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重慶大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 第 20 頁(yè)
[文獻(xiàn)綜述]
有關(guān)冷藏庫(kù)發(fā)展的幾個(gè)方面
鄧 紅 梅
（重大城環(huán)學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程<曖通>專(zhuān)業(yè) 九八級(jí)一班）
[摘 要] 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)制冷業(yè)迅猛發(fā)展，冷藏庫(kù)的建設(shè)有非常廣闊的前景。本文就對(duì)我國(guó)冷藏庫(kù)建設(shè)發(fā)展過(guò)程中幾個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了綜述，并對(duì)高低溫兩用冷庫(kù)及果蔬氣調(diào)庫(kù)的情況作了簡(jiǎn)單介紹。文章對(duì)冷庫(kù)制冷方案選擇有一定參考價(jià)值。
[關(guān)鍵詞] 制冷方案 制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組化 自動(dòng)化控制 高低溫兩用冷庫(kù) 果蔬氣調(diào)庫(kù)
1. 概述
冷藏庫(kù)是“菜藍(lán)子”工程之一，隨著社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人民生活水平不斷地提高，我國(guó)冷藏庫(kù)的建設(shè)正在迅速發(fā)展。[1]據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，冷藏庫(kù)噸位由建國(guó)初期的3萬(wàn)多噸，已發(fā)展到目前的500多萬(wàn)噸。
我國(guó)冷藏庫(kù)的發(fā)展是從五十年代中期開(kāi)始的，建筑型式都是混合結(jié)構(gòu)土建式，分為單層或多層。這些土建冷藏庫(kù)到目前還是冷藏行業(yè)的主要生產(chǎn)能力。組合式裝配冷藏庫(kù)是從七十年代初期進(jìn)入我國(guó)的，隨著改革開(kāi)放，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了多條裝配庫(kù)板生產(chǎn)線(xiàn)。
我國(guó)農(nóng)業(yè)連續(xù)多年豐收，[1]據(jù)有關(guān)資料介紹，我國(guó)1992年到1993年增長(zhǎng)率為：肉類(lèi)8.4％，禽類(lèi)12％，奶類(lèi)11.5％，水產(chǎn)品類(lèi)其中海產(chǎn)品11.8％，淡水產(chǎn)品13.9％，水果類(lèi)19.4％，蔬菜類(lèi)13.3％，目前我國(guó)各地塑料大棚溫室的興起，面積迅速擴(kuò)大，易腐食品的種類(lèi)不斷增多，數(shù)量增大，為了減少易腐食品的腐爛變質(zhì)損失，運(yùn)輸、貯放都需要大量的冷藏庫(kù)，尤以鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)為主。
2. 制冷方案的選擇
在冷庫(kù)的建設(shè)中，制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)先進(jìn)與否是整個(gè)工程的關(guān)鍵，它是由制冷設(shè)備的選型、系統(tǒng)管道的布置、冷庫(kù)的耗冷量與設(shè)備合理的配比、系統(tǒng)的節(jié)能和功能是否適合使用的要求、安全操作及維修、提高經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素決定的。搞好冷庫(kù)設(shè)計(jì)，直接影響到冷庫(kù)的投資以及長(zhǎng)期生產(chǎn)的成本，是搞好冷庫(kù)經(jīng)營(yíng)管理、提高經(jīng)濟(jì)效益重要的一環(huán)。
冷庫(kù)制冷裝置容量有大有小，選用的機(jī)器設(shè)備各有不同，貯藏的對(duì)象更是種類(lèi)繁多，其制冷裝置的供冷方式一般只有兩種形式：集中式供冷與分散式供冷。
分散式制冷又可分為分體型和組合型。所謂分體型分散式供冷壓縮冷凝機(jī)組布置在庫(kù)
房外面，用管道把庫(kù)房冷卻設(shè)備連接起來(lái)。而組合型分散式供冷是把制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、冷卻器（蒸發(fā)器）以及必要的附屬設(shè)備在制造廠(chǎng)組裝起來(lái)，成為一套緊湊、高效、具有全自動(dòng)性能的制冷機(jī)組。
集中式供冷就是把制冷裝置的主要機(jī)器、設(shè)備安裝于特設(shè)的機(jī)房?jī)?nèi)，設(shè)氣、液調(diào)節(jié)站，用回氣、供液管道把各庫(kù)房的冷卻設(shè)備連接起來(lái)。它的一套制冷裝置可以承擔(dān)冷加工、冷藏、制冰等多種制冷負(fù)荷，同時(shí)向若干庫(kù)房供冷。
集中式供冷的制冷工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜，冷庫(kù)建設(shè)周期長(zhǎng)，建設(shè)費(fèi)用高，而且制冷裝置的工作效率不僅僅取決于設(shè)計(jì)水平的高低，還取決于安裝技術(shù)的好壞，并要求有熟練的技術(shù)工人進(jìn)行操作管理，此外，一部分庫(kù)房熱負(fù)荷的波動(dòng)會(huì)影響其它庫(kù)房工況的穩(wěn)定。
[2]由于制冷工藝復(fù)雜，自動(dòng)控制線(xiàn)路亦復(fù)雜，故難以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。目前，中小型冷庫(kù)采用分散式供冷的已逐漸增多，工質(zhì)為氟里昂，而且已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，但大型冷庫(kù)，工質(zhì)為氨的，一般采用集中式供冷。
冷庫(kù)集中式、分散式兩種供冷方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行冷庫(kù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，經(jīng)論證分析、比較后合理選擇。[3]目前，根據(jù)機(jī)器設(shè)備等發(fā)展情況，氨制冷裝置一般選用集中式供冷方式，氟里昂制冷系統(tǒng)集中式、分散式兩種供冷方式都可以選用。
3. 制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組化
隨著現(xiàn)代化食品凍結(jié)裝置的日益發(fā)展及人們工作生活節(jié)奏的不斷加快，制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組作為替代傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的一種新的結(jié)構(gòu)型式，其優(yōu)越性愈來(lái)愈得到人們的普遍認(rèn)識(shí)。
制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組，即把實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所需的制冷壓縮機(jī)、輔助設(shè)備及附件緊湊地組裝在一起的專(zhuān)供各種用冷目的使用的整體式制冷裝置；它以結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀(guān)、配件齊全、體積小、重量輕、流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，愈來(lái)愈受到用戶(hù)的青睞。選用的制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，只需簡(jiǎn)單地安裝，連接上下水管、電源線(xiàn)和制冷管道的供液、回氣管后即可投入運(yùn)行，與傳統(tǒng)地將制冷系統(tǒng)和各個(gè)設(shè)備分散安裝于機(jī)房?jī)?nèi)，再用不同管徑的管道連接在一起的布置方式相比，不僅選型設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試簡(jiǎn)捷、節(jié)省占地面積，而且操作方便，在很大程度上提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。
因此，在制冷工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先考慮選用制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組。國(guó)外有些廠(chǎng)商已經(jīng)這樣做，所以制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組化的發(fā)展趨勢(shì)前景廣闊。
目前，制冷機(jī)組種類(lèi)較多，如冷凝機(jī)組、壓縮機(jī)組、冷水機(jī)組、氨泵機(jī)組等等，且生產(chǎn)廠(chǎng)家也愈來(lái)愈多。[4]如國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的NJF 42 S型制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組在這方面已邁出了可喜的一步。誠(chéng)然，任何一種制冷機(jī)組都并非完美無(wú)缺，對(duì)設(shè)備維修時(shí)其空間的限制便是明顯的缺陷之一，但綜合地、長(zhǎng)遠(yuǎn)地考慮，制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組的優(yōu)越性卻是不容置疑的，制冷系統(tǒng)設(shè)備機(jī)組化取代傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的總趨勢(shì)是不會(huì)改變的。
4. 氨冷庫(kù)向氟冷庫(kù)的轉(zhuǎn)換
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，制冷技術(shù)在整個(gè)領(lǐng)域都在快速發(fā)展。在冷庫(kù)技術(shù)應(yīng)用中主要的還是氨系統(tǒng)制冷和氟系統(tǒng)制冷，氨與氟在安全與環(huán)保方面有著很大的不同之處，氨有毒且易燃，而氟無(wú)毒但對(duì)大氣臭氧層有破壞作用?，F(xiàn)在許多冷庫(kù)使用的制冷劑都是氨，有許多廠(chǎng)家準(zhǔn)備把氨冷庫(kù)改為氟冷庫(kù)，主要原因有兩方面：一是為了適應(yīng)外貿(mào)出口的需要，二是氨冷庫(kù)設(shè)備復(fù)雜，不容易管理。
[5]氨與氟最大的不同之處在于與冷凍油的溶解特性。氨與冷凍油不溶，而氟與冷凍油互溶。在氨系統(tǒng)中冷凍油被油分離器分離出來(lái)。在氟系統(tǒng)中，冷凍油無(wú)處不在。但在蒸發(fā)器中隨溫度的下降，溶解量減少，蒸發(fā)器中油的濃度增加，蒸發(fā)壓力也要下降，才能保持蒸發(fā)溫度不變，結(jié)果使得壓縮機(jī)單位制冷量的功率消耗上升和造成壓縮機(jī)本身失油等。因此要考慮氨系統(tǒng)向氟系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，先要從冷凍油入手，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行取舍。
5. 冷庫(kù)的自動(dòng)化控制
冷庫(kù)自動(dòng)控制從70年代在國(guó)內(nèi)應(yīng)用以來(lái)，隨著自動(dòng)元件及設(shè)備質(zhì)量的提高，目前應(yīng)用已越來(lái)越多。在實(shí)際應(yīng)用中，其作用也得到肯定。
我國(guó)冷庫(kù)自動(dòng)化控制經(jīng)過(guò)20年的努力，還得不到全面的普及，其原因是由于存在著多種影響因素。[6]原因之一：冷庫(kù)需要增加自控設(shè)施方面的投資，總投資比普通冷庫(kù)增加10~15%；原因之二：缺乏對(duì)工人進(jìn)行自控專(zhuān)業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)，缺少自控專(zhuān)門(mén)管理人員；原因之三：冷庫(kù)實(shí)現(xiàn)自控，可大大減少操作人員，但由于國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力廉價(jià)，這方面的經(jīng)濟(jì)效果不明顯，且富裕人員的安置也是一大問(wèn)題；原因之四：國(guó)內(nèi)電壓不穩(wěn)定，忽高忽低，易引起自控元件損壞；原因之五：不合格的安裝隊(duì)本身不懂得自控技術(shù)，安裝質(zhì)量低劣。因此，
有些冷庫(kù)的管理人員不大喜歡搞冷庫(kù)自動(dòng)化。
然而，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完美，追求高效益、高速度作為新的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，冷庫(kù)自動(dòng)化必定會(huì)取得相應(yīng)的發(fā)展。冷庫(kù)自動(dòng)控制的優(yōu)越性具體表現(xiàn)為：節(jié)能降耗；制冷裝置運(yùn)行安全可靠；庫(kù)溫控制和液位控制與保護(hù)準(zhǔn)確；提高勞動(dòng)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。
隨著社會(huì)的發(fā)展，科技水平不斷提高，以及人們對(duì)冷庫(kù)自動(dòng)化的要求和希望，冷庫(kù)自動(dòng)化水平在制冷事業(yè)的發(fā)展過(guò)程中也將進(jìn)一步提高，國(guó)內(nèi)的冷庫(kù)自動(dòng)化將再上新臺(tái)階。因此，今后冷庫(kù)自動(dòng)化的發(fā)展與完善將成為一個(gè)很重要的研究課題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，冷庫(kù)全自動(dòng)化會(huì)逐步得到實(shí)現(xiàn)。
6. 高低溫兩用冷藏庫(kù)與果蔬氣調(diào)庫(kù)
冷藏庫(kù)的傳統(tǒng)建設(shè)都是單一溫度的高溫+0℃冷藏庫(kù)和低溫-18~-25℃冷藏庫(kù)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)改革開(kāi)放搞活后，這種冷庫(kù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)適應(yīng)不了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)商品品種多、貨源季節(jié)性變化大等特點(diǎn)和要求，給冷庫(kù)投資者經(jīng)營(yíng)造成諸多不便。因此投資經(jīng)營(yíng)者極需高低溫都能夠使用的冷藏庫(kù)。它能適應(yīng)市場(chǎng)貨源品種的季節(jié)性變化。需要高溫冷庫(kù)時(shí)，冷庫(kù)和制冷設(shè)備可以按高溫冷庫(kù)的溫度工況運(yùn)行。市場(chǎng)低溫商品貨源多、需要低溫冷庫(kù)時(shí)，冷庫(kù)和制冷設(shè)備可以按低溫冷庫(kù)的溫度工況運(yùn)行。所謂以不變應(yīng)萬(wàn)變，給投資者在經(jīng)營(yíng)中以極大的靈活性，提高了經(jīng)濟(jì)效益。但是對(duì)冷庫(kù)的管理使用還是要采取嚴(yán)格的科學(xué)態(tài)度，不能任意隨時(shí)升溫或降溫。[7]實(shí)踐證明，高低溫冷藏庫(kù)的設(shè)計(jì)和建造是符合市場(chǎng)商品變化規(guī)律的，為投資者所歡迎。
近年來(lái)，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的果蔬貯藏保鮮技術(shù)發(fā)展很快。水果蔬菜冷藏庫(kù)在數(shù)量上不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，又發(fā)展了采用降溫、降氧、控制二氧化碳及乙烯含量的氣調(diào)保鮮技術(shù)----氣調(diào)冷藏庫(kù)及低乙烯氣調(diào)冷藏庫(kù)。歐美日本等國(guó)發(fā)展很快，[8]據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)意大利、法國(guó)等國(guó)的水果冷藏庫(kù)中有將近1/3的冷藏庫(kù)已采用氣調(diào)新技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)氣調(diào)冷藏庫(kù)的發(fā)展也很快，如山東、陜西、河南、甘肅、北京、河北、大連等省區(qū)，都有氣調(diào)冷藏庫(kù)?，F(xiàn)在不但在水果蔬菜食品方面要求貯藏保鮮，而且在花卉等鮮活商品方面也要求建低乙烯氣調(diào)冷藏庫(kù)保鮮，這說(shuō)明了氣調(diào)冷藏庫(kù)的發(fā)展前景廣闊。[9]另外，氣調(diào)貯藏保鮮的效果還需要有相關(guān)技術(shù)配套，如果蔬菜品種、質(zhì)量的選擇、采摘后的快速預(yù)冷、貯藏容器的標(biāo)準(zhǔn)、貯藏的堆垛技術(shù)、出庫(kù)后的分選、包裝、出入庫(kù)的運(yùn)輸?shù)鹊?。果蔬氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)在我國(guó)還屬新生事物，它的發(fā)展和推廣還需要得
到社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的支持。
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On Several Aspects of Freezer Development
Deng Hongmei
ABSTRACT With the development of national economy, refrigeration in China expands faster and faster. There are much wider foreground of freezer construction. Some problems about construction and development of China freezer will be expounded in this article which includes introducing controlled atmosphere storage and refrigerator for high and low temperature simply. It has some referenced value to choose freezer refrigeration project.
KEY WORDS Refrigeration project Aggregation of refrigeration equipment Automatic control Refrigerator for high and low temperature Controlled atmosphere storage
[譯 文1]
制冷系統(tǒng)中的載冷劑
載冷劑是一種液體，它被用做熱傳遞的流體，而且當(dāng)?shù)玫交蚴崃坑植桓淖兤錉顟B(tài)時(shí)，它可以改變溫度。對(duì)于低溫制冷劑，就是需要一種冰點(diǎn)比水的還低的載冷劑。在這一章中，將討論各部分設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮的問(wèn)題、所要求的系統(tǒng)參數(shù)，以及載冷劑的應(yīng)用。（相關(guān)內(nèi)容可查閱1997年《ASHRAE Handbook—Fundamentals》的第二、三、十九、二十和三十三章）。
載冷劑的選擇
為了保證最大組成部件的可靠性及使用壽命，在任意溫度、壓力下，載冷劑與系統(tǒng)中的其它物質(zhì)必須都能夠共存，還應(yīng)符合環(huán)境要求、遵守應(yīng)用中的安全規(guī)則。而且，使用和貯存也要比較經(jīng)濟(jì)。
載冷劑應(yīng)具有-50F的最低冰點(diǎn)溫度，最好可以把它置于-150F的最低溫度下。當(dāng)載冷劑降至系統(tǒng)中的最低溫度時(shí)，它的溫度就足夠低了，可以達(dá)到滿(mǎn)意的熱傳遞效果和合理的壓降了。
載冷劑的蒸氣壓力不應(yīng)超過(guò)可能遇到的最高溫度下的壓力值。為避免低蒸氣壓力下載冷劑系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)真空，可在膨脹罐中通過(guò)控制干燥氮?dú)獾膲毫?lái)保持載冷劑恒定。然而一些特殊的載冷劑，例如用于冷卻計(jì)算機(jī)電路的載冷劑，因?yàn)榈哂袕?qiáng)可溶性，因此，必須采用適當(dāng)?shù)母裟⑺c氮隔離開(kāi)。
負(fù)荷與流速
準(zhǔn)確地說(shuō)，每分鐘泵壓送的流量取決于回流溫度下液體的密度。對(duì)于一個(gè)給定的熱負(fù)荷，質(zhì)量流速取決于要求的溫度范圍及平均溫度下所需的熱傳遞系數(shù)。
為確定熱傳遞及壓力降，所需具體的重力、熱量、粘稠液和熱傳導(dǎo)都取決于熱交換過(guò)程中載冷劑的平均溫度。注意，薄膜的準(zhǔn)確溫度取決于它的平均溫度。局部系數(shù)與全系數(shù)相對(duì)比的載冷劑的測(cè)試方法和所有測(cè)驗(yàn)表明了不同的溫度決定了薄膜的平均溫度。在冷卻載冷劑的地方，與液體溫度下預(yù)計(jì)要得到的結(jié)果相比，有更粘稠的薄膜會(huì)減少熱傳遞、增加壓力降。在加熱載冷劑的地方，結(jié)果則是會(huì)有更少粘稠的薄膜會(huì)接近液體溫度下所期望得到的熱傳遞率和壓力降。
液體和薄膜越好地混合，熱傳遞就越好，壓力降就越大。熱傳遞設(shè)備管道內(nèi)載冷劑的流速?zèng)Q定其流量。插入螺旋片或使用彈簧攪動(dòng)器，促使液體和薄膜的混合就可以提高熱傳遞。內(nèi)表面也可通過(guò)其它設(shè)備制成有螺旋式溝紋的或螺旋式地增大壁面。既然當(dāng)前熱傳遞在不斷發(fā)展提高，就應(yīng)采用最合算的熱交換器來(lái)提供最佳的熱傳遞效果和壓力降。在選擇采用何種流體和安裝何種熱交換器時(shí)，泵壓送載冷劑所耗能量的費(fèi)用是必須要考慮的。
泵壓送所耗的成本
泵壓送所耗的成本是選擇載冷劑、確定能量進(jìn)行傳遞的負(fù)荷和溫度范圍時(shí)要考慮的一個(gè)因素。所需壓頭由系統(tǒng)壓力降、泵和傳動(dòng)裝置的機(jī)械能、電能和功率確定。此處的傳動(dòng)裝置是電動(dòng)的。
由于通常情況下存在流速和壓頭，泵應(yīng)該在最大工作能力下運(yùn)行。由于泵的傳動(dòng)軸耗費(fèi)了能量，所以載冷劑稍微有些增加。如果電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用于傳動(dòng)裝置，載冷劑溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率就會(huì)降低。另外，在確定負(fù)荷和溫度時(shí)，必須要考慮輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的總功率。
其它需要考慮的問(wèn)題
在選擇載冷劑、防腐劑和系統(tǒng)組件時(shí)，必須考慮腐蝕的問(wèn)題。還必須考慮載冷劑和防腐劑的毒性對(duì)食品和飲料的消費(fèi)者及各種生物的健康與安全的影響。載冷劑蒸汽的閃點(diǎn)和爆炸極限也是必須要進(jìn)行估計(jì)的。
由于可能含有水分、空氣和污染物，就要在系統(tǒng)中所用物質(zhì)的極限溫度下檢測(cè)載冷劑的穩(wěn)定性。最熱元素表面溫度決定了載冷劑的穩(wěn)定性。
如果有必要添加防腐劑，那么，在實(shí)際應(yīng)用中就必須要考慮它們對(duì)載冷劑熱穩(wěn)定性和毒性的影響。
設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
在最低工作溫度下的載冷劑蒸汽壓力決定了載冷劑系統(tǒng)中是否能夠存在真空。為保持系統(tǒng)以外的空氣和水分，控制壓力用的干燥氮應(yīng)在載冷劑頂部使用（即在膨脹罐或貯液罐中）。超過(guò)載冷劑的氣體壓力加上在系統(tǒng)最低點(diǎn)由載冷劑最大垂直高度產(chǎn)生的壓力，決定了符合設(shè)計(jì)要求的最小內(nèi)部壓力。最高壓力和載冷劑的最低溫度決定了設(shè)計(jì)工作壓力（DWP）和各組件的材料規(guī)格。
選擇合適的備用可調(diào)閥要根椐設(shè)計(jì)工作壓力，還要考慮能夠控制載冷劑的最高溫度。無(wú)論是來(lái)自外界火焰的熱輻射還是來(lái)自關(guān)閉閥門(mén)產(chǎn)生的熱量，這個(gè)溫度都是會(huì)產(chǎn)生的。正常情況下，閥門(mén)關(guān)閉部分可減輕系統(tǒng)中的任何束縛，載冷劑可在不泄漏的情況下自由膨脹。
系統(tǒng)的安全注意事項(xiàng)可參閱《ASHRAE Standard 15》中的《Safety Code for Mechanical Refrigeration》。壓力管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范可查閱《ASME Standard B31.5》。壓力罐的設(shè)計(jì)規(guī)范可查閱《ASME Boiler and Pressure Vessel Code》的第八部分。
管道系統(tǒng)和控制閥
管道系統(tǒng)應(yīng)由合理的壓力降來(lái)估計(jì)確定，而這壓力降可由1997年《ASHREA Handbook—Fundamentals》中第二章和和第三十三章介紹的方法來(lái)計(jì)算。每種類(lèi)型的輸入管道上的平衡閥和閥孔都有利于載冷劑的分配?；亓鞴艿赖陌才乓胶饬髁?。為了使反應(yīng)良好，并能穩(wěn)定地工作，改變流量所用的控制閥由通過(guò)系統(tǒng)的總摩擦損失的20—80％來(lái)確定。由低于20％的壓降所確定的閥門(mén)對(duì)流量改變的控制信號(hào)反應(yīng)遲鈍，而由高于80％的壓降所確定的閥門(mén)反應(yīng)又太靈敏，會(huì)引起控制循環(huán)及不穩(wěn)定。
貯液罐
貯液罐可以緩解短暫的負(fù)荷高峰期，限制制冷設(shè)備的大小，還能減少能耗的成本。在非高峰時(shí)期，用相對(duì)較小的制冷機(jī)來(lái)對(duì)為以后的使用而貯存的載冷劑進(jìn)行冷卻。由最大負(fù)荷所需的最大流量確定出的獨(dú)立的循環(huán)泵，要滿(mǎn)足最大負(fù)荷時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行。通常，當(dāng)冷卻介質(zhì)處于最低溫度時(shí)，如果制冷設(shè)備在晚上冷卻載冷劑，就會(huì)更加節(jié)約能耗成本。
超過(guò)24小時(shí)的運(yùn)行負(fù)荷及載冷劑的溫度范圍決定了制冷設(shè)備所需的最小容量、泵的大小以及所貯存的載冷劑的最小量。選擇入口速度、設(shè)置連接處和貯液罐，及確定最高層次和預(yù)計(jì)溫度下貯液體積中液體的最大使用量。但是要注意，最大的使用量絕不可能超過(guò)90％，而且，在某些情況下，還可能僅是貯液罐體積的75％。
系統(tǒng)成本
為了一個(gè)新的項(xiàng)目或者更改系統(tǒng)這樣正當(dāng)?shù)睦碛?，任何的改變都是有可能估?jì)得到的。1988年，敏斯列舉了各種項(xiàng)目的投資成本，1984年的帕克和杰克遜及1978年的NBS對(duì)工程及生活成本分析進(jìn)行了討論。用各種金錢(qián)時(shí)間價(jià)值方程式，處理高峰負(fù)荷的貯液罐和大型制冷設(shè)備相比節(jié)省的成本與最高的能耗成本都可估算出來(lái)。初投資、維修費(fèi)、保險(xiǎn)
費(fèi)、補(bǔ)充載冷劑的費(fèi)用、損耗費(fèi)和能量增長(zhǎng)的費(fèi)用，這些都必須要考慮和權(quán)衡。
防 腐
防腐需要選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾头栏瘎?，要檢測(cè)PH值，還要除污。由于具有潛在腐蝕性的氯化鈣和氯化鈉鹽液載冷劑系統(tǒng)的廣泛使用，每月都要對(duì)鹽液進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)節(jié)。要將鹽液充滿(mǎn)系統(tǒng)，濃溶液可能要比稀溶液要好，因?yàn)樗容^容易處理和混合。
不允許鹽液從堿性變成酸性。酸性物質(zhì)會(huì)迅速腐蝕制冷系統(tǒng)中的金屬部件。氯化鈣鹽液含有足夠的堿，可以向預(yù)備的鹽液補(bǔ)充微少的堿。任何的鹽液暴露于空氣之中，都會(huì)不斷地吸收二氧化碳和氧氣，最終使得鹽液具有弱酸性。稀鹽液比濃鹽液更易溶解氧，而且更具有腐蝕性。最好的一種防腐措施是采用閉式系統(tǒng)而不是開(kāi)式系統(tǒng)，在閉式膨脹罐的表面使用惰性氣體。然而，像制冷器、鹽液噴射式冷卻器、鹽液噴射式制冷間那樣的許多系統(tǒng)，都不能夠封閉。
對(duì)氯化鈣或氯化鈉鹽液系統(tǒng)，PH值在7.5是比較理想的。因?yàn)榫哂腥鯄A性比具有弱酸性要更安全些。鹽液系統(tǒng)的操作者應(yīng)定期檢測(cè)PH值。
如果鹽液是酸性的，加入溶解于溫水的小蘇打，它的PH值就會(huì)升高。如果鹽液是堿性的（即氨泄漏到鹽液中了），則應(yīng)加入碳酸、醋酸或鹽酸。必須立即阻止氨的泄漏，以便使鹽液可以中和。
除了控制PH值外，還應(yīng)采用防腐劑。一般，對(duì)鹽液系統(tǒng)而言，采用二鉻化鈉是最有準(zhǔn)效、最經(jīng)濟(jì)的方法。鉻具有鮮橙色，呈粒狀，易溶于溫水。由于它在冷鹽液中溶解緩慢，故應(yīng)將它溶于溫水，然后在遠(yuǎn)離泵的鹽液中加入足夠多的，以便只有稀溶液可以到泵。推薦值如下：每一千立方英尺氯化鈣鹽液加入125磅；每一千立方英尺氯化鈉鹽液中加入200磅。
向鹽液中加入二鉻化鈉并不能使腐蝕立即停止。其過(guò)程受許多因素的影響，包括水質(zhì)、鹽液重量、表面大小、以及暴露于系統(tǒng)中的材料、時(shí)間和溫度。只在當(dāng)暴露于鹽液中的鋅或其它金屬的表面形成保護(hù)性的鉻膜，腐蝕才會(huì)停止。不能利用簡(jiǎn)單的檢測(cè)來(lái)決定鉻的含量。由于靠二鉻化鈉所提供的保護(hù)很大程度上是決定于鹽液中鉻的濃度，所以每年都要對(duì)鹽液進(jìn)行分析。氯化鈣鹽液系統(tǒng)中，其濃度為7.85 gr/gal（形式是：Na2Cr2O7.2H2O）；氯化鈉鹽液系統(tǒng)中，Na2Cr2O7.2H2O的濃度為12.128 gr/gal.
由于稀的和濃的氯化鈉溶液都會(huì)引起嚴(yán)重的皮疹，所以要避免與它相接觸。如果接觸了，要立即清洗皮膚。警告：氯化鈉鹽液不能用于噴射板、噴射器或浸泡罐，因?yàn)樵谀切?
地方，食品或人可能與噴霧或鹽液直接接觸。
應(yīng) 用
載冷劑系統(tǒng)的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛（見(jiàn)第十至三十六章）。丙三醇載冷劑可以防止太陽(yáng)能采集器的室外管道的凍結(jié)。通過(guò)太陽(yáng)能采集器或其它方式加熱的載冷劑能夠用于加熱吸收式制冷設(shè)備，用于融解冰和雪那樣的物質(zhì)，或者用于加熱建筑物。熱交換過(guò)程中，可使用大量的載冷劑在各種溫度下的各部位間傳遞熱量。使用載冷劑貯液罐可提高加熱、制冷的可利用性，可減少高峰期時(shí)對(duì)能量的高要求。
每個(gè)向使用載冷劑的制冷設(shè)備供應(yīng)載冷劑的設(shè)備，都有其特有的級(jí)別。直接膨脹式冷卻器、板式換熱器、食品加工器和其它空氣、液體與固體的冷卻設(shè)備有各種形狀和大小。濕度控制設(shè)備有一個(gè)開(kāi)式系統(tǒng)，在冷卻時(shí)可以吸收水分，然后通過(guò)冷凝器繼續(xù)使載冷劑再生。盡管這有助于冷卻、除溫和解凍，但是除非載冷劑也用于旋管，否則嚴(yán)格地說(shuō)，它就不是在制冷領(lǐng)域的應(yīng)用。熱傳遞系數(shù)可由１９９７年的《ＡＳＨＲＡＥ Ｈandbook—Fundamentals》第三章中敘述的方法來(lái)確定。
基本的制冷劑，可像載冷劑那樣使用，在一定的流速和壓力下，用泵將其壓送到足夠高，使得在它沒(méi)有汽化前，就發(fā)生熱交換現(xiàn)象。但制冷劑隨后便在低壓下運(yùn)動(dòng)，最終是將氣體以傳統(tǒng)方式送至壓縮機(jī)。
―――摘自1998年《ASHRAE HANDBOOK REFRIGERATION》第四章
[譯 文2]
蒸發(fā)式制冷——HVAC中一般的制冷方式
TX中心——取得冷卻的挑戰(zhàn)了嗎？得克薩斯S.B.有限公司的全體員工提出了一種革新的產(chǎn)品，即Port-A-Cool(R)。它是便攜式蒸氣制冷機(jī)組。
設(shè)備為那些傳統(tǒng)性空調(diào)不實(shí)用或不可利用，或者成本高的地區(qū)提供了一種實(shí)際的冷卻方法。它的系統(tǒng)工作很簡(jiǎn)單，就是使熱和周?chē)目諝馔ㄟ^(guò)浸泡水的蒸發(fā)式冷卻器，在那蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生了冷空氣，并由風(fēng)扇驅(qū)散。根據(jù)ASHRAE介紹，假定國(guó)家的典型的季節(jié)溫度和平均濕度，Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)就能降低空氣的溫度至平均18華氏度。
使用了Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)組的一部分住戶(hù)，將輪子和箱子做在一起，使得設(shè)備更便攜、更堅(jiān)固、還可避免生銹。每個(gè)設(shè)備都是完全集中式裝配，在箱子外就可以準(zhǔn)確地操作。因?yàn)橛虚y門(mén)把手和內(nèi)部的線(xiàn)路，開(kāi)關(guān)閘和截止閥保證了更好的保護(hù)系統(tǒng)。為了不用換線(xiàn)路就可以很輕易地替換任何電子元件，內(nèi)部線(xiàn)路和各電連接器快捷地連接在一起?？傮w上說(shuō)，最終消費(fèi)者在頭腦中構(gòu)筑了Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)，由于限制擔(dān)保，產(chǎn)品被拖后了。然而最終Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)組由保險(xiǎn)商擔(dān)保的實(shí)驗(yàn)室提出并經(jīng)過(guò)同意了。
工作中使用Port-A-Cool(R)，不管是在炎熱的夏天還是在比舒適的勞動(dòng)條件熱的環(huán)境下，象體育運(yùn)動(dòng)、在院子聚會(huì)、甚至是做雜務(wù)那樣的室外活動(dòng)都變得更舒適、更享受了。Port-A-Cool(R)在其他地方的應(yīng)用，包括對(duì)溫室、倉(cāng)庫(kù)、體育館、汽車(chē)庫(kù)、養(yǎng)狗場(chǎng)、農(nóng)倉(cāng)和工作室的制冷。四個(gè)鼓風(fēng)機(jī)的規(guī)模擴(kuò)展了Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)組在各領(lǐng)域的使用，實(shí)際上，這種多用設(shè)備的使用范圍是無(wú)止境的。由于Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)組僅要求有110伏電壓和自來(lái)水就可進(jìn)行運(yùn)作，所以這設(shè)備幾乎可以放置在任何地方。
為了能夠在附近水源不可以利用的實(shí)際情況中，所有的制冷機(jī)組都能使用，Port-A-Cool(R)制冷機(jī)組提供了多樣化的選擇，包括便攜式50加侖的水箱和便攜式充氣機(jī)。除了16英寸那種樣式的外，所有的制冷機(jī)組底部都安裝了4個(gè)輪子。這4個(gè)輪子是直徑為4英寸帶有底板的可旋轉(zhuǎn)輪，這底板是為了增加輪子的直徑，使機(jī)組在不同的地形下都能方便地移動(dòng)。
很多的NFL和學(xué)院隊(duì)，它們的副業(yè)就是操作Port-A-Cool(R) 制冷機(jī)組。在娛樂(lè)場(chǎng)和主題公園，使用Port-A-Cool(R)制冷機(jī)組使他們的老板們保持涼爽。工業(yè)公司則用它來(lái)冷卻產(chǎn)品和機(jī)械。在倉(cāng)庫(kù)和卸貨間也用來(lái)讓工人們感到?jīng)隹?。稀有?dòng)物和外來(lái)動(dòng)物的飼養(yǎng)員用它來(lái)使動(dòng)物們涼爽，減少它們受高溫的影響。之所以Port-A-Cool(R)制冷機(jī)組能在所有
這些應(yīng)用中乃至更多的場(chǎng)合下有效地被使用，就是因?yàn)樗峁┑亩喾N服務(wù)幾乎對(duì)每個(gè)人都有益，令每個(gè)人都滿(mǎn)意。
―――摘自網(wǎng)上
[外文資料1]
Secondary coolants in refrigeration systems
A secondary coolant is a liquid that is used as a heat transfer fluid and that changes temperature as it gains or loses heat energy without changing into another phase. For the lower temperatures of refrigeration, this requires a coolant with a freezing point below that of water. In this chapter, the design considerations for components system performance requirements, and applications for secondary coolants are discussed. Related information can be found in Chapters 2,3,19,20, and 33 of the 1997 ASHRAE Handbook—Fundamentals.
COOLANT SELECTION
A secondary coolant must be compatible with the other materials in the system at the pressures and temperatures encountered for maximum component reliability and operating life. The coolant should also be compatible with the environment and the applicable safety regulations, and it should be economical to use and replace.
The coolant should have a minimum freezing point of 50F below and preferably 150F below the lowest temperature to which it will be exposed. When subjected to the lowest temperature in the system, the viscosity of the coolant should be low enough to allow satisfactory heat transfer and reasonable pressure drop.
The vapor pressure of the coolant should not exceed that allowed at the maximum temperature encountered. To avoid a vacuum in a low vapor pressure secondary coolant system, the coolant can be pressurized with pressure-regulated dry nitrogen in the expansion tank. However some special secondary coolant such as those used for computer circuit cooling have a high solubility for nitrogen and must therefore be isolated from the nitrogen with a suitable diaphragm.
Load Versus Flow Rate
The secondary coolant pump is usually in the return line upstream of the chiller. Therefore, to be accurate, the pumping rate in gallons per minute is based on the density at the return temperature. The mass flow rate for a given heat load is based on the desired temperature range and required coefficient of heat transfer at the average bulk temperature.
To determine heat transfer and pressure drop, the specific gravity, specific heat, viscosity, and thermal conductivity are based on the average bulk temperature of the coolant in the heat exchanger, noting that film temperature corrections are based on the average film temperature. Trial solutions of the secondary coolant side coefficient compared to the overall coefficient and the total log mean temperature difference (LMTD) determine the average film temperature. Where the secondary coolant is cooled, the more viscous film reduces the heat transfer rate and
raises the pressure drop compared to what can be expected at the bulk temperature. Where the secondary coolant is heated, the less viscous film approaches the heat transfer rate and pressure drop expected at the bulk temperature.
The greater the amount of turbulence and mixing of the bulk and film, the better the heat transfer and the higher the pressure drop. Where secondary coolant velocity in the tubes of a heat transfer device results in laminar flow, the heat transfer can be improved by inserting spiral tapes or spring turbulators that promote mixing the bulk and film. This usually increases pressure drop. The inside surface can also be spirally grooved or augmented by other devices. Since the state of the art of heat transfer is constantly improving, use the most cost-effective heat exchanger to provide optimum heat transfer and pressure drop. Energy costs for pumping the secondary coolant must be considered when selecting the fluid to be used and the heat exchangers to be installed.
Pumping Cost
Pumping costs are a function of the secondary coolant selected, the load and temperature range where energy is transferred, the pump head required by the system pressure drop (including that of the chiller), the mechanical efficiencies of the pump and driver and the electrical efficiency and power factor where the driver is an electric motor. Small centrifugal pumps, operating in the range of approximately 50 gpm at 80 ft of head to 150 gpm at 70 ft of head, for 60 Hz applications, typically have 45 to 65% efficiency, respectively. Larger pumps, operating in the range of 500 gpm at 80 ft of head to 1500 gpm at 70 ft of head, for 60 Hz applications, typically have 75 to 85%efficiency, respectively.
A pump should operate near its peak operating efficiency for the flow rate and head that usually exist. The secondary coolant temperature increased slightly from the energy expended at the pump shaft. If a semihermetic electric motor is used as the driver, the motor inefficiency is added as heat to the secondary coolant, and the total kilowatt input to the motor must be considered in establishing load and temperatures.
Other Considerations
Corrosion must be considered when selecting the coolant, an inhibitor, and the system components. The effect of secondary coolant and inhibitor toxicity on the health and safety of plant personnel or consumers of food and beverages must be considered. The flash point and explosive limits of secondary coolant vapors must also be evaluated.
Examine the secondary coolant stability for anticipated moisture, air, and contaminants at the temperature limits of materials used in the system. The skin temperatures of the hottest elements determine the secondary coolant stability.
If defoaming additives are necessary, their effect on the thermal stability and
toxic properties of the coolant must be considered for the application.
DESIGN CONSIDERATIONS
The secondary coolant vapor pressure at the lowest operating temperature determines whether a vacuum could exist in the secondary coolant system. To keep air and moisture out of the system, pressure-controlled dry nitrogen can be applied to the top level of secondary coolant (e.g., in the expansion tank or a storage tank). The gas pressure over the coolant plus the pressure created at the lowest point in the system by the maximum vertical height of coolant determine the minimum internal pressure for design purposes. The coincident highest pressure and lowest secondary coolant temperature dictate the design working pressure (DWP) and material specifications for the components.
The select proper relief valve(s) with settings based on the system DWP, the highest temperatures to which the secondary coolant could be subjected should be considered. This temperature would occur in case of heat radiation from a fire in the area or the normal warming of the valved-off sections. Normally, a valved-off section is relieved to an unconstrained portion of the system and the secondary coolant can expand freely without loss to the environment.
Safety considerations for the system are found in ASHRAE Standard 15, Safety Code for Mechanical Refrigeration. The design standards for pressure piping can be found in ASME Standard B31.5, and the design standards for pressure vessels can be found in Section VIII of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code.
Piping and Control Valves
Piping should be sized for reasonable pressure drop using the calculation methods in Chapter 2 and 33 of the 1997 ASHRAE Handbook-Fundamentals. Balancing valves or orifices in each of the multiple feed lines help distribute the secondary coolant. A reverse-return piping arrangement balances the flow. Control valves the vary the flow are sized for 20 to 80% of the total friction pressure drop through the system for proper response and stable operation. Valves sized for pressure drops smaller than 20% may respond too slowly to a control signal for a flow change. Valves sized for pressure drops in excess of 80% can be too sensitive, causing control cycling and instability.
Storage Tanks
Storage tanks can shave peak loads for brief periods, limit the size of the refrigeration equipment, and reduce energy costs. In off-peak hours, a relatively small refrigeration plant cools a secondary coolant stored for later use. A separate circulating pump sized for the maximum flow needed by the peak load is started to satisfy the peak load. Energy cost saving are enhanced if the refrigeration equipment is used to cool secondary coolant at night, when the
cooling medium for heat rejection is generally at the lowest temperature.
The load profile over 24 h and the temperature range of the secondary coolant determine the minimum net capacity required for the refrigeration plant, the sizes of the pumps, and the minimum amount of secondary coolant to be stored. For maximum use of the storage tamk volume at the expected temperatures, choose inlet velocities and locate the connections and the tank for maximum stratification. Note, however, that maximum use will probably never exceed 90% and, in some cases, may equal only 75% of the tank volume.
System Costs
Various alternatives may be evaluated to justify a new project or system modification. Means (1988) lists the installed cost of various projects. Park and Jackson (1984) discuss engineering and NBS (1978) discuss engineering and life-cycle cost analysis. Using the various time value of money formulas, the payback for storage tank handling of peak loads compared to large refrigeration equipment and higher energy costs can be evaluated. The trade-off in these costs—initial