Расчет теплопритоков холодильной камеры

Работа № 5

Цель работы: Приобретение навыков расчета и проектирования холодильников для различных отраслей пищевой промышленности.

Расчет теплопритоков выполняют для определения мощности холодильной установки, а также для определения тепловой нагрузки на компрессоры и камерное оборудование. Мощность холодильной установки должна быть достаточной для компенсации всех теплопритоков, поступающих в охлаждаемые помещения или возникающих в них, а также теплопритоков к рабочим веществам (холодильным агентам и хладоносителям) при их транспортировании по трубопроводам. Расчет выполняют отдельно по всем камерам и аппаратам. При этом общий теплоприток составляет:

, кВт

где Q₁ – теплопритоки через ограждения (стены, полы, перекрытия, покрытия и т.д.), кВт;

Q₂ – теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении, кВт;

Q₃ – теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции, кВт;

Q₄ – эксплуатационные теплопритоки (при открывании дверей камер, пребывании в них кладовщиков и грузчиков, от освещения камер и пр.), кВт;

Q₅ – теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании, кВт;

Период, для которого определяют теплопритоки, называют расчетным. В качестве расчетного принимают наиболее напряженный период работы холодильной установки. Обычно за расчетный принимают период, в котором совпадает максимум двух теплопритоков Q₁ и Q₂ (период, соответствующий наиболее высокой температуре наружного воздуха и максимальному поступлению продуктов в холодильник).

Для расчетов теплопритоков необходимы планы и разрезы холодильника с размерами камер, заданные температуры, ориентировка холодильника по сторонам света и климатические условия.

Теплопритоки через ограждения Q₁ определяют для каждой камеры отдельно:

Q₁ = Q_1Т + Q_1С

где Q_1Т и Q_1С - теплопритоки в охлаждаемое помещение соответственно вследствие разности температур и действия солнечной радиации, кВт;

;

где k_Д - действительный коэффициент теплопередачи наружного ограждения, зависит от конструкции ограждений и для холодильных камер лежит в диапазоне 0,22...0,58 Вт/(м^2. К); F – площадь поверхности наружного ограждения, м²; t_нр – расчетная температура наружного воздуха (принимается по справочным данным – табл.1), ^оС; t_в – температура воздуха в охлаждаемом помещении (принимается по технологическим номам в зависимости от назначения камер и вида продуктов), ^оС; Dt_c – избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации и принимаемая по нормативным материалам в зависимости от характера ограждения и ориентации его по сторонам света, ^оС.

Таблица 1.

Ориентировочные расчетные температуры

для самого жаркого месяца

Dt_c – избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации

Стена южная – 4,9

Стена западная - 7,2

Стена восточная – 6

Стена северная – 0

Пол - нет

Потолок – 17,7

При определении площади поверхности наружных ограждений необходимо принимать:

длину наружных стен неугловых помещений – между осями внутренних стен, а угловых помещений – от внешних поверхностей стен до осей внутренних стен;

высоту стен – от уровня пола данного этажа до поверхности пола выше расположенного этажа (для первого этажа, расположенного на грунте и промежуточных этажей) или от уровня пола данного этажа до верха засыпки покрытия (в одноэтажном холодильнике,размещенном непосредственно на грунте, и в верхнем этаже многоэтажного холодильника), от поверхности потолка подвала до уровня пола выше расположенного потолка;

длину и ширину пола и потолка – между осями внутренних стен или от внутренней поверхности наружных стен до оси внутренних стен.

Теплопритоки Q_1t и Q _1c через покрытие учитывают одинаково при определении тепловой нагрузки на компрессор и камерное оборудование.

Теплоприток Q_1c через наружные стены определяют следующим образом: при расчете тепловой нагрузки на компрессор определяют Q_1c для одной из стен холодильника. При этом выбирают стену с наиболее неблагоприятной ориентацией относительно солнечного излучения, для которой сумма произведений является наибольшей. При расчете тепловой нагрузки на оборудование Q_1c определяют для стены каждой камеры, характеризующейся наибольшим произведением .

Количество тепла, поступающего в камеры под воздействием солнечной радиации q (ккал/м² час)

q = 0,75·k(q_r·e/25-(t_H – t_K))

где q_r - расчетное напряжение солнечной радиации для летнего периода, ккал/м²час; е - коэффициент поглощения, зависящий от конструкции сооружения; k - коэффициент теплопередачи внешнего ограждения, ккал/м²час ⁰С.

Таблица 2. Тепло, вносимое солнечной радиацией через внешние ограждения - q (ккал/м²час)

Продолжительность солнечного сияния в летний период для южных районов принимают 12 часов в сутки, для средней климатической зоны 9 часов в сутки. Тогда количество тепла, поступающего под действием солнечного излучения составит Q_c (ккал/сут)

Q_С = q·F·t

где F - площадь ограждения, м²; t - продолжительность солнечного сияния, час/сутки.

Расход холода на охлаждение продуктов

где G_пр - количество продуктов, поступающих на охлаждение, кг/сутки; с_пр - теплоемкость продуктов при охлаждении ккал/кг К; G_пр - масса тары продуктов, кг; с_т - теплоемкость материала тары, ккал/кг К (дерево - 0.6, сталь – 0,1, стекло – 0,2); t₁ и t₂ -начальная и конечная температуры продуктов и тары.

Расход холода на замораживание продуктов в значительной степени зависит от содержания в них воды, при этом после превращения воды в твердое состояние происходит дальнейшее понижение температуры продукта с теплоемкостью его ниже точки замерзания. С учетом предварительного охлаждения расход холода при замораживании

где t'- температура замерзания соков продукта, °С, для мяса t' =-1 ⁰С; φ=0,75 - содержание влаги в продукте, кг/кг; ω - количество вымерзшей воды при конечной температуре продукта, кг/кг:, с₀ - теплоемкость продукта при температуре ниже точки замерзания, ккал/кг К; t₁ и t₂. - начальная и конечная температуры продукта.

Теплоемкость пищевых продуктов с (ккал/кг К) для температур выше нуля приближенно определяется по формуле:

Теплоемкость замороженных продуктов с_о (ккал/кг К) с достаточной степенью точности выражается формулой:

с_о = 0,5·φ·ω+с'(1 - φ) +с"·φ(1 - ω)

где с' - теплоемкость сухих веществ продукта (0.32...0.35 ккал/кг·К); с" - теплоемкость незамерзших соков (0.9...0.95 ккал/кг К).

Количество вымерзшей воды в зависимости от конечной температуры, для неупакованных мяса и рыбы в среднем составляет:

конечная температура продукта: -5 -10 -15 -20

количество вымерзшей влаги, %: 75 80 85 90

Расход на вентиляцию камер учитывают при хранении некоторых охлажденных продуктов или при кондиционировании воздуха в производственных камерах. При хранении мороженных продуктов расход холода на вентиляцию камер не учитывают. В случае необходимости вентиляции камер расход холода определяют по объему камер и кратности смены воздуха. При этом учитывают температуру и влажность воздуха наружного и внутри камер:

где а - кратность смены воздуха камер в сутки; для большинства продуктов достаточно смены 2-х объемов воздуха; V - объем вентилируемых камер, м³; t_н – t_к - разность температур воздуха - наружного и в камере: r - теплота конденсации водяных паров из воздуха, (r = 0,61 ккал/кг для температур в камере выше 0 ⁰С, r = 0,69 ккал/кг при переходе водяных паров в иней для температур воздуха в камере ниже 0 °С); g=1,2 и g'=0,4 - содержание влаги в воздухе при температурах t_н и t_к, г/м³; φ=0,7 и φ^/=0,95 - относительная влажность воздуха в долях единицы при температурах соответственно t_н и t_к.

Расход холода на эксплуатационные потери определяют согласно следующим данным:

1. На открывание дверей - в зависимости от площади камер и назначения их табл.3.

Таблица 3. Расход холода на открывание дверей

2 На освещение камер:

q = А·F

где А = 0,95 ккал/м²час - количество тепла, выделяемого на 1 м² площади камер, при расходе электроэнергии 7,5 Вт/м² и коэффициенте одновременности включения ламп 0,6; F - площадь камеры, м².

3 На пребывании в камере рабочих в зависимости от количества, их и продолжительности работы, с учетом выделения тепла, около 120 ккал/час×чел.

Задание: Провести расчет холодопроизводительности оборудования камеры замораживания мяса по следующим данным: