Глава 16. Расчет теплопритоков в камеры холодильника и выбор холодильного оборудования

При расчете учитывают все теплопритоки в охлаж­даемые камеры (охлаждаемые аппараты), которые мо­гут влиять на температуру в этих объектах. Результаты расчета теплопритоков являются основанием для расче­та и выбора холодильного оборудования машинного от­деления и камер, производительность которого должна быть достаточной для отвода всех теплопритоков и под­держания заданных температурных режимов в охлаж­даемых помещениях.

Расчет теплопритоков в камеры холодильника

При расчете теплопритоков учитывают притоки теп­лоты через внешние ограждения охлаждаемых помеще­ний Q₁, от продуктов при их охлаждении или замора­живании Q₂, с наружным воздухом при вентиляции камер Q₃, прочие теплопритоки, неизбежно появляю­щиеся при эксплуатации холодильника, Q₄, а также приток теплоты, выделяемой плодами и овощами в ре­зультате дыхания, Q ₅.

Тепловую нагрузку на холодильное оборудование оп­ределяют по сумме всех теплообменников

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q_5.

Теплопритоки в камеры холодильника непрерывно из­меняются в связи с сезонным и суточным колебаниями температур, влажности атмосферного воздуха (Q₁ и Q₃) и сезонным поступлением продуктов (Q₂). Поэтому теплопритоки следует рассчитывать для периода макси­мальной тепловой нагрузки на холодильник.

Расчет теплопритоков проводят для каждой камеры в отдельности, что позволяет определить тепловые на­грузки на камерное оборудование отдельно для каждой из них. Затем результаты суммируют по группам камер с примерно одинаковыми температурами. Эти результа­ты составляют тепловую нагрузку на оборудование ма­шинного отделения и являются основанием для расче­та и подбора компрессоров, конденсатора и другого обо­рудования машинного отделения.

Исходными данными для расчета теплопритоков яв­ляются план и разрез холодильника с указанием раз­меров камер и ориентировкой по странам света, значе­ния коэффициентов теплопередачи строительно-изоля­ционных конструкций ограждения, полученные при расчете теплоизоляции, температура и влажность на­ружного воздуха, смежных помещений и камер, темпе­ратура грунта, температура и количество поступающих грузов.

Теплопритоки через ограждения

Через ограждения (стены, пол, потолок) теплота Q₁ проникает от окружающей среды путем теплопередачи Q_1Т вследствие разности между температурами наруж­ной среды и воздуха в камере и в результате солнечной радиации Q_1С

Q₁ = Q_1Т + Q_1С

Теплоприток Q_1Т , проникающий через ограждение путем теплопередачи, определяют по формуле

Q_1Т = k_д F (t_н - t_к ). (64)

где k_д —коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²·К) (см. главу 13);

F — площадь поверхности ограждения, м²;

t_н , t_к — температуры наружного воздуха (почвы) и воздуха в камере, ^оС.

Теплоприток рассчитывают по каждому ограждению отдельно (стены, пол, потолок). Размеры ограждений определяют следующим образом:

поверхность полов и потолков камер находят по рас­стоянию между осями внутренних стен, а для угловых помещений — от внутренней поверхности наружной сте­ны до оси внутренней;

длину стен измеряют между осями внутренних стен, для угловых помещений — от внешней поверхности наружных стен до оси внутренних;

высоту стен принимают от уровня чистого пола дан­ного этажа до уровня чистого пола вышележащего этажа, а для верхних этажей — от чистого пола камеры до поверхности засыпки покрытия.

Расчетную температуру атмосферного воздуха для летнего периода определяют как среднюю из четырех наиболее теплых пятидневок 25-летнего периода для данной местности. Она приведена в книге Г. 3. Сверд­лова и Б. К. Явнеля «Курсовое и дипломное проектиро­вание».

Ориентировочные значения расчетных температур по климатическим зонам приведены в табл. .

Таблица

Температура холодильных камер зависит от техноло­гических требований холодильной обработки и хране­ния продуктов.

Температуру в неохлаждаемых коридорах, тамбу­рах, вестибюлях в крупных холодильниках не опреде­ляют. При расчете теплопритоков через внутренние ог­раждения, отделяющие холодильные камеры от этих помещений, расчетный температурный напор принима­ют как часть от расчетного температурного напора для наружных стен, что составляет 70% для помещений, сообщающихся с наружным воздухом, и 60% для поме­щений, не сообщающихся с наружным воздухом.

Теплоприток через пол, лежащий на грунте, подсчи­тывают только для камер, в которых поддерживают отрицательные температуры. Если под полом не преду­смотрено устройство для обогрева грунта (при непучинистых грунтах), то грунт под полом, несмотря на изо­ляцию, со временем промерзает. В средней полосе СССР глубина промерзания грунта под холодильником около 3,5 м. В таких условиях теплота от нижних и боковых слоев грунта не проникает в камеру, а лишь вызывает таяние льда в льдо-грунтовом массиве. Поэтому при расчете теплопритоков через пол, лежащий на грунте, наружную температуру принимают равной температу­ре слоя грунта с нулевой изотермой (t_н =0°С).

Теплопритоки через пол, лежащий на грунте (без подогрева), находят по уравнениям:

или

где Q_1пола — теплоприток через пол, Вт;

R₀ — общее тепловое сопротивление теплопередачи от слоя грунта с температурой 0°С к воздуху помеще­ния, м²·К/Вт;

R_п — площадь пола камеры, м².

Общее тепловое сопротивление теплопередачи со­ставляет

где R_гр —тепловое сопротивление теплопроводности грунта от уровня нулевой изотермы до строительной конструкции пола, м²·К/Вт;

R_п — тепловое сопротивление теплопроводности конструкции пола (изолированного или неизолированного), м²·К/Вт;

R_к — тепловое сопротивление теплоотдачи от поверхности по­ла к воздуху камеры, м²·К/Вт.

При расчете камер, температура в которых —2 ÷ —2,5° С, считают, что нулевая изотерма проходит не­посредственно под конструкцией пола. Тогда R_гр=0, а R₀= R_п +R_к

В таких камерах пол на грунте часто не изолируют, и его конструкция состоит из утрамбован­ной грунтовой подсыпки, бетонной подготовки и асфаль­тового чистого пола. Тепловое сопротивление теплопере­дачи такого пола R₀ = 0,43 м²·К/Вт.

Если пол на грунте имеет устройство для обогрева, предохраняющего грунт от промерзания, теплопритоки через пол рассчитывают по формуле

где k_п — коэффициент теплопередачи конструкции изолированно­го пола, Вт/(м²·К);

t_ср — средняя температура слоя с нагревательным устройст­вом (1°С) или слоя с каналами в шанцевом полу (3°С), ^оС.

Теплоприток Q_1т в каждую камеру получают из сум­мы теплопритоков через отдельные ограждения (стены, пол, потолок). Если одно ограждение отделяет холо­дильную камеру от двух или нескольких помещений с разными температурами, то теплопритоки рассчитывают по каждому участку.

Если рядом с холодильной камерой расположена ка­мера, в которой более низкая температура, то в первой кроме теплопритоков (положительные величины) будет и теплоотток в камеру с более низкой температурой (отрицательные результаты). В этом случае теплопри­токи подсчитывают отдельно на камерное оборудование Q_1тобop и оборудование машинного отделения, что при­нято называть теплопритоком на компрессор Q_1ткм . Теп­лоприток на камерное оборудование Q_1тобop подсчиты­вают как сумму только положительных результатов, а при расчете теплопритока на компрессор Q_itkm сумми­руют как положительные, так и отрицательные резуль­таты. Таким образом, при подсчете теплопритока на компрессор переход теплоты из одной камеры в другую не учитывают, но при подсчете теплопритока на камер­ное оборудование теплопритоки из соседних камер учи­тывают.

Теплооттоки же в камеры с более низкими темпера­турами не учитывают, чтобы камерное оборудование могло обеспечить необходимый температурный режим и в тех случаях, когда соседние низкотемпературные ка­меры отключены.

Теплоприток Q_1С (в Вт), проникающий через ограж­дение вследствие солнечной радиации, определяют по формуле

где F_с — площадь ограждения, подвергающаяся облучению солн­цем, м²;

θ_С — избыточный температурный напор, характеризующий действие солнечной радиации.

Для наружных стен избыточный температурный на­пор θ_с приведен в табл. .

Для плоской кровли избыточный температурный на­пор зависит от тона окраски. Для темных кровель без окраски избыточный температурный напор можно при­нять 17,7° С, с окраской в светлые тона —14,9° С.

Рассчитывают теплоприток от солнечной радиации через одну из стен холодильной камеры (либо наиболее невыгодно ориентированную относительно солнечного излучения, либо имеющую наибольшую облучаемую поверхность) и через кровлю (если камеры расположе­ны в верхнем этаже или холодильник одноэтажный). Теплоприток от солнечной радиации учитывают при подсчете нагрузки как на компрессор, так и на камерное оборудование.

В некоторых холодильниках максимальное поступле­ние грузов не совпадает с поступлением в самые жар­кие месяцы года. Например, на холодильниках мясо­комбинатов максимальная загрузка осенью, на холо­дильниках для рыбы — весной и т. д. В таких случаях теплоприток через ограждения на компрессор Q\_KM при­нимают не полностью: при температуре в камере —20° С 80% и 0° С — 60%. Теплоприток на камерное оборудо­вание и в этом случае берется полностью.

Таблица

В зимнее время некоторые камеры, в которых тем­пература не ниже 0° С, отапливают. Для таких камер рассчитывают теплопотери в зимнее время, что является основанием для подбора отопительных приборов. Рас­четная наружная температура берется по зимнему пе­риоду из специальной литературы в соответствии со СНиП.

Расчеты теплопритоков через ограждения рекомен­дуется сводить в таблицу (см. пример).

Пример. Рассчитать теплоприток через ограждения в две камеры одноэтажного холодильника. Расположение камер, а также данные для расчета (размеры камер, значение k, t_н, t_к и др.) показаны на рис. .

Рис. . К примеру расчета теплопритоков через ограждение.

Теплоприток рассчитывают по формулам (64), (65) и (66). Все расчетные данные сведены в табл. .