一.小型冷庫(kù)作用：

　　冷凍冷藏裝置是保證易腐蝕變質(zhì)的食品在低溫環(huán)境下進(jìn)行加工和貯運(yùn)的設(shè)備和運(yùn)輸工具，其任務(wù)是為食品的生產(chǎn)、貯藏、運(yùn)輸提供必要的溫度和濕度等環(huán)境條件。設(shè)計(jì)裝置選用分配性冷庫(kù)，因?yàn)橐话阍诖笾谐鞘小⑺懡煌屑~和人口較多的工礦區(qū)，作為市場(chǎng)供應(yīng)需要、出口計(jì)劃的完成和長(zhǎng)期儲(chǔ)備中轉(zhuǎn)運(yùn)輸之用。其特點(diǎn)是凍結(jié)量小，冷藏量大，而且要考慮多種食品的儲(chǔ)藏，由于冷藏量大，進(jìn)出貨比較集中，零進(jìn)整出，因此要求庫(kù)內(nèi)運(yùn)輸通暢，吞吐迅速，其具有冷藏能力大，吞吐量大，長(zhǎng)期儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)。

　　二.設(shè)計(jì)目標(biāo)：

　　建成一個(gè)噸位為400t，低溫為-25℃，高溫為30℃(即庫(kù)內(nèi)為-25℃，庫(kù)外為30℃)的室內(nèi)裝配式小型冷庫(kù)，地址在北緯30°的杭州。

　　三.計(jì)算說(shuō)明書(shū)

　　1.冷庫(kù)結(jié)構(gòu)

　　設(shè)計(jì)噸位 ，食品密度 ，由公式

　　，(其中 為容積利用系數(shù)，其取值見(jiàn)下表)

　　容積/

　　容積利用系數(shù) 500~1000 0.40

　　1001~2000 0.50

　　2001~10000 0.55

　　100001~15000 0.60

　　>15000 0.62

　　根據(jù)試算，取 ，

　　，圓整為2080 ，

　　所以冷庫(kù)的尺寸設(shè)計(jì)為長(zhǎng)×寬×高=26×16×5，分為容積相同的兩個(gè)小間，其設(shè)計(jì)平面圖如下：

　　坐北朝南放置冷庫(kù)。

　　2. 庫(kù)址選擇及庫(kù)區(qū)布置

　　此冷庫(kù)主要是冷藏肉類 ，為防止異味擴(kuò)散 ，冷庫(kù)應(yīng)布置在杭州夏季

　　主風(fēng)向的下風(fēng)側(cè) ; 但為確保冷藏食品干凈衛(wèi)生 ，冷庫(kù)布置在廠內(nèi)牲畜 、 家禽 、 魚(yú)類等原料區(qū)和鍋爐房 、 煤場(chǎng) 、污水處理站的上風(fēng)側(cè)。杭州夏季多吹東南風(fēng)，相對(duì)某一建筑物， 東南方向?yàn)樯巷L(fēng)側(cè) ，西北方向?yàn)橄嘛L(fēng)側(cè)。庫(kù)址選擇在交通運(yùn)輸方便的地方， 并保證周圍有良好的衛(wèi)生條件， 避開(kāi)產(chǎn)生有害氣體 、煙霧 、粉塵等物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)及傳染病醫(yī)院等。庫(kù)房屋面及外墻粉刷成白色減少吸熱 ，庫(kù)房屋面隔熱層上宜設(shè)通風(fēng)層保證肉類通風(fēng)換氣 。

　　3. 確定裝配式冷庫(kù)庫(kù)板厚度

　　庫(kù)體的庫(kù)板采用彩鋼P(yáng)U 夾芯預(yù)制板，其性能參數(shù)可按工程使用的實(shí)

　　際情況選定如下：

　　(1).隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)：

　　(2).鋼板厚度選取0.6mm，其導(dǎo)熱系數(shù)：

　　(3).庫(kù)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和外表面換熱系數(shù):

　　對(duì)于內(nèi)表面換熱系數(shù):

　　對(duì)于內(nèi)表面換熱系數(shù):

　　(4).圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱層的校核計(jì)算可以按夾芯板的傳熱系數(shù)K考慮，按照J(rèn)B/T9061-1999，從下表可知，該冷庫(kù)屬于低溫J系列

　　各系列的傳熱系數(shù)取值列于下表：

　　由上表可知其傳熱系數(shù) ，設(shè)計(jì)的隔熱層厚度 為：

　　，選用

　　150mm厚的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料彩鋼夾芯板庫(kù)板或裸板加防潮隔氣層加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(庫(kù)底部分)，此時(shí)庫(kù)板選型設(shè)計(jì)的傳熱系數(shù)為：

　　(5).放置冷庫(kù)庫(kù)房的地坪處用普通水泥地籠或磚砌地籠水泥砂漿抹平或槽鋼地籠找平即可，地籠的方向與庫(kù)板的方向垂直，但要平整并墊實(shí)，避免庫(kù)體地面受力不均或大面積懸空而使庫(kù)房產(chǎn)生塑性變形。

　　(6).冷庫(kù)庫(kù)房一間設(shè)置一個(gè)外開(kāi)鉸鏈門(mén)，一間設(shè)置一個(gè)移動(dòng)門(mén)，鉸鏈門(mén)為右開(kāi)門(mén)。

　　(7).庫(kù)內(nèi)除設(shè)置制冷機(jī)械設(shè)備外，應(yīng)考慮照明設(shè)施，防撞護(hù)板和防滑通風(fēng)地板及泄水地漏等。

　　(8).庫(kù)體整體放置在地籠上，庫(kù)體地板外表面為通風(fēng)層。

　　4. 庫(kù)房負(fù)荷及系統(tǒng)冷量的計(jì)算：

　　根據(jù)熱量進(jìn)入冷間的不同途徑，可將冷負(fù)荷分為5個(gè)部分：圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量 ;貨物熱量 ;庫(kù)房?jī)?nèi)通風(fēng)換氣熱量 ;電機(jī)運(yùn)行熱量 ;操作熱量 ，包括庫(kù)內(nèi)照明用電、操作設(shè)備(叉式堆垛機(jī))，操作工人等所散發(fā)的熱量以及開(kāi)門(mén)損失。

　　(1) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量

　　通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量包括兩部分：通過(guò)墻壁、樓板、屋頂及地坪的熱量 ;太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量 。

　　其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積(即冷庫(kù)表面積)

　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)

　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)計(jì)算溫度

　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)計(jì)算溫度

　　所以

　　其中墻壁或屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)

　　F為太陽(yáng)輻射的圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積， 為受太陽(yáng)輻射影響的晝夜平均當(dāng)量

　　溫差，將北緯30°下不同方位的的F和 列表如下(墻面材料選為混凝土砌磚，屋頂材料選為深色油氈類，瀝青)：

　　方位 F

　　東 4.4 80 56.7

　　南 2.5 130 52.4

　　西 4.4 80 56.7

　　北 2.0 130 41.9

　　屋頂 10.5 416 703.7

　　所以

　　(2) 貨物熱量

　　貨物進(jìn)入冷庫(kù)之前的溫度按-10℃計(jì)算，進(jìn)出貨的溫差 ;

　　貨物及其包裝材料的平均比熱容 ;

　　冷庫(kù)每日進(jìn)貨量m按該冷藏間噸位的30%計(jì)算：

　　(3) 庫(kù)房?jī)?nèi)通風(fēng)換氣熱量

　　對(duì)于室內(nèi)裝配式冷庫(kù)，食品均為短期貯藏，通風(fēng)換氣熱量可以忽略，故不做計(jì)算

　　(4) 電機(jī)運(yùn)行熱量

　　按照經(jīng)驗(yàn)值取

　　(5) 操作熱量

　　操作熱量由操作熱量 ，庫(kù)門(mén)開(kāi)啟熱量 ，操作人員產(chǎn)生熱量 三部分組成。

　　操作熱量 ：照明燈按2 計(jì)，則

　　庫(kù)門(mén)開(kāi)啟熱量 ：庫(kù)房單位面積因庫(kù)門(mén)開(kāi)啟熱量 取值見(jiàn)下表：

　　冷間名稱 庫(kù)房面積

　　<50 50~100 >100

　　冷卻間 14.0~28.0 7.0~14.0 5.8~9.3

　　凍結(jié)間 18.6 9.3 7.0

　　冷藏間 9.3~11.6 4.7~5.8 3.5

　　凍藏間 7.0 3.5 2.3

　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求取 ，則

　　操作人員產(chǎn)生熱量 ：

　　操作人員產(chǎn)生熱量按430W/人計(jì)，人數(shù)為6名，則

　　則操作熱量

　　冷負(fù)荷

　　熱量 12004 39600 4000 4968

　　冷庫(kù)負(fù)荷的計(jì)算分為冷卻設(shè)備負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。冷庫(kù)選配冷卻風(fēng)機(jī)，冷卻排管等冷卻設(shè)備根據(jù)冷卻設(shè)備負(fù)荷選配。根據(jù)機(jī)械負(fù)荷選配制冷壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)，機(jī)械負(fù)荷一般小于冷卻負(fù)荷。

　　設(shè)備負(fù)荷 ， 為貨物熱流量系數(shù)，對(duì)于冷卻間，冷凍間和貨物不經(jīng)冷卻而直接進(jìn)入冷藏間的冷卻物冷藏間 ，對(duì)于其他冷間(包括凍結(jié)物冷藏間，冰庫(kù)和部分冷卻物冷藏間) 。

　　因而取 ，則

　　機(jī)械負(fù)荷 ，宜取圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷的季節(jié)修正系數(shù) ，取貨物熱量的機(jī)械負(fù)荷折減系數(shù) ，冷間電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)同期運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 和冷間同期操作系數(shù) 取為 ，R為制冷裝置和管道等冷損耗補(bǔ)償系數(shù)，直接冷卻取1.07，則

　　制冷系統(tǒng)工作時(shí)間系數(shù)可取50%~75%，同時(shí)兩間冷間獨(dú)立提供相同的制冷設(shè)備，則制冷系統(tǒng)所需配置的制冷量：

　　5. 制冷劑選取

　　(1) 選用的R134a制冷劑簡(jiǎn)介：

　　R134a作為R12的替代制冷劑，它的許多特性與R12很相像

　　R134a的毒性非常低，在空氣中不可燃，安全類別為A1，是很安全的制冷劑。

　　R134a的化學(xué)穩(wěn)定性很好，然而由于它的溶水性比R22高，所以對(duì)制冷系統(tǒng)不利，即使有少量水分存在，在潤(rùn)滑油等的作用下，將會(huì)產(chǎn)生酸、二氧化碳或一氧化碳，將對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用，或產(chǎn)生“鍍銅”作用，所以R134a對(duì)系統(tǒng)的干燥和清潔要求更高。R134a對(duì)鋼、鐵、銅、鋁等金屬未發(fā)現(xiàn)有相互化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，僅對(duì)鋅有輕微的作用。

　　(2) R134a循環(huán)計(jì)算：

　　圖中各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算列表如下：

　　狀態(tài)點(diǎn) 參數(shù) 單位 R134a

　　1 kPa 106.49

　　℃ -25

　　0.1818

　　383.4

　　2 ℃ 35

　　kPa 770.2

　　420

　　4 ℃ 30

　　kPa 770.2

　　241.72

　　循環(huán)性能指標(biāo)計(jì)算如下：

　　項(xiàng)目 計(jì)算公式 單位 R134a

　　單位制冷量 141.68

　　單位容積制冷量 779.32

　　單位理論功 36.6

　　單位冷凝量熱 173.28

　　制冷系數(shù) 3087

　　卡諾循環(huán)制冷系數(shù) 4.512

　　熱力完善度 0.858

　　6. 壓縮機(jī)選型計(jì)算

　　壓縮機(jī)理論排氣量 ，其中 ，制冷劑單位容積制冷量：

　　，

　　壓縮機(jī)輸氣系數(shù) ，則

　　根據(jù)《制冷技術(shù)與裝置設(shè)計(jì)》表5.1選取溶劑型回轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)葉片式壓

　　縮機(jī)，其容量范圍在0.6~5.5k W，符合設(shè)計(jì)負(fù)荷

　　7. 冷凝器的選型計(jì)算

　　因杭州水量充足，水溫較低，水質(zhì)較好，所以選用臥式水冷卻冷凝器。

　　(1) 冷凝器的負(fù)荷

　　采用單級(jí)壓縮系統(tǒng)，冷凝器的負(fù)荷 ，其中 為單機(jī)壓縮機(jī)制冷量，對(duì)2間冷藏間采用獨(dú)立的壓縮機(jī)制冷，所以 ，單機(jī)壓縮冷凝負(fù)荷系數(shù) 由蒸發(fā)溫度 和冷凝溫度 由下圖中按R12查得： ，所以

　　(2) 冷凝器面積計(jì)算

　　冷凝器面積

　　其中 為冷凝器負(fù)荷(W)， 為冷凝器的傳熱系數(shù)(W/㎡?℃)， 為對(duì)數(shù)平均溫度(℃)

　　式中

　　取K=1000W/(㎡?℃)， 20℃，

　　所以對(duì)數(shù)平均溫差

　　冷凝面積

　　(3)冷卻水用量

　　其中 ,c為水的比熱容(

　　為冷卻水進(jìn)出溫差(℃)

　　(4) 肋管特性參數(shù)的計(jì)算

　　傳熱管采用紫銅肋管， ， ，

　　，肋片外徑 ，肋片厚度 ，

　　，平均肋片厚度 ，肋片節(jié)距 。

　　肋管水平部分面積：

　　肋管垂直部分面積：

　　肋管總外表面積：

　　肋化系數(shù)：

　　肋片當(dāng)量高度：

　　基管平均表面積：

　　則 ; ; 。

　　(6) 概算所需傳熱面積 ：

　　假設(shè)熱流密度 ，則 。

　　(7) 初步規(guī)劃冷凝器結(jié)構(gòu)：

　　取管內(nèi)水流速度v等于2m/s，則沒(méi)流程肋管數(shù)m為

　　取 ，這樣，管束總長(zhǎng)(即流程數(shù)n與肋管有效長(zhǎng)度的乘積)等于：

　　流程數(shù)n取2，則冷凝器傳熱管有效長(zhǎng)度為2.055m;傳熱管總根數(shù) 根。

　　設(shè)計(jì)綜述如下：低翅片管總數(shù)為28根，每根傳熱管的有效長(zhǎng)度為2100mm，管板厚度取30mm，考慮傳熱與管板之間的脹管加工時(shí)兩端各伸出3mm，傳熱管實(shí)際下料長(zhǎng)度為2166mm。殼體長(zhǎng)度為2100mm。冷卻水流動(dòng)的流程數(shù)為2，傳熱管總根數(shù)為28根。

　　8.蒸發(fā)器選型計(jì)算

　　蒸發(fā)器分為冷卻空氣型和冷卻液體型。本設(shè)計(jì)冷庫(kù)的冷藏間應(yīng)選用冷風(fēng)機(jī)(空氣冷卻器)。

　　(1) 傳熱面積：

　　冷卻空氣型蒸發(fā)器的傳熱面積

　　A.蒸發(fā)器的傳熱溫差 ：

　　為載冷劑離開(kāi)蒸發(fā)器的溫度，

　　取 ， ，則

　　B.蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K：

　　按氨單層光滑蛇形頂排管的設(shè)計(jì)選擇，在冷間溫度為-25℃，計(jì)算溫度差為6.17℃的情況下， ，取管間距與外徑之比為4，外徑為38mm，則 ， ， ，則

　　C.蒸發(fā)器熱負(fù)荷 ：

　　則根據(jù) 選取沈陽(yáng)大華制冷設(shè)備有限公司的冷卻物冷藏用DL系列吊頂式冷風(fēng)機(jī)的型號(hào)DL-185型冷風(fēng)機(jī)6臺(tái)，其額定傳熱面積為每臺(tái)185 ，兩間共12臺(tái)。

　　9. 熱力膨脹閥的選擇

　　在冷風(fēng)機(jī)為蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)中，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，一般選用外平衡型式的熱力膨脹閥，且熱力膨脹閥容量的選擇可按同工況下計(jì)算所需的冷量大25%左右確定，由此得到每個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)其熱力膨脹閥的容量為：

　　選取EMERSON(ALCO)公司TRAE系列的TRAE-30N熱力膨脹閥2個(gè)，其額定制冷量為29.1k W

　　10. 融霜選擇

　　因?qū)儆谥行⌒拖到y(tǒng)，所以選取以電融霜或熱力直接排入冷風(fēng)機(jī)融霜，同時(shí)應(yīng)對(duì)庫(kù)內(nèi)溫度予以控制。

　　11. 電氣控制

　　氟系統(tǒng)制冷劑的控制可用溫控自動(dòng)控制開(kāi)停。

　　12. 安全設(shè)施

　　庫(kù)內(nèi)的防撞設(shè)施和反鎖報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以統(tǒng)一設(shè)計(jì)施工