气调库设计说明书.doc

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1、摘 要本文介绍了气调库的设计，气调库又称气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法。它是在冷藏的基础上，增加气体成分调节，通过对贮藏环境中温度、湿度、二氧化碳、氧气浓度和乙烯浓度等条件的控制，抑制果蔬呼吸作用，延缓其新陈代谢过程，更好地保持果蔬新鲜度和商品性，延长果蔬贮藏期和保鲜期（销售货架期）。通过120t气调库设计，从基本参数的选定到冷负荷、制冷系统的选择，都要求运用制冷、传热、流体力学等知识，经过计算和筛选，完成气调库的设计。关键词：气调库，制冷目 录摘要11.设计基本资料1.1设计目的41.2设计题目41.3设计指标41.4 设计背景4 1.5广州室外气象参数42.气调库工况确定2.1冷库

2、工况和吨位分配52.2气调库及建筑52.3气调调节方式62.4气调设计82.5气调库平面面积设计82.6围护结构换热系数及绝热层的确定103.库房冷负荷的计算3.1围护结构热流量153.2货物热流量163.3通风换气热量量173.4电机运转热流 183.5冷间操作热流量 193.6冷间机械负荷 204.制冷系统和设备选型4.1冷凝温度与蒸发温度的确定214.2制冷原理的热工计算214.3压缩机的选择计算234.4冷凝器的选择计算234.5冷风机选择计算244.6油分离器的选择计算254.7贮液器的选择计算265.参考文献 271 设计基本资料1.1设计目的：完成制冷设计，熟悉各制冷设计的步骤和

3、过程，对制冷设计所涉及的各种部件有大致了了解。 1.2设计题目：广州某地区120t气调库设计1.3设计指标：小型气调库1.4设计背景：1）广州某地区120t气调库，主要用于蔬菜，水果和肉类的保鲜。气调库库主要包括5个气调室，其中一个为冻结间，一个为冷却间和3个冷藏间组成。主要加工环节为：经过整理后的蔬菜和水果先在冷却间里冷却至4，在转移到就近的冷藏间（4）；将肉类放在冷冻间冷冻至-28，再转移到就近的冷藏间（-28）。建筑还包括穿堂和操作间，外部的一个气调机房，一个管理室，汽车展台和厕所。2）每日进货量m，按冷间的冷藏量的5%计算5）最大班工作人数：4人。1.5广州室外气象参数：1）地理位置：

4、东经11317，北纬238 ，亚热带季风气候区，夏季为东南风 2）夏季室外计算干球温度：313）夏季室外计算湿球温度：29.74）夏季大气压力：1004.5hbar5）夏季室外通风计算相对湿度：756）夏季室外风速：1.8 m/s2 气调库工况确定2.1 冷库工况和吨位分配 库房名称相对湿度温度生产能力存放物气调室1（冷却间）8590%4oC5t/h蔬菜水果气调室2（冷藏蔬菜）8590%4oC30t/d蔬菜气调室3（冷藏水果）8590%4oC30t/d水果气调室4（冷冻间）8590%-28oC5t/h肉类气调室5（冷藏肉类）8590%-2860t/d肉类穿堂8085%25操作间8085%252

5、.2 气调库及建筑气调库又称气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法。它是在冷藏的基础上，增加气体成分调节，通过对贮藏环境中温度、湿度、二氧化碳、氧气浓度和乙烯浓度等条件的控制，抑制果蔬呼吸作用，延缓其新陈代谢过程，更好地保持果蔬新鲜度和商品性，延长果蔬贮藏期和保鲜期（销售货架期）。通常气调贮藏比普通冷藏可延长贮藏期0.51倍；气调库内储藏的果蔬，出库后先 从休眠状态苏醒，这使果蔬出库后保鲜期（销售货架期） 可延长 2128 天，是普通冷藏库的 34 倍。气调库不同于一般的冷库在于其气密性的保持，但不是气密性越高越好。经过气调贮藏的果蔬所具有的特点:(1)很好地保持果蔬原有的形、色、香味；(2)

6、果实硬度高于普通冷藏；(3)贮藏时间延长；(4)果实腐烂率低、自然损耗(失水率)低；(5)延长货架期；(6)适于长途运输和外销；(7)许多果蔬能够达到季产年销周年供应，创出良好的社会和经济效益。2.3气调调节方式按调节方法分类：自然降氧和机械降氧。机械降氧包括充氮降氧，最佳气体成分置换和减压气调。按不同气调设备分类：塑料薄膜帐气调，硅窗气调，催化燃烧降氧气调和充氮气降氧气调。气调设备：催化燃烧降氧机，碳分子筛制氮机，中空纤维制氮机，二氧化碳脱除机等。根据本气调库的需要，需要降低气调库内的氧气和二氧化碳浓度，增加气调库里氮气的含量，故选择气调设备为碳分子筛制氮机，二氧化碳脱除机。气调方式选择充氮

7、降氧。充氮降氧：将制氮机产生的氮气，强制性的充入贮藏环境来置换空气，或在二氧化碳浓度过高时，用以置换二氧化碳，以达到快速降氧和控制二氧化碳的目的。碳分子筛制氮机：利用碳分子吸附分离制氮。吸附分离过程包括吸附和脱附。碳分子筛对氧，氮有相近的吸附量，碳分子筛对氧，氮的分离，实际上是利用气体分子在其中的扩散速度的差异来实现的。在相同条件下，氮分子扩散速度远远比氧分子的快的多。制氮机的产氮量的计算公式：式中： VN 所需制氮机产气量（m/h）；Vq气调库内实际气体所占体积（m）；初始空气含氧量；终了空气含氧量，通常取5%；产品气的含氧量，取5%；Z开机时间(h)。本气调库中，选用PSA-G-20（产氮

8、量为20 m/h）VN=20,Z=1080x0.6x0.21/20=6.8 h一天的产氮量为226.8 m，其中109.2m充入冷冻冷藏室，117.6m充入冷却冷冻室，入库温度按室温31算。密度都取=1.25g/L则充氮消耗冷量：=1058.9+2388.4=3447.3 w二氧化碳脱碳机的选型计算公式： 式中：二氧化碳脱除能力（m/h）； V库内实际空气所占体积（m）； C1脱除前气体的二氧化碳的含量(%)； C2脱除后气体的二氧化碳的含量(%)； Z脱除机工作时间(h)； g库内贮藏果蔬的数量(kg)； c单位质量果蔬在单位时间内排出的二氧化碳的量（L/hkg）。按照经验数据进行选用，一般

9、300t容量以下的气调库，用一台TXF-100A型二氧化碳脱除机。考虑到水果在储藏的同时会产生乙烯，所以还要选用乙烯脱除机。根据资料，选择化学乙稀脱除机Typhoon，该设施的优点是：降低运行成本，它不改变气体的热变化值。2.4气调设计本气调库是小容量的气调库，设计考虑时有一定的简化。本设计包括气调冷却室，气调冷藏室，气调冷冻室，穿堂和气调机房。1）气调冷却室：冷却室是将水果和蔬菜从室温冷却至4，是冷藏的第一步。该室的温度可以在1内变化。2）气调冷冻室：冷冻室是将肉类从室温冷冻至-28，该室的冷负荷大，消耗能量多。3）气调冷藏室：冷藏室是用于蔬菜，水果和肉类的储存和保鲜的场所，是气调库的主要部

10、分，也是实现气调的主要场所。通过高压充氮来调节室内气体成分的百分比含量，使储藏物达到最好的保鲜效果。其维护结构要具有很好的绝热性和气密性。4）穿堂：穿堂是物资输送的通道，设定为宽2米，考虑到冷量的流失，穿堂一般为恒温（25）。为了减少货物进出时冷量的流失，其维护结构也要有良好的绝热性和气密性。5）气调机房：机房里包括制冷机组和气调机组，集中安装，省空间。2.5气调库平面面积的确定本气调库的总储存量为120t，其中蔬菜30t,水果30t,肉类60t。1） 参考国家标准冷库设计规范GB 50072-2001，冷藏间贮藏吨位（t）， G=/1000 （1） 式中： G冷库计算吨位；V冷藏间工称容积；

11、s食品计算密度；冷库体积利用系数，这里=0.4。2） 冷藏间工称容积V:V=FH (2)F冷库面积；H冷库净高，这里H=4m。冻结间面积计算 冻结间采用吊轨的形式。由冷库制冷设计手册可得，设有吊轨的冷却间、冻结间，其生产能力的计算公式为：式中：冷却间、冻结间每日冷加工能力（）； 吊轨有效总长度（）；吊轨单位长度有效静载货量（）； 每日冷却或冻结的周转次数； 冷却或冷冻一周转的时间（）。冷却间采用搁架的形式。由冷库制冷设计手册可得，设有搁架式排管的冷却间、冻结间，其生产能力的计算公式为：式中：冷却间、冻结间每日冷加工能力（）； 搁架利用系数；搁架各层水平面积之和（不包括弯头部分）（）；每件（盘、

12、听或箱）冻结食品容器所占面积（）； 每件食品净重（）； 冷却或冷冻一周转的时间（）。通过计算，得出气调库各房间的参数如下：气调库长（m）宽（m）面积（m2）气调冷却室4530气调冷藏室（蔬菜）17585气调冷藏室（水果）11555气调冷冻室7535气调冷藏室（肉类）19595操作间6530气调机房5420汽车站台6530恒温穿堂32264气调库的总面积为37x12=444 气调库平面简图2.6围护结构换热系数及绝热层的确定2.6.1冷库外墙、屋顶、地面保温层结构查阅手册和标准，选择外墙的材料并确定其除隔热层外的基本参数。由冷库设计手册知，对于导热系数必须采用如下的修正公式：由表4.3.3得，聚

13、苯乙烯泡沫塑料的热导率修正系数1.4，=1.4x0.0465=0.0651.外墙：从外到内依次为水泥砂浆抹面，钢筋混凝土砖墙，防潮层，和隔热层。按最大温差来算外墙的尺寸。取水泥砂浆抹面=20mm,=0.974;取钢筋混凝土砖墙=250mm, =1.55; 聚氨酯氢凝防潮隔气层=0.2mm, =0.2.隔热层选聚苯乙烯泡沫=0.0651。将外墙的材料以及各层的基本参数和计算所得的热阻列表如下：构造名称厚度（m）导热系数热阻外表面传热系数0.0434水泥砂浆抹面0.020.9740.0205砖墙0.251.550.1613聚氨酯氢凝防潮隔气层0.00020.20.0001聚苯乙烯泡沫塑料隔热层0.

14、1820.06512.7957内表面传热系数0125外墙外温度t1=31，内侧温度t2=-28。露点：t3=26。墙外层通风,取n=0.9,b=1.4,aw=23.Rmiin=(t1-t2)nb/ aw (t1-t3)=59x0.9x1.4/(23x5)=0.65取热流量q=9.62 w/R=( t1-t2)/q=59/9.62=6.13R Rmiin, 外墙不会结露。下面算绝热层的厚度：由算出=182mm.外墙的总的厚度为外=0.506m内墙：t1=25， t2=-28 露点：t3=22，an=12。同上面计算一样，算出绝热层厚度为=153mm。构造名称厚度（m）导热系数热阻外表面传热系数0

15、.0434水泥砂浆抹面0.020.9740.0205砖墙0.131.550.0839聚氨酯氢凝防潮隔气层0.00020.20.0001聚苯乙烯泡沫塑料隔热层0.1530.06512.3502内表面传热系数0125内墙的总的厚度：内=0.396m楼层：有上到下依次为：面层=5mm防水层双层，20mm砂浆抹面，200mm钢筋混凝土屋面，0.2mm防潮隔气层和150mm隔热层(聚苯乙烯泡沫)。 构造名称厚度（m）导热系数热阻外表面传热系数0.0434水泥砂浆抹面0.020.9740.0205钢筋混凝土层面0.21.550.129聚氨酯氢凝防潮隔气层0.00020.20.0001聚苯乙烯泡沫塑料隔热层

16、0.1500.06512.304高分子建筑防水粉层0.0050.20.025楼层的厚度为：楼=0.512m地坪：由上到下依次为：100mm的钢筋混凝土粘结层、防水层，0.2mm厚聚氨酯氢凝防潮隔气层,150mm隔热层，水泥沙浆找平层、砂垫层和架空层。查阅手册和标准，选择地坪层的材料并确定其除隔热层外的基本参数。由表4.3.3得，软木的热导率修正系数。则，隔热材料（软木）设计采用的热导率为：将地坪层的材料以及各层的基本参数和计算所得的热阻列表如下：构造名称厚度（m）导热系数热阻内表面传热系数0.125钢筋混凝土粘结层0.101.5460.065水泥砂浆抹面0.020.930.0215高分子建筑防

17、水粉层0.0050.230.0217聚氨酯氢凝防潮隔气层0.00020.20.001软木隔热层0.1501.816砂垫层0.160.02275.926地坪层的厚度为 ：地=0.498m2.6.2 计算各面传热层系数传热系数： 其中：围护结构外侧表面传热系数；围护结构内侧表面传热系数；各层隔热材料的导热率。（1）外墙传热系数：代入数据得外墙传热系数k=1/（1/23+0.02/0.94+0.25/1.55+0.00002/0.2+0.182/0.0651）=0.33W/(m)（2）内墙传热系数：代入数据得内墙传热系数k=1/(1/12+0.02/0.974+0.13/1.55+0.00002/0

18、.2+0.153/0.0651)=0.39 W/(m)（3）楼层传热系数：代入数据得顶层传热系数k=1/(1/23+0.02/0.974+0.2/1.55+0.0002/0.2+0.15/0.0651+0.005/0.2)=0.36W/(m)（4）地坪传热系数 代入数据得地面传热系数k=1/(1/23+0.1/1.546+0.02/0.93+0.005/0.23+0.0002/0.2+0.15/0.0828+0.16/0.0227)=0.14 W/(m)3 库房冷负荷计算3.1围护结构热流量按照下式计算式中： 维护结构热流量（W）； 维护结构传热系数W/（m2）； 维护结构传热面积（m2）；维

19、护结构两侧温差修正系数； 维护结构外侧的计算温度（）； 维护结构内侧的计算温度（）；外墙：冷冻a=1.05冷却a=1.10外墙123456/W114.1484.7313.6142.614.8297.4外墙789101112/W1130.0416.338.113.258.3163.7 = 3186.8 W内墙：冷冻a=1.05冷却a=1.10内墙1234/W123.2724.41620.5311.6=2779.7W楼层：冻结a=1.15冷却a=1.20屋顶1234/W1503.4133.62754.760.1=4451.8W地坪层：由于地面的绝热比较好，且随深度向下温度改变不大，故地面的冷量损失

20、忽略不计。维护结构的热流量：=+=10.42 KW3.2货物热流量3.2.1货物热流量计算公式如下： 式中： 货物热流量（W）；冷间的每日进货质量（kg）；h1货物入冷间开始温度时的比焓（kJ/kg）；h2货物在冷间终止降温时的比焓（kJ/kg）；t冷加工时间（h）。3.2.2冷间每日进货质量m应按如下规定：1 冻结间应按设计冷加工能力计算；2 有从外库调入货物的冷库，其冻结物冷藏间每间每日进货质量应按该间计算吨位的5计算。 3.2.3 货物热流量计算表如下房间入库比焓h1/ kJ/kg出库比焓h2/ kJ/kg入库量m/kg冷加工时间t/h热流量/w1388.8287.0300055655.

21、62287.0287.060,0002403318.0-18.030001028,0004-18.0-18.060,000240考虑到呼吸热，包装材料的热流量等，对得出的热流量乘以1.2的系数。=1.2x(5655.6+28000)=40.4 kw3.3通风换气热流量 3.3.1通风换气热流量计算公式如下： （6.1.14） 式中 3操作热流量（W）； 3a冷间换气热流量（W）；3b操作人员需要的新鲜空气热流量（W）； n每日开门换气次数，可采用23次； Vn冷间内净体积（m3）； hw冷间外空气的比焓（kJ/kg）； hn冷间内空气的比焓（kJ/kg）； 冷间内空气密度（kg/m3）； nr

22、操作人员数量；24-1d换算成24小时的数值；30-每个操作人员每小时需要的新鲜空气量。 根据设计要求有： n=3,nr=4空气温度-2842531焓/ kJ/kg245.16282.22302.29308.15换气换热量123Vn/m80560380/W797.3981.83190.0=797.3+981.8+3190=4969.1W3.4电动机运转热流量计算电动机运转热流量计算公式如下： 式中 电动机运转热流量（W）； Pd电动机额定功率（KW）； 热转化系数，电动机在冷间内时取1；电动机在冷间外时取0.75； b电动机运转时间系数，对空气冷却器陪用的电动机取1。对冷间内其他设备配备的电动

23、机可按实际情况取值，如按每昼夜操作8h计，则b=8/24我们在这里直接试着取Q4=5.2kw（经验值）3.5操作热流量冷间操作热量计算公式为：式中 操作热流量（W）； d每平方米照明热流量，冷却间、冻结间、冷藏间和冷间内穿堂，可取2.3W/； nk每日开门换气次数，为3次； Vn冷间内净体积（m3）； hw冷间外空气的比焓（kJ/kg）； hn冷间内空气的比焓（kJ/kg）； M空气幕效率修正系数，可取0.5； 冷间内空气密度（kg/m3）； 每日操作时间系数，按每日操作4小时计算； r每个操作人员产生的热流量（W）； 高于或等于-5时，取279 w,低于-5时取395 w; nr操作人员数量

24、，4人。注意：冷却间和冷冻间不计操作热流量 房间123322147.2299Vn560256520722.7365.21301.8=722.7+365.2+1301.8=2389.73.6冷间机械负荷计算 式中 j 机械负荷（W）；n1 维护结构热流量的季节修正系数，取1；n2 货物热流量折减系数；冷却物冷藏间取0.30.6，冻结物冷藏间取0.50.8，冷加工区取1；n3 同期换气系数，宜取0.51.0；n4 冷间用的电动机同期运转系数；n5 冷间同期操作系数；R 制冷装置和管道等冷损耗补偿系数，直接冷却系统宜取1.07，间接冷却系统宜取1.12；冷间机械负荷Qj54.78kw取制冷系统的工作

25、时间系数为0.75得出制冷系统需要配置的制冷量为4 制冷系统和设备选型制冷系统分类：按使用的制冷剂分：氨制冷系统，氟利昂制冷系统和特殊制冷剂制冷系统；按供冷方式分类：集中供冷制冷系统和分散供冷制冷系统。本气调库采用以氨为制冷剂的集中式制冷。采用一级压缩制冷循环。4.1 冷凝温度与蒸发温度的确定4.1.1冷凝温度的确定:th=31，=3 所以冷凝温度为tl=34，回热器过冷，过热度为3，故4点的温度为31。压强P=0.8 MPa4.1.2蒸发温度的确定ts=-28，=5，所以蒸发温度为tz=-33，回热器过热，过热度为3，故1的温度为-30。压强P=0.09 MPa 4.2制冷原理的热工计算4.

26、2.1原理图如下4.2.2根据原理图得到的压焓图如下 111112ss4 (5) 36hp4.2.3通过R123a的Ph图得到：位置11234温度/-30-2847.83330焓值kJ/kg1420.781424.361795.57357.36339.25单位制冷量 q0=h4=1080.75 kJ/kg制冷剂的质量流量 (kg/s)4.3压缩机的选择计算 根据冷间机械负荷j=73.04 KW 根据压力比 =0.8/0.09=8.910,故选用单级活塞式压缩机选用100系列氨制冷压缩机，型号4AV10 应用范围：该系列制冷压缩机组在冷凝温度40，蒸发温度单级+5-30，双级-25-45的范围内

27、，可以广泛应用于各种需要实现空调、制冷的场合，如石油、化工、制药等工业产品的低温生产、试验，食品低温加工与冷藏，建筑空调等。型号制冷量(kw)轴功率(kw)气缸数主轴转速(r/min)冷却水耗量(kg/h)4AV10116244960500经过校核，该压缩机满足使用要求。44冷凝器的选择计算冷凝器的热负荷：k=MR（h2sh3）=0.4256x(449.19-238.81)=89.54KW冷凝器传热面积的确定：选择卧式壳管式冷凝器1)管型选择：选择低翅片管为传热管，有关结构参数为di=10.4mm,dt=15.1mm,t=0.4mm,db=12.4mm,sf=1.2mm经计算，单位管长的各换热

28、面积如下：ad=0.0158/m,af=0.0972/m,ab=0.026/mai=0.0327/m,aof=0.139/m2）估算传热管总长：假定按管外面积计算的热流密度qo=6000w/m2,则应该布置传热面积为 Aof=k/qo=14.93 m2应布置的有效总管长为 L= Aof /aof=107.4m3)确定每流程管数Z,有效单管长l及流程数N取冷却水进口温度为30，出口温度为35，查表：=994.93，CP=4179，则所需水量：qv=k/ CP=0.0043取流水速度u=2.5m/s,则每流程管数位 Z=20.23，取整数Z=20，经过对参数组合，选出流程数N=6，总根数120，有

29、效单管长l=0.895m.4)传热系数和传热面积的计算 设水在管内为湍流，按照公式：k=0.0230.8PR0.4=10912 经过验算，F=14.52。LN25型立式冷凝器1台单台设计压力2.0Mp 冷却水用量15.48m3/h4.5冷风机的选型各房间的风量按计算：冷风机的风量库房冷却设备负荷W配风系数;冻结间采用=0.91.1 m3/wh；冷却间、冷藏间采用=0.50.6m3/wh根据以上公式计算得：蒸发温度为-30的冷间的最大冷风量为冻结间：22135（=0.9 m3/wh）故，可以按照要求选用以下两种冷风机：冷却间、蔬菜和水果冷藏间选用型号为：DL-16.2/8的风机。冻结间和冻结物冷

30、藏间选用型号为：DJ-19.6/115 的风机。4.6油分离器的选择计算 油分离器装在压缩机气体排出口和冷凝器之间，用来分离高压气体中的润滑油，不使过量的油进入冷凝器和蒸发器，影响传热效果，降低制冷量。本设计采用氨为制冷剂，氨用的分离器有洗涤式和离心式。选用油分离器，首先根据限定流速的要求，确定筒身直径，然后按筒径选型，筒径按下式计算：式中：V压缩机的理论输气量 压缩机的输气系数 V2压缩机输入蒸气的比体积 V1压缩机输出蒸气的比体积 W 油分离器中气体的限定流速：洗涤式油分离器取0.8m/s，干式油分离器取0.5m/s根据资料和计算，选择YF-200G。4.7贮液器的选择计算 由冷库设计规范

31、P44 6.3.12查得取1 取70 v取0.00169 m3/kg每小时氨液的总循环量 kg/s m3/s根据冷冻空调设备大全P298选用ZA1.0型 贮液器 设备汇总设备名称型号选型来源备注压缩机4AV10制冷辅助设备轴功率24kw冷凝器LN25型立式 制冷辅助设备设计压力2.0Mp /h冷风机DJ-19.6/115 的风机系列制冷设备蒸发温度为-30油气分离器YF-200GD桶径 1000mm贮液器ZA1.0冷冻空调设备大全容积 1.2立方米5.参考文献1.空气调节用制冷技术 作者： 彦启森等 出版社： 中国建筑工业出版社2.实用制冷工程设计手册 作者：郭庆堂著 出版社：中国建筑工业出版社3.冷库制冷设计手册 作者:郭孝礼 主编 出版社:农业出版社4.大连雪山网5.实用制冷与空调制冷手册主编：尉迟斌 出版社：机械工业出版社6.制冷与低温技术原理 作者：吴业正等 出版社：高等教育出版社7.空调制冷专业课程设计指南 作者：路诗奎，姚广寿编 出版社：化学工业出版社8.SBJ_16-2009_气调冷藏库设计规范9.GB_50072-2010_冷库设计规范课程设计（论文）评语：课程设计（论文）总评成绩： 课程设计（论文）负责人签字： 年 月 日