果品冷库制冷系统设计体会

（宁波市制冷学会   叶辉）

（宁波欣力冷链技术有限公司   李飚）

一、工程概况：
（一）工程名称: 宁波市蔬菜有限公司果品分公司一期10000m³冷库

（二）原勘察单位:宁波市建设工程设计院

（三）原钢结构设计单位: 宁波市建设工程设计院
（四）建设单位: 宁波市蔬菜有限公司果品分公司

（五）一期冷库由二部分组成，分成1#冷却物冷藏库和2#冷却物冷藏库。1#冷却物冷藏库的建筑面积为888.70 m²（房屋东西宽25.65m，南北长34.65m）净高为4.7m，1#冷却物冷藏库的公称体积为4177m³；2#冷却物冷藏库的建筑面积为1338.61 m²（房屋东西宽34.65m，南北长46.40m）净高为4.7m，2#冷却物冷藏库的公称体积为6291m³；根据该冷库的特点，在冷库的发货处设计了回笼间，回笼间的建筑面积为53 m²（房屋东西宽10.00m，南北长5.30m）净高为3.5m，回笼间的公称体积为186m³。冷库公称总体积为10654m³。

二、冷却物冷藏库制冷负荷的设计计算

（一）计算依据：

1、《冷库设计规范》GB50072--2001

2、《工业金属管道设计规范》GB50316—2000

（二）计算参数：

1、室外计算温度：32℃，湿球温度：28.3℃，室外计算相对湿度：83%。

2、蒸发温度：-5℃ ~ -10℃。

3、冷凝器的最高冷凝温度：40℃。

4、高压系统最高工作压力：2.0Mpa（表压），低压系统最高工作压力：1.2Mpa（表压）。

5、管道设计压力：2.5Mpa。

6、主要工作介质：R-22。

（三）制冷系统的形式：

冷藏库的冷却方式。本冷库只有一种冷却方式，采用直接蒸发冷却方式，即制冷剂在冷却设备内直接吸取设备外的热量而蒸发制冷。制冷系统内的蒸发温度是根据冷藏库的工艺要求而确定。冷却物冷藏库采用-5℃ ~ -10℃。蒸发温度一般比冷藏库内温度低5℃ ~ 8℃。

冷库的制冷系统采用谷轮机组或并联机组制冷系统。

四、制冷系统的供液方式：

冷库制冷系统的供液方式采用直接膨胀循供液方式。

（五）冷却设备负荷

冷库库板采用100厚的聚氨脂双面夹心彩钢板。地坪（自下向上）：①在原地坪的基础上，做一道3mm厚的SBS，SBS与SBS之间必须有100mm的搭接；②然后再做150mm厚的XPS保温板，氧指数必须≥28%；③再用2mm厚的石油油毡干铺，油毡之间也必须有100mm的搭接；④最后用120mm厚c25的细石钢筋混凝土面层，Φ8双向配筋中—中150随打随抹光。

1、1#冷却物冷藏库冷却设备负荷的设计计算

冷库吨位的计算，根据G=V*ρ_s*η/1000=4177*230*0.65/1000=600吨

（1）围护结构热流量应按下式计算：

Φ₁=K_wA_wα（θ_w-θ_n）

式中：

Φ₁——围护结构热流量(w)；

K_w——围护结构的传热系数[w/（㎡.℃）]；

因为R_ws=0.083+0.10/0.031+0.056=3.36㎡.℃/w，所以K_ws=0.3[ w/（㎡.℃）]

因为R_wd=0.083+0.12/1.55+0.15/0.047+0.056=3.41㎡.℃/w，所以K_wd=0.293[w/（㎡.℃）]

因为R_ww=0.083+0.10/0.031+0.056=3.36㎡.℃/w，所以K_ww=0.3 [w/（㎡.℃）]

A_w——围护结构的传热面积（㎡）；

α——围护结构两侧温差修正系数，可按规范附录B表B.0.1-1采用；

θ_w——围护结构外侧的计算温度（℃）；取32℃；

θ_n——围护结构内侧的计算温度（℃）；取0℃。

冷库围护结构（四周、地坪及屋顶）热流量(w)按上式计算得出：

Φ₁=19708w=19.7kw

（2）货物热流量应按下式计算：

Φ₂=Φ_2a+Φ_2b+Φ_2c+Φ_2d=1/3.6*[m（h₁-h₂）/t+mB_bC_b（θ₁-θ₂）/t]

+m（Φ′+Φ″）/2+（m_z-m）Φ″

式中：

Φ₂——货物热流量（w）；

Φ_2a——食品热流量（w）；

Φ_2b——包装材料和运载工具热流量（w）；

Φ_2c——货物冷却时的呼吸热流量（w）；

Φ_2d——货物冷藏时的呼吸热流量（w）；

m——冷间的每日进货质量（kg）；

h₁——货物进入冷间初始温度时的比焓（kj/kg），h₁=392.32kj/kg；

h₂——货物在冷间内终止降温时的比焓（kj/kg），h₂=271.74kj/kg；

t——货物冷加工时间（h），对冷藏间取24 h；

B_b——货物包装材料或运载工具质量系数；取B_b=0.25

C_b——包装材料或运载工具的比热容[kj/（kg.℃）]，取C_b=1.47kj/（kg.℃）；

θ₁——包装材料或运载工具进入冷间时的温度（℃），取θ₁=32℃；

θ₂——包装材料或运载工具在冷间内终止降温时的温度，宜为该冷间的设计温度（℃）；取θ₂=0℃；

Φ′——货物冷却初始温度时单位质量的呼吸热流量（w/kg），取最大的苹果呼吸热流量为设计依据Φ′=0.188 w/kg；

Φ″——货物冷却终止温度时单位质量的呼吸热流量（w/kg），取最大的苹果呼吸热流量为设计依据Φ′=0.008 w/kg；

m_z——冷却物冷藏间的冷藏质量kg；m_z=600000kg

1/3.6——1kj/h换成1/3.6w的数值。

①冷间的每日进货质量m应按下列规定取值。存放果蔬的冷却物冷藏间，不应大于该间计算吨位的8%计算；即m=600*8%=48吨=48000kg。

②货物包装材料或运载工具质量系数B_b按规定取值。B_b=0.25

③包装材料或运载工具进入冷间时的温度应按规定取值。系数取最大为1。

 ④货物进入冷间时的温度应按下列规定计算：即水果的进货温度，按当地食品进入冷间生产旺月的月平均温度，取32℃。

货物热流量（w）按上式计算得出：

Φ₂=82642w=82.6kw

（3）通风换气热流量应按下式计算：

Φ₃=Φ_3a+Φ_3b=1/3.6*[（h_w-h_n）nV_nρ_n/24+30n_rρ_n（h_w-h_n）]

式中：

Φ₃——通风换气热流量（w）；

Φ_3a——冷间换气热流量（w）；

Φ_3b——操作人员需要的新鲜空气热流量（w），无此项；

h_w——冷间外空气的比焓（kj/kg），h_w=101.33 kj/kg；

h_n——冷间内空气的比焓（kj/kg），h_n=9.21 kj/kg；

V_n——冷间内净体积（m³）；V_n=32.4*22*4.7=3350 m³；

n——每日换气次数可采用2 ~ 3次，取2次；

ρ_n——冷间内空气密度（kg/ m³），取1.2 kg/ m³；

24——1d换成24h的数值。

通风换气热流量（w）按上式计算得出：

Φ₃=8572w=8.6kw

（4）电动机运转热流量应按下式计算：

Φ₄=1000ΣΡ_dξb

式中：

Φ₄——电动机运转热流量（w）；

Ρ_d——电动机额定功率（kw）；

ξ——热转化系数，电动机在冷间内时应取1；

b——电动机运转时间系数，对空气冷却器配用的电动机取1；

1000——1kw换成1000w的数值关系。

电动机运转热流量（w）按上式计算得出：

Φ₄=18400w=18.4kw

（5）操作热流量应按下式计算：

Φ₅=Φ_5a+Φ_5b+Φ_5c=Φ_dA_d+1/3.6* n _k′n_kV_n（h_w-h_n）Μρ_n/24+3/24n_rΦ_r

式中：

Φ₅——操作热流量（w）；

Φ_5a——照明热流量（w）；

Φ_5b——每扇门的开门热流量（w）；

Φ_5c——操作人员热流量（w）；

Φ_d——每平方米地板面积照明热流量，冷却间、冻结间、冷藏间、冰库和冷间的内穿堂可取2.3w/㎡；

A_d——冷间地面面积（㎡）；

n _k′——冷库门堂数；取2

n_k——每日开门换气次数，对需经常开门的冷间，每日开门换气次数可按实际情况采用，取2次；

V_n——冷间内净体积（m³），V_n=4177 m³；

h_w——冷间外空气的比焓（kj/kg）；h_w=101.33 kj/kg；

h_n——冷间内空气的比焓（kj/kg），h_n=9.21 kj/kg；

Μ——空气幕效率修正系数，可取0.5；

ρ_n——冷间内空气密度（kg/ m³）；取ρ_n=1.2 kg/ m³

3/24——每日操作时间系数，按每日操作3h计；

n_r——操作人员数量；取10人

Φ_r——每个操作人员产生的热流量（w），冷间设计温度高于或等于-5℃时，宜取279w。

Φ₅= 10531w=10.5kw

（6）1#冷却物冷藏库冷却设备负荷应按下式计算：

Φ_s=Φ₁+РΦ₂+Φ₃+Φ₄+Φ₅

式中:

Φ_s——冷间冷却设备负荷(w)；

Φ₁——围护结构热流量(w)；

Φ₂——货物热流量(w)；

Φ₃——通风换气热流量(w)；

Φ₄——电动机运转热流量(w)；

Φ₅——操作热流量(w)；

Р——货物热流量系数。（冷却间、货物不经冷却而进入冷却物冷藏间的货物热流量系数Р应取1.3）

Φ_s=Φ₁+РΦ₂+Φ₃+Φ₄+Φ₅=19.7+1.3*82.6+8.6+18.4+10.5

=164.6kw

(7)1#冷却物冷藏库冷却设备的选择应下式计算：

A_s=Φ_s/k_sΔθ_s

式中：

A_s——冷却设备的传热面积（㎡）；

Φ_s——冷间冷却设备负荷（w）；

k_s——冷却设备的传热系数[w/（m.℃）]，取k_s=29w/（m.℃）；

Δθ_s——冷间温度与冷却设备蒸发温度的计算温度差。空气冷却器的计算温度差，应按对数平均温度差确定。可取7~10℃，冷却物冷藏间也可采用更小的温度差，取7℃。

A_s=Φ_s/k_sΔθ_s=164600/29/7=811㎡

应选用DL-55/260型空气冷却器4台（每台的名义制冷量为54.6kw，冷却面积为260㎡，风机功率为1.15kw*4台，风量为350000m³/h）。

（二）2#冷却物冷藏库冷却设备负荷的设计计算

冷库吨位的计算，根据G=V*ρ_s*η/1000=6291*230*0.65/1000=1000吨。同理可以得出2#冷却物冷藏库冷却设备的负荷。

（1）围护结构热流量（w）：

Φ₁= 30.9kw

(2)货物热流量（w）：

Φ₂=140617w=140.6kw

(3)通风换气热流量(w)：

Φ₃=15328w=15.3kw

(4)电动机运转热流量(w)：

Φ₄==27600w=27.6kw

(5)操作热流量(w)：

Φ₅= 17760w=17.8kw

(6)2#冷却物冷藏库冷却设备负荷(w)：

Φ_s=274.4 kw

(7)2#冷却物冷藏库冷却设备的选择应下式计算：

A_s=Φ_s/k_sΔθ_s=274400/29/7=1352㎡

应选用DL-55/260型空气冷却器6台（每台的名义制冷量为54.6kw，冷却面积为260㎡，风机功率为1.15kw*4台，风量为350000m³/h）。

（六）机械负荷应分别根据不同蒸发温度按下式计算：

Φ_j=（n₁ΣΦ₁+n₂ΣΦ₂+n₃ΣΦ₃+n₄ΣΦ₄+n₅ΣΦ₅）R

式中：

Φ_j——机械负荷(w)；

n₁——围护结构热流量的季节修正系数，宜取1；

n₂——货物热流量折减系数，冷却物冷藏间宜取0.3~0.6，取0.6；

n₃——同期换气系数，宜取0.5~1.0，取1.0；

n₄——冷间用的电动机同期运转系数，取1.0；

n₅——冷间同期操作系数，取1.0；

R——制冷装置和管道等冷损失补偿系数，直接冷却系统宜取1.07。

1、1#却物冷藏库机械负荷

Φ_j=（n₁ΣΦ₁+n₂ΣΦ₂+n₃ΣΦ₃+n₄ΣΦ₄+n₅ΣΦ₅）R

   =（1.0*19.7+0.6*82.6+1.0*8.6++1.0*18.4+1.0*10.5）*1.07

=114.2kw

应选用谷轮40HP制冷机组2台（在冷凝温度为40℃，蒸发温度为-10℃时，单台制冷机组的制冷量为63kw)。

2、2#却物冷藏库机械负荷

Φ_j=（n₁ΣΦ₁+n₂ΣΦ₂+n₃ΣΦ₃+n₄ΣΦ₄+n₅ΣΦ₅）R

   =（1.0*30.9+0.6*140.6+1.0*15.3+1.0*27.6+1.0*17.8）*1.07

=188.3kw

应选用谷轮40HP制冷机组3台（在冷凝温度为40℃，蒸发温度为-10℃时，单台制冷机组的制冷量为63kw)。

该冷库自2009年8月5日签订施工合同，至2009年9月23日2#冷却物冷藏库的制冷系统工程、电气工程、给排水工程和加湿系统工程已经安装调试完毕，具备试生产条件，2009年9月24日2#冷却物冷藏库的温度降至0~3℃并实现自动控制。至2009年10月4日1#冷却物冷藏库的制冷系统工程、电气工程、给排水工程和加湿系统工程已经安装调试完毕，具备试生产条件。10月5日1#冷却物冷藏库的温度降至0~3℃并实现自动控制。经过了一年多的运行，制冷系统制冷速度快，运行稳定。

( 宁波市制冷学会  供稿）