Практическая работа по нахождению коэффициента теплопередачи. Цель работы_ для холодильной камеры хранения выполнить расчет и. Цель работы для холодильной камеры хранения выполнить расчет и подбор тепловой изоляции ограждений и расчет теплопритоков в камеру
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
Цель работы: для холодильной камеры хранения выполнить расчет и подбор тепловой изоляции ограждений и расчет теплопритоков в камеру. Задание: рассчитать толщину теплоизоляции и коэффициенты теплопередачи строительных слоев конструкции ограждений холодильной камеры: стен, потолка, пола, теплопритоки в камеру хранения пищевого продукта; определить тепловую нагрузку на компрессор, камерное оборудование; подобрать компрессор, конденсатор и камерное оборудование. Схема камеры представлена на рис. 4.4, варианты заданий – в виде табл. 4.5. Вариант 2 Исходные данные: -камера хранения мороженого мяса, схема которой представлена на рис.1; -температура и влажность наружного воздуха для г. Баку (таблица П5):  ;-температура и влажность воздуха в камере:  -продукт - мясо в полутушах; Рекомендуемые условия хранения некоторых скоропортящихся продуктов представлены в табл. П6. Наружные стены выполнены из железобетонных панелей толщиной 0,4 м, высота помещения 6 м. Теплоизоляция выполнена из пенополиуретана толщиной 0,1 м (   Рис 1. Камера хранения мороженого мяса 1.Действительное значение коэффициента теплопередачи определяем по формуле [6]:  где  ,  - коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней стороны ограждения, Вт/( (данные для выбора коэффициента теплоотдачи от поверхности стен к окружающему воздуху приведены в табл. П2);  - толщина строительных слоев конструкции, м;  -коэффициент теплопроводности изоляционного слоев, Вт/(м*К) (табл.П3);  -коэффициент теплопроводности строительных слоев конструкции, Вт/(м*К) (табл.П4);  -толщина теплоизоляционного слоя, м.Конструкция стены: -железобетон 400 мм; -пенополиуретан 100 мм.   Конструкция перекрытия (потолка): -рубероид (два слоя) не учитывается; -слой битума 0,007 м; -теплоизоляция (пенополиуретан) 0,1 м -железобетонная плита 0,2 м  Конструкция пола: -монолитное бетонное покрытие -из тяжелого бетона 0,04 м; -пароизоляция (один слой пергамина) 0,15 м; -плитная теплоизоляция требуется определить; -цементно-песчаный раствор 0,025 м; -уплотненный песок 1,35 м; -бетонная подготовка с электронагревателями не учитывается Толщину изоляционного слоя ограждения определяем по формуле   Величина  - теоретический коэффициент теплопередачи, принимается по табл. 1Таблица 1   =0, так как пол камера выполнен непосредственно на грунте и конвективный теплообмен между полом и воздухом с наружной стороны отсутствует.Принимаем толщину теплоизоляционного слоя равную 100 мм:  4.2.Теплоприток из окружающей среды через наружные ограждения Теплоприток из окружающей среды проникает внутрь холодильной камеры в результате действия таких двух процессов, как теплопередача через ограждения вследствие наличия разности температур наружного воздуха (  и воздуха внутри камеры ( ), а также поглощения наружной поверхностью ограждения теплоты солнечной радиации. Поэтому значение теплопритока  рассчитывается по формуле  Теплоприток рассчитывают для каждой камеры в отдельности. При этом нужно также учитывать, что ограждения могут иметь разные размеры, конструкцию и разные коэффициенты теплопередачи, температуру снаружи ограждения. Поэтому данный теплоприток рассчитывают для каждого ограждения по отдельности, в частности через стены, покрытие и пол.Рассмотрим каждую составляющую теплопритока более подробно.4.2.1. Теплопритоки через стены, покрытие, пол Теплоприток, возникающий под действием разности температур, рассчитывается по следующей формуле [6]:   где  – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2 ·К); F – площадь поверхностей ограждений, м2 ;  – расчетная разность наружной ( ) и внутренней ( ) температур, °С. Иногда при расчете приходится определять значения теплопритоков из неохлаждаемых и неотапливаемых помещений, температура в которых не фиксирована. Температура в таких помещениях самоустанавливается в результате теплоотвода со стороны наружного воздуха и теплоотвода в смежные охлаждаемые помещения. Обычно для выполнения таких расчетов из-за сложности используют приближенные зависимости, которые позволяют определить теплоприток. Поэтому для определения теплопритоков через ограждения из неохлаждаемых помещений, имеющих непосредственный выход наружу, разность температур принимается равной 70 % от расчетной разности температур для наружных стен. Если неохлаждаемое помещение не имеет непосредственного выхода наружу, то разность температур принимается равной 60 % от расчетной разности температур. При расчете теплопритока через ограждение, отделяющее охлаждаемую камеру от неохлаждаемого подвала, принимают расчетную разность температур, равную 50 % расчетной разности температур для наружных стен, если подвал не имеет окон, и 60 % – если подвал с окнами. 4.2.2. Теплоприток через пол с обогревом Теплоприток через пол, расположенный на грунте и имеющий обогревательные устройства, определяем по формуле [1]  , кВт,где – действительный коэффициент теплопередачи конструкции пола, Вт/(м2 ·К);  – средняя температура поверхности устройства для обогрева грунта. Если пол обогревается электрообогревателем, уложенным в бетонную плиту или жидким теплоносителем, протекающим по трубам, уложенным в слой бетона, а также паром холодильного агента, конденсирующимся в трубах, за расчетную температуру принимаем среднюю температуру плиты = 1 °С. При использовании шанцевого пола, представляющего собой пол с системой вентилируемых каналов, среднюю температуру слоя с каналами принимаем равной = 3°С4.2.3. Теплоприток от солнечной радиации Источником теплопритока от солнечной радиации является солнце, имеющее на поверхности фотосферы температуру 6000 °С. Воздействие солнечного излучения на поверхность ограждения приводит к повышению ее температуры до более высокого значения, чем температура наружного воздуха  . Теплоприток от солнечной радиации учитывается только через наружные стены и покрытие и определяется по следующей формуле [1]:  где – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2 ·К); F – площадь поверхности ограждения, облучаемой солнцем, м 2 ;  – избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, значения которой в зависимости от ориентации стенок по сторонам света и их наружного покрытия приведены в табл. П6. В рассматриваемом расчете теплоприток от солнечной радиации учитываем только через покрытие (потолок). Результаты расчета теплопритоков через ограждения камеры представлены в виде табл. 2.Таблица 4.2 Результаты расчета теплопритоков через ограждения
4.3. Теплоприток от продуктов при холодильной обработке Величина  учитывает тепловую нагрузку от продуктов и их тары, которые при поступлении на холодильник могут иметь более высокую температуру, чем температура воздуха в камере, т. е. продукты в течение определенного времени, пока их температура не сравняется с температурой внутри камеры, будут выделять в пространство внутри камеры определенное количество тепла. Теплоприток от продуктов в камерах хранения рассчитываем по формуле [6]  где  – суточное поступление продуктов, т/сут; i – разность удельных энтальпий продуктов, соответствующих начальной и конечной температурам продукта, кДж/кг (табл. П8). Температуру поступающего продукта принимаем на 10 °С больше температуры воздуха в камере. Температуру выходящего продукта при длительном хранении можно принять равной температуре воздуха в камере. Суточное поступление продуктов на холодильник (т/сут) определяем по формуле =5т/сутгде u – кратность грузооборота данного распределительного холодильника;  – коэффициент неравномерности поступления груза в камеры;  – доля продуктов, поступающих непосредственно в камеры хранения без предварительной холодильной обработки;  – емкость камеры хранения, т. Кратность грузооборота распределительного холодильника для предварительных расчетов можно принять u = 5–6. Коэффициент неравномерности поступления продуктов в камеры хранения грузов, δпр: – охлажденных 1,5 – мороженых 2,5 Доля продуктов, поступающих непосредственно в камеры хранения грузов, φпр: – охлажденных 1,0 – мороженых 0,65–0,85 Емкость камеры хранения рассчитываем по формуле  где  – площадь холодильной камеры,  ; g – норма загрузки 1  грузового объема продукта, т/ (табл. П9); гр h – грузовая высота или высота штабеля (м), определяемая высотой камеры холодильника с учетом отступов (от 0,3 до 1 м) от балок, потолочных приборов охлаждения и воздуховодов; β – коэффициент использования площади камеры, учитывающий размещение холодильного оборудования, отступ от стен и т. д.: – при <100 β = 0,7–0,75; – при 100< <400 β = 0,75–0,80; – при >400 β = 0,80–0,85При охлаждении продукта теплоприток рассчитываем по формуле где  – удельная теплоемкость охлаждаемого продукта, кДж/(кг·К);  ,  – температуры продукта в начале и в конце охлаждения, °C. При замораживании продукта где  – криоскопическая температура продукта, ºС; w – относительное содержание воды в продукте; ω – относительное количество вымороженной воды в продукте;  – удельная теплоемкость замороженного продукта. Теплоприток от тары:  где  – суточное поступление тары (т/сут), масса которой составляет 10–20 % от массы груза (для стеклянной тары 100 %);  – удельная теплоемкость тары, кДж/(кг·К); , – начальная и конечная температуры тары (принимаем равными начальной и конечной температурам продукта), °C. Удельную теплоемкость тары (кДж/(кг·К)) принимаем по материалу, из которого она изготовлена:– дерево 2,5; – картон 1,46; – металл 0,46; – стекло 0,835; – пластмасса 2,09.   где  = 39,4 кДж/кг – удельная энтальпия мяса при начальной температуре = – 8 ºC;  = 4,6 кДж/кг – удельная энтальпия мяса при конечной температуре = – 18 ºC  Общий теплоприток от продуктов при холодильной обработке:  4.4. Теплоприток при вентиляции помещений Вентиляцией называется организованная замена воздуха помещения свежим наружным воздухом. Подаваемый в охлаждаемое помещение наружный воздух должен быть предварительно охлажден до температуры воздуха в помещении, а содержание в нем влаги – понижено до значения, соответствующего влагосодержанию воздуха помещения. Теплота, отводимая от наружного воздуха при его обработке, и является теплопритоком  . Вентиляция охлаждаемых помещений обусловливается необходимостью в двух случаях: – при необходимости создания нормальных условий воздушной среды для людей, работающих в этих помещениях; – технологическими требованиями к состоянию воздушной среды. В первом случае для холодильных камер хранения с умеренно низкими температурами и большим числом людей теплоприток от вентиляции рассчитывается по выражению  где 20 ( /ч) – необходимый объемный расход наружного воздуха для одного работающего человека в камере; n – количество одновременно работающих людей в помещении, принимают в зависимости от площади камеры (при < 200 n = 2–3, при > 200 n = 3–4); – энтальпия наружного воздуха при расчетных условиях, кДж/кг;  – энтальпия воздуха помещения, кДж/кг;  – плотность воздуха в охлаждаемом помещении, кг/ , которую можно определить по формуле  Значение удельной энтальпии определяем по температуре наружного воздуха и относительной влажности наружного воздуха  , а значение удельной энтальпии – по значениям температуры и относительной влажности воздуха внутри камеры ( ,  ) с помощью диаграммы влажного воздуха (рис. 4.2). Второй случай необходимости вентиляции характерен для камер хранения фруктов и овощей, имеющих положительные температуры, для устранения запахов и удаления продуктов дыхания. Для таких камер теплоприток от вентиляции рассчитывают по выражению  ,где  – строительный объем вентилируемого помещения, ;  – кратность воздухообмена в сутки. Для камер хранения = 3–5 объемов в сутки, для камер охлаждения фруктов = 10–12 объемов в сутки.4.5. Эксплуатационные теплопритоки Эксплуатационные теплопритоки возникают вследствие освещения камер, пребывания в них людей, работы электродвигателей и открывания дверей. Их определяют по каждой статье отдельно. 4.5.1. Теплоприток от освещения Теплоприток от освещения рассчитываем по формуле  где А – теплота, выделяемая источниками освещения в единицу времени на 1 площади пола, Вт/ . Для камер хранения (складских помещений) А = 1,2 Вт/ ; F = 216 – площадь камеры хранения мороженого мяса Рис 2. Диаграмма влажного воздуха 4.5.2. Теплоприток от пребывания людей Теплоприток от пребывания людей определяем [6]  0.35*4=1.4 кВтгде 0,35 – тепловыделение одного человека при тяжелой физической работе, кВт; n – число людей, работающих в данном помещении. 4.5.3 Теплоприток от работающих электродвигателей В холодильных камерах с целью обеспечения эффективного перемешивания и хорошей циркуляции воздуха внутри камер все испарители оборудуются вентиляторами. Каждый вентилятор имеет приводной электродвигатель, который выделяет тепло, добавляющееся к теплу, выделяемому другими источниками. Теплоприток от работающих электродвигателей при расположении вне охлаждаемого помещения  где  = 1–4 кВт – мощность электродвигателей для камер хранения;  = 0,8 – КПД электродвигателя. Чем больше камера, тем больше мощность электродвигателей. Теплоприток от работающих электродвигателей в охлаждаемом помещении:  4.5.4. Теплоприток при открывании дверей Теплоприток при открывании дверей рассчитываем по формуле [7]  где q – суммарная суточная тепловая нагрузка на холодильную камеру, кВт;  – коэффициент, учитывающий время, в течение которого дверь открыта;  – коэффициент, учитывающий характер воздушного потока в дверном проеме; Е – степень эффективности защитного устройства дверного проема. Суммарная суточная тепловая нагрузка составляет   где  = Н ·  = 2,5 · 2 = 5 – площадь дверного проема; Н и – высота и ширина дверного проема, м; , – энтальпии наружного и внутреннего воздуха, кДж/кг (см. п. 4.4);  ,  – плотность внутреннего и наружного воздуха, кг/ , которые рассчитываются по формуле кг/ Fт – коэффициент, учитывающий разность плотностей воздуха снаружи и внутри камеры  Коэффициент Dτ определяем по формуле  где n = 6 – ежесуточное число проходов через дверной проем;  – время открывания/закрывания двери при каждом проходе, с. Для обычных дверей = 25 с, для высокоскоростных дверей τ1откр находится в пределах от 10 до 15 с;  – время в течение суток, когда дверь остается открытой Коэффициент представляет собой отношение текущей интенсивности воздухообмена к интенсивности при полностью установившемся воздушном потоке. Значение зависит от разницы температур внутри камеры и снаружи, меняясь от 1,1 для разности 7–10 К до 0,8 – для разности 16 К и более.Степень эффективности защитного устройства Е зависит от его конструкции. При отсутствии защитного устройства Е = 0, для защитного устройства в виде шторы Е = 0,2, для воздушной завесы Е = 0,7. Таким образом, теплоприток при открывании дверей составляет  Эксплуатационные теплопритоки определяем как сумму теплопритоков отдельных вид  4.5.5. Теплоприток при «дыхании» продуктов Этот вид теплопритока учитывают только на специализированных холодильниках для хранения фруктов и овощей, а также камерах распределительных холодильников. Теплоприток  определяют по формуле [6] где  – емкость камеры, т;  ,  – тепловыделение плодов при температурах поступления и хранения, определяемое по табл. П11. В нашем случае =04.6. Определение нагрузки для подбора холодильного оборудования Холодопроизводительность  – это та тепловая мощность, которую холодильная машина (рис. 3) способна отбирать от охлаждаемого объекта для поддержания температуры ниже, чем у окружающей среды. В нашем случае таким объектом является воздух в камере хранения пищевых продуктов Рис. 3. Схема холодильной машины: КМ-компрессор; КД-конденсатор; РВ-регулирующий вентиль; И - испаритель (камерное оборудование) Холодильная машина (рис. 3) представляет собой замкнутую геометрическую систему, заполненную холодильным агентом. В состав холодильной машины входят компрессор КМ, конденсатор КД, испаритель И и регулирующий вентиль РВ, соединенные трубопроводами. Если отсутствует хотя бы один элемент, получение холода и охлаждение воздуха в камере становится невозможным. Рассмотрим назначение каждого из четырех элементов. Компрессор холодильной машины обеспечивает сжатие и перемещение паров холодильного агента, что, в свою очередь, обеспечивает последующую конденсацию холодильного агента в конденсаторе, создает низкое давление и низкую температуру кипения в испарителе и способствует перемещению холодильного агента по всем элементам холодильной машины. Компрессоры различаются принципом действия, холодопроизводительностью и особенностями конструкции. По принципу действия компрессоры разделяют на поршневые, ротационные, спиральные, винтовые, центробежные. Наиболее распространенным типом компрессоров является поршневой компрессор. Поршневыми компрессорами комплектуют холодильные машины, обеспечивающие холодом торговое холодильное оборудование и холодильные камеры. По холодопроизводительности компрессоры подразделяются на компрессоры малой (до 12 кВт), средней (от 12 до 90 кВт) и большой (свыше 90 кВт) холодопроизводительностям. По конструкции компрессоры подразделяют на одноступенчатые или многоступенчатые (двух- и трехступенчатые). Основными теплообменными аппаратами холодильной машины являются конденсатор и испаритель. Назначение теплообменных аппаратов заключается в обеспечении интенсивного обмена тепла между холодильным агентом и теплоотводящей (в конденсаторе) и охлаждаемой (в испарителе) средами. Конденсатор – это теплообменный аппарат, в котором охлаждаются и конденсируются пары холодильного агента в результате отдачи теплоты теплоносителю – охлаждающей воде или воздуху. По типу теплоотводящей среды различают конденсаторы воздушного и водяного охлаждения. В холодильных агрегатах торгового холодильного оборудования преимущественно применяют конденсаторы воздушного охлаждения, так как они по сравнению с конденсаторами водяного охлаждения проще в монтаже и эксплуатации. Конденсаторы воздушного охлаждения подразделяют на конденсаторы с естественным (конвективным) и принудительным движением воздуха. В холодильных машинах с небольшой тепловой нагрузкой устанавливают конденсаторы с конвективным движением воздуха. Основным достоинством таких конденсаторов является отсутствие шума в работе, коэффициент теплопередачи не превышает 4–6 Вт/(м2 ·К). Конденсаторы с принудительным движением воздуха оснащены вентиляторами. Коэффициент теплопередачи конденсаторов с принудительным движением воздуха составляет 25–35 Вт/(м2 ·К), в связи с чем преимущественное распространение получили конденсаторы с принудительным движением воздуха. Конденсаторы водяного охлаждения подразделяют на конденсаторы проточного типа и конденсаторы с оборотным водоснабжением. Конденсатором проточного типа называется конденсатор, в котором охлаждаемая среда – вода – после отвода теплоты конденсации удаляется в канализацию. Существенным недостатком проточных конденсаторов является большой расход воды, протекающей через них. Конденсаторы водяного охлаждения различаются по конструкции: горизонтальные и вертикальные кожухотрубные, горизонтальные кожухозмеевиковые, пластинчатые. Пластинчатые конденсаторы при большой площади теплообмена имеют небольшие геометрические размеры. Находят применение также оросительные и испарительные конденсаторы, в которых теплота отводится водой, испаряющейся в воздухе. Оросительные и испарительные конденсаторы работают в режиме экономии воды. Испаритель – это теплообменный аппарат, в котором холодильный агент кипит за счет теплоты, отнимаемой от хладоносителя. Испарители по типу охлаждаемой среды делят на испарители для охлаждения воздуха (камерные охлаждающие приборы) и жидкого хладоносителя. Испарители для охлаждения воздуха используют в виде батарей непосредственного охлаждения и воздухоохладителей. В случае использования батарей и воздухоохладителей воздух в холодильной камере охлаждается в результате непосредственного контакта его с холодной поверхностью труб, внутри которых кипит холодильный агент. Но при батарейном охлаждении циркуляция воздуха в камере естественная, при охлаждении с помощью воздухоохладителей – принудительная с помощью вентиляторов. По конструкции испарители разделяют на ребристотрубные и гладкотрубные. Испарители для охлаждения жидкого хладоносителя (воды, рассола, незамерзающей жидкости) по конструкции бывают следующих типов: панельные, кожухотрубные, кожухозмеевиковые, пластинчатые. В регулирующем вентиле происходит снижение давления конденсации в конденсаторе до давления кипения в испарителе, т. е. происходит процесс дросселирования. Дросселированием называют снижение давления жидкости или газа при прохождении его через узкое отверстие, например, через трубку малого диаметра или вентиль с малым проходным сечением. При определении требуемой Q0 холодильной машины необходимо учитывать все виды теплопритоков по отдельности. Так теплоприток через ограждающие конструкции (Q1) и на компрессор (Q1км), и на камерное оборудование (Q1об) учитываем полностью. Теплоприток от продуктов при холодильной обработке на компрессор Q2км учитываем полностью, на камерное оборудование Q2об – на 20 % больше. Теплоприток от вентиляции Q3 учитываем полностью на компрессор и на камерное оборудование. Нагрузку на компрессор от эксплуатационных теплопритоков Q4км учитываем в размере 50–75 % от максимальной, в нашем случае принимаем 75 %. Эксплуатационный теплоприток на камерное оборудование Q4об учитываем полностью. Теплоприток Q5 только для продуктов растительного происхождения учитывается полностью на компрессор и камерное оборудование. Результаты расчетов всех видов теплопритоков представлены в виде табл. 3 Таблица 3 Итоговая таблица для определения нагрузки
Расчетную холодопроизводительность определяем по формуле  где ξ = 1,06 – коэффициент, учитывающий потери в трубопроводах и аппаратах холодильной установки при непосредственном охлаждении[6]. Значение коэффициента при непосредственном охлаждении принимаем в зависимости от температуры кипения хладагента (табл. 4.4); b = 0,6 – коэффициент рабочего времени. |
