будівельних та ізоляційних матеріалів

Таблиця 5. Значення коефіцієнтів b, c, m, n у формулі (21)

Конструкція зовнішньої стіни: силовий шар виконаний з цегли,

як теплоізоляцію використані плити тверді мінераловатні, l_из= 0,08 Вт /(м×К), m_из= 94,1×10^-12 кг/(м×с×Па). Як пароізоляцію прийнятий руберойд, m_п= 0,376×10^-12 кг/(м×с×Па). Розрахункова товщина теплоізоляційного шару огородження d_из= 0,325 м. Огородження з боку камери облицьовано шаром штукатурки (d_вн= 0,02 м, l_вн= 0,98 Вт /(м×К)). Коефіцієнт теплопередачі огородження к = 0,21 Вт / (м²×К); коефіцієнти тепловіддачі з боку повітря a_н= 23,3 Вт /(м²×К), a_к= 8 Вт /(м²×К).

Температури зовнішньої та внутрішньої поверхонь шару теплової ізоляції визначаємо з виразів (22) і (23):

°С,

°С.

Товщину пароізоляційного шару розраховуємо по формулі (21):

.

2. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОПРИПЛИВІВ

2. 1. МЕТА РОЗРАХУНКУ І ЙОГО ОСОБЛИВОСТІ.

ОСНОВНІ ТЕПЛОПРИПЛИВИ

Теплове навантаження є основною величиною, по якій ведуть розрахунок і добір холодильного устаткування.

Для добору батарей і повітроохолоджувачів необхідно знати теплові навантаження кожної камери, де вони будуть установлені.

Для виконання розрахунків циклів холодильних машин і добору компресорів необхідно знати сумарні теплові навантаження всіх споживачів холоду при різних температурах випаровування холодоагенту.

Знайти згадані вище теплові навантаження є метою розрахунку теплоприпливів (стара назва розрахунку – калоріческій).

Розрахунок теплоприпливів роблять при проектуванні будь-яких холодильних установок. У залежності від призначення холодильної установки, для неї попередньо вибирають найбільш важкі, несприятливі умови (період часу або режим роботи), при яких може здійснюватися її експлуатація. Для цих умов послідовно розраховують усі зовнішні теплоприпливи і внутрішні тепловиділення, що можуть бути в цьому розрахунковому режимі.

Звичайно теплоприпливи поділяють на наступні групи:

Q₁ – теплоприпливи через огородження охолоджуваних об'єктів;

Q₂ – теплоприпливи від холодильної обробки вантажів, що

перебувають в охолоджуваному об'єкті;

Q₃ – теплоприпливи, що надходять із зовнішнім повітрям при

вентиляції охолоджуваних об'єктів (у тих випадках, якщо вона

передбачена);

Q₄ – теплоприпливи від різних джерел, що з'являються при

експлуатації охолоджуваних об'єктів;

Q₅ – теплоприпливи від подиху охолоджених плодів і овочів при

їхній холодильній обробці і збереженні (для плодоовочевих

холодильників), або теплоприпливи від інших хімічних

реакцій усередині охолоджуваного об'єкта.

Загальне теплове навантаження на холодильне устаткування (Q₀) визначають підсумовуванням усіх теплоприпливів

(24)

Відзначимо деякі особливості розрахунку теплоприпливів, які варто враховувати при його виконанні.

· Розрахунок провадять по окремих споживачах холоду (по

кожній камері, морозильному апаратові і т.п.).

· Для кожного споживача холоду вибирають розрахунковий

режим, при якому витрата холоду буде максимальним.

При цьому найбільше холодоспоживання всієї холодильної

установки часто не збігається з максимумами холодоспоживання

окремих камер або технологічних апаратів.

· Теплові потоки, що розраховуються, як правило, непостійні в

часу і про їхній розмір і характер зміни часто можна

судити лише орієнтовно. Це робить розрахунок теплоприпливів

наближеним. Тому доцільно одержувані результати

обчислень округляти з точністю не більш чотирьох значущих

цифр.

· Через наближеність розрахунку, теплоприпливи визначають для

умов стаціонарного теплового режиму. Це створює невеликий

запас теплового навантаження, однак в окремих випадках

нестаціонарність теплових потоків враховують у розрахунку

коригувальними коефіцієнтами.

2. 2. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОПРИПЛИВІВ ЧЕРЕЗ

ОГОРОДЖЕННЯ

Теплоприпливи через огородження охолоджуваного об'єкта

, (25)

де Q_1Т - теплопрплив від різниці температур по обох боках

огороджень;

Q_1С - теплоприплив від сонячного опромінення зовнішніх

огороджень.

2. 2. 1. Теплоприплив від різниці температур зовні й усередині

Основним джерелом теплоти, що проникає в охолоджувані об'єкти через їхні огородження, є теплоприплив Q_1Т, що залежить від різниці між температурами зовнішнього навколишнього середовища й усередині камери (апарату).

Ще одним джерелом зовнішніх теплоприпливів може бути геотермічний тепловий потік, що проникає в охолоджувані об'єкти, що стоять на ґрунті і не мають захисту від його промерзання. Величина цього теплового потоку невелика.

Як видно з мал. 1, щільність глибинного теплового потоку на поверхні земної кулі змінюється в межах (0,03...0,1) Вт ¤ м².

З мал. 1 видно, що територія України розташовується між ізолініями щільності глибинного теплового потоку (0,05...0,06) Вт ¤ м².

Рис. 1. Розподіл ізоліній глибинного теплового потоку по поверхні земної кулі (у міліватах на квадратний метр).

Наявність геотермічного теплового потоку враховують при розрахунку теплоприпливів від різниці температур через підлоги холодильників, що необігріваються.

Розрахунок теплоприпливів через кожне огородження споживача холоду (крім підлог, що необігріваються, розташованих на ґрунті) роблять по формулі

(26)

де k – розрахунковий коефіцієнт теплопередачі для даного

огородження;

F – площа поверхні даного огородження;

t_н – температура зовнішнього середовища або сусіднього, більш

теплого приміщення;

t_к – температура охолоджуваного об'єкта.

Розміри огороджень камер холодильників, необхідні для обчислення F, прийнято визначати в такий спосіб:

· довжину зовнішніх стін вимірюють між осями внутрішніх стін

(перегородок), а для кутових камер – від зовнішньої поверхні до

осі внутрішніх стін; для однокамерних об'єктів використовують

довжини стін, обмірювані по їхній зовнішній поверхні;

· довжину внутрішніх стін, а також довжину і ширину підлог і стель

камер вимірюють між осями внутрішніх стін або від внутрішньої

поверхні зовнішніх стін до осі внутрішніх; для однокамерних

об'єктів використовують внутрішні довжини стін;

· висоту стін камер проміжних поверхів і перших поверхів,

розташованих на ґрунті, вимірюють від рівня чистої підлоги

даного поверху до рівня чистої підлоги вищерозташованого;

· висоту стін одноповерхових холодильників без підвалів, а також

верхніх поверхів багатоповерхових, вимірюють від рівня чистої

підлоги поверху до верха засипання покриття, а в першому поверсі,

розташованому над неохолоджуваним підвалом – від рівня стелі

підвалу до рівня чистої підлоги другого поверху або верха

засипання покриття.

Розрахунок теплоприпливів через огородження малих споживачів холоду (побутових і торговельних холодильних шаф, термокамер і т.п.), у яких зовнішні і внутрішні геометричні форми не цілком відповідають один одному, провадять з використанням коефіцієнта теплопрохідності kF.

Чисельне значення kF визначають шляхом тарировки дослідного зразка корпуса виробу.

У якості t_н для камерних зовнішніх огороджень, підданих атмосферним впливам, або межуючим з опалювальними приміщеннями, що не мають кондиціонування повітря, приймають літню розрахункову температуру зовнішнього повітря. Значення цих температур для міст України можна знайти в таблиці 6.

Для інших населених пунктів значення t_н можна визначити, як середньозважену величину

, (27)

де t_ср – середньомісячна температура в 13 годин самого жаркого

місяця року;

t_а.м – температура абсолютного максимуму для населеного

пункту.

Значення t_ср і t_а.м знаходять у кліматологічних довідниках.

Розрахункові різниці температур для стін і перегородок, що відокремлюють холодильні камери від неохолоджуваних, але неопалюваних приміщень, приблизно приймають у відсотках від розрахункової різниці температур (t_н – t_к) у такий спосіб: для приміщень, що з¢єднуються з зовнішнім повітрям (коридори, тамбури, вестибулі) – 70 %, для не сполучених – 60 %. При необхідності температуру неохолоджуваного приміщення можна визначити, склавши для нього рівняння теплового балансу.

При розрахунку теплоприпливів через огородження холодильної камери прийнято не враховувати втрати теплоти через стіни, підлоги і стелі, що межують з камерами, у яких підтримуються більш низькі температури. Цим передбачається можливість тимчасового відключення більш холодних камер з роботи.

Якщо технологічна температура в камері дається у визначених межах, наприклад, для охолоджених продуктів t_к = (-1...4) °С, то при розрахунку теплоприпливів приймають нижнє значення температурного інтервалу, а у випадку розрахунку опалення (зимовий період) – верхнє.

Таблиця 6. Розрахункові параметри зовнішнього повітря

2. 2. 2. Теплопрплив від сонячного випромінювання

Джерелом зовнішніх теплоприпливів може бути пряме сонячне опромінення охолоджуваного об'єкта.

Опромінення сонцем зовнішніх поверхонь стін і покриття камер холодильника приводить до підвищення температури зовнішньої поверхні огороджень до значень вище температури навколишнього повітря t_н на величину Dt_с. Унаслідок цього в охолоджуваний об'єкт проникає теплоприплив Q_1С , називаний теплоприпливом від сонячного випромінювання

(28)

де Dt_с – надлишкова різниця температур від впливу прямого

сонячного випромінювання на дане огородження.

Частина сонячної теплоти, що надійшла на поверхню огороджень, приділяється конвективным шляхом до навколишнього повітря.

Кількість поглиненої теплоти сонячного випромінювання залежить від кольору і ступеня шорсткості поверхні, що опромінюється сонцем.

Надлишкову різницю температур від дії прямого сонячного випромінювання розраховують за допомогою відомої залежності

(29)

де р – коефіцієнт проникністі, що залежить від масивності

огородження, що опромінюється сонцем;

q_с – розрахункова напруга сонячного випромінювання для

літнього періоду;

e_с – коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання

поверхнею огородження;

a_н – коефіцієнт тепловіддачі від нагрітої сонцем поверхні

огородження в навколишній простір.

Покажемо, як знайти чисельні значення цих параметрів.

Поняття масивності огороджень визначено в курсах будівельної теплофізики. Якщо потік проникаючої теплоти нестаціонарен у часі, то чим більше масивність огородження, тим більша кількість теплоти, що проникнула (Q_1C), залишається в огородженні і витрачається на його нагрівання. Класичні ізоляційно-будівельні конструкції огороджень холодильників відносяться до масивних, для них р = 0,75. Огородження холодильних споруджень з панелей типу «сендвіч» відносяться до легких, для них р = 1.

Значення a_н можна обчислити в залежності від швидкості повітря (w) біля зовнішньої поверхні огородження

(30)

Напруга сонячного випромінювання q_c – це потік падаючого випромінювання сонця, віднесений до 1 м² площі на рівні земної поверхні.

Величина q_c залежить від географічної широти місцевості, від орієнтації поверхні стосовно сторін світу і від кута нахилу поверхні до обрію.

Розрахункові значення q_c наведені в таблиці 7.

Значення коефіцієнтів поглинання сонячного випромінювання наведені в таблиці 8.

Залежність (29) застосовна для обчислення надлишкової різниці температур Dt_c для стін і безгорищних покрівель охолоджуваних об'єктів.

Для розрахунку теплоприпливів через горищні перекриття холодильних споруджень користуються орієнтованими значеннями надлишкової різниці температур: Dt_c зростає від 5 К до 15 К при зниженні географічної широти від 60° до 40°.

Таблиця 7. Розрахункові напруги сонячного випромінювання

для літнього періоду, Вт ¤ м²

Таблиця 8. Коефіцієнти поглинання сонячного випромінювання

різними матеріалами

При розрахунку Q_1C враховують теплоприпливи від сонячного випромінювання, що проникають в охолоджуваний об'єкт через покрівлю й одну зі стін, біля якої добуток FDt_c найбільший.

2. 2. 3. Теплоприплив через підлогу, розташовану на ґрунті

Теплоприплив, що надходить в охолоджуваний об'єкт через підлогу, розташовану на ґрунті (Q_1П), розраховують у залежності від конструкції підлоги. Якщо під ізоляційними шарами підлоги перебуває система обігріву, що запобігає промерзанню ґрунту, то

(31)

де k¢ - коефіцієнт теплопередачі для підлоги, що враховує всі

термічні опори, що перебувають між шаром, що обігрівається

і повітрям охолоджуваного приміщення;

t_п – температура шару, що обігрівається, залежна від способу

обігріву. При електрообігріванні, або обігріві за принципом

теплової труби t_п =1°С, при рідинному обігріві t_п =3°С,

при повітряному - t_п = 10°С.

Враховуючи, що теплоприпливи через підлогу безупинно надходять в охолоджуваний об'єкт навіть у холодний час року, значення k¢ доцільно приймати рівним значенню коефіцієнта теплопередачі для зовнішніх стін.

Основний теплоприплив, що проникає в охолоджуваний об'єкт, лежачий на ґрунті, через підлогу що необігрівається, виникає через різницю температур (t_н - t_к). Передача теплоти від зовнішнього повітря йде через ґрунт по кривих, близьким до дуг окружностей. При цьому кількість теплоти, що надходить у холодильну камеру через підлогу, що необігрівається, зворотно пропорційна квадратові відстані від зовнішньої стіни.

Геотермічний тепловий потік через підлогу враховується лише на відстані від зовнішніх стін не менш 6 м.

Для спрощення розрахунку спільного теплоприплива Q_1П через підлогу, що необігрівається, усю площу підлоги охолоджуваного об'єкта поділяють на 4 концентричні зони. У межах кожної з них тепловий потік вважають постійним.

Перша зона являє собою замкнуту смугу підлоги шириною 2м., що примикає до зовнішніх стін охолоджуваного об'єкта. За нею ідуть зони друга і третя, шириною кожна в 2 м. Четвертою зоною є частина підлоги, що залишилася у центрі охолоджуваного об'єкта, найбільш віддалена від зовнішніх стін.

Для кожної зони неізольованої підлоги було визначене значення умовного коефіцієнта теплопередачі (k_ум, див. табл. 9), віднесеного до різниці температур (t_н - t_к).

Таблиця 9. Умовні коефіцієнти теплопередачі для

неізольованої підлоги, розташованої на ґрунті

Тоді теплопрплив Q_1П через неізольовану підлогу, що лежить на ґрунті, обчислюється підсумовуванням теплових потоків для кожної зони:

, (32)

де F_i – площі відповідних зон підлоги охолоджуваного об'єкта.

Для компенсації збільшення щільності теплового потоку через підлогу у кутах, утворених зовнішніми стінами, площу підлоги першої зони умовно збільшують на 4 м² для кожного зовнішнього кута охолоджуваного об'єкта.

Як видно з таблиці 9, чисельне значення k_ум для першої зони високе. Тому, для зменшення теплоприпливів, підлоги камер у межах першої зони (і, частково, - другої) ізолюють.

Задаючись необхідним коефіцієнтом теплопередачі (k_ум.из) у межах заданої зони підлоги і коефіцієнтом теплопровідності ізоляційного матеріалу (l_из) можна знайти потрібну для неї товщину ізоляційного

шару (d_из):

(33)

Розрахунок теплоприпливів через частково ізольовану підлогу ведуть по формулі (32), у яку підставляють значення k_ум.из для зон підлоги, що мають теплову ізоляцію.

Слід зазначити, що якщо охолоджуваний об'єкт із підлогами, що необігріваються, наприклад, одноповерховий холодильник, має кілька камер, то при розрахунку теплоприпливів через підлогу для окремих камер враховуються площі ділянок зон, що виявилися в межах кожної камери.

Підлоги невеликих по розмірах охолоджуваних об'єктів можуть цілком розташовуватися в межах першої і другої зон, а іноді – тільки в першій. У таких випадках підлоги теплоізолюють по всій площі. Теплоприпливи через заглиблені ділянки стін підвальних охолоджуваних приміщень визначають як для підлог, розташованих на ґрунті, а відповідні зони відраховують від поверхні землі донизу по стінах і далі по підлозі підвалу.

2. 2. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОПРИПЛИВІВ ВІД ВАНТАЖІВ

ПРИ ЇХ ХОЛОДИЛЬНІЙ ОБРОБЦІ

Розрізняють два види холодильної обробки вантажів: охолодження і заморожування.

Якщо вантаж не містить вологи, то його можна остудити до досить низьких температур. Продукти, що містять вологу, наприклад, харчові продукти, можна остудити до криоскопічної температури, після чого відбувається їхнє заморожування, що супроводжується перетворенням рідкої фази в лід. Повне виморожування вологи в продуктах досягається лише при –(55...60) °С. Окремий випадок заморожування – доморожування, при якому температуру замороженого продукту, що надходить у камеру, знижують до температури збереження.

При усіх видах холодильної обробки вантажів, теплоприпливи можна розрахувати по формулі:

(34)

де G – добове надходження вантажу на холодильну обробку,

т ¤доб;

h₁ – ентальпія вантажу (кдж ¤ кг), що надходить на холодильну

обробку, при початковій температурі t₁;

h₂ – ентальпія вантажу (кдж ¤ кг) при середній по його

об'єму кінцевій температурі t₂;

t_ц – тривалість циклу холодильної обробки, з урахуванням

завантаження і вивантаження продукту (годин);

t_р - тривалість робочого періоду (годин), тобто фактичний

час, протягом якого споживається холод. Для пристроїв

холодильної обробки безперервної дії t_р = t_ц.

Температуру охолоджених продуктів, що надходять у камери схову промислових багатоцільових холодильників, приймають рівною (5...6) °С.

Температуру продуктів, що надходять у холодильники і плодоовочесховища без попереднього охолодження, приймають на

(5...8) °С нижче літньої розрахункової температури зовнішнього повітря.

Температуру плодів і овочів, що надходять у плодоовочесховища з рефрижераторів, приймають рівною 8 °С.

Температуру продуктів, що надходять у камери доморожування, приймають рівною -6 °С, а в камери схову заморожених продуктів – (-8...-10) °С. Температуру вантажів наприкінці холодильної обробки приймають рівній температурі збереження.

Значення ентальпій деяких харчових продуктів при температурах (-25...30) °С дані в таблиці 10.

Добове надходження вантажу на холодильну обробку в камери схову приймають у відсотках від місткості камер:

· для промислових багатоцільових холодильників: 8 % – для камер,

місткістю не більш 200 т. і 6 % – для камер, місткість яких

перевищує 200 т;

· для перевалочних холодильників – 20 %;

· для плодоовочесховищ – (7...10) %;

· для камер з регульованим газовим середовищем – (10...20)%;

· для підприємств торгівлі і суспільного харчування – 100 % при

1...2^х добовому збереженні продуктів, 50 % – при 3...4^х добовому

збереженні і 30 % - при збереженні продуктів понад 4^х діб.

Якщо охолоджуються або заморожуються харчові продукти, що перебувають в тарі, то обчислюють додатковий теплоприплив Q_2Т при охолодженні тари від температури t₁ до t₂.

(35)

де G_т – добове надходження тари на холодильну обробку

(т ¤ доб);

с₁ і з₂ – питомі теплоємності тари при температурах t₁ і t₂

(кДж ¤ (кг.К)).

Таблиця 10. Ентальпії харчових продуктів при різних

температурах, кдж ¤ кг.

Продовження таблиці 10

Величину G_т приймають рівною: для дерев'яної і сталевої тари – 20 %, для картонної – 10 %, для скляної – 100 % від добового надходження продуктів.

Питома теплоємність дерев'яної тари дорівнює 2,5, картонної – 1,46, сталевої – 0,46 і скляної – 0,85 (кДж ¤ (кг.К) .

Теплопрплив Q_2Т підсумовують з теплоприпливом Q₂, обчисленим за допомогою вираження (34).

2. 4. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОПРИПЛИВІВ ІЗ ЗОВНІШНІМ

ПОВІТРЯМ ПРИ ВЕНТИЛЯЦІЇ ОХОЛОДЖУВАНИХ

ПРИМІЩЕНЬ

Вентиляцію охолоджуваних приміщень передбачають:

· для видалення продуктів подиху охолоджених плодів і овочів

при їхнім збереженні в камерах промислових і комерційних

холодильників;

· для усунення запахів або видалення шкідливих виділень у

камерах схову відходів, у деяких іспитових камерах та ін.;

· для видалення продуктів подиху людей, що постійно працюють

в охолоджуваних виробничих приміщеннях.

У перших двох випадках теплоприпливи Q₃ при вентиляції камер визначають у такий спосіб:

(36)

де V_стр – будівельний об'єм вентильованого приміщення, м³;

а – кратність повітрообміну в добу;

r_к – щільність повітря при температурі і відносної

вологості охолоджуваного приміщення, кг ¤ м³;

h_н – ентальпія зовнішнього повітря при розрахунковій

температурі і відповідної відносної вологості, кдж ¤ кг;

h_к – ентальпія повітря при температурі і відносної

вологості в охолоджуваному приміщенні, кдж ¤ кг;

t – щодобовий інтервал часу, протягом якого

роблять вентиляцію камери, годин.

При безперервному вентилюванні холодильної камери t = 24годин.

Кратність повітрообміну для камер схову плодів і овочів визначається технологією збереження і перебуває в межах 1...6. Звичайно а = 3...4. Для камер схову харчових відходів а = 10.

Теплоприпливи Q₃ при вентиляції охолоджуваних виробничих приміщень визначають відповідно до санітарної норми подачі зовнішнього повітря з розрахунку 20 м³ ¤ год. на одну людину. При числі n одночасно і постійно працюючих людей

(37)

Теплоприпливи Q₃ можна значно зменшити при використанні теплообмінників, у яких зовнішнє повітря, що надходить, охолоджується за рахунок підігріву повітря, що видаляється з охолоджуваного приміщення. У цьому випадку при розрахунку Q₃ по формулах (36) або (37), замість ентальпії h_н варто підставляти энтальпию h_н¢ охолодженого зовнішнього повітря на виході з теплообмінника. Величину h_н¢ визначають з теплового балансу теплообмінника.

2. 5. РОЗРАХУНОК ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ

ТЕПЛОПРИПЛИВІВ ВІД РІЗНИХ ДЖЕРЕЛ

До експлуатаційних відносять теплоприпливи різних по походженню джерел теплоти, що виникають при експлуатації охолоджуваних приміщень.

Якщо у великих споживачах холоду, таких як промислові холодильники, частка експлуатаційних теплоприпливів складає (10...20) % від сумарних, то для малих холодильних камер вони можуть досягати 50 %, а в спеціальних пристроях, таких як іспитові термокамери, можуть перевершувати всі інші теплоприпливи.

Найбільш розповсюдженими джерелами експлуатаційних теплоприпливів є електричні світильники, що перебувають в охолоджуваних об'єктах, холодильне і механічне устаткування з електричним приводом, люди, що працюють в охолоджуваних приміщеннях, зовнішнє повітря, що проникає усередину камер при відкриванні дверів і люків, теплота, що виділяється при відтаванні інею з поверхні охолоджуючих приладів.

Джерелом експлуатаційних теплоприпливів є також зволожувачі повітря холодильних камер, газова суміш, подавана в холодильні камери з регульованим газовим середовищем, процеси намораження льоду в низькотемпературних камерах із крижаними екранами й укриттями, вироби, що функціонують в охолоджуваних іспитових камерах і інші.

Розглянемо методи розрахунку експлуатаційних теплоприпливів, які часто зустрічаються.

2. 5. 1. Теплоприплив від електричного освітлення

Цей теплоприплив залежить від призначення охолоджуваного об'єкта. При проектуванні холодильників користуються питомими нормами потужності світильників загального освітлення, що становлять для складських приміщень q₄¢ = 3 Вт на 1 м² будівельної площі, а для виробничих приміщень q₄¢ = 7,5 Вт ¤ м². Для зменшення витрати електроенергії на освітлення великих холодильних камер їх поділяють на 2...3 зони, забезпечуючи світильники кожної з зон окремими вимикачами. У таких випадках у розрахунку використовують коефіцієнт одночасності роботи світильників j_св. Якщо в камері є 3 зони освітлення, то j_св =0,33, а при двох зонах j_св =0,67; при одночасному вмиканні усіх світильників j_св =1. Тоді теплоприплив від електричного освітлення

(38)

де F_стр – будівельна площа охолоджуваного приміщення.

Для малих холодильних камер, а також торговельного холодильного устаткування з постійним електричним підсвічуванням, величина Q₄¢ дорівнює потужності встановлюваної в них електричної лампи.

2. 5. 2. Теплоприплив від електричних двигунів

В охолоджуваних приміщеннях можуть перебувати повітроохолоджувачі, системи повітророзподілу, транспортери з електричним приводом, а в охолоджуваних апаратах можуть перебувати насоси, вентилятори, мішалки, конвеєри та інші машини і механізми, що приводяться в рух від електродвигунів. Сумарний теплоприплив від них позначають як Q₄¢¢.

Якщо електродвигун розташований усередині охолоджуваного об'єкта, то вся споживана їм електрична потужність N_е враховується в розрахунку теплоприпливу Q₄¢¢, тобто N_дв = N_е.

При розташуванні електродвигуна поза охолоджуваним об'єктом, у розрахунку Q₄¢¢ враховується лише його корисна потужність, рівна N_еh_дв, де h_дв – коефіцієнт корисної дії електродвигуна, тобто розрахункова потужність N_дв = N_еh_дв.

Якщо в охолоджуваному об'єкті є кілька електродвигунів або пристроїв, що одержують від них енергію, то

(39)

де j_дв – коефіцієнт одночасності роботи устаткування з

електродвигунами (j_дв =0,4...1…1,0);

N_дв – розрахункова потужність електродвигуна, квт.

Якщо розрахунок теплоприпливів ведуть при проектуванні охолоджуваного об'єкта, то на цьому етапі роботи ще не відомі потужності електродвигунів устаткування, що буде встановлено усередині об'єкта. У цьому випадку можна орієнтовно розрахувати величину SN_дв для холодильних камер з повітряним охолодженням:

(40)

де (Q₁ + Q₂ + Q₃) – сума розрахованих теплоприпливів для даної

камери;

m – коефіцієнт, обумовлений як відношення потужності

електродвигуна до холодовидатності

повітроохолоджувача; m = 0,06...0,08 для камер схову з

повітряним охолодженням; m = 0,17...0,23 для камер

холодильної обробки продуктів; m = 0,12...0,17 для

малих холодильних камер підприємств торгівлі і

суспільного харчування.

Коефіцієнт корисної дії асинхронних електродвигунів потужністю (1...40) кВт при навантаженнях не менш 75 % можна орієнтовно визначити по формулі

(41)

де N_е – електрична потужність двигуна, кВт.

2. 5. 3. Теплоприплив від працюючих людей

Цей теплоприплив, що позначається як Q₄¢¢¢, залежить від числа людей (n), що працюють в охолоджуваному приміщенні, від інтенсивності їхньої роботи і від температури повітря (t_к) у даному приміщенні.

(42)

де q¢¢¢ - тепловиділення однієї працюючої людини, Вт.

При роботі середньої тяжкості

(43)

Число працюючих у камерах холодильників приймають: n = 2...3

при F_стр £ 200 м²; n = 3...4 при F_стр > 200 м².

2. 5. 4. Теплоприплив при відкриванні дверів

При відкриванні дверів камер холодильників відбувається повітрообмін із суміжними приміщеннями, що мають більш високу температуру. Він супроводжується значними теплоприпливами в камери. Ще більше теплоти проникає через відкриті двері малих холодильних камер, встановлених в опалювальних приміщеннях.

Втрати холоду через відкриті двері охолоджуваних приміщень залежать від кількості дверів, їхньої площі і висоти, а також від частоти, тривалості їхнього відкриття і різниці температур повітря по обох боків дверів. В даний час відсутній досить точний метод розрахунку цих теплоприпливів.

Проектні організації для орієнтованого розрахунку теплоприпливів при відкриванні дверів камер холодильників використовують норми втрат холоду, підтверджені практикою. Вони являють собою питомі теплоприпливи, віднесені до 1м² підлоги камери, і тому залежні не тільки від призначення камер, але і від їхньої будівельної площі і висоти.

Норми, розроблені інститутом ДІПРОХОЛОД для холодильних камер висотою 3,6 м. приведені в табл. 11.

Для камер більшої висоти рекомендується збільшувати значення В пропорційно висоті камери. Значення В для спеціалізованих охолоджуваних приміщень м'ясопереробних підприємств є в довідковій літературі.

Отже, теплоприплив при відкриванні дверів

(44)

Теплоприпливи при відкриванні дверів портових холодильників набагато більше, ніж значення Q₄²², розраховані по формулі (44).

Дослідження теплового балансу таких холодильників, проведене С. Н. Аршанским і ін., дозволило установити, що втрати холоду через двері при великому вантажообігу, навіть у випадку установки теплових завіс, у середньому по всьому холодильнику досягають 50 % від утрат холоду через стіни.

Таблиця 11. Питома витрата холоду В при відкриванні

дверів, Вт ¤ м²

Л. Г. Каплан пропонує розраховувати теплоприпливи при відкриванні дверів для холодильних камер підприємств торгівлі і суспільного харчування по формулі (36), (при підстановці в неї t = 24 годин) і наводить докладні таблиці залежності кратності повітрообміну а від внутрішнього об'єму (V) для холодильних камер з величиною V = (2,5…200) м³. Інтерполяція цих табличних даних, виконана автором, дозволила одержати розрахункові залежності кратності повітрообміну для камер з температурою вище 0°С

(45)

і для камер з температурою нижче 0°С

(46)

2. 6. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОПРИПЛИВІВ ВІД ПОДИХУ

ПЛОДІВ І ОВОЧІВ

Інтенсивність тепловиділень при подиху різних плодів і овочів залежить від їхнього виду і температури, причому залежність кількості виділюваної теплоти від температури має експонентний характер

(47)

де t – температура плодів і овочів, °С;

q _t і q_о – питомі тепловиділення плодів і овочів при

температурах t і 0°С;

b – температурний коефіцієнт швидкості подиху, °С ^-1.

Чисельні значення величин q_o і b, отримані И. Г. Алямовским, для температур від кріоскопічної до 40 °С, приведені в таблиці 12.

Таблиця12.Значення q_o і b для температур від кріоскопічної до 40°С.

Теплоприпливи від подиху плодів і овочів (Q₅) визначають з урахуванням того, що в камеру завантажують плоди або овочі, що вимагають охолодження до температури збереження:

(48)

де q ₅¢- питомі тепловиділення плодів і овочів при температурі

їхнього надходження в камеру, Вт ¤ т;

q₅¢¢- питомі тепловиділення плодів і овочів при температурі

збереження, Вт ¤ т;

G_п – максимальне одноразове надходження плодів і

овочів у камеру, т;

G – місткість камери, т.

Значення q₅¢ і q₅² можна обчислити по формулі (47), або використовувати дані таблиць питомих тепловиділень плодів і овочів, що маються в довідковій літературі.

Величина G_п у формулі (48) повинна дорівнювати величині G_п, використовуваної в розрахунку теплоприпливів при охолодженні плодів і овочів для даної камери.

3. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ І ПІДБОР ХОЛОДИЛЬНОГО УСТАТКУВАННЯ

3.1. РОЗРАХУНКОВЕ ТЕПЛОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ

ОХОЛОДНИХ ПРИЛАДІВ

Охолодні прилади холодильних камер і технологічних апаратів підбирають по максимальних теплоприпливах для даного приміщення, або апарату.

Теплове навантаження для розрахунку і добору батарей, повітроохолоджувачів камер схову або морозильних і ін. апаратів безперервної дії визначають підсумовуванням теплоприпливів, обчислених для кожного охолоджуваного об'єкта по формулі (24).

При визначенні теплового навантаження на охолодні прилади камер холодильної обробки і холодильно-технологічних апаратів періодичної дії необхідно враховувати нестаціонарність процесів теплообміну, що протікають у них.

Наприклад, у камерах заморожування продуктів теплове навантаження повітроохолоджувачів на початку циклу холодильної обробки значно перевищує середнє теплове навантаження за цикл.

Однак, розрахунок теплоприпливів Q₂ при холодильній обробці по формулі (34) не враховує нестаціонарності процесу відводу теплоти від продукту і дозволяє знайти лише середні за цикл заморожування значення Q₂. Тому площа теплопередавальної поверхні повітроохолоджувача, розрахована виходячи із середнього теплового навантаження, буде недостатньою. Це наведе до значного підвищення температури повітря в початковій стадії відводу теплоти від продукту і до збільшення загального часу заморожування в порівнянні з розрахунковим.

Нестаціонарність тепловідводу в камерах і апаратах холодильної обробки періодичної дії враховують збільшенням теплового навантаження повітроохолоджувача. У практиці проектування камер холодильної обробки продуктів теплоприплив Q₂, розрахований по формулі (34), збільшують на 30%.

Теплове навантаження випарників для охолодження рідких холодоносіїв складається з теплоприпливів, що надходять до холодоносія в охолоджуваних об'єктах, теплоприпливів від роботи сил тертя при циркуляції холодоносія між випарником і охолоджуваними об'єктами і зовнішних теплоприпливів крізь ізоляцію випарника, трубопроводів, насосів, що перекачують, арматури і допоміжних пристроїв системи циркуляції холодоносія.

Приблизно теплове навантаження випарника визначають як

(49)

де åQ₀ – сума теплових навантажень холодильного устаткування

усіх споживачів холоду, що використовують проміжний

холодоносій.

При необхідності більш точного визначення величини Q_и, обчислюють åQ₀, потім розраховують всі інші надходження теплоти до холодоносія і підсумовують їх.

3. 2. РОЗРАХУНКОВЕ ТЕПЛОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ

КОМПРЕСОРІВ

Теплове навантаження необхідно знати для розрахунку циклу холодильної машини і добору компресорів. Метод визначення її значною мірою залежить від призначення холодильної установки, числа споживачів холоду і прийнятої системи їхнього холодопостачання .

Найпростіше можна визначити теплове навантаження для добору компресорів холодильних установок з одним споживачем холоду. До них відносяться промислові і комерційні однокамерні холодильники, охолоджувані контейнери, авторефрижератори, залізничні вагони і секції з машинним охолодженням, торговельне і побутове холодильне устаткування, автономні установки для холодильної обробки продуктів, матеріалів і виробів.

До цієї групи відносяться багатокамерні холодильники з децентралізованою системою холодопостачання.

У холодильних установках з одним споживачем холоду розрахункове теплове навантаження Q_рк для добору компресорів визначають по розрахунковому тепловому навантаженню охолодних приладів (Q₀), обчисленому по формулі (24) з урахуванням утрат холоду при його транспортуванні і коефіцієнта робочого часу компресорів у період максимального теплового навантаження

(50)

де b_к – коефіцієнт робочого часу компресорів; для великих

компресорів b_к = 0,85...0,9; для малих автоматизованих

агрегатів b_к = 0,6...0,8;

e_п – коефіцієнт утрат при транспортуванні холоду; для

великих систем безпосереднього випару холодильного

агенту e_п =1,05...1,07; для систем із проміжним

теплоносієм e_п = 1,1...1,2.

Для деяких малих холодильних установок значення коефіцієнта e_п може досягати 1,3 і більш. У таких випадках необхідно виконати розрахунок витрат холоду для даної установки і приблизно визначити для неї величину e_п.

Трохи складніше визначити розрахункове теплове навантаження компресорів для холодильних установок з декількома (або багатьма) споживачами холоду.

До таких установок відносяться промислові багатокамерні холодильники з централізованою системою холодопостачання.

Холодильне устаткування кожної камери такого холодильника розраховують по її максимальному тепловому навантаженню, однак підбирати компресори, підсумовуючи максимальні теплові навантаження всіх камер неправильно, тому що холодильна обробка продуктів, вантажні операції й інші роботи, зв'язані зі споживанням холоду, не ведуться одночасно у всіх камерах.

Розрахункове теплове навантаження на компресори установок з декількома споживачами холоду визначають у такому режимі, при якому досягає максимуму сума всіх реальних теплових навантажень споживачів холоду.

Для холодильників цей розрахунковий режим визначають по максимальних зовнішніх теплоприпливах.

Для виробничих холодильних установок будують графіки зміни в часі холодоспоживання окремих об'єктів, підсумовують дані графіків і по максимумові загального холодоспоживання встановлюють розрахунковий режим.

При нетривалих різкозмінних у часі сумарних значеннях холодоспоживання (наприклад, на молокозаводах), доцільно акумулювати холод. Метод розрахунку теплового навантаження холодильного устаткування для машинних відділень таких установок наведений у

главі 3.5.

На великих холодильних установках з декількома температурами випару холодильного агента всі споживачі холоду поділяють на групи по використовуваних температурах випару і для кожної групи призначають розрахунковий режим споживання холоду.

Розглянемо особливості розрахунку теплоприпливів для визначення теплового навантаження на компресори (Q_0К) на прикладі багатокамерного промислового холодильника.

Величини Q₁, отримані для окремих камер кожної з груп температур випару, підсумовують для одержання теплоприпливів через огородження з метою добору компресорів (Q_1К).

Доцільно зменшити цю складову теплового навантаження якщо, наприклад, у літній період у машинному відділенні будуть простоювати компресори, призначені для заморожування продуктів в осінньо-зимовий період.

Теплоприпливи від холодильної обробки для добору компресорів (Q_2К) обчислюють по формулі (34), підставляючи в неї в якості G_п максимальне добове надходження на холодильник вантажів, що вимагають холодильної обробки.

Теплоприпливи Q₃ і Q₅ на охолодні прилади окремих камер підсумовують для кожної групи камер і одержують відповідно Q_3К и Q_5К.

Експлуатаційні теплоприпливи також підсумовують по групах камер і на компресори приймають у якості Q_4К від 50 до 75 % отриманої суми (зворотно пропорційно числу камер).

Потім, для кожної температури випару обчислюють сумарну величину

(51)

і визначають по формулі (50) розрахункове теплове навантаження Q_рк для добору компресорів на кожну температуру випару, підставляючи в цю формулу замість Q₀ відповідне значення Q_0К.

3.3. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ ПО УКРУПНЕНИМ ПОКАЗНИКАМ

Орієнтовані значення теплових навантажень холодильного устаткування можна швидко одержати, використовуючи укрупнені показники витрат холоду (q_о), віднесенних до 1 м² будівельній площі холодильної камери. Величини q_о для промислових холодильників наведені в таблиці 13.

Таблиця 13. Укрупнені значення сумарних питомих витрат

холоду.

Орієнтовані значення питомих витрат холоду q_о (Вт ¤ м²) для холодильних камер підприємств торгівлі і суспільного харчування можна визначити в залежності від температури камери (t_к), в інтервалі (+6…-18) °С, як

(52)

Якщо камери розташовані в напівпідвальному або підвальному поверсі, то значення q_о, отримані з вираження (52), зменшують на (10...15) %.

Теплове навантаження холодильного устаткування визначають, множачи відповідне значення q_о на будівельну площу охолоджуваного приміщення.

3. 4. ДОБІР ХОЛОДИЛЬНОГО УСТАТКУВАННЯ

Охолодні прилади споживачів холоду і теплообмінне устаткування машинних відділень підбирають за значеннями розрахункових теплових навантажень, отриманих у розділах 3.1 і 3.2.

Обиране холодильне устаткування повинне виготовлятися промисловими підприємствами України або відомих закордонних фірм.

Основні вимоги, пропоновані до холодильного устаткування:

· відповідність сучасному рівневі холодильної техніки;

· інтенсивність, тобто відрізнятися малими габаритами і масою;

· однотипність;

· надійність у роботі;

· простота і зручність в обслуговуванні.

Добір оптимального типу і числа компресорів, апаратів і допоміжних елементів холодильних установок у загальному випадку визначається техніко-економічними розрахунками.

Звичайно, з метою зменшення капітальних витрат, підбирають устаткування можливо більшої одиничної продуктивності (площі теплопередавальної поверхні). Однак, для підвищення надійності і зручності експлуатації централізованих машинних відділень, підбирають не менш двох конденсаторів, а також двох компресорів на кожну температуру випару холодильного агента.

Камерне холодильне устаткування підбирають відповідно до сучасних вимог холодильної технології.

Нижче показано, як приблизно визначити площу теплопередавальної поверхні охолодних приладів для кожного споживача холоду і теплообмінного устаткування машинного відділення.

У загальному випадку апарат підбирають по необхідній площі F його теплообмінної поверхні. Чисельне значення F визначають по формулі

(53)

де Q – розрахункове теплове навантаження, Вт;

n – число апаратів, що підбираються;

k – коефіцієнт теплопередачі апарату, Вт ¤ (м².К);

q – середній температурний напір між середовищами, К.

Для батарей і повітроохолоджувачів у якості Q у формулу (53) підставляють загальне теплове навантаження споживача холоду, яке обчислюють за допомогою вираження (24), або з таблиці 13.

Для підбора випарників для охолодження рідких холодоносіїв

у якості Q у формулу (53) підставляють величину Q_и, визначену з вираження (49).

Величину Q = Q_к, використовувану для добору конденсаторів, знаходять після виконання теплового розрахунку циклу холодильної машини, добору компресорів і визначення теплоти Q_к, що відводиться в конденсаторі. При цьому, якщо холодовидатність підібраних компресорів більше її розрахункового значення, те відповідно потрібно збільшити величину Q_к, що підставляється у формулу (53).

При доборі переохолоджувачів, теплообмінників, визначенні площі поверхні змійовика промсосуда величину Q визначають за даними теплового розрахунку циклу холодильної машини як добуток масової витрати холодоагенту через апарат на різницю ентальпій холодоагенту на вході і виході з апарату.

Величина Q для підбора конденсатора-випарника каскадної холодильної машини дорівнює теплоті конденсації нижньої ступіні каскаду, збільшеної на (5...7) % для урахування зовнішніх теплоприпливів до апарату.

Для усіх апаратів холодильних установок площі теплообмінних поверхонь з боку кожної із середовищ, що обмінюються теплотою, не рівні між собою. Тому якщо, наприклад, апарат підбирають по площі зовнішньої теплопередавальної поверхні F = F_н, те у формулу (53) потрібно підставити значення коефіцієнта теплопередачі, віднесеного до цієї ж поверхні,

тобто k = k_н.

Нижче приведені отримані автором інтерполяційні формули, що дозволяють приблизно визначити практичні значення коефіцієнтів теплопередачі k_н, віднесені до зовнішньої поверхні камерних охолодних приладів, Вт ¤ (м².К).

Для аміачних і розсольних ореброваних пристінних і стельових батарей

(54)

де t_кам – температура камери, °С;

Z – кількість труб по висоті батареї;

q – середній температурний напір між повітрям камери і

аміаком (розсолом), К.

Для аміачних і розсольних гладкотрубних (d_н=57 мм) пристінних і стельових батарей

(55)

Формули (54) і (55) застосовні для температур t_кам= (0…-25) °С і враховують на батареях шар інею товщиною (5...6) мм.

Для аміачних повітроохолоджувачів

(56)

де w – швидкість повітря в живому перетині

повітроохолоджувача, м ¤ с;

t₀ – температура випару аміаку.

Формула (56) застосовна для температур t₀ = (0…-45) °С.

Для фреонових повітроохолоджувачів із пластинчастим оребренням значення k_н, визначене з (56) можна збільшити на (25.…30) %.

Таблиця 14. Загальні температурні напори і практичні

коефіцієнти теплопередачі теплообмінних апаратів

холодильних установок. (див. стор. 64)

* - різни