冷库课程设计
小型氨系统制冷工艺设计
一个单层500t 生产性冷藏库，采用砖墙、钢筋混凝土梁、柱和板建成。隔热层外墙和阁楼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。整个制冷系统设计计算如下： 1.1.设计条件
1.气象和水文资料 地点：杭州
夏季室外计算温度+32℃，相对湿度80%，太阳辐射按北纬30°，地下水温为20℃，可以设置深井水，采用循环水。
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。冷藏间温度为-18℃，冻结间温度为-23℃。 4.冷藏库的平面布置
冷藏库的平面布置如图1-1所示。 1.2设计计算
整个制冷系统的设计计算是在冷库的平面立面和具体的建筑结构和围护结构确定之后进行的。首先计算冷库的耗冷量，然后计算制冷机器和设计。计算出程序如下：
1.冷库维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，计算公式如下： 热阻的计算公式为：
,1i i i s R R a δλ==
传热系数的计算公式为
12121
s w K δδαλλα=
+
++???+
对于墙面的对流换热系数α，外墙表面α取 29W/m 2?K ；内墙表面α取8W/m 2?K ；冻结间的内墙表面取29W/m 2?K 。各冷库维护结构及其传热系数的计算见表1-1。
2.冷库耗冷量的计算
（1）冷库围护结构传热引起耗冷量按计算围护结构传热面积原则计算各库房围护结构的传热面积，然后计算耗冷量。
1）冷库围护结构的传热面积。冷库围护结构的传热面积计算见表1-2.
表1-1 冷库围护结构及其传热系数的计算
外墙
冻结间内墙
屋顶阁楼层
地坪
表1-2 冷库维护结构的传热面积表
2）冷库围护结构的耗冷量计算见表1-3.
表1-3 Q1的计算表
注：公式()=w n Q KA T T α--中，K 为传热系数()2/W m C ?
?????
，A 为传热面积()2m ，α为温差修正系数，w T 为室外温度()C ?，n T 为室内温度()C ?。 （2）食品冷加工的耗冷量
冻结间进行食品冷加工的耗冷量按第三章的计算公式计算。由于冷藏间属于生产性冷库，进入冷藏间贮存时的耗冷量，要按每昼夜冻结能力比例摊入于各冷藏间内。该库有三间冻结间，每间冻结能力为6.5t/日，共19.5 t/日。三间冷藏间按比例摊分，每间进货量为6.5 t/日。假设冻结的食品为猪肉。
1）冻结间：食品在冻结间的温度按+35℃计算，经过20h 后的温度为-15℃。食品的冻结加工量为6.5 t/日，即6500kg/日。
食品在冻结前后的焓值查附表可得1=317.26kJ/kg h ；2=12.122kJ/kg h ，n=1，=20h T 。
122.1h -h 6500-=
==27.55kW n 1203600
G Q T ??（）（317.2612.226）
2）冻结物冷藏间：进货量为19.5 t/日，食品入库前的温度为-15℃，经冷藏24h 后达-18℃。
=19500kg /G 日,食品前后的焓值查附表3得：1=12.122k /kg h J ，2=4.598k /kg h J ，T=24h 。
122.1h -h 19500-4=
=kW=1.70kW n 1243600
G Q T ??（）（12.122.598）
（3）通风换气的耗冷量 这个冷库没有需要换气的库房，因而没有通风换气的耗冷量。所以
3=0Q 。
（4）经营操作耗冷量 计算公式为
55a 5b 5c
n w n n d r r
h -h mr 3 =q n q 2424
Q Q Q Q V F =++++（） ○
1 1号冻结物冷藏间。库房面积=158F ㎡。照明耗冷量：每平方米地板面积照明热量d q =1.16/W ㎡。
开门耗冷量：在建筑上采用常温穿堂。查表得杭州地区（接近30°纬度），库内温度-20℃、500t 冷库的开门耗冷量数值为4489W 。按使用系数摊入，冻结间约为638.6W ，冻结物冷藏间约为893.2W 。
操作工人耗冷量：进入冷库操作的同期人数n=8，查表得，单位时间内产生的热量r =382.8q W ，每天进库3h 。
55a 5b 5c ===Q Q Q Q ++???（158 1.16+893.2+382.883/24）W 1459.28W ○
22号冻结物冷藏间。库房面积154F =㎡。其余各量与上相同。 55a 5b 5c ===Q Q Q Q ++???（154 1.16+893.2+382.883/24）W 1454.64W ○
33号冻结物冷藏间与1号冻结物冷藏间相同，均为1459.28W 。 ○
44号、5、6号冻结间的经营操作耗冷量5638.6Q W = （5）电机运行耗冷量 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三台，煤台功率为2.2kW ，=6.6kw N ，电动机运转耗冷量为4=6.6kw Q ，冻结物冷藏间没有
风机，此项耗冷量40Q = （6）总耗冷量
1）库房冷却设备的总负荷：按公式计算于表1-4。
q 12345=Q Q qQ Q Q Q ++++
其中，冻结物冷藏间p=1；冻结间p=1.3
表1-4 库房冷却设备的总负荷
2）制冷机器的总负荷
1122334455(j Q n Q n Q n Q n Q n Q R =++++∑∑∑∑∑）
冷库的生产旺季不在夏季，1Q 的修正系数取0.8；冷藏间面积100≥㎡时，修正系数取0.5；冻结间取0.75；=1.07R 带入计算后见表1-5
表1-5 机器负荷表
3.制冷压缩机机及配用设备的选择计算
冷库的耗冷量计算以后，便可按机器总负荷选择制冷压缩机及所配用的设备。按这个冷库的设计条件，确定冷凝温度、氨液冷凝后的再冷温度以及制冷压缩机循环的级数，然后进行计算。
冷凝温度：建库地点深井水温为+20℃，可以采用循环水，考虑循环水进入冷凝器的温度为+30℃，出水温度为32℃，所以冷凝温度为
[](3032)/27=38k t =++℃℃
氨液的再冷温度：氨液自冷凝器流入高压贮液器，在供至膨胀阀之前可以经行再冷却，一是冷凝器在室外，高压贮液器在室内，氨流进高压贮液器和供至膨胀阀的过程中，受环境的温度影响会自然降温，冷凝温度降低3-5℃。
制冷循环的压缩级数:这个冷库要求冷藏间的温度为-18℃，冻结间温度为-23℃，如果蒸发温度与库房温度的温差为10℃，则蒸发温度为-28℃和-35℃。
当冷凝温度为+38℃时，相应的冷凝压力为1467.0kpa L p =。 当蒸发温度为-28℃时，相应的蒸发压力为131.5kpa Z p =。 当蒸发温度为-33℃时，相应的蒸发压力为103.1kpa Z p =。 按冷凝压力和蒸发压力的比值考虑，则
1467.011.168131.5
L Z p p ==＞ 1467.014.238103.1
L Z p p ==＞ 压力比均大于8，应采用双机压缩制冷循环。
制冷系统采用双级压缩循环，冷凝温度k =38t ℃，蒸发温度0=-33t ℃，采用双级压缩，其高低压级容积比采用1/3；查书中相应图得中间温度m =-1.5t ℃，此时中间压力为409.64kPa 。
流向冷却设备的氨液经由中间冷却器的蛇形盘管经行冷却，冷却后的过冷温度比中间温度高
5℃。然后通过膨胀阀节流降低到蒸发压力。
在制冷压缩机的实际运转过程中，所吸入的气体是过热气体而不是饱和蒸汽，在计算制冷压缩机的制冷量时，可以根据吸入气体的比体积来计算，即允许制冷剂有一定的过热。
按照允许吸气温度来计算制冷压缩的制冷量，制冷压缩机循环图如图所示。
m =-1.5t ℃，=-21t 吸℃，=-0.5t 吸中℃，查的吸气比体积: '31 1.18m /kg ν=,'330.03m /kg ν=。 按压力和温度条件，查的图中各相应状态点的焓值见表1-6：
表1-6个状态点的焓值
（1）制冷压缩机的选用计算 双级压缩机的制冷量以低压级压缩制冷含量为计算依据，选用计算的目的主要是求出需用的压缩机排气量和需用的电动机功率，先计算低压级然后计算高压级。选用压缩机时一般不适宜少于两台，要考虑维修时不停产；配备多台压缩机时，要注意型号以及零件的互换性，并 制冷压缩机产品目录样本选用。
另外，也可以考虑单级制冷压缩机，配组为双级制冷压缩，压缩机的高压级和低压级的容量比可以变化。
本例中制冷压缩机的选用计算见表1-7：
表1-7 压缩机的选型计算表
(2)制冷压缩机配用设备的计算
1）冷凝器 冷凝热负荷L Q 的计算公式为
Q l =G g ×h 4?h 5
3600
=173.19kW
采用立式冷凝器，考虑单位热负荷 2.9k /F q W =㎡时，冷凝面积为：
F =Q l q F
=59.72m 2
应选用=50F ㎡的立式冷凝器一台。 2）中间冷却器的选用 桶径的计算公式为
d zj =
4λq V 3600πω= 4×494.15×0.39
3600×0.5×3.14
m =0.37m
式中ω-中间冷却器内流体的流速（m/s ），选为0.5 m/s ； zj d -中间冷却器的内径（m ）。
蛇形盘管冷却面积（㎡）：取中间器的K 值为580W/ ㎡·K ，其对数平均值温差的计算公式为：
1212
(38 1.5)(3.5 1.5)
=16.7138 1.5
2.3lg 2.3lg
3.5 1.5m t t t t t -+-+=
=++△△△℃℃△△ A =Q zj k ?t m =G d (h 5?h 7)3.6k ?t m
=1.788m 2
应选用外径φ500mm 、蛇形盘管冷却面积为2.5㎡的中间冷却器一台。
3）油分离器的选用。按选用的四台双级压缩机的高压级活塞理论输气量q Vh =253.2m 3/h ，输气系数0.7852g λ=，则
0.296296yf d m mm ===
应选用φ325mm 油分离器一个。
4）放空气器。选用KFA-32型放空气器一台。
5）集油器。按规则，制冷量在200kw 以下时选用?159集油器一台。 6）高压贮液器。氨液的总循环量494.15/G kg h =，冷凝温度下的氨液比体积
30.001716/m kg υ=，容量系数φ取为1.2，充满度β取为0.7，则按式计算得
3
3494.150.001716 1.2m =1.45m 0.7
G V υφ
β
??=
=
应选用ZA-2.0型的贮液桶一只 4. 供液方式的选择
该冷库有-18℃的冷藏间和-23℃的冻结间各三间，为了简化系统，采用一个-33℃的蒸发温度，并采用氨泵循环供液方式。冷却设备的进液采用上进下出的方式。当制冷压缩机停止运行时，部分氨液存在冷却设备内。冷却间和冻结间分别设置液体分调节站与操作台，在操作台上调节各库的供液量。
5. 冷藏间冷却设备的设计
该冷库为生产性冷库，储存冻肉的时间较短，考虑采用光滑管制的双层顶排管，有利于保持库内较高的相对湿度，管径采用38mm φ，管径为150mm ，在库内集中布置。平时用人工扫霜，清库时采用人工扫霜和热氨冲霜相结合的除霜方法。
这种形式的顶排管的传热系数一般28.12~11.6W m k ?。
（1）需用冷却面积 按28.12K W m K =?，传热温差按10℃计算，需用冷却面积F 的计算公式为
0Q F k t =
?
.1no 冷藏库：2110.32F m =；.2no 冷藏库：283.00F m =；.3no 冷藏库：2110.32F m =。
（2）钢管长度 采用38mm φ无缝钢管，每米长的面积221 3.140.0380.119m m ??=，计算出各冷藏库的钢管长度分别为：.1no 库为927.06m ；.2no 库为697.49m ；.3no 库为927.06m 。
按计算得出顶排管管数见表1—8
顶排管材料见表1—9。
6.冻结间冷却设备的设计
按要求食品的冻结时间为20h ，冻结间的冷却设备应采用强制通风的干式冷风机或强力吹风式搁架冻结排管。从冻结间的平面布置形式来看，吹风方式适合采用纵向吹风。如考虑冻结分割肉或副产品等，也可在一间冻结间设置强力吹风搁架排管。本例采用强制通风的干式冷风机。
纵向吹风冻结间：
(1)需用冷风机的冷却面积 冷风机的单位热负荷2116F q W m =，.4no 号冻结间的耗冷量为45.615kW ，计算出其面积2245615116393.23F m m ==。
选用GN400B 干式冷风机一台，2412F m =＞2393.23m ；.5no 号库和.6no 号库各选用一台。
(2)循环风量 假定冻结间内进入冷风机的空气温度为20C -?，出冷风机的空气温度为
23C -?，进出口温度差为3C ?，循环风量按下式计算
33456153600
37023.351.05 1.016 1.3931000Q V m h m C t
ξγ?=
=
=?????GN400B 干式冷风机配用风机为三台T 一40型6号轴流风机，每台风量为315700m h 时总风量3331570047100m m =?=＞337023.35m 。
7．低压循环贮液桶本设计
本设计采用立式低压循环贮液桶，进液方式为下进上出，其需用容积计算如下： 1)计算冷却设备的容积1V 。按制冷设备容积的40％、回气管容积的60％和液管容积的总和除以70％计算冷却设备的容积1V 。
冷却排管的容积：排管的总长为2551.61m ，管子尺寸为38 2.5mm φ?，每米管长的容积为
2
2
33.140.033110.0008544
d m π??=?=
排管的容积：332551.610.00085 2.18m m ?=
翅片管总长：共有三台400号冷风机，每台冷却面积为2412.00m ，每平方米翅片管冷却表面积为20.71m ；总长()34120.711740.845m m ?=，计算出每米管长的容积为
2
2
33.140.0206110.0003344
d m π??=?=
冷风机翅片管(38 2.2mm φ?翅片管)容积：331740.8450.000330.580m m ?= 冷却设备的容积：()331 2.180.58 2.76V m m =+=
2)计算回气管的容积2V 。冻结间的回气管(76 3.5mm φ?)共长40米，每米容积为
2
233.140.069110.0037444
d m π??=?=
共有容积：33400.003740.149m m ?=
冷藏问的回气管(57 3.5mm φ?)，共长70m ，每米容积为
2
233.140.05110.0019644
d m π??=?=
共有容积：33700.001960.137m m ?=
回气管的容积：()3320.1490.1370.286V m m =+=
3)计算液管容积3V 。冷藏间液管长70m ，冻结间液管共长40m ，管径为38 2.5mm mm φ?，每米管长的容积为30.00085m 。
共有容积：()33370400.000850.094V m m =+?= 4)需用低压循环贮液桶容积V 为
3123
0.40.6 1.960.7
V V V V m ++=
=
应选用外径800mm φ低压储贮液桶两台，每台容积31.6m 。
此外，低压循环贮液桶的直径是按气体流速为0.5m s 考虑决定的。所选的800mm φ桶径可用作如下复核：
氨气的循环量33375.16 1.1058414.85V m h m h =?=
氨气的流动速度为0.5m s ，0.54D m =
=
所选两只桶径为800mm φ的贮液桶足够。
每个低压循环桶前配一个手动节流阀，并按低压循环贮液桶上管接口的规格选用。 8．氨泵的选用计算
冷藏间的冷却设备为顶排管，它是靠空气自然对流进行热交换的，氨泵的流量以氨的循环量的四倍计算。
冷藏间的制冷总负荷为24.6557kW 。 单位制冷量：181201h h kg h -=
氨的循环量：24.65573600120173.91d G kg h kg h =?= 查得33C -?的比体积为30.0014676m kg ；
需用的氨泵流量2V ：332473.910.00146760.434V m h m h =??=
冻结间的冷却设备为冷风机，它是以强制通风对流进行热交换的，氨泵的流量以氨的循环量的五倍计算。
冻结间的制冷总负荷为136.298kW 。 单位制冷量：181201.37h h kg kg -=
氨的循环量：136.29836001201.37408.43d G kg h kg h =?= 查得33C -?的比体积为30.0014676m kg 。
需用的氨泵流量V ：3325408.430.0014676 2.997V m h m =??= 氨泵的总的流量V ：312 3.431V V V m =+=
选用YAB2—5型氨泵两台，每台流量为32m 。压差p ?为0.5Mp 。
氨泵的输出压头p ?为
123p p p p ?=?+?+?
液管长度按供液管道最长的路线计算，为21m 。 当量长度A D =?，A 值查氨管道阻力计算表，为21m 。 弯头数：15A =
38 2.5mm mm φ? 90?弯头 3只 1113 1.486D A d m =??=
45 2.5mm mm φ? 90?弯头 1只 21130.6D A d m =??= 共计当量长度为：()1.4850.6 2.085m m += 阀门数：170A =
50mm φ 2只 111217D A d m =??= 32mm φ 1只 2113 5.45D A d m =??= 共计当量长度为：()17 5.4522.45m m +=
压力损失：2
212110.0350.0422l D p p kg mm d g
ω+?+?==。
223 3.65681.40.25p kg mm kg mm ?=?=
()221230.0420.250.292p p p p kg mm kg mm ?=?+?+?=+= 而选用的3AB -型氨泵的扬程为21.1kg mm ，所以已足够用。 9．系统管道的管径的确定
(1)回气管 按冷藏间和冻结问制冷设备总负荷查得冷藏间的回气管用40mm φ管子，冻结间用声89mm φ管子，两管的总管用声108mm φ管子。
(2)吸入管 按制冷设备总负荷，管长50m ，查图得为90mm φ，可采用108mm φ管子。 (3)排气管按冷凝热负荷，管长为50m ，查得声57m ，可采用89mm φ管子。
(4)贮液桶至调节站 按总管长度小于30m 考虑，总负荷以冷凝热负荷计算时查图得内径
为20mm ，可采用32mm φ的管子。
(5)冷凝器至贮液器按总管长度小于30m 考虑，总冷凝热负荷计算时查图得内径38mm ，可采用声57mm φ的管子。
(6)其他管道放油管采用32mm φ的管子；放空气管采用≠25mm 的管子；平衡管采用
25mm φ的管子；安全管采用25mm φ的管子。
10．制冷设备和管道的隔热层厚度
查书中相应的图表，得出各隔热层的厚度如下：
隔热层材料采用泡沫塑料或软木，导热系数为0.0696W m k ?。
中间冷却器：设备周围空气温度为30C +?，设备直径为0.5m ；蛇形盘管冷却面积为22.5m ；隔热层厚度为160mm 。低压循环贮液桶：隔热层厚度为170mm 。 1.3 制冷系统的原理图及系统图
图13—4所示是500t 冷库的制冷系统原理透视图，该系统是一个蒸发温度为一33℃的氨泵供液、双级压缩的制冷循环。 1.4 材料明细表
整个系统的主要材料明细表见表1—10。