冷庫是冷鏈體系的關鍵設備之一,其設計技術的優(yōu)劣,將直接關系到冷庫的初期建設總投資、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)化設計結果和工程實例進行對比分析,最優(yōu)化設計在冷庫設計中是可行,并對工程設計具有指導意義。

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鍵設備之一,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,冷庫設計技術的優(yōu)劣,將直接關系到冷庫的初期建設投資費用、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。通過大量的實踐證明:采用計算機輔助軟件,進行冷庫的優(yōu)化設計,是降低冷庫綜合費用的有效辦法之一。

　　冷庫結構和優(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。它的主要任務是對企業(yè)所加工的食品進行冷卻和凍結,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),它的任務主要是接受儲藏已經(jīng)冷卻或凍結的食品,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

　　這類冷庫設有較大的庫容量,應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,是普遍應用的一種冷庫類型。

　　2　冷庫根據(jù)結構的不同分類

　　(1)土建式冷庫

　　冷庫的墻、柱、樓板等主體采用鋼筋混凝土結構,冷庫墻內(nèi)側鑲貼隔熱層當隔熱層采用松散材料時,墻體則采用內(nèi)夾隔熱層的雙層結構。

　　(2)裝配式冷庫

　　近年來,為了滿足缺乏建筑材料的邊遠地區(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制隔熱板,在現(xiàn)場組裝而成,聚氨酯的容重小于45 3 ,導熱系數(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。小型裝配式冷庫設在室內(nèi),由預制隔熱板快速拼接、組合而成,結構簡單,如小型商場、酒店的食

　　品儲藏庫。室外大型裝配式冷庫,結構相對要復雜一些,設有土建地基,冷庫地坪采用軟木或聚氨酯光板隔熱,下設防潮層、防凍通風管或地壟墻架空層。房頂為防止日曬雨淋,設有波紋壓型薄鋼板制成的屋面。

　　3　優(yōu)化設計目的

　　裝配式冷庫的墻板、地板、頂板均由以聚氨酯材料為主的預制隔熱板制成,但是,由于不同位置、結構和輔助材料的不同,使其單位面積的建設成本差別較大。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,從而使由冷庫圍護結構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)化設計的計算方法,才能得到最佳的冷庫結構,即使用戶建設冷庫的投資最少,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制隔熱板裝配式冷庫為研究對象進行詳細討論。

　　優(yōu)化設計及其常用方法

　　優(yōu)化設計是以數(shù)學規(guī)劃理論為基礎,以數(shù)字計算機為輔助工具的一種設計方法。優(yōu)化設計大體上有兩種方法:

　　(1)直接法:不用計算目標函數(shù)的導數(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,特別是當自變量個數(shù)較多或目標函數(shù)形態(tài)較好時,其效率比較低