2.9. Проектирование холодильников

На предприятиях «искусственный» холод используют для обслуживания следующих объектов: камер для охлаждения и хранения охлажденного сырья; морозильных камер; скороморозильных аппаратов; камер для хранения замороженного сырья или продукции; технологических аппаратов.

Для получения холода применяют преимущественно комп­рессионные установки. Камеры и аппараты обслуживаются не­посредственным испарением или рассольным охлаждением.

Достоинством рассольного охлаждения является возможность аккумуляции холода, что позволяет периодически выключать часть мощностей холодильной установки. Кроме того, при рас­сольном охлаждении упрощается регулирование температуры и исключается отрицательное влияние холодильного агента на продукт в случае неплотности системы.

Непосредственное испарение применяют там, где требу­ются постоянные низкие температуры: в камерах заморажива­ния, скороморозильных аппаратах некоторых конструкций. Расход холода при непосредственном охлаждении меньше, а схема использования холода проще, чем при рассольном охлаж­дении.

2.9.1. Калорический расчет холодильной установки

Калорический расчет выполняют с целью определения рас­хода холода и выбора холодильных машин.

Затраты холода (в Вт) в холодильных камерах складываются из следующих статей расхода [3]:

Qj — на компенсацию потерь холода через ограждения (полы, стены, потолки);

Q₂ — на термическую обработку продуктов;

Q₃ — на охлаждение и осушение воздуха, подаваемого для вентиляции камер;

Q₄ — на компенсацию эксплуатационных потерь холода (из-за открывания дверей камеры, освещения, работы электродви­гателей, пребывания в камере людей и пр.).

Общий расход холода (в Вт):

Qо_бщ = Q ₁ + Q_{2 +} Q₃ + Q₄ (2.76)

Расход холода (в Вт) на компенсацию потерь через огражде­ния, связанный с разностью температур соседних помещений и притоком тепла в результате солнечной радиации, рассчитыва­ют по формуле:

Q₁ = F K [(t_H- t_B) + t_изб] (2.77)

где F— поверхность ограждения, м²; К— коэффициент тепло­передачи ограждения, Вт/ (м²К); t_ни t_B — температура воз­духа снаружи и внутри камер, °С; t_изб — избыточная раз­ность температур, °С.

Температура наружного воздуха t_H в отдельных помещениях, смежных с холодильной камерой, бывает различной, и поэтому Q1 рассчитывают для каждого ограждения в отдельности.

Величина t_изб учитывается только для наружных поверхно­стей, подвергаемых облучению солнцем, и в зависимости от гео­графической широты принимается следующей:

Широта, град 40 50 60

t_изб ⁰_{C 15 10 5}

При термической обработке продуктов холод (в Вт) расходу­ется на их охлаждение, Q₂^ох, компенсацию тепловых выделений, связанных с биохимическими процессами, Q₂^б, конденсацию па­ров, образующихся в связи с усушкой продуктов, Q₂^ус, на за­мораживание, (Q₂^зам, и домораживание продукции, Q₂^дом .

Qобщ = Q₂^ох + Q₂^{б +} Q₂^{ус +} Q₂^{зам +} Q₂^дом (2.78)

Если продукт хранится в охлажденном виде, то Q₂^ОХ расходу­ется на доведение его до требуемой температуры, а если подле­жит замораживанию, — то до криоскопической точки. Для упа­кованных продуктов учитывают расход холода на охлаждение тары. Масса бочек и ящиков составляет 10-15%, а стеклянных банок 30-35% от массы нетто продукта.

q₂^0X = (т_п с_п + т_т с_т ) (t_H - t_к ), (2.79)

где т_п и т_т — масса продукта и тары, кг; с_п и с_т — удельная теплоемкость продукта и тары, Дж/(кг. К); t_H и t_к — началь­ная и конечная температура продукта в таре, "С.

Расход холода (в Вт) на компенсацию тепловых выделений рассчитывается по формуле:

Q₂^б=mп g, (2.80)

где g — удельное количество тепла, выделяемого в 1 с, Вт/кг.

Величину g (в Дж/кг . с) можно принять следующей:

для мяса, птиц и рыбы 0 ,17

для ягод 0,11

для плодов 0 ,03

Расход холода (в Вт) на конденсацию паров, выделяющихся в результате усушки продукта, находят из выражения:

Q₂^yc = g m_n rи + gин r_{K ,} (2.81)

где g— относительная усушка, доли единицы; g_m — количество инея, конденсирующегося на батареях, кг/с; rи и r_K — удель­ная теплота испарения и конденсации, Дж/кг.

Расход холода (в Вт) на замораживание продукта, охлажден­ного до криоскопической точки, составляет:

Q₂^зам _{= mn W  rл ,} (2.82)

где W— относительное содержание влаги в продукте, доли еди­ницы; _ — относительное количество вымороженной влаги при средней конечной температуре замораживания, доли единицы; г_л— удельная теплота льдообразования, равная 335 • 10³Дж/кг.

Если продукт содержит, например, 75% влаги, а количество вымороженной влаги составляет 87,4% от общего ее количества, то W= 0,75, а _ = 0,874.

Необходимое количество холода (Вт) на домораживание продукта рассчитывается по формуле:

Q₂^дом = _mn с_3п (k_p-t_cp._K), (2.83)

где с_3п — удельная теплоемкость замороженного продукта, Дж/(кг- К); t_кр и t_ср.к — криоскопическая и средняя конечная температура, °С.

Расход холода (Вт) на охлаждение, замораживание и домораживание продукта может быть ориентировочно определен, исходя из изменения его теплосодержания, по формуле:

Q₂ = m_n(iн – i к), (2.84)

где iн и i к — начальная и конечная энтальпия продукта, Дж/кг.

Расход холода (Вт) на охлаждение и осушение воздуха, свя­занные с вентиляцией, рассчитывают по формуле:

Q₃ = V a/v [p (iн – i к ) + r_K (g_H . _н+ g_{K . к})], (2.85)

где V— объем вентилируемой камеры, м³;a/v— кратность смены воздуха в единицу времени, м³/с; р — плотность воздуха в камере, кг/м³; iн и iк — энтальпия наружного воздуха в ка­мере при соответствующей влажности, Дж/кг; r_к— удельная теплота конденсации водяных паров, Дж/кг; g_H и g_K — содер­жание влаги в воздухе наружном и в камере, кг/м³; _н и _н — относительная влажность воздуха наружного и в камере, доли единицы.

Эксплуатационные потери холода (Вт) складываются из сле­дующих величин.

1. Потери холода через дверные проемы

Q₄^дв _{= qдв} F, (2.86)

где _qдв — удельный приток тепла при открывании дверей (на 1 м²пола камеры), Вт/м²(приведен в табл. 2.34); F — площадь камеры, м².

Таблица 2.34- Удельный приток тепла при открывании дверей

Помещения	Удельный приток тепла при открывании дверей при высоте камеры 3,6 м и площади
	до 50 м2	до 150 м2	свыше 150 м2
Камеры хранения охлажденных грузов Камеры замораживания Камеры хранения замороженных грузов Экспедиция	17,5 18,6 12,8 46,5	9,3 9,3 7,0 23,2	7,0 7,0 4,6 11,6

2. Потери холода, связанные с электрическим освещением и работой электродвигателей.

Q₄^эл = qосв ^F + одн  Nдв 10³ (^2.87)

где q_осв — удельный приток тепла от освещения, Вт/м²;  Nдв — суммарная мощность электродвигателей, кВт; одн — коэф­фициент одновременности работы двигателей, в зависимо­сти от их количества и характера технологического процесса колеблется от 0,4 до 1,0.

q_осв зависит от типа помещения и коэффициента одновременности включения светильников и составляет в среднем (Вт/м²): для производственных помещений — 4,5; для складских помещений — 1,16; для малых холодильных камер — 3,1.

3. Потери холода, связанные с пребыванием людей в каме­рах.

0₄^прл = 350 п , (2.88)

где n - количество человек, находящихся одновременно в ка­мере.

Суммарные потери холода Q4 составляют для крупных холодильников 10%, для мелких — до 40% от общих тепловых потерь через ограждения Q_x1 и потерь, связанных с вентиляцией Q_3.