第四章-食品冷藏库的设计

第4章食品冷藏库的设计 4 1食品冷藏库的组成与布置 冷库是低温条件下储藏货物的建筑群 冷库应有合理的机构 良好的隔热 以保证食品储存的质量 冷库隔热机构的防潮及地坪防冻 可以保证冷库长期可靠的使用 冷库内的清洁 杀菌及通风换气 保证了食品储存的卫生品质 冷库主要由主库 制冷压缩机房 设备间 循环水泵房 变配电所等及其附属建筑物组成 不同性质的冷藏库其组成和布置上不尽相同 4 1 1冷藏库的组成 1 主库主库是冷库的主体建筑物 有冷却间 冻结间 冷却物冷藏间 冻结物冷藏间 制冰间 冰库以及沟通库内外运输的穿堂 站台 晾肉间 楼梯间和电梯间等 储藏品种不同 工艺不同 主体建筑的组合也不一样 1 冷却间 冷却间是食品进行冷冻加工或冷藏前 预先冷却的库房 水果 蔬菜等常温食品在进入冷藏前 需要先在冷却间降温冷却 以除去田间热 防止某些生理病害 库内一般相对湿度为90 鲜蛋在进入冷藏前也需要降温冷却 以免突然遇冷时 蛋液收缩 蛋内压力降低 空气中微生物随空气进入蛋壳内 而使鲜蛋变质 冷却间的温度一般保持在0 2 C 2 冻结间 是食品进行冷冻加工的库房 要求温度较低 需要长期储藏的肉 禽 兔 冰蛋 蔬菜 冰激凌等需要由常温或冷却状态 迅速降低到 15 18 C的冻结状态 此时冻结间要维持室温在 18 23 C 鱼虾等水产品更要求冻结间室温在 23 30 C 冷库门设置电热丝防冻 冻结间可移出主库而单独建造 也可采用速冻装置直接放置于加工整理间内 3 冷藏间 冷却物冷藏间和冻结物冷藏间1 冷却物冷藏间 高温库主要储藏新鲜的蛋品 水果和蔬菜等 储藏品种不同 要求室温也不一样 冷却设备采用空气冷却器 安装在库房一端的中央 采用多喷口的风道均匀送风 由于果蔬在储藏中仍有呼吸作用 所以库内除保持合适的温湿度条件外 还要引进适当的新鲜空气 3 冷藏间 2 冻结物冷藏间 低温库用于储藏已冻结好的食品 库温要求 18 C或以下 冷却设备一般采用顶排管或墙排管 采用人工扫霜和定期热氨融霜 也有采用冷风机的 采用热氨融霜和水冲霜相结合的方式 冷藏门上设置电热丝 加热防冻 门上安装冷风幕 4 制冰间 冰在食品保鲜中的用途很多 从海中或养殖场内捕捞鱼虾后运输到加工间需要冰 鲜货长途运输需要冰 医疗 科研 生活服务等部门也需要冰 大 中型冷库中常附设制冰间 制冰方式有盐水制冰 桶式快速制冰设备 沉箱管组式快速制冰设备和管冰机及片冰机等 不同的食品生产工艺 需要采用不用的制冰设备 5 冰库 即储冰间 是用于储藏备用冰的库房 冰库的温度一般要求 4 6 C 快速制冰的冰库库温要求 10 C 6 穿堂 穿堂是食品进出冷库的通道 也是联系各冷藏冷冻间的交通枢纽 按其温度的不同 有低温穿堂 中温穿堂 常温穿堂3种 1 主库 7 晾肉间肉类食品采用直接冻结工艺 必须配备晾肉间 它的作用是消除肉体表面的水分和排酸 使肉类食品温度下降至28 C左右 室内配备小型风机或鼓风机 使室温保持在20 C左右 晾肉间也可与屠宰间合建 8 电梯间电梯是多层冷库作为垂直运输之用 电梯数量及大小 视吞吐量由工艺决定 1 主库 9 月台或站台站台有铁路站台 公路站台和联系站台 供装卸之用 一般站台为罩棚式 也有封闭式 按货物要求设置 10 主库辅助房间库房工作人员需要的办公室 更衣室 休息室及卫生间布置于穿堂附近 多层宜设置在首层 4 1 1冷藏库的组成 2 制冷压缩机房制冷压缩机房是冷库的主要动力车间 主要安装制冷压缩机及其配套设备 一般机房设置在主库附近 为独立单层建筑 有两个通向室外的出入口 门窗向外开 有良好的采光和通风对流条件 并要求安装事故通风设备 以确保安全 4 1 1冷藏库的组成 3 设备间设备间与机房相连接 主要安装低压循环储液桶 氨泵等辅助设备及操作平台 应设两个出入口 至少有一出入口通向室外 4 油处理间油处理间与机房相连 主要安装油桶 油泵及油处理机 须安装通风设备 4 1 1冷藏库的组成 5 循环水泵房循环水泵房一般与机房相连接 或靠近机房设置 主要安装循环水泵和冲霜水泵 屋顶安装冷却塔 6 变配电室和柴油发电机房一般与压缩机毗连 独立设置 此时应尽量靠近压缩机房 压缩机房是冷库的电气负荷中心 4 1 1冷藏库的组成 7 整理加工间鱼虾 蛋品 果蔬等食品在进库前 首先进行挑选 分级 整理 过磅 装盘或包装等整理工作的场所 其面积大小按产品品种 工艺流程而定 处理鱼一般按加工1t鱼配备10 15m2操作面积计算 处理虾贝类则根据具体操作方式适当扩大 4 1 1冷藏库的组成 8 氨库氨库是储藏氨气瓶的仓库 一般建在厂区的下风处和作业区保持一定的安全防护距离 一般要求建在离生产厂房20 30m的地方 距离住宅区50 150m 应选用不低于2级耐火建筑材料 采用轻型层面 门窗涂白漆或用毛玻璃 门窗均应向外开 地面平整而不滑 库内净高不低于3 5m 并具有良好的自然通风条件 保持室温在35 C以下 室内照明要用防爆灯具 4 1 1冷藏库的组成 9 办公室及生活福利间各类型冷库根据当地情况配置办公室和工人休息室 锅炉房 洗澡间 卫生间 更衣室等福利设施 4 1 2冷藏库的布置 1 冷藏库库房的平面布置 1 低温冷藏间的冻结间通常将冻结间移出主库而单独建造 同低温冷藏间分开 中间用穿堂连接 这样有利于低温冷藏间的管理和延长使用期限 但占地面积大 一次性投资多 1 冷藏库库房的平面布置 2 冻结物冷藏间和冷却物冷藏间多层冷藏库把同温度的库房布置在同一层上 冻结物冷藏间布置在一层或一层以上的库房内 冷却物冷藏间布置在地下室 则地坪不需采取防冻措施 若布置在地上各层 则可减少冷量损失 单层冷库要合理布置不同温度的冷藏间 使冷区 热区的界限分明 4 1 2冷藏库的布置 2 冷藏库的垂直布置 1 单层冷藏间和多层冷藏库小型冷藏库一般采用单层建筑 大中型冷藏库则采用多层建筑 多层冷藏库的层数一般为4 6层 根据需要可以更高 在布置时 首先根据生产工艺流程和制冷工艺流程 一般把冻结间布置在底层 以便于生产车间的吊轨接入冻结间 把制冰间布置在顶层 有利于冰的入库和输出 制冰间的下层为储冰库 冰可通过螺旋滑道进入储冰库 地下室可用作冷却物冷藏间或杂货仓库 1 单层冷藏间和多层冷藏库 为了减少冷藏库的热渗透量 无论是多层冷藏库还是单层冷藏库 都要建成立方体式的结构 尽量减少维护结构的外表面积 2 冷藏库的垂直布置 2 冷藏库的层高根据使用要求和堆货方法确定 并考虑建筑统一模数 目前 国内冷库堆货高度在3 5 4m 单层冷藏间的净高一般为5 5 8m 采用巷道或吊车码垛的自动化单层冷库不受此限 多层冷库的冷藏间高应 5 8m 当多层冷藏库设有地下室时 地下室的净高不小于2 8m 2 冷藏库的垂直布置 冻结间的层高根据冻结设备和气流组织的需要确定 储冻间的建筑净高 当用人工碓冰垛时 单层库的净高应为5 2 6m 多层库的净高应为5 4 5 8m 如用桥式吊车堆垛冻品时 则建筑净高应不小于12m 4 2食品冷藏库的制冷系统 我国食品冷藏中采用蒸汽压缩式制冷系统 这种制冷系统广义上来说 应该包括制冷循环系统 冷却水系统 润滑油系统 间接冷却的场合 载冷剂循环系统等几个部分 制冷作用就是靠这几部分联合作用达到的 在这几部分中以制冷循环系统最为重要 通常所谓制冷系统往往是制冷剂循环系统而言的 制冷剂循环系统按照制冷剂的种类可分为氨制冷系统 氟制冷系统 空调的工作原理 空调的工作原理 冷凝器 Condenser 为制冷系统的机件 属于换热器的一种 能把气体或蒸气转变成液体 将管子中的热量 以很快的方式 传到管子附近的空气中 冷凝器工作过程是个放热的过程 所以冷凝器温度都是较高的 蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件 低温的冷凝 液 体通过蒸发器 与外界的空气进行热交换 气 化吸热 达到制冷的效果 空调的工作原理 一般制冷机的制冷原理是压缩机把工质由低温低压气体压缩成高温高压气体 再经过冷凝器冷凝成中温高压的液体 经节流阀节流后 则成为低温低压的液体 低温低压的液态工质送入蒸发器 在蒸发器中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽 再次输送进压缩机 从而完成制冷循环 制冷剂温度变化 1 排气温度 只与压力差或压缩比有关 差值及比值越大温度越高 2 出冷凝器时的温度与冷凝器的换热系数及环境温度有关 3 进蒸发器前的温度与蒸发温度有关 4 压缩机的吸气温度就是过热度与蒸发器的供液量有关 4 2 1制冷系统的分类 机房系统和库房系统 又称冷却系统 机房系统是指从氨液分离器或低压循环桶后的吸入管算起 包括压缩机 中间冷却器 油分离器 冷凝器 储液器 总调节站到节流阀之间的管段 主要作用是把从库房蒸发来的低温低压制冷剂进行压缩 提高压力 使之成为高压状态的制冷剂蒸气 再冷凝为高压状态的制冷剂液体 然后节流降压 使制冷剂恢复蒸发吸热的能力 4 2 1制冷系统的分类 库房系统是指从节流阀后算起 包括库房氨液分离器 低压循环桶 氨泵 液体分调节站 冷却设备 气体分调节站 机房氨液分离器及这一区间所有的管段 人们往往把空气分离器 集油器 排液桶等列入机房系统 而冲霜用热氨管路则单独介绍 称为融霜系统 1 机房系统 机房系统是通过制冷压缩机把库房系统吸回的低压制冷剂蒸气压缩为高压蒸气 排入油分离器 去除蒸气所夹带的润滑油之后 进入冷凝器 将高压高温的制冷剂蒸气冷凝为高压常温的液体 泄入高压储液器 然后再经过节流阀送入库房系统 使制冷循环得以进行 机房系统分为吸入管段 排气管段和高压液体管段3个部分 1 机房系统 1 制冷压缩机的吸入管段制冷压缩机的吸入管是指从氨液分离器或低压循环桶后至压缩机吸入前端的管段 冷库生产及储存货物对库房温度的要求不同 而出现不同的蒸发系统 各蒸发系统的制冷剂液体 在蒸发盘管内于一定的蒸发压力吸收热蒸发 所产生的气体为该蒸发系统配置的制冷机吸入 因而每个蒸发系统单独设立吸入总管 1 制冷压缩机的吸入管段 1 单级压缩机的吸入管段对于单一的高温冷库或制冷 其蒸发系统只有一个 此时 单级压缩化的吸入管与压缩机的连接方案是比较简单 多个蒸发器系统的单级压缩机的吸入管段 可在吸入管道上加一些短管 阀门来沟通不同的蒸发系统 图1 1单级单机压缩部分1 制冷压缩机2 本机阀3 单向阀4 上排阀5 反向工作阀 1 制冷压缩机的吸入管段 2 双级压缩机的吸入管段每个蒸发系统引出来的吸入管和与其对应的低压级压缩机或单机双级压缩机的低压级连接即可 并在各个蒸发系统的吸入管之间也辅以连接管道和阀门 以便操作时灵活调节 图5 9 p227双级压缩机的工作原理 图1 4配组式双级机压缩部分1 低压级制冷压缩机2 中间冷却器3 高压压缩机4 过滤器5 电磁主阀6 节流阀7 安全阀 图1 3单机双级机压缩部分1 制冷压缩机2 中间冷却器3 过滤器4 电磁主阀5 节流阀6 安全阀 1 机房系统 2 制冷压缩机的排气管段排气管段是指从制冷压缩机排气出口至冷凝器气体入口之间的管段 1台制冷压缩机对1台 双级压缩机时为1组 冷凝器 也可以是多台压缩机以串联或并联对1台冷凝器或多台冷凝器 1 单级压缩制冷循环的排气管段油分离器常用洗涤式 分离出的油一般放入集油器 减压放出 也可以直接回到压缩机曲轴箱 图1 8立式壳管式冷凝器的冷凝部分1 洗涤式油分离器2 立式冷凝器3 高压储液器4 空气分离器 冷库的制冷循环系统的组成 2 制冷压缩机的排气管段 2 双级压缩制冷循环的排气管段低压级压缩和高压级压缩之间要安装中间冷却器 多用立式中间冷却器 立式中间冷却器内有蛇形盘管 高压液体在管内被冷却 盘管内液体的压力仍为冷凝压力 可向较高楼层及较远的地方冷却设备供液 图5 9 p227 1 机房系统 3 冷凝器至节流阀的高压液体管段1 冷凝器至高压储液器的管道系统连接室目前 储液器一般采用直通式 图5 10如需在冷凝器与储液器间设计平衡管时 则应从冷凝器与储液器的顶部引出接管 在进行管道设计时应注意 储液器应低于冷凝器 弯头和弯管应尽量少 水平管要有一定坡度向储液器方向倾斜 一般每米管长取20mm的坡度 在氨制冷系统中多采用洗涤式油分离器 连接图 如图5 11 p228 制冷剂在冷库系统中循环方框图 在制冷系统中 干燥过滤器的作用是吸收制冷系统中的水分 阻挡系统中的杂质使其不能通过 防止制冷系统管路发生冰堵和脏堵 1 冷凝器至高压储液器的管道系统连接室 由于制冷压缩机轴封或其他低压侧不严密或润滑油发生分解等原因 会有一部分不凝性气体 主要是空气 进入系统中 不凝性气体的存在直接影响到制冷系统的正常运转 应及时从系统中排除 由于储液器的液封作用 进入系统中的空气都积聚在冷凝器和储液器内 放空气管可从这两个设备中引出 制冷系统中一般都设有空气分离器 通过空气分离器 排除制冷系统中的不凝性气体 3 冷凝器至节流阀的高压液体管段 2 高压储液器至节流阀的连接从高压储液器出来的高压制冷剂液体 一般先接至高压液体调节总站 再按照所采用的制冷系统不同 分别接中间冷凝器 直接供液的节流阀 重力供液的进液节流阀或低压循环储液桶的进液节流阀 进入低压冷却系统 用氨瓶加氨的加氨站 单阀门组式总调节站1 高压储液器2 排液桶 2 库房系统 来自机房系统的高压常温制冷剂液体 通过节流阀降压降温后 按一定的供液方式进入冷却设备 吸收被冷却物品的热量而汽化 然后被制冷压缩机抽回 完成循环过程 通常情况下 制冷装置供液的形式有3种 直接膨胀供液 包括手动 自动 重力供液 氨泵供液系统 2 库房系统 1 直接膨胀供液系统它是借冷凝压力与蒸发压力差经节流阀 直接向冷分配装置供液 其特点是系统简单 但因无分离装置 节流后的制冷剂是两相流 影响传热效能 1 直接膨胀供液系统 1 手动膨胀直接供液系统由高压储液桶来的液体 经手动节流阀节流后直接进入蒸发器 供液完全依靠人工调节 目前这种系统在冷藏库内已很少采用 1 直接膨胀供液系统 2 自动直接供液系统图5 15 p229热力膨胀阀代替手动节流阀 通过感温包的作用 根据回气过热度的变化 在一定范围内自动调节系统的供液量 使之与系统的负荷相匹配 目前 热力膨胀阀直接供液系统主要适用于氟利昂制冷系统 一个热力膨胀阀只宜用于单一通路的蒸发盘管供液 2 库房系统 2 重力供液系统与直接膨胀供液系统的区别在于增加了氨液分离器 氨液分离器内要控制一定液面 与冷却设备保持一定的高度差 它是借低压氨液本身的重力进行供液 2 重力供液系统 氨液在蒸发器被汽化后 再进入氨液分离器 将其中液滴分离出去 重新进入压缩机 为满足供液所需的静液柱 氨液分离器液面需高于冷分配设备最高点0 5 2m 利用静液柱压差向库房冷却设备供液 备注 低压循环桶是循环桶的一种 装在氨泵供液制冷系统中 其功能是保证充分向氨泵供应低压氨液 同时也起了氨液分离器的作用 使向压缩机吸气腔流去的是气态制冷工质 2 重力供液系统 重力供液制冷系统的优点 第一 利用氨液分离器将节流生成的闪发气体分离出来 有利于提高冷分配设备的传热效能 第二 同一蒸发温度的冷分配设备可使用一个膨胀阀和氨液分离器 节省膨胀阀 第三 供液中有氨液分离器的缓冲作用 2 重力供液系统 缺点 第一 氨液在较小压差下流动 放热系数小 蒸发器的换热强度较低 第二 用一个氨液分离器向多个同层库房供液时 因冷却设备阻力较大 制冷剂有再汽化的可能 如供液路长短不一 供液不均 第三 在热负荷变化较大或供液距离较长时 还需在机房内设氨液分离器 目前我国不少中小型冷藏库仍采用这种供液方式 图重力供液系统原理图1 氨液分离器2 蒸发器 2 重力供液系统 2 库房系统 3 氨泵供液系统氨泵供液系统是利用氨泵将低压循环储液桶内经过节流的低温液体 以数倍于蒸发时的流量 直接输送到冷库各蒸发器中去 在蒸发器中一部分制冷剂液体蒸发气化 多余的液体随同气体回至低压循环桶 经气液分离后 气体被制冷压缩机吸走 留在桶内的液体连同从高压储液桶补充来的液体 又由氨泵送至蒸发器循环 3 氨泵供液系统 优点是 依靠氨泵的机械作用输液 进液压力较高 即使管路配液不均 仍保证结霜均匀 氨液在蒸发排管内被迫流动 且循环量大 传热效果好 不易积油 不产生过热 蒸发温度稳定 不易击缸 操作简单 便于集中控制实现系统的自动化 其缺点是设备费用动力消耗较高 大中型冷藏库采用这种供液方式 图氨泵供液系统原理图1 循环桶2 氨泵3 蒸发器 氨泵供液系统原理图 3 热氨冲霜系统 为维持蒸发器的性能 必须定期除去集聚在蒸发器表面的霜层和去除蒸发器内表面的油污 必须设置热氨冲霜系统 冲霜用的热氨应从油分离器后的高压热氨管上接出 从蒸发器盘管顶端接入 氨液从低端排出 图5 19 p230 图5 4 p225 4 3冷库的类型 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 1 按结构形式分类 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 1 按结构形式分类 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 4 3冷库的类型 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 鱼类加工厂 禽蛋加工厂 乳品加工厂 蔬菜加工厂等 加工后经过短期储存即运往销售地区 出口或运至分配性冷库作长期储藏 特点 较大的冷加工能力 一定冷藏容量 2 按使用性质分类 2 分配性冷库 建在大中城市和水陆交通枢纽一带 储存经过冷加工的食品 一般用于调入食品软化的再冻结及当地小批量生鲜食品的冻结 要求与铁路 主要公路 码头相通 特点 冻结量小 冷藏量大 多种食品的储存 2 按使用性质分类 3 零售性冷库 建在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 库温随使用要求不用而异 大多采用装配式冷库 4 3冷库的类型 3 按规模大小分类 4 3冷库的类型 4 按规模 容量 大小分 1 大型冷库容量在1000M3以上 4 按规模 容量 大小分 2 中型冷库容量在500M3 1000M3以上 4 按规模 容量 大小分 3 小型冷库容量在500M3以下 4 3冷库的类型 5 按制冷设备选用制冷剂 氨冷库氟利昂冷库6 按使用库温要求分类 1 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 2 低温库 冻结后食品的储藏库 3 冻结间 冷风机或专用冻结装置实现对肉类食品的冻结 4 冷却间 4 4冷库的结构特点 1 较好的隔热 防潮性库内外温差很大 60 70 热湿交换严重 冷库要求围护结构要有较好的隔热性能和防潮性能 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 土建式冷库的墙体 4 4冷库的结构特点 2 构造严格 周密 合理 4 4冷库的结构特点 3 良好的气密性要求保持低氧 高二氧化碳的气体成份 4 4冷库的结构特点 4 建筑形式迥异体积小 无窗实墙 外表浅色 正方体 4 4冷库的结构特点 5 造价昂贵与普通仓库比 增加一套价格昂贵的制冷设备 墙体增加了隔热层 隔热层墙体超过普通墙体2 3倍 总造价比普通仓库高5 10倍 4 4冷库的结构特点 6 冷库寿命冷库寿命一般十年左右 普通建筑在40 50年左右 冷库维修要停产 维修费用高 停产损失更大 7 施工质量要求高冷库建筑构造复杂 隐蔽工程较多 投产后发现问题 很难维修及补救 4 5冷库的隔热防潮要求 1 保冷冷库建筑内冷外热 要求保冷 保冷要靠隔热层 外墙 地坪 顶层 柱子 阁楼等设置隔热层 隔热层的要求 连续 够厚 防潮 牢固 4 5冷库的隔热防潮要求 2 防潮防止水蒸气侵袭 在隔热层一侧或二侧设防潮层 1 合理布置各层材料 2 合理地设置隔气防潮层 3 做好防水处理 3 密封交换对气调冷库进行密封处理 4 5冷库的隔热防潮要求 4 热湿交换防止热湿交换产生的各种破坏作用 不要造成 冷桥 5 仔细检查