很多做制冷的朋友都想了解冷庫的制冷量是怎么計算的。這既是對制冷知識的了解,也是對制冷設備選型有重要的參考作用和價值,下面就以某個冷庫為例來進行介紹。
概述:庫溫0℃,庫內容積324立方,筐裝新鮮水果,容積系數0.44,貯藏噸位31.3噸,進貨量8.0%,冷卻加工時間24.0小時
概述:庫溫0℃,庫內容積324立方,筐裝新鮮水果,容積系數0.44,貯藏噸位31.3噸,進貨量8.0%,冷卻加工時間24.0小時
對容量為100噸以下的小型冷庫,冷卻加工時間X運轉率(壓縮機的每晝夜實際運行時間)可考慮采用12-16小時(即小于24小時X運轉率的值)
一、冷庫計算說明:
1.此冷庫為鮮果蔬類冷庫,冷庫負荷熱量計算時應包括鮮果蔬呼吸熱和鮮果蔬通風換氣熱!
2.庫外溫度26.0℃,庫外相對濕度71.0%,庫外空氣密度1.139kg/m3,庫外露點溫度20.3℃,庫板防結露厚度23mm<地點-陜西榆林>
3.庫內溫度0.0℃,庫內相對濕度90.0%,庫內冷空氣密度1.288kg/m3,庫內外傳熱溫差26.0℃
4.庫體尺寸:長X寬X高=10.000 X 12.000 X 3.000米,庫板厚度100毫米,庫內容積324立方,庫體外表面積372平方,凈面積115.6平方,凈高2.80米,地面無通風加熱設備,無空氣幕
5.庫板保溫材料:聚氨酯泡沫,密度40.0公斤/立方,熱傳導率0.030w/m℃,傳熱系數0.300w/m2℃
6.貨物種類:筐裝新鮮水果,容積系數0.44,貨物密度220公斤/立方,貯藏噸位31.3噸,進貨量8.0%=2.5噸,冷卻加工時間24.0小時
7.貨物參數:蘋果,凍前比熱3.85kj/kg℃,凍后比熱2.09kj/kg℃,含水率85.0%(實際凍結水分0.0%),冰點溫度-2.0℃,凍結率0.0%
貨物入庫溫度14.0℃,終了溫度2.0℃,入庫焓熱355.04kj/kg,終了焓熱308.84kj/kg,貨物放熱量46.00kj/kg
8.熱量方面:
①庫體漏熱=庫體外表面積X傳熱溫差X傳熱系數X庫底面溫度修正系數=372X26.0X0.300X0.74=2152W
②貨物熱量=進貨量X貨物放熱量/冷卻加工時間=2.5X1000X46.00/24.0/3.6=1331W (X1000/3.6為單位轉換常數以下同)
③其它材料熱=(包裝工具<瓦愣紙>比熱X進貨量X工具占貨比例+鋁比熱X鋁重量+鋼比熱X鋼重量+銅比熱X銅重量)X(貨入庫溫度-庫內溫度)/冷卻加工時間
=(1.47X2.5X1000X0.25+0.46X0.00+0.88X0.00+0.39X0.00)X(14.0-0.0)/24.0/3.6=149W
④總操作熱=開門熱量+照明熱量+人工操作熱=1598+276+923=2797W
其中開門熱量=開門換氣次數X庫內容積X庫內外的空氣熱量差/24小時=4.0X324X29.59/24=1598W
照明熱量=庫內面積X單位面積照明=120X2.3=276W
人工操作熱=工作人數X工作時間/24小時X人均熱量+新風熱=1X3.0/24X280+888=923W
注:新風熱由原來的24小時平均計算改為每小時最大值(比原來算法要大),加工間、包裝間等有操作人員長期停留的需要新風,其余冷間可不計。
⑤冷風機熱=冷風機功率X冷風機臺數+電加熱除霜=1.50X1000X3+0=4500W
排管間電機熱=排管間功率=0.00X1000=0W
★注意:冷風機的最終功率必須和計算得出的冷風機面積相匹配,否則需要不斷調整功率以保持和面積一致
排管間如果有風機功率,請注意是否為排管+風機形式(擱架排管有時配風機),一般情況下沒有風機
一般電動機的功率因數為0.86,即實際運行功率為額定裝機功率的0.86,同時考慮到冷間的空氣密度比常溫狀態下要大
風機輸送流體的功率也將增加,所以長期工作的冷風機可按裝機功率計算,如有確定的實際工作功率的直接輸入實際功率計算
⑥鮮果蔬呼吸熱=進貨量X(入庫呼吸熱+出庫呼吸熱)/2+庫存貨物呼吸熱=2.5X(53.0+14.0)/2+402=486W
⑦和鮮果蔬通風換氣熱=鮮果蔬換氣次數X庫內容積X庫內外的空氣熱量差/24小時=2.0X324X29.56/24=798W
9. 排管冷負荷=①+P×②+P×③+④+⑤+⑥+⑦=2152+1.3X1331+1.3X149+2797+0+486+798=8.157KW (平均冷負荷按噸位為261W/t,按內容積為25W/m3)
采用光滑U形頂排管,φ38排管傳熱系數=8.61w/m2℃,設計計算溫差 8℃,單位面積傳熱量=68.88w/m2=59KCal/m2,排管面積=159m2 (按霜層6mm時)
一對一的小制冷系統壓縮機選用負荷=排管冷負荷X1.07=8.157X1.07=8.728KW
☆采用φ38光滑鋁排管時傳熱系數=8.61w/m2℃,設計計算溫差 8℃,單位面積傳熱量=68.91w/m2=59KCal/m2,排管面積=159m2 (按霜層6mm時)
☆光滑鋼管φ38壁厚2.2時光管壁傳熱系數=43.2*1000/2.2*38/50=14923.64w/m2℃,其余霜層和制冷劑蒸發的傳熱系數=14923.64*8.61/(14923.64-8.61)=8.61w/m2℃
☆光滑鋁管φ38壁厚2.2時光管壁傳熱系數=236*1000/2.2*38/50=81363.63w/m2℃,加上其余霜層和制冷劑蒸發的傳熱系數,總傳熱系數=81363.63*8.61/(81363.63+8.61)=8.61w/m2℃
☆霜層6mm時,采用光滑排管時由于鋁管和鋼管不是主要熱阻,主要熱阻在于霜層和制冷劑蒸發傳熱,所以鋁管和鋼管的傳熱系數相差很小,實際中應按相同面積來估算。
☆不像鋁管翅片管中因為除了管壁外,還有翅片的徑向大面積的傳熱,對應熱阻比重會增加,比相應的鋼管鋼翅片傳熱系數會有所提高,一般冷風機參考增加10-20%左右。
10.冷風機冷負荷=①+P×②+P×③+④+⑤+⑥+⑦=2152+1.3X1331+1.3X149+2797+4500+486+798=12.657KW (平均冷負荷按噸位為404W/t,按內容積為39W/m3)
采用鋼管冷風機,傳熱系數=13.90w/m2℃,冷風機設計計算溫差 8℃,單位面積傳熱量=111.20w/m2=96KCal/m2,冷風機面積=139m2
一對一的小制冷系統壓縮機選用負荷=冷風機冷負荷X1.07=12.657X1.07=13.543KW
冷風機的傳熱系數和單位面積傳熱量應根據廠家提供的數據做最終確定!無相關資料時宜取設計計算溫差8℃,材料:鋼管,作保守估計
以上公式中貨物熱流量系數P取值為:貨物不經冷卻進入冷藏--產量負荷系數P=1.3
一般取值:冷卻加工間-P=1.3,凍結間-P=1.3,貨物不經冷卻進入冷藏-P=1.3,速凍機-P=1.0,其它冷間-P=1.0,請校對!
11.該庫庫內溫度為0.0℃,參照下面的其它說明,應采用冷風機作為冷卻設備
12.若為單個小冷庫時可考慮各冷負荷和壓縮機選用負荷再乘系數1.1 ,最終排管面積=175m2(壓縮機選用負荷=9.601KW),鋼管冷風機面積=153m2(壓縮機選用負荷=14.897KW)
13.考慮安全系數為1.10,運轉率0.9時,各冷負荷和壓縮機選用負荷再乘系數1.222,最終排管面積=194m2(壓縮機選用負荷=9.698KW),鋼管冷風機面積=170m2(壓縮機選用負荷=15.048KW)
考慮安全系數為1.10,運轉率0.8時,各冷負荷和壓縮機選用負荷再乘系數1.375,最終排管面積=219m2(壓縮機選用負荷=10.910KW),鋼管冷風機面積=191m2(壓縮機選用負荷=16.929KW)
此處數值:排管和冷風機在原來的面積上X安全系數/運轉率,壓縮機只除了運轉率沒考慮安全系數,壓縮機選用負荷數值指一對一的制冷系統而言,大中型分散式制冷系統約80%左右,
具體按機械負荷公式計算或參照經驗數據,對負荷系數P在冷卻加工和凍結間中同時也是考慮了實際存在的跑冷部份,所以在機械負荷中應計算在內比較合理。
按公式QJ=(n1Q1+ n2Q2+ n3Q3+ n4Q4+ n5Q5 +n6Q6+ n7Q7)X R/RT (RT-壓縮機運轉時間系數) 請確認已選中多冷間共用制冷系統等各參數選項并進行了機械負荷運算
Q排 管=(①+ n2×P×②+ n3×P×③+ n4×④+ n5×⑤ +⑥+ n7×⑦)×R/RT
=(2152+0.60×1.3×1331+0.60×1.3×149+0.50×2797+1.00×0+486+1.00×798)×1.07/1.00/1000=10.7KW
Q冷風機=(①+ n2×P×②+ n3×P×③+ n4×④+ n5×⑤ +⑥+ n7×⑦)×R/RT
=(2152+0.60×1.3×1331+0.60×1.3×149+0.50×2797+1.00×4500+486+1.00×798)×1.07/1.00/1000=15.0KW
二、其它說明:
1.冷庫負荷一般按四季庫7-8月份的最大負荷計算,其它月份使用可再X月份修正系數(查相關資料)或改變庫外的設計溫度、濕度和夏季空調溫度重新計算
2.同理對包裝工具其它月份使用可再X月份修正系數(查相關資料)或改變貨物的入庫溫度重新計算
3.貨物放熱量如與其它參考資料有較大出入的可通過改變含水率和冰點溫度來做調整
4.庫體漏熱方面只考慮了庫底面溫度修正系數,其它東西南北方方位未做修正,如在多層庫等各冷間溫度和負荷相差較大時應查相關資料修正,
或者按庫內各冷間設定不同的平均環境溫度、濕度分別計算然后綜合起來考慮
5.頻繁操作核算時應適當增加庫門的開門換氣次數/天(這里次數是指庫內容積的倍數)和工作人數、工作時間,
或者總冷負荷乘以一定系數估算 ,冷庫容積<30 m3的可乘系數1.2,30 ~100 m3的可乘系數1.1
6.一般來講,冷藏容量在10000噸以上的為大型冷庫,中型冷庫的冷藏容量在1000-10000噸,小型冷庫的冷藏容量在1000噸以下
7.冷庫容積小于100m3的小型庫日進貨量可考慮為其它庫日進貨量的1-2倍左右,容積系數從0.4提高到0.5以上,并相應增加冷庫負荷以滿足用戶實際使用要求
8.一般設計計算溫差:①光滑排管 - 冷卻間( -------) 凍結間(10~12℃) 冷卻物冷藏間( -------) 凍結物冷藏間( 8~10℃) 貯冰間(10℃)
②翅片排管 - 冷卻間( -------) 凍結間(--------) 冷卻物冷藏間( -------) 凍結物冷藏間(10~12℃) 貯冰間(----)
③光滑管冷風機 - 冷卻間( 8~10℃) 凍結間( 8~10℃) 冷卻物冷藏間( 6~ 8℃) 凍結物冷藏間( -------) 貯冰間(----)
④翅片管冷風機 - 冷卻間(10~12℃) 凍結間( 8~10℃) 冷卻物冷藏間( 8~10℃) 凍結物冷藏間( 8~10℃) 貯冰間(10℃)
⑤擱架排管 - 全 部(12~15℃)
冷藏間蒸發溫度一般比冷藏間低10℃。(用中間載冷劑如鹽水、乙二醇等溫度取5℃)
當冷藏間相對濕度要求較嚴時可按下列設計計算溫差選用:
相對濕度在90左右時,溫差:5-6℃
相對濕度在80左右時,溫差:6-7℃
相對濕度在75左右時,溫差:7-9℃
包裝良好時可考慮 溫差: 10℃
冷風機當設計溫差在8-10℃時濕度相對較小,容易引起干耗,多用于包裝良好或濕度要求不高的地方
冷卻物冷藏間 0℃ 相對濕度85-90 適用:冷卻后的肉、禽
冷卻物冷藏間 -2~ 0℃ 相對濕度80-85 適用:鮮蛋
冷卻物冷藏間 -1~ 1℃ 相對濕度90-95 適用:冰鮮魚
冷卻物冷藏間 0~ 2℃ 相對濕度85-90 適用:蘋果鴨犁等
冷卻物冷藏間 -1~ 1℃ 相對濕度90-95 適用:大白菜、蒜、蔥頭、菠菜、香菜、胡蘿卜、橄欖、芹菜、萵苣等
冷卻物冷藏間 2~ 4℃ 相對濕度85-90 適用:土豆、橘子、荔枝等
冷卻物冷藏間 7~13℃ 相對濕度85-95 適用:柿子青椒、菜豆、黃瓜、番茄、菠蘿、柑等
凍結物物冷藏間-15~-20℃ 相對濕度85-90 適用:凍肉、禽、兔、副產、冰蛋、凍蔬菜、冰棒等
凍結物物冷藏間-18~- 6℃ 相對濕度90-95 適用:凍魚、蝦等
9.冷卻設備的選型應根據食品冷加工或冷藏的要求確定。一般應符合下列要求:
①冷卻間、凍結間和冷卻物冷藏間的冷卻設備應采用冷風機;
②凍結盤裝、箱裝或聽裝食品時,可采用擱架式排管或平板凍結器等凍結設備;
③凍結物冷藏間冷卻設備宜選用墻排管、頂排管。當食品有良好的包裝時,也可采用冷風機;
④包裝間的冷卻設備當室溫低于一5℃時應選用排管;當室溫高于-5℃時宜采用冷風機。
10.小冷庫冷風機匹配經驗數據 ①0℃庫:75W/m3 ②-18℃庫:70W/m3 ③10-15℃加工間:110W/m3 小庫如實際跑冷較多建議按無空氣幕計算
11.該庫計算的平均冷風機負荷 0℃庫:39W/m3 庫內容積324立方(無空氣幕)
三、經驗數據說明:
1.安全系數,考慮到各種不可預見的冷量損耗和物料在實際冷卻過程中初期的耗冷量較大,還有通風換氣熱和總操作熱這里按24小時平均計算,通風換氣一般在早晚時間內集中排放,
雖然這時庫外溫度有所降低,但排放量將大于24小時的平均值,總體負荷會上升,同樣操作熱也可能存在短時間內集中操作現象,負荷大于24小時的平均值,
安全系數一般可取1.1,即增加10%的排管和冷風機面積和冷卻設備負荷,以保證庫內溫度的穩定。
取1.0不做修正,對成熟定型的壓縮機因為各項參數都比較準確,同時每天的總體冷量并沒有增加,多冷間供冷時冷量可以相互補償、自動調節,可以不用考慮安全系數。
2.運轉率(運轉時間系數0.8-0.9),考慮到機器有檢修保養,冷卻設備有沖霜等中間停頓不工作的時間,比如加工時間按24h計算
的冷間,X0.9后,設備實際加工時間為21.6小時, 冷卻設備和壓縮機負荷相應加大,原來值除以0.9。
3.冷卻加工間、凍結間加工時間不包括貨物進冷間、出冷間的搬運時間,速凍機另外考慮
冷卻加工間、凍結間和貨物不經冷卻而進入冷藏間的冷卻設備負荷應包括食品冷凍加工產量的負荷系數1.3的數值(貨物熱流量系數)
考慮到貨物的波動即貨物的最大進出流量在平均產量的數值上X1.3,進貨量按130%計算,類似于按產量增加30%計算
冷卻間、凍結間一般為封閉式加工模式,不計算操作熱量,即開門、人工數量為0。
4.對經驗數據最后的速凍機食品冷凍加工產量的負荷系數1.0(進貨量100%),這種物料快速流動的庫,容積系數要調到相當小,
不能按常規冷藏庫經驗算,結果是調到產量=進貨量 ,另外由于忽略了進出口跑冷,最終結果應按實際情況再適當增加冷量。
由于速凍機已精確到按小時產量來計算設備負荷,不必再增加安全系數和運轉率(運轉時間系數)的修正。
5.-7/-2℃指冷間溫度先為-7℃,待肉體表面溫度降到0℃時,改用冷間溫度-2℃,繼續降溫。
6.-15~-18℃冷藏間進貨溫度按-12~-15℃,進貨量按5%計算,外地調入的凍肉進貨溫度按-8~-10℃,冰鮮魚蝦整理后的溫度按15℃。
未經冷卻的鮮肉溫度按35℃計算,已經冷卻的鮮肉溫度按4℃計算,鮮魚蝦整理后進入冷加工間的溫度按整理魚蝦用水的水溫計算。
7.貯藏鮮蛋、果蔬裝配式冷庫室內計算溫度0℃,相對濕度90%,蒸發溫度-10℃ 。
鮮蛋每天進貨量按5% ,果蔬按8%,進貨溫度均按25℃,加工時間按24h計算。
果蔬冷庫通風換氣按2次/天計算,隔熱板為聚氨酯泡沫塑料,厚度100mm。
8.對容量為100噸以下的小型冷庫,壓縮機的每晝夜實際運行時間可采用12-16小時(即小于24小時X運轉率的值)
9.空庫降溫時間應該加入固定不動,不隨貨物進出的材料鋼鐵鋁銅重量(包括排管和冷風機自身,庫體已自動加入)單獨核算,冷庫或速凍機連續工作時不用考慮可設為0
對較小的冷庫也可考慮將空庫降溫時間這個指標作為一個設計參數
10機械負荷管道等冷損耗補償系數取R=1.07,間接冷卻系統取R=1.12(用中間載冷劑如鹽水、乙二醇等,同時因為二次制冷最終冷源蒸發溫度再降低5℃左右)
機械負荷指的是壓縮機制冷負荷,對于一對一的小制冷系統,由于設備和管道等冷損耗原因,其機械負荷大于冷卻設備負荷,取設備負荷X1.07
多冷間綜合性冷庫由于對象越多、系統越大,差時交錯操作(不是全負荷同時運行),所以總機械負荷會小于各冷卻設備負荷之和(大中型庫約80%左右)
同時機械負荷應按同一蒸發溫度且用途相同的冷間來計算,不同蒸發溫度確實要一起共用時,應按最低蒸發溫度來確定壓縮機
具體應按相應公式QJ=(n1Q1+ n2Q2+ n3Q3+ n4Q4+ n5Q5 +n6Q6+ n7Q7)X R/RT (RT-壓縮機運轉時間系數)對各項熱量進行修正。
Q1-庫體漏熱,Q2-貨物熱量,Q3-其它材料熱,Q4-總操作熱,Q5-冷風機電機熱,Q6-鮮果蔬呼吸熱,Q7-鮮果蔬通風換氣熱
n1-季節系數(取1),n2,n3-貨物熱流量折減系數,n4-同期操作系數,n5-電機同期運轉系數,n6-呼吸熱系數(取1),n7-同期換氣系數(因為Q7已采用了24小時平均熱,系數宜取1)
所以采用有些經驗數據介紹時,有機械負荷 > 冷卻設備負荷(一般指小系統),也有機械負荷 < 冷卻設備負荷的。
11新風熱由原來的24小時平均計算改為每小時最大值(比原來算法要大),加工間、包裝間等有操作人員長期停留的需要新風,其余冷間可不計。