冷庫是冷鏈體系的關(guān)鍵設(shè)備之一,其設(shè)計技術(shù)的優(yōu)劣,將直接關(guān)系到冷庫的初期建設(shè)總投資、后期冷庫的運行費用、管理費用等一系列重要的經(jīng)濟指標(biāo)在一定程度上決定了冷庫在食品的加工、存儲過程中的經(jīng)濟效益。通過對冷庫的計算機優(yōu)化設(shè)計結(jié)果和工程實例進(jìn)行對比分析,最優(yōu)化設(shè)計在冷庫設(shè)計中是可行,并對工程設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
目前,全國城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民全年用于飲食的消費約為16140億元人民幣,到2000年底我國僅禽畜產(chǎn)量一項就達(dá)6000萬噸以上,而蔬菜、水果等的產(chǎn)量也在逐年遞增,使與之相配的食品加工、儲藏的食品冷鏈體系,在全國范圍內(nèi)得到快速發(fā)展和完善。冷庫作為冷鏈體系的關(guān)鍵設(shè)備之一,自90年代以來,在全國各地興建約4000余座,冷藏容量達(dá)450萬噸次。冷庫制冷裝置在日常運行管理中,電耗是冷庫生產(chǎn)成本的主要部分,約占總成本的25 %～30 %或更多顯而易見,冷庫設(shè)計技術(shù)的優(yōu)劣,將直接關(guān)系到冷庫的初期建設(shè)投資費用、后期冷庫的運行費用、管理費用等一系列重要的經(jīng)濟指標(biāo)。通過大量的實踐證明:采用計算機輔助軟件,進(jìn)行冷庫的優(yōu)化設(shè)計,是降低冷庫綜合費用的有效辦法之一。
冷庫結(jié)構(gòu)和優(yōu)化目的
1 冷庫根據(jù)用途的不同分類
(1)生產(chǎn)性冷庫
生產(chǎn)性冷庫是食品企業(yè)生產(chǎn)加工工藝組成的一部分。它的主要任務(wù)是對企業(yè)所加工的食品進(jìn)行冷卻和凍結(jié),并作短期的儲存。
(2)分配性冷庫
這類冷庫建在大、中城市,水陸交通樞紐和人口較多的工礦區(qū),它的任務(wù)主要是接受儲藏已經(jīng)冷卻或凍結(jié)的食品,以保證市場的需要、出口計劃的完成和長期儲備。
(3)綜合性冷庫
這類冷庫設(shè)有較大的庫容量,應(yīng)有一定的冷卻和冷凍能力,它能起到生產(chǎn)性冷庫和分配性冷庫的雙重作用,是普遍應(yīng)用的一種冷庫類型。
2 冷庫根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分類
(1)土建式冷庫
冷庫的墻、柱、樓板等主體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),冷庫墻內(nèi)側(cè)鑲貼隔熱層當(dāng)隔熱層采用松散材料時,墻體則采用內(nèi)夾隔熱層的雙層結(jié)構(gòu)。
(2)裝配式冷庫
近年來,為了滿足缺乏建筑材料的邊遠(yuǎn)地區(qū)和經(jīng)濟快速發(fā)展城市,對食品加工、冷藏、保鮮冷庫的迫切需求。室內(nèi)裝配式冷庫被廣泛使用在各行各業(yè)。它用以聚氨酯作為芯材的預(yù)制隔熱板,在現(xiàn)場組裝而成,聚氨酯的容重小于45 3 ,導(dǎo)熱系數(shù)小于0. 02 ℃,厚度100～150 ,板寬1000～1200 ,板高6～8 。墻、頂板均由鋼架支撐,采用內(nèi)框架和外包隔熱層的形式。小型裝配式冷庫設(shè)在室內(nèi),由預(yù)制隔熱板快速拼接、組合而成,結(jié)構(gòu)簡單,如小型商場、酒店的食
品儲藏庫。室外大型裝配式冷庫,結(jié)構(gòu)相對要復(fù)雜一些,設(shè)有土建地基,冷庫地坪采用軟木或聚氨酯光板隔熱,下設(shè)防潮層、防凍通風(fēng)管或地壟墻架空層。房頂為防止日曬雨淋,設(shè)有波紋壓型薄鋼板制成的屋面。
3 優(yōu)化設(shè)計目的
裝配式冷庫的墻板、地板、頂板均由以聚氨酯材料為主的預(yù)制隔熱板制成,但是,由于不同位置、結(jié)構(gòu)和輔助材料的不同,使其單位面積的建設(shè)成本差別較大。一般來講由于冷庫地板采用了多種材料,其單位面積的建設(shè)成本要比冷庫的墻體要高得多。顯然,減少占地面積會使冷庫的建設(shè)投資較小,但是,占地面積的縮小,會使冷庫的高度增加,從而使由冷庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱而引起的耗冷量增大,用戶的運行使用費用提高,冷庫的鋼架立柱等方面的投資也會加大。因此,必須采用優(yōu)化設(shè)計的計算方法,才能得到最佳的冷庫結(jié)構(gòu),即使用戶建設(shè)冷庫的投資最少,又使用戶的運行費用最省,這就是本文要討論的主要問題。
以下以室外聚氨酯預(yù)制隔熱板裝配式冷庫為研究對象進(jìn)行詳細(xì)討論。
優(yōu)化設(shè)計及其常用方法
優(yōu)化設(shè)計是以數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為基礎(chǔ),以數(shù)字計算機為輔助工具的一種設(shè)計方法。優(yōu)化設(shè)計大體上有兩種方法:
(1)直接法:不用計算目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)值,而是通過直接計算函數(shù)值,并以之作為迭代、收斂根據(jù),最終求出最優(yōu)值的方法。有模式搜索法、轉(zhuǎn)軸法、單純形法、直接法等 ,這類算法比較簡單、編程容易但其主要問題是:收斂的速度比較慢,特別是當(dāng)自變量個數(shù)較多或目標(biāo)函數(shù)形態(tài)較好時,其效率比較低
