（制冷及低温工程专业论文）水产冷库优化设计与节能研究.pdf

摘要 摘要 水产品、禽肉、果蔬、蛋乳品、生物制剂等，具易腐性，其生产、运输、 销售等环节均需适合的低温环境。冷链系统是保证易腐商品品质必要的手段和 最佳途径。在整个冷链中，冷藏库是至关重要的一环，不仅关乎易腐商品品质， 还能平衡食品的季节性生产与全年耗用之间的矛盾。 冷藏库制冷系统是耗能较大的行业之一。在能源形势日趋严峻的今天，对 冷藏库采取节能措施，可有效降低整个冷链成本，提高经济效益。 本文介绍了常见冷库及其制冷系统、冷库建筑设计及制冷系统设计、制冷 工艺及设备选型等原理及计算。从冷库工程设计，工程施工和运行管理三个大 方面对冷库节能措施进行探讨，为提出科学的冷库设计方案和运行方案，降低 冷藏库能耗提供参考。针对冷藏库冷藏量不断扩大，对冷藏库的设计要求越来 越高，冷藏库设计计算工作量较大的问题，用v b 计算机技术软件编写了一套界 面友好，易懂易用，计算快速准确的实用冷库辅助设计软件。编写的软件可用 于冷库负荷计算，蒸发器负荷计算，压缩机负荷计算和整个制冷装置主要设备 计算和选型，此软件可为冷库设计人员提供必要的设计参考和建议。本文结合 具体的工程案例介绍此软件。 关键词：水产冷库，辅助设计软件，负荷计算，设备选型，节能 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i n g sl i k es e a f o o d ，p o u l t r y , f r u i t sa n dv e g e t a b l e s ，e g g s ，d a i r yp r o d u c t sa n d b i o l o g i c a la g e n t s ，g e tt h ep e r i s h a b l en a t u r e t h e yn e e dl o w - t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t f o rt h e i rp r o d u c t i o n ，t r a n s p o r to rs a l e c o l dc h a i ns y s t e mi st h en e c e s s a r ym e a na n d b e s tw a yt oe n s u r et h eq u a l i t yo fp e r i s h a b l eg o o d s t h r o u g h o u tt h ec o l dc h a i n ，t h e c o l ds t o r a g ei sa ne s s e n t i a le l e m e n t ，n o to n l yr e l a t et ot h eq u a l i t yo fp e r i s h a b l eg o o d s ， b u ta l s ot h ei m p o r t a n tb a l a n c eb e t w e e ns e a s o n a lf o o ds u p p l ya n dc o n s u m p t i o n t h r o u g h o u tt h ew h o l ey e a r c o l ds t o r a g er e f r i g e r a t i o ni so n eo fe n e r g y - c o n s u m i n gi n d u s t r i e s a st h ee n e r g y c r i s i sb e c o m e si n c r e a s i n g l yg r i mt o d a y , t a k i n ge n e r g y - s a v i n gm e a s u r e so nt h ec o l d s t o r a g ec a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h ec o l d c h a i nc o s ta n di n c r e a s i n ge c o n o m i ce f f i c i e n c y t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ec o m m o nc o l ds t o r a g e ，r e f r i g e r a t i o ns y s t e m ，c o l ds t o r a g e a r c h i t e c t u r ed e s i g n ，r e f r i g e r a t i o ns y s t e md e s i g n ，r e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g y , a n dt h e p r i n c i p l ea n dc a l c u l a t i o no fe q u i p m e n ts e l e c t i o n t h e a r t i c l ea l s oa n a l y z e da n d d i s c u s s e dt h ee n e r g y - s a v i n gm e a s u r e sf r o mt h ea s p e c t so fc o l ds t o r a g ee n g i n e e r i n g d e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nm a n a g e m e n t w i t ht h ev o l u m eo fr e f r i g e r a t e de x p a n d i n g ，t h er e q u i r e m e n to fc o l ds t o r a g ed e s i g n h a sb e c o m em o r es o p h i s t i c a t e da n dc o l ds t o r a g ec a l c u l a t i o nd e s i g ni so fal a r g e w o r k l o a d t h e r e f o r e , t h ea u t h o rd e v e l o p e das e to f a i d e dd e s i g ns o f t w a r ef o rm a r i n e l i v e sc o l ds t o r a g e t h i ss o f t w a r ec a nb eu s e df o rt h er e f r i g e r a t e dl o a dc a l c u l a t i o na n d m a j o re q u i p m e n ts e l e c t i o n ，a n dp r o v i d e t h en e c e s s a r yr e f e r e n c ea n dr e c o m m e n d a t i o n s f o rd e s i g n e r s s p e c i f i cp r o j e c tc a s ew a si n c l u d e di nt h ea r t i c l et oi n t r o d u c et h e s o f t w a r e k e yw o r d s ：s e a f o o dc o l ds t o r a g e ，a i d e dd e s i g ns o f t w a r e ，l o a dc a l c u l a t i o n ，e q u i p m e n t s e l e c t i o n ，e n e r g y - s a v i n g l i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：最采必 z 。9 7 年】月1 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名0 年月日 第l 章绪论 1 1 课题背景 1 1 1 前言 第1 章绪论 水产品在人们生产和生活中占据着相当重要的地位。随着人们对食品质量 认识和要求的提高以及食品结构和消费观念的改变，对水产品的需求量同益增 长。据1 9 9 0 年统计，我国水产品总产量达1 2 3 7 万吨，已跃居世界首位。1 9 9 8 年水产冷库冻结能力比1 9 9 5 年的冻结能力增加6 0 左右【l 】。如何保持水产品原 有的色香味、营养以及保证水产品的全年性的供应已成为人们关注的问题。这 促进了水产品加工业，特别是冷库、制冰厂及相应冷冻冷藏加工业的极大发展。 冷库作为冷藏链的一个重要环节在人民生活中的作用也越来越大，特别在沿海 地区。冷库的贮藏容量和规模有了急剧的增长。据统计到1 9 9 8 年底，我国冷藏 能力己达5 0 0 多万吨【2 1 。虽然这些数据是早些年前的，但这些数据仍然很有说服 力，说明我国水产品数量基数大，增长速度快。如今随着我国经济迅猛发展， 人们对生活水品的r 益重视，水产品的增长速度肯定比这些数据显示的要大。 设计出高效的冷库来存储这些水产品，就显得很重要。 我国是发展中国家，能源利用量大，能源相对短缺，而能源有效利用率又 偏低。据统计，我国冷藏库的动力费用约为整个冷藏库仓储成本的2 5 。3 0 嘣3 。 冷藏库属于用电大户，而我国在上世纪兴建的大中型冷库普遍存在能耗指标较 高的现象，存在着较大的节能潜力。因此在保证生产、满足经营、适应发展的 前提下，如何优化冷库设计，搞好冷库经营管理，降低电耗、节约能源和提高 效益是现今冷库发展的要求。 1 1 2 优化设计与节能研究 合理的设计方案是冷库能否科学、合理的建造、运行和节能的首要条件。 冷库设计技术的优劣，将直接关系到冷库的初期建设投资、后期冷库的运行、 第1 章绪论 管理费用等一系列重要的经济指标，在一定程度上决定了冷库在食品的加工、 存储过程中的经济效益。但冷库制冷系统的设计比一般民用空调系统更为复杂， 需要考虑的因素很多，如最大负荷的选取，制冷系统的形式，运行的策略和建 成后的经济性方面等，使得设计过程中的计算量和设计难度显著提高。设计时 最大负荷选取由多种因素决定，它不仅同室内外环境、围护结构、进货量有关， 还与操作管理等各方面因素有关。在设备选型时，需绘制制冷剂双级压缩系统 的热力特性图，来确定各状态点，因此其计算工作量相当大。而当今是计算机 技术广泛应用的时代，借助计算机编程软件丌发相应的计算软件是可以减少计 算量和设计难度的。目前市面上应用于冷库设计的一些负荷估算软件和设备选 型软件，使用起来不甚方便。所以设计出一套方便实用的冷库负荷计算和设备 选型软件对将来冷库设计的提高工程设计质量，缩短设计周期是很有意义的。 能源与经济发展是紧密联系的，能源消耗量大，是全球各国都面临的问题。 根据联合国的统计1 9 7 1 1 9 9 5 年世界经济年增长率约为3 2 ( 中国达8 5 ) ， 1 9 9 5 2 0 2 0 年世界经济年增长率可达到3 1 左右( 中国约为5 5 左右) h j 。经济的 增长必将导致世界能源消费的增长。我国是一个能源相对短缺的国家，同时经 济又处在飞速发展阶段，能源消耗量大，能耗总量居世界第三位。因此开发新 能源，节约能源实现可持续发展刻不容缓。制冷是耗能较大的行业之一，我国 现行的冷库系统来讲，能源浪费问题是比较严重的。如何更有效地提高冷库的 能源利用率，已经成为日益紧迫的实际课题。因此越来越多的学者和研究人员 涉足冷库优化设计和节能方面的讨论和研究。冷库由于功能的特殊性，系统复 杂，投资运行费用很可观。所以对冷库进行设备选型优化和节能研究是非常必 要和重要的。要降低冷库的能耗( 耗电) ，一般从冷库的工程设计、工程施工和运 行管理三个方面入手。 为确保冷库适应今后市场结构的不断变化，提高冷库的利用率，对冷库进 行多功能化设计成为必然趋势，如设计冷藏两用库，土建围护结构按低温冷藏 库设计；发展变频技术；丌发研究冻减双效制冷装置等。冷藏库设计要便于冷 库的操作管理，提高冷藏物品的质量，设法降低冷库的运行成本。冷库要采用 电子计算机对制冷装置进行自动控制，包括库房温度的自动调节和蒸发器冷却 排管的自动融霜、冷加工工艺流程的程度控制、最佳工况的调节、制冷压缩机 的启停和能量调节、辅助设备的自动控制等。 冷库能耗量大，在能源同趋紧张的今天，在环境保护同趋重要的今天，对 2 第1 章绪论 它进行选型的优化和方案的经济性分析以及寻求其节能的途径，提出较优的设 计运行管理策略，对冷库节能的理论和实践都是很有意义的。 1 2 文献综述 冷库是保存肉类、蛋品、蔬菜、水果等易腐食品的途径和必要手段之一。 一个国家冷藏事业的发展状况，在一定程度上可以反映出国家生产力发展水平 和人民生活水平的高低。在全世界范围内，随着世界各国国民经济的高速发展， 人民生活水平的大幅提高，对各类食品的需求量和品质要求日益增加，由此带 来了冷库能源消耗问题，这无疑对冷库的发展提出了更高的要求。在平衡需求 与消耗能源之间的各种矛盾的同时，冷库事业也得到了极大的发展。 1 2 1 国内冷库发展概况 冷库作为低温食品流通的中枢，建库的规模和技术，近年来在我国得到了 显著的发展。据统计，至1 j 2 0 0 7 年，全国冷冻冷藏能力已达5 0 0 多万吨，商业系统 拥有果蔬贮藏库面积达2 0 0 多力平方米，仓储能力达1 3 0 多万吨，其中机械冷藏 库7 0 多万吨，普通冷库为6 0 多万吨【5 】 6 1 。我国水产品冷库，多以氨为制冷剂，氨 泵强制供液的单、双级压缩制冷系统，冻结设备采用墙排管、顶排管、冷风机 或搁架式冻结装置，制冰多采用盐水制冰。1 9 5 5 年，我国开始建造第一个冷库， 总容量4 力吨，主要用于贮存肉食品；1 9 6 8 年开始在北京建造第一个水果机械冷 库；1 9 7 8 年始建造第一个气调库；截至1 9 9 1 年底，我国已建冷库4 1 3 5 力吨【5 】。 1 9 9 5 年首次引进组合式气调库先进工艺，建造了1 5 0 0 0 t 气调冷库，开创了国内大 型组装式气调冷库的成功先例【6 】。近几十年来，国内冷库建造发生了很大的改变： 过去冷库大部分集中在大中城市，而现在小城镇也建了不少冷库：过去冷库由 国家建，现在一些个体户和集体也开始建，国家建的冷库库容为5 0 0 0 1 0 0 0 0 t 的多层冷库或单层高库( 高6 一- 8 m ) ，而个体户和集体所建冷库大多为1 0 l o o t ， 少数的集体建2 0 0 - 1 0 0 0 t 的单层水果库1 7 ；冷库的隔热材料也由软木、稻壳、聚 苯乙烯发展为聚氨酯；装配冷库也得到极大发展；冷库储存温度低温化；冷库 的自动化程度越来越高。 在能源同趋紧张的今天，制冷系统作为耗能大户，冷藏库是冷链体系中物 3 第1 章绪论 品存留时间最长的，因此对冷藏库采取节能措施，可以有效地降低整个冷链成 本，提高其经济效益。国内的许多学者在冷藏库的节能研究上花了很大的精力。 主要从冷库设计、建设施工和管理等方面存在问题进行讨论，如从冷库的维护 结构，气流组织，蒸发器在库体中的位置等方面对冷库的优化设计进行了研究， 有助于提高冷库的经济效益和社会效益。 经过多年的努力，我国冷库在生产和管理上都取得了长足的进步，但冷库 的发展较国外还是明显较落后，体现在系统设计，设备技术，制冷方式，冷却 设备能耗，蒸发器融霜，自动控制系统等方面。存在不重视能源管理与浪费能 源的现象。我们应该吸取国外的先进经验，使我国冷库的发展再上一个新台阶。 我国冷库正朝着灵活高效的方向进一步发展，新材料的应用将使冷库更加 简便，自动化和节能技术势必成为焦点，而安全和环保问题也将r 益凸显。新 型冷库的需求将迅速增大，以满足人们生活质量的提高。 1 2 2 国外冷库发展概况 冷库近年来在国外发展较快。尤其是同本、美国、芬兰、加拿大等国。同 本是亚洲最大的速冻食品生产国，2 0 以下的低温库占冷库总数的8 0 以上1 6 j 。 1 9 5 5 年，日本冷库开始采用集中式的氨泵强制循环供液。6 0 年代，以氨集中式 冷库为主，少数为氟利昂冷库。从7 0 年代起，逐渐采用分散式制冷系统冷库， 近年来甚至大型冷库( 万吨级冷库) 也以分散式作为制冷系统的主要形式。7 0 年代后半期，r 本也开始采用小型分散式制冷系统。8 0 年代以后，分散式系统 在国外得到了快速发展。日本冷库贮藏容量发展最快的是7 0 年代，平均每年增 长4 0 万吨。如果按每一万人拥有的冷库容量计：日本已达至1 j 6 6 0 吨，美国为9 5 0 吨，西欧平均只有4 0 0 n 屯t 。 2 0 世纪7 0 年代以前国外冷库普遍采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统，2 0 世纪7 0 年代后期逐渐采用以r 2 2 为制冷剂的分散式制冷系统【8 】。美国和加拿大 8 0 以上的冷库均采用r 7 1 7 为制冷剂【9 】。 ( 1 ) 国外冷库随着现代科学技术的发展，在制冷工艺、建筑结构、机械设备和 电子技术等方面都有很大变化。 、 压缩机主要为高速多缸活塞式和螺杆式两种，在新建大型冷库中以螺杆机 居多。如果使用带有经济器的螺杆机组，其节能效果将更加显著，一台制冷量 4 第1 章绪论 2 3 3 k w 的带有经济器的螺杆压缩机组，按年运行4 0 0 0 d x 时计算，一年可节电l o 万度姗。 ( 2 ) 国际上发达国家诸如美国、加拿大等国，从上世纪七十年代起，在冷库中 已普遍采用蒸发式冷凝器，并配备变频调速装置，冷却水流量仅为水冷式冷凝 器的1 0 ，明显节能省电。 ( 3 ) 保温材料多采用聚氨酯或聚苯乙烯，有预制和现场发泡两种。这两种保温 材料不但保温效果好，还可以使施工速度加快，缩短建设周期，保证工程质量。 当今，为了减少围护的传热量，很多国家建议隔热层适当加厚，法国、前苏联、 日本等国在设计隔热层时，热流量已主张按6 9 8 8 1 4 w m 2 取。 ( 4 ) 冷库制冷装置采用电子计算机自动控制。新建冷库都装有库温自动显示、 记录和调节仪表，并实现了制冷设备的自动启停，实现了蒸发器自动融霜。近 年来，日本等国相继推出了新研制成功的带节能的电脑控制系统分体式制冷机 组，它与不装节能电脑的同类机组相比可节电1 0 左右【7 】。 ( 5 ) 近2 0 年来，特种冷库( 如气调库、夹套库) 在国外得到了很快的发展，装配 冷库发展也很快。 1 2 3 冷库设计软件 随着计算机技术应用到科学技术中的各个领域，相应也产生了一些冷库设 计计算的软件，对提高工程设计质量，缩短设计周期，提高工程设计的科学性 和创造性有积极的意义。如陈言桂等，用于冷藏库设计的计算软件开发，功 能相对完善，可用于氨双级压缩制冷装置的低温冷藏库设计。但真j 下适合我国 冷库的设计计算软件还是非常少。 1 2 4 冷库节能研究 对冷库进行节能研究，是为了得出实际可行的节能途径，进而指导实践。 研究如何降低冷库的能耗，就必须先研究影响冷库能耗的各种因素。从冷库负 荷的组成便可知道冷库节能研究的着手处。目前的学者对冷库的研究一般集中 在冷库设计( 冷库建筑平面设计、冷库维护结构隔热层设计、制冷系统工艺设 计) 和运营( 定期清除冷凝器管壁上的水垢、定期进行放油、及时进行除霜、 定期执行大、中、小维修制度等) 等方面。文献【3 】从优化设计，制冷系统合理 5 第1 章绪论 匹配，利用废热等方面分析了冷库的节能。文献 1 1 】认为在冷库中采用蒸发式冷 凝器比水冷式冷凝器冷凝效果好，明显节能，多出的初期投资l 一2 年便可回收。 文献 1 2 】对螺杆式和活塞式压缩机在冷库中应用中的节能效果进行分析，得出螺 杆式压缩机相对于活塞式压缩机在低温冷库系统的实际运行中节能效果明显， 大有代替活塞式压缩机之势。文献 1 3 】从减少库房耗冷量，减少制冷系统耗冷量 两大方面详细地论述了减少冷库能耗的途径。所有这些节能途径为冷库的设计 及运行管理提供了参考。 1 3 本课题研究的主要内容 ( 1 ) 编写冷库负荷计算软件 负荷计算是进行冷库设计的前提，是设备选型的依据。冷库的耗冷量跟建 库地区的气象资料、库房平面图、维护结构构造、冻结量、冻结要求等诸多因 素有关。在设计时要充分考虑才能得到较准确地负荷计算结果。本文编写冷库 辅助设计软件，以便工程设计人员设计冷库时参考。 ( 2 ) 冷库节能措施探讨 从冷库工程设计、工程施工和运行管理等方面对冷库节能进行探讨。得出 冷库节能途径，进而可以指导实践。 ( 3 ) 结合案例，进行冷库优化设计 冷库优化的目的就是为了降低冷库的综合费用。利用冷库负荷计算软件计 算出冷库负荷，根据冷库的功能确定几种制冷方式，再进行冷库设备选型。借 此软件可以为系统的优化设计提供一些依据，冷库的优化设计对于冷库的节能 是有重要影响的。 6 第2 章冷库及冷库制冷系统 2 1 冷库概述 第2 章冷库与冷库制冷系统 冷藏库是在特定的温度和相对湿度条件下，对食品、工业原料、生物制品 以及医药等物资等进行加工和贮存的专用建筑物。食品冷藏库是以人工制冷的 方法，对易腐食品进行加工和贮存的建筑物，它不同于一般的工业和民用建筑， 是一种有严格的隔热性、密封性、坚固性和抗冻性要求的独特结构的建筑物。 水产冷库是指以人工制冷的方法，冷冻和冷藏以水产品为主的食品的专用建筑。 2 1 1 冷库分类及特点【1 4 】【1 5 】 ( 1 ) 按使用性质分 冷库可分为生产性冷库、分配性冷库、综合性冷库、零售性冷库等。 生产性冷库是食品加工企业的重要组成部分，主要建设在货源较集中的地 区。鱼、肉、禽、蛋、果、菜等易腐食品，经过适当加工处理后，送入冷藏库 进行冷加工，然后运往消费地区进行分配。它的特点是冷加工能力较大，同时 配有一定容量的冷藏吨位，供周转之用。食品流通的特点是零进整出。 分配性冷库主要是接受经过冷加工的食品，一般建设在大、中城市、水陆 交通枢纽及人口密集的工矿区，以保证市场的需要、出口计划的完成和长期储 备。它的特点是冷藏容量大，冻结量小，而且要考虑多种食品的贮存。食品流 通的特点随冷库的功能有所不同。对于建设在水陆交通枢纽的运输中转用冷库， 食品流通为整进整出，要求吞吐迅速，装卸站台及库内电梯均能适应集中吞吐 的需要。对于面向消耗市场的分配性冷库，食品流通为整进零出，宜有较大的 汽车站台及回车场，以适应节日集中供应的需要。 综合性冷库设有较大的库容量，应有一定的冷却冷冻能力，它能起到生产 性冷库和分配性冷库的双重作用，是普遍应用的一种冷库类型。 零售性冷库一般建在工矿企业或城市的大型副食品商场、菜场内，供临时 储存零售食品用。其特点是库容量小，储存期短。 ( 2 ) 按结构类别分 7 第2 章冷库及冷库制冷系统 冷库可分为土建式冷库、装配式冷库、夹套式冷库和土( 石) 洞冷库等。 土建式冷库的墙、柱、楼板等主体采用钢筋混凝土结构，冷库墙内侧镶贴 隔热层( 或绝热层外贴) ；当隔热层采用松散材料时，墙体则采用内夹隔热层的 双层结构。 装配式冷库在经济快速发展城市中发展快，被广泛使用在各行各业。它采 用聚氨酯芯材的预制隔热板，在现场组装而成，墙、顶板均由钢架支撑，采用 内框架和外包隔热层的形式。具有安装简便、建造工期短及适应性强等优点。 夹套式冷藏库主要用于减少食品冷藏期间的干耗和保持库内温、湿度稳定。 其在内墙与隔热层之间增加了一个内夹套结构，由设在冷间外的冷风机将冷风 送入央套中不断循环，将外部围护结构传入的热量带走，使热量难以侵入库内， 因此库内温度均匀、稳定，而且食品干耗小。适宜用来冷藏非包装的鱼、肉、 水果和蔬菜，可以有效地防止食品表面干裂和皱缩等变质现象。 ( 3 ) 其它分类 按冷藏容量分冷库还可分为大型冷库( 1 0 0 0 0 t 以上) 、大中型冷库 ( 5 0 0 0 1 0 0 0 0 t ) 、中小型冷库( 5 0 0 - - - 5 0 0 0 t ) 、小型冷库( 5 0 0 t 以下) 。 按建筑物层数分冷库可分为单层冷库和多层冷库。 按冷藏温度分冷库可分为高温冷库( 2 以上) 、低温冷库( 1 5 以下) 、 冰库( 4 1 0 ) 以及高低温两用库。 冷库按冷藏食品不同可分为多种类型，如水产冷库、肉联冷库、果蔬库、 物品( 古董、书画、生物制品) 库等等。 为了加快冷藏库的建设速度，不断提高食品的保鲜质量，创造冷藏库的最 佳运行工况，目前，冷藏库建设j 下朝着装配式和自动化方向发展，出现了气调 冷藏库，立体式自动化冷藏库。气调式冷藏库用于较长期储存某些新鲜果、蔬 菜。最初是靠果实本身呼吸作用来降氧，用硝石灰等来脱除库内过多的二氧化 碳气体。机械式气调冷藏库以制冷设备保持食品储存所需的低温，以气调设备 来控制冷藏间内的气体成分。立体自动化冷藏库是用电子计算机控制的能自动 控制制冷装置运行和自动装卸货物的新型冷藏库。优点是货物装卸和制冷装置 操作全部自动化；仓库管理科学化，库存货物按先进先出原则进行管理，减少 商品损耗；电子计算机代替人工管理，随时可提供正确的货位、数量、计算管 理费用等，管理人员少。其缺点是一次投资高，对维修人员技术水平要求高。 除了上述冷库外，还有用来储存要求在正温条件下，进行恒温恒湿控制的 8 第2 章冷库及冷库制冷系统 食品( 如大米、酒类) 和物品( 如古董、书画) 的空调冷藏库、储藏某些特殊 水产品( 如金枪鱼) 或生物制品等高档商品的超低温冷库等。同时新型冷库发 展迅速，如湿空气保鲜冷库，与传统保鲜法相比，其最大优点是流经产品的是 湿空气，农产品水分损失少。还有微型节能冷库群，适于我国现代化经济性冷 藏体系，j 下越来越多的应用在果蔬产地的果蔬贮藏保鲜。 2 1 2 冷库建筑围护结构及特点 冷库由主体建筑和附属建筑组成。主体建筑包括冷却问、冻结间、冷却物 冷藏间、冻结物冷藏间、冰库以及沟通库内外运输的穿堂、月台和楼( 电) 梯 等；附属建筑包括制冷机房、变配电问、电控间、制冰间、包装挑选( 整理) 间、循环水池等。 冷藏库按使用性质的不同，库内一般相对稳定在i o 4 0 的某一温度。 由于库外环境温度随自然界气温的变化，经常处于周期性波动( 昼夜交替，季 节交替) 之中，加上冷藏库生产作业的需要，库门时常开启，货物时常进出， 库内外就经常有热湿交换发生。冷库的库温通常低于外界气温，因而外界将通 过围护结构向库内传热，在围护结构的内外侧存在水蒸汽压力差，高温侧库外 空气中的水蒸汽将不断通过围护结构向库内渗透，水蒸汽遇冷在保温材料的孔 隙中凝结成水或冻结成冰，使隔热层受潮而降低甚至丧失隔热性能。故冷藏库 建筑必须要保冷防潮，防止由于热湿交换而产生的各种破坏作用：防止地下土 壤冻结引起的破坏作用；防止存在降温使用后难以补救的隐患等。因此必须在 绝热层的适当位置( 侧或两侧) 设置隔汽层或防水、防潮层，而且绝热层必 须完整连续。要注意库房入口附近的热湿交换，如设空气幕，平顶上设空气冷 却器，设常温穿常、走道等。对于地下土壤采取加热防冻措施。防潮处理主要 是在外墙、屋顶、地坪等外围护结构中正确设置隔汽层。隔汽层应设置在温度 较高的一侧。施工时注意将整个围护结构的隔汽层连在一起，不问断或脱干。 事实k ，即使在设置了相当厚度的隔热层之后，围护结构传入的耗冷量仍可达 到总耗冷量的3 0 一3 5 。科学合理地进行冷库建筑的隔热和防潮结构设计，减少 这部分耗冷量，不仅能节省制冷设备费和年运行费用，更重要的是能确保食品 冷藏的低温、少波动的工艺要求，降低食品的干耗。 9 第2 章冷库及冷库制冷系统 2 1 3 冷库各冷间功能及特点 冷库的冷间通常包括冻结间、冻结物冷藏间，冷却间、冷却物冷藏间、制 冰问等。不同类型的冷库，以及冷库中贮存的物品不同，要求的温、湿度条件 不同，冷间的类型也不同。食品的冷加工是指利用低温储存食品的过程，包括 食品的冷却、冻结和冷藏等。 冻结间用于食品的冻结。食品冻结可以根据各种食品的具体条件和工艺标 准，采用不同的方法和不同的冻结装置来实现。有搁架式冻结装置，吹风式冻 结装置，平板冷冻机及盐水冻结装置。总的要求是在经济合理的原则下，尽可 能提高冻结装置的制冷效率，提高冻结速度，缩短冻结时间，保证产品质量。 冻结间温度通常为2 3 3 0 。 冻结物冷藏间用于冻结食品的冷藏。可以采用冷却排管或冷风机，温度为 1 8 2 5 ，相对湿度保持在9 0 9 5 。 高温冷藏间用于冷却食品的冷藏，应采用冷风机，温度为4 2 ，相对湿 度保持在8 5 9 5 。 鲜蛋和果蔬，在冷藏库中需大量进行冷却加工。鱼大都在捕捞时便加入 5 0 , - 1 0 0 鱼重的碎冰块将鱼冷却，因此在冷藏库中就不需要冷却了。不论冷却何 种食品，都应采用冷风机作为冷分配设备。冷却问温度通常为o 。c 左右。 随着经济的进一步发展，作为现代物流系统重要组成部分的冷库势必备受 关注，冷库j 下朝着灵活、自动化、节能、环保的方向进一步发展。 2 1 4 水产冷库 用于冻结冷藏水产品的冷库称之为水产冷库。水产冷库因储存的是水产品， 跟存储其它物品( 果蔬库，蛋品、乳品、生物制剂乃至文物字画等) 冷库有所 不同。通常水产品的冻结温度为2 0 。3 0 ，冷藏温度为1 2 - 2 0 。因为水产品 不像果蔬等产品，在冻结冷藏过程中不会放出呼吸热，所以在计算水产冷库总 冷负荷时，不考虑通风换气冷负荷。通常的水产冷库只进行温度控制，而不进 行相对湿度的控制。水产冷库一般都配有一定的制冰和储冰能力，通常不设冷 却物冷藏间。 1 0 第2 章冷库及冷库制冷系统 2 2 冷库制冷系统【1 5 】【1 6 】 蒸汽压缩制冷方式能够达到的制冷温度范围广，制冷效率高及制冷设备容 量范围大、种类多。目前被广泛地应用于冷库制冷系统。冷库制冷系统按照所 用的制冷剂的不同可以分为氟利昂制冷系统和氨制冷系统两种。氟利昂般用 于小型的冷库制冷系统。氨制冷剂，单位容积制冷量大、在常温和普通低温范 围内制冷效率高、来源广泛、价格较低，因此大型的冷藏库多采用氨制冷系统 作为制冷系统。 本文要研究的对象是大中型水产冷库，通常以氨为制冷剂，采用氨制冷系 统。因此本章主要介绍氨制冷系统及其设备。根据要求的蒸发温度不同，可采 用单级压缩和双级压缩( 两级压缩中间完全冷却循环) 。 单级压缩的系统比较简单，主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器和一个节流 阀。单级压缩系统初投资少，但受制冷剂物理性质的限制，能达到的蒸发温度 有限。如中温制冷剂r 7 1 7 ，其标准蒸发温度为一3 3 3 5 c ，凝固温度7 7 7 ，临 界温度1 3 2 4 ，因而很明显，它不适用于蒸发温度低于7 7 7 的制冷循环，即 使蒸发温度在3 3 3 5 - 7 7 7 范围，也会因蒸发压力低于大气压力而增大空气漏 入系统的机会。同时蒸发温度过低，制冷系统的效率明显降低。当采用单级压 缩，氨制冷剂的压比大于8 ( 氟利昂压比大于1 0 ) 时，为减少压比提高工作效 率，一般可采用双级压缩。 双级压缩主要包括低压级压缩机、冷凝器、中间冷却器、高压级压缩机、 蒸发器和节流阀和其它辅助设备。图2 1 是氨双级压缩示意图和对应的l g p h 图。由蒸发器出来的蒸汽被低压级压缩机吸入，压缩至中间压力后送入中间冷 却器，以其中的中压液体制冷剂进行热交换。然后由高压级压缩机压缩到冷凝 压力，并在冷凝器中冷凝成液体。从冷凝器出来的液体分成两路：一路进入中 间冷却器的盘管中降低温度，变成过冷液体，经节流阀降压后到蒸发器蒸发制 冷；另路经节流阀降压后进入中间冷却器，为冷却低压级压缩机排气到中间 冷却器的过热蒸汽和盘管内的制冷剂提供冷量。所产生的制冷剂饱和蒸汽随即 被高压级压缩机吸入。双级压缩系统的特点是能够达到的蒸发温度较单级压缩 系统低，但是系统较为复杂、初投资较大。 第2 章冷库及冷库制冷系统 a 低压级压缩机b 高压级压缩机c 冷凝器d 、f 节流阀e 中间冷却器g 蒸发器一 毒 图2 1 氨双级压缩示意图和i g p - h 图 按向冷却设备供液方式的不同，冷库制冷系统可分为直接膨胀供液系统、 重力供液系统和氨泵供液系统。直接膨胀供液适用于单独的冷却设备或小型冷 库的制冷系统。重力供液系统容易做到供液均匀，但对氨液分离器的安装位置 要求，会增加土建费，且氨液流速较慢，冷却设备内容易积油，影响传热，故 在大中型冷库中已经较少采用重力供液系统了。氨泵供液系统，以泵为动力， 将低温氨液直接向冷却设备供液。具有供液量大、供液均匀、融霜装置与除霜 操作简单等特点。虽然增加了氨泵的费用，但不需建筑阁楼，因此目前大型冷 库中应用较为广泛。 2 3 冷库氨制冷系统设备 本节主要介绍在冷库氨制冷系统中常用的制冷设备。如压缩机，冷凝器， 蒸发器( 排管和冷风机) ，中问冷却器和其它辅助设备。 氨制冷剂由于具有毒性较强、易燃易爆及腐蚀设备的缺点，因此氨用制冷 系统的气密性要求较高，同时还应考虑设备的耐腐蚀问题。 2 3 1 制冷压缩机 制冷压缩机是蒸汽压缩式制冷系统的心脏，起着压缩与输送制冷剂的作用， 它的性能对于整个冷库系统的性能有着重要影响。同时，也是冷库系统中能耗 最大的部分。上海一些低温库统计表明，在整个动力消耗中，制冷压缩机的能 1 2 第2 章冷库及冷库制冷系统 耗可占总能耗的6 3 6 。当环境温度控制较低时，制冷压缩机的性能在很大程度 上可决定整个冷库系统的性能【1 7 】。目前，在大型的氨冷库中，压缩机主要应用 活塞式压缩机和螺杆式压缩机。 ( 1 ) 活塞式压缩机 在各种类型的压缩机中，活塞式压缩机是问世最早，至今还为世界各国广 为应用的一种机型，现已发展到相当完善的程度。其工作压力广泛，能适应较 宽的能量范围和不同应用场合。活塞式压缩机具有高速、多缸、能量可调及热 效率高等优点，是在冷库系统中广泛采用的一类压缩机。其缺点是结构复杂、 对湿行程敏感以及运行平稳性较差等。 ( 2 ) 螺杆式压缩机 螺杆式压缩机属于容积式压缩机，它是依靠容积的改变来压缩气体的。在 压缩机的气缸内部平行地配着一对阴阳转子。阳转子的齿周期性地侵入阴转子 的齿槽，并且随着转子的旋转，空间接触不断地向排气端推移，致使转子的基 元面积逐渐缩小，基元容积内气体的压力不断提高，达到压缩气体的目的。螺 杆式冷水机组从螺杆设置的方式上分，可分为垂直式和水平式两种。垂直式机 组的外形尺寸稍小，且通常采用全封闭式压缩机，因此其机组噪声较小。在单 机容量方面，螺杆式冷水机组和活塞式差不多。同活塞式机组一样，一些螺杆 式冷水机组也采用多机头方式，使机组的总制冷量大幅增加。国外采用多机头 时，总制冷量可达2 5 0 0 k w 以上【1 8 】。 螺杆式与活塞式制冷压缩机相比，具有结构简单、体积小、单机压缩比大 及振动小，冷量可以在1 5 - - 1 0 0 的范围内无级调节等优点，近年来应用的越来 越多。目前运行的螺杆式冷水机组中，大部分是双螺杆式，其使用已经有相当 长的一段时问。一般来说。螺杆式冷水机组的制冷效率比活塞式冷水机组的效 率要高【吲。 螺杆式压缩机的优点主要有： 与活塞式相比，结构简单，运动部件少，无往复运动的惯性力，转速高，运 动平稳，振动小： 机组重量轻，单机制冷量大； 由于缸内无余隙容积和吸、排气阀片，因此具有较高的容积效率； 螺杆式易损件少，零部件仅为活塞式的十分之一，运行可靠，易于维修； 对湿冲程不敏感，允许少量带液，无液击危险； 1 3 第2 章冷库及冷库制冷系统 调节方便，制冷量可通过滑阀进行无级调节； 输气量调节范围宽，且经济性较好，小流量时也不会出现离心式压缩机那样 的喘振现象。 但螺杆式压缩机也有其不足之处，主要有： 要求加工精度和装配精度高； 单级容量比离心式小； 部分负荷下的调节性能较差，特别是在6 0 以下负荷运行时，性能系数急剧 下降，只适宜在6 0 - - , 1 0 0 负荷范围内运行f 2 0 】； 机组出现故障时，无法现场维修； 由于螺杆的线速度与运行工况有关，当冷凝温度上升时，其绝热效率下降， 其运行费用增加。 2 3 2 冷凝器及中间冷却器 冷凝过程是制冷过程的主要环节，冷凝条件对于制冷循环的技术经济指标 影响很大，因此冷凝器是制冷系统中较为重要的设备。冷凝器一般分为管壳立 式、管壳卧式、淋激式及蒸发式等类型。立式冷凝器的特点是，占地面积小， 对水质的要求不高，但其耗水量较大，因此适用于水质较差水温较高而水量充 足的地区。卧式冷凝器的特点是冷却水的温升较大、耗水量较小，但冷却水的 阻力较大，因此适用于水质较好、水温较低，水量充足的地区。蒸发式冷凝器 的耗水量最小，冷凝温度随当地的大气温度而定，适用于水源缺乏的地区。 中间冷却器是实现双级压缩必须具备的设备，它的功能是使低压级排出的 过热氨气冷却到与中间压力相对应的饱和温度，使冷凝后的饱和氨液被冷却到 设计规定的过冷温度。中i 、日j 冷却器中的蒸发温度低于环境温度，因此中间冷却 器的外壳要用保温材料隔热。 2 3 3 排管和冷风机 冷藏库库房的冷分配设备，可以根据库房的冷却方式采用排管或冷风机。 一般在自然对流式冷却的库房中采用排管，强制对流冷却方式的库房中采用冷 风机，混合方式同时采用排管和冷风机。 目前氨制冷冷藏库中常用的排管按排管的位置分为顶排管、墙排管和隔架 1 4 第2 章冷库及冷库制冷系统 式排管等类型，其中大多数是氨直接蒸发式排管。排管的选用取决于传热系数、 管材及充氨量等一系列因素，国内生产的排管没有统一的规格，因此排管的选 择应根据具体情况选用。 冷风机的主要组成部件是空气冷却器和通风机，空气冷却器是冷风机中冷 却空气的换热器，也是直接蒸发式制冷系统的蒸发器。冷风机的选用主要是在 传热系数和温差确定后根据库房的冷却负荷所需的冷风机空气冷却器的面积来 选择。 氨制冷冷库的制冷系统还有氨泵、高压储液器、氨油分离器，空气分离器， 低压循环桶等设备。这些设备在第4 章的辅助设备选型中说明。 1 5 第3 章冷藏库建筑设计和制冷系统设计 第3 章冷库建筑设计和制冷系统设计 3 1 冷藏库建筑设计 冷藏库按使用性质的不同，库内一般相对稳定在o 一4 0 的某一温度。 由于库外环境温度随自然界气温的变化，经常处于周期性波动( 昼夜交替，季 节交替) 之中，加上冷藏库生产作业的需要，库门时常开启，货物时常进出， 库内外就经常有热湿交换发生。因此其建筑设计必须采取相应的技术措施。主 要方面是保冷；防止由于热湿交换而产生的各种破坏作用；防止地下土壤冻结 引起的破坏作用；防止存在降温使用后难以补救的隐患等。相应措施有：在绝 热层的适当位置设置隔汽层或防水、防潮层，绝热层必须完整连续；库房入口 设空气幕、平顶上设空气冷却器；设常温穿堂、走道；对地下土壤加热防荆j 。 3 1 1 围护结构的隔热 搞好冷藏库建筑的隔热结构设计，既可节省制冷设备费用和常年运行费用， 又能确保食品冷藏的工艺要求。库外空气温度的昼夜波动和围护结构外表面温 度受太阳辐射引起的昼夜波动，都是周期性的温度波动。围护结构抵抗热流波 动作用的能力称为热惰性。热惰性指标用“d 表示。根据围护结构热惰性的大 小，一般把d 6 的称为重型结构；4 d 6 的重型结构，构造层次多， 2 1 第4 章冷库制冷计算和设备选型计算 蓄热性能好，因而室外空气温度振幅经围护结构衰减后，传至内表面的振幅就很 小了。 对于围护结构的传热量，除了要考虑室外空气温度外，还与太阳辐射热有关， 但为了简化计算，这部分热量可按照围护结构所处的位置通过温差修j 下系数来加 以修j 下。 确定室外计算温度的原则是：既要考虑冷库最不利的工作条件，又要忽略室 外热作用中的短期不稳定因素，以保证库房的隔热层在合理的经济的厚度下能达 到工况稳定。因此，要确定室外计算温度，就必须以当地较长一段时间( 近1 0 , - 2 0 年) 的气象资料为依据，从中确定出有代表性的某个室外温度值。所以计算围护 结构传热量时，应取夏季空气调节同平均温度( 历年平均每年不保证五天的同平 均温度) 为室外计算温度；计算开门耗冷量和冷间换气耗冷量的室外温度，应采 用夏季通风温度( 每年最热月下午两点的月平均温度的历年平均值) 。 ( 2 ) 相邻库房的计算温度 计算冷藏库内墙和楼板传入热量时，围护结构外侧的计算温度取其相邻库房 的室温。当邻间是冷藏问时，按其设计库温来计算；当邻间为冷却间或冻结间时， 取该冷间空库保温的温度：冷却间按1 0 ，冻结问按1 0 计算；当冷间地面隔热 层下设有通风加热装置时，其外侧温度按1 2 计算；如地面下部无通风等加热 装置或地面隔热层下为通风架空层时，其外侧的计算温度采用夏季空气调节r 平 均温度。对于两用问的计算温度可这样确定，进行本房间热量计算时，室内温度 取低库温值；作为其他库房的邻室时，则取高库温值。 ( 3 ) 冷间设计库温 根据建库单位提出的食品冷藏工艺需要的温、湿度要求，确定各冷问的温、 湿度。 表4 1 各冷间温湿度 冷间名称室温( )相对湿度( )使用食品范围 冻结问 2 3 一3 0臼、虾等 冻结物冷藏问18 一2 39 0 9 5冻鱼、虾等 储冰问 一4 一6盐水制冰的冰块 ( 4 ) 进货温度和出货温度 计算货物耗冷量时，