冷庫制冷工藝設計 課件 第6章 冷間設備布置及氣流組織

《冷庫制冷工藝》第6章冷間設備布置及氣流組織

本章學習目的與要求學習目的與要求掌握冷卻間和凍結(jié)間的設計；掌握冷卻物冷藏間、凍結(jié)物冷藏間的設計；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）果蔬冷卻間設計參數(shù)一般設計溫度為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庫量。（2）果蔬冷卻間的設計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。鮮蛋冷卻間的設計溫度一般為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)安裝冷風機，也有在頂部安裝冷風機，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)。此種方法由于搬運勞動強度，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)間的設計

（1）強制空氣循環(huán)凍結(jié)間強制空氣循環(huán)凍結(jié)間具有凍結(jié)速度快、凍結(jié)時間短等優(yōu)點。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、吹風部位和冷風機形式可分為縱向吹風凍結(jié)間、橫向吹風凍結(jié)間、吊頂式冷風機凍結(jié)間，以及水產(chǎn)冷庫凍結(jié)間等。圖6-3縱向吹風凍結(jié)間a)端頭出風b)沿吊軌方向出風圖6-4橫向吹風凍結(jié)間冷風機的布置圖6-4橫向吹風凍結(jié)間出風形式示意圖1-凍結(jié)間2-冷風機3-水盤4-擋風板5-門圖6-5不設吊頂?shù)臋M向吹風凍結(jié)間圖6-6吊頂式冷風機凍結(jié)間風機布置示意圖水產(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的氣流比較理想。

凍結(jié)間的冷卻設備可采用整體式或組合式冷風機，循環(huán)冷風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，而是采用橫向吹風，并且凍結(jié)間只設2組吊籠。

氣流組織形式：按風機和吊籠的位置可分為上吹風式和下吹風式兩種。設計時，應正確選擇風機的風量、風壓以及組織好氣流，使氣流沿各層托盤的上、下兩面作水平流動。一般要求水平流速為1～3m/s。圖6-8下吹風式凍結(jié)間1-風機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雙扁鋼導軌10-擋風木條圖6-7上吹風式凍結(jié)間1-風機2-蒸發(fā)器3-吊籠4-魚盤5-支架6-吊頂7-導向板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擱架式凍結(jié)間圖6-12混流式吹風式擱架排管凍結(jié)間1-軸流式風機2-頂排管3-擱架式排管4-出風口

第二節(jié)冷卻間和凍結(jié)間一、設計要點二、均勻送風道的設計計算1.風道形式風道采用矩形截面，使其沿長度方向的高度相等，而寬度漸縮，圓錐形噴風口分布于風道兩側(cè)或一側(cè)。2.風道尺寸高度：風道高度可采用450～500mm；寬度：由風量、流速求出。3.噴風口風速每個噴風口的風速采用12～19m/s，風量為400㎡/h。4.噴風口形式對無梁樓板，噴風口的軸心與樓板水平面成17°角，形成貼附射流；有梁時，噴風口成水平布置，如圖6-15所示。5.經(jīng)過噴風口的空氣阻力損失

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

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

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

圖6-18新風管接法1-冷風機2-軸流式風機3-新風入口4-新風管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)庫及設計（1）氣調(diào)冷庫建筑特點（2）氣調(diào)庫設備（3）制冷系統(tǒng)熱負荷（4）氣調(diào)庫的方案設計（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)物冷藏間的設計溫度為-18～-20℃，水產(chǎn)品凍藏間的設計溫度為-23～-25℃。國外已逐漸趨向低溫化，達-25～-30℃，貯藏金槍魚的冷間溫度甚至達到-55℃～-60℃。

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

（a）采用均勻送風道

（b）采用送風管圖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入的主要方位，以便有效地阻止外界熱負荷的傳入。

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結(jié)構內(nèi)加設一個內(nèi)襯套，使外圍護結(jié)構與內(nèi)襯套之間形成一個夾套，冷風在夾套內(nèi)循環(huán)，吸收外圍護結(jié)構傳入的熱量，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，食品干耗小；庫內(nèi)不設或少設冷卻設備，可充分利用庫容積；冷卻設備置于夾套內(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)構技術要求較高，因此夾套式冷庫造價比普通冷庫高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)值模擬技術在冷庫流場優(yōu)化中的應用二、CFD預測風機不同出回風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機的尺寸為：1.75m（長）×0.46m（寬）×0.5m（高），回風口設置在風機的背部，回風面積為1.75m×0.5m=0.875㎡；第二種方案把回風口設置在風機的兩側(cè)，吊頂式風機安裝位置不變，而為了保持相同的回風面積，風機的寬度需設置為0.875米，這樣設置的回風面積同樣為2×0.5m×0.875m=0.875㎡。兩種方案的出風口都為兩個直徑為40cm的圓形風口

CFD預測風機不同安裝位置對大型冷庫溫降的影響

前面介紹了CFD技術運用于預測中小型規(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的大型冷庫中的一單間庫，尺寸為48m（長）×46m（寬）×6m（高），假設冷庫用途用來冷凍裸裝魚塊。圍護結(jié)構熱量Q1=58.38kW通風及操作人員引起熱量忽略電機熱流量Q3=8.40kW貨物熱流量Q2=85.45kW總熱負荷Q=144.33kWG=3735.94t圖6-30三種不同風機的擺設方式和吹風形式風機的三種吹風形式如上圖所示，由于大型冷庫中風機數(shù)量較多，氣流在主流區(qū)可能產(chǎn)生