Расчётная температура воздуха в дебаркадере холодильного склада

Наименование холодильного склада	Температура хранения груза, °С	Температура воздуха в дебаркадере, °С
Овощехранилище	2…9	0,7 tр.п + 0,6
Склад с преобладанием камер хранения для охлаждённых грузов	–5…0	0,7 tр.п – 0,6
То же, замороженных грузов	–6…–20	0,6 tр.п – 7,2
То же, низкотемпературных грузов	–21 и ниже	0,6 tр.п – 10,0

8.4 Концепция теплообменных процессов и регулирования температурного режима в рефрижераторных вагонах и контейнерах

8.4.1 Описание теплообменных процессов

В процессе загрузки рефрижераторного транспортного модуля

Процесс загрузки вагонов и контейнеров сопровождается теплопоступлениями в грузовое помещение:

– через ограждения кузова, если t_г.н отличается от t_ф, а также, если вагон охлаждён или обогрет перед погрузкой;

– за счёт инфильтрации воздуха через открытый дверной проём;

– за счёт биохимической теплоты, выделяемой плодоовощами;

– за счёт рассеянной и прямой солнечной радиации, воздействующей на часть боковой поверхности и крыши транспортного модуля при его нахождении на открытом грузовом фронте.

Совместное воздействие этих теплопритоков может привести к изменению температурных полей воздуха внутри грузового помещения и груза к моменту окончания погрузки (рисунок 8.3).

При поступлении в вагон или контейнер неохлаждённого груза его начальная температура (t_г.н), а также температура воздуха в грузовом помещении в начале погрузки (t_в.н.п) принимаются одинаковыми и равными (см. рис. 8.3, а) температуре воздуха на грузовом фронте (t_ф). К концу погрузки температурные поля груза, наружного воздуха и воздуха в грузовом помещении практически не изменятся, и можно принять температуру груза после погрузки (t_г.п.п) равную t_г.н. Температура неохлаждённых плодоовощей к концу погрузки может повыситься на 1…2 °С за счёт выделяемой биохимической теплоты (см. рис. 8.3, б).

Возможны варианты, когда температура неохлаждённых грузов при погрузке и температура воздуха на грузовом фронте различны (см. рис. 8.3, в, г). Здесь температура груза к концу погрузки может измениться, но незначительно.

Рисунок 8.3 – Динамика теплообменных процессов при погрузке скоропортящихся грузов в изотермические транспортные модули в координатах t° (температура) –,  (время):

а, б, в, г, – транспортный модуль и груз термически не подготовлены к погрузке; д, е – то же, подготовлены; t_г.н – начальная температура груза; t_г.п.п – то же, после погрузки; t_в.н.п – температура воздуха в грузовом помещении в начале погрузки; t_в.п.п – то же, после погрузки; t_ф – температура воздуха на грузовом фронте

При погрузке охлаждённых или замороженных грузов значения t_г.н и t_в.н.п могут сильно отличаться от t_ф, (см. рис. 8.3, д, е). Здесь температура груза к концу погрузки может измениться больше, чем в предыдущих вариантах, но не более чем на 3,0 °С.

После загрузки и закрытия дверей рефрижераторного вагона или контейнера запускают дизель-генераторы, устанавливают требуемый температурный режим и режим обслуживания груза в пути, включают холодильно-отопительное оборудование. При этом сначала начинают работать вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза во всех случаях, показанных на рисунке 8.3, выравниваются, т. е. температура свободного воздуха внутри транспортного модуля после погрузки (t_в.п.п) становится примерно равной t_г.п.п. Таким способом бригады механиков контролируют (косвенно) фактическую температуру принятого груза.

Через 7…10 мин после включения вентиляторов-циркуляторов автоматически включаются холодильные машины или электропечи в зависимости от способа обслуживания груза в пути.

В процессе транспортировки груза

В процессе транспортировки груза возможны различные варианты протекания теплообменных процессов в грузовом помещении. Рассмотрим два из них при перевозке в рефрижераторном вагоне неохлаждённых плодоовощей.

Вариант 1. Расчётная температура наружного воздуха (t_р) выше назначенного температурного режима перевозки (t_в). В качестве примера допустим, что t_г.н ниже t_ф, а t_ф выше t_р (рисунок 8.4).

Поскольку грузятся неохлаждённые плодоовощи, то по Правилам предварительное охлаждение вагона не требуется. Тогда, t_в.н.п = t_ф, а теплопритоки в вагон при погрузке минимальны. Тогда на момент включения холодильных машин можно принять:

.

После включения холодильных машин из воздухораспределителя в грузовое помещение вагона начинает поступать холодный воздух, нагнетаемый вентиляторами-циркуляторами, и заполнять свободное пространство вокруг и внутри штабеля груза в соответствии с применяемой схемой циркуляции воздуха «вокруг и внутри штабеля». Нагретый от груза и стен вагона тёплый воздух направляется к испарителям холодильных машин, охлаждается и снова нагнетается в воздухораспределитель, и процесс повторяется. За счёт работы холодильных машин происходит постепенное охлаждение циркулируемого воздуха, тары вагона и груза. Компенсируются внешние и внутренние теплопоступления.

Рисунок 8.4 – Динамика охлаждения воздуха и груза в вагоне при температурах наружного воздуха выше температурного режима перевозки в координатах t° (температура),  (время):

НТРП – нестационарный температурный режим перевозки; ХМ – работа холодильных машин; Г – груз (в данном случае источник теплопоступлений); ОС – окружающая среда (источник теплопоступлений); t_р, t_г, t_в – соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха внутри грузового помещения вагона; _в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; _г – продолжительность охлаждения груза; _об – общая продолжительность обслуживания груза в пути

Результаты контрольно-опытных перевозок, проведённых учёными ПГУПС, показали, что интенсивность погашения теплопоступлений холодильным оборудованием различна. Первым всегда погашается теплоприток от вентиляторов-циркуляторов. Затем компенсируются теплопритоки через ограждения кузова вагона, включая солнечную радиацию, и за счёт инфильтрации воздуха. Охлаждается кузов вагона. Одновременно, но менее интенсивно, погашаются теплопритоки от плодоовощей. Причём груз будет крайне медленно охлаждаться при плотной погрузке. Фактор интенсивности погашения теплопритоков учитывают при определении основных характеристик теплообменных процессов.

Время первоначального охлаждения воздуха в рефрижераторном вагоне (см. рис. 8.4) будет длиться до тех пор, пока его температура не достигнет нижней границы требуемого температурного режима (t_в.н). После этого холодильные машины отключают. За счёт положительных суммарных теплопритоков циркулируемый воздух в вагоне будет прогреваться. При достижении температуры воздуха верхней границы режима перевозки (t_в.в) вновь включают холодильные машины, процесс повторяется.

Продолжительность первоначального охлаждения воздуха в вагоне (_в) до нижней границы температурного режима (см. рис. 8.4) называют нестационарным температурным режимом перевозки (НТРП). Дальнейшая циклическая работа холодильного оборудования для поддержания температурного режима между нижней и верхней границами осуществляется в стационарном температурном режиме перевозки.

По мере охлаждения груза интервалы между выключением и включением холодильных машин в стационарном режиме заметно увеличиваются. При продолжительности пауз в работе холодильных машин более 9 мин вентиляторы-циркуляторы (на время пауз) автоматически отключаются.

Охлаждение груза до верхней границы температурного режима (см. рис. 8.4), осуществляется за время _г, которое соответствует длительности режима конвективного теплообмена «охлаждение груза». Затем наступает режим «теплокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки.

Вариант 2. Неохлаждённые плодоовощи грузятся и охлаждаются в пути при расчётной температуре наружного воздуха ниже требуемого режима перевозки (рисунок 8.5). В данном примере начальная температура груза (t_г.н) при погрузке не соответствует расчётной температуре воздуха на грузовом фронте (t_ф). Температура воздуха в грузовом помещении вагона в начале погрузки (t_в.н.п), наоборот, соответствует t_ф, так как для погрузки неохлаждённых плодоовощей предварительное отепление рефрижераторных вагонов не производят.

Рисунок 8.5 – Динамика охлаждения воздуха и груза в вагоне при температурах наружного воздуха ниже назначенного температурного режима:

НТРП – нестационарный температурный режим перевозки; ХМ – работа холодильных машин; Г – груз (источник теплопритока); ОС – окружающая среда (источник холодопритока); ЭП – работа электрических печей; t_р, t_г, t_в – соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха внутри вагона;_в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; _г – продолжительность охлаждения груза; _об – общая продолжительность обслуживания груза в пути

К моменту закрытия дверей вагона температура воздуха в грузовом помещении достигнет значений, близких к температуре груза (см. рис. 8.3, в и рис. 8.5), и на момент включения холодильных машин будем иметь:

t_в.п.п = t_г.п.п.

Охлаждение воздуха и груза в вагоне до нижней границы температурного режима перевозки будет также осуществляться с помощью холодильных машин, как и в первом случае. Однако этот процесс будет протекать значительно быстрее, так как в вагон поступает холод от окружающей среды вследствие теплопередачи. Если мощность холодопритоков от наружного воздуха соответствует мощности теплоотдачи груза, то работу холодильных машин может полностью выполнять окружающая среда. Если же мощность холодопритоков от наружного воздуха превышает мощность теплоотдачи груза в режиме «охлаждение», то регулирование нижней и верхней границ температурного режима осуществляют периодическим включением электропечей.

По завершении охлаждения груза наступает теплообменный режим «хладокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки (см. рис. 8.5). При этом регулирование требуемых границ температурного режима перевозки осуществляется только периодическим включением электропечей.