Мет.опред. теплопритоков. Южный Филиал Крымский Агротехнологический Университет

• Название: Южный Филиал Крымский Агротехнологический Университет
• Анкор: Мет.опред. теплопритоков.doc
• Дата: 30.04.2018
• Размер: 492.5 Kb.
• Имя файла: Мет.опред. теплопритоков.doc
• Тип: Методические указания; #18709
• страница: 1 из 3

Кабинет Министров Украины
Южный Филиал «Крымский Агротехнологический Университет»

Национального Аграрного Университета

Кафедра технологического оборудования

перерабатывающих предприятий и компьтерных систем управления
Методические указания к практическим занятиям по холодильной технике и технологии для студентов очной и заочной формы обучения технологического факультета специальности «Технология хранения, консервирования и переработки молока»
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРИТОКОВ ОХЛАЖДАЕМЫХ

ПОМЕЩЕНИЙ

Симферополь, 2006
1. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРИТОКОВ

ОХЛАЖДАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Определение теплопритоков состоит в последовательном их учете в охлаждаемое помещение (к охлаждаемому аппа­рату) от различных источников тепла, которые могут оказать влияние на установление и поддержание заданного теплового ре­жима в охлаждаемом объекте. Конечной целью определения теплопритоков является нахождение для каждого охлаждаемого помеще­ния производительности камерного холодильного оборудования, достаточного для отвода всего поступившего тепла и для поддер­жания тем самым заданных температурных условий воздушной (или иной) среды внутри этого помещения (аппарата). Кроме того, определение теплопритоков позволяет найти производительность обору­дования машинного отделения, необходимую для поддержания заданной температуры во всех охлаждаемых помещениях (аппара­тах), имеющихся на предприятии.

Поскольку в задачу расчета входит определение производи­тельности охлаждающих приборов (а затем и их поверхности) для каждого охлаждаемого помещения, то это заставляет проводить определение теплопритоков отдельно по каждому помещению (аппа­рату), что при проектировании больших предприятий оказы­вается довольно трудоемким. Поэтомупределение теплопритоков выполняют обычно путем сведения всех расчетных данных в таблицы.

В установившемся состоянии в охлаждаемое помещение будут проникать и возникать внутри самого помещения (аппарата) следующие виды теплопритоков:

1) теплоприток от окружающей среды , проникающий через ограждения;

2) теплоприток от продуктов (грузов) при их термической обработке или

выделении тепла при совершении реакций;

3) теплоприток с наружным воздухом при вентиляции по­мещений;

4) эксплуатационные (прочие) теплопритоки от различных источников.

Сумма всех теплопритоков в данный момент времени определяет нагрузку на холодильное оборудование.

Важнейшей особенностью теплопритоков, накладывающей от­печаток на весь ход определения теплопритоков, является непостоян­ство их во времени. Все теплопритоки непрерывно меняются и, в общем случае, без достаточной закономерности. Однако теплопритоки и , обусловленные влиянием наружной окружаю­щей среды, меняются в связи с сезонными и суточными колебания­ми температуры и влажности атмосферного воздуха. В свою оче­редь, величина зависит от сезонности поступления грузов или от графика нагрузки на аппараты (реакторы).

Другая особенность теплопритоков состоит в том, что их мак­симальные значения по времени, как правило, не совпадают и могут наблюдаться в разное время суток или года.

Очевидно, что холодильная установка машинного охлаждения только тогда будет способна отвести все теплопритоки, если ее производительность будет определена по самому неблагоприят­ному из всех возможных сочетаний. Для того, чтобы выбрать этот случай, необходимо составить годовые графики теплопритоков от всех источников, сложить теплопритоки, соответствующие одно­му и тому же моменту времени и отыскать такой период (или момент), которому отвечает наибольшая сумма теплопритоков и ко­торый окажется, таким образом, наиболее напряженным периодом для всего холодильного оборудования. Такой период может быть назван расчетным периодом, а максимальная сумма теплопритоков (но не сумма максимальных значений) –
расчетной тепловой на­грузкой, по которой и подбирается или рассчитывается холодиль­ное оборудование.

Однако выбор расчетного периода можно провести более просто, исходя из следующих соображений. Во-первых, из всех теплопри­токов наибольшее численное значение имеют первые два: и . Поэтому доста­точно найти период, которому соответствует максимальная сумма этих двух теплопритоков. Во-вторых, что касается теплопритоков со стороны наружного воздуха-( и), то очевидно, что их мак­симальное значение совпадает с наиболее жарким временем года в данной местности. Колебания величины определяются гру­зооборотом или графиком нагрузки предприятия. В частном слу­чае максимальные значения обоих теплопритоков могут прихо­диться на один период времени . В этом случае рас­четный период совпадает с наиболее жарким временем года, а расчетная нагрузка может быть вычислена суммированием макси­мальных значений теплопритоков:

Q_расч=Q_1макс+Q_2макс.

При несовпадении по времени максимальных значений теплопритоков расчетная на­грузка, равная максимальной сумме теплопритоков Q_расч=(Q₁+Q₂)_макс в расчетный период Z_расч ,окажется меньше суммы максимальных значений теплопритоков Q_1макс+Q_2макс. Принятие этой последней суммы за расчетную нагрузку в таком случае привело бы к завышению производительности устанавливаемого холодильного оборудования. Расчетный период будет опреде­ляться местоположением максимальной суммарной ординаты на графике.

При выполнении определения теплопритоков нескольких помеще­ний, охлаждаемых одной холодильной машиной (или несколькими параллельно работающими) возникает еще одна особенность теплопритоков, из которой вытекает разница между расчетными на­грузками на камерное (местное) оборудование и на оборудование машинного отделения или, как обычно

говорят, на компрессор. Под расчетной нагрузкой на камерное (местное) оборудование по­нимают величину теплопритоков, определяющую необходимую производительность этого оборудования и его теплопередающую поверхность. Под расчетной нагрузкой на компрессор понимают величину теплопритоков, по которой должна быть определена необходимая холодопроизводительность компрессора и другого оборудования машинного отделения. Разумеется, в любой момент времени сумма количеств тепла, отведенного рабочим телом при посредстве охлаждающих приборов из помещений определяет холодопроизводительность компрессора в этот момент и нагрузку на конденсатор . Иными словами, не может быть разницы между действительной нагрузкой на камерное (местное) оборудование и на компрессор в любой момент времени.

Причиной появления разницы между расчетными нагрузками на камерное оборудование и на компрессор является возможное несовпадение по времени максимальных нагрузок на отдельные охлаждаемые помещения (аппараты).

Максимальные теплопритоки в эти помещения по времени не сов­падают и оказались в моменты времени z_А и z_Б. Сумма теплопри­токов для обоих помещений в любой момент времени представляет собой действительную нагрузку на компрессор и на рисунке показана линией Q_K.

Естественно, за расчетную нагрузку на оборудование для помещения А выбрать максимальный теплоприток в это помещение Q_Амакс , а для помещения Б – Q_Бмакс . В качестве же расчетной нагрузки на компрессор следует выбрать максимальную сумму Q_Красч= (Q_А+Q_Б)_макс теплопритоков соответствующую мо­менту z_K

В этом случае суммарная расчетная нагрузка на оборудование охлаждаемых помещений окажнтся больше, чем расчетная нагрузка на компрессор, т.е
Q_{об.расч}=Q_Амакс+Q_Бмакс>Q_к.расч

Если бы расчетная нагрузка на компрессор была выбрана как сумма расчетных нагрузок на оборудование отдельных помещений (аппаратов), то это также привело бы к завышению необходимой производительности оборудования машинного отделения. Указанная разница между расчетными нагрузками не появилась, если бы максимальные теплопритоки в отдельных помещениях оказались в один и тот же момент времени.

Точный учет всех особенностей теплопритоков при выполнении определения теплопритоков , естественно, невозможен. Поэтому приходиться встречаться с некоторыми условностями расчета, вызванными необходимостью упрощения трудоемкой работы, которую проводят при определении расчетных нагрузок, а также тем, что расчет ведется в предположении стационарности теплового режима, хотя в действительности этого нет.
2. ТЕПЛОПРИТОК ОТ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ ОХЛАЖДАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Тепло отокружающей среды проникает внутрь охлаждаемых помещений в результате действия двух процессов: а) теплопередачи через ограждения вследствие наличия разности температур наружной окружающей среды и воздуха внутри помеще­ния (аппарата); б) поглощения на­ружной поверхностью ограждений теплоты солнечной радиации. Поэтому

Q₁=Q_1T+Q_1C (1)

Теплоприток, возникающий под влиянием разности температур Ве­личина этого теплопритока определяется по выражению

Q_1T=kF КДж/час , (2)

где k - коэффициент теплопередачи ограждения; значения этой величины определяются по данным гл. III; F - поверхность ограждения в м².

Общий теплоприток Q_1Т в данное охлаждаемое помещение является суммой теплопритоков через каждое из ограждений, ограничивающих это помещение. Определение поверхности ограждений производится в соответствии со следующими ука­заниями:

1) за длину наружных стен угловых помещений принимают размер от наружной поверхности стены до оси внутренней стены ; длину наружной стены неуглового помещения находят по размеру между осями внутренних стен );

2) за длину внутренних стен (перегородок) принимают размер или от внутренней поверхности наружных стен до оси перпенди­кулярных внутренних стен или между осями внут­ренних стен ;

3) длину и ширину пола и потолка определяют, как длину внут­ренних стен ;

4) высоту стен в промежуточном помещении и в первом этаже имеющем пол, расположенный на грунте, считают от уровня пола одного этажа до пола другого, т. е. в размер высоты включается толщина перекрытия над данным помещением; в верхнем этаже ­от уровня пола до верха засыпки пoкрытия; в первом этаже над неохлаждаемым подвалом - от уровня потолка подвала до уровня пола вышележащего этажа.

В случаях передачи тепла через наружные ограждения темпе­ратура t_n является расчетной температурой наружного воздуха. Ее определение встречает значительные трудности. Даже тогда, когда расчетный период установлен, например самый жаркий месяц года. Выбор в качестве расчетной температуры среднемесячной температуры приводит к недоучету возможных, довольно значи­тельных колебаний температуры, вследствие чего в жаркие дни появятся теплопритоки, отвести которые с помощью холодильной установки оказалось бы невозможным из-за недостаточной ее производительности.
Возможное влияние, которое оказывают колебания наружной температуры на состояние воздуха внутри помещений, зависит от теплоустойчивости ограждения или, иными словами, от его мас­сивности . Чем легче ограждение, тем быстрее и с большей амплитудой проникнут через него колебания, темпера­туры наружного воздуха. Напротив, в массивном ограждении эти колебания будут затухать и к внутренней поверхности проникать с большим отставанием по фазе. Таким образом, выбор расчетной температуры связан с конструкцией ограждения и для каждой конструкции можно найти такие колебания наружной темпера­туры, которые вызовут недопустимое повышение температуры на внутренней поверхности ограждения.

Для достаточно массивных ограждений, какими являются огра­ждения обычных холодильных сооружений, кратковременные по­вышения наружной температуры вызывают колебания теплового потока, существенно затухающие внутри ограждений. В связи с этим, за расчетную наружную температуру принимают среднюю температуру наиболее жаркой пятидневки . При отсутствии этих данных можно пользоваться следующей формулой:

t_н=t_ср.мес+0,25t_{а.м (2)}

где t_ср.мес - среднемесячная температура самого жаркого ме­сяца;

t_а.м - температура абсолютного максимума, т. е. наивыс­шая температура воздуха, наблюдавшаяся в данном районе.

Расчетную температуру, найденную по выражению (2, округляют до целого градуса. В качестве расчетной относительной влажности воздуха при­нимают среднемесячную влажность самого жаркого месяца, из­меряемую в 13 ч.

Что касается температуры охлаждаемого помещения t_к, то она задается технологическими условиями.

При определении количества тепла, проходящего через внут­ренние ограждения, отделяющие данное охлаждаемое помещение от других охлаждаемых или отапливаемых помещений, т. е. от таких помещений, где

удерживается вполне определенная темпера­тура, ее значение и подставляют в формулу (2) вместо наружной температуры t_н.

При определении теплопритоков приходится вычислять теплоприток и из неохлаждаемых и неотапливаемых помещений, температура в которых не фиксирована. Од­нако температура в таких помеще­ниях самоустанавливается в ре­зультате теплоподвода со стороны наружного воздуха и теплоотвода в соседние охлаждаемые помеще­ния и может быть вычислена из теплового баланса. Так как та­кие расчеты каждый раз выпол­нять затруднительно, то обычно пользуются установленными при­ближенными зависимостями.

Так, для определения теплопритока через ограждения из не­охлаждаемых помещений, имеющих непосредственный выход наружу, за расчетную разность температур принимается 70% от расчетной разности температур для наружных ограждений. Если неохлаждаемое помещение не имеет непосредственного выхода наружу, то за расчетную разность температур принимается 60% от разности температур для наружных стен.

При определении теплопритока через пол из неохлаждаемого подвала расчетная разность температур принимается в размере 50%от разности температур для наружных ограждений.

Выше говорилось о малой величине теплового потока, идущего из грунта. Поэтому теплоприток через полы, лежащие на грунте считают только для помещений с отрицательными температурами.

Если пол охлаждаемого помещения лежит на непучинистом грунте, то устройств для обогрева грунта не применяют и грунт под зданием может промерзнуть на некоторую глубину. В этом случае тепловой поток как из нижних слоев грунта, так и с боко­вых сторон ледогрунтового массива под зданием будет вызывать только таяние льда, но не пройдет через промороженный грунт. Поэтому за причину теплопритока через пол, лежащий на грунте, принимают проникновение тепла от слоя грунта, имеющего

температуру слоя с нулевой изотермой. Для средней полосы принимают глубину промерзания грунта под охлаждаемым зданием приблизительно 3,5 м.

Расчетная формула этого метода определения теплопритока через пол, лежащий на грунте, имеет вид

Q_1пола=КДж/час (3)

где - общее термическое сопротивление передаче тепла от слоя грунта с температурой 0 ⁰С к воздуху помещения в м²чград/КДж

F - площадь пола помещения в м²;

t_к- температура охлаждаемого помещения (с обратным зна­ком) в ⁰С.

Величина включает термические сопротивления теплопро­водности грунта R_грпод полом от уровня нулевой изотермы до строительной конструкции пола, теплопроводности конструк­ции пола (изолированного или неизолированного) и теплоотдачи от поверхности пола к воздуху камеры, т. е. R₀= R_гр+ R_n+ + R_к.

При расчете помещений с температурой -2 -2,5 ⁰С счи­тают, что нулевая изотерма проходит непосредственно под кон­струкцией пола, а потому R_гр= 0, т. е. R₀= R_n+ R_к.

Если пол низкотемпературного помещения, лежащий на грунте, имеет устройство для обогрева, предохраняющее грунт от промерзания, то для любых конструкций пола с обогревом тепло­приток через пол определяется по выражению

Q_1пола=k_nF(t_ср-t_к) (4)

где k_n- коэффициент теплопередачи конструкции изолирован­ного пола; обычноk_n= 0,3 ккал/(м²чград)=

= 0,35 вт/(м²град);

t_ср- средняя температура слоя с нагревательным устройством.

При электрическом обогреве пола электронагревателями в бе­тонной плите, а также при, обогреве жидкостями, протекающими по трубам, уложенным в слой

бетона, или паром холодильного агента, конденсирующимся в трубах, за расчетную температуру

принимаю t_ср= +1 ⁰С. Если применен шанцевый пол, то с уче­том неравномерности темпера­турв различных участках воз­душных каналов принимают среднюю температуру слоя с ка­налами t_ср=3 ⁰С.

При определении теплопри­тока Q_1T возникает разница меж­ду расчетными нагрузками на компрессор и на камерное обо­рудование из-за различного от­несения на эти статьи теплопри­токов, через внутренние ограждения, отделяющие охлаждаемые помещения с разными температурами друг от друга. Для выясне­ния этой разницы рассмотрен пример расчета теплопритоков в помещении 1 и 2 только через общую наружную северную стену

(НСС) и через внутреннюю стену (ВС), разделяющую эти помеще­ния

(табл. 1).

Таблица 1.

Пример расчета теплопритоков

№ помещения	tk в 0С	Наименование ограждения	tH в 0С	tH-tK в 0С	k в ккал/м2чград	F в м2	Q1T в ккал/ч
							на компрессор	На оборудование
1	-15	НСС ВС №2	25 -20	40 -5	0,3 0,5	40 30	480 -75	480 ----
		Всего по помещению № 1					405	480
2	-20	НСС ВС №1	25 -15	45 5	0,3 0,5	30 30	405 75	405 75
		Всего по помещению № 2					480	480
		Итого по обоим помещениям					885	960

Теплопритоки через наружные ограждения одинаково учиты­ваются и на компрессор, и на оборудование. Если обратить внима­ние на теплоприток через внутреннюю стену между помещениями 1 и 2, то можно видеть, что для помещения 1 этот теплоприток отри­цателен, так как температура этого помещения выше, чем сосед­него 2, в то время как для помещения 2 этот же теплоприток имеет положительный знак. При сложении теплопритоков отдельных помещений для получения нагрузки на компрессор теплопритоки через внутреннюю стену, как одинаковые по величине, но имеющие различные знаки, сократятся. Таким образом, в нагрузке на ком­прессор останутся только теплопритоки через наружное ограждение (НСС).

Что касается нагрузки на камерное оборудование, то для ее определения исходят из следующих соображений. В рассматривае­мый момент времени работа оборудования помещения 2 с более низкой температурой как бы помогает оборудованию помещения 1 с более высокой температурой, поскольку в низкотемпературную камеру отводится часть теплопритоков ,днако могут быть периоды, когда в помещении 2 не будет поддерживаться столь низкая температура и тогда ее оборудование не будет помо­гать работе оборудования помещения 1. Такие периоды будут более тяжелыми для оборудования помещения 1. Поэтому отрица­тельные теплопритоки не включают в нагрузку на оборудование, что и сделано в табл. IV.1. Следует отметить, что в период работы помещения 2 с повышенной температурой нагрузка на компрессор будет, напротив, понижена.

В связи с этим, при выполнении калорического расчета, на­грузку на компрессор следует считать по теплопритокам через наружные ограждения и через ограждения неохлаждаемых поме­щений, причем этот расчет может вестись не по отдельным помеще­ниям, а по отсекам с помещениями одинаковых температур, что упрощает ведение расчета. В нагрузку на оборудование данного помещения, кроме этих теплопритоков, включают положительные теплопритоки

через внутренние ограждения из соседних охлаждае­мых помещений.

Такой расчет нагрузки на компрессор, однако, условен, так как он оказывается справедливым только в случаях, когда сосед­ние помещения охлаждаются или одним компрессором, или груп­пой компрессоров, работающих на одну температуру кипения. Если же каждое из двух рассмотренных помещений охлаждается самостоятельными компрессорами, работающими на разные тем­пературы кипения, то внутренние теплопритоки, перераспределяя нагрузку между разными температурами кипения, могут оказаться существенными, что заставляет иногда их учитывать.

Некоторые охлаждаемые помещения предприятий (обычно из числа имеющих температуру 0°С и выше) нуждаются в отопле­нии для поддержания заданных условий в зимнее время. Для таких помещений производят определение теплопотерь, которые могут быть в зимнее время, что позволяет установить необходимую производительность отопительных приборов для каждого из помещений. Метод расчета теплопотерь аналогичен методу опре­деления теплопритоков. В качестве расчетной температуры на­ружного воздуха принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки.
3 ТЕПЛОПРИТОК ОТ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ.
Источником рассматри­ваемой лучистой энергии является солнце, имеющее на поверх­ности фотосферы температуру порядка 6000° С. Солнечная энергия, распространяется в виде лучей различной длины от 0,02 до 5,0 мк, причем длинноволновую часть спектра представляет инфракрас­ное или тепловое излучение, с длиной волны от 0,75 до 5,0 мк.

Спектральный состав и интенсивность солнечной радиации за пределами земной атмосферы оказываются неизменными что поз­воляет характеризовать интенсивность солнечного излучения ве­личиной так называемой солнечной

постоянной J₀, под которой понимают количество тепла в кал, получаемое 1 см²

поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам, на границе земной атмо­сферы в течение одной минуты. По актинометрическим измере­ниям Jo = 1,94 кал/(см² мин,), что составляет Jo = 11641200 ккал/ (м²ч) или Jo = 1350 вт/.м².

При прохождении через земную атмосферу изменяется как спектральный состав, так и интенсивность солнечного излучения вследствие его рассеяния и поглощения составными частями ат­мосферы. К поверхности земли проникает примерно половина солнечной энергии, пришедшей к границам атмосферы. В свою очередь атмосфера излучает часть рассеянного тепла в направлении земной поверхности. Количественный учет полной радиации, включающей прямое и рассеянное излучение, ведется при помощи величины, называемой напряжением солнечной радиации J, под которым понимают. количество тепла, приходящееся на 1 м² поверхности в единицу времени. Величина напряжения солнечной радиации зависит от географического положения пункта, от ориен­тации поверхности по отношению к странам света и от угла на­клона поверхности.

Видимый эффект солнечного излучения на поверхность огра­ждения выражается в повышении температуры поверхности, облучаемой солнцем, до температуры более высокой, чем темпера­тура t_Нокружающего воздуха.