冷链系统设计方案及设备选型

　　冷藏库概述：

　　冷藏库：在特定的温度和相对湿度的条件下，对食品、工业原料等进行加工或存储的建筑物。

　　一、冷库的分类

　　1、按结构形式分类

　　（1）土建式冷库：主体和地下荷重结构都用钢筋混凝土，其围护结构墙体用砖砌；隔热材料：稻壳、软木、膨胀珍珠岩等。

　　（2）装配式冷库：主体结构（轻钢）、围护结构（预制的复合隔热板组装）；隔热材料：聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料等。

　　（3）天然洞体冷库：西北地区，以天然洞体作库房，以岩石、黄土等作为天然隔热材料。

　　2、按使用性质分类

　　（1）生产性冷库：建在食品产地附近、货源集中地区和渔业基地，冷加工，短期冷藏，运往销售地区；特点：较大的冷加工能力、一定冷藏容量。

　　（2）分配性冷库：建在大中城市、人口较多的工矿区和水陆交通枢纽一带，储存经过冷加工的食品；特点：冻结量小，冷藏量大，多种食品的储存。

　　（3）零售性冷库：建在工矿企业或城市的大型副食品店、菜场内，临时储存零售食品；特点：库容量小，储存期短，大多采用装配式冷库。

　　3、按规模大小分类

　　4、按制冷设备选用制冷剂：氨冷库、氟利昂冷库、CO2/NH3复合冷库、CO2冷库。

　　5、按使用库温要求分类

　　（1）冷却库：高温库，库温一般控制在不低于食品汁液的冻结温度，用于果蔬之类食品的储藏。冷却库、冷却间：0℃左右，冷风机进行吹风冷却。

　　（2）冻结库：低温冷库，库温-20~ -30℃左右，冷风机或专用冻结装置实现对肉类食品的冻结。

　　（3）冷藏库：即冷却或冻结后食品的储藏库；

　　冷却食品的冷藏间： 4~-2℃，相对湿度85%~95%，定期通风换气；

　　冻结食品的冷藏间： -18~-25℃，相对湿度90%~95%，较长期储存冻结食品。

　　冷库制冷系统的选择：

　　氨系统冷库的供液形式：

　　1、直流供液

　　供液形式：在直流供液系统中，氨液通过节流膨胀后直接进入蒸发器蒸发。

　　特点：

　　（1）制冷剂通过膨胀阀后变成了气液两相流，配液不易均匀，所以一个蒸发管需要配一个膨胀阀，且管路不能太长。

　　（2）冷库状态点不稳定。

　　（3）在回气管路上设置氨液分离器用于保护压缩机。

　　（4）直流供液系统一般采用压缩冷凝机组。

　　重力供液系统：

　　从机房来的高压氨液经浮球阀进入气液分离器，然后由氨液分离器的出液管进入蒸发器。回气则在氨液分离器内经过气液分离，从吸入管返回压缩机。这种供液方式的特点是，制冷剂液体依靠重力进入蒸发器。

　　氨泵供液系统：

　　这种供液方式在与使用动力泵将制冷剂液体输送至库房的蒸发器中。

　　与重力供液系统相比较，氨泵供液系统的主要优点是：

　　(1) 蒸发排管内表面能得到充分的润湿，由于氨液吸热蒸发而生成的气泡，将被流速较高的、数倍于蒸发量的制冷剂液迅速带走，不致粘附在蒸发排管的内表面，因而能使蒸发排管发挥更大的制冷效能。

　　(2) 较大流量的氨液，以较高的流速流过蒸发排管，能冲刷排管内表面的润滑油油膜，提高蒸发排管的传热效率，又能将润滑油带至低压循环贮液桶集中排放，既方便，又安全。

　　(3) 回气过热度小，可以提高压缩机的效率，提高制冷循环的制冷系数。

　　(4) 融霜装置以及融霜操作比较简单、方便，融霜效率也较高。

　　(5) 重力供液系统常用的气液分离器、融霜排液桶等辅助设备，均为低压循环贮液桶所取代，可以简化系统，节省设备和安装费用，节省设备间的建筑面积，操作也简化了。

　　(6) 供液膨胀阀、气液液位控制装置、放油装置等均集中在机房设备间内，便于监视、操作和维修，有利于安全运行。

　　(7)便于实现自动化。

　　目前大型冷库均采用这种模式

　　氟利昂制冷系统选择：

　　供液型式和方式，从供液型式来看，氟系统也有直接膨胀供液、重力供液和泵供液三种，其中国内应用最多的是利用热力膨胀阀控制的直接膨胀供液，其主要原因是：

　　①   直接膨胀供液系统比较简单，分离设备少，系统充液量也少，这对于价格昂贵的氟利昂来说是合适的。

　　②   用热力膨胀阀供液并配有热交换器的氟系统，可自动调节供液量且使回气有较大的过热度，高压液体有较大的过冷度，节流时闪发成气体的机会减少，改善了直接膨胀供液系统中调节供液困难及易湿行程等不足。

　　冷库制冷系统的选择：

　　注意：先满足回油问题，其次考虑供液均匀的问题，一般采用利于系统回油的上进下出供液方式，并辅以分液器或配管上采取措施使其均匀供液。

　　压缩机类型：螺杆式或活塞式、半封闭或全封闭。

　　压缩机级数：单级（pk/po≤8）、双级（ pk/po>8 ）。

　　供冷方式的确定：

　　CO2作为制冷剂的优点和CO2在超临界、跨临界和亚临界范围内的使用价值，使CO2在国际上得到广泛的认可

　　优点：环境性能优良。

　　CO2是自然界天然存在的物质，它的臭氧层破坏潜能（ODP）为零，其温室效应潜能极小（GWP=1）。而现在作为推荐替代工质HFC及其混合物，其ODP虽为零，但GWP却比CO2高1000~2000倍。如果考虑到所用CO2大多为化工副产品，用它做制冷剂正好回收了原来要排向大气的废物的话，CO2的温室效应就应为零。再加上HFC及其混合物不但会增加温室效应，而且可能产生其它现在未知的副作用，CO2在这一方面的优势就更为明显。

　　自身费用低。无需回收或再生，操作与运行的费用也较低。化学稳定性好。

　　有利于减小装置体积。高的工作压力使得压缩机吸气比容较小，使得容积制冷量较大，使得压缩尺寸减小。流动和传热性能提高，减少了管道和热交换器的尺寸，从而使系统非常紧凑。安全无毒，不可燃，即使在高温下也不分解产生有害气体，因为CO2是碳的最高氧化状态，具有非常稳定的化学性质。

　　缺点：a当它在空气中的浓度低于2%时，对人没有明显危害。但如果超过此浓度，则可引起呼吸器官的损害，甚至窒息死亡。b:CO2高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题,无论亚临界循环还是跨临界循环，CO2制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时现阶段还存在CO2制冷系统的效率相对较低的问题。

　　CO2/NH3复合制冷技术：

　　CO2在低压级运行，NH3在高压级运行，这样既避免CO2制冷系统的冷凝压力超临界压力，又避免NH3制冷系统在低温下（如-50度）负压易渗漏空气的问题 。

　　建设吨位及面积的设算：

　　一般高温库主要存果蔬菜类的食品，果蔬菜类的货物以纸箱包装，其货物密度大置可按280—330KG左右/立方，库内利用率可选0.5-0.6，因为安装有货架，留有运输通道、留有顶部制冷设备通风风道等因素，实际可选5个立方左右存一吨货物。当然，这只是参考数，各家库内存货情况不一定相似。 低温冷库一般是存禽肉、海产品类货物，此类货物密度以白条肉为例，大约在420kg/立方，库内容积系数为0.5-0.6所以，低温冷库可选4个立方左右存一吨货物。

　　关于容积系数的说明，货物有的堆得满，有些不用货架，直接以多层货物累叠方式，及货上堆货此种堆放方式货物是堆放得多，但其货物中心需要较长时间才能达到所需要的温度。其制冷设备运行工作时间就会长。相对来说会增加电能费用。 如合理利用，会降低电费。

　　大型冷库建议用标准货架，留好风道，货物摆放与冷风机风道均能合理符合出风流通。易于实现库温平均。

　　规划设计之前，业主方可按库体长宽高的立方数相映除4、5左右，得出大概存货量高低温库吨位数。小于500立方一般为人工堆放货物，容积率可选0.6，库容500-1000立方左右，可按0.5容积率，1000-2000立方可按0.5，2000-10000立方，可按0.6，10000-15000立方时，可按0.62，大于15000立方时，内容积系数可按0.65。例：10000立方库容，建成高温库后，可存果蔬10000*0.6/5=1200吨左右高温 。建低温库大约存冻禽肉货物1500吨。

　　大型冷库建议用标准货架，留好风道，货物摆放与冷风机风道均能合理符合出风流通。易于实现库温平均。

　　规划设计之前，业主方可按库体长宽高的立方数相映除4、5左右，得出大概存货量高低温库吨位数。小于500立方一般为人工堆放货物，容积率可选0.6，库容500-1000立方左右，可按0.5容积率，1000-2000立方可按0.5，2000-10000立方，可按0.6，10000-15000立方时，可按0.62，大于15000立方时，内容积系数可按0.65。例：10000立方库容，建成高温库后，可存果蔬10000*0.6/5=1200吨左右高温 。建低温库大约存冻禽肉货物1500吨。

　　压缩机选型：

　　螺杆式压缩机与活塞式压缩机的对比

　　冷库融霜方式选择：

　　冷风机运行时间久了后，会引起进风口处翅片结霜，因为进风口温度高，出风口周围温度低。

　　融霜方式有三种：电热融霜，水冲霜，热氟（气）融霜。

　　电加热融霜能耗大，不利于节能。一般中小型冷库使用较广泛。

　　冷库内蒸发器选择：

　　冷库设备库内蒸发器有冷风机和排管两种。冷风机分单侧方向排风，双侧方向排风两种。排管有钢管和铝排管。价格铝排高于钢，铝排管的效率高于钢管。在低温冷库尤其是禽肉类库，包装货物以纸箱包装的目前选用排管的要优于冷风机。风机在运行过程中，会有少许增大干耗，使禽肉表面水份流失。所以一般水产禽肉类冻库库内选用排管蒸发器。其它类低温冷库用冷风机。

　　通俗来说制冷速度来得慢，但去的也慢。 对于进出货频繁的冷库， 实际工作中，大多选用冷风机较多。

　　冷凝器类型的确定：

　　冷凝器的类型有多种，应根据制冷装置所处的环境、冷却水水质、水温和水量来进行确定。

　　冷凝器一般根据下列原则来选择：

　　立式冷凝器适用于水源丰富、水质较差、水温较高的地区。

　　卧式冷凝器适用于水量充足、水温较低、水质较好的地区、广泛应用于中、小型氨和氟利昂制冷系统中。

　　淋浇式冷凝器适用于空气湿球温度较低、水源不足或水质较差的地区。

　　蒸发式冷凝器主要适应于干燥缺水的地区，当水质交叉时必须处理。

　　从设备费和维修费来看，蒸发式冷凝器较高。对大、中性制冷装置，蒸发式冷凝器同立式或卧式冷凝器与冷却塔的组合形式相比，建设初投资相差无几，但运行时节水节能。

　　此外，在满足系统要求的条件下，还要考虑换热效率、维护方便，设备初投资等因素。

　　冷间冷却方式的确定

　　1、直接冷却 制冷剂直接通过蒸发器吸收被冷却物体热量的方式叫直接冷却方式

　　该冷却方式的特点是：

　　①制冷剂在蒸发器内直接吸热蒸发，传热温差只有一次，能量损失小，换热效率高。

　　②系统简单，操作管理方便，初投资和运转费用较低。

　　2、间接冷却  被冷却物体的热量通过载冷剂传给制冷剂的冷却系统叫做间接冷却。间接冷却系统多一个载冷剂循环系统及相关设备，初投资和经常运转费用较高，而且有两次换热，能量损失较大。采用盐水做载冷剂时对金属有腐蚀作用，需经常维护修理。

　　高压储液器的确定：

　　高压储液器在系统中起着贮存从冷凝器来的制冷剂的液体，供应和调节系统各设备的业态循环量及液封作用。高压储液器的选择主要是确定其容积，容积应能使得在制冷运行时，最大贮液量不超过该容积的80％，最少贮液量不少于该容积的30％，台数确定应根据容积大小，贮液器外形，尺寸及布置因数来确定。

　　氨液分离器的确定：

　　氨液分离器可分为机房氨液分离器和库房氨液分离器两种，其主要作用都是进行汽液分离，防止压缩机发生液击的作用，设计时要按蒸发温度回路分别选型计算，要求每一蒸发温度回路设一台，选型主要根据其直径来确定。

　　低压循环桶的确定：

　　低压循环桶是液泵供液系统的专用设备，也是关键设备之一，其作用是贮存和稳定的供给液泵循环所需的低压液体，又能对库房进行汽液分离，保证压缩机安全运行，必要时又可兼做排液桶。为保证有效地把液体分离出来，防止氨压缩机发生液击，一般要求立式桶内制冷剂的流速控制在0.5m/s，卧式桶内制冷剂的流速控制在0.8m/s。低压循环桶选型时，如出现通径符合要求，但容积不够时，桶径可加大档次，使容积达到要求，如果桶径超过产品规格，可选用几台低压循环桶并联使用，为确保系统正常运行，选型后的低压循环桶容积应略大于实际计算容积。

　　排液桶的选型确定：

　　排液桶用于冷库制冷系统中，暂时贮存冷风机或蒸发排管冲霜时排出的低压液态制冷剂，选型主要是确定容积，使其能容纳注氨量最多的一个冷却设备的排液量。

　　氨泵的确定：

　　氨泵供液是利用液泵的机械作用，把数倍于蒸发量的低温液体输送到各库房蒸发器中。为保证氨泵进出液管不发生闪发气体，一般进液管的流速氨0.4-0.5m/s，出液管的流速氨0.8-1m/s计算，设计过程中尽量减少阀件弯头，出液管应坡向氨泵。设计根据其流量、吸气压头综合计算进行选型。

　　空气分离器选型确定：

　　空气分离器选型确定是用来排除制冷系统中的空气及其它不凝性气体的设备，选型不需要进行计算，可根据冷库规格和使用要求进行。

　　集油器选型确定：

　　集油器的选型主要根据系统制冷量的大小来选择。一般情况下，当制冷系统标准工况下的制冷量为230KW以下时，采用壳体直径为 的集油器一台；当制冷量为230-1160KW时采用壳式直径为 的集油器1-2台；当制冷量为1160KW以上时，采用壳式直径为 的集油器2台。

　　节流阀选型确定：

　　节流阀的作用是对制冷系统中高压液态制冷剂进行节流，达到降压和调节流量的作用，有手动节流阀、热力膨胀阀，浮球阀三种 ，由于手动节流阀不利于自动控制，一般选择热力膨胀阀、浮球阀。

　　建造成本：

　　此处仅仅只是笼统估价，具体项目具体计算。以上海市场为例，钢结构建造市场价大约1000元-1550元/平方米，包括机电设备安装制冷系统造价，以上海市场计算，10000m3左右，普通低温冷藏或冷冻库大约价格在220-250元/m3。5000立方大约价格260-290元/m3。20000/m3造价大约在170-200元/m3。50000/m3冷库造价单价大约130-150元/m3。

　　建造价格仅仅供参考。