500吨小型冷库设计解析
毕业设计
题目：冷库制冷工程设计
专业：空调技术与供热通风工程
班级：制冷132
学生姓名：冯万暖
摘要
本设计为猪肉冷库制冷工程设计，本建筑包括两个冻结间、三个冻结物冷藏间。本次设计的主要内容包括：制冷系统方案的确定、冷负荷的计算、设备选型、制冷系统的布置。结合建筑结构特点和使用功能，通过方案比较，在冷负荷计算的基础上，选择了双级压缩制冷系统，根据制冷系统方案的设计，进行辅助设备
的选型。其次本设计介绍了机房及库房设备的布置，管线的布置及走向，管材、管径等。最后对制冷系统的试压、试漏、及管道的保温问题做了简单说明。
目录
1 工程概况及原始材料 (1)
1.1设计目的 (1)
1.2工程概况 (1)
1.2.1 冷库设计条件 (1)
1.2.2 冷库围护结构的传热系数计算 (2)
1.2.3 维护结构传热面积F的确定 (7)
2 冷负荷计算 (9)
2.1维护结构传热引起的耗冷量Q1 (9)
2.2食品冷加工耗冷量Q2的计算 (10)
2.3通风换气的耗冷量Q3的计算 (12)
2.4电动机运转耗冷量Q4的计算 (12)
2.5操作耗冷量Q5的计算 (12)
2.6耗冷量的汇总 (14)
2.6.1 冷间冷却设备负荷计算 (14)
2.6.2 机械负荷Qj计算 (15)
2.6.3 冷库耗冷量估算 (16)
3 制冷系统方案的确定 (18)
3.1确定制冷系统方案的原则 (18)
3.2确定制冷系统方案的主要内容 (18)
3.3冷库制冷系统的确定选择 (19)
3.3.1制冷剂种类确定 (19)
3.3.2 制冷系统供液方式的确定 (19)
3.3.3冷间冷却方式的确定 (21)
3.3.4制冷系统供冷方式的确定 (22)
3.3.5蒸发温度的确定 (22)
3.3.6过热度的确定 (22)
3.3.7冷凝温度的确定 (22)
3.3.8过冷度的确定 (23)
3.3.9蒸发器除霜方案的确定 (23)
4 制冷机器设备的选型 (24)
4.1压缩机的选型计算 (24)
4.1.1选型的一般原则 (24)
4.1.2 计算压力比 (24)
4.1.3 －33℃蒸发回路压缩机选型 (24)
4.2冷凝器的选型计算 (29)
4.2.1 冷凝器的负荷 (29)
4.2.2 冷凝器面积计算 (30)
4.2.3 冷却水用量 (31)
4.3 蒸发器的选型计算 (31)
4.3.1冷风机的选型计算 (31)
4.3.2 冻结间冷却设备选型 (32)
4.3.3 排管的选型计算 (32)
4.4节流阀的选型 (34)
5 辅助设备的选型 (35)
5.1中间冷却器的选型 (35)
5.1.1 中间冷却器的桶径 (35)
5.1.2 蛇形盘管传热面积的计算 (35)
5.2高压贮液器的选型 (37)
5.2.1 贮液器所需容积 (37)
5.3低压循环桶的选型 (39)
5.3.1 低压循环桶的桶径计算 (39)
5.3.2低压循环桶容积计算 (39)
5．4氨泵的选型计算 (41)
5.4.1氨泵的体积流量计算 (41)
5.4.2 参数确定 (42)
5.4.3 计算结果 (42)
5.5排液桶的选型计算 (42)
5.6集油器的选型计算 (44)
5.7油分离器选型计算 (44)
5.7.1 计算基础资料 (44)
5.7.2 参数确定 (45)
5.8空气分离器选型 (46)
6 制冷系统管道设计 (48)
6.1系统管道和阀门的设计要求 (48)
6.2系统管道的设计 (48)
6.2.1管道流速要求 (48)
6.2.2蒸发器供液管的设计 (48)
6.2.3 吸气管道的设计 (49)
6.2.4 排气管的设计 (49)
6.2.5其它管道的设计 (49)
6.2.6对制冷工艺管道布置要求 (49)
6.3管径的确定 (49)
6.3.1 回气管管径 (49)
6.3.3排气管管径 (50)
6.3.4贮液桶至调节站管径 (50)
6.3.5冷凝器至贮液器管径 (50)
6.4制冷设备和管道的隔热层厚度 (50)
7 结论 (51)
参考文献 (52)
致谢 (53)
1 工程概况及原始材料
1.1 设计目的
毕业设计是工科类专业教学的重要环节之一，是对学生在校所学理论知识的全面总结和综合检验。通过毕业设计初步了解制冷与空调技术专业的设计内容、程序和基本原则，了解设计计算的步骤和方法，培养学生的识图和制图能力，引导学生学会查找设计规范和设计手册，初步了解本专业的主要设备、附件及材料。参加《制冷技术》毕业设计的学生，通过设计要求掌握有关冷藏库有关制冷工艺设计的内容、程序及基本原则和制冷工艺设计计算方法并提高绘制设计图纸的能力。在设计过程中尽可能联系当前技术发展和环保要求，参照新规范进行设计，使设计达到技术、经济、运行管理的合理、可行和安全可靠。
1.2 工程概况
该冷库是一个单层500t生产性冷库，主要生产储存白条肉。采用砖墙、钢筋混凝土梁、柱和板建成。隔热层外墙和屋顶采用聚氨酯现场发泡，冻结间内墙贴软木，地坪采用炉渣并装设水泥通风管。该冷库主要包括冻结间、冻结物冷藏间两大部分。其主要加工环节为：白条肉胴体进入冻结间冻结，肉胴体温度降至要求温度后进入冻结物冷藏间冷藏。
1.2.1 冷库设计条件
（1）气象和水文资料
30考虑，地下水温夏季室外计算温度为+32℃，相对湿度为60%，太阳辐射在北纬
为20℃，可以是深进水，采用循环水。进水温度为25℃，出水温度为30℃（2）生产能力
冷藏容量为500t，冻结能力为20t/日。
（3）制冷系统
采用氨直接蒸发制冷系统。冻结物冷藏间温度为-20℃，冻结间温度为-23℃（4）冷藏库的平面布置
图1-1 冷藏库的平面布置图
1.2.2 冷库围护结构的传热系数计算
主要计算外墙、内墙，阁楼层和地坪的传热系数，计算公式见资料[1]第三章。 热阻计算公式为
αλδ/1,/==s i i i R R (1-1) 传热系数K 的计算公式为
n w a a K 111
221
1+???+++=
λδλδ （1-2）
式中：n W a a , ---- 分别是维护结构外侧和内侧的传热系数[)/(2
C m W
?]，按资料[1]表
3—3查取；
1λ---- 冷间维护结构中各层建筑材料或隔热材料的热导率[)/(k m W ?],查资料
[1]表A-1、A-2和表3-5；
1 ---- 冷间维护结构中各层建筑材料或隔热材料的厚度（m ）。
对于墙面的对流换热系数α，外墙表面α取25K m W ?2
/;内墙表面α取
7K m W ?2/；冻结间的内墙表面取25K m W ?2
/。各冷库围护结构及其传热系
数的计算见下表：
表1-1 冷库外墙围护结构及其传热系数计算表
结构层次
m /δ
λ
)/(/[C h m kcal
??
]/)/[(/2
kcal C h m R ??=λ
δ
外墙
1 外墙外表面空气热阻 w α/1
25 0.040 2 20厚水泥沙浆抹面 0.02 0.93 0.0215 3 370厚预制混凝土砖墙 0.37 0.7 0.5285 4 20厚水泥沙浆抹面 0.02 0.93 0.040 5 冷底子油一道 - - - 6
二毡三油 油毡 沥青
0.04 0.006 0.15 0.40 0.0266 0.015 7 550厚稻壳隔热层 0.55 0.151 3.6424 8 混合砂浆砌砖墙 0.12 0.7 0.1714 9 20厚水泥沙浆抹面 0.02
0.93 0.0215 10
外墙内表面空气热阻
n a /1
7
0.1428 总热阻0R
4.6312
传热系数K
0.2159
结构层次m
/δ
λ
)
/(
/[C
h
m
kcal ?
?]
/)
/[(
/
2kcal
C
h
m
R
?
?
=λ
δ
冻结间内墙
1 内墙外表面空气热阻wα/125 0.04
2 20厚水泥沙浆抹面0.02 0.9
3 0.0215
3 混合砂浆砌砖墙0.12 0.7 0.1714
4 20厚水泥沙浆抹面0.02 0.93 0.0215
5 150 厚软木隔热层0.15 0.07 2.1428
6 二毡三油油毡
沥青
0.04
0.006
0.15
0.40
0.0266
0.015
7 20厚水泥沙浆抹面0.02 0.93 0.0215
8 内墙内表面空气热阻n a/17 0.1428
总热阻
R 2.60315 传热系数K 0.3841
结构层次m
/δ
λ
)
/(
/[C
h
m
kcal ?
?]
/)
/[(
/
2kcal
C
h
m
R
?
?
=λ
δ
屋顶
1 外表面空气热阻wα/125 0.040
2 40厚预制混凝土板0.04 1.1 0.0363
3 二毡三油油毡
沥青0.04
0.006
0.15
0.40
0.0266
0.015
4 20厚水泥沙浆找平层0.02 0.8 0.025
5 30厚钢筋混凝土屋盖0.03 1.35 0.0222
6 1100厚稻壳隔热层 1.1 0.13 8.4615
7 250厚钢筋混凝土板0.25 1.35 0.1851
8 内表面空气热阻冷藏间
冻结间
n
a/17
25
0.1428
0.04
9 总热阻
R冷藏间
冻结间
8.9545
8.8517
10 传热系数K 冷藏间
冻结间0.1117 0.113
结构层次m
/δ
λ
)
/(
/[C
h
m
kcal ?
?]
/)
/[(
/
2kcal
C
h
m
R
?
?
=λ
δ
地坪
1 60厚细石钢筋混凝土面层0.06 1.35 0.0444
2 15厚水泥沙浆抹面层0.15 0.8 0.0187
3 一毡二油油毡
沥青0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
4 20厚水泥沙浆抹面层0.02 0.8 0.025
5 50厚炉渣预制块0.05 0.35 0.1428
6 540厚炉渣层0.54 0.28 1.9285
7 15厚水泥砂浆保护层0.015 0.80 0.0187
8 二毡三油油毡
沥青
0.04
0.006
0.15
0.40
0.0266
0.015
9 20厚水泥沙浆抹面层0.02 0.8 0.0250
10 53厚单层红砖干铺0.053 0.7 0.0757
11 400厚干沙垫层0.400 0.5 0.800
12 150厚3:7灰土垫层0.15 0.345 0.4347
13 100厚碎石灌50号水泥砂浆0.10 0.6 0.1666
14 内表面空气热阻冷藏间
冻结间
n
a/17
25
0.1428
0.04
总热阻
R冷藏间
冻结间3.8853 3.7823
传热系数K 冷藏间
冻结间0.2573 0.2643
1.2.3 维护结构传热面积F的确定
根据资料[1]维护结构传热面积的计算应符合下列规定：
（1）屋面、地面和外墙的长度应该自外墙外表面至外墙外表面或外墙外表面至内墙中或内墙中至内墙中计算；
（2）楼板和内墙长、宽度应自外墙内表面至外墙内表面或外墙内表面至内墙中或内墙中至内墙中计算；
（3）外墙的高度：地下室或底层，应自地坪的隔热层下表面至上层楼面计算；
（4）内墙的高度：地下室或底层和中间层，应自该层地面、楼面至上层楼面计算；顶层应自该层楼面至顶部隔热层下表面计算。
冷库围护结构的传热面积如下表：
表1-5 冷库围护结构的传热面积表
计算部位传热面积计算部位传热面积
长/m 高/m 面积2m长/m 高/m 面积2m
No.1 东墙
西墙
北墙
屋顶
地坪13 5 65 No.4 北墙
南墙
西墙
屋顶
地坪
14.4 5 72 13 5 65 14.4 5 72 24 5 120 27.6 5 138 24 13 312 27.6 14.4 397.44 24 13 312 27.6 14.4 397.44
No.2 东墙
西墙
屋顶
地坪14.6 5 73 No.5 东墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
27.6 5 138 14.6 5 73 14.4 5 72 24 14.6 350.4 14.4 5 72 24 14.6 350.4 27.6 14.4 397.44
27.6 14.4 397.44
No.3 东墙
西墙13.8 5 69 13.8 5 69
南墙屋顶地坪24 5 120 24 13.8 331.2 24 13.8 331.2
2 冷负荷计算
2.1 维护结构传热引起的耗冷量Q1
根据资料[1]，因维护结构传热引起的耗冷量应按下列公式计算： )
(1n w t t KFa Q -= (2-1)
式中：K ---- 维护结构传热系数[)/(2C m W ?]； F ---- 维护结构传热面积（2
m ）； a ---- 维护结构两侧温差修正系数；
w t 错误！未找到引用源。---- 维护结构外侧计算温度（C
错误！未找到引用源。）； n t ---- 维护结构内侧计算温度（C
）。
表2-1 Q1的计算表
冷间 序号 墙体 方向 计算公式:)(n w T T KF Q -?=α W T n T
W Q /
NO.1
东墙 0.2159×65×1.05×[32-(-20)] 32 -20 766.2291 北墙 0.2159×120×1.05×[32-(-20)] 32 -20 1414.557 西墙 0.2159×65×1×[32-(-20)] 32 -20 729.742 屋顶 0.1117×312×1.2×[32-(-20)] 32 -20 2174.665 地坪
0.2573×312×0.7×[30-(-20)]
30
-20
2809.716 此间合计
7277.934
No.2
东墙 0.2159×73×1.05×[32-(-20)] 32 -20 860.5342 西墙 0.2159×73×1×[32-(-20)] 32 -20 819.5564 屋顶 0.1117×350.4×1.2×[32-(-20)] 32 -20 2442.316 地坪
0.2573×350.4×0.7×[30-(-20)]
30
-20
3155.527 此间合计
7277.934
No.3 东墙 0.2159×69×1.05×[32-(-20)] 32 -20 813.3817 西墙 0.2159×69×1×[32-(-20)] 32 -20 774.6492 南墙 0.2159×120×1.05×[32-(-20)] 32 -20 1414.557 屋顶 0.1117×331.2×1.2×[32-(-20)] 32 -20 2308.49 地坪
0.2573×331.2×0.7×[30-(-20)]
30
-20
2982.622 此间合计
8293.72
No.4 南墙 0.2159×72×1.05×[32-(-23)] 32 -23 897.7122 西墙 0.2159×138×1.05×[32-(-23)] 32 -23 1720.715 北墙 0.2159×72×1.05×[32-(-23)] 32 -23 897.7122 屋顶 0.1117×397.44×1.2×[32-(-23)] 32 -23 2930.007 地坪
0.2643×397.44×0.7×[30-(-23)]
30
-23
3897.11 此间合计
10343.16
NO.5
东墙 0.2159×138×1×[32-(-23)] 32 -23 1638.681 南墙 0.2159×72×1.05×[32-(-23)] 32 -23 897.7122 北墙 0.2159×72×1.05×[32-(-23)] 32 -23 897.7122 屋顶 0.1117×397.44×1.2×[32-(-23)] 30 -23 2930.007 地坪
0.2643×397.44×0.7×[30-(-23)]
30
-23
3897.11 此间合计
10261.22
2.2 食品冷加工耗冷量Q2的计算
根据资料[1]货物放热量计算公式如下： T
cb
t t GB T h h G Q Q Q b a )()(2121222-+-=+= (2-2) 式中：a Q 2 ---- 货物热量(W)；
b Q 2---- 包装材料和运载工具的热量（W ）； G -----冷间的每日进货量（Kg ）；
1h ---- 货物进入冷间初始温度时的比焓（Kg KJ /错误！未找到引用源。）,查资料[1]表A-3；
2h ---- 货物在冷间内终止降温时的比焓（Kg KJ /），查资料[1]表A-3；
T ---- 货物冷却时间（h ），对冷藏间取24 h ，对冷却间、冻结间取设计冷加工时间； B ---- 货物包装材料或运载工具重量系数，查资料[1]表3-12；
b C ---- 货物包装材料或运载工具的比热容[)/(C Kg KJ ?]，查资料[1]表3-14； 1t ---- 货物包装材料或运载工具进入冷间时的温度（C
）；
2t ---- 货物包装材料或运载工具在冷间内终止降温时的温度，一般为该冷间的设计温度（C
）。
（1） 由于冷藏间属于生产性冷库，进入冷藏间储存时的耗冷量，要按每昼夜冻结能力比例摊入于各冷藏间内。该库有二间冻结间，每间冻结能力为6.5t/日，共13t/日.三间冷藏间按比例摊分，每间进货量为6.5t/日。冻结食品为猪肉。
（2） 冻结间：食品在冻结间的温度按＋32C 计算，经过20h 以后的温度为-15C 。食品的冻结加工量为6.5t/日，即G=6500㎏/日。
食品在冻结前后的焓值查资料[1]附表A-3可得：=1h 308.7KJ/㎏,=2h 12.2KJ/㎏，
n =1,T=20h .
KW nT h h G Q 77.263600
201)
2.127.308(6500)(211.2=??-=-=
（3） 冷藏间：进货量为19.5t/日，食品入库前地温度为-15C
，经冷藏24h 后达到-20C
。 G=19500Kg /日，食品前后的焓值查资料[1]附表A-3可得：=1h 12.2Kg KJ /，
=2h 0Kg KJ /，T=24h 。
KW nT h h G Q 75.23600
201)
02.12(19500)(211.2=??-=-=
2.3 通风换气的耗冷量Q3的计算
由资料[1], 通风换气热量只适用于贮存有呼吸的食品的冷藏间,因为本库生产货物为猪肉，冷间又无操作工人长期停留操作，所以3Q 可以忽略不计。
2.4 电动机运转耗冷量Q4的计算
由资料[1], 电动机运转热量应按下式计算：
ξρ∑P =4Q (2-3)
式中:4Q ---- 电动机运转热量（KW ）；
P ---- 电动机额定功率（KW ）；
ξ---- 热转化系数，电动机在冷间时应取1，电动机在冷间外应取0.75；
ρ---- 电动机运转时间系数，对冷风机配用的电动机取1，对冷间其他设备配用的
电动机可按实际情况取值，一般可按昼夜操作8h 计，则33.024/8==ρ
冻结间：4号、5号、6号冻结间电动机的运行耗冷量相同：冷风机使用的电动机有两台，每台功率为2.2KW ，电动机运转耗冷量为
KW Q 4.41122.24=???=
冻结物冷藏间：此间无风机，所以该项耗冷量4Q =0。
2.5 操作耗冷量Q5的计算
由资料[1], 操作热量5Q 可按下式计算：
r
r n n w d c b a q n mr h h Vn F q Q Q Q Q 24
3
360024)(5555+?-+
=++= （2-4) 式中 a Q 5---- 照明热量（W ）；
b Q 5---- 开门热（W ），当冷间的冷藏门超过两樘时，应按两樘门的开门热计算；
c Q 5---- 操作人员热量（W ）；
d q ---- 每平方米地板面积照明热量，冷藏间可取2/3.2~8.1m W ,操作人员长时间
停留的加工时间、包装间等可取2
/8.5m W F ---- 冷间地板面积（2
m ）；
n ---- 每日开门换气系数，查资料[1]图3-3，取2； V ---- 冷间内公称容积（2
m ）；
n w h h ,---- 冷间内、外空气的含热量（Kg KJ /）,查资料[1]表A-5； m ---- 空气幕效率修正系数，可取0.5，如不设空气幕时，则取1； 24---- 每日小时数（h ）；
n r --- 冷间空气密度（3
/m Kg ），查资料[1] 表A-6 ； 3/24--- 每日操作时间系数，按每日操作3h 计；
r n ---- 操作人员数，查资料[1]表3-15，可按冷间内公称容积2502
m 增加一人；
r q ---- 每个操作人员产生的热量（h W /），冷间设计温度高于或等于-5C
时取
279h W /，冷间设计温度低于-5C
时取419h W /。
注： 冷却间、冻结间不计算该项负荷。
表2-2 各冷间经营操作耗冷量
参数 冷间 d q
F
n V
w h n h
M
n r r n r q
)
(5W Q
NO.1
冷藏间 2
312
2
1560
78.29
-18.97
0.5
1.395
6
419
940.7
NO.2
冷藏间 2
350.4
2
1752
78.29
-18.97
0.5
1.395
7
419
1070.2
NO.3
冷藏间
2
331.2
2
1656
78.29
-18.97
0.5
1.395
6
419
979.2
2.6 耗冷量的汇总
2.6.1 冷间冷却设备负荷计算
由资料[1],冷间冷却设备负荷应按下式计算：
54321Q Q Q pQ Q Q q ++++= （2-5）
式中 q Q ----- 冷间冷却设备负荷（W ）； 1Q ----- 维护结构传热量（W ）； 2Q ----- 货物热量（W ）； 3Q ----- 通风换气热量（W ）； 4Q ----- 电动机运转热量（W ）； 5Q ----- 操作热量（W ）；
p ----- 负荷系数，冷却间和冻结间得到负荷系数p 取应取1.3，其他冷间取1。
表2-3 库房冷却设备的总负荷
冷间类别
KW Q 1
KW Q 2 KW Q 3 KW Q 4 KW Q 5
KW Q q
NO.1冷藏间 7.2779 2.75 0.941 10.9689
NO.2冷藏间 7.2779 2.75 1.07 11.0979
NO.3冷藏间 8.2937 2.75 0.979 12.0227
NO.4冻结间 10.343 26.77 4.4 49.544
NO.5冻结间 10.2612 26.77 4.4 - 49.4622 总计
133.0957
2.6.2 机械负荷j Q 计算
由资料[1],机械负荷应分别根据不同的蒸发温度按下式计算：
R Q n Q n Q n Q n Q n Q j )(5544332211∑∑∑∑∑++++= (2-6)
式中 j Q ---- 机械负荷（W ）；
1n ---- 维护结构传热量的季节修正系数，查资料[1]表3-17，1n 取1；
2n ---- 货物热量的机械负荷折减系数，查资料[1]，冷加工间和其他冷间2n 取1，冻结物冷藏间2n 为70003
m 以下取0.5；
3n ---- 同期换气系数，一般取0.1~5.0（同时最大换气量与全库每日总换气量的比
值大时取大值）；
4n ---- 冷间用的电动机同期运转系数，对冷却间和冻结间中的冷风机取1，其余查资料[1]表3-18，4n 取1；
5n ---- 冷间同期操作系数，查资料[1]表3-18，5n 取0.5；
R---- 制冷装置和管道等冷损耗补偿系数，一般直接冷却系统取1.07，间接冷却系统取1.12，本系统采用直冷，R 取1.07。 由公式2-6计算，结果如下：
表2-4 机械负荷汇总
参数蒸发温度
1
1
Q
n
（KW）
2
2
Q
n
（KW）
3
3
Q
n
（KW）
4
4
Q
n
（KW）
5
5
Q
n
（KW）
R j Q
（KW）
-30C
22.8495
4.125 - - 1.495
1.07 30.462
-33 C
20.6042
53.54 -
8.8
- 1.07 88.750
此项合计119.213 2.6.3冷库耗冷量估算
表2-5 冻结每吨肉类食品的耗冷量估算表
序号库房温度
/C
肉类降温情况冻结加工时间
/h ○1
单位耗冷量/(t
W/) 入库时
/C
出库时
/C
冷却设备负
荷
机械负荷
1 -23 +4 -15 20 5300 4500
2 -2
3 +12 -15 12 8200 6900
3 -23 +35 -15 20 7600 5800
4 -30 +4 -1
5 11 9400 7500
5 -30 -10 -18 1
6 6700 5400 ○1指一次冻结（指肉类不经过冷却），氨系统直接用低于-33C 的蒸发温度。
注：本表内冷却设备负荷已经包括货物热流量系数P的数值，机械负荷已经包括总管道等7%的冷损耗系数。
冻结间日进货量为6.5t，经上表查得：冷却设备负荷为 7600×6.5=49400W
机械负荷为 5800×6.5=37700W
冻结物冷藏间日进货量为20t，经查得：冷却设备负荷为 6700×20=134000W