冷庫制冷工藝設(shè)計(jì) 課件 第6章 冷間設(shè)備布置及氣流組織

《冷庫制冷工藝》第6章冷間設(shè)備布置及氣流組織

本章學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)目的與要求掌握冷卻間和凍結(jié)間的設(shè)計(jì)；掌握冷卻物冷藏間、凍結(jié)物冷藏間的設(shè)計(jì)；了解冷庫流場的數(shù)值模擬及優(yōu)化的方法。本章主要內(nèi)容：冷卻間和凍結(jié)間冷卻物冷藏間凍結(jié)物冷藏間冷庫流場的數(shù)值模擬及優(yōu)化01020304

第一節(jié)冷卻間和凍結(jié)間一、冷卻間1.肉類冷卻間

第一節(jié)冷卻間和凍結(jié)間一、冷卻間2.果蔬冷卻間（1）果蔬冷卻間設(shè)計(jì)參數(shù)一般設(shè)計(jì)溫度為0℃，相對濕度85~90%。對于直接入庫冷藏的果蔬，可采取逐步降溫的方法使果蔬由常溫逐漸冷卻冷藏，且需要根據(jù)冷庫制冷量的配置情況控制進(jìn)庫量。（2）果蔬冷卻間的設(shè)計(jì)果蔬常見的冷卻方法有碎冰冷卻、冰水冷卻、空氣冷卻和真空冷卻等方法。

第一節(jié)冷卻間和凍結(jié)間一、冷卻間3.鮮蛋冷卻間

鮮蛋的散熱較慢，一般采用緩慢冷卻。鮮蛋冷卻間的設(shè)計(jì)溫度一般為0℃，相對濕度為75%~85%，貨物間空氣流速為0.5~1.5m/s，冷卻終溫為4℃，冷卻時(shí)間為24h。4.魚類的冷卻（1）碎冰冷卻法（2）液體介質(zhì)冷卻法

第一節(jié)冷卻間和凍結(jié)間二、凍結(jié)間1.凍結(jié)間的形式（1）強(qiáng)制空氣循環(huán)凍結(jié)間在凍結(jié)間的一端或一側(cè)安裝冷風(fēng)機(jī)，也有在頂部安裝冷風(fēng)機(jī)，使用廣泛。（2）半接觸式凍結(jié)間在凍結(jié)間安內(nèi)裝擱架式排管和頂排管，肉類裝在鐵盤內(nèi)，直接放在擱架式排管上凍結(jié)。此種方法由于搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度，一般在凍結(jié)能力小于4t/天的凍結(jié)間內(nèi)使用。2.凍結(jié)間的設(shè)計(jì)

（1）強(qiáng)制空氣循環(huán)凍結(jié)間強(qiáng)制空氣循環(huán)凍結(jié)間具有凍結(jié)速度快、凍結(jié)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。適用于肉類、家禽及分割肉、水產(chǎn)品、速凍蔬菜，也適用于調(diào)理食品如餃子、包子、春卷、油炸食品的凍結(jié)加工。按照氣流方向、吹風(fēng)部位和冷風(fēng)機(jī)形式可分為縱向吹風(fēng)凍結(jié)間、橫向吹風(fēng)凍結(jié)間、吊頂式冷風(fēng)機(jī)凍結(jié)間，以及水產(chǎn)冷庫凍結(jié)間等。圖6-3縱向吹風(fēng)凍結(jié)間a)端頭出風(fēng)b)沿吊軌方向出風(fēng)圖6-4橫向吹風(fēng)凍結(jié)間冷風(fēng)機(jī)的布置圖6-4橫向吹風(fēng)凍結(jié)間出風(fēng)形式示意圖1-凍結(jié)間2-冷風(fēng)機(jī)3-水盤4-擋風(fēng)板5-門圖6-5不設(shè)吊頂?shù)臋M向吹風(fēng)凍結(jié)間圖6-6吊頂式冷風(fēng)機(jī)凍結(jié)間風(fēng)機(jī)布置示意圖水產(chǎn)冷庫的凍結(jié)間

水產(chǎn)冷庫的凍結(jié)間主要是凍魚、蝦和貝類等水產(chǎn)品，一般采用魚盤和軌道吊籠（魚車）凍結(jié)裝置。

水產(chǎn)冷庫的凍結(jié)間與前述的凍結(jié)白條肉的凍結(jié)間的氣流要求完全不同，白條肉凍結(jié)間中間吹過肉體的氣流方向要求垂直于胴體，以實(shí)現(xiàn)氣流與胴體有最大程度的接觸；而對于盤裝的凍品來說，冷空氣與凍品最大接觸面是魚盤的上、下平面，因此平行于魚盤作水平流動(dòng)的氣流比較理想。

凍結(jié)間的冷卻設(shè)備可采用整體式或組合式冷風(fēng)機(jī)，循環(huán)冷風(fēng)的氣流組織多為橫向氣流。而且，由于吊籠上下層魚盤之間間隔小，氣流助力大，因而不能用縱向吹風(fēng)，而是采用橫向吹風(fēng)，并且凍結(jié)間只設(shè)2組吊籠。

氣流組織形式：按風(fēng)機(jī)和吊籠的位置可分為上吹風(fēng)式和下吹風(fēng)式兩種。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)正確選擇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓以及組織好氣流，使氣流沿各層托盤的上、下兩面作水平流動(dòng)。一般要求水平流速為1～3m/s。圖6-8下吹風(fēng)式凍結(jié)間1-風(fēng)機(jī)2-蒸發(fā)器3-吊籠4-魚盤5-支架6-吊頂7-沖霜排水管8-滑輪9-100mm×14mm雙扁鋼導(dǎo)軌10-擋風(fēng)木條圖6-7上吹風(fēng)式凍結(jié)間1-風(fēng)機(jī)2-蒸發(fā)器3-吊籠4-魚盤5-支架6-吊頂7-導(dǎo)向板8-沖霜水管9-排水管10-反濺板（2）擱架排管凍結(jié)間擱架排管凍結(jié)間以擱架排管作為冷卻設(shè)備兼貨架，它適用于分割肉、禽類、豬副產(chǎn)品、及水產(chǎn)品等塊狀食品的凍結(jié)。因需要的制冷劑充注量大，一般用于氨制冷系統(tǒng)。排管采用φ57mm×3.5mm或φ38×2.2mm的無縫鋼管制作，也有用矩形無縫鋼管的。凍結(jié)效果上差別不大。為了減少排管的磨損，可以在管架上鋪0.6mm厚的鍍鋅鋼板。擱架排管的布置圖6-10擱架排管凍結(jié)間平面布置方案無吹風(fēng)擱架式凍結(jié)間圖6-12混流式吹風(fēng)式擱架排管凍結(jié)間1-軸流式風(fēng)機(jī)2-頂排管3-擱架式排管4-出風(fēng)口

第二節(jié)冷卻間和凍結(jié)間一、設(shè)計(jì)要點(diǎn)二、均勻送風(fēng)道的設(shè)計(jì)計(jì)算1.風(fēng)道形式風(fēng)道采用矩形截面，使其沿長度方向的高度相等，而寬度漸縮，圓錐形噴風(fēng)口分布于風(fēng)道兩側(cè)或一側(cè)。2.風(fēng)道尺寸高度：風(fēng)道高度可采用450～500mm；寬度：由風(fēng)量、流速求出。3.噴風(fēng)口風(fēng)速每個(gè)噴風(fēng)口的風(fēng)速采用12～19m/s，風(fēng)量為400㎡/h。4.噴風(fēng)口形式對無梁樓板，噴風(fēng)口的軸心與樓板水平面成17°角，形成貼附射流；有梁時(shí)，噴風(fēng)口成水平布置，如圖6-15所示。5.經(jīng)過噴風(fēng)口的空氣阻力損失

第二節(jié)冷卻間和凍結(jié)間三、冷卻設(shè)備的布置冷卻物冷藏間冷卻設(shè)備主要指冷風(fēng)機(jī)和送風(fēng)道。冷藏間應(yīng)設(shè)專用冷風(fēng)機(jī)。冷風(fēng)機(jī)宜布置在靠近門的一側(cè)，便于操作管理與維修，冷風(fēng)機(jī)距墻一般需留有300～400mm的距離。均勻送風(fēng)道應(yīng)布置在中央走道的上方，風(fēng)道離頂不小于50mm。

圖6-17多噴風(fēng)口矩形均勻送風(fēng)道冷卻物冷藏間內(nèi)溫、濕度隨射流衰變過程設(shè)備布置及氣流組織冷風(fēng)機(jī)布置在庫門一端，并根據(jù)冷間的尺寸規(guī)格配合均勻送風(fēng)管進(jìn)行合理配風(fēng)（有單側(cè)送風(fēng)和雙側(cè)送風(fēng)，送風(fēng)主管下方作為通道和回風(fēng)道）

第二節(jié)冷卻間和凍結(jié)間四、通風(fēng)換氣與加濕1.冷卻物冷藏間通風(fēng)換氣相關(guān)要求2.通風(fēng)換氣設(shè)施

圖6-18新風(fēng)管接法1-冷風(fēng)機(jī)2-軸流式風(fēng)機(jī)3-新風(fēng)入口4-新風(fēng)管5-插板閥

第二節(jié)冷卻間和凍結(jié)間五、其他形式的冷卻物冷藏間六、氣調(diào)庫及設(shè)計(jì)（1）氣調(diào)冷庫建筑特點(diǎn)（2）氣調(diào)庫設(shè)備（3）制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷（4）氣調(diào)庫的方案設(shè)計(jì)（5）氣調(diào)庫的管理及使用

第三節(jié)凍結(jié)物冷藏間

我國目前凍結(jié)物冷藏間的設(shè)計(jì)溫度為-18～-20℃，水產(chǎn)品凍藏間的設(shè)計(jì)溫度為-23～-25℃。國外已逐漸趨向低溫化，達(dá)-25～-30℃，貯藏金槍魚的冷間溫度甚至達(dá)到-55℃～-60℃。

凍結(jié)物冷藏間具有強(qiáng)制對流風(fēng)冷式、空氣自然循環(huán)對流式和夾套式三種形式。一、冷風(fēng)機(jī)凍藏間

（a）采用均勻送風(fēng)道

（b）采用送風(fēng)管圖6-20凍結(jié)物冷藏間氣流組織形式

第三節(jié)凍結(jié)物冷藏間二、空氣自然循環(huán)式凍結(jié)物冷藏間

空氣自然循環(huán)式凍結(jié)物冷藏間采用U形或蛇形頂排管作為冷卻設(shè)備，根據(jù)所需的排管冷卻面積及冷間的大小形狀，確定排管的長度、組數(shù)，將排管布置在熱濕空氣進(jìn)入的主要方位，以便有效地阻止外界熱負(fù)荷的傳入。

圖6-21排管的羊角灣和同程連接

圖6-22排管的串聯(lián)圖6-22排管吊頂及墻面的預(yù)埋件的連接

第三節(jié)凍結(jié)物冷藏間三、夾套式冷庫夾套式冷庫是在冷庫的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)加設(shè)一個(gè)內(nèi)襯套，使外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯套之間形成一個(gè)夾套，冷風(fēng)在夾套內(nèi)循環(huán)，吸收外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量，防止熱量侵入庫內(nèi)，使庫內(nèi)溫度均勻、穩(wěn)定，減少食品干耗。夾套式冷庫適用于-18℃以下貯藏非包裝肉、禽、水產(chǎn)品類食品，也適用于庫溫0℃、相對濕度95%~100%、貯藏果蔬等。夾套式冷庫內(nèi)溫度均勻穩(wěn)定，濕度高，食品干耗??；庫內(nèi)不設(shè)或少設(shè)冷卻設(shè)備，可充分利用庫容積；冷卻設(shè)備置于夾套內(nèi)，便于融霜排水，簡化除霜系統(tǒng)，避免水分在隔熱層中凝結(jié)，保證隔熱性能。由于夾套結(jié)構(gòu)技術(shù)要求較高，因此夾套式冷庫造價(jià)比普通冷庫高10%，適用于貯藏質(zhì)量要求較高的食品。

第四節(jié)冷庫流場的數(shù)值模擬及優(yōu)化一、數(shù)值模擬技術(shù)在冷庫流場優(yōu)化中的應(yīng)用二、CFD預(yù)測風(fēng)機(jī)不同出回風(fēng)方式對冷庫氣流的影響研究對象為4.5m（長）×3.3m（寬）×2.5m（高）的小型冷庫。第一種方案使用的吊頂式冷風(fēng)機(jī)的尺寸為：1.75m（長）×0.46m（寬）×0.5m（高），回風(fēng)口設(shè)置在風(fēng)機(jī)的背部，回風(fēng)面積為1.75m×0.5m=0.875㎡；第二種方案把回風(fēng)口設(shè)置在風(fēng)機(jī)的兩側(cè)，吊頂式風(fēng)機(jī)安裝位置不變，而為了保持相同的回風(fēng)面積，風(fēng)機(jī)的寬度需設(shè)置為0.875米，這樣設(shè)置的回風(fēng)面積同樣為2×0.5m×0.875m=0.875㎡。兩種方案的出風(fēng)口都為兩個(gè)直徑為40cm的圓形風(fēng)口

CFD預(yù)測風(fēng)機(jī)不同安裝位置對大型冷庫溫降的影響

前面介紹了CFD技術(shù)運(yùn)用于預(yù)測中小型規(guī)模的冷庫中的氣流和溫度場分布，而相比大型冷庫，中小型冷庫的節(jié)能潛力有限，本例研究的是大型商業(yè)冷庫。研究對象為某低溫物流公司擬建設(shè)的大型冷庫中的一單間庫，尺寸為48m（長）×46m（寬）×6m（高），假設(shè)冷庫用途用來冷凍裸裝魚塊。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱量Q1=58.38kW通風(fēng)及操作人員引起熱量忽略電機(jī)熱流量Q3=8.40kW貨物熱流量Q2=85.45kW總熱負(fù)荷Q=144.33kWG=3735.94t圖6-30三種不同風(fēng)機(jī)的擺設(shè)方式和吹風(fēng)形式風(fēng)機(jī)的三種吹風(fēng)形式如上圖所示，由于大型冷庫中風(fēng)機(jī)數(shù)量較多，氣流在主流區(qū)可能產(chǎn)生