Розрахунок теплоприпливів в холодильник

Завданням калоричного розрахунку в загальному випадку є визначення сумарного теплоприпливу в його приміщення з тим, щоб, використовуючи цю величину, підібрати необхідне холодильне устаткування.

Сумарний теплоприплив на холодильнику складається з теплоприпливу в камери зберігання і в камеру охолоджування вантажів. Теплоприплив в камеру зберігання холодильника Q' визначають приблизно, за укрупненими показниками, відповідно до формули

, Вт, (4)

де q_F – питомий теплоприплив, віднесений до 1 м² площі камери. Для камер зберігання охолоджених вантажів в [5, с. 151] рекомендується приймати q_F = 50...80 Вт/м²;

F_буд – будівельна площа камер схову.

Окрім цього, деяку кількість холоду Q'' необхідно передбачити для потреб камери охолоджування вантажу. Калоричний розрахунок теплоприпливів в камеру охолоджування вантажів проводять в повному об'ємі. З цією метою визначають її основні розміри.

Рис. 1 – План холодильника

Площу камери охолоджування визначають за формулами (1) – (3), а лінійні розміри стін а і b – розраховують, виходячи з величини F_буд. При цьому бажано величину а задати кратною 6 метрам, оскільки опорні колони в камерах проектують уздовж капітальних стін.

Величину Q'' визначають за наступною схемою:

, Вт,

де Q₁ - теплоприпливи через огорожі камери;

Q₂ - теплоприпливи від вантажу;

Q₃ - теплоприпливи, пов'язані з вентиляцією камери охолоджування;

Q₄ - експлуатаційні теплоприпливи.

Теплоприплив через огорожі визначають як суму теплоприпливів через стіни, перегородки, стелю та підлогу. Ці теплоприпливи викликані наявністю різниці температур зовні огорожі і усередині камери ( ), а також наявністю сонячної радіації ( ). Кожен з цих доданків визначають за формулою

, Вт

де К_д - дійсний коефіцієнт теплопередачі через огорожу, визначений за вибраною товщиною теплоізоляції;

F - поверхня огорожі;

t_н – температура зовні огорожі;

t_в – температура усередині камери, приймається рівною t_ван.

Величини F легко визначити, знаючи розміри камери охолоджування, а різницю (t_н – t_в) – за температурою зовнішнього повітря і відомій температурі t_ван. При цьому, якщо приміщення граничить з іншим приміщенням, температура в якому відома, то за температуру t_н приймають температуру даного приміщення. Для зручності в розрахунках можна прийняти, що підлога холодильника розташована на ґрунті і забезпечена пристроєм для підігріву ґрунту. В цьому випадку рекомендується прийняти t_н = 3 °С і теплоприплив через підлогу не враховувати взагалі.

Дещо складніше визначити величину К_д. Початковими даними до розрахунку К_д повинні бути матеріал теплоізоляції і його характеристики, конструкція огорожі (вона, як правило, багатошарова) і середньорічна температура зовнішнього повітря в районі, де розташований холодильник. Методика визначення К_д наведена в [1, с. 420-424; 6, с. 52-54; 7, с. 95-97].

Постанова завдання при цьому наступна: яку товщину ізоляції обраного типу необхідно передбачити на кожній огорожі камери, якщо відома будівельна конструкція огорож. Товщина теплоізоляційного шару огорож холодильника повинна бути розрахована з використанням нормативних значень коефіцієнтів теплопередачі, установлених СН і П 11-105-74 «Холодильники. Норми проектування». Потрібні в розрахунку нормативні значення коефіцієнтів теплопередачі для зовнішніх стін і безгорищних покриттів холодильників наведені в табл. 2. Їх слід вибрати залежно від середньорічної температури зовнішнього повітря t і температури повітря усередині камери. При користуванні табл. 2 можна умовно прийняти, що t нижче t_н.в на 25 °С.

Таблиця 2

Примітка. У чисельнику наведене значення коефіцієнта теплопередачі для зовнішніх стін, в знаменнику – для безгорищних перекриттів.

Як приклад розглянемо рішення задачі подібного типу, наведене в [6, с. 54]: «Визначити товщину ізоляційного шару зовнішньої стіни камери зберігання морожених вантажів холодильника (t_в = –20 °С), розташованого в м. Грозному».

Конструкція зовнішньої стіни холодильника типова (рис. 2б): цегляна кладка в півтори цеглини d_к = 380 мм, покрита з двох сторін цементною штукатуркою d_шт = 20 мм.

Пароізоляція складається з шару гідроізолу товщиною d_п = 4 мм. Як теплоізоляція застосовані плити з пінопласту полістерольного за ГОСТ 15588-70 завтовшки d_из. Обробний шар – штукатурка цементно-вапняна по сітці (у розрахунку для спрощення будуть прийняті 3 шари штукатурки завтовшки 20 мм кожен).

Рис. 2. Конструкція ізольованої підлоги (а) і зовнішньої стіни холодильника (б): а – підлога на сухому піщаному ґрунті: 1 – асфальтобетон; 2 – бетон і армований бетон; 3 – гідроізоляція; 4 – шлакобетон; 5 – шлак; б – зовнішня стіна низькотемпературної камери: 1 – штукатурка; 2 – цегляна кладка, 3 – пароізоляція; 4 – теплоізоляція; 5 – обробний шар штукатурки.

Рішення задачі починають з визначення за довідковою літературою середньорічної температури. У місті Грозному ця температура дорівнює 10,1 °С. Коефіцієнт теплопередачі для камер зберігання морожених вантажів з температурою –20 °С визначають за табл. 2 – К = 0,21 Вт/(м²×К).

Стосовно даної стіни можна записати наступний вираз для коефіцієнта теплопередачі:

, . (7)

де a_н та a_в – коефіцієнти тепловіддачі зовнішнього повітря до стіни і від внутрішньої поверхні стіни до повітря камери, відповідно. Ці величини, в принципі, змінні, але для камер зберігання (охолоджування) холодильників можуть бути прийняті з літератури [6, с.54, або 1, с.423]:

a_н = 20...26 Вт/(м²×К), a_в = 6...9 Вт/(м²×К);

d – товщина відповідних шарів стінки, м;

l – їх коефіцієнти теплопроводності, Вт/(м×К).

У табл. 3 наведені значення l найбільш широко вживаних будівельних і ізоляційних матеріалів.

З рівняння (7) розрахункова товщина шару теплоізоляції визначиться так:

м. (8)

Округляючи цю величину і приймаючи товщину ізоляційного шару 200 мм (4 шари стандартних плит по 50 мм або подвійний шар по 100 мм), можна визначити дійсний коефіцієнт теплопередачі К_д, розрахований за наведеною вище формулою (7). Тут треба підставити прийняту стандартну товщину ізоляції d_из = 200 мм.

.

Таблиця 3

За аналогічною схемою необхідно розрахувати товщину шару теплоізоляції зовнішньої стіни камери охолоджування. При цьому конструкцію стінки вибрати самостійно, а відповідні значення l – з табл. 3.

В принципі значення К_д для кожного типу огорожі камери повинні бути різними (для внутрішніх перегородок і перекриттів він істотно більший, ніж для зовнішніх огорож, оскільки значно вища температура зовні таких огорож).

Нормативний коефіцієнт теплопередачі перегородки, яка відокремлює камеру охолоджування від неохолоджуваного коридора, прийняти рівним 0,4...0,5 Вт/(м²×К), і внутрішньої стіни, що відокремлює камеру зберігання, 0,52 Вт/(м²×К). При одноповерховому холодильнику К_д для покрівлі можна прийняти рівним нормативному коефіцієнту теплопередачі з табл. 2.

Визначаючи за формулою (6) теплоприплив через кожну з шести огорож камери і, склавши їх, отримаємо величину .

Методика визначення теплоприпливів від сонячної радіації припускає також використання формули (6) для визначення теплоприпливу через кожну огорожу, що піддається сонячному опромінюванню. При вибраному в розрахунку плані камери охолоджування і орієнтування її щодо сторін світа, дії сонячної радіації можуть піддаватися дві зовнішні стіни камери, а якщо камера розташована на верхньому поверсі – і покрівля. Умовно передбачається, що дія сонячної радіації створює додаткову різницю температур зовні і усередині приміщення Dt_c.p. Таким чином, за формулою (6) підраховують теплоприплив через кожну огорожу, що піддається дії сонячного випромінювання. Величина Dt_c.p залежить від місця розташування холодильника (географічної широти), характеру поверхні і орієнтування її по сторонах світа. Надмірна різниця температур плоскої покрівлі залежить тільки від тону забарвлення і не залежить від орієнтування і широти. Для плоских покрівель темних тонів в [6, с. 61] рекомендується Dt_c.p = 17,7 °С, а при забарвленні світлими тонами Dt_c.p = 14,9 °С.

Надмірну різницю температур зовнішніх стін можна прийняти за табл. 4.

Таблиця 4

При розрахунках зазвичай враховують теплоприплив від сонячної радіації через покрівлю і одну із стін (зазвичай найбільшу). Сума цих величин і складає . Розрахунок теплоприпливів необхідно виконувати по кожній огорожі. Окремо враховують і теплоприплив від сонячної радіації. Результати вносять до таблиці за формою:

Теплоприпливи, пов'язані з охолоджуванням вантажу в камері охолоджування Q₂, можна визначити за формулою

, Вт, (9)

де G_c – добове знаходження вантажу до камери охолоджування, який згідно завданню складає 10 % місткості холодильника, т/добу;

i_н – ентальпія продукту, що поступає, кДж/кг;

i_к – ентальпія замороженого продукту, кДж/кг;

t – тривалість охолоджування вантажу, час.

Значення ентальпії залежно від температури вантажів, передбачених всіма варіантами завдання, наведені в табл. 5.

Таблиця 5

Теплоприплив від зовнішнього повітря при вентиляції приміщення обчислюють за формулою

, Вт,

де а – кратність повітрообміну в камері, тобто величина, вказуюча, скільки разів протягом доби повітря видаляють з камери і заповнюють зовнішнім повітрям, і залежна від типу камери і виду вантажу, розміщеного в ній; для птиці, риби, м'яса, субпродуктів прийняти а = 1, для сиру, масла, молока а = 2, для винограду а = 3, для яблук а = 4;

V - об'єм вентильованого приміщення, м³;

r - щільність зовнішнього повітря, кг/м³;

i_з - ентальпія зовнішнього повітря, кДж/кг;

i_в - ентальпія повітря в камері, кДж/кг.

Значення i_з та i_в знаходять за i, d-діаграмою вологого повітря залежно від температури і відносної вологості зовнішнього повітря.

У табл. 6 наведені значення ентальпії вологого повітря і значення r залежно від температури, які умовно можна використовувати при розрахунку Q₃.

Таблиця 6

При експлуатації камери охолоджування обов'язково виникає ряд теплоприпливів Q₄, пов'язаних з наявністю електричного освітлення в камері, роботою електродвигунів і так далі. Як правило, вони невеликі і при достатній конкретизації початкових даних можуть бути точно розраховані [6, с. 65-67]. Проте у багатьох випадках, особливо при учбовому проектуванні, має сенс визначити Q₄ як деяку частину (Q₁ + Q₃):

, Вт.

Теплове навантаження на камерне устаткування (батареї, повітроохолоджувачі) визначають як суму всіх теплоприпливів в дану камеру. Теплове навантаження на компресор (його холодопродуктивність) розраховують за формулою (6), с. 69-71

, Вт, (12)

де Q_сум – сумарне навантаження на компресор, враховуюче теплоприпливи, в камери схову холодильника Q' і сумарну потребу в холоді камери охолоджування вантажу Q'':

, Вт.

k - коефіцієнт, що враховує втрати холоду в трубопроводах і апаратах холодильної установки (для камери охолоджування з безпосереднім кипінням агента в батареях k = 1,05...1,07);

b - коефіцієнт робочого часу (у крупних холодильниках b = 0,9; у малих – 0,7).

Таким чином, величина Q₀ є результатом калоричного розрахунку потреб холода всього холодильника, яка і буде використана надалі при підборі холодильного устаткування компресорного цеху.

Поиск по сайту: