《制冷技术与应用》电子课件

《制冷技术与应用》

电子课件第二版陈汝东主编上海电力学院能源与环境工程学院工程热物理学科9/12/20231《制冷技术与应用》

电子课件第二版上海电力学院8/3/202第十章冷藏库10-1冷藏库概述

10-2冷库制冷系统的设计9/12/20232第十章冷藏库10-1冷藏库概述8/3/202本章基本要求了解冷藏库食品冷加工工艺，熟悉食品冷加工对温湿度的要求及冷加工库房所需的冻结设备；掌握库房耗冷量的计算方法、双级压缩制冷系统的中间温度确定方法及制冷机器和设备的选型计算；熟悉直接膨胀、重力供液和氨泵供液等制冷系统的优缺点及工程设计时应注意的事项。

9/12/20233本章基本要求了解冷藏库食品冷加工工艺，熟悉食品冷加工对温湿度§10-1冷藏库概述

冷藏库：在特定的温度和相对湿度的条件下，对食品、工业原料等进行加工或存储的建筑物。一、冷库的分类1、按结构形式分类（1）土建式冷库：主体和地下荷重结构都用钢筋混凝土，其围护结构墙体用砖砌；隔热材料：稻壳、软木、膨胀珍珠岩等。（2）装配式冷库：主体结构（轻钢）、围护结构（预制的复合隔热板组装）；隔热材料：聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料等。（3）天然洞体冷库：西北地区，以天然洞体作库房，以岩石、黄土等作为天然隔热材料。9/12/20234§10-1冷藏库概述冷藏库：在特定的温度和相对湿度的条件一、冷库的分类2、按使用性质分类（1）生产性冷库：建在食品产地附近、货源集中地区和渔业基地，冷加工，短期冷藏，运往销售地区；特点：较大的冷加工能力、一定冷藏容量。（2）分配性冷库：建在大中城市、人口较多的工矿区和水陆交通枢纽一带，储存经过冷加工的食品；特点：冻结量小，冷藏量大，多种食品的储存。（3）零售性冷库：建在工矿企业或城市的大型副食品店、菜场内，临时储存零售食品；特点：库容量小，储存期短，大多采用装配式冷库。3、按规模大小分类9/12/20235一、冷库的分类8/3/20235一、冷库的分类类型大型冷库中型冷库小型冷库冷藏容量10000t以上1000~10000t1000t以下生产性冷库的冻结能力120~160t/d40~120t/d20~40t/d分配性冷库的冻结能力40~80t/d20~60t/d20t/d以下4、按制冷设备选用制冷剂：氨冷库、氟利昂冷库。5、按使用库温要求分类（1）冷却库：高温库，库温一般控制在不低于食品汁液的冻结温度，用于果蔬之类食品的储藏。冷却库、冷却间：0℃左右，冷风机进行吹风冷却。9/12/20236一、冷库的分类类型大型冷库中型冷库小型冷库冷藏容量10000一、冷库的分类5、按使用库温要求分类（2）冻结库：低温冷库，库温-20~-30℃左右，冷风机或专用冻结装置实现对肉类食品的冻结。（3）冷藏库：即冷却或冻结后食品的储藏库；冷却食品的冷藏间：4~-2℃，相对湿度85%~95%，定期通风换气；冻结食品的冷藏间：-18~-25℃，相对湿度90%~95%，较长期储存冻结食品。9/12/20237一、冷库的分类5、按使用库温要求分类8/3/20237二、冷库的组成1、主库名称定义室温冷却设备冷却间冷却加工的库房0℃~-2℃冷风机冻结间冻结物-15℃~-18℃-23℃~-30℃冷风机或专用冻结装置再冻间冻结物〉-8℃同上同上冷却物冷藏间鲜蛋、果蔬，引入适量新鲜空气4

℃~-2℃相对湿度85%~95%冷风机冻结物冷藏间较长期储藏食品-18℃~-25℃相对湿度95%~98%墙排管或顶排管9/12/20238二、冷库的组成1、主库名称定义室温冷却设备冷却间冷却加工的库二、冷库的组成1、主库其他（1）气调保鲜间：针对果蔬储藏，氧气2%~5%，二氧化碳0%~4%；（2）制冰间：靠近设备间，水产冷库把它设于多层冷库的顶层；（3）穿堂：食品进出的通道，起到沟通各冷间，便于装卸周转的作用；（4）辅助间：电梯间、挑选间、包装间、分发间、副产品冷藏间、次品冷藏间、楼梯间等。9/12/20239二、冷库的组成1、主库8/3/20239二、冷库的组成2、制冷压缩机房及设备间（1）制冷压缩机房：安装制冷压缩机、中间冷却器、调节站、仪表屏及配用设备等；（2）设备间：安装壳管卧式冷凝器、储氨器、气液分离器、循环储液桶、氨泵等设备；（3）变、配电间。3、生产厂房：屠宰车间、理鱼间或整理间、加工车间化验室、冷却水塔、水泵房、仓库等。4、办公、生活用房5、危险品仓库9/12/202310二、冷库的组成2、制冷压缩机房及设备间8/3/202310三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构（1）冷库地基与基础；（2）冷库的柱和梁；柱：钢筋混凝土，纵横间距6m×6m，大型冷库16m×16m或18m×6m；截面：正方形；大型单层冷库库内净高：≥6m；中小型单层冷库：4~8m；多层冷库：4~8m；梁：楼板梁、基础梁、过梁等，预制或钢筋水泥浇制。9/12/202311三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构8/3三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构（3）冷库墙体砖墙：240~370mm；砖外墙：两面均以1:2水泥砂浆抹面；油毡隔气：二毡三油；隔热层：泡沫塑料、软木、矿渣、棉等；分间冷库：相邻两间△t≤5℃不隔热内墙，以120mm或240mm厚砖墙为宜，两面用水泥砂浆抹面。9/12/202312三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构8/3三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构（3）冷库墙体9/12/202313三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构8/3三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构（4）冷库屋盖、楼板及阁楼层屋盖隔热结构：坡顶式、整体式、阁楼式；阁楼式隔热屋盖：通风式、封闭式、混合式；楼板：预制板或现场钢筋混凝土浇制。9/12/202314三、土建式冷库的建筑结构和特点1、土建式冷库的建筑结构8/3三、土建式冷库的建筑结构和特点2、土建式冷库的隔热处理9/12/202315三、土建式冷库的建筑结构和特点2、土建式冷库的隔热处理8/3三、土建式冷库的建筑结构和特点3、土建式冷库围护结构的防潮处理9/12/202316三、土建式冷库的建筑结构和特点3、土建式冷库围护结构的防潮处三、土建式冷库的建筑结构和特点4、土建式冷库的地坪防冻胀处理冷库底层冷间设计温度低于0℃，防冻胀方法如下表。9/12/202317三、土建式冷库的建筑结构和特点4、土建式冷库的地坪防冻胀处理三、土建式冷库的建筑结构和特点4、土建式冷库的地坪防冻胀处理9/12/202318三、土建式冷库的建筑结构和特点4、土建式冷库的地坪防冻胀处理四、装配式冷库的建筑结构和特点1、类型：室内装配式、室外装配式2、室外装配式：钢结构骨架，并辅以隔热墙体、顶盖和底架，其防潮隔热及降温等性能要求类同于土建冷库。库容量500~1000t，商业、食品加工业用。9/12/202319四、装配式冷库的建筑结构和特点1、类型：室内装配式、室外装配四、装配式冷库的建筑结构和特点3、室内装配式：活动装配冷库库容量5~100t，组合装配：500t以上；适合：宾馆、饭店、菜场、商业食品；库板：刚性夹心组合板，板内硬质聚氨酯或聚苯乙烯泡沫塑料。9/12/202320四、装配式冷库的建筑结构和特点3、室内装配式：活动装配冷库8§10-2冷库制冷系统的设计

一、冷库建筑的平面设计根据：严格的生产工艺流程进行库房的合理布置，尽量减少非生产性建筑面积，提高建筑的利用率，降低建筑造价，减少投资。9/12/202321§10-2冷库制冷系统的设计一、冷库建筑的平面设计8/3§10-2冷库制冷系统的设计

一、冷库建筑的平面设计9/12/202322§10-2冷库制冷系统的设计一、冷库建筑的平面设计8/3§10-2冷库制冷系统的设计

二、冷库围护结构的隔热防潮设计1、围护结构的隔热计算-按稳定传热计算9/12/202323§10-2冷库制冷系统的设计二、冷库围护结构的隔热防潮设二、冷库围护结构的隔热防潮设计2、围护结构热惰性指标D的计算受到同样的室外周期波动热作用时，其D越大，则其内表面温度的波动越小。单层材料：多层材料：式中：R-热阻；S-材料的蓄热系数，通常以24h为周期进行S统计；a-热扩散率（a=λ/ρc）；i-层次。9/12/202324二、冷库围护结构的隔热防潮设计8/3/202324二、冷库围护结构的隔热防潮设计3、隔热材料厚度的计算（1）围护结构的热阻应能防止水蒸气在围护结构的表面上凝结。限定热阻：式中：tw-围护结构高温侧的气温（℃）；tn-围护结构低温侧的气温（℃）；tld-围护结构高温侧空气的露点温度（℃）；b-热阻的修正系数，D≤4时，b=1.2，其他值时，b=1；Rw-围护结构高温侧表面的热阻（m2·K/W）。结论：冷库围护结构的总热阻R必须大于Rmin。9/12/202325二、冷库围护结构的隔热防潮设计式中：tw-围护结构高温侧的气9/12/2023268/3/202326二、冷库围护结构的隔热防潮设计3、隔热材料厚度的计算（2）围护结构的总传热量应该在一定的限定范围内，相应的热阻限定值Ro见下表。结论：冷库围护结构的总热阻R也必须大于Ro。9/12/202327二、冷库围护结构的隔热防潮设计8/3/2023279/12/2023288/3/2023289/12/2023298/3/202329二、冷库围护结构的隔热防潮设计3、隔热材料厚度的计算

因此，冷库围护结构的总热阻R需大于Rmin和Ro中的大者。（3）计算隔热材料的厚度δ式中：δ，λ-隔热层的厚度（m）和导热系数（W/m·K）；R-需要达到的围护结构总热阻（m2·K/W）；R’-围护结构除隔热材料外所有建筑结构的总热阻（m2·K/W）。9/12/202330二、冷库围护结构的隔热防潮设计式中：δ，λ-隔热层的厚度（m二、冷库围护结构的隔热防潮设计4、围护结构的隔气防潮（1）原因：冷库内外存在温度差，空气中的水蒸气分压不同，且冷库内的水蒸气分压力低于外界空气中水蒸气分压力，就会发生水蒸气渗透现象。（2）方法：在外墙、屋顶、地坪等外围护结构中正确设置隔汽层；围护结构两侧温差等于或大于5℃时，应在温度较高一侧设置隔汽层。（3）材料：土建冷库（石油沥青、油毡、沥青防水塑料、聚乙烯塑料薄膜等）；

组合式冷库：表面层是防潮能力极好的不锈钢板或玻璃钢板不透水气的，无须设计。9/12/202331二、冷库围护结构的隔热防潮设计8/3/202331三、冷库冷负荷计算1、冷藏库的库容量（1）冷库的公称体积和库容量冷库的设计规模应以冷藏间或冰库的公称体积为计算标准。公称体积：按冷藏间或冰库的净面积（不扣除柱、门斗和制冷设备所占的面积）乘以房间净高。冷库计算吨位可按下式计算：式中G-冷库计算吨位，t；Vi-冷藏间或冰库的公称体积，m3；

ρ-食品的计算密度，kg/m3；

η-冷藏间或冰库的体积利用系数。9/12/202332三、冷库冷负荷计算8/3/202332三、冷库冷负荷计算1、冷藏库的库容量（1）冷库的公称体积和库容量冷藏间体积利用系数不应小于表10.4的规定值。9/12/202333三、冷库冷负荷计算8/3/202333三、冷库冷负荷计算1、冷藏库的库容量（1）冷库的公称体积和库容量冷库体积利用系数不应小于表10.5的规定值。9/12/202334三、冷库冷负荷计算8/3/202334三、冷库冷负荷计算1、冷藏库的库容量（2）库容量按冷库计算吨位计算。式（10-1）计算，食品密度见表10.6。按实际堆货体积计算冷库实际吨位。按货架存放托盘数计算冷库实际吨位。9/12/202335三、冷库冷负荷计算8/3/202335三、冷库冷负荷计算2、冷却间和冻结间的冷加工能力（1）吊挂式冷却间和冻结间式中md-设有吊轨的冷却间、冻结间每日冷加工能力，t；L-吊轨有效长度，m；md’-轨单位长度净载货质量，kg/m，按表10.7取值；t-货物冷加工时间,h。9/12/202336三、冷库冷负荷计算8/3/2023369/12/2023378/3/202337三、冷库冷负荷计算2、冷却间和冻结间的冷加工能力（2）搁架排管式式中mg-搁架式冻结间每日冷加工能力，t；N-搁架式冻结设备设计摆放冻结食品容器的件数；mg’-每件食品的净质量，kg；t-货物冷加工时间,h。9/12/202338三、冷库冷负荷计算8/3/202338三、冷库冷负荷计算3、库内外计算温度的确定（1）库内计算温度tn生鲜水果、蔬菜及鲜蛋等：0~-2℃；鱼、肉禽类等：-18℃；冻结库：-25℃。（2）库外计算温度tw见主要城市部分室外气象参数附表11。9/12/202339三、冷库冷负荷计算8/3/202339三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（1）围护结构传热引起的耗冷量Q1由于库内外空气温差而渗入的热量式中K-围壁结构的传热面积，W/（m2·K）；A-围壁的传热面积，m2；tw、tn-库外、库内空气的计算温度，℃。说明：外墙和内墙的高度均取冷库的层高；某冷库总的Q1T应是该冷库所有围壁温差渗入热量之和。9/12/202340三、冷库冷负荷计算由于库内外空气温差而渗入的热量式中K-围壁三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（1）围护结构传热引起的耗冷量Q1由于库内外空气温差而渗入的热量a、b：转角处库房的外墙长度；c：中间的库房、外墙长度；d、e、f：内墙长度；d、f或e、c:地坪和底的尺寸。9/12/202341三、冷库冷负荷计算由于库内外空气温差而渗入的热量a、b：转角三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（1）围护结构传热引起的耗冷量Q1围壁外表面吸收太阳辐射热后渗入的热量Q1C式中P-围壁外表面太阳辐射吸收系数；Jp-冷库各朝向表面每昼夜的平均辐射强度值，单位W/m2；

αw-外表面传热系数，W/(m2·K)。组合式冷库：围护结构传热不考虑太阳辐射热引起的部分。9/12/202342三、冷库冷负荷计算围壁外表面吸收太阳辐射热后渗入的热量Q1C三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（1）围护结构传热引起的耗冷量Q19/12/202343三、冷库冷负荷计算8/3/202343三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2货物冷却加工对于鲜蛋式中G’-冷间每日的进货量，kg/d；h1-货物进入冷间初始温度时的焓值，KJ/kg，附表12查得；h2-货物在冷间终止降温时的焓值，KJ/kg，附表12查得；

τ-货物冷却时间，取设计冷加工时间，h。（10.19）9/12/202344三、冷库冷负荷计算货物冷却加工式中G’-冷间每日的进货量，k三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2货物冷却加工对于水果、蔬菜等式中q1-货物冷却初始温度时的呼吸热，KJ/（kg·s），表13查得；q2-货物冷却终止温度时的呼吸热，KJ/（kg·s），表13查得；（10.20）9/12/202345三、冷库冷负荷计算货物冷却加工式中q1-货物冷却初始温度时的三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2货物冻结加工式中c1-货物的比热容，kJ/（kg·K）；t1-货物初始温度，℃；t2-货物冻结终温，℃；t-货物冻结点温度，℃；335-水的冻结潜热，kJ/kg；

ω-货物的含湿量，kg；ψ-货物在冻结终温时含湿量中的冻结率；c2-货物冻结后的比热容，kJ/（kg·K）；

τ-货物冻结时间，h。（10.21）9/12/202346三、冷库冷负荷计算货物冻结加工式中c1-货物的比热容，kJ/三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2货物冻结加工（10.22）对于鱼、虾类水产品，在冻结过程中需加水时，应把水的热量计入。9/12/202347三、冷库冷负荷计算货物冻结加工（10.22）对于鱼、虾类水产三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2冷藏间内货物耗冷量（10.23）式中τ-货物冷却时间，τ=3600×24(s)；Gn-冷却物冷藏间的冷藏量，kg。有包装材料或运载工具时：（10.24）9/12/202348三、冷库冷负荷计算冷藏间内货物耗冷量（10.23）式中τ-货三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2冷藏间内货物耗冷量式中g-货物包装材料或运载工具的重量，kg；cb-货物包装材料或运载工具的比热容，kJ/(kg·K)，查表10.14；t1、t2-包装材料或运载工具进出冷间的温度，℃。（10.24）9/12/202349三、冷库冷负荷计算冷藏间内货物耗冷量式中g-货物包装材料或运三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（2）货物耗冷量Q2冷间每日进货量G’按下列规定取值：1）冷却间或冻结间按设计冷加工能力计算；2）存放水果、蔬菜的冷却物冷藏间按不大于该间冷藏吨位的8%计算；3）存放鲜蛋的冷却物冷藏间按不大于该间冷藏吨位的5%计算；4）从外库调入货物的冷藏库，其冻结物冷藏间每间每日进货量按该间冷藏吨位的5%计算；5）无外库调入货物的冷藏库，其冻结物冷藏间每间每日进货量按该库的每日冻结量计算。9/12/202350三、冷库冷负荷计算冷间每日进货量G’按下列规定取值：1）冷却三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（3）通风换气耗冷量Q3需要通风换气的冷却物冷藏间和生产车间，要计算因通风换气引起的耗冷量。（10.25）式中hw、hn-室外、内空气的焓值，kJ/kg；n-每日换气次数，一般可采用2~3次；V-冷藏间内净容积，m3；

ρ-冷藏间内空气密度，kg/m3；1/120-每个操作人员需要的新鲜空气量，m3/s；nr-操作人员数。9/12/202351三、冷库冷负荷计算需要通风换气的冷却物冷藏间和生产车间，要计三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（3）通风换气耗冷量Q3对于生产车间（10.26）9/12/202352三、冷库冷负荷计算对于生产车间（10.26）8/3/2023三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（4）电动机运行耗冷量Q4冷藏库中有些设备如冷风机、搅拌机和泵等需要用电动机拖动。（10.27）式中N-电动机的额定功率，kW；

η1-热转化系数，电动机在冷间内时取1，电动机在冷间外时取0.75；

η2-电动机运转时间系数，冷风机配用的电动机取1，冷间内其他设备配用的电动机可按实用情况取值。9/12/202353三、冷库冷负荷计算冷藏库中有些设备如冷风机、搅拌机和泵等需要三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（5）操作耗冷量Q5包括照明耗冷量Q5a、开门耗冷量Q5b和操作人员耗冷量Q5c等，即（10.28）照明耗冷量Q5a（10.29）式中qd-每1m2冷间地板面积的照明热，W/m2；F-冷间地板面积。生产车间类冷间：

冷藏间：9/12/202354三、冷库冷负荷计算包括照明耗冷量Q5a、开门耗冷量Q5b和操三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（5）操作耗冷量Q5包括照明耗冷量Q5a、开门耗冷量Q5b和操作人员耗冷量Q5c等，即（10.28）开门耗冷量Q5b（10.30）式中V-冷间内净容积，m3；n-每日开门换气次数，参考图10.14；M-空气幕修正系数，可取M=0.5；如不设空气幕，则取M=1。9/12/202355三、冷库冷负荷计算包括照明耗冷量Q5a、开门耗冷量Q5b和操三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（5）操作耗冷量Q59/12/202356三、冷库冷负荷计算8/3/202356三、冷库冷负荷计算4、库房耗冷量计算（5）操作耗冷量Q5包括照明耗冷量Q5a、开门耗冷量Q5b和操作人员耗冷量Q5c等，即（10.28）操作人员耗冷量Q5c（10.31）qr操作人员产生的热量：冷间温度tn≥-5℃时，qr=0.28kJ/s;当冷间温度tn<-5℃，取qr=0.4kJ/s。9/12/202357三、冷库冷负荷计算包括照明耗冷量Q5a、开门耗冷量Q5b和操四、冷却设备负荷Ql和机械负荷Qj1、库房冷却设备负荷Ql（10.32）P：负荷系数，冷却间和冻结间，P=1.3；其他冷间，P=1.0。各库房冷却设备的配置是以各自的冷却设备负荷为依据的，要按每一冷间计算冷却设备负荷计算9/12/202358四、冷却设备负荷Ql和机械负荷Qj（10.32）P：负荷系数四、冷却设备负荷Ql和机械负荷Qj2、机械负荷Qj（10.33）式中n1-围护结构耗冷量的季节修正系数，表10.15；n2-冷间同期操作系数，库房面积≥