Расчет теплопритоков в камеры холодильника
Цель такого расчета – определить потребность в холоде каждой камеры и по всему холодильнику, чтобы на этой основе подобрать оборудование компрессорного цеха и камерное оборудование в каждую камеру.
При этом следует помнить, что в камерах холодильника поддерживаются не одинаковые температуры: в камерах охлаждения и хранения охлажденных СПП, как правило, поддерживается температура в пределах 0...плюс 5 °С, в камерах хранения замороженных грузов минус 18...минус 25 °С, а в камерных морозилках минус 28...минус 32 °С.
В соответствии с этим необходимо, чтобы в компрессорном цеху вырабатывался аммиак с температурами кипения в камерных приборах охлаждения, соответственно, минус 7 ... минус 10°С, минус 28 … минус 33 °С и минус 38 ... минус 42 °С. Для этого в компрессорном цеху необходимо иметь три автономные холодильные установки.
Расчет теплопритоков в каждую из камер проводят по следующей схеме:
, (10.4)
где Q1 – теплопритоки через ограждения камеры. Вт;
Q2 – теплопритоки, связанные с термической обработкой груза, Вт;
Q3 – теплопритоки, связанные с вентиляцией камеры, Вт;
Q4 – эксплуатационные теплопритоки, Вт;
Q5 – теплоприток от «дыхания» продукции растительного происхождения, Вт.
Теплоприток Q1 определяют для каждого из шести ограждений камеры по формуле:
, Вт (10.5)
где k – коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2×К);
F – площадь поверхности ограждения, м2;
Dt – разность температур наружного воздуха и воздуха в камере, °С.
При строительстве нового холодильника принимают нормативные значения kн для различных ограждений, а при реконструкции старого холодильника (когда здание уже существует) значение k можно рассчитать для каждого из ограждений по формуле типа (9.3).
Площади поверхностей ограждения камеры выбирают из чертежей холодильника, либо измеряют непосредственно в камере.
Несколько сложнее обстоит дело с величиной температурного напора Dt. Для наружных ограждений холодильника она рассчитывается по формуле:
. (10.6)
Температура воздуха в камере tв.к обычно известна, а температура наружного воздуха tн.в принимается как расчетная летняя температура для данного региона (ее определяют как среднюю из четырех наиболее теплых пятидневок
25-летнего периода для данной местности) [2, с. 417]. Температуру в неохлаждаемых коридорах, тамбурах, вестибюлях в крупных холодильниках не определяют. При расчете теплопритоков через внутренние ограждения, отделяющие холодильные камеры от этих помещений, расчетный температурный напор принимают как часть температурного напора, определенного по формуле (10.6). Так, для помещений, сообщающихся с наружным воздухом, эта часть составляет 70 % от Dt, а для помещений, не сообщающихся с наружным воздухом – 60 % и т.д. Существуют также правила расчета разности температур при определении теплопритоков через потолки, полы, лежащие на грунте и расположенные над подвалами и т.д. Подробнее с этими правилами можно познакомиться в [2, 3].
Теплоприток Q1 учитывает и влияние солнечной радиации на некоторые поверхности холодильника, т.е. тот дополнительный теплоприток в камеру холодильника, который вызван непосредственным воздействием солнечных лучей. Расчет этого теплопритока выполняют по аналогичной формуле:
, (10.7)
где Dtc.p – некоторый условный температурный напор, вызванный именно солнечным излучением.
Значения Dtc.p приведены в справочной литературе в зависимости от ориентации поверхности в пространстве, ее окраски и географического месторасположения холодильника [2, с. 418-420]. Естественно, что этот теплоприток будет иметь место только через те поверхности камеры, которые подвергаются солнечному воздействию.
Процессы охлаждения, а, тем более, замораживания грузов в камерах холодильника очень энергоемки. Поэтому они, как правило, проводятся в специальных помещениях холодильника – камерах охлаждения, либо камерах замораживания (камерных морозилках). В камерах хранения груз только хранится и в редких случаях, когда его температура немного повысилась (например, при перевозке), приходится снова его охлаждать.
Теплоприток Q2 определяют по формуле:
, (10.8)
где Мгр – суточное поступление груза в холодильную камеру, кг/сутки;
iн, iк – энтальпия груза, соответственно, при начальной и конечной температурах, Дж/кг;
t – время термической обработки груза в холодильной камере, ч.
Если груз поступает на холодильник в таре, то следует учесть и теплопритоки, связанные с охлаждением тары:
, (10.9)
где Мт, ст – масса и удельная теплоемкость материала тары, соответственно, кг и Дж/(кг·К);
tн, tк – начальная и конечная температуры, °С.
Теплоприток Q3 учитывает необходимость вентиляции камер холодильника. При этом из камер удаляется холодный воздух, а поступает в камеру теплый, который снова необходимо охладить:
, (10.10)
где п – кратность воздухообмена в камере, величина, указывающая сколько раз в течении суток воздух в камере заменяется;
V – объем камеры, м3;
r, св – плотность и удельная теплоемкость воздуха, соответственно, кг/м3 и Дж/(кг·К).
Несколько мелких теплопритоков, связанных с эксплуатацией камеры, учитывается теплопритоком Q4. Сюда относят теплопритоки, учитывающие электрическое освещение камеры, наличие в ней работающих людей и электродвигателей, теплопритоки при открывании дверей и т.д. Каждый из этих теплопритоков легко вычислить, если известны конкретные условия эксплуатации камеры. Однако они, как правило, неизвестны. Поэтому теплоприток Q4 часто принимают как некоторую часть теплопритоков Q1 и Q3:
(10.11)
Большие значения численных коэффициентов характерны здесь для камер малой емкости.
Теплоприток Q5 учитывают только в специализированных холодильниках для плодов и овощей и в камерах для плодов и овощей распределительных холодильников. Появление такого теплопритока связано с «дыханием» продукции растительного происхождения, т.е. с выделением теплоты при биохимических процессах их созревания. Этот теплоприток можно определить по формуле:
, (10.12)
где Ек – емкость камеры, т;
qn, qхр – удельные тепловыделения продукции при температурах поступления и хранения, соответственно. Численные значения этих величин приведены в справочной литературе [2, с. 430].
Итоги расчета теплопритоков в камеры холодильника сводят в общую таблицу и суммируют по каждой камере в отдельности. Эти величины и являются расчетными нагрузками при определении поверхности и выборе камерных приборов охлаждения.
При расчете нагрузки на компрессор итоги по каждой камере суммируют для групп камер с примерно одинаковыми температурами 
.
Тепловую нагрузку на компрессор для такой группы камер определяют по формуле:
, (10.13)
где k – коэффициент, учитывающий потери холода в трубопроводах (k = 1,05...1,12 для различных систем охлаждения);
b – коэффициент рабочего времени компрессора (b = 0,7...0,95).
Часто, когда необходимо только оценить численные значения теплопритоков в группу одноименных камер холодильника, используют приближенную методику такого расчета.
Согласно такой методике:
, (10.14)
где Fстр – строительная площадь всех камер с i-той температурой на холодильнике, м2;
– удельная среднестатистическая тепловая нагрузка, отнесенная к 1 м2 пола камер данного типа.
В [3, с. 263] приведены такие значения для различных типов помещений холодного контура холодильника, включая и коридоры. Разумеется, такой расчет носит весьма приближенный характер.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите типы камер в теплоизолированном контуре холодильника. В чём их различия?
2. Какая площадь холодильника больше – грузовая или строительная?
3. Как определяются теплопритоки в холодильнике, связанные с наличием солнечной радиации?
4. Как приближённо оценить суммарные теплопритоки в камеру холодильника?
5. Нормативный коэффициент теплопередачи ограждения холодильника kн больше или меньше действительного коэффициента теплопередачи kд?
6. Какой характеристикой определяется качество материала теплоизоляции?
Литература: [2, с. 415-431; 3, с. 250-264].
Лекция 11. системы охлаждения холодильников
(СОХ)
Обычно к ним относят ту часть холодильной установки, которая начинается после дроссельного вентиля и заканчивается перед компрессором (так называемая сторона низкого давления).
СОХ классифицируют по:
– способу доставки холодильного агента к испарителям (безнасосные и насосные);
– способу отвода теплоты (с непосредственным кипением холодильного агента и с рассольной системой охлаждения);
– способу подачи холодильного агента в приборы охлаждения (с верхней подачей и с нижней подачей холодильного агента).
В настоящее время можно встретить следующие СОХ:
– безнасосные с непосредственным кипением холодильного агента;
– насосно-циркуляционные с непосредственным кипением холодильного агента;
– системы с промежуточным хладоносителем (рассольные СОХ);
– воздушные;
– децентрализованные.