- •Практическая работа 1. Расчет изоляции охлаждаемых помещений
- •Практическая работа 2. Расчет температурных условий работы холодильной установки
- •Практическая работа 3. Расчет камеры для замораживания мясопродуктов
- •Практическая работа 4. Расчет морозильного аппарата, охлаждаемого углекислотой
- •Практическая работа 5. Технологический расчет градирни
- •Практическая работа 6. Составление схем отдельных узлов холодильной установки
- •Практическая работа 7. Изучение запорно-регулирующей арматуры холодильных установок
- •Приложения
УДК 621.56
Составители: доц. Ю.А. Фирсова
Холодильные установки: Метод. указания / Ю.А. Фирсова, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – 41 с.
Приведены примеры расчетов изоляции охлаждаемых помещений, температурных условий работы холодильной установки, расчеты камеры для замораживания мясопродуктов и морозильного аппарата, охлаждаемого углекислотой,
Предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 140401 «Техника и физика низких температур» и 140504 «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование», изучающих дисциплины «Холодильные машины и установки», «Холодильные установки».
Подготовлены на кафедре холодильной техники и технологии.
Печатаются по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета.
Рецензенты:
© Казанский государственный
технологический университет, 2011
Практическая работа 1. Расчет изоляции охлаждаемых помещений
Задание. Проверить изолированное ограждение (рис. 1) на возможность конденсации водяного пара внутри ограждения при следующих условиях:
температура воздуха в камере tк = -18 ºС;
относительная влажность воздуха в камере φк = 90 %;
температура наружного воздуха tн = 30 ºС;
относительная влажность наружного воздуха φн = 60 %.
В случае наличия зоны конденсации следует изменить конструкцию ограждения, чтобы конденсации в нем пара не было.
1 – железобетонная стена с фактурным слоем; 2 – рипор (жесткий пенополиуретан);
3 – известковая штукатурка
Рис. 1 – Конструкция изолированного ограждения
Решение:
1. Коэффициент теплопередачи ограждения:
Вт/(м2·К),
где R – термическое сопротивление ограждения, равное сумме сопротивлений слоев (м2·К)/Вт:
где αн – коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения. Принимаем αн = 23 Вт/(м2·К); αк – коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху камеры. Принимаем αк = 8 Вт/(м2·К); λ1 – коэффициент теплопроводности железобетона. Принимаем λ1 = 1,7 Вт/(м·К); λ2 – коэффициент теплопроводности пенополиуретана; значение λ2 следует выбирать с учетом работы материала при отрицательных температурах и высокой относительной влажности воздуха, т.е. оно должно находиться при влажности материала, близкой к максимальной гигроскопической влажности. Поскольку в конструкции предполагается пароизоляция из рулонных материалов, считаем λ2 = 0,03 Вт/(м·К); λ3 – коэффициент теплопроводности известковой штукатурки на внутренней поверхности железобетона. Принимаем λ3 = 0,21 Вт/(м·К).
Тогда
2. Тепловой поток через ограждение:
3. Находим температуру на наружной и внутренней поверхностях ограждения и на поверхностях, разделяющих слои различных материалов. Кроме того, в теплоизоляционном материале определяем температуру четырех промежуточных поверхностей (слой теплоизоляционного материала разделен на пять частей).
Пользуясь выражением для температуры любого слоя х, вычисляем последовательно эти температуры по формуле:
Тогда
Так как температура в однородном материале изменяется линейно по толщине материала, то
Для проверки находим:
Распределение температуры по слоям ограждения показано на рис. 2 в координатах δх – tх (линия tх). Промежуточные температуры t6 – t3 могут быть найдены и графически на этом графике.
4. По найденным температурам поверхности слоев могут быть определены давления насыщенного водяного пара, соответствующие этим температурам по выражению:
Полученные результаты представлены в табл. 1. Давление насыщенного пара по сечениям ограждения нанесено на рис. 2 (линия ) в координатах δх – Рх.
Табл. 1 – Температура слоев ограждения и соответствующие давления насыщенного водяного пара
№ поверхности |
Температура поверхности, ºС |
Давление насыщенного пара |
|
кг/м2 |
Па |
||
1 |
29,76 |
427,5 |
4189,5 |
2 |
29,56 |
422,6 |
4141,7 |
3 |
20,3 |
242,9 |
2380 |
4 |
11,04 |
134 |
1314 |
5 |
1,774 |
70,7 |
693 |
6 |
-7,5 |
35,4 |
347,3 |
7 |
-16,75 |
16,8 |
164,7 |
8 |
-17,3 |
16,05 |
157,2 |
5. Удельный поток водяного пара через ограждение:
где Нн – сопротивление ограждения паропроницанию, равное сумме сопротивлений отдельных слоев:
Здесь µ1 = 8,4·10-12 кг/(м·с· Па) – коэффициент паропроницания для бетона (табл. П1); µ2 = 6,3·10-12 кг/(м·с· Па) – коэффициент паропроницания пенополиуретана; µ3 = 37,6·10-12 кг/(м·с· Па) – коэффициент паропроницания известковой штукатурки.
Общее сопротивление ограждения паропроницанию
Парциальное давление пара на наружной поверхности ограждения при tн = 30 ºС:
Парциальное давление пара на внутренней поверхности ограждения при tк = -18 ºС:
Следовательно,
6. Действительное парциальное давление водяного пара в воздухе на поверхности слоев ограждения находится по зависимости:
Тогда
Проверяем
т.е. получено близкое значение.
График действительного давления пара показан на рис. 2 (линия Рх) .
Рис. 2 – Распределение температуры и давления водяного
пара по слоям ограждения
7. Пересечение линий Рх и в точках а и б указывает на наличие в ограждении зоны конденсации. Действительная ширина зоны конденсации находится в диаграмме Нх – Рх (рис. 3) путем построения касательных из точек d и e к линии . Между точками касания f и g находится зона конденсации. Эти точки перенесены на рис. 2 по значениям парциального давления пара в данных сечениях Рf = 485 Па и Рg = P’’7 = 390 Па.
Нх · 10-8, м2·с·Па/кг
Рис. 3 – Установление зоны конденсации в ограждении
Количество влаги, выпадающее в зоне конденсации:
8. Отсутствие зоны конденсации может обеспечить такой наклон линии Рх на рис. 3, какой имеет отрезок касательной ge. Так как в диаграмме Нх – Рх наклон прямой линии численно равен потоку пара, то зоны конденсации ограждения не будет, если поток пара окажется не больше величины:
При таком потоке влаги сопротивление ограждения паропроницанию должно быть:
Так как сопротивление ограждения Нн = 0,0473·1012 м2·с·Па/кг, то дополнительное сопротивление слоя пароизоляции должно быть:
м2·с·Па/кг.
С теплой стороны теплоизоляционного слоя, т.е. на внутренней поверхности желозобетонной плиты, предусматриваем два слоя бризола толщиной по 3 мм, наклеенных битумом или горячей битумной мастикой.
Сопротивление двух слоев бризола:
м2·с·Па/кг;
сопроивление окраски битумом или битумной мастикой:
Нм = 0,24·1012 м2·с·Па/кг.
Сопротивление бризола и одного обмазочного слоя битума составляет Нп = 173,9·108 + 0,24·1012 = 0,257·1012 м2·с·Па/кг, т.е. близко к найденному расчетом необходимому сопротивлению пароизоляционного слоя 0,166·1012 м2·с·Па/кг.