冷库工程中冷冻能力核算之探讨

1 前言

冷库作为冷藏链的核心执行机构其地位之“显赫”可见一斑。在冷库冷冻能力核算

中，就其方法而言， 一般分为理论计算法和经验估算法；但是在实际操作中，以后者为多 用。而前者与后者究竟孰优孰劣，本文亦试举一例予以比较分析。

目前，关于冷库冷冻能力的计算存在一些问题。理论计算中对参数的选取缺乏严谨， 基础参考资料缺乏统一性。经验估算显得更为“粗放”，几乎各执一辞：这都是很严重的 问题。所以，理论计算方法的选取及其参量的确定和经验估算的参照及其附带条件具体如 何厘定，均有必要提出来讨论。

冷库设计是一系统工程，主要涉及两大块： 一是冷库（重在冷冻能力计算）；二是设 备（重在选型）。本次重点是前者，鉴于设备选型的宽泛和差异，后者暂不涉及。

一般而言，冷库据目标温度和入库温度的不同可分为六类，这里采用二维坐标的形式 给出：（5℃, 20℃), （0℃, 15℃),（-5℃, 10℃),（-18℃, -10℃) ,（-25℃, - 15℃)和（-35℃, -25℃) 。常规计算多涉及三类，即（0℃, 15℃),（-18℃, -10℃)  和（-25℃, -15℃)。当然，这主要是针对经验估算而言。

但是，不论是什么样的经验估算都必定存在一个前提，即估算条件。而在实际的操作 中，客户一般就告知“我要造多大多大的冷库”，“温度打到多少多少度”，有时连冷藏 冷冻的东西也不说，其它的就完全靠设计者自己把握了。

很多的冷库设计单位为了保证万无一失，配比的冷量完全不是标准理论计算可以“匹 敌”的——我想这于客户而言断然不合理，如此而言，何谈性价比。我遇到过这样一件

事：有一个冷库选配了两套机组（不涉及备用问题），后来其中一套出了故障，在单套机 组运行的条件下，冷库温度居然还能达到预设要求。

当然，上述例子只是说明了目前制冷行业中的一种现象。

在经验计算中，估算的方法会因划分标准的不同而不同，比如有的是按照既定库高下 单位面积热负荷估算的，有的是根据“单位容积-换热面积-冷冻能力”的方式迂回估算

的。这里给出的只是其中的一种估算方法。

作者简介：

陈立伟（1980-），男，湖北松滋人，从事冷库工程设计工作。 Tel：021-69956215 ，Email： YM_SH_HQ@126.com ，76413241@qq.com

就个人而言，在无详细参量的前提下，笔者比较倾向于经验估算。为什么呢？因为在 标准理论计算中，要涉及二十多个参量，而参量的确定本身就会因为客户提供数据的不完 全性、实际操作的非标准性以及地理因素等条件的不确定性出现偏差，这已远非误差所允 许。而要使经验估算值比较理想，笔者认为至少要处理好三个问题：

（1）经验估算的计算条件；

（2）不同条件下经验估算的种类；

（3）既定经验估算法下经验值的厘定。

上述问题的厘清对制冷行业的规范是有所助益的。

2 理论计算法[1，2]

从宏观的角度讲，冷库的实质就是要降低贮藏物的内能至理想贮藏状态以实现最大限 度地保持其鲜活特性和品质，制冷循环作为体现其实质的载体同时也严格地践实了热力学 两大定律。从功能转换的具体过程来讲，制冷循环的实质就是工质将从低温热源吸收的热 量和外界对其做的功一并以热量的形式传给高温热源的过程。因此，冷库冷冻能力的理论 计算需要解决的就是制冷工质“从低温热源吸收多少热量”和“压缩机对其做多少功”的 问题。后者主要取决于前者，而前者主要是弄清两个方面： 一是低温热源的种类有多少； 二是制冷工质从上述各个低温热源吸收了多少热量。

冷库冷冻能力的计算万变不离其宗，只要从原理上把握了方法论，不管涉及多么复杂 的问题都可迎刃而解。以下是笔者在冷库工程实践中总结的一套理论计算方法，供专业工 程技术人员参考。

2.1 设定条件

要使理论计算准确或者比较准确，其前提条件是给定的基础条件必须切实可靠。本计 算方法确定了十三个条件。

（1）  外部长度： t（m ）；外部宽度： b（m ）；外部高度： h（m ）；隔热材料厚 度： δ（m）；隔热层导热系数： λ（W/m ·K）

（2） 侧板环境温度： T1   (℃);底板环境温度： T2    (℃);天棚环境温度： T3 (℃) ;贮藏物入库温度： T4   (℃);库内温度（目标温度）： T0   (℃);库 内湿度（贮藏湿度）： d（<100%）

（3）  贮藏比重： v（m3/kg）； 贮藏物比热容： c（J/kg·K）；进货量： p（<100%）

（4） 贮藏物冷却初始温度时的呼吸热： q1（W/kg）； 贮藏物冷却终止温度时的呼吸 热： q2（W/kg）

（5）  启闭门时的次换气热量： E（=f（T1 ，d）（J/ m3 ）；日开门次数： n

（6）  照明灯总功率： W1（J/s）；日照明时间： t1（s）

（7）  电机总功率： W2（J/s）；运转时间： t2（s）

（8）  人均发热量： C（=g（T0）） （J/s）； 工作人数： N（=F（t ，b ，h，δ)) ; 人均日工作时间： t3（s）

（9）  冷却速度： t（s ）（如无特殊要求， 一般取 t=24×60×60=86400s）

（10） 总冷负荷（冷冻能力）： Qt（W）

（11） 不论是电热融霜还是水冲霜，经热交换后的融霜水均排出库外，对库内热量变 化的影响很小，因此，对这一环节的产生的热量可忽略不计。

（12） 无吊轨等机械传动装置；运载工具散热量忽略不计；贮藏物无外包装。

（13） 如贮藏物非鲜果蔬类食品，则其冷却、冷藏时的呼吸热均不计。 2.2 计算部门

低温热源的种类即为下列八个计算部门。

（1） 侧板侵入热 Q1=2（T1-T0 ）（t+b）λht/δ

（2） 底板侵入热 Q2=（T2-T0 ）λtbt/δ

（3） 天棚侵入热 Q3=（T3-T0 ）λtbt/δ

（4） 贮藏物散热 Q4=（T4-T0 ）（t-2δ)（b-2δ)（h-2δ) cp/v+（t-2δ)（b-2δ) （h-2δ)（q1+ q2 ）pt/2v+（t-2δ)（b-2δ)（h-2δ)（1-p）q2t/v

（5） 库门侵入热 Q5=（t-2δ)（b-2δ)（h-2δ) nE

（6） 照明散热量 Q6= W1t1

（7）  电机散热量 Q7= W2t2

（8） 人体散热量 Q8=NC t3

2.3 归纳公式

（1） 简洁表达式 Qt=（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8 ）/ t

（2） 详细表达式

Qt=[2（T1-T0 ）（t+b）λht/δ+（T2-T0 ）λtbt/δ+（T3-T0 ）λtbt/δ+（T4-T0 ）（t- 2δ)（b-2δ)（h-2δ) cp/v+（t-2δ)（b-2δ)（h-2δ)（q1+ q2）pt/2v+（t- 2δ)（b-2δ)（h-2δ)（1-p）q2 t /v +（t-2δ)（b-2δ)（h-2δ) nE + W1t1+ W2t2+NC t3]/t

3 经验估算法

当前绝大部分的中小型装配（组合）式冷库采用的一般是 100mm 聚氨酯库板，环境温 度（沪） 一般取 32℃, 贮藏比重取 5m3/t，进货量 30%。冷库按照温域的不同一般划分为  三类，即高温库（0℃~空调工况下限点（一般不超过 20℃),入库温度按 15℃计算），

中温库（-18℃~0℃,入库温度按-10℃计算）和低温库（-40～-18℃,入库温度按-15℃ 计算）。此处暂不涉及深冷部分。依此划分，并按照库容的大小分十三种类别予以讨论归 纳罗列，这里给出了一个单位容积热量分配的参照表列（单位： W/m3 ）。

冷库单位容积热量分配参照表

（单位： W/m3）

4 试例

在本例中，给出了理论计算法的实际操作的一般步骤。按逻辑关系，是先配库（核算 冷库的冷冻能力）后配机（设备选型），而在上述“理论计算法”中，在配库的同时也涉 及了设备——电机，因此，在实际的处理过程中该如何操作，本部分给出了可供参考的一 般方法。

4.1 设定条件

外部长度： 27m；外部宽度： 21.6m；外部高度： 4.5m；隔热材料： 100mm 聚氨酯库 板；贮藏物：大头菜；冷库位置：仓库；库内不涉及吊轨等机械传动装置。

4.2 理论计算法

（1）  查表定参

1） λ=0.029W/m ·K； T1=33℃; T2=15℃; T3=40℃; T4=32℃; T0=1℃; d=90% 2） v=8.1×10-3m3/kg；c=3906J/kg·K；p=30%；E=1.59×105J/ m3 ；n=2

3） q1=0.194W/kg；q2=0.04W/kg

4） W1=60×39=2340 J/s；t1=3×60×60=10800s

5） C=275J/s；N=10；t3=3×60×60=10800s

（2） 估值定参：拟采用 12 台型号为 DL-16.7/80 的空气冷却器，则有： W2=1.32×104（J/s）； t2=24×60×60=86400s

（3） 综合计算

Qt=183154W

4.3 经验估算法

定参：修正系数： η=1.15；K 为单位容积热量，查表得 K=64 W/m3

Qt=ηK（t-2δ)（b-2δ)（h-2δ)

Qt=181508W

4.4 比较分析

以理论计算法所得值为基准，当采用经验估算法时存在的误差为：

σ=[（181508-183154）/183154]×100%=-0.899%

5 总结

冷库冷冻能力的理论计算要着重处理好两个方面的问题： 一是根据冷库的实际结构、 内外布局和操作流程确定全部的低温冷源；二是根据实际情况落实好对各参、常数的采集 和查取。这是保证计算准确的前提。应该注意到这样一个实际情况，那就是作为需方而

言，其往往难于提供准确的基础数据。这就需要工程技术人员在确定客户实际需求的基础 上，根据具体情况科学地拟订计算方案和设定各参、常数。对于结构常规、简单的中小型 冷库则可去繁就简，通过经验估算法迅速核算冷库所需的冷负荷。