冷库设计

专业课程设计说明书

课题名称：北京某单位小型冷库设计 指导教师： 吴贵福 职 称： 教 授 学生姓名： 艾立敏 学 号： 0708034223 专 业： 热能与动力工程 学 院： 机械工程学院

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摘 要

本课程设计是北京地区某单位能够冷藏鱼、肉、禽类食品的小型组合式冷库。设计中关于冻结容积、冷藏容积、冷库类型选择、库板传热系数计算、库房冷耗量计算、冷却设备和制冷压缩机选择等方面进行有关计算及选型。

通过对该冷库冷却系统进行布置，能够满足课题的有关要求，同时在平面布置进行了优化设计及计算，使该冷库设计能够适应课题的有关要求，为系列冷库设计提供有价值的参考。

关键词 冷库；冷却系统；平面布置

II

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目 录

摘 要 ................................................................................................................................... II 目 录….. .............................................................................................................................. 1 第 1 章 冻结库、冷藏库容积的确定 .............................................................................. 2 设计任务： ......................................................................................................................... 2 1.1 冻结库容积的确定 ....................................................................................................... 2 1.2 冷藏库容积的确定 ....................................................................................................... 3 第 2 章 冷库类型的选择 .................................................................................................. 4 第3章 库板传热系数的计算 .............................................................................................. 5 第4章 库房耗冷量的计算 .................................................................................................. 6 4.1 渗入热Q1T的计算 ........................................................................................................ 6 4.2食品热Q2的计算 .......................................................................................................... 7 4.3操作热Q4的计算 .......................................................................................................... 8

4.3.1动力热Q4的计算 ...................................................................................................................... 8 4.3.2开门渗入热Q4的计算 ............................................................................................................ 10

第5章 冷却设备和制冷压缩机组的选择 ........................................................................ 12 5.1 冷却设备的选择 ....................................................................................................... 12 5.2 制冷压缩机组的选择 ............................................................................................... 13 总 结 .................................................................................................................................. 17 参考文献 .............................................................................................................................. 18 致 谢 .................................................................................................................................. 19

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第 1 章 冻结库、冷藏库容积的确定

设计任务：

北京地区某单位需建造一个带冻结食品能力的小型冷库。冷藏食品主要是鱼肉禽类，

规定的冷藏量是40t，冻结量每天4t，冻结时间为10h，要求的冷藏温度为-18℃，冻结温度为-24℃。试为该单位设计一个满足上述要求的小型冷库。

1.1 冻结库容积的确定

由设计任务知道该小型冷库不仅要求冷藏食品而且还要求冷冻食品，所以该小型冷库应由冻结库和冷藏库组成。

考虑到单位的冷库进食品种类较多，冻结库容积按设有搁架的公式计算

n'A24g· （1-1） G'f式中：

G'=4000kg/d ； =10h； n'——搁架利用系数。 取n'=0.9；

f——鱼肉盘面积。 取f0.5m2/盘；

g——每盘食品净重。 取g20kg/盘； 则总面积A由（1-1）式并代入数值得：

G'f40000.5102m46.30m2 A=

24n'g240.920取A=46m2

设搁架分设四层，则它的占地面积为46/4=11.5m2。考虑到库内需要有安装冷风机、操作和搬运的空间。故取冻结库的面积为15m2。它的高度因搁架有四层，故取2.5m。

则冻结库的内容积为：V=15×2.5=37.5m3

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1.2 冷藏库容积的确定

冷藏库容积按下式计算：

GV （1-2） 式中：

——冷藏食品的密度。假定冷藏食品为冻牛肉，查表1-1

——容积有效利用系数。对组合式冷藏库取0.6，对固定式冷藏库取0.4。

本设计取0.6；

G——冷库的贮藏量。设计中规定冷藏量为40t，若将冷藏库分设为两间，则每间冷藏库的贮藏量G=20t；

V——冷藏库容积。

表1-1 部分食品的平均密度

序号 1 2 3 4 名称 冻猪肉 冻牛肉 冻羊肉 冻鱼 平均密度/（kgm） 375 400 300 450 3查表得：400kg/m30.4kg/m3； 由（1-2）式变形并代入数值得：VG20m383.33m3

0.40.6冷藏库与冻结库一样高，取2.5m.所以冷藏库的面积为：

A083.33m32.5m33.33m2

所以两间冷藏库的总面积为2A0233.33m266.66m2

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第 2 章 冷库类型的选择

根据设计任务要求，把本冷库设计成拥有：建造速度快、各构件可以成套统一标准生产等优点的组合式冷库，根据表2-1得到有关数据。

表2-1 部分组合式冷库标准规格 型号 长宽高库型外形尺 mmm4.5×3.6×2.6 6.3×2.7×2.6 5.4×3.6×2.6 9.0×3.6×2.6 9.9×3.6×2.6 库内容积/m 2ZL-35S ZL-37S ZL-42S ZL-72S ZL-80S

35 37 42 72 80 选用ZL-80S型的组合式冷库两个和ZL-42S型的组合式冷库一个。

ZL-80S型冷库外形尺寸：长（m）×宽（m）×高（m） 为：9.9×3.6×2.6 库内容积为80m2；库板厚度为100mm；

ZL-42S型冷库外形尺寸：长（m）×宽（m）×高（m） 为：5.4×3.6×2.6 库内容积为42m2；库板厚度为100mm；

此冷库的平面布置如图2-1所示。两间冷藏库的冷藏量为40t，冻结库的冻结量为4t/24h，冷藏温度为-18℃，冻结温度为-24℃。两间冷藏库的总面积为66.66m2，一间冻结库的面积为15m2，库房的高度为2.5m，因此均能满足设计要求。

图2-1 冷库平面布置图

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第3章 库板传热系数的计算

对组合式冷库的围壁结构，由于它的表面层是防潮能力极好的不锈钢板或玻璃钢板，因此它们是不透水汽的。无需进行隔汽防潮计算。

由组合式冷库标准规格可知，冷库库板隔热材料采用硬质聚氨脂泡沫塑料，库板内面板采用喷塑钢板，隔热材料厚度为100mm。如果不计库板内外喷塑钢板的热阻，则可按下式计算传热系数K【单位为w/(m2K)】

K11121 （3-1）

式中：

1——库板外侧面板的表面传热系数，取123.26Wm2K 2——库板内侧面板的表面传热系数，取217.45Wm2K ——隔热材料的热导率，查表3-1

表3-1 部分常用隔热材料的性质 材料名称 聚氨脂泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料 密度（kg/m） 40~50 30 3热导率[w/(m·K)] 0.028 0.038 根据表3-1得到0.028WmK 已知：100mm0.1m 则：

K1112110.22Wm2K

10.1123.260.02817.45

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第4章 库房耗冷量的计算

4.1 渗入热Q1T的计算

因为本冷库顶上有凉棚，正面有遮阳月台，所以计算时可不考虑太阳辐射引入的渗入热量。渗入热量仅为库内外温差渗入的热量。

对冷藏库： Q1TKA(thtm) （4-1） 式中：

th——库外计算温度，对北京地区，根据冷库设计规范取th34℃；

tm——库内设计温度，tm18℃；

A——冷酷的总面积，因冷藏库有一内墙与冻结库相邻，忽略它的传热量，则： A=(2×7.2×2.5+2×7.2×9.9+9.9×2.5+4.5×2.5)m2=214.56m2 所以有：

Q1TKA(thtm)=0.22×214.56×[34-(-18)]W=2454.57W=2.455kw q1AK(thtm)=0.22×[34-（-18）]Wm2=11.44Wm2

对冻结库：Q1TKA(thtm) 式中：

th——库外计算温度，对北京地区，根据冷库设计规范取th34℃；

tm——库内设计温度，tm24℃；

A——冻结库的总面积，忽略它与冷藏库间的传热量， 则：A=(2×3.6×2.5+2×5.4×3.6+5.4×2.5)m2=70.38m2 所以：

Q1TKA(thtm)=0.22×70.38×[34-（-24）]W=8.05W=0.8kw q1AK(thtm)=0.22×[34-（-24）]Wm2=12.76Wm2

我国冷库设计标准规定q1AK(thtm)应在（11.6—14.0）Wm2之内，本设计的

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q1AK(thtm)基本符合标准规定。

4.2食品热Q2的计算

需要进行冷冻加工的食品在进库前的温度都高于库内温度，而食品在加工过程中其中的水分会凝固。因此可用食品在加工前后的比焓差计算食品在冷冻过程中的发热量。

对冷藏库，我们认为食品在进库前已经过冻结，但食品进入冷藏库的温度与库温不同，因此仍有一部分食品在库内放热，另外冻结过的食品在运输途中受环境影响，食品温度可能超过冷藏库温度而引起的回热量。

根据设计要求，食品先经过10h冻结至-15℃，然后再搬运至冷藏库内贮藏，由于食品不可能冻透，假设先冻至-15℃，而从冻结库区取出进入冷藏库时温度回升为-10℃。经冷藏库贮藏后才冻至-18℃。 对冻结库的食品热计算如下： Q2式中：

G——每昼夜进入冻结库的食品量， G=4000kg； n——每昼夜冷加工的次数， n=2； Z——食品冷加工时间， Z=10h；

h1——食品进入冻结库时的比焓，查表4-1

Gh1h2 （4-2）

nZh2——食品冻结后的比焓，也取平均值；

表4-1 部分主要食品的比焓 （单位为kJkg）

食品温度/℃ -18 -15 -10 34 牛肉及禽类 4.6 13 30.1 342.1 羊肉 4.6 12.6 29.7 330.8 猪肉 4.6 12.1 28.9 314.8 鱼 5 14.2 33.5 385.6

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当t=-15℃时鱼肉禽类的平均比焓值（查表4-1得）h2=12.975kJkg； 当t=34℃时鱼肉禽类的平均比焓值(查表4-1得)h1343.325kJkg；

所以有：Q2Gh1h24000（343.32512.975）=kJh=66070kJh=18.350kw nZ210对冷藏库的食品热计算如下： Q2式中：

G——每昼夜进入冷藏库的食品量， G=20000kg； n——每昼夜冷加工的次数， n=1； Z——食品冷加工时间， Z=24h；

h1——食品进入冷藏库时的比焓，查表4-1

Gh1h2 （4-2）

nZh2——食品冷藏后的比焓，也取平均值；

当t18℃时鱼肉禽类的平均比焓值（查表4-1得）h2=4.7kJkg； 当t=-10℃时鱼肉禽类的平均比焓值h130.55kJkg； 所以：

Q2Gh1h220000（30.554.7）=kJh=21542kJh=5.98kw nZ124由于贮藏的是鱼肉禽类食品，不需要换气，所以冷藏库与冻结库都没有换气热Q3。

4.3操作热Q4的计算

操作热主要由动力热和开门渗入热组成。

4.3.1动力热Q4的计算

动力热：冷库中某些工作机械如冷风机、搅拌机和水泵等都需要用电动机带动。电动机的能耗最终都转变成热量，构成冷库操作热。

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组合式冷库的冷却设备都用冷风机。本设计冷藏库和冻结库也分别采用冷风机冷却，因此组合冷库内有冷风机和电动机产生的热量。查表4-2：

表4-2 DJ、DD、DL系列冷风机的主要技术参数

型号 DJ-17.1/100 DJ-19.6/115 DD-3.7/22 DD-5.6/30 DL-37.6/185 DL-42.7/210

名义制冷量/W 17100 19600 3700 5600 37600 42700 冷却面积/m 100 115 21.5 30 185 210 2风机电动机功率/W 4×550 4×550 3×90 2×250 4×550 4×550 对每间冷藏库选用两台DD-5.6/30的冷风机，它的电动机功率为：2×2×0.25kw=1.0kw；对冻结库选用一台DJ-19.6/115的冷风机，它的电动机功率为：4×0.55kw=2.2kw。 对每个冷藏库：

Q4=NGB （4-3）

式中：——工作机械的同时工作系数，=（0.4—1） 此处取=1；

NGB=2×2×0.25kw；

所以由（4-3）得： Q4=NGB=1×2×2×0.25kw=1.0kw 对冻结库：Q4=NGB

式中：——工作机械的同时工作系数，=（0.4—1） 此处取=1；

NGB=4×0.55kw；

所以由（4-3）式得： Q4=NGB=1×4×0.55kw=2.2kw

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4.3.2开门渗入热Q4的计算

开门渗入热：冷库开门时，外界空气侵入冷库带进的热量。开门渗入热无法进行精确计算，只能利用一般经验数据来计算。每m2冷库地板的开门渗入热的数据如表4-3所示。 对冷藏库：

Q4q4A103 （4-4）

式中：

q4——每平米冷库地板的开门渗入热，查表4-3：

A——每间冷藏库地板的面积，A=（9.9×3.6）m2=35.m2；

表4-3 每m冷库地板的开门渗入热q4（单位为W/m）

冷库用途 冷却库、冻结库 收、发货间 冷却物冷藏库 冻结物冷藏库 冷库面积<50m 18.5 46.5 17.5 13.0 222冷库面积<150m 9.5 23.0 9.3 7.0 2冷库面积>150m 7.0 11.5 7.0 4.5 2得q4=13Wm2； 所以由（4-4）式得：

Q4q4A103=13×35.×103kw=0.463kw

对冻结库： Q4q4A103 式中：

q4——每平米冷库地板的开门渗入热，查表4-3得q4=18.5Wm2；

A——冻结库地板的面积，A=（5.4×3.6）m2=19.44m2；

所以由（4-4）式得：Q4q4A103=18.5×19.44×103kw=0.360kw 库房的耗冷量如表4-4所示：

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表4-4 各库房的耗冷量

库号 1 2 3

库名 冷藏 冷藏 冻结 tm/℃ -18℃ -18℃ -24℃ t0/℃ -25 -25 -34 Q1KW Q2KW Q3KW Q4KW QKW 1.228 1.228 0.8 5.980 5.980 18.350 0 0 0 1.463 1.463 2.560 8.671 8.671 21.808

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第5章 冷却设备和制冷压缩机组的选择

5.1 冷却设备的选择

带有速冻库的小型冷库，其冷加工食品过程是周期性工作的食品热在冷加工过程中有很大的变化。开始时，当把热的食品装进低温速冻库，由于这时食品与库温有最大温差，所以食品热最大。随着食品冷却和冻结过程进行，它们之间的温差逐渐减小，食品热也逐渐减小。在进货后冷库的温度后迅速上升，使冷库不能正常工作。此时把食品热适当的增大30%，即取食品热为1.3Q2是必要的。这样对速冻库基本能满足刚进货时食品热对冷却设备的要求。而对冷藏库则不必增大30%食品热。 对每间冷藏库：

QsP(Q1Q2Q3Q4) （5-1）

式中：

P——安全系数，P=(1.1-1.5) 次出取P=1.2；

QsP(Q1Q2Q3Q4)=1.2×8.671kw=10.405kw

对冻结库：

QsP(Q11.3Q2Q3Q4) （5-2）

式中：

P——安全系数，P=(1.1~1.5) 次出取P=1.1;

QsP(Q11.3Q2Q3Q4)=1.1×（0.8+1.3×18.35+0+2.560）kw=30.044kw

对冷藏库 ：

由表4-2对每间冷藏库选用两台DD-5.6/30的冷风机。当使用R22时应乘上修正系数CF,由表5-1：

表5-1 DD和DJ系列部分冷风机的工况修正系数CF R22/R502

t库 ℃ 5 -5 0.76 -10 0.76 -15 0.76 -18 0.76 -20 0.76 -25 0.75 -30 0.73 佳木斯大学教务处 第 12 页

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6 7 8 9 10 0.95 1.13 1.29 1.44 1.57 0.94 1.11 1.27 1.43 1.56 0.92 1.08 1.24 1.38 1.52 0.91 1.07 1.22 1.36 1.49 0.90 1.06 1.21 1.25 1.48 0. 1.03 1.17 1.30 1.43 0.87 1.02 - - - t1/℃ 得CF=1.07。

因此两台DD-5.6/30冷风机使用R22时的制冷量是：

Q0=2×1.07×5.6kw=11.984kw。它大于需要的10.405kw，可以满足使用要求。

对冻结库：

由表4-2对冻结库选用一台DJ-19.6/115的冷风机。当使用R502时应乘上修正系数CF,由表5-1得CF=1.56。因此DJ-19.6/115冷风机使用R502时的制冷量是：

Q0=1.56×19.6kw=30.576kw。它大于需要的30.044kw，可以满足设计要求。

5.2 制冷压缩机组的选择

小型冷库的制冷压缩机组一般设计成不是连续工作的，因此给其选用制冷压缩机组的制冷量时应比计算出来的冷负荷要大一些。可按下式计算：

Q'Q （5-3）

b''式中：

Q''——考虑工作时间系数后的制冷压缩机组的制冷量。单位为kw；

Q'——不考虑工作时间系数时制冷压缩机组的制冷量，单位为kw； Q'=（1.05~1.07）Qs

b——制冷压缩机的工作时间系数，一般b在0.5—0.7之间。

小型冷库选用的制冷压缩机类型较多的为半封闭式的制冷压缩机组。表5-2列出了一部分沈阳第一冷冻机厂生产的产品。

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制冷压缩机可以选用表5-2：

表5-2 沈阳第一冷冻机厂生产的冷库用低温压缩机组 冷 却 方 式 水 冷 机 组 机组型号 半封闭压缩机 型号 功率/kw 制冷量/kw t0=-15℃ t0=-15℃ t0=-30℃ tk=30℃ R12 tk=30 ℃ R22 S32-WL S42-WL S52-WL S82-WL S102-WL S152-WL 6L22-WL 6L22 S31 S41 S51 S81 S101 S151 22.0 10.5 34.88 7.5 15.80 55.81 5.5 11.05 25.30 3.7 8.4 17.44 3.0 5.58 12.44 2.2 4.30 8.72 3.49 6.74 3.35 tk=30℃ R502 2.62 3.60 4.65 6.16 9.30 14.40 30.23 对每间冷藏库：

Q'=（1.05~1.07）Qs=（1.05~1.07）×10.405kw=10.925~11.133kw

取Q'=11kw，设冷藏库的工作时间系数b0.7，则Q''=Q'/b=11/0.7kw15.714kw。 本次设计制冷机组均采用水冷式，冷凝温度考虑北京地区气象条件设为tk=35℃。当

t0=-25℃时，查表5-2得S102-WL水冷机组较为合适。

对冻结库：

Q'=（1.05~1.07）Qs=（1.05~1.07）×30.044kw=31.55~32.15kw

取Q'=32kw，设冻结库的工作时间系数b0.7，则Q''=Q'/b=32/0.7kw45.714kw。 本次设计制冷机组均采用水冷式，冷凝温度考虑北京地区气象条件设为tk=35℃。当

t0=-25℃时，查表5-2得6L22-WL水冷机组较为合适。

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计算结果如表5-3：

表5-3 计算结果汇总 库名及库号 冷藏量/（t/d） 20 20 冻结量/(t/12h) 2 库容积/m 3库内高度 /m 2.5 2.5 2.5 库内尺寸BL/mm 冷风机型号 压缩机 组型号 制冷剂 冷藏库1 冷藏库2 冻结库 83.33 83.33 37.5 3.4×9.7 3.4×9.7 3.4×5.2 DD-5.6/30 DD-5.6/30 DJ-19.6/115 S102-WL S102-WL 6L22-WL R22 R22 R502 冷库制冷系统原理图如图5-1所示：

图5-1 冷库制冷系统原理图

1-S102-WL型制冷压缩机 2-6L22-WL型制冷压缩机 3-DD-5.6/30型冷风机 4-DJ-19.6/115型冷风机 5-冷凝器 6-油分离器 7-干燥过滤器

冷库制冷系统图如图5-2所示：

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图5-2 小型冷库制冷系统图

1-制冷压缩机 2-冷凝器 3-贮液器 4-热力膨胀阀 5-冷库 6-背压阀 7-单向阀

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总 结

本设计解决了冻结库容积、冷藏库容积、冷库类型选择、库板传热系数、库房耗冷量、冷却设备和压缩制冷机选择等方面的一部分工作。但关于隔板的防潮计算、冷库围壁的生产工艺等问题还没有解决。且设备的选择还不够确切，在今后的设计及计算工作中还需要进一步解决这些没有解决的问题。

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参 考 文 献

[1] 吴业正。小型制冷装置设计指导。第一版。北京：机械工业出版社，2004 [2] 王春。冷库制冷工艺。第一版。北京：机械工业出版社，2002

[3] 吴业正，韩宝琦等。制冷原理及设备。第一版。西安：西安交通大学出版社，1987 [4] 吴业正，韩宝琦。制冷器。第一版。北京：机械工业出版社，1990

[5] 沈志光。制冷工质热物理性质表和图。第一版。北京：机械工业出版社，1983 [6] 朱瑞琪。制冷装置自动化。第一版。西安：西安交通大学出版社，1994 [7] 张祉佑等。制冷原理与设备。第一版。北京：机械工业出版社，1987

[8] 吴业正，朱瑞琪等。制冷与低温技术原理。第一版。北京：高等教育出版社，2004 [9] 蒋能照，吴兆琳，翁文兵。新制冷工质热力性能图和表。第一版。上海：上海交通

大学出版社，1992

[10] 制冷工程设计手册编写组。制冷工程设计手册。第一版。北京：中国建筑工业出版

社，1978

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致 谢

本次设计选题及在设计的过程中都得到了佳木斯大学机械工程学院热能与动力工程教

研室主任吴贵福教授的悉心指导。吴教授每日的工作都很繁忙。在百忙中吴教授给我在设计中的不足之处提了许多宝贵的修改建议。如：表格的处理、版面的处理等小问题都是悉心指导。每次在吴教授的指导下我都受益匪浅。他渊博的知识、严谨的工作态度都给我极大的鼓舞。

再次感谢在本次设计中给予帮助的吴教授和各专业课老师们。使我能顺利的完成这次课程设计，并为下学期的毕业设计做一很好的预习。

学生：艾立敏

2010年12月28日

佳木斯大学教务处 第 19 页