辅助材料的不同,使其单位面积的建设成本差别较大。一般来讲由于冷库地板采用了多种材料,其单位面积的建设成本要比冷库的墙体要高得多。显然,减少占地面积会使冷库的建设投资较小,但是,占地面积的缩小,会使冷库的高度增加,从而使由冷库围护结构的传热而引起的耗冷量增大,用户的运行使用费用提高,冷库的钢架立柱等方面的投资也会加大。因此,必须采用优化设计的计算方法,才能得到最佳的冷库结构,即使用户建设冷库的投资最少,又使用户的运行费用最省,这就是本文要讨论的主要问题。
以下以室外聚氨酯预制隔热板装配式冷库为研究对象进行详细讨论。
优化设计及其常用方法
优化设计是以数学规划理论为基础,以数字计算机为辅助工具的一种设计方法。优化设计大体上有两种方法:
(1)直接法:不用计算目标函数的导数值,而是通过直接计算函数值,并以之作为迭代、收敛根据,最终求出最优值的方法。有模式搜索法、转轴法、单纯形法、直接法等 ,这类算法比较简单、编程容易但其主要问题是:收敛的速度比较慢,特别是当自变量个数较多或目标函数形态较好时,其效率比较低