制冷裝置設計第二章

1、<p><b>　　第2章制冷負荷計算</b></p><p>　　冷間是人工降溫房間的統(tǒng)稱，包括冷凍間、冷卻間、冷卻物冷藏間、凍結物冷藏間、冰庫、冷加工間和低溫穿堂。冷間的制冷負荷就是為維持冷間低溫單位時間需取出的熱量。由于外界環(huán)境溫度、食品儲藏量、食品加工季節(jié)和操作等的差異，制冷負荷是不相同的。因此，正確地計算制冷負荷是制冷裝置設計的工作之一。</p><p

2、>　　制冷負荷計算是指冷卻設備負荷和制冷系統(tǒng)機械負荷的計算，其目的在于合理正確地確定冷卻設備負荷和機械負荷，為制冷裝置的設計提供依據。同時，還可以通過對構成冷負荷的各個部分熱負荷的計算與分析，探討各種因素對冷負荷的影響，以尋求減少制冷裝置冷負荷的方法與途徑。</p><p>　　制冷裝置工作時，只有當制冷量與熱負荷平衡時，冷間才能維持規(guī)定的空氣溫度和相對</p><p>　　濕度。通

3、常，制冷裝置的熱負荷Q由以下幾個部分組成：</p><p>　　(1)圍護結構傳熱量Q1由于冷間內外溫差和太陽輻射熱的作用，通過圍護結構的傳熱量，包括兩部分：①由于室內外空氣溫差(tw-tn)引起的傳熱量；②冷間圍護結構外表面吸收太陽輻射熱(△ty=pj/αw)引起的傳熱量。</p><p>　　(2)貨物熱量Q2由于貨物(食品)與冷問空氣之間存在溫度差，食品在冷卻或凍結過程中放出的熱量，

4、或者在冷加工過程中放出的熱量，簡稱為貨物熱量，包括：①食品熱量；②包裝材料和運載丁具熱量；③食品冷卻時的呼吸熱量；④食品冷藏時的呼吸熱量。</p><p>　　(3)通風換氣熱量Q3冷間需要通風換氣，外界空氣進入冷間而帶進的熱量，稱為通風換氣熱量，包括：①鮮活食品呼吸需要補充的新鮮空氣熱量；②操作人員呼吸需要補充的新鮮空氣熱量。</p><p>　　(4)電動機熱量Q4冷間內各種動力設備上

5、的電動機散熱量，稱為電動機熱量；包括：①庫房內風機電動機產生的熱量；②運輸工具電動機產生的熱量。</p><p>　　(5)操作熱量Q5由于冷問的照明、操作人員散熱及開門引起的熱量，稱為操作熱量，包括：①照明熱量；②開門熱量；③操作人員熱量。</p><p>　　南于各種制冷裝置的結構和功能各具特點，熱負荷的組成與計算亦略有差異，本章將以冷庫為主，介紹冷間制冷負荷的組成及計算方法，以及冷卻

6、設備負荷與機械負荷汁算方法。</p><p>　　2．1圍護結構傳熱量Ql</p><p>　　冷間溫度鄙低于外界環(huán)境溫度，由于冷間內外的溫度差，外界熱量通過冷間圍護結構向冷間傳遞。冷間圍護結構的傳熱是復雜的、不穩(wěn)定的傳熱過程，受時間、地點、季節(jié)、氣候、建筑熱工特性等諸多因素的影響。外界通過圍護結構傳人的熱量主要受兩個方面因素的影響，一是由冷間內外傳熱溫差(tw-tn)引起的傳熱；二是由于

7、太陽輻射(△ty=Pj/αw)引起的傳熱。其中，冷間的溫、濕度條件是由食品冷加工工藝條件、被儲存食品的性質、儲存期限及技術經濟分析等綜合經濟指標確定的；而室外的溫、濕度條件則受到時間、地點、季節(jié)和氣候等因素的影響。因此，在進行制冷負荷計算時，既要考慮冷間最不利的環(huán)境條件，又要忽略室外熱作用中的短期不穩(wěn)定因素，以保證冷間圍護結構在合理、經濟的條件下達到設計要求。所以，在進行制冷負荷計算時，必須首先確定冷庫室內外的計算溫度。</p&g

8、t;<p>　　2．1．1綜合溫度作用下的傳熱特性</p><p>　　2．1．1．1室外空氣綜合溫度</p><p>　　冷間圍護結構傳熱是在室外空氣溫度和太陽輻射熱的綜合作用下進行的，其中室外高溫空氣通過與外表面的直接換熱向圍護結構傳熱。太陽輻射熱則是以電磁波形式將能量直接傳到圍護結構外表面，經吸收轉化為熱能的。因此，冷間維護結構由外界環(huán)境接受的熱量可分為兩部分，即室外空

9、氣以對流方式傳給外表面的熱量和太陽輻射熱量。</p><p>　　1．室外空氣以對流方式傳給外表面的熱量Q1n</p><p>　　室外空氣以對流方式傳給外表面的熱量Q1a(w)，可按下式計算，即</p><p>　　式中，αw為圍護結構外表面?zhèn)鳠嵯禂礫W／(m2·K)]；A為圍護結構的外表面積(m2)；</p><p>　　tw為

10、外界環(huán)境計算空氣溫度(℃)；tw1為圍護結構的外表面溫度(℃)。</p><p>　　2．太陽輻射熱量Q1b</p><p>　　在太陽輻射熱的作用下，圍護結構外表面的溫度升高，一部分熱量被圍護結構所吸收，并傳入冷間；另一部分則被圍護結構外表面向外反射。因此，圍護結構外表面所吸收的太陽輻射熱量Q1b(w)可按下式計算，即Q1b=pjA(2-2)式中，p為圍護結構外表面對太陽輻射熱的吸收系數

11、(無因次量)；．，為計算的圍護結構外表面的太陽輻射強度(w／m2)。</p><p>　　3．圍護結構外表面總受熱量Q</p><p>　　由式(2一1)和式(2-2)可得，冷間維護結構外表面由外界環(huán)境接受的熱量p(w)可表示為</p><p>　　比較式(2-1)和式(2-4)可知：由于室外高溫空氣和太陽輻射熱的綜合作用，使得冷間圍護結構外表面溫度上升到某一個溫度

12、tz。--在工程上將其稱為空氣綜合溫度。在空氣綜合溫度tz的作用下，進入圍護結構外表面的熱量等于室外空氣溫度和太陽輻射熱共同作用下所進入的熱量(相關計算參數的選取見表2-1～表2-3)。</p><p>　　表2一l圍護結構外表面對太陽輻射的吸收系數p值</p><p>　　由此可見，所謂空氣綜合溫度相當于室外空氣溫度由原來的tw值增加了一個太陽輻射的等效溫度ρJ/α值。這一等效溫度與太陽

13、輻射熱具有相同的效果，稱之為太陽輻射的當量溫升，以△ty表示。在冷間制冷負荷計算中，常采用每晝夜太陽輻射強度的平均值，故太陽輻射的當量溫升即為晝夜平均當量溫升，以△td表示為</p><p>　　式中，△td為太陽輻射的晝夜平均當量溫升(℃)；p為圍護結構外表面對太陽輻射熱的吸收系數；Jp為太陽輻射晝夜平均總輻射強度(w／m2)；αw為圍護結構外表面?zhèn)鳠嵯禂礫W／(m2·℃)]。</p>

14、<p>　　2．1_l_2室外空氣綜合溫度作用下圍護結構的傳熱特性</p><p>　　由于室外空氣溫度tw和太陽輻射當量溫升△ty的周期性變化，導致室外空氣綜合溫度tz也呈周期性的波動。這樣，在室外空氣綜合溫度的作用下，熱量通過圍護結構的傳熱過程具有兩個特性：一個是熱流的衰減，另一個是時間的延遲。</p><p>　　1．室外空氣溫度的變化規(guī)律</p><p

15、>　　由于受到地理緯度、季節(jié)更替和晝夜變化的影響，室外空氣溫度tw的波動周期可視為24h(即一晝夜)。下面以武漢市的氣象資料為例予以說明。</p><p>　　圖2一l所示為武漢市9月初一天的氣象數據。由圖可知，一天中最高氣溫出現在14～15時，最低氣溫出現在凌晨4-5時。</p><p>　　圖2-2所示為武漢市某年的氣象數據。一年中最熱月在7、8月份，最冷月在l、2月份。<

16、/p><p>　　表2-3各主要城市部分氣象資料</p><p>　　2．太陽輻射的變化規(guī)律</p><p>　　與室外空氣溫度tw的變化規(guī)律相同，太陽輻射強度也受到地理緯度、季節(jié)更替和晝夜變化的影響；此外，還應考慮到圍護結構外表面的朝向不同的影響。圖2-3所示為位于北緯40。地區(qū)圍護結構各個朝向的總輻射強度。夏季是一年中太陽輻射強度最大的季節(jié)，而且圍護結構各個不同朝向

17、的外表面所受到的太陽輻射強度是各不相同的。圖2-4所示為晴天室外照度逐時變化規(guī)律。太陽輻射強度的大小隨著晝夜變化而不同，即中午輻射強度最大，早晨和黃昏時輻射強度較小。</p><p>　　3．室外空氣綜合溫度作用下的傳熱特性</p><p>　　由于室外空氣溫度tw和太陽輻射當量溫升△ty的周期性變化，室外空氣綜合溫度tz以24h為周期在其平均值上下波動。這樣，在空氣綜合溫度tz作用下，外

18、界環(huán)境傳人冷間的熱量也隨之呈周期性的波動，即圍護結構各截面上的溫度也在平均值上下波動。由圖2-5見，這種溫度的上下波動是由外向內逐層衰減和延遲的。這就是圍護結構在空氣綜合溫度tz周期性外擾下的兩個重要特性--熱流衰減特性和時間延遲特性。</p><p>　　(1)衰減度的概念南圖2-5可知，在一個周期內，隨著室外空氣綜合溫度tz的波動，圍護結構各層的溫度波動幅度按由外向內的順序逐層遞減，即</p>

19、<p>　　△tz>△twl>△tw2>…>△tn</p><p>　　也就是說，室外空氣綜合溫度的波幅△tz大于外表面溫度的波幅△tw；而外表面溫度的波幅△tw大于內表面溫度的波幅Δtn。這種溫度波動幅度減弱的現象，稱為溫度波的衰減。溫度波在圍護結構內的衰減是由于材料的吸熱、放熱自然形成的。維護結構對溫度波幅的衰減能力用衰減度。。來表示。則</p><p&g

20、t;　　式中，△tz為空氣綜合溫度在各時刻的波幅(℃)；△tn為與以上對應時刻的內表面溫度波幅(℃)。</p><p>　　圖2-5中，綜合溫度晝夜波動振幅△tz為37．1℃；內表面溫度波動振幅△tn為4．9℃；則整個圍護結構對綜合溫度的衰減度為</p><p>　　(2)溫度波動的延遲時間從圖2-5中還可以看出，外表面的溫度波動遲于空氣綜合溫度的波動，而內表面的溫度波動又遲于外表面的溫度

21、波動。這種溫度的傳遞在時間上的滯后現象稱為溫度波動過程的延遲。延遲的時間以ξ表示。若設綜合溫度最大值出現的時間為Zzmax，內表面溫度最大值出現的時間為Zzmax,則維護結構總的延遲時間ξ0值為</p><p>　　式中，ξ0為維護結構總的延遲時間(h)；Zzmax為綜合溫度最大值出現的時間；Zzmax為內表面溫度最大值出現的時間。</p><p>　　圖2-5中綜合溫度最大值出現的時間Z

22、max為12時；內表面溫度最大值出現的時間為16時，則維護結構總的延遲時間ξ0為</p><p>　　(3)冷庫維護結構的延遲時間和衰減度計算圍護結構對溫度波幅的衰減和延遲作用是由于材料對熱流的阻尼作用和蓄熱作用所致，阻尼作用的大小可用熱阻尺來體現，它表示材料抵抗導熱的能力。材料對熱流的阻尼作用。使得熱流通過圍護結構的傳遞速度減慢。蓄熱作用的大小可用蓄熱系數s表示，它表示當熱流呈周期性波動時，圍護結構材料層進行著

23、對熱流的蓄積和釋放過程。</p><p>　　維護結構對熱流的阻尼和蓄熱作用的總合可用熱惰性指標D=Rs來表示。多層材料的熱惰性指標D等于各層材料熱惰性指標D。值之和，即D=RlSl+R2s2+…+RnSn(2-8)式中R為圍護結構各層材料的熱阻(m2·℃／w)；Sn為圍護結構各層材料的蓄熱系數[w／(m2·℃)]。通常，將室外空氣溫度波動的作用下，通過圍護結構傳人冷間的熱量視為兩部分，即平均

24、傳熱量和波動傳熱量。平均傳熱量受室外空氣晝夜平均氣溫的影響，波動傳熱量受室外空氣溫度振幅(日最高溫度和日平均溫度之差)的影響。由于圍護結構有一定的蓄熱能力，當室外溫度降低時，又會有部分熱量從圍護結構內反射到室外。因此，室外空氣溫度振幅反應到圍護結構內表面要比外表面小，這個過程稱為衰減，減少的倍數稱為衰減度。在一般情況下，材料堆密度大、蓄熱能力大、結構層次多的圍護結構，衰減度就大；反之則小。對于冷庫圍護結構的延遲時間ξ0(h)和衰減度可采

25、用下列經驗公式計算，即延遲時間</p><p>　　式中，e為自然對數的底；∑D為各層材料的熱惰性指標之和；R。為圍護結構外表面熱阻</p><p>　　(m2·℃／w)；∑R為各層材料熱阻之和(m3·℃／w)。</p><p>　　幾種材料的熱惰性指標D、衰減度t，0和延遲時間ξ0見表2-4。</p><p>　　表2-

26、4幾種材料的熱惰性指標D、衰減度v0和延遲時間ξ0</p><p>　　注：1．D>6的圍護結構稱為重型結構；4<D≤6的圍護結構稱為中型結構；1．5<D≤4的圍護結構稱為輕型結構。</p><p>　　2．D>4的中、重型結構，其衰減度”0都在300倍以上，說明室外綜合溫度的變化，經圍護結構衰減后傳至內</p><p>　　表面的振幅就很小

27、。在工程計算中，此類圍護結構的波動傳熱量可以忽略不計，僅計算平均傳熱量即可。</p><p>　　3．對于D>6的重型結構，其延遲時間ξ0約在20h以上。</p><p>　　例如：以天津地區(qū)氣象資料為例，極端最高溫度tmax=39．6℃，屋面外表面?zhèn)鳠嵯禂?lt;/p><p>　　αw=23w／(m2．℃)，水平面太陽輻射強度最高值Jmax=959W／m2，綠豆

28、砂保護屋面(淺</p><p>　　黑)的吸收系數p=0．65，夏季空氣調節(jié)室外計算日平均溫度twp=29℃，水平面太陽輻射強</p><p>　　度晝夜平均值Jp=323W／m2，則</p><p>　　極端最高綜合溫度tmax為</p><p>　　溫度波動的延遲時間對冷庫圍護結構傳熱量的影響過程如圖2-6所示。如果在14-</p&

29、gt;<p>　　15時圍護結構外表面的溫度為66．7℃的熱流，傳人庫內大約需要20h的時間，也就是說，</p><p>　　在第二天的10～ll時才能傳人庫內。但是，由于室外空氣綜合溫度tz是一個周期性變化</p><p>　　的溫度值；隨著室外日照情況的變化，tz在14時之后開始下降；一直到凌晨3～4時，室</p><p>　　外空氣綜合溫度tz達

30、到最低值25℃左右。在室外空氣溫度下降期間，室外空氣綜合溫度tz</p><p>　　始終低于66．7℃。與此同時，溫度為66．7℃的熱流與室外空氣綜合溫度也產生了一個溫度</p><p>　　差(△tzmax-tz)。在這個溫度差的作用下，一部分熱流將返回室外，使得傳人庫內的熱量</p><p><b>　　更少。</b></p>

31、<p>　　2．1．2圍護結構傳熱量Q。的計算</p><p>　　為了方便計算，將室外空氣綜合溫度tz劃分為兩部分，即平均溫度twp和波動值△td。其</p><p>　　中，平均溫度Δtz包括室外空氣平均溫度twp和太陽輻射的晝夜平均當量溫升△td；而波動值</p><p>　　△tw包括室外空氣溫度的波動值△tw和太陽輻射的波動值△Jρ/αw。即

32、</p><p>　　式中，ΔJ為冷厙每一朝向輻射強度的波動值(W／m2)；l，JP為太陽輻射晝夜半士習總輻射強度</p><p>　　(W／m2)；p為圍護結構外表面對太陽輻射熱的吸收系數，見表2-2；twp為室外空氣平均溫</p><p>　　度(℃)；△tw外空氣溫度的波動值(℃)。</p><p>　　同樣，傳人圍護結構的熱量也包括兩

33、部分：①由于室外空氣平均綜合溫度tzp與室內空</p><p>　　氣溫度tn之差傳入圍護結構的熱量平均值Qp(w)；②由于室外空氣綜合溫度波動△tz引起</p><p>　　由此可見，最后一項的熱量波動僅僅只有0．76W／m。，這里沒有考慮延遲時問對這部分</p><p>　　熱量的影響；若將延遲時間的影響因素考慮進去，也就是考慮當夜間溫度降低時有部分熱量<

34、/p><p>　　由同護結構的內表面?zhèn)飨蚴彝?，其熱量波動還會減少。因此，對于D>4的中、重型結構，</p><p>　　可以將這部分熱量忽略不計。而D<4的輕型結構由于其衰減度較小，延遲時問較短，則不</p><p><b>　　能忽略。</b></p><p>　　對于因太陽輻射的晝夜變化發(fā)生的這部分傳熱量，計

35、算起來比較復雜。因此，用室內外</p><p>　　溫差修正系數。來表示太陽輻射的晝夜平均值對圍護結構傳熱量的影響程度，設</p><p>　　圍護結構表面?zhèn)鳠崾疽鈭D如圖2-7</p><p><b>　　所示。</b></p><p>　　表2-5圍護結構外表面和內表面?zhèn)鳠嵯禂郸羨、αn和熱阻Rw、Rn</p&g

36、t;<p>　　注：地面下為通風加熱管道和隔熱層直接鋪設于土壤上的地面以及半地下室外墻埋人地下部分，外表面?zhèn)鳠嵯禂郸羨</p><p><b>　　均不計。</b></p><p>　　2)圍護結構各構造層材料的厚度應按實際設計厚度計算，隔氣層為一氈二油按5mm計</p><p>　　算，隔氣層為二氈三油按10mm計算。</

37、p><p>　　例2-1外墻的建筑結構做法(從外到內)如下：</p><p><b>　?、侔咨鈮ν苛稀?lt;/b></p><p>　?、?5mm厚1：2．5水泥砂漿抹面。</p><p>　　③370mm厚磚砌體。</p><p>　?、?5mm厚1：2．5水泥砂漿找平層。</p>&

38、lt;p><b>　?、堇涞鬃佑鸵坏?。</b></p><p>　　⑥二氈三油隔氣層按10mm計算，一氈二油隔氣層按5mm計算。</p><p>　　⑦200mm厚高密度聚苯乙烯泡沫塑料隔熱層。</p><p>　　⑧120mm厚磚砌體。</p><p>　?、?5mm厚1：2．5水泥砂漿抹面。</p>

39、<p><b>　?、獍咨珒韧苛蟽傻?。</b></p><p>　　3)圍護結構各隔熱層材料的熱導率A在冷庫設計中可采用式(2-20)計算，即</p><p>　　λ=bλ0(2-20)</p><p>　　式中，λ為設計采用的熱導率[W／(m·℃)]；λ0為正常條件下測定的熱導率[W／(m·℃)]；b為熱導率

40、的修正系數。</p><p>　　引人熱導率的修正系數6，主要考慮通過圍護結構傳入熱量的同時，水蒸氣也隨之傳人，水分會在隔熱層內凝結，導致隔熱材料的含濕量增大。熱導率將會增大。為了保證若干年內，冷庫能夠正常使用而引入隔熱材料熱導率的修正系數6值。常用隔熱材料熱導率的修正系數b值見表2-6。</p><p>　　表2-6常用隔熱材料熱導率的</p><p><b

41、>　　修正系數b值</b></p><p>　　注：水泥膨脹珍珠巖的修正參數，為經過烘干的塊狀材料并用瀝青等不含水粘結材料貼鋪、砌筑的數值。</p><p>　　2．圍護結構傳熱面積A</p><p>　　由于冷間各部位的圍護結構受太陽輻射和溫差引起的傳熱有所不同，所以應分別計算其傳熱面積的大小。冷間圍護結構的傳熱面積是由其建筑結構尺寸決定的。而確

42、定具體尺寸時，又要根據冷間所在的位置、墻體的區(qū)別，按一定的原則確定。通常，圍護結構傳熱面積的長、寬、高應按如下規(guī)定確定：</p><p>　　(1)長度計算(見圖2-8)。</p><p>　　1)具有墻角的外墻長度：外墻外側到外墻外側為L1；外墻外側到內墻中心線為</p><p><b>　　L2、L3。</b></p><

43、;p>　　2)沒有墻角的外墻長度：內墻中心線到內墻中心線為L4。</p><p>　　3)內墻的長度：外墻內表面到外墻內表面為L5；外墻內表面到內墻中心線為L6、L8。</p><p>　　(2)高度計算(見圖2-9)。</p><p>　　1)底層為地下室的外墻高：地坪隔熱層下表面到自然地坪面為h2；自然地面到上一層</p><p>

44、<b>　　樓板面為h1。</b></p><p>　　2)底層無地下室的外墻高：地坪隔熱層下表面到上一層樓板面為h3。</p><p>　　3)中間層外墻高度：本層樓板面到上一層樓板面為h4。</p><p>　　4)頂層外墻高度：有閣樓時，本層樓板面至閣樓隔熱層上表面為h5；無閣樓時，本層樓板面至屋面隔熱層上表面為h6。</p>

45、<p>　　5)底層中間層內墻高度：本層樓板面到上一層樓板面為h7、h8。</p><p>　　6)頂層內墻高度：頂層樓板面到閣樓隔熱層下表面為h9；頂層樓板面到屋面隔熱層下表面為h10。</p><p>　　(3)計算圍護結構傳熱面積時應注意的問題(見圖2一10)。</p><p>　　1)計算內墻、外墻的面積時不應扣除庫門所占的面積。</p&

46、gt;<p>　　2)計算樓板面積時不扣除門斗面積。</p><p>　　3．室內、外兩側溫度差△t</p><p>　　(1)室內計算溫度tn的確定室內計算溫度tn(℃)即冷間的</p><p>　　設計溫度，是由食品冷加工工藝條件、被儲藏食品的性質、儲藏期</p><p>　　限及技術經濟分析等綜合經濟指標確定的。一般情況下

47、，冷間設計</p><p>　　溫度和相對濕度可參考表2-9確定。</p><p>　　(2)室外計算溫度twp的確定室外計算溫度twp(℃)即夏季空</p><p>　　氣調節(jié)室外計算日平均溫度。為了保證冷間溫度在規(guī)定的范圍內，在</p><p>　　進行制冷負荷計算時，應考慮最不利的環(huán)境條件，這是確定室外計算參數的原則。由于冷間</

48、p><p>　　的傳熱過程一般都屬于從室外向室內的傳熱過程，因此選擇室外計算溫度時應考慮炎熱季節(jié)</p><p>　　的外界環(huán)境條件。一般情況下，冷問圍護結構熱流量計算的室外計算溫度，應采用夏季空氣</p><p>　　調節(jié)室外計算日平均溫度。同時，計算冷間圍護結構最小總熱阻時的室外計算相對濕度，應</p><p>　　采用最熱月的月平均相對濕度

49、。此外，開門熱流量和冷問通風換氣熱流量計算的室外計算溫</p><p>　　度，應采用夏季通風室外計算溫度，室外相對濕度應采用夏季通風室外計算相對濕度。室外</p><p>　　計算溫度twp應按GB50019--2003國家標準《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》的規(guī)定取值。</p><p>　　室內、外兩側溫度差△￡值，應按下式計算確定，即</p>&l

50、t;p>　　△t=Δt'a(2-21)</p><p>　　式中，△t為設計采用的室內、外兩側溫度差(cI=)；△t'為夏季空氣調節(jié)室外計算日平均溫</p><p>　　度與室內溫度差(℃)，△t'=twp-tn；a為圍護結構兩側溫度差修正系數。</p><p>　　4．室內外溫差修正系數a</p><p>　　

51、室內外溫差修正系數n包含影響傳熱的多種因素，如冷庫圍護結構的熱工特性、冷問</p><p>　　的種類、冷間相鄰的情況、冷間屋頂和地坪的構造做法和非穩(wěn)定傳熱等。根據這些情況</p><p>　　的不同，確定a值，即n丁以簡化計算，將復雜的非穩(wěn)定傳熱轉化為簡單的穩(wěn)定傳熱米</p><p><b>　　汁算。</b></p><

52、p>　　對于各種維護結構的室內外溫差修正系數，下面將分別舉例進行計算。</p><p>　　1)對D>4的外墻，凍結間tn=-23℃、凍結物冷藏間tn=-18℃、冷卻間tn=-2℃、</p><p>　　冷卻物冷藏間tn=±O℃、冰庫tn=-4℃、αw=23W／(m2·℃)、ρ=0．48(灰色粉刷)、</p><p>　　twp=32

53、℃(我國夏季空氣調節(jié)日平均溫度的最高值)、Jp=15lW／m2 (各個朝向每晝夜平均</p><p>　　輻射強度的最高值)。則</p><p>　　對于D>4的圍護結構，室內外溫差修正系數a可按下式計算，即</p><p>　　凍結間、凍結物冷藏間a值為</p><p>　　式中，t1s為鄰室計算平均溫度(℃)，t1s=twp+Δtl

54、s，其中Δt1s為鄰室計算半均溫度與夏季至</p><p>　　氣調節(jié)室外計算日平均溫度的差值(℃)。</p><p>　　同家標準GB50019--2003《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》規(guī)定：對散熱很少的房間，如辦公室、走廊，Δt1s=0～+2℃。當鄰室散熱量<23W／m3時，取Δt1s=3℃；當鄰室散熱量為23～116W／m3時，取Δtls=5℃。因此，當鄰室散熱量較少時，可取△

55、t1s=O，則tls=twp所以a=1。</p><p>　　3)對D>4的冷間頂棚，其上為通風閣樓，屋面有通風層或隔熱層。若通風閣樓內的</p><p>　　溫度為twp+6．2℃，則</p><p>　　凍結間、凍結物冷藏間a值為</p><p>　　5)D>4的無閣樓屋面，屋面有通風層，Jp=305W／m2 (水平面太陽輻射

56、強度平均值的最大值)，ρ=0．73(灰色油毛氈屋面、水泥屋面)，則</p><p>　　凍結間、凍結物冷藏間a值為</p><p>　　在工程設計中，要求輕型結構的冷庫應放</p><p>　　置于室內或架設遮陽設施。</p><p>　　8)冷間地坪下無通風等加熱設備，隔熱層直鋪于土壤上。這種地坪處理方法僅適用于冷卻問和冷卻物冷藏問。當地坪

57、直接鋪設于土壤上時，由土壤傳進的熱量很少，而由外界氣溫沿地基通過地坪傳人的熱量則很多，傳熱規(guī)律是離外墻越近的部分所傳入的熱量越多，如圖2-11所示。地坪實際傳人熱量可按下式計算，即</p><p>　　式中，Qd為地坪實際傳人熱量(w)；Kdf為地坪無隔熱時各地段的計算傳熱系數，按離外</p><p>　　墻的距離而定[W／(m2·℃)]；A為地坪各地段的計算面積(m2)；M為地

58、坪增鋪隔熱層</p><p>　　后傳熱系數的相對減少值。</p><p>　　由于冷間通過地坪的傳人熱量應與地坪實際傳人熱量相等，則</p><p>　　經計算可得：地坪面積A≤100 m2時，a=0．172；A<800 m2時，a=0．114；A≥800 m2</p><p>　　時，a=0．084。</p><

59、p>　　因此，冷間地坪的溫度修正系數a采用最大值0．2；地坪各地段的計算傳熱系數Kdf值可</p><p>　　按表2-7選用。對于兩面墻的地坪拐角處，第一地段應重復計算地坪面積。</p><p>　　表2-7Kdf值[單位：W／(m2·℃)]</p><p>　　9)半地下室外墻外側為土壤時，傳熱規(guī)律如圖2一12所示，可按上述8)的方式</p

60、><p><b>　　計算。</b></p><p>　　10)冷間地坪隔熱層下有通風等加熱設備。當冷間地坪隔熱層下有通風等加熱設施時，</p><p>　　溫度差修正系數a可用下式計算，即</p><p>　　11)冷間地坪下為通風架空層。按國家標準GB50019--2003《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》的規(guī)定，不采暖半地

61、下室樓板，a=0．7。</p><p>　　12)兩側均為冷間的隔墻，a=l。但其傳熱溫差應按鄰室設計溫度選取，如：內墻一側溫度為0℃，另-側溫度為一18℃，則溫差應為18℃。但是對于冷卻間和冷凍間相鄰時，冷卻間和冷凍間的溫度應取其空庫保溫溫度。若該冷間地坪下設有通風加熱裝置時，其外側溫度按l～2℃計算。對于兩用間的計算溫差可這樣確定：進行本房間熱量計算時，室內溫度取低庫溫值；作為其他庫房的鄰室時，則取高庫溫值。

62、庫房結構示意圖如圖2一13所示。</p><p>　　13)冷卻間和凍結間的空庫保溫溫度。非連續(xù)使用的冷卻間和凍結間，為防止建筑材料的凍融循環(huán)而損壞，在非使用期也需保持在較低溫度下，冷卻間的空庫保溫溫度為10℃，凍結間的空庫保溫溫度為-10℃。</p><p>　　室內外溫差修正系數a的推薦值見表2-8。</p><p>　　裊2-8室內外溫差修正系數口值</

63、p><p>　　注：1．般情況下，D值不需計算，可從相關材料熱工手冊中查取。</p><p>　　2．負溫穿堂可按凍結物冷藏間選用a值。</p><p>　　3．表內未列的其他室溫等于或高于0℃的冷間可參照各項中冷卻間的a值選用。</p><p><b>　　2．2貨物熱量Q2</b></p><p>

64、;　　一般食品進入冷間時，其溫度都高于冷間溫度，食品溫度與冷問溫度之差會導致食品向冷間內放熱。而蔬菜、水果類的活性食品在冷卻與儲藏期間還需要不斷進行呼吸，即吸收空氣中的氧氣，排出二氧化碳和水分并產生熱量，此熱量稱為呼吸熱量。此外，帶包裝的貨物因進、出庫溫差存在，包裝材料也會向庫內放出熱量等。因此，冷間內貨物熱量Q2通常由四部分組成：①食品熱量Q2a；②包裝材料和運載工具熱量Q2b；③食品冷卻時的呼吸熱量Q2c；④食品冷藏時的呼吸熱量Q2

65、d。其計算公式為</p><p>　　Q2=Q2a+Q2b+Q2c+Q2d (2-28)</p><p>　　式中，Q2a為食品熱量(w)；Q2b為包裝材料和運載丁具熱量(w)；Q2c為食品冷卻時的呼</p><p>　　吸熱量(w)；Q2d為食品冷藏時的呼吸熱量(w)。</p><p>　　冷間設計溫度和相

66、對濕度值見表2-9。</p><p>　　表2-9冷間設計溫度和相對濕度值</p><p>　　注：冷卻物冷藏間設計溫度宜取0℃，儲藏過程中應按照食品的產地、品種、成熟度和降溫時間等調節(jié)其溫度與相對</p><p><b>　　濕度。</b></p><p>　　1．食品熱流量Q2a</p><p&g

67、t;　　食品熱流量Q2a按式(2-29)計算得</p><p>　　式中，G'為冷間的每日進貨量(kg／24h)；h1為貨物進入冷間初始溫度時的比焓(kJ／kg)，</p><p>　　見表2-10；h2為貨物在冷間內終止降溫時的比焓(kJ／kg)，見表2-10；τ為貨物冷卻時</p><p>　　間(h)，對冷藏間取24h，對冷卻間、凍結間取設計冷加工時間

68、；1／3．6為lkJ／h換算成1w</p><p><b>　　的系數。</b></p><p>　　(1)冷間的每日進貨量G´(kg)</p><p>　　表2-10食品的比焓(單位：kJ／kg)</p><p>　　1)冷卻間或凍結間應按設計冷加工能力計算。</p><p>　　2)

69、存放果蔬的冷卻物冷藏間，不應大于該間計算噸位的10％。</p><p>　　3)存放鮮蛋的冷卻物冷藏間，不應大于該間計算噸位的5％。</p><p>　　4)無外庫調入貨物的冷庫，其凍結物冷藏間每間每日進貨量一般宜按該庫每日凍結加</p><p><b>　　工量計算。</b></p><p>　　5)有從外庫調入貨物的

70、冷庫，其凍結物冷藏間每間每日進貨量可取該間計算噸</p><p><b>　　位10％。</b></p><p>　　6)凍結量大的水產冷庫，其凍結物冷藏間的每日進貨量可按具體情況確定。</p><p>　　7)設有吊軌的冷卻間、凍結間的生產能力Gd (t／24h)，可按式(2-30)計算，即</p><p>　　式中，

71、Gd為設有單軌的冷卻間、凍結間的生產能力(t／24h)；z為冷間內吊軌的有效總長度</p><p>　　(m)；g為吊軌單位長度凈載貨量(kg／m)；r為冷間貨物冷加工時間(h)；24為每日小時</p><p><b>　　數(h)。</b></p><p><b>　?、偃忸?lt;/b></p><p&g

72、t;　　豬胴體，人工推動g=200～265kg／m；機械傳動g=170～210kg／m。</p><p>　　牛胴體，人工推動(1／2胴體)g=195-400kg／m；人工推動(1／4胴體)g=130-</p><p><b>　　265kg／m。</b></p><p>　　羊胴體，人工推動g=170～240kg／m。</p>

73、<p><b>　?、谒a品</b></p><p>　　可按照加工企業(yè)的習慣裝載方式確定，</p><p>　　如：魚類，15kg盤裝g=400kg／m；25kg盤裝</p><p>　　g=450kg／m。蝦類，g=270kg/m。</p><p>　　吊軌的軌距及軌面高度應依據食品種類、</p>

74、;<p>　　裝載器具、通風條件及各種操作條件來確定，</p><p>　　一般按表2-11選用。</p><p>　　表2-11吊軌的軌距及軌面高度</p><p>　　8)設有擱架式排管的冷卻間和凍結間每日的生產能力Gg(kg／24h)，可按式(2-31)</p><p><b>　　計算，即</b>&

75、lt;/p><p>　　式中，Gg為設有擱架式排管的冷卻間和凍結間每日的生產能力(t／24h)；N為擱架式凍結</p><p>　　設備設計擺放凍結食品容器的件數；G´g為每件食品的凈質量(kg)；τ為貨物冷加工時間</p><p>　　(h)；24為每日小時數(h)。</p><p>　　9)冷間公稱體積的計算，按式(2-32)計算，

76、即</p><p>　　V=FH(2-32)</p><p>　　式中，V為冷藏間或冰庫的公稱體積(m3)；F為冷藏間或冰庫的凈面積(m2)，即不扣除</p><p>　　柱、門斗、制冷設備所占的面積；H為冷藏間或冰庫的凈高(m)。</p><p>　　10)冷庫或冰庫計算噸位可按式(2-33)計算，即</p><p>

77、;　　注：1．蔬菜冷庫的體積利用系數，按表中的數值乘以0．8。</p><p>　　2．對于僅儲存凍結食品或冷卻食品的冷庫，表中的公稱體積為全部冷藏間公稱體積之和；對于同時儲藏凍結食</p><p>　　品和冷卻食品的冷庫，表中的公稱體積分別為凍結物冷藏間或冷卻物冷藏問各自的公稱體積之和。</p><p>　　表2一13儲藏食品的密度ρs</p>&l

78、t;p>　　灃：同一冷庫同時存放豬、牛、羊肉(包括禽兔)及只存凍羊腔時，密度ρs按250kg／m3計；只存凍牛、羊肉時，</p><p>　　密度ρs按330kg/m3計。</p><p>　　(2)貨物進入冷間初始溫度時的比焓h1和貨物在冷問內終止降溫時的比焓h2</p><p>　　1)貨物進入冷間初始溫度時的比焓h1(kJ／kg)和貨物在冷間內終止降溫時

79、的比焓h1</p><p>　　(kJ／kg)按表2-10選取。表2-10內食品未考慮含水量等因素的影響，取值時應附加</p><p><b>　　10％的值。</b></p><p>　　2)貨物進入冷間的初始溫度取值：①未經過冷卻的屠宰鮮肉溫度取值為+38℃；②經</p><p>　　過冷卻加工的鮮肉取值為+4℃；③

80、從庫外調入的凍肉取值為-8～-l0℃；④本庫凍結加工</p><p>　　的肉按出庫溫度計算，一般取值為-15℃；⑤冰鮮魚、蝦整理后的溫度按+15℃計算；⑥鮮</p><p>　　魚蝦整理后進入冷間的溫度，按整理魚蝦用水的水溫計算；⑦鮮蛋、水果、蔬菜的進貨溫</p><p>　　度．按當地食品進入冷間生產旺月的月平均溫度計算。</p><p>

81、;　　3)貨物在冷間內的終止溫度取值：①冷凍肉取值為一15℃；②冷卻肉取值為+4℃；</p><p>　?、劾鋮s物冷藏間、凍結物冷藏間的食品溫度按庫溫計算。</p><p>　　2．包裝材料和運載工具熱量Q2b</p><p>　　包裝材料和運載工具熱量Q2b可按式(2-34)計算，即</p><p>　　式中，B為貨物包裝材料和運載工具重量

82、系數，見表2-14；cb為包裝材料和運載工具的比熱容[kJ／(kg．℃)]，見表2-15；t1為包裝材料和運載工具進入冷間時的溫度(℃)；t2為包裝材料和運載工具在冷間內終止降溫時的溫度(℃)；G'為冷間的每日進貨量(kg)。</p><p>　　1)溫度t1的確定方法是：①在本冷間包裝的貨物，其包裝材料和運載工具溫度應按夏季空氣調節(jié)日平均溫度乘以生產旺月的溫度修正系數計算，即t1=twpξt，ξt見表2

83、一16確定；②自外地調入已包裝的貨物，包裝材料溫度為該貨物進入冷間時的溫度，運載T具溫度按夏季空氣調節(jié)日平均溫度乘以生產旺月的溫度修正系數來確定。</p><p>　　表2-14貨物包裝材料和運載工具重量系數B</p><p>　　表2一15包裝材料和運輸工具的比熱容cb</p><p>　　表2-16生產旺月的溫度修正系數孝。</p><p&g

84、t;　　2)溫度t2一般為該冷間的設計溫度。</p><p>　　3．食品冷卻時的呼吸熱量Q2c</p><p>　　表2-17主要水果、蔬菜的呼吸熱</p><p>　　4．食品冷藏時的呼吸熱量Q2d</p><p>　　食品冷藏時的呼吸熱量Q2d按式(2-36)計算，即</p><p>　　Q2d=(Gn一G

85、80;)q2 (2-36)</p><p>　　式中，Gn為冷卻物冷藏間的冷藏量(kg)。</p><p>　　需要注意的是，計算貨物熱量Q2時，不是每個冷間都包括各個分項，只有新鮮水果、蔬菜冷藏間才計算Q2c、Q2d；凍結水產品冷加工過程中需要加水時，應把水的熱量計入貨物熱量。</p><p>　　2．3通風換氣熱量

86、、電動機熱量和操作熱量</p><p>　　2．3．1通風換氣熱量Q3</p><p>　　對水果、蔬菜等有呼吸作用的鮮活食品，必須定時通風換氣，目的是保證水果、蔬菜呼吸所需要的新鮮空氣，并定時排除產生的二氧化碳氣體。對有操作人員長期停留的冷間，如加工間、包裝間等，為保證操作人員健康所需的新鮮空氣，也要通風換氣。通風換氣熱量計算公式為</p><p>　　Q3=Q3

87、a+Q3b (2-37)</p><p>　　式中，Q3a為冷間換氣熱量(w)；Q3b為操作人員需要的新鮮空氣熱量(w)。</p><p>　　1．冷間換氣熱量Q3a</p><p>　　冷間換氣熱量Q3a可按式(2-38)計算，即</p><p>　　式中，hw為室外空氣的比焓(kJ／kg)，應按夏季

88、通風室外計算溫度及夏季通風室外計算相</p><p>　　對濕度取值；hn為室內空氣的比焓(kJ／kg)，應按冷間設計溫度和相對濕度取值；n為每日</p><p>　　換氣次數，如圖2-14所示；V為冷間公稱容積(m3)；ρn為冷間內空氣密度(kg／m3)；24</p><p>　　為每日小時數(h)。</p><p>　　為了節(jié)省能源和減少

89、庫溫的波動，冷間通風換氣一般應在早晚氣溫較低的時間進行。</p><p>　　2．操作人員需要的新鮮空氣熱量Q3b</p><p>　　在冷凍、冷藏產品的生產加工過程中，對于操作人員長期停留的冷間(如冷加工間、包裝間)，應當計算操作人員需要的新鮮空氣熱量。Q3b可按式(2-39)計算，即</p><p>　　式中，30為每個操作人員每小時需要的新鮮空氣量(m3／h)

90、；nr為操作人員人數(每250m3庫房容積配備1人，不足4人按4人計算)。</p><p>　　2．3．2電動機熱量Q4</p><p>　　電動機在冷間內運轉產生的熱量Q4按式(2-40)計算，即</p><p>　　Q4=1000∑Pξρ (2-40)</p><p>　　式中，JD為電動機額定功率(w)；ξ

91、為熱轉化系數，電動機在冷間內時應取ξ=l，電動機</p><p>　　在冷間外時取ξ=0．75；ρ為電動機運轉時間系數，對冷風機配用的電動機取ρ=l，對冷間</p><p>　　內其他設備配用的電動機可按實際情況取值，一般可按每晝夜操作8h計，則ρ=8／24=</p><p><b>　　0．33。</b></p><p&g

92、t;　　2．3．3操作熱量Q5</p><p>　　操作熱量Q5指冷間由于操作管理引起的熱量，包括照明熱量、開門熱量和操作人員熱</p><p><b>　　量，其計算公式為</b></p><p>　　式中，3／24為每日操作時間系數，按每日操作3h</p><p>　　計算；n，為操作人員數，可按冷間內公稱容積每25

93、0m3配置1人；g，為每個操作人員產生的熱量(W／人)，冷間設計溫度≥一5~C時取280W／人，冷間設計溫度<5~C時取4lOW／人，冷卻間和凍結問不計算操作熱量。</p><p><b>　　2．4冷庫制冷負荷</b></p><p>　　冷庫制冷負荷包括冷問冷卻設備負荷和制冷系統(tǒng)機械負荷兩部分。根據冷間冷卻設備負荷選配冷卻設備，如冷風機、冷卻排管等；根據機械

94、負荷選配制冷壓縮機。</p><p>　　冷庫的冷卻設備負荷必須進行逐間計算；機械負荷按不同的蒸發(fā)溫度分別進行匯總，得出總冷量。機械負荷一般小于或等于冷卻設備負荷。制冷系統(tǒng)中設備、管道的冷量損失包含在機械負荷中。</p><p>　　1．冷間冷卻設備負荷計算</p><p>　　冷間冷卻設備負荷應按式(2-45)計算，即</p><p>　　

95、Qs=Ql+PQ2+Q3+Q4+Q5 (2-45)</p><p>　　式中，Qs為冷問冷卻設備負荷(w)；Q。為冷間圍護結構熱量(w)；Q2為冷間內貨物熱量(w)；Q3為冷間通風換氣熱量(W)；Q4為冷間內電動機運轉量(w)；Q5為冷間操作熱量(w)；P為冷間內貨物冷加工負荷系數，考慮食品放熱的不均衡性，冷卻間和凍結問以及貨物不經冷卻而直接進入冷卻物冷藏間的情況取P=1．3，其他冷間

96、取P=1。</p><p>　　對于服務于機關、學校、工廠、賓館、商場等小型服務性冷庫，當其冷間的公稱容積在400m3以下時，冷間冷卻設備負荷可忽略操作人員熱量。這類小型冷庫的冷卻問、凍結間以及貨物不經冷卻而直接進入冷卻物冷藏間的情況P取1．3，其他冷間P取l。</p><p><b>　　2．機械負荷計算</b></p><p>　　冷間的機

97、械負荷應根據不同蒸發(fā)溫度按式(2-46)計算，即</p><p>　　式中，Qj為某蒸發(fā)溫度的機械負荷(W)；n1為冷問圍護結構熱量的季節(jié)修正系數，見表2-18；n2為冷間貨物熱量折減系數；n3為同期換氣系數，宜取n3=0．5～l，同時最大換氣量</p><p>　　與全庫每日總換氣量的比值大時取大值；n4為冷間內電動機同期運轉系數，見表2-19；n5</p><p&g

98、t;　　為冷間同期操作系數，見表2-19；R為制冷裝置和管道等冷損耗補償系數，一般直接冷卻</p><p>　　系統(tǒng)宦取R=1．07，間接冷卻系統(tǒng)宜取R=1．12。</p><p>　　1)冷間圍護結構熱量的季節(jié)修正系數n1一般應根據生產旺季出現的月份，按表2-18</p><p>　　選取。當全年生產無明顯淡、旺季區(qū)別時，應取n1=1．O。</p>

99、<p>　　2)貨物熱量折減系數n2應根據冷間的性質確定：</p><p>　?、倮浼庸らg和其他冷間的的n2=1．0。</p><p>　?、诶鋮s物冷藏間n2取值范圍：公稱容積V<1000 m3，取n2=O．6；1001 m3<V<</p><p>　　3000m3，取n2=0．45；公稱容積V>3001 m3，n2=0．3。<

100、;/p><p>　　③凍結物冷藏間n2取值范圍：公稱容積V<7000 m3，n2=0．5；7001 m3<V<20000m3，</p><p>　　n2=0．65；公稱容積V>20001m3，n2=0．8。</p><p>　　3)冷間內電動機同期運轉系數n4和冷間同期操作系數n5，應按表2-19取值。</p><p>　

101、　表2-18季節(jié)修正系數n1值</p><p>　　為冷間圍護結構熱量的季節(jié)修正系數，宜取1；n2為冷注：1．冷卻間、冷卻物冷藏間、凍結間的間貨物熱量折減系數，冷卻物冷藏間宜取0．6，凍結物n4取l，其他冷間按本表取值。冷藏間宜取0．5，冷加工間和其他冷間應取1；n3為同2.冷間總間數應按同一蒸發(fā)溫度且期換氣系數；n4為冷間內電動機同期運轉系數，見用途相同的冷間間數計算。表2-19；n5為冷間同期操作系數，見表2

102、-19；τ為制冷機組每日工作時間，宜取r=12-16h；R為制冷裝置和管道等冷損耗補償系數，一般直接冷卻系統(tǒng)宜取R=I．07，間接冷卻系統(tǒng)宜取R=I．12。</p><p><b>　　3．制冷負荷估算</b></p><p>　　在進行制冷工藝設計的初步設計時，通常需要短時間內做出估算，以便報價。所需制冷</p><p>　　負荷的估算值見表

103、2-20表2-24。</p><p>　　表2-20肉類冷凍加工單位制冷負荷</p><p><b>　　冷卻加工</b></p><p><b>　　凍結加工</b></p><p>　　注：1．表中冷卻設備負荷已包括食品冷加工的熱量Q2的負荷系數P的數值(即1．3Q2)。</p>

104、<p>　　2．表中機械負荷已包括管道等冷損耗補償系數7％。</p><p>　?、倮浼庸r間不包括貨物進、出庫時間。</p><p>　?、诖颂幹咐鋯枩囟认葹?7℃，待肉體表面溫度降到±0℃時，改用冷間溫度一2℃繼續(xù)降溫。</p><p>　?、郾硎疽淮蝺鼋Y(即肉類不經過冷卻，氨系統(tǒng)直接用低于33℃蒸發(fā)溫度)。</p><p

105、>　　表2-2l冷藏間、制冰等單位制冷負荷</p><p><b>　　冷藏間</b></p><p><b>　　制冰</b></p><p>　　注：表中機械負荷已包括管道等冷損耗補償系數7％。</p><p>　　表2-22小型冷庫單位制冷負荷估算</p><p>