食品冷藏鏈是指易腐食品在生產、貯藏、運輸、銷售、直至消費前的各個環節中始終處于規定的低溫環境下，以保證食品質量，減少食品損耗的一項系統工程。

食品冷藏鏈的分類：

1.按食品從加工到消費所經過的時間順序分類：冷凍加工、冷凍貯藏、冷藏運輸和冷凍銷售四個方面構成。

2.按冷藏鏈中各環節的裝置分類：可分為固定的裝置和流動的裝置。

食品冷藏鏈的結構：

概述

冷藏庫的組成與布置

冷藏庫的隔熱與防潮

冷藏庫容量的計算

冷藏庫冷負荷的計算

冷負荷的估算方法

冷藏庫庫房的制冷工藝設計

裝配式冷藏庫

冷藏庫的類型

按冷藏庫容量分類

按冷藏庫設計溫度分類：高溫 >–2oC；低溫<–15oC。

按使用性質分類

(1)生產性冷藏庫

(2)分配性冷藏庫

(3)零售性冷藏庫

冷藏庫的組成：冷藏庫是一建筑群，主要由主體建筑和輔助建筑兩大部分組成。按照構成建筑物的用途不同，主要分為冷加工間及冷藏間、生產輔助用房、生活輔助用房和生產附屬用房四大部分。

冷藏庫的布置

冷藏庫庫房的平面布置

低溫冷藏間和凍結間

凍結物冷藏間和冷卻物冷藏間

冷藏庫的垂直布置

單層冷藏庫和多層冷藏庫

小型冷藏庫一般采用單層建筑，大、中型冷藏庫則采用多層建筑。多層冷藏庫的層數一般為4-6層。

冷藏庫的層高

單層冷藏庫的凈高一般為4.85m ；多層冷藏庫的冷藏間層高應4.8m。

一、冷藏庫的絕熱和防潮

冷庫隔熱防潮的意義

為了減少外界熱量侵入冷藏庫，保證庫內溫度均衡，減少冷量損失，冷藏庫外圍的建筑結構必須敷設一定厚度的隔熱材料。

隔熱防潮的方法

1. 合理布置圍護結構的各層材料。

2. 合理布置隔汽層(Vapor Barrier)。

3. 要保持隔汽層的完整性，處理好接頭。

4. 做好相應的防水處理。

常用的絕熱材料與防潮材料

通常對低溫絕熱材料有以下要求：導熱系數??；吸濕性和含濕量少；比重小，且含有均勻的微小氣泡；不易腐爛變質；耐火性、耐凍性好；無臭、無毒；在一定的溫度范圍內具有良好的熱穩定性；價格低廉，資源豐富。

常見低溫隔熱材料的物性。

二、冷藏庫容量計算

冷藏庫生產能力

決定冷間容量的因素

冷卻間、凍結間生產能力計算

(1)設有吊軌的冷卻間和凍結間

G=L·g_L·n
(2)設有擱架的冷卻間、凍結間

G=F·g·n

冷藏庫的貯藏噸位

式中：G’——冷庫貯藏噸位（t）

V——冷藏間、貯冰間的公稱容積（t）

ρ——食品的計算密度（kg/m3）

η ——冷藏間、貯冰間的容積利用系數

三、容積利用系數

冷藏間、凍藏間容積利用系數

儲冰間容積利用系數

四、冷藏庫冷負荷計算

根據熱量進入冷間的不同途徑，可將耗冷量分為四個部分：

1）通過圍護結構散失的冷量；

2）食品冷加工或冷藏的耗冷量；

3）庫房內通風、換氣耗冷量；

4）操作耗冷量，包括庫內照明用電、電動機、操作設備(叉式堆垛機等)，操作工人等所散發的熱量以及開門損失。

1. 圍護結構傳熱量

通過圍護結構的傳熱量包括兩部分：通過墻壁、樓板、屋頂及地坪的熱量；太陽輻射引起的熱量。因此

Q1=Qq+Qy

(1)墻壁、樓板及屋頂的傳熱量

Qq=A·K（Tw-Tn）·n

(2)太陽輻射引起的耗冷量

Qy=K·F·△Ty

2.貨物熱量

3.庫房內通風換氣的熱量

Q₃=V·a·ρa(h_w-h_n)/m+V_r·n·ρa(h_w-h_n)

4.操作熱量

Q₄=Q_4a+Q_4b+Q_4c+Q_4d

(1)照明熱量

Q_4a=q_a·F

(2)電動機運轉熱量

電動機安裝在庫房內時

Q_4b=N

電動機設置在庫房外面的高溫、低溫穿堂時

Q_4b=N·η

(3)庫門開啟熱量

Q_4b=q_m·F

(4)操作人員熱量

Q_4d=q_r·n

五、冷庫制冷系統方案設計

1. 制冷方案設計的意義和內容

方案設計是根據設計任務書上的要求提出的初步設想。所以確定制冷方案階段是一個關鍵的環節，如果確定的方案欠佳，不僅會給冷庫建設造成不應有的經濟損失，還會給冷庫投產后的運行操作等留下難以克服的后患。在確定方案時，要通過分析對比，權衡利弊，選擇出最佳設計方案。

制冷方案設計的內容主要包括：制冷劑的選擇、壓縮級數的確定、蒸發溫度回路的劃分、系統的供液方式和冷卻方式以及蒸發器的沖霜方式等。

2.制冷工藝方案設計的基本原則

1）要滿足食品冷加工要求，降低食品的干耗，保證食品的質量。

2）應盡量采用先進的制冷方法和制冷系統。

3）既要考慮冷庫的建設造價，又要考慮冷庫運行管理費用，同時還要考慮技術經濟發展的趨勢。

4）要充分利用制冷系統的各種能源，降低能耗，減少制冷成本。

3.制冷工藝設計的一般流程

基礎資料和設計依據

基礎資料主要包括：項目的地理位置、使用功能以及當地的氣候條件、能源價格、用戶發展規劃等。

一）設計依據主要是指：

1）甲方提供的設計任務書。充分了解甲方委托設計的要求與任務。

2）地質勘測部門提供的相關地質、水文資料與地質報告。

3）制冷工藝設計應遵照執行的規范、規定和標準。

二）冷庫庫體的建筑設計

三）冷庫冷庫的耗冷量計算

四）制冷系統的設計

1）制冷系統的選定

考慮到制冷系統所能達到的溫度范圍、制冷量的大小、當地能源供應條件、環境保護要求、對振動強度的要求、對噪聲高低的要求以及制冷機的適用范圍，方可選出合適的制冷系統。

2）選擇壓縮機、冷凝器、膨脹閥、冷卻設備以及各種輔件。

五）制冷站站房的布置

六）制冷管道的設計與敷設

載冷劑管道系統應當遵守的幾項原則：

1）必須使制冷系統的所有管道，做到工藝系統流程合理，操作、維修、管理方便，運行安全可靠，確保生產順利進行。

2）設備與設備、管道與設備、管道與管道之間，必須保持合理的位置關系。

3）必須保證供給蒸發器適量的制冷劑，并且能夠順利地在制冷系統內往復循環。

4）管道的尺寸合理，不允許有過大的壓力降產生，以防止系統的效率和制冷能力不必要的降低。

5）根據制冷系統的不同特點和不同管段，必須設計有一定的坡度和坡向。

6）輸送液體的管段，除特殊要求外，不允許設計成倒“U”字形管段，一免形成氣囊，阻礙流體的流通。

7）輸送氣體的管段，除特殊要求外，不允許設計成倒“U”字形管段，一免形成液囊，阻礙流體的流通。

8）必須防止潤滑油積集在制冷系統的其它無關部位。

9）制冷系統開始工作后，如遇有部分停機或全部停機時，必須防止液體進入壓縮機。

10）必須按照制冷系統所用的制冷劑的特點，選用管材、閥門和儀表等。

制冷系統的管道敷設分為3種方式：架空敷設、地溝敷設和埋地敷設（又稱直埋敷設）。

4.冷藏庫庫房的制冷工藝設計

一）冷卻間

冷卻間的溫度一般采用0℃，相對濕度為90％

二）凍結間

凍結間溫度采用-23至-30℃，空氣流速采用24m/s。

根據凍結方式的不同，凍結間可以分為以下幾種不同的形式。

1.空氣自然對流凍結間

2. 強制空氣循環凍結間

(1)縱向吹風凍結間

(2)橫向吹風凍結間

(3)吊頂式冷風機凍結間

3.擱架式凍結間。

六、制冷技術基本原理

制冷的基本方法

1 使制冷工質降溫的方法：

絕熱節流；絕熱膨脹；半導體的熱電效應；渦流管；絕熱去磁 ；He3稀釋等

2 “吸熱”的方式：以“潛熱”或“顯熱”方式

制冷的基本循環-----蒸汽壓縮式

制冷工質

載冷劑的性質

常用載冷劑：水、鹽水、溶液和有機物溶液

1.鹽水的性質

2.有機載冷劑的物理性質

七、食品的凍結

普朗克公式（Plank Equation）：

假設：1）凍前溫度均勻，且等于其初始凍結溫度；

2）凍結過程中初始凍結溫度不變；

3）導熱系數凍結前后不變；

4）只計算水的相變潛熱量，忽略凍結前后放出的顯熱量；

5）冷卻介質與食品表面的對流傳熱系數不變。

食品的凍結時間

經過t后，每側凍結層厚度為x，在dt內推進dx，則

dQ=hρAdx

dQ先通過x厚的凍結層，再在表面以對流換熱方式傳給冷卻介質：

解得：

對直徑為D的長圓柱和球狀食品：

P、R為形狀系數

大平板：P=1/2,R=1/8；

長圓柱：P=1/4,R=1/16；

球：P=1/6,R=1/24

對方形或長方形食品，設a>b>c, 定義L=c, ?1=b/c, ?2=a/c,

根據B1, B2值，由圖或表查P,R

若帶有包裝材料，則：

食品凍結方法

空氣凍結法

在凍結過程中，冷空氣以自然對流或強制對流的方式與食品換熱。由于空氣的導熱性差，與食品間的換熱系數小，故所需的凍結時間較長。但是，空氣資源豐富，無任何毒副作用，其熱力性質早已為人們熟知，所以，用空氣作介質進行凍結仍是目前應用最廣泛的一種凍結方法。

靜止空氣凍結－擱架排管

半送風式凍結裝置

冷藏庫送風式凍結裝置

隧道式凍結裝置

隧道式凍結裝置共同的特點是：冷空氣在隧道中循環，食品通過隧道時被凍結。根據食品通過隧道的方式，可分為傳送帶式、吊籃式、推盤式凍結隧道等幾種。

傳送帶式凍結隧道

吊籃式連續凍結隧道

推盤式連續凍結隧道

吊籃式連續凍結隧道的特點是：機械化程度高，減輕了勞動強度，提高了生產效率；凍結速度快、凍品各部位降溫均勻，色澤好，質量高。

這種裝置的主要缺點是結構不緊湊、占地面積較大，風機耗能高，經濟指標差。

吊籃式連續凍結隧道目前主要用于凍結家禽等食品。

這種裝置的主要由隔熱隧道室、冷風機、液壓傳動機構、貨盤推進和提升設備構成。

推盤式連續凍結隧道主要用于凍結果蔬、蝦、肉類副食品和小包裝食品等。

這種裝置的特點是：連續生產，凍結速度較快；構造簡單、造價低；設備緊湊，隧道空間利用較充分。

螺旋式凍結裝置

為了克服傳送帶式隧道凍結裝置占地面積大的缺點，可將傳送帶做成多層，由此出現了螺旋式凍結裝置。

這種裝置由轉筒、蒸發器、風機、傳送帶及一些附屬設備等組成。

螺旋式凍結裝置也有多種型式，近幾年來，人們對傳送帶的結構、吹風方式等進行了許多改進，1994年，美國約克公司改進吹風方式，并取得專利，如圖所示。

流態化凍結裝置

1. 流態化基本原理

及流化床的工作參數

2. 流態化凍結裝置的結構形式

用流態化凍結裝置凍結食品時，由于高速冷氣流的包圍，強化了食品冷卻、凍結的過程，有效傳熱面積較正常凍結狀態大3.5-12倍，換熱強度比其他凍結裝置的提高了30-40倍，從而大大縮短了凍結時間。這種凍結方法已被食品冷加工行業廣泛采用。

流態化凍結裝置的型式雖然多種多樣，但在設計和操作時，應主要考慮以下幾個方面：凍品與布風板、凍品與凍品之間不粘連結塊；氣流分布均勻，保證料層充分流化；風道阻力小，能耗低。另外，對風機的選擇、冷風溫度的確定、蒸發器的設計等也應以節能高效，操作方便為前提。

間接接觸凍結法

間接凍結法指的是把食品放在由制冷劑(或載冷劑)冷卻的板、盤、帶或其他冷壁上，與冷壁直接接觸，但與制冷劑(或載冷劑)間接接觸。對于固態食品，可將食品加工為具有平坦表面的形狀，使冷壁與食品的一個或二個平面接觸；對于液態食品，則用泵送方法使食品通過冷壁熱交換器，凍成半融狀態。

平板式凍結裝置的特點

對厚度小于50mm的食品來說，凍結快、干耗小，凍品質量高；

在相同的凍結溫度下，它的蒸發溫度可比吹風式凍結裝置提高5-8℃，而且不用配置風機，電耗比吹風式減少30-50％；

可在常溫下工作，改善了勞動條件；

占地少，節約了土建費用，建設周期也短。

平板式凍結裝置的缺點：厚度超過90mm以上的食品不能使用；未實現自動化裝卸的裝置仍需較大的勞動強度。

平板凍結裝置應注意的問題

使用平板凍結裝置時，應注意使食品或貨盤都必須與平板接觸良好，并控制好二者之間的接觸壓力。壓力越大，平板與食品的接觸越好，傳熱系數越大。平板與食品之間若接觸不良，會產生很大的接觸熱阻，凍結速度大為降低。

直接接觸凍結法

對凍結劑的要求

直接接觸凍結法由于要求食品與凍結劑直接接觸，所以對凍結劑有一定的限制，特別是與未包裝的食品接觸時尤其如此。這些限制包括要求無毒、純凈、無異味和異樣氣體、無外來色澤或漂白劑、不易燃、不易爆等。另外，凍結劑與食品接觸后，不應改變食品原有的成分和性質。

低溫液體凍結裝置

液氮凍結裝置

液氮凍結裝置大致有浸漬式、噴淋式和冷氣循環式三種。

液氮噴淋凍結裝置

液氮浸漬凍結裝置

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