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(jī)、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(dá)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(fèi)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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)，如氨對臭氧層危害小、容易獲取、價(jià)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、流動阻力小；缺點(diǎn)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但對大氣臭氧層破壞嚴(yán)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(fèi)用低易獲取、穩(wěn)定性好、安全無毒，不可燃。缺點(diǎn)是運(yùn)行壓力高，需專業(yè)維護(hù)。
在衡量制冷劑時(shí)，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(gè)關(guān)鍵性考核指標(biāo)。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(dāng)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(diǎn)。
國內(nèi)外對二氧化碳在低溫制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用研究多為復(fù)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(yùn)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(yán)格，一旦某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將影響整個(gè)制冷系統(tǒng)。因此，直接制冷方式很少應(yīng)用于大型制冷系統(tǒng)，這也是許多液氨直接制冷庫要進(jìn)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(jìn)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(diǎn)和沸點(diǎn)都不夠理想，有些還會嚴(yán)重銹蝕金屬，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)日常維護(hù)費(fèi)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(yùn)轉(zhuǎn)，需要好的載冷劑與制冷機(jī)相配套。
3.冷凝機(jī)組的選擇
根據(jù)冷庫的規(guī)模和設(shè)計(jì)溫度等因素，選擇合適的冷凝機(jī)組是制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。冷凝機(jī)組按所選壓縮機(jī)類型，可分為渦旋式冷凝機(jī)組、活塞式冷凝機(jī)組和螺桿式冷凝機(jī)組；按冷卻方式可分為風(fēng)冷冷凝機(jī)組、蒸發(fā)冷冷凝機(jī)組和水冷冷凝機(jī)組；按使用溫度，又可將冷凝機(jī)組按高溫、中溫、低溫、超低溫進(jìn)行劃分。
按壓縮機(jī)類型來看，渦旋式冷凝機(jī)組具有噪音低、體積小、密封性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。目前，渦旋式壓縮機(jī)及其冷凝機(jī)組都呈現(xiàn)大型化發(fā)展趨勢，市場上存在60～90HP冷庫項(xiàng)目使用多套15HP或者30HP渦旋并聯(lián)的情況，多機(jī)并聯(lián)進(jìn)一步擴(kuò)大了渦旋機(jī)組的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步擠壓活塞式冷凝機(jī)組的市場。
螺桿式冷凝機(jī)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(jī)組剛好能夠滿足大冷量、低庫溫、低耗損、不間斷運(yùn)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(jī)組企業(yè)完成螺桿并聯(lián)技術(shù)的革新，并對機(jī)組整體能效進(jìn)行提升，螺桿式冷凝機(jī)組的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
雖然面對雙重?cái)D壓，但活塞式冷凝機(jī)組被替代的趨勢已經(jīng)有所減弱?；钊綁嚎s機(jī)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(shí)具有較高性價(jià)比。目前，活塞式冷凝機(jī)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(fēng)冷、蒸發(fā)冷和水冷三種冷凝機(jī)組，占比基本穩(wěn)定，冷卻方式不受壓縮機(jī)類型和冷凝機(jī)組本身的限制，主要由客戶主導(dǎo)。在三種冷卻類型中，風(fēng)冷冷凝機(jī)組產(chǎn)品占比最大。風(fēng)冷產(chǎn)品系統(tǒng)安裝簡便，初投資和維護(hù)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(fēng)冷冷凝機(jī)組的應(yīng)用范圍較為廣泛，特別適合小型制冷項(xiàng)目。隨著冷庫行業(yè)的發(fā)展，風(fēng)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(yùn)營維護(hù)成本較高，主要用于大型制冷項(xiàng)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(jì)的大型冷庫都會采用蒸發(fā)冷冷凝機(jī)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(jī)組市場占比最小，且呈下降趨勢。
總的來看，小型項(xiàng)目用戶更傾向于選擇風(fēng)冷系統(tǒng)，大型項(xiàng)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(jī)組和冷凝器不能放到外面的純室內(nèi)項(xiàng)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(yùn)維成本，以及當(dāng)?shù)貧夂驐l件，來選擇采用相應(yīng)的冷卻方式。
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(jī)器設(shè)備安裝在特設(shè)的機(jī)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(jī)房集中供冷的方式是目前應(yīng)用最為廣泛的一種組合方式。一套制冷裝置可以承擔(dān)冷加工、冷藏、制冰等多種制冷負(fù)荷，同時(shí)若干個(gè)庫房集中供冷，機(jī)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(fèi)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(fù)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(jī)、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(jī)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(fēng)管道就可以投入運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，一套制冷機(jī)組負(fù)責(zé)向一間庫房供冷，各庫房都是獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，各不干擾，控溫準(zhǔn)確，從而簡化現(xiàn)場安裝，建設(shè)周期縮短。但由于各個(gè)制冷機(jī)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(shí)，會將冷凝熱排到室外，危害環(huán)境，且浪費(fèi)能源。其實(shí)，制冷系統(tǒng)中的熱量主要來自冷間熱量和壓縮機(jī)功耗轉(zhuǎn)換的熱量，如果能利用好這些余熱，就可以相應(yīng)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(jī)等功耗所損失的熱量，把其導(dǎo)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(yīng)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(jìn)行冷庫制冷、控溫等操控。自動化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度和管理，從而達(dá)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(yùn)行控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動保護(hù)、數(shù)據(jù)的采集與處理，以及報(bào)表的自動生成。
二、規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)
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(jì)，需要結(jié)合冷鏈物流自身特點(diǎn)展開，并應(yīng)把握以下要點(diǎn)：
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(yùn)行的穩(wěn)定性。在進(jìn)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(shí)，要保證具有較高的安全性和可靠性，為冷鏈安全護(hù)航。
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(yùn)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(jì)中，應(yīng)更加重視環(huán)保材料、制冷劑和裝備的應(yīng)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(yīng)用，冷鏈全流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)，并助推設(shè)備控制、系統(tǒng)運(yùn)行向著智能化方向發(fā)展，從而更好地進(jìn)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(jìn)一步提升。