简明小型冷库讲义wc适宜于小型拼装冷库和小型土建冷库设计.docx
《简明小型冷库讲义wc适宜于小型拼装冷库和小型土建冷库设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简明小型冷库讲义wc适宜于小型拼装冷库和小型土建冷库设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
简明小型冷库讲义wc适宜于小型拼装冷库和小型土建冷库设计
小型冷库
小型冷库设计的基本步骤
一、深入了解冷库的设计任务
1、了解冷库的地理位置和环境条件
2、了解冷库的用途
3、了解冷库的设计要求
二、确定冷藏库的设计方案
1、确定库体结构形式和布局
2、确定制冷系统的设计方案
三、计算冷藏库的冷负荷
四、根据冷负荷选择冷藏库设备
1、按计算出的冷负荷选择冷水机组（或压缩机）
2、根据冷水机组要求选择冷却水塔，再根据冷却水塔要求选择冷却水泵（选用单压缩机时还应计算并选择冷凝器、节流阀及蒸发器，再根据所选冷凝器种类计算选择冷却风机或冷却水塔及冷却水泵）
3、按冷水机组参数选择相应的冷风机或计算蒸发盘管尺寸
4、选择监控仪表和安全自动控制器材
5、设计电气控制系统
冷库结构
一、冷库的概念
冷库是在特定的温度和相对湿度条件下，用来加工和储存食品的具有调温、保温等功能的专用建筑。
由保温围护系统、制冷系统、电控网络系统等组成的成套设备。
二、冷库的分类
1、按冷库用途分为
（1）生产性冷库：
进行食品加工并作短期的贮存。
特点是冷加工能力较大，食
品流通是零进整出。
（2）分配性冷库：
主要是接受经过冷加工的食品，一般作为市场供应、运输中
转或储备食品用，特电是冷藏量大，冻结能力小。
食品流通
是整进零出。
（3）综合性冷库：
这类冷库兼有生产性冷库和分配性冷库的特点，具有一定的
冷藏和冻结能力。
（4）服务性冷库：
一般建在较大的食品商店、菜场、饭店、食堂，用于直接为
消费者服务和调剂生活储存食品。
一般库容量较小。
2、按冷库的结构形式分为
（1）固定式冷库：
是永久固定的建筑物冷库，一般以砖石等为主要材料，就地
建筑而成。
优点是投资较小，操作管理较简单。
缺点是不能
搬迁且施工周期长。
固定式冷库可根据需要建成自然对流换
热式冷库、强制通风换热（间冷）式冷库和气调式冷库。
（2）组合式冷库：
又称可折式冷库、拼装式冷库或活动式冷库。
（3）整体式冷库：
这类冷库通常也叫冷藏冷冻箱，属于小型活动式的制冷设备，
全部器件由生产厂家先安装在一个箱体中，经调试检验后出
厂。
在使用时，只要按规定检查各开启阀门（开关），接通电源即可。
中小型冷库（箱）按制冷原理分，目前我国主要有蒸汽压缩式和吸收式，二者共同点，都是用高压制冷工质经膨胀阀节流降压，在低压下蒸发以制取冷量；不同点是把低压变为高压汽所采用的补偿过程，蒸汽压缩式制冷是消耗机械能，吸收式制冷是消耗热能。
按采用制冷剂分，有氟利昂系统和氨系统冷库等。
3、按冷库的大小分为：
（1）、小型冷库：
1000t以下；
（2）、中型冷库：
1000t~5000t；
（3）、大型冷库：
5000t以上。
三、冷库的基本组成
冷库由库体建筑、制冷系统、电气控制系统三大部分组成。
与电冰箱、冷藏箱类似，但冷库制冷量大，所需制冷机不同，对降低冷库温度、确保电机安全起动和自动控制等都有所区别。
因此冷库除制冷压缩机、冷凝器、蒸发器等主要设备外，节流装载采用热力膨胀阀，还增添了气液分离器、油分离器、贮液器、中间冷却器、自动控制元件、各种阀门和电器等。
目前，我国冷库因制冷系统所用工质不同，有氨系统和氟系统之分。
大中型冷库多采用氨制冷系统，小型冷库一般都采用氟利昂制冷系统。
四、冷库的结构形式
1、固定式冷库（土建冷库）：
（1）、图1是自然对流换热式冷库。
这种冷库是利用安装在冷库墙壁和库顶上的蒸发盘管（墙排管和顶排管）中的制冷剂蒸发吸热，冷却蒸发盘管周围空气，使库内形成冷热空气自然对流，来实现降低库内温度的目的。
特点是费用低，易管理，冷藏食品干耗小，但建造库体要求较高，施工周期较长，库内降温速度慢，库温不太均匀。
（2）、图2是强制通风换热（间冷）式冷库。
这类冷库是利用装在库内的风机使库内空气对流，当空气经过换热器表面时温度降低，低温空气再将库内温度带给换热器而实现降温的。
特点是降温速度快，库内温度分布均匀，缺点是库内食品干耗较大，功耗大。
（3）、图3是气调式冷库。
这类冷库是在一般冷库的基础上发展而来的，具有空气调节和净化功能的冷库。
它是利用气体洗涤器中的苛性钠、生石灰或水幕除去库内空气中的二氧化碳和水份。
再利用除臭器中的活性碳进行除臭和控制库外空气的流入量而对库房内的氧气浓度进行补充，从而保证库内有害气体的及时排除。
并根据需要，输入一定量的氮气。
特点是食品保鲜能力好，库内氧气浓度可得到较快调节，空气质量恢复快，冷藏食品可随时出入。
2、组合式冷库（拼装冷库）：
图4是组合式冷库外形图。
这类冷库是利用预制好的绝热板块拼装而成的。
预制板块多用金属板（小容积冷库也可用塑料板）与高性能绝热材料构成。
其特点是建造速度快，体轻，可搬迁，绝热防潮隔汽效果好，管理费用低。
也可根据需要建成自然对流换热式冷库、强制通风换热（间冷）式冷库和气调式冷库。
3、整体式冷库（冷藏冷冻箱）：
图5是整体式冷库的外形图。
其特点是结构紧凑，使用方便，近年来开始采用R502混合制冷剂和旋转式压缩机，使这类冷库的机组体积和重量更为减小，更便于搬迁。
小型冷藏库的冷负荷简易计算法
冷藏库冷负荷实际上是冷藏库消耗的冷量。
计算冷负荷的目的是在于根据它的数值确定冷却设备的容量和选择制冷机组。
制冷装置运行时的制冷量只有同冷负荷相平衡时，冷藏库才能维持稳定的温度和相对湿度。
通常冷负荷Q由以下五部分热量组成：
（1）温差渗入热Q1
（2）太阳辐射热Q2
（3）货物热Q3
（4）换气热Q4
（5）操作热Q5
根据现代冷负荷理论，严格来讲，上述五种热量之和并不等于真正的冷负荷。
因为实际上存在着隔热层的蓄放热作用，热量传递的时间延迟等因素。
但是这种计算比较繁琐。
为了简便起见，在这只简明介绍冷藏库在某一代表性时刻得到的上述五种热量之和等于冷负荷的传统计算方法。
一、冷负荷计算
1、温差渗入热Q1
冷藏库内外空气温差通过围护结构渗入的热量，称为温差渗入热，用Q1表示。
Q1=ΣKF（tH－tn）（kW）
式中：
K——外墙或内隔墙两侧的传热系数（kW/㎡·℃）。
K的简易计算方法是规定出单位表面积耗冷量控制指标q后,按公式K=q/△t计算。
根据冷库内外温差不同和隔热材料、隔热构造不同，q的取值也不同，见[表1]。
F——冷藏库围护结构的计算面积，（㎡）。
tH——库外环境空气的温度，（℃）。
tn——冷库库温，（℃）。
计算外墙渗入热时，tH取当地空气调节日平均温度twp，见[表2]。
计算内墙渗入热时，tH取该内墙相邻间的空气温度。
若相邻间也是冷间时，它有规定的温度；若相邻间不是冷间时，可用下述近似方法确定tH值。
当邻间有门窗与室外相通时，tH=0.7（twp－tn）+tn
当邻间没有门窗与室外相通时，tH=0.6（twp－tn）+tn
当邻间为地下室时，tH=0.5（twp－tn）+tn
计算地坪渗入热时，若地坪没有加热防冻装置时，tH≈0℃，而传热系数K等于地坪隔热层到冷间空气的传热系数。
[表1]单位表面积耗冷量控制指标q（W/㎡）
围护结构部位
温差
△t（℃）
单位表面积耗冷量控制指标q（W/㎡）
稻壳隔热
软木隔热
聚苯乙烯隔热
聚氨酯预制板隔热
冻结间外墙
55
10.5
12.8
10.5
10.5
冷藏间外墙
50
8.1
8.1
8.1
8.1
屋顶通风阁楼
49
8.1
8.1
8.1
8.1
屋顶无阁楼
49
12.8
12.8
12.8
地坪
49
12.8
12.8
12.8
[表2]部分城市夏季空气调节日平均温度twp
城市
北京
上海
南京
杭州
长沙
广州
昆明
苏州
夏季空气调节日平均温度twp（℃）
20
30
32
32
32
30
23
31
注：
参考城市气象资料表。
2、太阳辐射渗入热Q2
冷间外围护结构因吸收太阳辐射热而附加的渗入热量，用Q2表示。
Q2=ΣK0F0△tS（kW）
式中：
K0——外围护结构传热系数，（kW/㎡·℃）。
按前面K值计算方法计算。
F0——外围壁传热面积，（㎡）。
△tS——冷藏库外围壁由于受到太阳辐射而引起的附加的当量温升，（℃）。
它同围壁朝向、表面颜色和粗糙度有关。
工程上为简便起见，△tS值可[表3]查得。
[表3]附加当量温升△tS
围护结构名称
条件
△tS（℃）
外墙
外表面太阳辐
射热吸收系数α
墙的朝向
南
东南、西南
东、西
东北、西北
北
0.65
4.5
6
6.5
5
3
0.75
5.2
7
7.5
6
3.5
屋顶
顶棚传热系数K0
W/（㎡·℃）
顶棚保温屋盖不保温
屋盖上有通风屋面
（无吊顶）
吊顶内无通风
吊顶内有通风
1.16
8~10
6~8
1.16
5~7
3~5
3~5
注：
（1）此表适用于外墙砖厚大于或等于240mm条件；
（2）当屋顶下面没有吊顶，或没有通风屋面时，其△tS要用屋盖综合温升（△tZW－tWp+tn）值，详见《空调设计手册》
3、货物热Q3
用制冷装置冷却货物时，货物不断防出热量，使其温度下降、冻结或回冷。
对不含液体成分的货物，制冷装置可将其冷却到任何工艺所需的温度。
对含有液体成分的货物，冷却过程只能进行到它开始冻结的温度。
继续冷却时货物发生冻结过程，货物中的液态成分转变成固态。
回冷过程是指冻结货物由于其它原因受热，部分冻结融化，而用制冷装置再次冷却、冻结它，使它回复到原来的冻结状态。
对于每个过程，货物热的具体计算如下：
（1）冷却过程
Q3=G·c1（t1－t2）/（3600×24）（kW）
式中：
G——平均一昼夜最大进货量或最大生产量，（kg）。
c1——被冷却货物的比热，（kJ/kg·K），见[表4]
t1、t2——货物冷却前后的温度，（℃）。
[表4]几种食品的比热
食品名称
最高冻结温度（℃）
比热（kJ/kg·K）
食品名称
最高冻结温度（℃）
比热（kJ/kg·K）
冻结前
冻结后
冻结前
冻结后
鲜鸡蛋
-1
3.18
1.67
苹果
-2
3.85
1.88
牛肉
-1.5
3.18
1.77
香焦
-1
3.74
1.76
猪肉
-1.7
2.26
1.34
橘子
-1.05
3.77
1.93
鲜鱼
-2.22
3.43
1.80
桃子
-1.1
3.77
1.93
鲜牛奶
-0.56
3.85
1.93
梨子
-2
3.85
1.88
（2）冻结过程
有的货物不仅要冷却，还要冻结。
冻结过程分三个阶段：
①货物从初始温度t1冷却到开始冻结的温度t；②进一步冷却时货物在等温t下冻结；③冷冻后货物温度从t降至t2。
这样：
Q3=G[c1（t1－t）+335d·ω+c2（t－t2）]/（3600×24）（kW）
或：
Q3=G·（h1－h2）/（3600×24）（kW）
式中：
d——货物中的含湿量，（kg/kg）。
ω——货物冷却到t2时含湿量中的冻结率
c2——货物冻结后的比热，（kJ/kg·K）。
h1、h2——货物冷冻前后的焓值，（kJ/kg）。
（3）回冷过程
Q3=G[335d（ω2－ω1）＋c2（t1－t2）]/（3600×24）（kW）
式中：
ω1——货物回冷前温度t1时含湿量中的冻结率
ω2——货物回冷后温度t2时含湿量中的冻结率
对于周期性工作的冷库，货物热在整个工作过程中有很大的变化。
货物刚进入冷库时，由于与冷间有最大的温差，所以散热量大，随后温差逐渐变小，散热量也逐渐变小。
而上述公式计算出的货物热是指整个冷却过程中的平均值。
显然，根据该值来确定冷间的设备负荷和选配冷却设备是不能满足冷间进货时的冷却要求的。
因此应将上述算得的货物热再乘以一个工作系数λ（取λ=1.3）。
对于连续工作的冷库，由于连续进货，货物热在整个工作过程中比较均匀，因此不需乘以工作系数。
4、换气热Q4
一些储藏蔬菜、水果的冷间，需定时用新鲜空气更换冷间内的空气，维持冷间中空气的含氧量。
保持蔬菜和水果的新鲜。
这部分进入冷间的新鲜空气被冷却到冷间温度所放出的热量形成冷间的换气热。
Q4=n·V·ρ（hW－hn）/（3600×24）（kW）
式中：
V——冷间的净容积，（m3）。
n——冷间每昼夜需要的换气次数，一般为3~6次。
ρ——冷间中空气的密度，（kg/m3）。
hW——室外空气的焓值，宜采用夏季空气调节干球温度和湿球温度来确定，（kJ/kg）。
hn——冷间内空气的焓值，（kJ/kg）。
5、操作热Q5
因冷库操作人员和各种发热设备工作而产生的热量称为操作热。
主要包括以下项目：
（1）照明热Q5—1
Q5—1=q4—1·F×10－3（kW）
式中：
q4—1——单位面积冷间所需照明热，（W/㎡）。
按冷库照明规定，值如[表5]所示
F——冷间面积，（㎡）。
[表5]冷库照明热q4—1值
项目
生产性冷库
大贮藏库
小贮藏库
配用照明功率（W）
7.5
3
3
工作系数
0.6
0.35
1.0
照明热q4—1（W/m2）
4.5
1.1
3
（2）动力热Q5—2
冷库中某些工作机械，如冷风机、搅拌机等都需用电动机拖动，电动机的能量最终都转变为热量，这部分热量叫动力热。
Q5—2=Σ（η1·η2·Ne/η）（kW）
式中：
η1——负荷系数，平均实耗功率与电动机安装功率的比值。
η2——同时工作系数，由冷间的工艺过程决定，一般为0.7~1.0。
η——电动机效率。
Ne——各种机械所配电动机的总功率，（kW）。
（3）人体热Q5—3
Q5—3=0.125n·q5—3×10－3（kW）
式中：
n——同时操作人员数，可按平均1人/250m2。
q5—3——每个操作人员所产生的热量，W。
在冷库中，操作人员处于中等劳动强度，当库温高于或等于－5℃时，按280W/人,当库温低于－5℃时，按400W/人。
0.125——工作系数，即假定工作人员在24h内平均有3h在冷库内工作。
（4）开门热Q5—4
冷库开门时，库外空气侵入而带入的热量和湿量。
一般只能利用经验数据计算。
Q5—4=F·q5—4×10－3（kW）
式中：
F——冷库面积，（㎡）。
q5—4——每1m2冷库面积的平均开门热，（W/㎡）。
其值见[表6]。
[表6]每1m2冷库面积的平均开门热q5—4（W/m2）
冷库用途
冷间面积（m2）
<50
<150
>150
冷却间、冻结间
收、发货间
冷却物冷藏间
冻结物冷藏间
18.5
46.5
17.5
13.0
9.5
23.0
9.3
7.0
7.0
11.5
7.0
4.5
注：
此表的数值适用于层高为3.6m以下的冷库，当层高增加时，其数值成比例增加。
对制冷机组而言，由于各冷间的操作热不可能同时发生，所以可乘以系数（0.5~0.75），则总的操作热Q5为：
Q5=（0.5~0.75）·（Q5—1＋Q5—2＋Q5—3＋Q5—4）（kW）
但是对确定每个冷间的设备负荷而言，由于操作热的各项组成可能会同时出现，所以计算冷间的设备操作热时应取各项之和，即
Q5=Q5—1＋Q5—2＋Q5—3＋Q5—4（kW）
6、冷负荷的估算法
冷库冷负荷作近似估算时，不必象上述所说那样列出细项计算，而可按每1m2冷库面积的统计性综合指标按下式进行估算。
Q=qF·F×10－3（kW）
式中：
qF——冷库单位面积冷负荷综合指标，（W/㎡）。
见[表7]
F——冷库面积，（㎡）。
[表7]冷库单位面积冷负荷综合指标qF（W/m2）
冷间类型
库内温度（℃）
单层冷库
多层冷库
冷却间
冻结间
冷却物冷藏间
冻结物冷藏间
穿堂
储冰间
收发货间
－2~0
－30
－3~＋4
－20
－10
－4
＋12
80~100
850~900
80~95
70~90
450~500
85~95
35
50~60
850~900
60~65
45~65
450~500
60~65
35
二、冷却设备负荷QL和机械负荷Q的确定
对每个冷间，将前面计算出的Q1、Q2~Q5各项加起来，乘上一个安全系数P，就可得到冷间的冷却设备负荷
QL=P·（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6）（kW）
式中：
QL——冷间冷却设备负荷，（kW）。
P——安全系数,一般取1.1~1.2。
上式中货物热Q3的值应根据冷间的工作情况考虑是否要增大。
安全系数主要包括冷负荷计算中的误差和一些没有考虑到的热量。
求得QL之后，选定制冷剂并确定适当的蒸发温度（一般比冷间温度低8~10℃），然后根据传热理论计算所需冷却设备（冷风机或冷却排管）的大小。
（1）确定机械负荷的目的就是选择所需的制冷压缩机组的型号及台数。
Q=A·∑QL（kW）
式中：
QL——各冷间冷却设备的冷负荷，（kW）。
A——附加系数，它包括制冷剂管道、载冷剂管道等的制冷量损失。
一般对直接蒸发式制冷系统，A=1.05~1.07；对间接冷却式制冷系统，A=1.10~1.15；对蒸发温度在－60~－100℃的制冷系统，A=1.15~1.20。
（2）将制冷量Q折算成标准制冷量Q0（假定冷凝温度不变）。
Q0=Q·（λ0n·qv0/λ·qv）·（24/H）（kW）
式中：
λ0n——在标准工况时的输气系数，查手册或产品目录
λ——在实际工况时的输气系数，查手册或产品目录
qv0——在标准工况时的单位容积制冷量，查手册或产品目录
qv——在实际工况时的单位容积制冷量，查手册或产品目录
H——制冷装置每昼夜的工作时间，一般为16~18h。
若有不同蒸发温度的冷间共用一套制冷机组，则应该用最低的蒸发温度所对应的λ和qv值代入上式进行计算。
冷库设备的选型
一、设备选型
1、冷库的设备主要分两类：
（1）、散件设备
这类冷库设备要在现场安装、连接管路和电路、对系统进行排污、试压及真空检漏、工质充注、试运行后交付使用。
现场工作量大，对备料和总体质量难以控制，安装时需配备大量的施工工具（如焊接设备、起重工具、电气仪表、安装工具等），而工具的现场利用率低，管理困难。
（2）、整套设备（一体机）
这类冷库设备能在工厂里完成所有制作及校检工作，对系统的质量能得到有效控制，工具及工装设备利用率高，现场安装简便，施工周期短。
目前，国内外中小型冷库中得到广泛使用，最大单机装机容量已达15kW，且设备有向大容量、模块化、控制网络化方向发展的趋势。
2、冷库设备选型
冷库设备的选型按前面计算的标准制冷量Q0进行，确定制冷机的形式和台数，一般在400kW以下的，选用活塞式制冷机较多，超过400kW时应考虑螺杆式制冷压缩机或离心式制冷压缩机，在确定台数时应考虑备用机组的问题。
近年来由于压缩机、压缩冷凝机组、冷凝器、冷风机等的制造厂家在产品样本等技术资料中提供了详细完整的性能参数，同时提供在实际运行工况下的全性能修正系数，选用时只要按冷库所需的制冷负荷及有关循环计算参数，查阅厂家设备的样本技术资料
即可。
而冷库一体机的选型更加方便。
二、制冷机的制冷量校核
（1）选用压缩机后，按压缩机的主要技术参数：
气缸直径D，活塞行程L，气缸数S，转速r（r/min），制冷剂种类。
（2）在lgp—h图上确定制冷工况：
冷凝温度tk，相应的冷凝压力pk，蒸发温度t0，相应的蒸发压力p0，t1，t3。
各点的焓值：
h1，h2，h3,4及V1。
如右图示。
（3）校核制冷工况下的制冷量：
单位质量制冷量：
q0=h1－h4=h1－h3；（kj/kg）
压缩机理论排气量：
Vh=π·D2·L·r·S·60/4；（m3/s）（式中：
D、L——气缸直径和活塞行程，单位用m）。
输气系数λ：
查下图
制冷剂循环量：
G=Vh·λ/V1（m3/s）
压缩机的实际制冷量：
QS=G·q0（kW）
若计算出的结果是QS>Q0，则制冷机的制冷量能满足冷库要求。
三、蒸发排管的计算
目前，小型冷藏库的设备多选用氟利昂压缩机组（冷水机组）。
只要按计算出的Q0选择压缩机即可，不需要再计算冷凝器及节流阀等部件。
若库内采用冷风机，则只要选用与冷水机组匹配的型号的冷风机即可。
对于有冻结间和冷藏间的冷库。
冻结间宜采用冷风机；而冷藏无包装食品的冷藏间必需采用蒸发排管，以减少食品干耗；冷藏有包装食品的冷藏间可采用微风速冷风机。
当库内采用蒸发排管时，就要对排管进行计算。
蒸发排管的传热面积F应按前面求得的QS进行计算：
F=QS/K△tm（㎡）
式中：
K——蒸发器排管的传热系数（kW/㎡·℃），与排管材料、结霜的厚度、冷剂量及运行工况等有关，计算比较复杂，应按具体情况进行计算。
△tm可按下式计算求出：
（℃）
上式中：
t1w、t2w——货物进、出冷库的温度，（℃）。
t0——蒸发温度，（℃）。
则蒸发盘管的长度L按下式计算：
L=F/πd（m）
式中：
d——排管外径，m。
说明：
以上关于冷库的设计计算方法只适宜于小型拼装冷库和小型土建冷库。
且只适宜于中等职业技术学校的教学中使用。
实际设计时上述各图表中的数据不可用，准确数据应以相应的设计手册为准。
升级会员 