Холодильное и вентиляц оборудование Белов ЕЛ

81

Рис. 9.6. Одноэтажный производственный холодильник вместимостью 2000 т при мя-

сокомбинате мощностью 50 т в смену:

1— железнодорожная платформа; 2 — камера хранения жира (t = -200С); 3 — скороморозильные роторные аппараты; 4—отделение упаковки блоков и сыворотки; 5—камера хранения замороженных субпродуктов (t = -200С); 6 — камера замораживания субпродуктов (t = -30°С); 7— камера хранения мороженого мяса (t = -200С); 8— помещение для весовщиков; 9 — камера подморозки некондиционных грузов (t = -20°С); 10— экспедиция; 11 — мясоперерабатывающий корпус; 12 — камера хранения охлажденного или мороженого мяса (t=- 1 ±20°С); 13—камера однофазного замораживания мяса (t = -300С); 14 — накопительная камера с хранением охлажденного мяса (t = -10С); 75—камера сверхбыстрого охлаждения мяса (t = -10°С); 16—мясожировой корпус; 17— трансформаторная подстанция; 18— помещение КИПиА; 19—компрессорное отделение; 20—аппаратное отделение; 21 — подсобно- бытовые помещения; 22 — автомобильная платформа

Контрольные вопросы и задания:

1. какие бывают типы холодильников? Опишите их планировки. 2. Расскажите об устройстве типового холодильника. 3. Как размещают оборудование в машинном отделении типового холодильника?

10. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХОЛОДИЛЬНИКА

10.1.Изоляция полов и стен.

10.2.Изоляция перекрытий, перегородок, покрытий.

10.3.Расчет толщины изоляционного слоя.

Ограждения холодильников представляют собой многослойные конструкции, выполненные из разных строительных материалов. Один из слоев ограждения (несущий) делают из прочного строительного материала. Этот слой защищает холодильник от влияния окружающего воздуха и механических повре-

82

ждений. К нему прилегают гидро- и теплоизоляционные слои, препятствующие проникновению теплоты и влаги из внешней среды. Гидро- и теплоизоляционные слои в сочетании с несущей частью образуют изоляционную конструкции. Основные требования к изоляционным конструкциям: непрерывность изоляционного слоя, достаточная толщина изоляции, надежность крепления ее к несущим конструкциям.

Рис. 10.1. Схемы изоляции: а – с «мостиками холода»; б – с непрерывной изоляцией

В случае нарушения непрерывности изоляции образуются «мостики холода», которые приводят к излишним потерям холода, промерзанию конструкций, их увлажнению и порче. Схемы изоляции первого этажа показаны на рис. 10.1. Неправильное расположение изоляции показано на рис. 10.1, а. Непрерывность изоляции нарушена: между слоем изоляции стены и слоем изоляции над перекрытием, а также в перекрытии в местах расположения колонн имеются «мостики холода». Правильное расположение изоляции показано на рис. 10.1, б: все ограждения защищены непрерывной изоляцией.

Изоляция полов. Выбор изоляции полов холодильника зависит от свойства грунта и температурного режима на нижнем этаже холодильника.

Сухой песчаный грунт не промерзает. В этом случае на уплотненный катком грунт укладывают бетон слоем 7...8 см. Этот слой покрывают рулонным материалом, который не допускает проникновения влаги из грунта в сторону холодильной камеры (в зону пониженной температуры) . Для защиты от механических повреждений рулонный материал закрывают шлакобетоном слоем 4...5 см, затем укладывают требуемый по расчету слой шлака, а над шлаком — небольшой слой шлакобетона, гидроизоляцию, не допускающую проникновения влаги из камеры, и армированный бетон (основание для чистого пола).

В камерах температурой выше 0°С допускается устройство полов без изоляции; в этом случае требуется подсыпка шлака по периметру наружных стен на глубину 0,5 м и ширину 0,5 м, чтобы устранить воздействие «мостиков холода».

Полы одноэтажных холодильников на промерзающих грунтах (при наличии отрицательных температур) имеют устройства для защиты грунта от про-

84

проволочную сетку (ячейки не более 1 см2) и панель из цементной штукатурки толщиной до 40 мм.

Пенобетоном стены изолируют в один или два слоя. Пароизоляцией служит слой цементного раствора, с помощью которого изоляционный материал крепится к кирпичной стенке.

Конструкция стены с засыпной изоляцией значительно отличается от описанных выше. Засыпную изоляцию размещают между двумя стенами: наружной, основной стеной холодильника, и внутренней, назначение которой — удержать слой изоляции. Последняя может быть кирпичной или деревянной. Пароизоляционный слой наносят на внутреннюю поверхность наружной стены. Стены с засыпной изоляцией (несмотря на простоту устройства) применяют редко. Засыпная изоляция дает осадку; приходится во время эксплуатации добавлять засыпку через люки, устраиваемые в верхней части стены. Кроме того, засыпные изоляционные материалы вследствие большой гигроскопичности и влагоемкости со временем увлажняются, а теплозащитные свойства их ухудшаются.

Сборные стены холодильников монтируют из отдельных сборных панелей, скрепляемых с междуэтажными перекрытиями или покрытием с помощью анкеров. Несущей частью панели служит железобетонная плита, имеющая форму корыта. На внутренней поверхности плиты укладывают пароизоляционный слой и слой теплоизоляции. Такие панели приготовляют на специально оборудованных площадках. В горизонтальных стыках (около междуэтажных перекрытий) помещают противопожарные пояса из несгораемых термоизоляционных материалов (пенобетона и др.).

Изоляция междуэтажных перекрытий. Изоляционные конструкции могут быть выполнены разными способами. При расположении изоляции по верху перекрытия (рис. 10.4, а) изоляционные работы значительно упрощаются. Изоляция по низу перекрытия (рис. 10.4,6) связана с трудоемкими работами по надежному креплению плит. Такой способ изоляции применяют редко. В качестве изоляционного материала для перекрытий используют цементный керамзитобетон, пенобетон, торфоплиты, минеральную пробку и др.

Изоляция верхнего покрытия. Конструкция тепло- и гидроизоляции верхнего покрытия холодильника зависит от типа кровли. Наиболее распространены рулонные кровли (рис. 10.5), для изоляции которых применяют плиточные и сыпучие материалы. Несущую часть покрытия выполняют горизонтальной. Уклон в кровле (до 2 %) создается изменением толщины слоя тепловой изоляции. Ближе к карнизам укладывают более эффективные материалы (например, минеральную пробку), а в коньке — засыпную изоляцию (керамзитовый или перлитовый щебень) , имеющие более высокий коэффициент теплопроводности. Шатровые кровли применяют редко.

Изоляция перегородок. Перегородки делают бескаркасными из блоков пенобетона, газобетона, пеностекла, керамзитоцемента и других материалов, укладываемых на горячих битумных мастиках. Применяют также сборные перегородки из крупногабаритных панелей с использованием негорючих и малогорючих материалов. Каркасные перегородки с горючими плиточными тепло- и пароизоляционными материалами применяют в исключительных случаях по

85

согласованию с пожарной инспекцией. Изоляция — один из самых дорогостоящих элементов каждого холодильника. При проектировании холодильников необходимо располагать камеры так, чтобы площади изолируемых поверхностей и разности температур между камерами были возможно меньшими.

Рис. 10.6. Трубопроводы с изоляцией скорлупами и

сегментами:

1 — окраска или побелка; 2 — цементная штукатурка; 3

— металлическая сетка; 4 — пергамин; 5 — теплоизоляционный материал; 6 — труба; 7 — битум; 8 — проволока для стяжки сетки

Изоляция трубопроводов. Холодные трубопроводы изолируют скорлупами и сегментами, приготовленными из плиточных изоляционных материалов. Изоляция (рис. 10.6) включает теплоизоляционный слой, пароизоляцию и штукатурку. Изолированные трубопроводы используют только после гидравлического испытания их на прочность и плотность.

Расчет толщины изоляционного слоя. Для определения толщины изоляции ограждения используют зависимость для расчета коэффициента теплопередачи через плоскую стенку [Вт/(м2 • К)]:

где αн и αв — коэффициенты теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности ограждения и от внутренней поверхности его к воздуху камеры, Вт/(м2 • К); δиз, δ1, δ2, … δn, — толщина слоя основного изоляционного материала и других изоляционных и строительных материалов данной конструкции, м; λиз, λ1, λ2,… λn — теплопроводность основного изоляционного материала и других изоляционных и строительных материалов конструкции, Вт/(м • К).

86

При проектировании холодильников выбирают род изоляционного материала и намечают конструкцию ограждения. Затем принимают рекомендуемое практикой значение коэффициента теплопередачи и в соответствии с уравнением (1) определяют толщину изоляционного слоя данного ограждения:

Коэффициенты теплопередачи наружных и внутренних изолированных ограждений принимают в зависимости от температуры воздуха охлаждаемых помещений и зоны расположения холодильника в диапазоне k = 0,23...0,7 Вт/(м2 • К).

Для приближенных расчетов толщины изоляции можно принять следующие значения k (в зависимости от разности между температурами наружного воздуха, смежных помещений или почвы и воздуха камер):

Коэффициенты теплоотдачи αн и αв принимают по опытным данным в зависимости от рода ограждения и условий циркуляции воздуха: для наружных стен и бесчердачных покрытий αн = 30 Вт/(м2 • К); для чердачных покрытий αн = 12 Вт/(м2 • К); для внутренних ограждений холодильных камер αв = 7…10 Вт/(м2 • К).

Теплопроводность материалов λ принимают на основании опытных дан-

ных.

В соответствии с найденной толщиной изоляции выбирают число слоев изоляционного материала (обычно изоляционные материалы изготовляют толщиной 30, 40 и 50 мм, блоки из пенобетона и пеностекла — толщиной 100...150 мм).

Расчетные коэффициенты теплопередачи, которыми пользуются для определения теплопритоков в холодильную камеру, вычисляют с учетом действительной толщины изоляции и коэффициента запаса 1,15 (на ухудшение качества изоляции вследствие ее увлажнения и возможные дефекты при производстве изоляционных работ).

Расчетный коэффициент теплопередачи

При большой разности температур смежных камер, а также для камер температурой выше 0 °С следует проверить возможность выпадения влаги на поверхности ограждений (с теплой стороны) по формуле

kp ≤ 0,95α[(tт.к - tp)/(tт.р – tх.к)], (4)

где kр — расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К); α — коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности ограждения со стороны теплой камеры, Вт/(м2 • К); tт.к., tх.к

— температуры воздуха теплой и холодной камер, °C;tp — температура точки росы для воздуха теплой камеры, определяемая по температуре и влажности воздуха, °С.

В случае опасности выпадения влаги на поверхности ограждения необходимо уменьшить коэффициент теплопередачи, т. е. увеличить толщину слоя теплоизоляции.

87

Контрольные вопросы и задания:

1. Опишите строительные конструкции ограждений. 2. Как устроены обогреваемые по-

лы?

11. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА

11.1.Расчет теплопритоков.

11.2.Расчет холодопроизводительности.

11.1. Расчет теплопритоков.

Он зависит от назначения холодильной установки и ее конструктивных особенностей. В результате расчета теплопритоков определяют требуемую холодопроизводительность установки.

Основные виды теплопритоков следующие: через наружные ограждения

При расчете принимают наиболее трудные условия работы холодильника

— высокую температуру наружного воздуха и максимальное поступление продуктов в холодильник.

Из рассмотренных теплопритоков наибольшее численное значение имеют Q2 и Q2. В производственных холодильниках Q1 составляет около 20 % и Q2 — до 70 % от общего теплопритока; в распределительных холодильниках Q1 достигает 60%, a Q2 — 25...30 %. Теплопритоки с наружным воздухом при вентиляции в обоих случаях не превышают 3...4 %. Поэтому далее рассмотрим более подробно расчет Q1 и Q2.

Для выполнения расчетов необходимо иметь планы и размеры холодильника с указанием размеров камер и ориентировкой по странам света.

Теплоприток из окружающей среды через наружные ограждения вслед-

где kр — расчетный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 • К); F— площадь поверхности

стен, пола, потолка каждой камеры, м ; tн—расчетная температура наружного воздуха, °С; tB

— расчетная температура воздуха камеры, °С.

Площадь поверхности потолков и полов камер определяют по расстояниям между осями внутренних стен или от внутренней поверхности наружных стен до оси внутренних. Длину наружных стен неугловых помещений измеряют между осями внутренних стен, а для угловых помещений — от наружной поверхности до оси внутренних стен. Высоту стен принимают от уровня чистого пола данного этажа до уровня чистого пола вышележащего этажа; в первом этаже над неохлажденным подвалом — от уровня нижней поверхности пола до уровня чистого пола второго этажа.

Расчетная температура наружного воздуха для данной местности (°С)

88

где tcм и tmax— среднемесячная и максимальная суточная температуры самого жаркого месяца, ° С.

Температуру tн и влажность наружного воздуха обычно принимают по климатологическому справочнику.

В камерах подвального этажа с неизолированными полами и температурой воздуха от 0 до —2 °С нулевая изотерма проходит под нижним слоем пола. Общее сопротивление теплопередаче от нулевой изотермы к воздуху камеры будет состоять из теплового сопротивления конструкции пола и сопротивления теплоотдаче у его поверхности. Сумма этих сопротивлений R0≈ 0,43 (м2 • К)/Вт, а коэффициент теплопередачи k≈2,33 Вт/(м2 • К). Поэтому для полов указанных камер расход холода (Вт) через пол

Под камерами с температурой воздуха от -15 до -20 °С глубина промерзания грунта составляет примерно 3,5 м (в средней полосе).

Тепловое сопротивление от нулевой изотермы в грунте к воздуху камеры [с учетом сопротивления конструкции пола и мороженого грунта, для которого λ≈ 2,33 Вт/(м2 • К)] ориентировочно равно R0 = 2,15 м2 К/Вт. Тогда k = 0,465

где tcp — температура изолированной конструкции пола в плоскости расположения на-

гревательных устройств (с учетом неравномерности обогрева tcp ≈ 3 °С); k — коэффициент теплопередачи, определяемый по тепловому сопротивлению конструкции пола (от плоскости нагревательных устройств до поверхности пола) и сопротивлению теплоотдаче от пола к воздуху камеры [в зависимости от конструкции пола k ≈ 0,3...0,5 Вт/(м2 • К)].

Для заглубления неизолированных стен подвальных камер ориентировочно принимают k = 0,5. ..0,6 Вт/(м2 • К). Соответственно теплопритоки че-

где F— площадь поверхности заглубленной части стены, м ; tn — температура почвы у

стен подвала, °С.

Прямое действие солнечных лучей на ограждение холодильника значительно повышает температуру их по сравнению с температурой ограждений, расположенных с теневой стороны. Дополнительный приток теплоты (Вт) от солнечной радиации учитывают по формуле

где Fpад — площадь поверхности ограждения, подвергающегося радиации; kр — расчет-

ный коэффициент теплопередачи ограждения; Δtрад — дополнительная разность температур, учитывающая радиацию (для плоской кровли Δtрад ≈15...20 °С; для стен, обращенных на юг и на юго-запад, Δtрад ≈ 5...10 °С).

Количество теплоты, вносимой солнечной радиацией, определяют для каждой камеры по одной из стен, наиболее невыгодно ориентированной относительно солнечного излучения. Для камер верхнего этажа учитывают также площадь поверхности кровли.

89

Величина Q2 учитывает тепловую нагрузку от продуктов, которые при поступлении на холодильник могут иметь температуру более высокую, чем температура воздуха в камере, т. е. продукты нуждаются в охлаждении, домораживании или замораживании.

Теплопршпок от охлаждаемых продуктов (Вт)

Q′2=, (9)

где Gn — суточное поступление продукта в данную камеру, кг/сут; для производственных холодильников Gn равно суточной пропускной способности камеры охлаждения; для распределительных холодильников значения Gn принимают следующими: для камер вместимостью до 200 т — до 8 % вместимости; для камер более 200 т — 6 % вместимости; сп — удельная теплоемкость охлаждаемых продуктов, кДж/кг•К); GT — масса тары, вносимой с продуктом, кг/сут; ст — удельная теплоемкость материала тары, кДж/кг • К); tн и tK — начальная и конечная температуры продуктов и тары, °С.

Теплоприток как от охлаждаемых, так и от замораживаемых продуктов (Вт) удобно рассчитывать по формуле

где iн и iк — начальная и конечная удельные энтальпии продуктов (кДж/кг), определяе-

мые по температуре в начале и конце охлаждения или замораживания.

Замороженные продукты, поступающие на холодильники оттаявшими при температуре не выше —8° С, домораживают в камерах хранения мороженых грузов. Теплоприток от домораживаемого от -8 °С до —18 °С мяса составляет 34,8 кДж/кг, а при домораживании рыбы — 38,5 кДж/кг. Величину Gn принимают: для камер вместимостью до 200 т — до 8 % и более 200 т — до 6 % их вместимости.

При расчете холодопроизводительности оборудования машинного отделения мясокомбинатов и распределительных холодильников теплоприток через наружные ограждения принимают равным части теплопритока в самом жарком месяце, т. е. Q1 = KQ1max.

Холодильники молочной промышленности максимально загружены в летний период. При расчете холодопроизводительности оборудования машинного отделения этих холодильников теплопритоки через ограждения Q1 учитывают полностью.

Теплоприток от продуктов, подвергаемых холодильной обработке, определяют по максимальному поступлению продуктов на холодильник. По уравнению (53) определяют отдельно теплопритоки от охлаждаемых, домораживаемых и замораживаемых продуктов в соответствии с расчетными технологическими данными.

Суточное поступление продуктов на охлаждение (кг/сут)

G'n = u′σ’(E"x/365)1000, (11)

где и'— кратность грузооборота; σ'— коэффициент неравномерности поступления продуктов; Е"х — вместимость камер хранения охлажденных продуктов.

90

Для распределительных холодильников u' ≈ 6 и σ' = 1,5; для производственных холодильников эти коэффициенты (или непосредственное количество продуктов, поступающих на охлаждение) устанавливают путем экономического обоснования.

Суточное поступление мороженых грузов (с температурой не выше -8 °С), поступающих на домораживание в камеры хранения (кг/сут)

G"n = u"σ"mQ(E"x/365)1000,

где u"и σ"—коэффициенты (u"= 3,5; σ"= 2,5); т0 — часть мороженых продуктов, поступающих непосредственно в камеры хранения, т; E"х— вместимость камер хранения мороженых грузов.

Максимальное суточное поступление грузов в морозильные камеры с начальной температурой 4 °С (кг/сут)

G′"n= u"σ″(1-m0) (E"x/365)1000. (12)

Коэффициент то в двух последних уравнениях принимают следующим: для распределительных холодильников m0= 0,65...0,85; для других холодильников — по экономическому обоснованию.

Теплопритоки от вентиляции принимают во внимание только для специализированных холодильников, а также для холодильных камер плодов и овощей.

При вентиляции холодильных камер вместе с наружным воздухом вносится некоторое количество теплоты и влаги, а всасываемый наружный воздух необходимо охлаждать.

Теплоприток с наружным воздухом (Вт) при вентиляции Q3 =

где K—кратность воздухообмена (см. подраздел 12.4); V— объем вентилируемой камеры; рв — плотность воздуха камеры, кг/м3; iн в, iк в — удельные энтальпии воздуха (снаружи

ив камере), кДж/кг.

Впроизводственных помещениях дополнительно учитывают подачу свежего воздуха для рабочих (не менее 20 м3/ч на 1 человека).

11.2. Расчет холодопроизводительности.

Весь расход холода, полученный по вышеприведенному расчету, разбивают по температурам кипения хладагента, которые намечено обеспечить в запроектированном холодильнике.

Температуры кипения хладагента выбирают в зависимости от типа потребителей холода, обслуживаемых холодильной установкой. Разность температур охлаждаемой среды и кипения хладагента для систем непосредственного охлаждения составляет 8...10 °С, а при наличии промежуточного хладоносителя 12...15 °С.

Компрессоры холодильных машин рассчитывают и подбирают отдельно для каждой температуры кипения.

Для определения рабочей холодопроизводительности компрессоров Q0p

(Вт) к суммарному теплопритоку (для каждой температуры кипения в отдельности) делают надбавку на потери в самой машине. Кроме того,

учитывают продолжительность работы холодильной машины.