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 = Q1Т + Q1С
где Q1Т и Q1С - теплопритоки в охлаждаемое помещение соответственно вследствие разности температур и действия солнечной радиации, кВт;
;
где kД - действительный коэффициент теплопередачи наружного ограждения, зависит от конструкции ограждений и для холодильных камер лежит в диапазоне 0,22...0,58 Вт/(м2. К); F – площадь поверхности наружного ограждения, м2; tнр – расчетная температура наружного воздуха (принимается по справочным данным – табл.1), оС; tв – температура воздуха в охлаждаемом помещении (принимается по технологическим номам в зависимости от назначения камер и вида продуктов), оС; Dtc – 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
Климатические зоны | Наружный воздух | Смежные помещения | Тамбур, коридор | Почва под полом |
Северная Средняя Южная | +25 +28 +32 | +20 +24 +28 | +10 +12 +14 | +10 +14 +18 |
Dtc – 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 Q1t и Q 1c через покрытие учитывают одинаково при определении тепловой нагрузки на компрессор и камерное оборудование.
Теплоприток Q1c через наружные стены определяют следующим образом: при расчете тепловой нагрузки на компрессор определяют Q1c 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 Q1c 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(qr·e/25-(tH – tK))
где qr - 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)
Разность температур воздуха снаружи и внутри камеры | Ориентация ограждений по сторонам света | ||||
Юг | Запад Восток | Юго-Запад Юго-Восток | Северо-запад Северо-восток | Плоская крыша I | |
16,4 | 20,5 | 18,4 | 13,7 | 12,4 | |
24,0 | 28,0 | 26,0 | 21,2 | 19,9 | |
31,4 39.0 | 35,4 43,0 | 33,5 41,0 | 28,7 36,2 | 27,4 35,0 | |
46,4 | 50,5 | 48,5 | 43,8 | 42,4 | |
54,0 | 58,0 | 56,0 | 51,0 | 50,0 |
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 Qc (ккал/сут)
QС = q·F·t
где F - площадь ограждения, м2; t - продолжительность солнечного сияния, час/сутки.
Расход холода на охлаждение продуктов
где Gпр - количество продуктов, поступающих на охлаждение, кг/сутки; спр - теплоемкость продуктов при охлаждении ккал/кг К; Gпр - масса тары продуктов, кг; ст - 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 со (ккал/кг К) с достаточной степенью точности выражается формулой:
со = 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; tн – tк - 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 tн и tк, г/м3; φ=0,7 и φ/=0,95 - относительная влажность воздуха в долях единицы при температурах соответственно tн и tк.
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
Назначение камер | Расход холода ккал/м2час при площади камер | ||
до 50 м2 | 50...150 м2 | свыше 150 м2 | |
Охлаждение: | |||
мяса, субпродуктов | J.i^ | ||
колбас, окороков, жира | >••-•-& | 1^ | |
Хранение: | |||
колбас, окороков, мяса | |||
охлажденных продуктов | |||
замороженных продуктов | ..„ | ||
Замораживание |
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:
№ вар. | Gпр, т/сут | tН, 0С | tК, 0С | К (ккал/м·час·0С) | Климат. зона | № камеры | ||
стен | потолок | пол | ||||||
-10 | 0,6 | 0,55 | 0,45 | Южная | ||||
-18 | 0,5 | 0,45 | 0,4 | |||||
-20 | 0,4 | 0,5 | 0,45 | |||||
-14 | 0,4 | 0,35 | 0,3 | |||||
-10 | 0,3 | 0,25 | 0,35 | |||||
-18 | 0,25 | 0,35 | 0,3 | Средняя | ||||
-14 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | |||||
-12 | 0,3 | 0,35 | 0,4 | |||||
-18 | 0,4 | 0,35 | 0,3 | |||||
-12 | 0,45 | 0,4 | 0,35 | |||||
-14 | 0,5 | 0,45 | 0,4 | Север-ная | ||||
-16 | 0,55 | 0,5 | 0,45 | |||||
-18 | 0,6 | 0,55 | 0,5 | |||||
-20 | 0,55 | 0,6 | 0,55 | |||||
-10 | 0,45 | 0,5 | 0,4 | |||||
-16 | 0,4 | 0,45 | 0,35 | Южная | ||||
-12 | 0,35 | 0,4 | 0,45 | |||||
-18 | 0,3 | 0,25 | 0,5 | |||||
-14 | 0,5 | 0,6 | 0,4 | |||||
-16 | 0,45 | 0,55 | 0,3 | |||||
-12 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | Средняя | ||||
-14 | 0,35 | 0,45 | 0,4 | |||||
-18 | 0,3 | 0,25 | 0,35 | |||||
-16 | 0,4 | 0,6 | 0,45 | |||||
-12 | 0,5 | 0,4 | 0,35 |