2500t冷库工程制冷系统说明书
高中 其它 9117字 320人浏览 笑唐恰寅

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**冷库工程制冷系统设计说明

宁夏建设职业技术学院

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1.1.1冷库概况

冷库主要包括冷却间、冻结间以及冻结物冷藏间三大部分。平面布置如图1-1。其中,各间的设计室温分别为0℃、-35℃、-20℃;分三个蒸发回路,蒸发温度分别为-10℃、-45℃、-30℃。

图1-2冷库平面布置及建筑尺寸

另外冻结间与冻结物冷藏间之间设有低温穿堂,设计温度为-12℃,因其负荷相对较小,将其与冷藏间共同并入-30℃蒸发回路中。

各间概况如下:

1. 冻结物冷藏间

该冷间设计室温为-20℃库容为2500t ,根据公式可求得其净容积。库房净高为5.38m ,如图1-1所示分为三个冷间。其中No.10与No.3冷藏间净面积均为791.2㎡,库容为936.4t,No .2冷藏间净面积为530㎡,库容为626.8t ,总库容为2500t 。具体尺寸见图1-2。

2. 冷却间

冷却间设计生产能力为147t/20h,分为7个小间, 采用落地上平吹式冷风机冷却。每间设6根吊轨,每根有效长度为15.2m, 设计生产能力为21t/20h。其中,No.1冷却间净面积为96.3㎡,No.2到No.7净面积均为96.6㎡。

3. 冻结间

3 3 冻结间设计生产能力为154t/24h,分为7个小间,采用吊顶式冷风机冷却。每间设6根吊轨,每根有效长度为16m ,设计生产能力为22t/24h。各间净面积与冷却间相同。

4. 低温穿堂

净面积为299㎡,设计温度-12℃,采用顶排管冷却。

1.1.2机房概况

考虑到本地区夏季主导风向为东南风,所以将机房布置在库房的下风向。同考虑到机房宜在冷库中心附近,故将机房布置在库房北方。

机房为单层独立建筑,建筑尺寸为52.5m ×15m, 面积为787.5 2m 。分为机器间、设备间、油处理间、配电室、控制室及变压室。其中压缩机布置在机器间;低循桶、中冷器、经济器、贮液器及虹吸罐布置在设备间;把产生高热及外逸制冷剂的油分离器、加氨站、空气分离器布置在紧靠机房而不影响交通和美观的室外;冷凝器布置在屋顶。

1.2气象资料

1.2.1**地区气象资料如下:

● 地理位置:北纬' 3443︒, 东经' 11939︒, 海拔110.4m

● 夏季通风室外计算温度32℃

● 夏季空气调节日平均室外计算温度31℃

● 夏季室外平均每年不保证50小时湿球温度27.9℃

● 最热月月平均室外计算相对湿度75%

● 夏季通风室外计算相对湿度44%

● 极端最低温度-17.9℃

● 极端最高温度44℃

● 最大冻土深度18cm

● 冬季大气压力101.325kpa

● 夏季大气压力99.192kpa

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4 2制冷负荷计算

冷库的制冷负荷有五大部分:

围护结构传入热1Q 、

货物放热量2Q 、

通风换气冷负荷3Q 、

电机运行热当量4Q

操作管理冷负荷5Q 。

2.1 冷藏间围护结构传热量1

Q 2.1.1计算基础资料

1. 计算公式

1Q =() w n K F a t t

, 1. 传热系数K

将求K 公式编入Excel 表中计算得出K 值,如表2-1所示:

表2-1:围护结构传热系数表

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2.6.2各冷间冷却设备负荷Qq 汇总

库房冷却设备负荷即蒸发器负荷,是冷却设备选型的依据,其计算的原则是要保证即使各种不利因素同时出现,库房冷却设备也能及时带走各种热源产生的热量,以便维持库房所需工况。其计算公式为:

12345

Q q Q PQ Q Q Q =++++

式中:P ——冷却或冻结加工负荷系数,对于冷却间和冻结间,P =1.3,其它冷间P =1.0。汇总如下:

表2-9各冷间冷却设备负荷Qq 汇总

6

6

2.6.3各冷间机械负荷负荷Qj 汇总

表2-10各冷间机械负荷Qj 汇总

机械负荷按蒸发回路分别汇总,其中,室温为-12℃的低温穿堂负荷较小,可与冻结物冷藏间并入同一回路即-30℃蒸发回路。

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7 3制冷系统方案的确定和经济技术分析

制冷系统方案是设计单位依据设计任务书而提出的初步设想,是一个关键的环节。冷库或其他制冷装置,使用效果的好坏都与所选择的制冷方案有着密切的关系。若制冷方案确定的不当,会给冷库的建设造成不应有的损失和操作管理不便。因此在确定方案时,应从先进、实用、发展、经济等方面出发,同时考虑几个不同的方案进行比较,权衡利弊,选择最佳的设计方案

3.1确定制冷系统方案的原则与内容

3.1.1 制冷系统方案的原则

1. 满足食品冷加工工艺要求,保证质量,降低干耗;

2. 制冷系统要运转可靠和操作管理方便,又要有安全保障;

3. 制冷系统尽量采用新机器,新设备,新技术,新工艺,应优先选用自动控制方案;

4. 考虑经济性,综合比较初置费用和运转费用;

5. 考虑技术经济发展趋势。

3.1.2制冷系统方案的主要内容

1. 制冷剂种类确定

2. 制冷系统蒸发温度回路的方案确定

3. 制冷系统供液方式的确定

4. 冷间冷却方式的确定

5. 制冷系统供冷方式的确定

6. 制冷系统自控方案确定

7. 蒸发器除霜方案确定

3.2 确定制冷系统方案

1. 该系统选用氨(R717)为制冷剂。

氨的标准蒸发温度为-33.4℃, 凝固温度为-77.7℃。氨有较好的热力性质和热物理性质。它在常温和普通低温范围内压力比较适中。单位容积制冷量大, 粘

8 8 性小, 流动阻力小, 比重小, 传热性能好。此外, 氨的价格低廉, 又易于获得, 所以它是应用最早而且目前仍广为使用的制冷剂。国内大中型冷库用氨作制冷剂的比较多。鉴于以上原因本设计我采用氨做制冷剂.

2.该系统划分为三个蒸发回路: -45℃回路,-30℃回路以及-10℃回路。 -45℃回路为冻结间,选用配阻双级螺杆压缩机组,设计室温为-35℃,用冷风机冷却;-30℃回路为冻结物冷藏间和低温穿堂,选用二次进气螺杆制冷压缩机组,用U 型顶排管冷却。因低温穿堂负荷较小,故将其与冷藏间并如同一回路,这样会增加压缩机运转电耗,但有利于简化系统,节省投资和管理费用;-10℃回路为冷却间,选用单级螺杆压缩机组,设计室温为0℃,用冷风机冷却。

3. 该系统采用下进上出的氨泵供液。采用这种方式供液量较大,在排管内循环速度高有利于提高蒸发器传热系数,并可以充分利用冷却面积,同时回气管为两相流体,压缩机吸气过热度较小,从而提高整个制冷循环的制冷系数;其融霜装置和除霜操作都比较简单,易于实现自动化。

4. 冷间冷却方式采用直接冷却方式。

5. 供冷方式采用集中供冷式。

6. 此系统采用多种电、磁阀门提供自动化方案。

7. 冻结物冷藏间以及低温穿堂的顶排管采用人工扫霜与热氨融霜相结合的方式,冻结间与冷却间的冷风机采用水冲霜与热氨融霜相结合的方法。

3.3经济技术分析

冷冻冷藏用制冷系统常用的制冷机型为活塞式制冷机和螺杆式制冷机,系统选配的冷凝器常为水冷式和蒸发式冷凝器,这些设备可组成多种制冷方案。经多方面分析,决定选用螺杆式制冷机和蒸发式冷凝器。

螺杆式压缩机的优点:

1. 结构简单,紧凑,体积小,重量轻,无气阀等易换件,对湿行程不敏感,无活塞式压缩机的惯性冲击,运行平稳,工作可靠,使用寿命长,适用于较高的转速,较高的压缩比。

2. 无余隙容积和吸排气压力损失,因而在压缩比较大的情况下,还有较高的输气效率。

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9 3. 滑阀结构简单,可方便的进行无级能量调节和实现卸载起动。

4 . 采用喷油润滑,有较明显的冷却及密封作用,润滑效果好,排气温度低。 出于以上原因,以及在大中型冷库应用中螺杆式压缩机已经很广泛,技术比较成熟,因此选用螺杆式压缩机。

另外,在-45℃蒸发回路中,宜采用双级压缩,而双级压缩有单机双级和配组双级两种形式,在此选用配组双级机。相对来讲,单机双级有初次投资费用少,系统简单,占地面积小等优点,但配阻双级可以获得较为理想的压缩比,在该系统中,压缩比相对较大,因此采用配组双级机更为合适。

蒸发式冷凝器与水冷式冷凝器相比,其冷凝效果要好于以上两种冷凝器。其冷凝温度较低,冷凝效率较高,况且需求的水量较少,有利于环境及水资源的保护。主要用于空气相对湿度较低,水资源相对缺乏的地区。要求室外通风良好;若水质差,要做水处理。

对于蒸发式冷凝器主要是考虑到**地区水资源相对比较缺乏,及空气相对湿度较低,还考虑到蒸发式冷凝器冷凝效率较高,因此确定选用蒸发式冷凝器。

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10 4制冷机器设备的选型计算

本章主要介绍如何根据第二章计算的制冷负荷来选配合适的机器和设备。这同样是冷库制冷系统设计的一个关键环节,它直接对整个工程投资费用,运行费用以及冷库的正常生产有着重大影响。

4.1压缩机的选型计算

4.1.1计算基础资料

1. 选型的一般原则。

a. 尽量选用大型压缩机,为了简化系统和便于操作,压缩机配备台数应尽量少,但机器总台数不宜少于2台;

b. 同一机房内选配的压缩机应尽量在两个系列以内,以便零部件的更换,当机房仅有两台机器时,则尽量采用同一系列;

c. 压缩机总制冷量以满足生产要求为准,不考虑备用机;

d. 新系列压缩机的能量调节装置,只宜作适应负荷波动的调节,而不宜作季节性负荷变化的调节。

e. 选用压缩机的工作条件不得超过制造厂商规定的生产条件。

2. 基本参数

a 蒸发温度0t :蒸发温度0t 与库温温差取10℃。如前所述,系统分为三个蒸

发回路,

0t =-45℃回路为冻结间,0t =-30℃回路为冻结物冷藏间和低温穿堂,0t =-10℃回路为冷却间。

b 冷凝温度k t :因该系统选用的是蒸发式冷凝器,故冷凝温度k t 可由下式求得:(510) k s t t C =+︒

式中:s t ——夏季室外计算湿球温度,由**地区气象资料可查得s t 值为27.9℃。

故k t =27.9+7.1=35℃

c 吸入温度x t :由于吸入管收周围空气温度的影响,压缩机吸入气体的温度都

11 11 高于制冷剂的蒸发温度,这称为回气过热度。由于该系统采用氨泵供液,过热度不大,取5℃,故各回路的吸气温度分别为-40℃,-25℃,-5℃。

d 过冷温度g t :过冷度取5℃。

4.1.2 -45℃蒸发回路压缩机选型

当蒸发温度为-45℃,相应的蒸发压力Po=54.4 KPa ,冷凝温度为35℃相应的冷凝压力为PK=1352.5 Kpa,故:

01352.524.9

54.4k

P P ==

可见,采用双级压缩较为合理。双级压缩有单机双级和配组双级两种形式,在此选用配组双级机,具体原因见第三章。

1. 双级压缩原理

热力循环按一次节流中间完全冷却双级压缩制冷系统计算,制冷系统原理图见图1。

图4-1:一级节流中间完全冷却p-h 图及原理图

2. 确定双级压缩最佳中间温度zj t (或最佳中间压力zj P )

双级螺杆制冷压缩机组的选型计算主要是确定高、低压机容积比ξ及合适的

中间温度zj t (或中间压力zj P )。为了使循环的经济性较好,应选择最佳中间温度

zj t ,即将制冷系数最大作为选定中间温度

zj t 的约束条件。 有三种选取方法:

a. 根据确定的冷凝压力pk 和蒸发压力po ,按中间压力k o zj p p p =求得一个近似值;在该pzj (tzj )值的上下按一定间隔选取若干个中间压力值;对每

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一个pzj 值进行热力循环计算,求得该循环下的制冷系数εo ;绘制εo =f (pzj )曲线,找到εomax 值,该点对应的中间温度即为循环的最佳中间压力(即最佳中间温度)。

b. 也可以用拉塞经验公式确定,公式如下:

00.40.63zj k t t t C

=++︒

由此公式代入可求得最佳中间温度为-10℃。

c. 图解法,根据0t 和k t 值在线图上得出两条线交点,由此点可查得最佳中间温度和中间压力。查图得

zj

t =-10℃。此结果与第二种方法求得结果相同。

故取最佳中间温度zj

t =-10℃

3. 选型计算 a. 由最佳中间温度

zj

t 在

zj

t ±5℃范围内假定五个中间温度:-15℃,-13℃,

-10℃,-8℃,-5℃;

b. 由所定的过热度过冷度从压焓图查出各状态点参数,参照图4-1,各点参数如表4-1所示;

表4-1:各状态点参数

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13

3. 确定各个对应的蒸发温度和冷凝温度下的压缩机输气系数,即各假定中间温度下的高,低压级压缩机输气系数,如表4-2所示。该系数由厂家提供,某些资料中用活塞压缩机的输气系数表来查取螺杆压缩机的输气系数,声称误差不大。但事实证明,这种说法是不正确的。将表4-2与活塞压缩机的输气系数表对照可以发现,在同样蒸发温度和冷凝温度下,误差很大,例如在35℃冷凝温度与-10℃蒸发温度下,表4-2中螺杆机输气系数为0.88,而要在活塞压缩机的输气系数表中则为0.74,误差高达16%,如果用这样的数据,那么计算的精确就无从谈起。

表4-2:螺杆式压缩机输气系数

4. 根据以上参数进行计算, 公式如下:

低压级氨循环量

163600j

d Q G h h =

-,kg/h

低压级排量

2

d d d G v Vp λ=

, 3/m h

高低压级流量比26

35h h a h h -=

-

高压级氨循环量

g d

G aG =,kg/h

高压级排量

4

3, /g g g G v Vp m h

λ=

容积比(低/高)

d g

Vp Vp ξ=

表4-3:双级机选型计算结果

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14

5. 以中间温度为横坐标,容积比为纵坐标建立坐标系,可得出中间温度与容积比关系,如图4-2

4-2中间温度与容积比关系

6.由表4-3可由排气量选型:低压级选用QKA20LDP 三台,Vpd =1210×3

=36303/m h ;高压级选用QKA20L 一台,Vpg =12103

/m h 。容积比ξ=3,由图

4-2可查得中间温度为-13℃。

7.校核制冷量。

实际制冷量013600d d c c Vp Q G q v λ==

,带入参数得Qc =551kw ,基本满足负荷要

求。

8.校核电动机轴功率。公式如下:

低压级功率21() d d N G h h =- ,高压级功率21() g g N G h h =- ,结果如下:

15 15 由厂家产品说明书选配合适电动机:低压级每台压缩机配YW200L1-2型电机一台,功率65kw, 三台为195kw ;高压级配Y315M2-2一台,功率200kw 。

4.1.3 -30℃与-10℃蒸发回路压缩机选型

-30℃回路选用二次进气螺杆压缩机组比较合适,它与单级螺杆机相比制冷能力增大,效率提高,在中低温工况下与双级机效率几乎相等,而本回路负荷不大,故选用二次进气螺杆压缩机组。

-10℃蒸发回路选用单级压缩。

1. 单级压缩原理

图4-3:单级压缩压焓图

2. 选型计算

单位制冷量015q h h =-,kj/kg 排气量103600j Q v Vp q λ=

,3/m h

a. 查出各点参数,代入公式求得结果,如下表所示。

-30℃回路选用2KA12.5CB 一台,Vp=2633/m h ;

-10℃回路选用KA12.5CB 两台,Vp=263×2=5263/m h ;

b. 校核制冷量

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16 -30℃回路:实际制冷量

013600c c Vp Q G q v λ==

,带入参数得Qc =66kw>Qj,

满足负荷要求。

-10℃回路:实际制冷量

013600c c Vp Q G q v λ== ,带入参数得Qc =334kw>Qj,

满足负荷要求。

c. 电动机轴功率校核 -30℃回路配55kw 电机,满足要求;

-10℃回路配55kw 电机两台,满足要求。

4.2冷凝器选型计算

冷凝器是制冷系统主要换热设备,它的选型取决于建库地区的水温,水质,水量以及气候条件,也与机房的布置要求有关。考虑到**地区水资源相对比较缺乏,

及空气相对湿度较低,其冷凝效果要有利于环境及水资源的保护。水资源相对缺乏的地区。要求室外通风良好;若水质差,要做水处理。故选用蒸发式冷凝器。

冷凝器热负荷l Q 计算公式为:

单级压缩循环l c Q Q N =+

双级压缩循环() l c d g Q Q N N =++

式中:N ——压缩机电机功率

d N ——低压级压缩机电机功率

g N ——高压级压缩机电机功率

计算结果如下表所示:

将l Q 换算为冷凝器生产厂家(烟台冰轮集团)规定工况下的l Q ,查表得换

17 17 算系数为0.775,可得规定工况下的l Q =1424÷0.775=1837kw ,选用ZNX1000两台,每台换热能力为1000kw, 两台为2000kw ,满足要求。该冷凝器的特点是占地面积小,结构紧凑,换热效率高,耗水量低,耗电量小,耐腐蚀,使用寿命长,可大大降低运行管理费用。

4.3冷却设备选型计算

4.3.1计算基础资料

各冷间所用冷却设备为:冻结间和冷却间为冷风机,冷藏间和低温穿堂为U 型光滑顶排管。

冷却设备的传热面积F 计算公式为:

q

Q F K t =∆

式中:K ——冷却设备的传热系数,

2/() W m K t ∆——冷却设备计算温差

q Q ——冷却设备负荷

其中,冷风机的K 值可以查表得出:冻结间冷风机K 值为11.4,冷却间冷风机K 值为15.0。而顶排管的K 值则需要由下式求出:

' 123K K C C C =

式中:'

K ——光滑排管在特定条件下的传热系数,可由表查得冷藏间K 值为6.3,低温穿堂K 值为8.2。 1C ——排管的构造换算系数,取0. 11==D S C

2C ——管径换算系数,因采用38mm 的管径,故取值0. 1038. 0038. 018. 02=⎪⎭

⎫ ⎝⎛=C

3C ——供液方式换算系数,氨泵供液取1.1 由上式可求得冻结物冷藏间顶排管K 值为6.93,低温穿堂K 值为9.02。

4.3.2冷却面积计算结果

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表4-4各冷间冷却面积计算结果

4.3.3冻结间与冷却间冷却设备选型

根据以上结果,冷却间每小间选用DLL200吊顶式冷风机两台,每台蒸发面积200平方米,满足要求;冻结间每小间选用DLJ150六台,每台蒸发面积150平方米,满足要求。

4.3.4冷藏间与低温穿堂冷却设备选型

冻结物冷藏间和低温穿堂选用光滑U 形直式顶排管:排管直径D38、液体集管D57、气体集管D76、角钢L50×5。下表为各间排管根数计算结果:

1. 低温穿堂排管根数为4.4根,为保证满足负荷需求,选用2×6根长为38m 的U 形直式顶排管。

2.No.1与No.3根数相等,为保证满足负荷需求,均选用3组2×14根、

19 19 长为42m 的U 形直式顶排管。

3.No.2选用2组2×14根、长为42m 的U 形直式顶排管。

5冷间制冷工艺设计

5.1 冷间的配风方式及其气流组织设计

食品在冷间冷却(或冻结)效果或储藏质量的好坏,不仅与蒸发器的配置和蒸发温度的高低有关系,而且还与冷间内风速的大小和速度场的均匀程度有极为密切的关系。关于冷间内空气流速的大小,可由选配的风机风量来确定,而冷间内气流的均匀程度是由气流组织所要解决的问题。本设计依据《空气调节设计手册》,决定冷藏间库房内用自然对流冷却方式, 冷却间和冻结间采用冷风机强制对流。

5.2 冷间的制冷工艺设计

冷间的制冷工艺设计是冷藏工艺设计的重要组成部分,它不仅关系到食品冷加工质量和干耗,而且对冷藏企业的经营效益有很大影响。工艺设计是依据冷间设备负荷大小及冷间性质,进行设计选型计算的。此设计的制冷工艺设计是按《冷库制冷设计手册》和部分经验值设计的。

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6制冷系统管道设计

制冷系统管道设计是用经过计算选定管道,根据各管段的设计要求,将制冷机,各种制冷设备及阀门等部件合理的连接起来组成制冷系统的设计,一个制冷系统是否具备良好的制冷性能,运转是否稳定安全,在很大程度上取决于制冷系统的管道设计。此设计采用经验值,各管道采用比设备所配阀门大一个型号。主要干道的管径手工计算所得。

6.1 系统管道和阀门的设计要求

此设计的制冷剂为氨,所以要求各管道不能用铜质管材。在系统中也不能用镀锌管,不能对设备的接触制冷剂的表面进行镀锌处理。对管道试压至少6~7次。各管道表压不超过105pa 。

因为制冷剂为氨,所以要求各阀门的材料也不能用铜或铜合金,内表面不能镀锌。阀件材料可用:灰口铸铁、可锻铸铁、铸钢。各阀门有倒关的阀座。

6.2 系统管道的设计

6.2.1 管道流速要求:

蒸发器到氨液到低循桶的单相流的回气管道取10~16m/s。氨泵供液两相流体的回气管取6~8 m/s。吸气管道取12~20 m/s。排气管道取15~25 m/s。液体管道依据管径而定取20~70 m/s,管径越粗,流速越高。液体管道、高压自流输液管、从冷凝器到高储器取0.5 m/s。其他液体管道0.5~1.5 m/s。

管道允许的压力降为:ΔP=ΔP 沿+ΔP 局。氨系统中要求吸气管或回气管的允许压力降相当于饱和温度降低1℃。排气管的允许压力降相当于饱和温度降低0.5℃。

6.2.3 蒸发器供液管的设计

要求每个冷间都应有自分配站上单独引出的并能在分配站调节的供液管。冷风机与排管的供液管道,应从分配站分别引出,不能并联于一根供液管上。并联于同一供液管的蒸发器,应考虑到沿程阻力损失,对各并联供液的蒸发器要求其

21 21 当量长度基本相等,以保证每组蒸发器都有良好的制冷效果。当同一冷间内,同时存在墙排管和顶排管时,原则上按墙、顶排管分别供液,若采用并联在同一供液管的方法时,先供顶排管,再供墙排管。

6.2.4 吸气管道的设计

要防止液击,吸气管要尽量有一定坡度,如果空间不允许,也可无坡度,但必须有过热段。

6.2.5 排气管的设计

压缩机本身的排气管上要接单向阀(逆止阀)。逆止阀要装在水平管道上,而实际装在低处,便于操作。总排气管与单个压缩机接入点,也要接入坡度(同吸气管)。

6.2.6 其它管道的设计

安全管要求把所有安全阀用管道连起来,接出去,接到房顶1.5m 处,使开口朝屋脊。融霜用的热氨管要从油分器与冷凝器之间接出,要在管路上装阀门、压力表,必须接到回气调节站的热氨融霜管。各种管道中不能有气囊或液囊。抽气管要连接在一起接到底循桶的进气口,有多个底循桶时,要接到蒸发温度最低的那个。

6.2.7 对制冷工艺管道布置要求

对各种制冷工艺管道要综合安排,对墙、地板、楼板等处的空洞,以及支架要合理共用(集中布置有利于冷桥的处理)。穿墙管道要考虑建筑物不均匀沉降的影响并采取相应技术措施。直管道长度大于100m 时,应考虑冷缩的影响,并采取相应技术措施(伸缩弯处要避免液囊和气囊)。氨液管道不要形成气囊,氨气管道不要形成液囊。要考虑吸、排气管及其它管道的倾斜。