1.2. Расчет оборудования камеры охлаждения фруктов

Исходные данные. В камере охлаждения фруктов (рис. 6) с температурой t_пм =  0 С находятся яблоки, упакованные в деревянные ящики. Начальная температура яблок t_н = 25 C, конечная – t_к = 6 C.

Рис. 6. Камера охлаждения фруктов

Требуется: определить продолжительность охлаждения, вместимость камеры, тепловую нагрузку на камерное оборудование, подобрать воздухоохладители.

Для качественного и интенсивного охлаждения фруктов, уложенных в ящики, штабель формируем таким образом, чтобы обеспечить через него инфильтрацию холодного воздуха. При таком складировании норма загрузки, отнесенная к 1 м² строительной площади камеры составляет g_f = 400 кг/м² (прил. 7). Строительная площадь камеры

F = LB = 186 = 108 м².

Вместимость камеры

M = F g_f = 108400 = 43 200 кг = 43,2 т.

Продолжительность охлаждения яблок, уложенных в деревянную тару, можно найти из зависимости [7]

 = (1/m)ln((t_н – t_пм)/(t_к – t_пм)) =

= (1/0,000018) ln (25 – 0)/(6 – 0)) = 79 200 с = 22 ч,

где m – темп охлаждения; для яблок, упакованных в ящики, и при скорости ин-фильтрации воздуха w_н = 0,8 – 1,0 м/с принимают m = (16,1 – 19,7)10^–6 с^–1 [2].

Теплоприток через ограждающие конструкции камеры рассчитываем с учетом теплопритока от солнечной радиации только через кровлю холодильника [3]

Q₁ = (k_i F_i t_i) + kFt_с = 0,4064,8 (31 – 0) + 0,5264,8 (12 – 0) + + 0,37618 (31 – 0) + 0,3761818 = 2495 Вт  2,5 кВт,

где k – коэффициент теплопередачи ограждения, принимаем для наружной стены 0,40 Вт/(м²К), для внутренней с коридором – 0,52 Вт/(м²К), для покрытия – 0,37 Вт/(м²К) [3]; t_с – дополнительная разность температур от солнечной радиации [3], t_с = 18 С.

Теплоприток от охлаждаемых яблок, упакованных в ящики,

Q₂ = [M c_яб (t_н – t_к)/ + M_тc_т (t_н – t_к.т)/]K = [43 2003,3 (25 – 6)/79 200 + + 4 3202,7 (25 – 3)/79 200] 1,3 = 48,7 кВт,

где c_яб – удельная теплоемкость яблок, кДж/(кгК) (прил. 8); c_т – удельная теплоемкость тары, кДж/(кгК) (прил. 9); M_т – масса тары, M_т = 0,1M =  = 0,143 200 = 4 320 кг; t_к.т – температура тары в конце охлаждения, принимаем 3 С; K – коэффициент неравномерной тепловой нагрузки по времени (для камер с периодической нагрузкой-выгрузкой K = 1,2  1,3).

Теплоприток от биохимических процессов, протекающих в яблоках

Q_2б = M q_б = 43,29 = 400 Вт = 0,4 кВт,

где q_б – удельная теплота биохимического процесса (прил. 10), q_б = 9–11 Вт/т.

Эксплуатационные теплопритоки принимаем ориентировочно

Q₄ = 0,2Q₂ = 0,248,7  10 кВт.

Тепловая нагрузка на камерное оборудование будет равна

Q₀ = 2,5 + 48,7 + 0,4 + 10 = 61,6 кВт.

Теплообменная площадь воздухоохладителей должна быть не менее

F_в = Q₀ /(k₀₀) = 61 600/(156) = 684 м²,

где k₀ – коэффициент теплопередачи воздухоохладителя, принимаем 15 Вт/(м²К) (см. прил. 4); ₀ – температурный напор, с целью уменьшения опасности подмораживания продуктов для фруктовых камер принимают в пределах 5–6 К.

Принимаем к установке в камере аммиачные воздухоохладители марки GHP 065 F/212 (прил. 11). Воздухоохладитель имеет теплообменную поверхность f_в = 177,4 м², шаг оребрения t_р = 12 мм, диаметр вентилятора d_в = 0,65 м, мощность электродвигателя вентилятора N_вен = 0,75 кВт, два вентилятора n_вен = 2 шт., общая объемная подача вентиляторов V_вен = 17 400 м³/ч. Тогда количество установленных воздухоохладителей

n_в = F_в/f_в = 684/177,4 = 4 шт.

Суммарная объемная подача вентиляторов четырех воздухоохладителей

V_с = n_вV_вен = 417 400 = 70 000 м³/ч = 19,5 м³/с.

Кратность циркуляции воздуха в камере находим по зависимости

z = V_с/(LBH) = 70 000/(1864,8) = 135 ч^–1.

Для камер интенсивного охлаждения фруктов рекомендуемое значение кратности циркуляции 140–200 ч^–1, т. е. подобранные воздухоохладители удовлетворяют технологическим условиям работы такой камеры.

Действительная тепловая нагрузка на камерное оборудование составляет

Q_д = Q₁ + Q₂ + Q_2б + n_в n_вен N_в =

= 2,5 + 48,7 + 0,4 + 80,75 = 57,6 кВт,

что несколько меньше Q₀ = 61,6 кВт и дополнительных перерасчетов делать не требуется.

Величина охлаждения воздуха в воздухоохладителях

t = Q_д/ V_сс_в_в = 57,6/(19,511,3) = 2,46 С,

где с_в – удельная теплоемкость воздуха при температуре воздуха камеры, кДж/(кгК); _в — плотность воздуха, кг/м³ (см. прил. 1).

Для камер охлаждения рекомендуемая величина подохлаждения воздуха составляет t = 2–4 К. Следовательно, подобранные воздухоохладители удовлетворяют технологическим требованиям. На рис. 7 представлено размещение подобранных воздухоохладителей.

Рис. 7. Размещение воздухоохладителей в камере охлаждения фруктов:

1 – воздухоохладитель; 2 – камера

Возможен и другой вариант решения этой задачи с использованием хладоновых воздухоохладителей, например, марки GHP 071D/110 (см. прил. 12). Воздухоохладитель имеет теплообменную поверхность f_в = 114,1 м², шаг оребрения t_р = 10 мм, один вентилятор n_вен = 1, объемную подачу вентилятора V_вен =  13 230 м³/ч. Тогда количество установленных воздухоохладителей

n_в = F_в/f_в = 684/114,1 = 6 шт.

Суммарная объемная подача вентиляторов шести воздухоохладителей

V_с = n_вV_вен = 613 230 = 79 380 м³/ч = 22 м³/с.

Применение хладоновых воздухоохладителей позволяет укомплектовать каждый воздухоохладитель автоматизированным компрессорно-кон-денсаторным агрегатом, например, марки P8-LHA-50Х (прил. 14). Агрегат обеспечивает холодопроизводительность Q₀ = 10,2 кВт при температуре кипения хладона t₀ = –6 С и температуре окружающего воздуха t_н.в = 27 С.