Лабораторная работа № 4. Определение необходимой холодопроизводительности холодильного оборудования

Цель работы

Познакомиться с методикой определения холодопроизводительности для создания необходимых условий хранения продуктов.

Задание

1. Для заданных продуктов и различных условий холодильного хранения рассчитать необходимую холодопроизводительность оборудования.

Общие сведения

Для обеспечения необходимых условий холодильной обработ­ки и хранения продуктов необходимо, чтобы холодильное оборудо­вание обладало необходимой холодопроизводительностью. Общая тепловая нагрузка на торговое холодильное оборудование укрупнено состоит из четырех отдельных нагрузок:

– теплоприток из окружающей среды через стены холодильника;

– тепловая нагрузка от воздухообмена;

– тепловая нагрузка от продуктов;

– дополнительные тепловые нагрузки от электроприборов, оборудо­вания и т.д.

Количество теплоты, передаваемое холодильной камере через стены, потолок и пол охлаждаемого пространства можно рассчитать по уравнению:

Q_c=Fkt, (1)

где Q_с – интенсивность теплопередачи, Дж/c; F – площадь наружной поверхности стен, потолка и пола, м²; k – коэффициент теплопередачи, Дж /м²Кc, зависящий от теплопроводности материала стен; t – разность температур окружающей холодильную камеру внешней среды и охлаждающей среды холодильной камеры. Коэффициент теплопередачи следует выбирать из табл. П1.6 и табл. П1.7 приложения 1.

Воздухообмен в охлаждаемом пространстве в основном происхо­дит через открытые двери и зависит от размера дверей, частоты и длительности их открывания, внутреннего размера холодильной ка­меры. Величину воздухообмена можно рассчитать, как:

Q_в=_вk_в, (2)

где Q_в - тепловая нагрузка от воздухообмена, Дж/с; _в – интенсивность инфильтрации воздуха (табл. П1.5 приложения 1), м³/с ; k_в – коэффициент воздухообмена (табл. П1.9 приложения 1), Дж/м³;

Тепловая нагрузка от продукта является одним из важнейших сла­гаемых при расчете необходимой холодопроизводительности обору­дования. В случае применения технологии охлаждения (то есть темпера­тура охлаждающей среды выше криоскопической температуры про­дукта) количество теплоты от продукта можно определить, как:

Q_пр =тСt, (3)

где Q_np – количество теплоты от продукта, Дж; т – масса продукта, кг; С – удельная теплоемкость продукта, Дж/кгК; t – разность между начальной и конечной температурой продукта, К.

Для учета интенсивности теплоотвода за единицу времени в фор­мулу (3) вводят значение времени охлаждения  :

Q_пр =тСt/. (4)

За единицу времени в расчетах обычно принимают 24 ч.

При холодильном хранении продуктов растительного происхождения необходимо учитывать следующие обстоятельства. Качество хранимых фруктов и овощей изменяется с течением времени. Наиболее важные изменения обусловлены дыханием, в процессе которого кислород воздуха соединяется с углеводами ткани продукта с выделением углекислого газа и теплоты. Высвобожденная теплота называется теплотой дыхания и должна учитываться как часть тепловой нагрузки в процессе хранения фруктов и овощей при температуре выше точки замораживания по следующей зависимости:

Q_дых = mq_пр, (5)

где m – масса продукта, кг; q_пр – интенсивность дыхания, Вт/кг, которая для различных фруктов и овощей приведена в табл. П1.10 приложения 1.

Одним из важных режимов охлаждения, особенно на первой ста­дии, является скорость охлаждения. Чем она выше, тем меньше веро­ятность порчи продукта в процессе хранения. Скорость охлаждения зависит от свойств продукта. Для учета скорости охлаждения при расчете тепловой нагрузки от продукта используют коэффициент скорости охлаждения k_:

Q_пр =тСt/ k_. (6)

Несколько иначе рассчитывается количество теплоты, необходи­мое для замораживания продукта Q₃. Оно складывается из трех сла­гаемых:

– теплоты Q₁, необходимой для охлаждения продукта до криоско­пической температуры и рассчитываемой по формуле (3);

– теплоты Q₂, необходимой для замораживания продукта и рассчи­тываемой по формуле:

Q₂=mq_кр, (7)

где q_кр – скрытая теплота кристаллизации, Дж/кг; m – масса продукта, кг;

– теплоты Q₃, необходимой для охлаждения замороженного про­дукта до конечной температуры хранения. Она рассчитывается, как количество теплоты для охлаждения (по формуле (3)), но в качестве удельной теплоемкости берется значение удельной теп­лоемкости замороженного продукта С_м.

Эквивалентную часовую тепловую нагрузку от продукта при за­мораживании можно рассчитать по формуле:

, (8)

где  – время достижения продуктом конечной температуры.

Тепловую нагрузку, связанную с теплопритоком от ламп освещения, электродвигателей и других меха­низмов, можно учесть непосредственно в общей тепловой нагрузке, если она известна по условию задачи. Теплоприток от освещения рассчитывают, умножая мощность лампы освещения на количество часов ее работы и деля на 24 часа:

. (9)

Здесь N – мощность лампы освещения, Вт; n – количество ламп;  – количество часов работы ламп, ч.

Тепловую нагрузку работающих людей можно также учесть непосредственно в общей тепловой нагрузке, используя данные о теплопритоке от одного работающего человека табл. П1.11 приложения 1 , по следующей формуле:

(10)

Здесь n – количество людей в камере; q_л – теплоприток от одного человека (см. табл. П1.11 приложения 1);  – продолжительность нахождения людей в холодильной камере, ч.

Общая тепловая нагрузка и, следовательно, необходимая холодопроизводительность холодильного оборудования Q_x рассчиты­вается, как:

, (9)

где Q_i – отдельные теплопритоки, рассчитанные по указанным выше формулам; К_з = 1,1... 1,2 – коэффициент запаса, учитывающий дополни­тельные возможные эксплуатационные тепловые нагрузки; К_р= _р/24 – коэффициент работы холодильной машины в су­тки, где _р – время работы холодильной маши­ны в сутки.