目录
1.设计题目······························································ 1
2.设计原始资料························································ 2
2.1室外气象参数···························································· 2
2.2冷室设计参数···························································· 2
2.3 冷室分布图······························································ 3
2.4 各个冷室吨位分配···················································· 3
3.设计内容······························································ 3
3. 1 冷负荷的计算················ 3
3.2制冷工况的确定················ 7
3.3压缩机的选择计算··············· 8
3.4冷凝器的选择计算··············· 10
3.5 蒸发器的选择计算·············· 10
3.6膨胀阀的选择计算··············· 12
3.7 辅助设备的选择计算············· 12
3.8供水方案的选择和管路计算 …………………………………13
3.9制冷系统的流程图··············· 14
参考文献···················· 15
1.设计题目：沈阳市某菜市场冷库设计
2.设计原始资料
2.1气象资料
纬度：41.8o ,经度：123.38o ,海拔高度：441 m
夏季空调室外计算干球温度：30℃
冬季室外大气压力：1011.8Pa
夏季室外大气压力：998.7Pa
冬季通风室外计算干球温度：-12.5℃
冬季空调室外计算干球温度：-13.6℃
夏季通风室外计算干球温度：27℃
夏季空调室外计算湿球温度：24.4℃
夏季空调室外计算日平均温度：26.8℃
冬季空调室外相对湿度：87%
夏季通风室外相对湿度: 81%
冬季室外平均风速：4m/s
夏季室外平均风速：3.2m/s
2.2冷室设计参数
小型冷库不仅要求冷藏食品而且还要求冷冻食品，所以小型冷库应由冻结库和冷藏库组成。冷藏库与冻结库一样高，取2.6m.
根据设计任务要求，为提高冷库的性能，查阅资料得出冷室的型号，如下表：
表一 冷库设计尺寸
选用ZL-35S型房间作为冻结室，ZL-72S型作为冷却室和冷藏室。
由于冷库主要用来储存蔬菜和鱼，需要两个冷却物冷藏间，冷却间、冻结间、冻结物冷藏间各一个。查阅《冷库设计与管理》一书，根据食品种类，确定各个房间的设计温度和相对湿度，如下表：
表二 冷库设计基本参数
2.3 冷室的分布图：
蔬菜进行冷藏前，为除去田间热，防止虫害或生理病害应按冷加工工艺要求及时逐步冷却，之后送入冷藏室。对于肉和鱼之类，部分需加工成冷却肉，另一部分采用二此冻结工艺，需先送入冷却间冷却，使体温降低后再进行冻结。根据房间温度要求和食品输送顺序设计五个房间的位置，机房应单独布置，与冷室隔离一定距离，分布图见附图1。
2.4各冷室吨位的计算：
根据公式： 
（式1）
式中 G——冷库计算吨位（t）；
V1——冷藏间的公称体积（m3）；
η——冷藏间的体积利用系数,取0.5；
ρs——食品的计算密度（kg/m3）
表三 冷库吨位
3.设计内容
3.1冷负荷计算
3.1.1围护结构冷负荷
（1） 隔热材料。材料导热系数的大小是材料隔热性能的决定因素，导热系数越小，保温隔热性能就越好。硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能，它的导热系数之低是其他材料所无法与之相比的。特别是当保温隔热效能要求越高。保温隔热层要求越薄以便增加建筑物可用面积、加工、施工、保养要求越方便的情况下，聚氨酯的优越性尤其显著，同时其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能。由于不需要额外的绝缘防潮，简化了施工程序，降低了工程造价。（取其传热系数为0.028）
（2）围护结构冷负荷指由于库内温度低于环境温度，热量通过围护结构传递到库内而产生的冷负荷。
（式2）
式中：K——所计算分区的传热系数[W/(m2·K)]
F——围护结构所计算的分区的计算面积（m2）
Twi ——所计算分区的室外计算温度(℃)
Tni——所计算分区的室内计算温度（℃）
ai——所计算分区的围护结构温差的修正系数。
围护结构的材料及热阻：
370㎜厚砖砌墙 
=0.457（㎡·℃/W）
9㎜厚二毡三油隔汽层 
20㎜厚砖砌内衬墙双面水泥砂浆抹灰 
=0.022
9mm厚的聚氨酯泡沫塑料 
R总 =R1+R2+R3+R4 ，总传热系数：K=1/R总
表四 冷库传热系数及冷负荷
3.1.2货物冷负荷计算
在货物冷加工过程中，因货物温度高于库房温度，将导致货物放热。计算货物冷负荷公式如下：
（式3）
式中：W——冷间每日进货量，kg/d；
h1——货物进入冷间初始温度时的焓量，kJ/kg；
h2——货物在冷间内终止降温时的焓量，kJ/kg；
——货物的冷却时间，h。
表五 货物的耗冷量
3.1.3 通风换气冷负荷
如冷间有操作人员较长期停留或存放鲜果蔬，必须进行通风换气以保证呼吸，由此而产生的冷负荷通风换气冷负荷。
根据公式 
（式4）
式中 na ——冷间每天换气次数
Vi ——冷间容积
——冷间内空气密度
操作人员所需新鲜空气所产生的冷负荷指操作人员呼吸而进行的通风换气，从而产生的冷负荷。
根据公式 
（式5）
式中 nr ——操作人员数
每小时每人30m3可满足中等强度及以下强度的体力劳动的需要。
表六 冷库开门和通风换气的耗冷量
3.1.4 操作冷负荷
操作冷负荷指由于冷间照明设备、开门造成热空气进入冷间、操作人员散热所产生的冷负荷。
开门冷负荷公式： 
（式6）
式中：hw——室外空气的焓值（KJ）
hn——室内空气的焓值（KJ）
nm1——冷间门的数量
nm2——每日开门次数
Cm——修正系数
操作人员冷负荷公式 Q5=Brbnrqr （式7）
式中： Brb——操作时间系数，按每日操作3h计，Brb=0.125
Qr——每个操作人员的散热量。
表七 操作冷负荷
3.1.5 制冷系统制冷量
制冷系统的制冷量应等于各个房间冷负荷的和，下表计算的冷负荷就是系统的制冷量。
表八 总冷负荷
3.2制冷工况的确定
3.2.1确定制冷剂的种类和系统类型
采用R22制冷系统，单级压缩式循环制冷，冷却水的冷却方式为水冷却。
3.2.2 制冷系统的工况确定
蒸发器中选冷媒水作为载冷剂，经热交换载冷剂的流出温度为5.7℃，送到冷间的终端冷却设备，供房间空调降温使用，11℃的冷媒水重新回到蒸发器与制冷剂换热。
蒸发温度：t0 =5.7-5=0.7 ℃ （比要求供给的冷媒水温度低5℃）
蒸发压力：p0 =0.5MPa
冷却水进水温度23℃，出水温度27℃
冷凝温度：tk=27+3=30℃ （比冷却水出口温度高2~4℃）
冷凝压力：pk =1.2MPa
压缩比：pk/p0 =2.4 采用单机蒸汽压缩式制冷循环
压缩机吸气温度t吸=t0+7=0.7+7=7.7℃ （过热度为3~8℃ ）
系统采用回热循环，假定回热器与外界绝热，热交换仅发生在内部气液之间，蒸汽绝热过程中吸收的热量等于液体过冷放出的热量。根据已知条件查R22的压焓图得出t过冷=25℃。
查R22 lgp-h图可知
lgp-h图
根据
=0.7℃，
=30℃，
=7.7℃，
=25℃，可得：
=415 kJ/kg 
=0.5MPa 
=0.05m3/kg
437kJ/kg 
1.2MPa 
=0.018m3/kg
238 kJ/kg 
238 kJ/kg 
405kJ/kg
单位质量制冷量：
=
166 kJ/kg
单位容积制冷量：
=
=3320 kJ/
压缩比功 w=h2-h1=22kJ/kg
冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3=199 kJ/kg
制冷剂的质量流量（质量循环量）：qm= Q0/q0=0.22 kg/s
制冷剂的体积流量：qv=qm=0.011
3.3压缩机的选择计算
3.3.1压缩机的选择
查《实用制冷工程设计手册》北京：中国建筑工业出版社，1994年。郭庆堂P169
查压缩机性能曲线，可用压缩机型号为6FW5B型（半封闭式，单级，1440r/min）。
压缩机在设计工况下的满负荷制冷量
=41kw。稍大于40.8kw
压缩机在设计工况下的轴功率
=8kw。
配用电机功率P=（1.05~1.10）=（1.05~1.10）×8kw=8.6kw.
活塞式制冷压缩机（半封闭式单级压缩)
主要性能列如下表：
表九 压缩机性能参数
3.3.2压缩机的计算
（1）理论容积输气量： Vh=
（式8）
式中：
——圆周率；
D——压缩机汽缸直径，m
S——压缩机活塞行程，m
n——压缩机转速，r/min;
Z——压缩机气缸数目，取z=6。
根据公式得：Vh=0.011m3/s
（2）输气系数按以下经验公式计算：
（式9）
式中：m为多变指数，R22，m=1.18,
根据公式得：
（3）压缩机实际容积输气量：
（式10）
根据公式得：Vs=0.00935m3/s
（4）压缩机冷却水消耗量 
m³/s （式11）
式中 Pe-压缩机的轴功率，kw
-系数，取0.15
-冷却水的进出口温差，取4℃
根据公式得：V=0.071 m³/s
3.4冷凝器的选择计算
3.4.1冷凝器的选择
冷凝器型式的选择应根据制冷设备的制冷量、制冷剂和冷却介质（水或空气）的种类及冷却介质的品质优劣而定。卧式冷凝器适用于水温较低水质较好的地区，由于冷凝器布置在机房内，可以控制水质和水温，同时卧式冷凝器常与中小型制冷机组配套，所以选择卧式壳管式冷凝器，冷却水进口温度为23℃，出口温度为27℃。
机械效率ηm= 0.88，根据公式
（式12）
得出 Pi=0.88×8.6=7.6kw,
总共冷凝负荷：Qk=40.8+7.6=48.4kw,
（式13）
假定 K=770w/（m2 ℃） 
=3.6kw/ m
则查资料取冷凝器型号为DWN-25,换热面积为25m2,
=48.4/25=1.9kw/ m；
3.4.2冷凝器的计算
水冷却系统采用高聚氯乙烯（PVC）压制成凹凸薄板叠合组成，保证水与空气充分接触，且空气阻力较小。
冷却水量的计算：m=
（式14）
式中：QK——为冷凝器热负荷
Cp——水的比热容
——为冷却水的进出口温度差，取4℃
根据上式得出m=2.9kg/s
冷却水体积V=m/ = 0.0029m3/s
3.5蒸发器的选择计算
3.5.1蒸发器的选择
蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，低温的冷凝“液”体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果。主要由加热室和蒸发室两部分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离。加热室中产生的蒸气带有大量液沫，到了较大空间的蒸发室后，这些液体借自身凝聚或除沫器等的作用得以与蒸气分离。通常除沫器设在蒸发室的顶部。
传热温差
的确定：
（式15）
式中： 
——载冷剂进口温度℃
——载冷剂出口温度℃
——蒸发温度℃
假定 K=770w/（m2℃）qt=5.6kw/ m
则F=Q0 /qt=40.8/5.6=7.3m2
查资料取冷凝器型号为卧式DWZ-15,换热面积为15m2,
则qt=Q0/F=40.8/15=2.7kw/ m；
3.5.2蒸发器的计算
（1）蒸发器中冷媒水流量: v=
（式16）
式中：——载冷剂进、出口温度差，℃
——载冷剂的密度，取=1000kg/m³
根据上式计算得v=1.8m3/s
表十 蒸发器的传热系数K和热流密度q
（2）各冷室流量分配
根据不同房间冷的负荷，计算流入的冷媒水流量
各个房间冷媒水流量：v=
（式17）
式中：Qi为房间冷负荷
将计算的流量写如下表：
表十一：房间冷媒水流量
3.6膨胀阀的选择
膨胀阀是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。电子膨胀阀是按照预设程序调节蒸发器供液量，它适应制冷机电一体化的发展要求，具有热力膨胀阀无法比拟的优良特性，为制冷系统的智能化控制提供了条件。所以此制冷系统采用电磁式膨胀阀，电磁式膨胀阀在电磁线圈通电前，针阀处于打开位置；由线圈上施加的电压控制针阀开度的大小，从而调节膨胀阀的流量。电磁式电子膨胀阀具有结构简单，对信号变化响应快的优点。
3.7辅助设备的选择
3.7.1回热器的选择计算
氟利昂制冷系统采用的回热式热交换器是气液回热器，设置于制冷系统的供液管路上，利用由蒸发器来的低压蒸气冷却节流前的制冷剂液体。
回热器作用：一是使节流前得高压液体过冷，以免在节流前汽化，同时提高压缩机吸气温度，以减轻有害过热和改善压缩机工作条件，二是对R12、R502等制冷剂可提高其制冷装置的制冷系数，三是抵消气体中夹带的液体汽化，既可回收冷量又可确保压缩机正常回油。
回热器在工作时，出蒸发器的制冷剂干饱和蒸汽由回热器的进气管进入回热管内与来自冷凝器的制冷剂液体进行热交换。假定制冷剂蒸汽进口压力等于蒸发器出口压力，制冷剂液体进口压力等于冷凝器出口压力，其他温度压力都以理想情况选择。
低压蒸汽进口温度:0.7℃
低压蒸汽出口温度:7.7℃
高压制冷剂液体进口温度:30℃
高压制冷剂液体出口温度:25℃
蒸汽压力:0.5℃
制冷剂液体压力:1.2
回热器效率： 
（式18）
式中：T液out，T液in为制冷剂液体出口和进口温度
T气in ，T气out为制冷蒸汽进出口温度
根据上式得出
=0.7
根据以上性能选择直波纹管式CC型回热器，它可以承受比较大的内部压差，紧凑性高，体积小重量轻
3.7.2 油分离器
在蒸汽压缩式制冷系统中，经压缩后的氨蒸汽(或氟利昂蒸汽)，是处于高压高温的过热状态。由于它排出时的流速快、温度高。汽缸壁上的部份润滑油，由于受高温的作用难免成油蒸汽及油滴微粒与制冷剂蒸汽一同排出。且排汽温度越高、流速越快，则排出的润滑油越多。选择过滤式油分离器，过滤式油分离器用于氟利昂制冷系统，常称为氟利昂油分离器。
3.7.3 空气分离器的选择
空气分离器，又称不凝性气体分离器，用于排放不能在冷凝器中液化的气体。制冷机运行中，系统中存在的空气和不凝性气体集中在冷凝器中，妨碍冷凝器传热，使压缩机的排气压力和排气温度升高，消耗的电能增加。选择立式二重管式（套管式）分离器，安装在冷凝器的旁边，分离效果高体积小。
3.8 供水方案的选择和管路计算
冷媒水从蒸发器出来先进入泵中加压，然后输入各个冷室中。选择上供下回管路计算，首先需计算管路直径和流速，然后计算管道阻力。
已知各房间流量和泵提供的压力，确定管道比摩阻，之后选择管径和流速：
选择最不利环路，从机房流入冷冻室冷藏间的管路最长，此为最不利环路，假设泵提供的动力为1000Pa，管道总长为40m
求平均比摩阻。根据式
（式19）
式中 
——最比例环路的总长度，m
——沿程损失占总压力损失的估计百分数，取0.5
将数值代入上式，得
=12.5
质量流量m=v× （式20）
将m，Rj，用管道水力计算表查出d，v，将其写入表。
确定摩擦阻力
P=R×l.将每一管段R与l相乘，列入水力计算表，确定局部阻力Pj 将每一管段的局部阻力列入下表
表十二 管路水力计算表
3.9制冷系统的流程图
见附图二
参考文献
1 制冷技术 解国珍 姜守忠 罗勇主编 机械工业出版
2 冷库设计与管理 时阳 朱兴旺主编 中国农业科学技术出版社
3 流体输配管网 付祥钊 肖益民主编 中国建筑工业出版社
4中小型冷库技术 李明忠 孙兆礼主编 上海交通大学出版社
5 制冷装置节能技术 张建一主编 北京工业出版社
6 食品冷藏工艺学 冯志哲 沈新月主编 中国轻工业出版社
7食品冷加工工艺 刘学浩主编 中国展望出版社
8果蔬保鲜与加工 吴锦涛主编 化工工业出版社
9冷库制冷设计手册 商业部设计院 农业出版社
10 使用工程设计手册 郭庆堂主编 中国建筑工业出版社