Холодильное и вентиляц оборудование Белов ЕЛ

121

лью. Отсюда рассол опускается в генератор холода, заполненный дробленым льдом, где плотность рассола уменьшается вследствие разбавления его водой, образовавшейся при таянии льда. В батарее рассол нагревается и под действием более тяжелого столба жидкости на участке «концентратор— генератор холода» возвращается в концентратор, где его концентрация восстанавливается. Излишек рассола сливается в дренаж.

Рис. 13.7. Генератор холода для воздуходувного ох-

лаждения:

1—вентилятор; 2—всасывающий канал; 3 — нагнетательный канал; 4—решетки; 5— бак с изоляцией; 6 — кран спуска рассола

При воздуходувной системе льдосоляного охлаждения преду сматривается специальный генератор холода с вентилятором и воздушными каналами, соединенными с охлаждаемым помещением (рис. 13.7). Вентилятор всасывает воздух из камеры, продувает через слой льдосоля-ной смеси в генераторе холода и вновь возвращает воздух в холодильную камеру.

Применяют также бунт-холодогенератор (рис. 13.8). Зимой лед намораживают на железобетонном поддоне. Летом же холод тающего льда передается циркулирующей водой или рассолом к трубчатым охладителям.

Бунты-холодогенераторы могут быть использованы для охлаждения молока на молокоприемных пунктах. Их преимущества — более высокая экономичность вследствие значительного сокращения затрат на разработку льда в бунте, его транспортирование и измельчение, а также улучшение санитарных условий работы предприятия.

Рис. 13.8. Льдобунт-

холодогенератор: 1 — бетонная или глинобитная площадка с бортами; 2 — перфорированная труба; 3 — очертания льдобунта; 4 — гравийный фильтр; 5 — решетка и порожек; 6 — перелив; 7 — молокоохладитель; 8 — насос с электродвигателем; 9 — водоспускной вентиль

Ледяное и льдосоляное охлаждение с использованием естественного льда применяют главным образом в установках небольшой и средней производительности в районах, где имеется возможность заготовить достаточно большое количество льда. Некоторые способы ледяного и льдосоляного охлаждения получили также широкое распространение на транспорте.

123

Для производства блочного льда применяют льдогенераторы с рассольной системой охлаждения (рис. 13.9). Основная часть этого льдогенератора — сварной прямоугольный бак (из листовой стали толщиной 6...8 мм), разделенный прямоугольной перегородкой на два сообщающихся между собой отделения неодинаковой величины. В меньшем отделении расположены секции вер- тикально-трубного испарителя. В большее отделение на опорные швеллеры, приваренные к стенкам бака, электротельфером устанавливают рамы с залитыми водой формами. Для наполнения форм водой применяют специальное устройство.

Бак заполнен рассолом, охлаждаемым холодильной машиной до температуры -100С. Для побудительной циркуляции рассола в льдогенераторах установлены винтовые мешалки. Рассол циркулирует между секциями испарителя и формами, в которых образуется лед. Формы с водой загружаются с одной стороны бака, а вынимаются с противоположной (рамы с формами проталкиваются вдоль бака толкающим механизмом). После замораживания формы с блоками льда погружают в бачок с теплой водой для оттаивания (на 2...3 мин), затем при наклоне форм блоки свободно выпадают из них. Продолжительность замораживания блоков в формах по 25 кг — около 14 ч.

Вследствие наличия пузырьков воздуха в воде лед в формах получается мутным. Для получения прозрачного льда в формы вдувают сжатый воздух, который увлекает пузырьки воздуха из воды.

Расход холода на охлаждение, замораживание воды и переохлаждение льда (МДж/сут)

где cw, сл — удельные теплоемкости воды [сw = 4,19 кДж/(кгК)] и льда [сл = 2,1

кДж/(кгК)]; rл — теплота льдообразования (rл = 335 кДж/кт); (tw — начальная температура

воды, °С; tл — конечная температура льда (на 3...4 °С выше температуры рассола); Gлг— производительность льдогенератора, т/сут.

Льдогенератор чешуйчатого льда представляет собой стальной горизонтальный цилиндр-испаритель, медленно вращаемый электродвигателем вокруг своей оси через редуктор (8...12 об/мин). Цилиндр-испаритель, в полый вал которого подается жидкий аммиак, помещен в бак, заполненный водой. Жидкий аммиак кипит внутри цилиндра и отводится в виде пара через противоположный конец полого вала.

При вращении цилиндра поверхность его смачивается водой, которая замерзает в виде тонкой ледяной пленки толщиной 1...3 мм. Лед скалывается в виде чешуек и снежной массы неподвижным резцом и падает в бункер. Производительность льдогенератора диаметром цилиндра 700 мм и длиной 900 мм около 200...300 кг/ч.

Чешуйчатый лед удобен для использования в пищевой промышленности (в мясной, рыбной и т. п.).

Для производства трубчатого льда применяют кожухотрубные льдогенераторы вертикального типа (рис. 13.10).

Трубчатый лед (цилиндрический, полый или скорлупный) образуется внутри труб кожухотрубного аппарата, в межтрубном пространстве которого

124

кипит хладагент (аммиак) при низкой температуре. Вода поступает в вертикальные трубы аппарата через водораспределительное устройство и стекает тонкой пленкой по внутренней поверхности труб. Незамерзающая вода стекает в бак, расположенный под льдогенератором, откуда насосом снова подается в распределительное устройство. При непрерывной циркуляции замораживаемой воды из нее удаляется воздух, благодаря чему лед получается прозрачным.

После окончания процесса намораживания льда подачу воды в трубы прекращают. Льдогенератор отключают от всасывающей стороны холодильной установки. Горячие пары аммиака при давлении конденсации вытесняют жидкость из межтрубного пространства в ресивер и прогревают стенки труб. Происходит оттаивание — лед отделяется от стенок труб. Ледяные цилиндры под действием силы тяжести опускаются вниз и попадают под вращающийся нож, который режет лед на части.

После освобождения льдогенератора ото льда жидкий аммиак перепускают обратно из ресивера в испарительную часть и возобновляют процесс намораживания внутри труб.

Трубчатый лед широко применяют в быту, пищевой промышленности и торговле.

Рис. 13.10. Льдогенератор трубчатого льда:

1 — ресивер; 2 — бесшовные трубы; 3 — межтрубное пространство льдогенератора; 4 — вращающийся нож; 5 — насос для воды; 6 — бак для воды

Известны льдогенераторы для получения чешуйчато-трубчатого льда, в которых аммиак кипит внутри вертикальных труб, а лед намораживается на внешней поверхности их. Опыт и сравнительные расчеты показывают, что наружное намораживание льда эффективнее внутреннего.

Сухой лед. Как охлаждающее вещество сухой лед применяют в пищевой промышленности и в торговле, особенно при производстве и хранении мороженого.

Основные свойства сухого льда и физические принципы его получения, транспортирования и использования освещены в специальной литературе.

Производство сухого льда включает процессы предварительной очистки диоксида углерода и получения его в жидком состоянии. Полученный жидкий диоксид углерода дросселируют до давления ниже 0,518 МПа, при котором он переходит частично в твердое, а частично в парообразное состояние.

В зависимости от давления, при котором получают жидкий диоксид углерода, различают рабочие циклы производства сухого льда при высоком давлении (6,5...7 МПа), среднем (1,6...2 МПа) и низком (0,8...0,9 МПа). В первом случае диоксид углерода конденсируется с отводом теплоты наружной охлаждающей водой, во втором и третьем случаях необходимы дополнительные холо-

125

дильные машины, позволяющие осуществить процесс конденсации диоксида углерода при отрицательных температурах.

Производство сухого льда при среднем и низком давлениях целесообразно только для небольших цехов, в предприятиях, где имеются холодильные установки. Для больших заводов сухого льда выгоднее применять способ высокого давления.

Контрольные вопросы и задания:

1. Где применяют естественный лед? 2. Перечислите способы заготовки естественного льда. 3. Изобразите схему ледника с боковым расположением льда. 4. Нарисуйте схему укрытого ледяного бунта. 5. Приведите формулу для расчета количества льда, требуемого на охладительный сезон. 6. Как устроен льдогенератор рассольного охлаждения для производства льда в блоках? 7. Опишите льдогенератор чешуйчатого льда, льдогенератор трубчатого типа. 8. Как получают сухой лед? 9. Какова температура сублимации диоксида углерода (сухого льда) при атмосферном давлении?

14.ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА

14.1.Основные зависимости

14.2.Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха

14.3.Построение на диаграмме «энтальпия-влагосодержание» характера изменения параметров кондиционируемого воздуха

14.1. Основные зависимости

Термодинамическое состояние влажного воздуха, представляющего собой смесь газов (азота, кислорода и др.) с водой в различных агрегатных состояниях (пар, жидкость, лед), определяется температурой, давлением и составом смеси. Состав смеси характеризуется массовым влагосодержанием.

Общее давление воздуха (барометрическое давление) равно сумме парциальных давлений сухой его части рс.в (Па) и водяного пара рп (Па):

рб = рс.в+ рп (1) Влагосодержание влажного атмосферного воздуха d (кг/кг) равно йтноше-

нию массы водяного пара Мп, содержащегося в рассматриваемом объеме, к массе Мсв содержащегося в нем сухого воздуха:

где рп'' - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре t воздуха,

Па.

Чем больше влагосодержание атмосферного воздуха (при одной и той же температуре), тем больше парциальное давление водяного пара. При достижении максимально возможного количества влаги, которое воздух может воспринять в виде пара, парциальное давление водяного пара становится равным давлению насыщенного водяного пара, а относительная влажность воздуха — равной 100 %.

126

Плотность атмосферного воздуха зависит от содержания в нем водяного пара:

где сс.в —удельная теплоемкость сухого воздуха [сс.в = 1,01 кДж/(кг • К)]; сп—удельная теплоемкость водяного пара [сп = 1,86 кДж/(кг • К)].

Удельную энтальпию влажного воздуха, как и влагосодержание, относят не к общей массе воздуха и воды, а только к массе сухой части Мс.в:

где r0 – скрытая теплота парообразования (r0 = 2500 кДж/кг).

14.2. Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха

Согласно СНиП 2.04.05—91 «Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха» в качестве расчетных параметров наружного воздуха принимают:

для летнего периода — температуру воздуха, более высокое значение которой в данном пункте наблюдается 200 ч в году и менее, и такую энтальпию воздуха, более высокое значение которой наблюдается 200 ч в году и менее;

для зимнего периода — среднюю температуру наиболее холодной пятидневки и энтальпию воздуха, соответствующую этой температуре и средней относительной влажности самого холодного месяца в 13 ч.

Эти параметры отличаются от параметров наружного воздуха, принимаемых при проектировании холодильных установок, но это отличие несущественное.

Параметры внутреннего воздуха ограничиваются, с одной стороны, требованиями СанПиН 2.08.02—89, а с другой — технологическими требованиями, которые зачастую противоречат друг другу. Поэтому приходится идти на компромисс.

Под расчетными параметрами внутреннего воздуха понимают такие значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, которые должны поддерживаться в кондиционируемых помещениях либо по технологическим требованиям, либо из соображений комфорта.

В практике проектирования все параметры внутреннего воздуха принято считать на уровне «рабочей зоны» — в воздушном пространстве высотой 2...2,2 м над полом или площадкой, на которой находятся рабочие места. Расчетные параметры внутреннего воздуха для технологического кондиционирования в зависимости от назначения помещения приведены в табл. 1.

127

1. Расчетные параметры внутреннего воздуха

Скорость движения воздуха для всех помещений не более 0,4 м/с.

При проектировании установок комфортного кондиционирования воздуха в жилых и общественных зданиях (залы кинотеатров, театров, магазинов, обеденные залы предприятий общественного питания) в качестве оптимальной расчетной температуры внутреннего воздуха для теплого периода года в средней полосе России принимают 22...25 °С, а для южных районов — более высокую температуру, но не выше 28 0С. Для холодного периода года оптимальной температурой внутреннего воздуха считают 20...22 °С. В качестве расчетной относительной влажности для всех периодов года принимают соответственно 60...30 %, при этом большей расчетной температуре должна соответствовать меньшая относительная влажность. Скорость движения воздуха должна быть не более 0,25 м/с.

14.3. Построение на диаграмме «энтальпия-влагосодержание» характера изменения параметров кондиционируемого воздуха

Расчет и анализ процессов обработки воздуха проще и нагляднее производить графоаналитическим путем с помощью i – d -диаграммы влажного воздуха, на которой графически представлены зависимости между основными параметрами воздуха. Схема i – d -диаграммы влажного воздуха представлена на рис. 14.1. На диаграмму нанесена сетка вертикальных линий d = const и линий i = const, проведенных под некоторым утлом к линиям d = const. Обычно этот угол принимают равным 135°.

Для нахождения температуры точки росы tp нужно из заданной точки состояния воздуха двигаться вертикально вниз до пересечения с линией φ = 1. Температура насыщенного воздуха в точке пересечения является искомой температурой tp.

Рис. 14.1. Схема i – d-диаграммы

влажного воздуха

где r— теплота парообразования (r = 2500 кДж/кг).

Рис. 14.2. Изменение состояния воздуха приодновременномнагреваниииувлажнении

Скрытой эту теплоту называют потому, что она как бы запасена в водяном паре и выделяется в воздух при конденсации водяных паров или затрачивается при испарении воды в воздух.

Полное количество добавляемой или удаляемой теп-

Разделив уравнение (74) на уравнение (75), получим

129

где i1 и i2; dl и d2 — удельная энтальпия и влагосодержание воздуха в начале и конце процесса обработки; iw — удельная энтальпия воды или пара, используемых для увлажнения воздуха.

Величину ε (кДж/кг) называют тепловлажностным отношением, или угловым коэффициентом. Выражение (76) есть уравнение прямой линии. Таким образом, процесс изменения параметров воздуха в i – d -диаграмме изображается прямой линией, направление которой характеризуется значением тепловлажностного отношения.

Для удобства построения процессов изменения состояния воздуха на i – d - диаграмме нанесены значения ε от -∞ до +∞ в виде пучка лучей, исходящих из нулевой точки диаграммы (i = 0, d = 0, t = 0). Однако, чтобы эти лучи не мешали основным линиям, наносят только концы лучей на поля диаграммы. Чтобы выяснить направление процесса с тепловлажностным отношением ε, нужно на полях i – d - диаграммы найти конец луча с этим значением, соединить его с центром координат (i = 0, d = 0, t = 0) и провести из точки начального состояния воздуха d1, i1 линию, параллельную этому лучу-процессу.

Контрольные вопросы и задания:

1. Чем определяется термодинамическое состояние влажного воздуха? 2. Какие параметры наружного воздуха принимают в качестве расчетных при проектировании СКВ? 3. Что понимают под расчетными параметрами внутреннего воздуха? 4. Расскажите о принципе построения i – d диаграммы влажного воздуха. 5. Как найти температуру точки росы по i – d диаграмме? 6. Что называют тепловлажностным отношением?

15. РАСЧЕТ ТЕПЛО- И ВЛАГОПРИТОКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА, ПОДАВАЕМОГО

ВКОНДИЦИОНИРУЕМЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ

15.1.Тепловлажностный баланс

15.2.Определение теплопритоков

15.3.Определение влагопритоков

15.4.Выбор параметров и количества воздуха, подаваемого в помеще-

ние

15.1. Тепловлажностный баланс

Расчетные параметры воздуха в кондиционируемых помещениях, также как и в камерах холодильников, устанавливают, исходя из результатов притока и отвода теплоты и влаги из этих помещений.

Однако если при проектировании холодильников учитывают только теплопритоки, то при проектировании СКВ отдельно определяют теплопритоки (или теплопотери) в кондиционируемые помещения и отдельно — влагопритоки (влагопотери). Это объясняется тем, что в камерах холодильника поддерживают в заданных пределах только температуру внутреннего воздуха, а относительная влажность самоустанавливается в пределах 80. ..90 % в результате баланса влагопотерь и влагопоступлений.

130

В СКВ автоматически поддерживают в заданных пределах как температуру, так и относительную влажность, в связи с чем требуются более точные сведения о составляющих влажностного баланса.

Количество теплоты (Вт), поступающей в кондиционируемое помещение (со знаком «+») или уходящее из него (со знаком «-»)

где Q1 = Q1T + Q1c — теплопритоки через ограждающие конструкции, вызванные разностью температур наружного и внутреннего воздуха, и от действия солнечной радиации; Q2— теплопритоки от обрабатываемых материалов (остывающих колбас, сыров, пищи и т. д.); Q3 — теплопритоки с наружным воздухом, проникающим в кондиционируемое помещение с вентиляционным воздухом или от инфильтрации через щели в ограждающих конструкциях; Q4 — эксплуатационные теплопритоки (от людей, технологического оборудования, осветительных приборов и т. п.).

Общее количество влаги (кг/с), поступающее в воздух кондиционируемого помещения (со знаком «+») или поглощаемое из воздуха находящимися в помещении материалами (со знаком «-»)

где W2 — влагоприток от материалов; W3 — влагоприток с наружным воздухом; W4 — эксплуатационные влагопритоки (от людей, технологического оборудования, с открытых водных поверхностей и т. д.).

Результаты расчетов сводят в таблицы, как и ранее, при расчете теплопритоков в камеры холодильников.

15.2. Определение теплопритоков Теплопритоки через ограждающие конструкции. Ограждающие конст-

рукции кондиционируемых помещений жилых и общественных зданий отличаются от ограждений холодильников тем, что они не имеют теплоизоляции и подразделяются на массивную и светопрозрачную (световые проемы) части.

Ограждение помещений, в которых предусматриваются технологические СКВ (например, камеры остывания колбас, созревания сыров), как правило, не отличаются от ограждений холодильников.

Трансмиссионные теплопритоки (за счет разности температур) через массивные участки стен, перегородки, полы, перекрытия и покрытия (Вт) определяют, как и для холодильников:

где k—действительный коэффициент теплопередачи ограждения (Вт/м2 • К); F—расчет-

ная площадь поверхности ограждения (с округлением до 0,1 м2), м2; линейные размеры принимают с округлением до 0,1 м; tH и tB — расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха, °С.

При определении k для жилых и общественных зданий следует пользоваться строительными чертежами этих зданий, поскольку выбор материалов ограждений и их толщины для таких зданий осуществляют не так, как для хо-