冷鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及設(shè)備選型

冷藏庫(kù)概述：

冷藏庫(kù)：在特定的溫度和相對(duì)濕度的條件下，對(duì)食品、工業(yè)原料等進(jìn)行加工或存儲(chǔ)的建筑物。

一、冷庫(kù)的分類

1、按結(jié)構(gòu)形式分類

（1）土建式冷庫(kù)：主體和地下荷重結(jié)構(gòu)都用鋼筋混凝土，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體用磚砌；隔熱材料：稻殼、軟木、膨脹珍珠巖等。

（2）裝配式冷庫(kù)：主體結(jié)構(gòu)（輕鋼）、圍護(hù)結(jié)構(gòu)（預(yù)制的復(fù)合隔熱板組裝）；隔熱材料：聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料等。

（3）天然洞體冷庫(kù)：西北地區(qū)，以天然洞體作庫(kù)房，以巖石、黃土等作為天然隔熱材料。

2、按使用性質(zhì)分類

（1）生產(chǎn)性冷庫(kù)：建在食品產(chǎn)地附近、貨源集中地區(qū)和漁業(yè)基地，冷加工，短期冷藏，運(yùn)往銷售地區(qū)；特點(diǎn)：較大的冷加工能力、一定冷藏容量。

（2）分配性冷庫(kù)：建在大中城市、人口較多的工礦區(qū)和水陸交通樞紐一帶，儲(chǔ)存經(jīng)過冷加工的食品；特點(diǎn)：凍結(jié)量小，冷藏量大，多種食品的儲(chǔ)存。

（3）零售性冷庫(kù)：建在工礦企業(yè)或城市的大型副食品店、菜場(chǎng)內(nèi)，臨時(shí)儲(chǔ)存零售食品；特點(diǎn)：庫(kù)容量小，儲(chǔ)存期短，大多采用裝配式冷庫(kù)。

3、按規(guī)模大小分類

4、按制冷設(shè)備選用制冷劑：氨冷庫(kù)、氟利昂冷庫(kù)、CO₂/NH₃復(fù)合冷庫(kù)、CO₂冷庫(kù)。

5、按使用庫(kù)溫要求分類

（1）冷卻庫(kù)：高溫庫(kù)，庫(kù)溫一般控制在不低于食品汁液的凍結(jié)溫度，用于果蔬之類食品的儲(chǔ)藏。冷卻庫(kù)、冷卻間：0℃左右，冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。

（2）凍結(jié)庫(kù)：低溫冷庫(kù)，庫(kù)溫-20~ -30℃左右，冷風(fēng)機(jī)或?qū)Ｓ脙鼋Y(jié)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)肉類食品的凍結(jié)。

（3）冷藏庫(kù)：即冷卻或凍結(jié)后食品的儲(chǔ)藏庫(kù)；

冷卻食品的冷藏間：4~-2℃，相對(duì)濕度85%~95%，定期通風(fēng)換氣；

凍結(jié)食品的冷藏間：-18~-25℃，相對(duì)濕度90%~95%，較長(zhǎng)期儲(chǔ)存凍結(jié)食品。

冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的選擇：

氨系統(tǒng)冷庫(kù)的供液形式：

1、直流供液

供液形式：在直流供液系統(tǒng)中，氨液通過節(jié)流膨脹后直接進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)。

特點(diǎn)：

（1）制冷劑通過膨脹閥后變成了氣液兩相流，配液不易均勻，所以一個(gè)蒸發(fā)管需要配一個(gè)膨脹閥，且管路不能太長(zhǎng)。

（2）冷庫(kù)狀態(tài)點(diǎn)不穩(wěn)定。

（3）在回氣管路上設(shè)置氨液分離器用于保護(hù)壓縮機(jī)。

（4）直流供液系統(tǒng)一般采用壓縮冷凝機(jī)組。

重力供液系統(tǒng)：

從機(jī)房來的高壓氨液經(jīng)浮球閥進(jìn)入氣液分離器，然后由氨液分離器的出液管進(jìn)入蒸發(fā)器。回氣則在氨液分離器內(nèi)經(jīng)過氣液分離，從吸入管返回壓縮機(jī)。這種供液方式的特點(diǎn)是，制冷劑液體依靠重力進(jìn)入蒸發(fā)器。

氨泵供液系統(tǒng)：

這種供液方式在與使用動(dòng)力泵將制冷劑液體輸送至庫(kù)房的蒸發(fā)器中。

與重力供液系統(tǒng)相比較，氨泵供液系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1) 蒸發(fā)排管內(nèi)表面能得到充分的潤(rùn)濕，由于氨液吸熱蒸發(fā)而生成的氣泡，將被流速較高的、數(shù)倍于蒸發(fā)量的制冷劑液迅速帶走，不致粘附在蒸發(fā)排管的內(nèi)表面，因而能使蒸發(fā)排管發(fā)揮更大的制冷效能。

(2) 較大流量的氨液，以較高的流速流過蒸發(fā)排管，能沖刷排管內(nèi)表面的潤(rùn)滑油油膜，提高蒸發(fā)排管的傳熱效率，又能將潤(rùn)滑油帶至低壓循環(huán)貯液桶集中排放，既方便，又安全。

(3) 回氣過熱度小，可以提高壓縮機(jī)的效率，提高制冷循環(huán)的制冷系數(shù)。

(4) 融霜裝置以及融霜操作比較簡(jiǎn)單、方便，融霜效率也較高。

(5) 重力供液系統(tǒng)常用的氣液分離器、融霜排液桶等輔助設(shè)備，均為低壓循環(huán)貯液桶所取代，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)，節(jié)省設(shè)備和安裝費(fèi)用，節(jié)省設(shè)備間的建筑面積，操作也簡(jiǎn)化了。

(6) 供液膨脹閥、氣液液位控制裝置、放油裝置等均集中在機(jī)房設(shè)備間內(nèi)，便于監(jiān)視、操作和維修，有利于安全運(yùn)行。

 (7)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

目前大型冷庫(kù)均采用這種模式

氟利昂制冷系統(tǒng)選擇：

供液型式和方式，從供液型式來看，氟系統(tǒng)也有直接膨脹供液、重力供液和泵供液三種，其中國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是利用熱力膨脹閥控制的直接膨脹供液，其主要原因是：

①   直接膨脹供液系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，分離設(shè)備少，系統(tǒng)充液量也少，這對(duì)于價(jià)格昂貴的氟利昂來說是合適的。

②   用熱力膨脹閥供液并配有熱交換器的氟系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量且使回氣有較大的過熱度，高壓液體有較大的過冷度，節(jié)流時(shí)閃發(fā)成氣體的機(jī)會(huì)減少，改善了直接膨脹供液系統(tǒng)中調(diào)節(jié)供液困難及易濕行程等不足。

冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的選擇：

注意：先滿足回油問題，其次考慮供液均勻的問題，一般采用利于系統(tǒng)回油的上進(jìn)下出供液方式，并輔以分液器或配管上采取措施使其均勻供液。

壓縮機(jī)類型：螺桿式或活塞式、半封閉或全封閉。

壓縮機(jī)級(jí)數(shù)：?jiǎn)渭?jí)（pk/po≤8）、雙級(jí)（ pk/po>8 ）。

供冷方式的確定：

CO2作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)和CO2在超臨界、跨臨界和亞臨界范圍內(nèi)的使用價(jià)值，使CO2在國(guó)際上得到廣泛的認(rèn)可

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境性能優(yōu)良。

CO2是自然界天然存在的物質(zhì)，它的臭氧層破壞潛能（ODP）為零，其溫室效應(yīng)潛能極?。℅WP=1）。而現(xiàn)在作為推薦替代工質(zhì)HFC及其混合物，其ODP雖為零，但GWP卻比CO2高1000~2000倍。如果考慮到所用CO2大多為化工副產(chǎn)品，用它做制冷劑正好回收了原來要排向大氣的廢物的話，CO2的溫室效應(yīng)就應(yīng)為零。再加上HFC及其混合物不但會(huì)增加溫室效應(yīng)，而且可能產(chǎn)生其它現(xiàn)在未知的副作用，CO2在這一方面的優(yōu)勢(shì)就更為明顯。

自身費(fèi)用低。無需回收或再生，操作與運(yùn)行的費(fèi)用也較低。化學(xué)穩(wěn)定性好。

有利于減小裝置體積。高的工作壓力使得壓縮機(jī)吸氣比容較小，使得容積制冷量較大，使得壓縮尺寸減小。流動(dòng)和傳熱性能提高，減少了管道和熱交換器的尺寸，從而使系統(tǒng)非常緊湊。安全無毒，不可燃，即使在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體，因?yàn)镃O2是碳的最高氧化狀態(tài)，具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。

缺點(diǎn)：a當(dāng)它在空氣中的濃度低于2%時(shí)，對(duì)人沒有明顯危害。但如果超過此濃度，則可引起呼吸器官的損害，甚至窒息死亡。b:CO2高的臨界壓力和低的臨界溫度也給它做制冷劑帶來了許多難題,無論亞臨界循環(huán)還是跨臨界循環(huán)，CO2制冷系統(tǒng)的運(yùn)行壓力都將高于傳統(tǒng)的制冷空調(diào)系統(tǒng)，這必然會(huì)給系統(tǒng)及部件的設(shè)計(jì)帶來許多新的要求。同時(shí)現(xiàn)階段還存在CO2制冷系統(tǒng)的效率相對(duì)較低的問題。  

CO2/NH3復(fù)合制冷技術(shù)：

CO2在低壓級(jí)運(yùn)行，NH3在高壓級(jí)運(yùn)行，這樣既避免CO2制冷系統(tǒng)的冷凝壓力超臨界壓力，又避免NH3制冷系統(tǒng)在低溫下（如-50度）負(fù)壓易滲漏空氣的問題 。

建設(shè)噸位及面積的設(shè)算：

一般高溫庫(kù)主要存果蔬菜類的食品，果蔬菜類的貨物以紙箱包裝，其貨物密度大置可按280—330KG左右/立方，庫(kù)內(nèi)利用率可選0.5-0.6，因?yàn)榘惭b有貨架，留有運(yùn)輸通道、留有頂部制冷設(shè)備通風(fēng)風(fēng)道等因素，實(shí)際可選5個(gè)立方左右存一噸貨物。當(dāng)然，這只是參考數(shù)，各家?guī)靸?nèi)存貨情況不一定相似。低溫冷庫(kù)一般是存禽肉、海產(chǎn)品類貨物，此類貨物密度以白條肉為例，大約在420kg/立方，庫(kù)內(nèi)容積系數(shù)為0.5-0.6所以，低溫冷庫(kù)可選4個(gè)立方左右存一噸貨物。

關(guān)于容積系數(shù)的說明，貨物有的堆得滿，有些不用貨架，直接以多層貨物累疊方式，及貨上堆貨此種堆放方式貨物是堆放得多，但其貨物中心需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到所需要的溫度。其制冷設(shè)備運(yùn)行工作時(shí)間就會(huì)長(zhǎng)。相對(duì)來說會(huì)增加電能費(fèi)用。如合理利用，會(huì)降低電費(fèi)。

大型冷庫(kù)建議用標(biāo)準(zhǔn)貨架，留好風(fēng)道，貨物擺放與冷風(fēng)機(jī)風(fēng)道均能合理符合出風(fēng)流通。易于實(shí)現(xiàn)庫(kù)溫平均。

規(guī)劃設(shè)計(jì)之前，業(yè)主方可按庫(kù)體長(zhǎng)寬高的立方數(shù)相映除4、5左右，得出大概存貨量高低溫庫(kù)噸位數(shù)。小于500立方一般為人工堆放貨物，容積率可選0.6，庫(kù)容500-1000立方左右，可按0.5容積率，1000-2000立方可按0.5，2000-10000立方，可按0.6，10000-15000立方時(shí)，可按0.62，大于15000立方時(shí)，內(nèi)容積系數(shù)可按0.65。例：10000立方庫(kù)容，建成高溫庫(kù)后，可存果蔬10000*0.6/5=1200噸左右高溫 。建低溫庫(kù)大約存凍禽肉貨物1500噸。

大型冷庫(kù)建議用標(biāo)準(zhǔn)貨架，留好風(fēng)道，貨物擺放與冷風(fēng)機(jī)風(fēng)道均能合理符合出風(fēng)流通。易于實(shí)現(xiàn)庫(kù)溫平均。

規(guī)劃設(shè)計(jì)之前，業(yè)主方可按庫(kù)體長(zhǎng)寬高的立方數(shù)相映除4、5左右，得出大概存貨量高低溫庫(kù)噸位數(shù)。小于500立方一般為人工堆放貨物，容積率可選0.6，庫(kù)容500-1000立方左右，可按0.5容積率，1000-2000立方可按0.5，2000-10000立方，可按0.6，10000-15000立方時(shí)，可按0.62，大于15000立方時(shí)，內(nèi)容積系數(shù)可按0.65。例：10000立方庫(kù)容，建成高溫庫(kù)后，可存果蔬10000*0.6/5=1200噸左右高溫 。建低溫庫(kù)大約存凍禽肉貨物1500噸。

壓縮機(jī)選型：

螺桿式壓縮機(jī)與活塞式壓縮機(jī)的對(duì)比

冷庫(kù)融霜方式選擇：

冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間久了后，會(huì)引起進(jìn)風(fēng)口處翅片結(jié)霜，因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)口溫度高，出風(fēng)口周圍溫度低。

融霜方式有三種：電熱融霜，水沖霜，熱氟（氣）融霜。

電加熱融霜能耗大，不利于節(jié)能。一般中小型冷庫(kù)使用較廣泛。

冷庫(kù)內(nèi)蒸發(fā)器選擇：

冷庫(kù)設(shè)備庫(kù)內(nèi)蒸發(fā)器有冷風(fēng)機(jī)和排管兩種。冷風(fēng)機(jī)分單側(cè)方向排風(fēng)，雙側(cè)方向排風(fēng)兩種。排管有鋼管和鋁排管。價(jià)格鋁排高于鋼，鋁排管的效率高于鋼管。在低溫冷庫(kù)尤其是禽肉類庫(kù)，包裝貨物以紙箱包裝的目前選用排管的要優(yōu)于冷風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，會(huì)有少許增大干耗，使禽肉表面水份流失。所以一般水產(chǎn)禽肉類凍庫(kù)庫(kù)內(nèi)選用排管蒸發(fā)器。其它類低溫冷庫(kù)用冷風(fēng)機(jī)。

通俗來說制冷速度來得慢，但去的也慢。對(duì)于進(jìn)出貨頻繁的冷庫(kù)， 實(shí)際工作中，大多選用冷風(fēng)機(jī)較多。

冷凝器類型的確定：

冷凝器的類型有多種，應(yīng)根據(jù)制冷裝置所處的環(huán)境、冷卻水水質(zhì)、水溫和水量來進(jìn)行確定。

冷凝器一般根據(jù)下列原則來選擇：

立式冷凝器適用于水源豐富、水質(zhì)較差、水溫較高的地區(qū)。

臥式冷凝器適用于水量充足、水溫較低、水質(zhì)較好的地區(qū)、廣泛應(yīng)用于中、小型氨和氟利昂制冷系統(tǒng)中。

淋澆式冷凝器適用于空氣濕球溫度較低、水源不足或水質(zhì)較差的地區(qū)。

蒸發(fā)式冷凝器主要適應(yīng)于干燥缺水的地區(qū)，當(dāng)水質(zhì)交叉時(shí)必須處理。

從設(shè)備費(fèi)和維修費(fèi)來看，蒸發(fā)式冷凝器較高。對(duì)大、中性制冷裝置，蒸發(fā)式冷凝器同立式或臥式冷凝器與冷卻塔的組合形式相比，建設(shè)初投資相差無幾，但運(yùn)行時(shí)節(jié)水節(jié)能。

此外，在滿足系統(tǒng)要求的條件下，還要考慮換熱效率、維護(hù)方便，設(shè)備初投資等因素。

冷間冷卻方式的確定

1、直接冷卻 制冷劑直接通過蒸發(fā)器吸收被冷卻物體熱量的方式叫直接冷卻方式

該冷卻方式的特點(diǎn)是：

①制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)直接吸熱蒸發(fā)，傳熱溫差只有一次，能量損失小，換熱效率高。

②系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作管理方便，初投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低。

2、間接冷卻  被冷卻物體的熱量通過載冷劑傳給制冷劑的冷卻系統(tǒng)叫做間接冷卻。間接冷卻系統(tǒng)多一個(gè)載冷劑循環(huán)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，初投資和經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高，而且有兩次換熱，能量損失較大。采用鹽水做載冷劑時(shí)對(duì)金屬有腐蝕作用，需經(jīng)常維護(hù)修理。

高壓儲(chǔ)液器的確定：

高壓儲(chǔ)液器在系統(tǒng)中起著貯存從冷凝器來的制冷劑的液體，供應(yīng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)各設(shè)備的業(yè)態(tài)循環(huán)量及液封作用。高壓儲(chǔ)液器的選擇主要是確定其容積，容積應(yīng)能使得在制冷運(yùn)行時(shí)，最大貯液量不超過該容積的80％，最少貯液量不少于該容積的30％，臺(tái)數(shù)確定應(yīng)根據(jù)容積大小，貯液器外形，尺寸及布置因數(shù)來確定。

氨液分離器的確定：

氨液分離器可分為機(jī)房氨液分離器和庫(kù)房氨液分離器兩種，其主要作用都是進(jìn)行汽液分離，防止壓縮機(jī)發(fā)生液擊的作用，設(shè)計(jì)時(shí)要按蒸發(fā)溫度回路分別選型計(jì)算，要求每一蒸發(fā)溫度回路設(shè)一臺(tái)，選型主要根據(jù)其直徑來確定。

低壓循環(huán)桶的確定：

低壓循環(huán)桶是液泵供液系統(tǒng)的專用設(shè)備，也是關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是貯存和穩(wěn)定的供給液泵循環(huán)所需的低壓液體，又能對(duì)庫(kù)房進(jìn)行汽液分離，保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行，必要時(shí)又可兼做排液桶。為保證有效地把液體分離出來，防止氨壓縮機(jī)發(fā)生液擊，一般要求立式桶內(nèi)制冷劑的流速控制在0.5m/s，臥式桶內(nèi)制冷劑的流速控制在0.8m/s。低壓循環(huán)桶選型時(shí)，如出現(xiàn)通徑符合要求，但容積不夠時(shí)，桶徑可加大檔次，使容積達(dá)到要求，如果桶徑超過產(chǎn)品規(guī)格，可選用幾臺(tái)低壓循環(huán)桶并聯(lián)使用，為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，選型后的低壓循環(huán)桶容積應(yīng)略大于實(shí)際計(jì)算容積。

排液桶的選型確定：

排液桶用于冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中，暫時(shí)貯存冷風(fēng)機(jī)或蒸發(fā)排管沖霜時(shí)排出的低壓液態(tài)制冷劑，選型主要是確定容積，使其能容納注氨量最多的一個(gè)冷卻設(shè)備的排液量。

氨泵的確定：

氨泵供液是利用液泵的機(jī)械作用，把數(shù)倍于蒸發(fā)量的低溫液體輸送到各庫(kù)房蒸發(fā)器中。為保證氨泵進(jìn)出液管不發(fā)生閃發(fā)氣體，一般進(jìn)液管的流速氨0.4-0.5m/s，出液管的流速氨0.8-1m/s計(jì)算，設(shè)計(jì)過程中盡量減少閥件彎頭，出液管應(yīng)坡向氨泵。設(shè)計(jì)根據(jù)其流量、吸氣壓頭綜合計(jì)算進(jìn)行選型。

空氣分離器選型確定：

空氣分離器選型確定是用來排除制冷系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體的設(shè)備，選型不需要進(jìn)行計(jì)算，可根據(jù)冷庫(kù)規(guī)格和使用要求進(jìn)行。

集油器選型確定：

集油器的選型主要根據(jù)系統(tǒng)制冷量的大小來選擇。一般情況下，當(dāng)制冷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工況下的制冷量為230KW以下時(shí)，采用殼體直徑為 的集油器一臺(tái)；當(dāng)制冷量為230-1160KW時(shí)采用殼式直徑為的集油器1-2臺(tái)；當(dāng)制冷量為1160KW以上時(shí)，采用殼式直徑為的集油器2臺(tái)。

節(jié)流閥選型確定：

節(jié)流閥的作用是對(duì)制冷系統(tǒng)中高壓液態(tài)制冷劑進(jìn)行節(jié)流，達(dá)到降壓和調(diào)節(jié)流量的作用，有手動(dòng)節(jié)流閥、熱力膨脹閥，浮球閥三種，由于手動(dòng)節(jié)流閥不利于自動(dòng)控制，一般選擇熱力膨脹閥、浮球閥。

建造成本：

此處僅僅只是籠統(tǒng)估價(jià)，具體項(xiàng)目具體計(jì)算。以上海市場(chǎng)為例，鋼結(jié)構(gòu)建造市場(chǎng)價(jià)大約1000元-1550元/平方米，包括機(jī)電設(shè)備安裝制冷系統(tǒng)造價(jià)，以上海市場(chǎng)計(jì)算，10000m3左右，普通低溫冷藏或冷凍庫(kù)大約價(jià)格在220-250元/m³。5000立方大約價(jià)格260-290元/m³。20000/m³造價(jià)大約在170-200元/m³。50000/m³冷庫(kù)造價(jià)單價(jià)大約130-150元/m³。

建造價(jià)格僅僅供參考。