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内容简介

　　《工业制冷集成新技术与应用》围绕着现代冷链物流冷库，利用工业制冷技术新方法（工艺手段和优化设计方法），解决国内目前制冷系统设计遇到的各种问题。为使用氨或者是氟利昂的工业制冷系统设计提供了理论和实际的计算方法，并提供了大量的实用设计参数和图表。本书可供能源与动力工程专业制冷方向研究生参考；并可作为工程人员在制冷工程设计时的参考依据。

目录

序 贺信 前言 第1章工业制冷1 1.1什么是工业制冷1 1.2工业制冷的定义与范围1 1.3工业制冷的理论基础2 1.4转型中的冷链物流冷库与发展情况3 本章小结7 参考文献7 第2章制冷循环的演变8 2.1闪发气体的产生8 2.1.1作图计算9 2.1.2理论计算10 2.2软件计算工具11 2.2.1采用工程管道阀门的选型软件 计算11 2.2.2质量流量13 2.3闪发气体的去除14 2.3.1含有闪发气体的制冷循环14 2.3.2去除部分闪发气体的制冷循环14 2.3.3现代去除闪发气体的方式18 2.4双级压缩系统24 2.4.1实现制冷循环的双级系统运行的 几种模式24 2.4.2双级制冷系统压缩的改进26 2.5压缩机的吸气压力损失与排气压力 损失26 2.5.1压缩机的吸气压力损失与吸气 温度过热度26 2.5.2排气压力损失27 2.5.3不同工质的过热度与能效比27 2.5.4压缩机吸气和排气压力损失对 压缩功率的影响29 2.5.5双级制冷压缩的选型计算31 2.6复杂的混合制冷系统34 2.6.1同时具有冷藏物冷藏间和冻结物 冷藏间的制冷系统设计34 2.6.2同时具有冷藏物冷藏间和冻结物 冷藏间、速冻系统的制冷系统 设计35 2.6.3高层冻结物冷藏间的制冷系统 设计优化35 本章小结36 参考文献37 第3章压缩机与制冷工艺相关的 技术39 3.1螺杆式压缩机及油冷却39 3.1.1螺杆压缩机的产生与发展39 3.1.2螺杆压缩机的油冷却40 3.2油冷却负荷的计算及虹吸冷却系统43 3.2.1螺杆压缩机的油冷却负荷计算43 3.2.2螺杆压缩机的热虹吸冷却及 计算43 3.2.3螺杆压缩机的热虹吸桶布置48 3.2.4热虹吸与系统贮液器的合并49 3.3螺杆压缩机的补气原理与中间压力50 3.3.1螺杆压缩机的补气50 3.3.2螺杆压缩机补气旁路的吸气压力 与中间压力51 3.3.3旁路负荷的应用概念55 3.3.4螺杆压缩机补气系统单向阀的 设置55 3.4并联压缩机组56 本章小结57 参考文献57 第4章蒸发器的现代技术59 4.1蒸发器59 4.2冷风机的基本设计参数60 4.2.1冷风机60 4.2.2冷风机的基本计算62 4.2.3对数温差的概念64 4.2.4制冷剂流动与进风对比的逆流与 顺流64 4.2.5传热系数U值65 4.2.6换热管的直径以及布置65 4.2.7管的排列形式（顺排与叉排）66 4.2.8管间距与位置66 4.2.9翅片材料和厚度对冷风机制冷量的 影响66 4.2.10翅片形状的影响66 4.2.11翅片与换热管的接触67 4.2.12片距67 4.2.13冷风机迎风面的流速67 4.2.14外部传热效率（制冷量的百分比） 与迎风面速度67 4.2.15内部传热效率68 4.2.16显热率（SHR）68 4.2.17外部污垢系数69 4.2.18相对湿度对冷风机的影响70 工业制冷集成新技术与应用目录4.2.19供液过冷对直接膨胀的冷风机 换热量的影响72 4.2.20霜层厚度对冷风机换热量的 影响74 4.2.21射程的定义74 4.2.22计算冷风机的换热面积74 4.3不同类型的冷风机设计75 4.3.1冷风机的最佳蒸发回路75 4.3.2泵供液盘管77 4.3.3垂直供液盘管78 4.3.4重力供液盘管78 4.3.5乙二醇盘管设计78 4.3.6冷风机的变片距设计79 4.3.7分液器的设计80 4.4冷风机的类型与特点80 4.4.1冷风机两种典型送风形式80 4.4.2两种吹风形式的制冷量比较81 4.4.3两种吹风形式的相对湿度比较82 4.4.4风机的选择82 4.4.5吊顶式冷风机84 4.4.6落地式冷风机84 4.4.7屋顶式冷风机84 4.4.8货仓式冷风机85 4.4.9绝热型冷风机85 4.5冷风机的循环风量和气流组织86 4.5.1贮存冷库风量选择86 4.5.2速冻产品的风量以及风速的 选择86 4.5.3冷风机风机参数之间的关系87 4.5.4冷风机在冷库中的气流组织88 4.6冷风机的融霜90 4.6.1霜层的估算91 4.6.2计算融霜所需的热量92 4.6.3空气融霜93 4.6.4电热融霜94 4.6.5热气融霜94 4.6.6水融霜99 4.6.7乙二醇融霜100 4.6.8有利于融霜的附件101 4.6.9融霜温度探头在蒸发盘管的 位置102 4.7壳管式、板式及板壳式换热器103 4.7.1壳管式换热器103 4.7.2板式换热器104 4.7.3板壳式换热器106 本章小结107 参考文献108 第5章冷凝器的发展109 5.1冷凝器概述109 5.2蒸发式冷凝器111 5.2.1冷凝过程111 5.2.2排热比112 5.2.3管内冷凝112 5.2.4湿球温度对蒸发式冷凝器排热 能力的影响113 5.2.5蒸发式冷凝器的选型方法114 5.2.6蒸发式冷凝器的循环水参数116 5.2.7排热量控制116 5.2.8蒸发式冷凝器的发展118 5.2.9蒸发式冷凝器的安装位置121 5.2.10冷凝器的放空气121 5.2.11蒸发式冷凝器管道连接的一些 要求124 5.2.12蒸发式冷凝器并联运行时管道 的连接要求125 5.2.13蒸发式冷凝器的水处理128 5.3风冷式冷凝器130 本章小结132 参考文献132 第6章供液方式与液体循环134 6.1供液方式134 6.1.1直接膨胀供液134 6.1.2满液式供液135 6.2循环倍率138 6.3制冷剂泵141 6.3.1制冷剂泵的种类141 6.3.2净正吸入压头141 6.3.3制冷剂泵的主要参数141 ……

前言/序言

　　前言　　笔者从事食品冷链冷藏的工作已经有三十四年了，1982年大学本科（制冷工艺专业）毕业后，从冷藏管理工作开始，到后来的冷链冷藏库的设计、安装、维护及调试工作，虽然有过一两次的岗位变动，但一直都没有离开这个行业。目前的岗位是广州市粤联水产制冷工程有限公司制冷高级工程师。 　　在这三十多年中，直接或间接参与设计、安装及调试的冷冻冷藏库已经接近九十万吨。在这些完成的项目中，有全国最大的冷库群之一的山东中凯公司17��5万吨冷库（位于山东潍坊），还有据说是全球单体最大的自动立体库——深圳正中置业10万吨冷库。在这些冷冻加工食品冷藏企业中，除了常用的冷藏物冷藏间、冻结物冷藏间、肉类食品速冻库、水产食品速冻库以外，还有用于加工金昌鱼的复叠速冻制冷系统及配套的超低温冷库(-50～-65℃)、食品加工间的低温空调(含洁净空调)(10～20℃)，国内常见的多层土建冷库，单层组合冷库。这些经历为笔者的职业生涯提供了比较丰富的经验和充实的数据。 　　从1978年笔者学习制冷工艺专业开始，就一直关注这个行业的发展，包括这个行业在社会经济中所占的位置，及应用技术的创新发展。在我国经济高速发展的三十多年中，这个行业在社会经济中所占的位置越来越重要，从原来的冷冻冷藏贮存型冷库已经逐步向冷链物流配送型冷库发展，即由原来的注重食品的加工保存以及如何延长食品的保存期向冷藏食品的保存和流通以及整个流通环节冷链形成转变。由原来的农贸市场的经营模式逐步向超市经营模式过渡。 　　20世纪80年代初我国的冷藏库保有量不足100万吨，经过三十多年的发展，到2014年年底已经达到3320万吨以上，在世界上冷藏库的总库容根据美国全球冷链联盟（GCCA）2015年的统计，我国已经位于第三位（仅次于美国与印度）。我国冷藏行业的发展速度已经超过世界上所有的国家，这种高速发展需要技术的支持。虽然这些年制冷技术经过我国技术人员的不断努力，已经有了比较大的进步，但由于国内原来的制冷计算基础是苏联的模式，随着苏联的解体，这种技术随着时代的变迁，已经显得相当落伍了。而设计规范和设备选型计算仍然沿用原有的模式，以致最近几年冷库及冷冻加工车间不断地出现不应有的安全事故，严重的还导致人员死亡和伤残。这除了施工质量的原因以外，制冷技术的落后是不争的事实。 　　至于冷库的能源消耗方面（指保证同样的温度工况下），与发达国家也有相当的差距。而且现在国内许多冷库还在不断地出现由氨系统改为氟利昂系统的怪现象，根据2015巴黎世界气候大会的要求，排放温室气体的市场会在21世纪的上半段结束。也就是说，大部分氟利昂制冷剂（包括环保型的氢氟烃制冷剂）会在这三十年内退出市场，因为它们都是温室气体。 　　为了让同行更好地了解欧美国家这方面的制冷技术，特别是制冷工艺技术，笔者这些年一直努力收集欧美国家已经公开的一些资料和文章，而这些收集到的资料和文章，基本上能满足目前工业制冷通常使用的设备和工艺计算的应用。 　　2012年笔者参观了欧洲制冷展，并同时参观了德国与荷兰的制冷设备厂、实验室与冷库及加工线。2013年到丹麦参观了丹佛斯总部与工厂以及相关的冷库。2014年应美国贸易署的邀请，从美国的西岸到东岸，参观了二十多家冷库与加工厂，并与他们进行了许多有益的对话。 　　工业制冷集成新技术与应用前言在这期间全球冷链联盟陪同我们一起参观的一位老专家，向笔者推荐了他们国家制冷界的一本经典《Industrial Refrigeration Handbook》（工业制冷手册），在陪同参观的十多天中，这本书他一直随身带着，有时间还在阅读。通过参观与交流，笔者带回了许多这方面的资料。为了较全面地介绍欧美国家的制冷技术，从美国回来后，笔者再次阅读了《Industrial Refrigeration Handbook》（笔者是2008年第一次读这本书的），经过十个月的阅读和准备，为此还翻译了近几十万字资料。 　　本书尽量以他们演绎的方式去介绍这些方面的知识，并且尽量转换为国际单位制（SI）。本书还对制冷循环系统演化到目前欧美国家采用的主流制冷系统进行了介绍，并在理论上做了进一步的说明。 　　本书主要介绍的是以制冷工艺为主的制冷循环，而制冷设备的发展由于产品研究的日新月异，不同的生产厂家有各种不同的优势产品。笔者也无法得到他们的核心数据，因此在介绍这些产品时，只能介绍与这些产品连接需要的制冷工艺数据以及这些产品原来设计的依据。 　　为了与目前的设计计算接轨，本书把这些问题作为重点进行介绍。我国目前的设计计算除了压缩机的选择采用不同的工况有不同的制冷量以外，其余的选择如蒸发器和冷凝器是以面积来计算，管道是以图表来计算。由于外资的制冷设备厂家为了使他们的产品更加容易选择，他们根据自己的计算模式，不同的工况编制成不同的设备选型软件。现在国内的设计已经几乎没有人再使用原来的设计手册计算模式来选择蒸发器、冷凝器、阀门与管道，而更多的是采用计算软件进行选型。 　　相反，压力容器由于国内基本限制引进，外资目前也只有一家有自己的产品目录，而且他们的产品数据是保密的，给出的容器尺寸也只能适用于氨制冷剂，如果应用于氟利昂或者二氧化碳系统，需要修改相关的接管尺寸，因此没有形成市场。如果他们把容器选型的数据做成产品目录，相信在这个市场氛围中，不需要两个月，他们的优势会荡然无存。引进的蒸发式冷凝器生产就是一个例子。 　　在制冷剂的数据引用部分，氟利昂R22制冷剂由于保护臭氧层的原因，在我国已经属于即将淘汰的品种，但为了引用数据的完整性以及作为基础理论知识的补充对其进行介绍，目前允许使用环保型的氢氟烃制冷剂（氟利昂）许多数据仍然是由R22推导而来的。而且它们之间的特性有许多相似之处。因此提及氟利昂R22的数据可以作为环保型的氢氟烃制冷剂的参考依据。只有具有良好的制冷基础理论知识，才能谈得上在制冷方面的创新和发展。 　　反思最近几年国内的冷库制冷系统经常出现问题，甚至出现重大安全事故。造成这种现象的原因有很多。氨这种在全球冷库制冷系统占有率85%以上的制冷剂，在我国新建的冷库中居然已经日渐式微。从深层次的方面考虑，是制冷基础知识薄弱以及技术落后的一种表现。与我国冷库的发展速度形成很大的反差。 　　本书引用了一些国外最近几年完工的制冷项目，在参观过程中拍摄了一些图片、图样及技术资料，其中包括2012年在欧洲参观的GEA公司的一些设计与安装，包括刚刚完工的肉类速冻加工生产线及冷库。2014年在美国参观的由Stellar（恒星）公司（美国最大的氨制冷工程公司）为Lineage公司(世界第二大冷链物流公司)设计与建造的冷库（2014年完工）。虽然这些例子不能全面反映欧美冷库的全部，但可以代表这些国家制冷技术在冷链物流行业的应用主流。通过书中提供的公式与数据，利用现有生产厂家的公开软件完全可以把这些设计内容演绎出来。本书会分别列举采用氨制冷剂及R507的工程实例的选型计算，这些工程已经顺利投产3～5年了。运行的结果证明是节能和使用方便的。 　　本书主要适合于工程人员在制冷工程设计时作为参考。并且可以利用书中的数据复核引进制冷项目。对目前通常使用的制冷剂的制冷系统（氨与氟利昂都有它们对应的数据与公式）有参考价值。由于笔者长期在基层从事技术应用工作，因此本书在制冷的理论方面相对薄弱，有些地方可能会有偏差。 　　笔者作为工程公司的技术负责人，对于引进国外的技术，由于没有人在前面引路，许多问题和疑难需要自己与伙伴们一起去探索和承担，笔者也曾经失败过，走过一些弯路。但坚持下来，取得了一个比一个更好的工程成果。 　　笔者是实践者，从事这个行业三十多年，大部分时间都是通过实践学习。很多新的技术都是一边学习一边查找它的理论依据，因此这些理论可能不是一个完整的体系。书中许多内容是通过翻译、整理和笔者的理解与推导编写而成的。 　　笔者也曾经在高校兼任校外的一些工作，如华南理工大学食品科学与工程学院的硕士生校外导师、顺德职业技术学院的兼职教师，对目前大学的专业教材还是有一些了解的，发现我国工业制冷技术的教材与欧美国家在这些方面有相当的距离。在欧美国家，教材与一线的技术差距一般在5～10年，而国内这方面的教材，差距会更大一些。 　　笔者没有在国外留学的经历，也没有当过访问学者，更没有得过什么奖励。几次出国参观学习的累积时间也没有超过一个月。好在工业制冷这门学科是一门实践性的学科，通过不断的学习、实践、与国外同行的交流，同样可以达到很高的技术境界。书中有一些内容并不是新的技术，只是国内在这一方面没有报道，可以作为理论基础的一个补充材料，也让学习这门学科的学生更多地了解欧美国家这方面的真正水平。 　　如果这本书能够得到同行的认可，需要感谢许多对笔者在事业上有过很大帮助的人，首先感谢的是粤联公司总经理吴少强先生和把笔者引入粤联公司的何刚明先生，以及这个公司的股东们。没有他们的全力支持，笔者不可能走到这一步。还有笔者的伙伴潘洪准、林良影、陈炳耀先生在笔者提出新的制冷流程时对工程的实施，以及在工程调试中骆锦登先生和他的伙伴的全力配合，及时把现场调试的结果反馈上来，并进行总结。正是他们的帮助，才使本书介绍的这种制冷技术在工程上经过七年的磨炼从尝试走向成熟。 　　另外，笔者更要感谢的是为本书引路和审核的张建一教授，他为本书的写作、文字的处理提出了不少意见和建议。庄友明老师为本书的书名提供重要的思路。还要感谢第一个支持笔者做这种尝试的工程的老板：粤泰冷链物流有限公司陈拱龙先生，以及给笔者最大实践项目的物流先行者——福建名成水产实业有限公司的林香建先生（参与这家公司的项目达38万吨冷库），还有为本书提供资料的约克（中国）商贸有限公司、比泽尔压缩机（北京）有限公司、丹佛斯中国公司、Kelvion热交换设备有限公司、福建雪人股份有限公司、阿法拉伐（中国）公司、伐德鲁斯换热设备（张家港）有限公司、路伟换热器有限公司、上海汉钟精机股份有限公司、银海洁科技有限公司、优泰门业有限公司。 　　……

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