Холодильное и вентиляционное оборудование

БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ КАФЕДРА Технологического оборудования в животноводстве и перерабатывающих производств Учебное пособие для выполнения практических и самостоятельных работ для студентов очного и заочного обучения по специальности 311 500 — «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»

Холодильное и вентиляционное оборудование

Клячев В.М.

БРЯНСК 2005

УДК 621.56/59:628.83 (075)

ББК 31.392

К 52

Холодильное и вентиляционное оборудование. Клячев В.М. Учебное пособие для выполнения практических и самостоятельных работ. Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2005. — 52 с.

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры ТОЖПП В. И. Чащинов.

Изложены цель и задачи дисциплины, перечень вопросов для самостоятельного изучения, варианты заданий. Приведена методика и примеры решения задач по дисциплине.

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета инженеров АПК и природообустройства от 18 апреля 2005 г. протокол № 10.

© Брянскакя ГСХА, 2005

© Клячев В. М., 2005

Цель дисциплины — изучение устройств, работы и основ проектирования, а также расчета и подбора холодильного и вентиляционного оборудования для перерабатывающих цехов и предприятий агропромышленного комплекса.

В процессе изучения данной дисциплины студент должен познать:

— основные свойства воздуха;

— основы технологии холодильной обработки продукции сельского хозяйства;

— теплотехнические основы хранения продукции сельского хозяйства;

— основы теплофизики термической обработки продукции сельского хозяйства (охлаждения тел различной формы и конфигурации);

— способы и системы охлаждения;

— устройства холодильников, организацию охлаждения в них;

— термодинамические основы и циклы холодильных машин;

— устройство компрессоров холодильных машин;

— хладагенты и их выбор;

— теплообменные аппараты холодильных установок;

— основы автоматизации холодильных установок;

— основы эксплуатации холодильных установок;

— системы смазки компрессоров, смазочные масла;

— вспомогательное оборудование холодильных установок;

— основы вентиляции и кондиционирования воздуха на предприятиях по переработке продукции животноводства;

— устройство кондиционеров;

— отображение работы кондиционеров в i — d — диаграмме;

— холодильное оборудование в сельском хозяйстве.

Научиться:

— правильно выбрать температуру охлаждения, подмораживания и замораживания; температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха в холодильной камере; параметры воздуха в кондиционируемых помещениях предприятий по переработке продукции животноводства;

— правильно выбрать схему охлаждения продукции, вид холодильника, схему кондиционирования воздуха;

— читать схемы холодильных установок и установок кондиционирования воздуха, отображать процессы кондиционирования на i — d — диаграмме, а процессы охлаждения и замораживания — на диаграммах sT и i lg P;

— рассчитывать холодильники, подбирать оборудование холодильных установок, производить необходимые расчеты, связанные с охлаждением продукции;

— определять наиболее выгодные решения по холодильникам и вентустановкам;

— обеспечивать оптимальные требования по эксплуатации холодильных и вентиляционных установок;

— разбираться в инструкциях компрессоров, испарителей и другого оборудования холодильных установок;

— производить расчет и выбор калориферов для кондиционеров;

— получить представление о монтаже, ремонте и сервисном обслуживании оборудования холодильных и вентиляционных установок;

— изучить вопросы охраны труда, технике безопасности и экологии при эксплуатации холодильного и вентиляционного оборудования и быть готовым ответить на вопросы.

Вопросы контрольной работы

1. Основные процессы холодильной технологии и их краткая характеристика.

2. Классификация холодильных установок. Достоинства и недостатки различных видов холодильников.

3. Абсорбционные холодильные установки. Достоинства и недостатки. Область рационального использования. Используемые хладагенты.

4. Автоматизация работы холодильной установки. Устройство и принцип работы терморегулирующего вентиля (ТРВ).

5. Теплонасосные установки.

6. Ледяное и льдосоляное охлаждение. Системы льдосоляного охлаждения.

7. Холодильные установки в сельском хозяйстве.

8. Вспомогательное оборудование холодильной установки. Конструктивные схемы оборудования. Область использования.

9. Требования к хладагентам и хладоносителям.

10.Характеристика аммиака как хладагента.

11.Характеристики хладонов R₁₂ и R₂₂ как хладагентов. Обозначение хладагентов согласно ИСО.

12. Характеристика используемых хладоносителей.

13. Смазочные масла для холодильных установок. Взаимодействие масел с хладагентами.

14. Техника безопасности при работе холодильных установок на различных хладагентах.

15. Взаимодействие хладагентов с влагой. Нормы содержания влаги в хладагентах. Негативная роль влаги в работе холодильных установок.

16. Рабочий цикл одноступенчатого поршневого компрессора в Р-V, sТ и i lg Р — диаграммах.

17. Объемный коэффициент, коэффициент дросселирования, индикаторный коэффициент, коэффициент подогрева, плотности и подачи поршневого компрессора.

18. Порядок расчета одноступенчатого поршневого компрессора. Стандартные условия работы.

19. Энергетические характеристики компрессора и их расчет.

20. Основы теплового расчета холодильной установки. Расчет отдельных составляющих нагрузки по холоду.

21. Определение вместимости холодильной установки. Нормы загрузки холодильных камер. Сроки хранения грузов. Способы размещения грузов в камерах.

22. Способы охлаждения. Реализация различных способов охлаждения.

23. Планировка холодильников. Строительные конструкции ограждений. Обогреваемые полы, их конструктивные решения. Определение требуемой толщины изоляции.

24. Физические основы холодильных процессов. Характеристика отдельных видов холодильных процессов. Области использования.

25. Термодинамические основы машинной холодильной техники. Холодильный коэффициент и зависимость его величины от различных факторов.

26. Реализация цикла Карно. Температурные напоры на стороне подвода и отвода теплоты. Отображение цикла Карно в Р-V, sТ и i lg Р — диаграммах. Достоинства и недостатки цикла.

27. Причины появления в цикле холодильной установки дросселя взамен расширителя. Цикл с промежуточным теплообменником. Оптимальные циклы для аммиачных и хладоновых холодильных установок. Отображение в Р-V, sТ и i lg Р — диаграммах.

28. Способы организации охлаждения помещений. Схемы. Достоинства и недостатки различных способов. Области использования.

29. Схемы организации воздушного охлаждения камер. Достоинства и недостатки отдельных схем.

30. Выбор значений узловых точек циклов для одноступенчатой холодильной установки.

31. Типы и группы компрессоров для холодильных установок. Классификация поршневых компрессоров. Маркировка компрессоров.

32. Устройство поршневых компрессоров. Достоинства и недостатки различных конструктивных решений.

33. Ротационный компрессор с катящимся ротором.

34. Ротационный компрессор с вращающимся ротором.

35. Винтовые компрессоры. Принцип действия. Устройство.

36. Заготовка льда. Намораживание льда в градирнях. Льдохранилища и льдогенераторы.

37. Сущность кондиционирования воздуха и классификация систем кондиционирования. Технологические требования к кондиционированию на предприятиях по переработке продукции сельского хозяйства.

38. Отображение процесса кондиционирования в i — d — диаграммах.

39. Устройство кондиционеров. Автоматизация кондиционеров.

40. Схемы кондиционирования воздуха.

41. Тепловой и влажностный балансы производственных помещений.

42. Системы приточной и вытяжной вентиляции помещений. Приточные и вытяжные устройства.

43. Вентиляторы и их характеристики. Подбор вентиляторов. Вентиляторы. Борьба с шумом в системах вентиляции.

44. Калориферы. Расчет калориферов. Типы и конструкции калориферов.

45. Определение расчетных расходов воздуха в системах вентиляции.

46. Эксплуатация вентустановок. Испытания и наладка оборудования.

47. Системы очистки вентиляционных выбросов.

48. Очистка вентвыбросов от пыли и газов.

49. Воздухораспределители. Местные отсосы. Типы и конструкции.

50. Аэрация Конструктивные элементы. Основы расчета.

В приобретении вышеназванных знании, умений и готовности ответить на поставленные вопросы существенную помощь студенту может оказать изучение (проработка) литературы, рекомендованной в настоящих указаниях, и в первую очередь [6,12, 17,18,19, 20,21]

В соответствии с учебным планом, студенты-заочники выполняют контрольную работу, к выполнению которой следует приступать после изучения настоящего пособия и рекомендованной в нем литературы, так как контрольное задание носит комплексный характер и для ответов на поставленные вопросы необходимо иметь хорошую теоретическую подготовку по всем разделам курса.

Необходимо строго соблюдать общие требования к контрольным работам. Писать следует грамотно и разборчиво (допускается машинописное и компьютерное исполнение), а содержание ответов на поставленные вопросы должно быть четким, кратким и конкретным. В связи с этим материал нужно излагать логично и последовательно, не допуская механического переписывания текста учебника или иного источника.

Варианты заданий

Задача 1. Расчет теоретического рабочего цикла паровой холодильной компрессорной машины

Построение цикла по заданным рабочим параметрам. Для расчета теоретического рабочего цикла паровой холодильной компрессорной машины необходимо знать следующие температуры: кипения холодильного агента в испарителе, конденсации и переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем. Эти температуры устанавливают в зависимости от температуры внешней среды (охлаждающей воды или воздуха).

Температура кипения при непосредственном охлаждении холодильным агентом бывает на 8…10 ?С ниже температуры воздуха охлаждаемых камер. При охлаждении промежуточным теплоносителем (рассолом) должна быть на 5…7 ?С ниже температуры рассола, а последняя — на 8…10 ?С выше температуры воздуха камер. Температура конденсации должна быть на 8…10 ?С выше температуры воды, поступающей на конденсатор, температура переохлаждения на 3…4 ?С выше температуры поступающей воды.

Наметив основные температуры, можно построить теоретический цикл и рассчитать его, т. е. определить теоретическую холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, затрату работы в компрессоре и другие, связанные с ними, величины.

Холодильные циклы удобнее всего рассчитывать при помощи термодинамических диаграмм. Чаще всего применяют sTи ip-диаграммы. На этой диаграмме подведенная к рабочему веществу теплота в испарителе и отведенная от него в конденсаторе выражается соответствующими площадями. Однако расчет необходимых величин способом определения площадей практически неудобен. Для удобства расчета на диаграмму наносят линии постоянных энтальпий; основные величины, характеризующие цикл, определяют по разности энтальпий рабочего вещества в соответствующих точках цикла.

Наиболее удобной для расчетов является ip-диаграмма, рис. 1. На этой же диаграмме на оси абсцисс отложены энтальпии i, а по оси ординат — абсолютное давление p. Для шкалы давлений очень часто применяют логарифмический масштаб.

Рис. 1. Теоретический цикл паровой холодильной компрессионной машины на ip-диаграмме Теоретический рабочий цикл холодильной машины на ip-диаграмме строится следующим образом. По заданной температуре кипения и соответствующему ей давлению находим на правой пограничной кривой точку 1, определяющую состояние холодильного агента (сухой насыщенный пар) при входе в компрессор. Сжатие в компрессоре совершается по адиабате. Из точки 1 проводим адиабату в области перегретого пара (кривая) до пересечения с изобарой, соответствующей заданной температуре конденсации. Полученная точка 2 определит состояние холодильного агента при выходе из компрессора. Процесс в конденсаторе протекает при постоянном давлении и на диаграмме изображается горизонтальной прямой 2−3. На участке 2−2' происходит охлаждение перегретого пара до температуры конденсации, затем холодильный агент конденсируется (линия 2'-3') и далее переохлаждается по отношению к температуре конденсации (линия 3'-3). Точка 3 характеризует состояние холодильного агента перед регулирующим вентилем. Она определяется пересечением изобары с изотермой в области жидкости. Процесс дросселирования, как известно, протекает без производства внешней работы и теплообмена с внешней средой. На диаграмме он изобразится вертикальной прямой 3−4, для которой. Таким образом, все процессы теоретического рабочего цикла, за исключением процесса сжатия в компрессоре на ip-диаграмме изображаются прямыми линиями. Основные расчетные величины измеряются отрезками прямых на оси абсцисс.

Расчет цикла. Рассчитываем теоретический рабочий цикл, пользуясь рассмотренными диаграммами.

Холодопроизводительность 1 кг агента равна разности энтальпий в точках 1 и 4, кДж/кг:

. (1)

На энтальпийной диаграмме холодопроизводительность представляется отрезком изобары 4−1; при отсутствии переохлаждения она была бы меньше на величину отрезка 4−4', т. е. определялась бы отрезком 4'-1.

Теоретическая работа на 1 кг агента, затрачиваемая при адиабатном сжатии в компрессоре, определяется разностью энтальпий в точках 2 и 1, кДж/кг:

. (2)

Графически на ip-диаграмме работе соответствует проекция адиабаты 1−2 на ось абсцисс.

Теплота, отданная 1 кг холодильного агента охлаждающей воде или воздуху в конденсаторе (изобара 2−3), по закону сохранения энергии равна сумме кДж/кг, но она может быть определена также разностью энтальпий холодильного агента в точках 2 и 3, кДж/кг:

. (3)

На ip-диаграмме эта теплота выражается отрезком 2−3.

Далее находим:

а) холодильный коэффициент цикла

; (4)

б) количество холодильного агента, всасываемого компрессором в течение 1 ч (часовое количество циркулирующего холодильного агента), кг/ч:

(5)

где — заданная холодопроизводительность, Вт;

в) объем пара, всасываемого компрессором за 1 ч, м?/ч:

(6)

или с учетом уравнения (5), м?/ч:

. (7)

В этих уравнениях: — удельный объем всасываемого пара (м?/ч), который находят по диаграмме (изохора, проходящая через точку 1) или из таблиц для насыщения пара; кДж/м? — объемная холодопроизводительность холодильного агента.

По величине устанавливают размеры компрессора;

г) теоретическую мощность, затраченную в компрессоре, кВт:

; (8)

д) тепловую нагрузку конденсатора (по уравнению теплового баланса), Вт:

. (9)

Пример 1: Произвести тепловой расчет аммиачной холодильной машины производительностью, работающей по теоретическому циклу при и .

По диаграмме i-lg p (приложение 1) находим, рис.2:

а) энтальпию сухого насыщенного пара, всасываемого компрессором (точка 1),

б) энтальпию в конце сжатия (точка 2),

в) энтальпию переохлажденного жидкого аммиака,

г) удельный объем всасываемого пара,

Рис. 2. Теоретический цикл аммиачной холодильной машины (частный случай, к примеру, 1)

Затем определяем:

1) холодопроизводительность 1 кг аммиака:

;

2) теоретическую работу сжатия в компрессоре:

;

3) теплоту, отдаваемую 1 кг аммиака в конденсаторе:

;

4) холодильный коэффициент цикла:

;

5) количество циркулирующего аммиака в течение часа:

;

6) объем паров аммиака, всасываемых компрессором:

;

или пользуясь величиной (из справочников), получим

;

7) теоретическую мощность, затрачиваемую в компрессоре:

[или ]

8) тепловую нагрузку конденсатора:

.

Влияние режима работы на холодопроизводительность машины. По величине (рис. 3) можно установить геометрические размеры теоретического компрессора, для которого часовой рабочий объем (работа без потерь).

Решая задачу в обратном направлении, можно по заданному рабочему объему или размерами теоретического компрессора определить холодопроизводительность машины, Вт.

. (10)

Величины, а, следовательно, и не являются постоянными и зависят от температурных условий работы машины.

При одной и той же температуре кипения хладагента в испарителе (рис.3), но при понижении температуры жидкости перед регулирующим вентилем (в результате переохлаждения жидкости или понижения давления конденсации до) холодопроизводительность 1 кг агента увеличивается (). Объемная холодопроизводительность в этом случае возрастает и соответственно увеличивается холодопроизводительность машины.

Если не понизить температуру кипения, то при одной и той же температуре перед регулирующим вентилем, например, соответственно точке 3, величина изменится незначительно (), но удельный объем всасываемого пара заметно возрастет (). В результате объемная холодопроизводительность уменьшится (), а вместе с тем уменьшится и холодопроизводительность .

Рис. 3. Цикл первой холодильной компрессионной машины с переменными параметрами.

Итак, холодопроизводительность машины, как и объемная холодопроизводительность, зависит от режима работы, который обычно меняется с изменением температуры охлаждающей воды и температуры, поддерживаемой в охлаждаемом помещении. Чем выше температура охлаждающей воды и чем ниже температура охлаждаемого помещения, тем меньше холодопроизводительность машины.

В каталогах и паспортах приводится обычно «стандартная» холодопроизводительность машин, развиваемая в условиях «стандартного» режима.

Задача 2. Подбор компрессорных холодильных машин

Для подбора одноступенчатых компрессорных холодильных машин при заданной тепловой нагрузке используют их заводские характеристики (графики и, построенные по результатам заводских испытаний). Однако в процессе эксплуатации приходится определять холодопроизводительность при нехарактерных режимах (например, зимой при низкой температуре конденсации), а также холодопроизводительность компрессоров импортного производства. Для подобных случаев предлагается следующая методика расчета.

Необходимо построить цикл работы холодильной машины в диаграмме i-lg p (см. рис.2).

В качестве исходных данных приняты: — температура кипения хладагента, К; - температура конденсации хладагента, К; потребная холодопроизводительность (определяют из калорического расчета с учетом потерь теплоты в трубопроводах). Для систем непосредственного кипения аммиака, для систем с промежуточным хладоносителем .

Порядок расчета приведен в табл. 1.

Когда в паспортных данных приводят холодопроизводительность _омпресссора при одном температурном режиме, холодопроизводительность в нужном режиме определяется по формуле:

гдесоответственно холодопроизводительность, коэффициент подачи компрессора и объемная холодопроизводительность по паспортному режиму; - соответственно холодопроизводительность, его коэффициент подачи и объемная холодопроизводительность компрессора при режиме, отличном от паспортного.

Таблица 1

Порядок расчета ПКХМ

Пример 2: Произвести тепловой расчет аммиачного компрессора и подобрать его для холодильной установки.

Дано:

— заданная холодопроизводительность;

°С — температура кипения;

°С — температура конденсации;

°С — температура переохлаждения;

— относительная величина мертвого объема;

— температура окружающей среды;

— температура охлаждаемой камеры.

Изображается цикл в диаграмме, и определяются параметры, необходимые для расчета (взять данные из задачи № 1 для своего варианта) и сводим их в табл. 2.

Таблица 2

Параметры расчетных точек

1. Удельная массовая холодопроизводительность:

2. Удельная объемная холодопроизводительность:

3. Удельная теоретическая (адиабатная) работа компрессора:

4. Количество циркулирующего холодильного агента:

5. Объем паров холодильного агента, отсасываемый компрессором в единицу времени:

6. Коэффициент, отражающий влияние мертвого объема:

7. Коэффициент, учитывающий объемные потери:

8. Коэффициент подачи компрессора:

9. Объем, описываемый поршнями компрессора:

10. Теоретическая (адиабатная) мощность компрессора:

11. Индикаторный КПД компрессора

12. Индикаторная мощность компрессора:

13. Мощность, затрачиваемая на трение:

14. Эффективная мощность (мощность на валу компрессора):

15. Электрическая мощность:

16. Теоретический холодильный коэффициент:

17. Холодильный коэффициент соответственного цикла Карно:

18. Теоретическая степень термодинамического совершенства:

19. Действительный холодильный коэффициент:

20. Действительная степень термодинамического совершенства:

По справочным данным (Приложение 2) выбираем два компрессора А11−7-0;;; .

Задача 3. Тепловой расчет и подбор двухступенчатых компрессоров

Холодильный агент R 717

Qо = 365 кВт Pпр=71*1166=287 кПа То=-40^оС tпр=-10^оС

Т=+30^оС tз= tпр+2=-8^оС Твс. цнд. = -30^оС Твс. цвд = тпр +7=-3^оС

6 5 4¹ 4

7 5¹ 3¹ 3 2

6¹ 1 1¹ Твс=-3^оС

Tвс=-30^оС

I кДж/кг

Удельная массовая Холодопроизводительность

q_o=(i₁-i₆)

Действительная масса всасываемого пара

m₁=Q_o/q_o

Действительная объемная подача

V_д=m₁*V₁

Индикаторный коэффициент подачи

_i=P_o-P_вс/Р_о-с (Р_пр+Р_н/Р_о-Р_о-Р_вс/Р_о)

Коэффициент невидимых потерь

_w=T_o/T_пр

Коэффициент подачи

=_i*_w

Объемная теоретическая подача

V_{т. цнд} =V_д /

Адиабатная мощность

N_a=m₁ (i₂-i₁)

Индикаторный коэффициент полезного действия.

_i=_w+b· t_o

Индикаторная мощность

N_i=N_a/_i

Мощность трения.

N_тр=V_{т. цнд} · р_тр

Эффективная мощность.

N_е=N_i+N_тр

Мощность двигателя.

N_дв=N· (1,1…1,12)

Расчет ступени высокого давления:

Количество жидкости до первого дроссилирования, необходимое для промежуточного, охлаждения пара.

m=m₁· (i₂-i₅)/(i₃-i₅)

Количество жидкости до первого дроссилирования, необходимое для охлаждения жидкости в змеевике.

m=m· (i₅-i₆)/(i₃-i₅)

Количество пара засасываемого цилиндром высокого давления.

m=m₁+m+m

Объемная действительная подача.

V_д=m*_V3

Индикаторный коэффициент.

i=P_пр-P_вс/Р_пр-с*(Р_к+Р_н/Р_пр-Р_пр-Р_вс/Р_пр)

Коэффициент невидимых потерь.

_w=T_пр/(Т_к +26)

Коэффициент подачи.

=_i*_w

Объемная теоретическая подача.

V_{т. цвд} =V_д /

Адиабатная мощность.

N_a =m (i₄-i₃)

Индикаторный кпд.

_i=_w+b· t_пр

Индикаторная мощность.

N_i=N_a/_i

12 Мощность трения.

N_тр=V_т. _цвд *р_тр

13 Эффективная мощность.

Nе=N_i+N_тр

14 Мощность двигателя.

N_дв=N_е*(1,1…1,12)

Эффективная удельная холодопроизводительность.

Е_е =Q_o /(N _цнд + N _цвд)

Тепловой поток в конденсатор.

Q_k=m*(i₄-i₅)

Расчет ступени низкого давления:

q_o=1625−380 =1245 кДж/кг

m₁=365/1245=0,29 кг/с

V_д=0,29*0,9=0,26 m³/c

_i=(71−5)/71−0,05((287+10/71)-(71−5)/71)=0,767

_w =233/263=0,81

=0,767*0,81=0,62

V_т.цнд.=0,26/0,62=0,42 m³/c

N_а=0,29(1840−1640)=58кВт

n_i =0,81+0,001*(-40)=0,77

N_i=58/0,77=75кВт

N_тр=0,42*50=51 кВт

N_е=75+51= 126кВт

N_дв=126*1,1=139кВт

Расчет ступени высокого давления:

m=0,29*(1840−1660)/(1660−560)=0,05 кг/с

m=0,29*(560−380)/(1660−560)=0,05 кг/с

m=0,29+0,05+0,05=0,39 кг/с

V_д=0,39*0,45=0,18 m³/c

_i=287−5/287−0,05*(1166+10/287−287−5/287)=0,846

_w=263/303=0,8

=0,846*0,8=0,68

V_{т. цвд}=0,18/0,68=0,26 m³/c

N_а=0,39*(1890−1700)=74 кВт

n_i=0,8+0,001*(-12)=0,79

N_i=74/0,79=94 кВт

N_тр=0,26*50=13 кВт

N_е=94+13=107 кВт

N_дв=107*1,1=118 кВт Е_е=365/233=1,7 кВт/ кВт

Q_к=0,39*(1890−560)=518 700Вт Из таблице 9 подбираем компрессор марки:

Для низкой ступени: 1 компрессор марки АН-800−7-3 с V_т.цнд.=0,472 м³/c и с N_e =275кВт. Для высокой ступени: 2 компрессора марки А300 — 7 — 7 Vт.цнд.= 0,472 m³/c и с N_e=91кВт.

Задача 4. Расчет толщины теплоизоляционного слоя

Расчет изоляции сводится к определению толщины теплоизоляционного слоя, соответствующей нормативному значению коэффициента теплопередачи ограждения, а также не допускающей конденсации влаги на его поверхности. Нормативное значение коэффициента теплопередачи для наружных стен и бесчердачных покрытий выбирается из таблицы. Этот коэффициент зависит от зоны строительства холодильника и температуры воздуха в охлаждаемом помещении.

Толщина теплоизоляционного слоя ограждения (м)

_из=_из(1/К-(1/_н+i/i+1/в) где:

k — нормативный коэффициент теплопередачи изоляционной конструкции, Вт/(м² К);

_н — коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности ограждения, Вт/(м²К);

_в — коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху камеры, Вт/(м²К);

_i — толщина отдельных слоев ограждения (кроме теплоизоляции), м;

_i — коэффициент теплопроводности изоляционного и строительного материалов, Вт/(м К).

Пример 3:

Ориентировочно стены холодильника к сторонам света принимаем из условия, что дверь его обращена на север. Конструкция наружной стены состоит из кирпичной кладки (толщиной 380мм), наружного и внутреннего слоев штукатурки (толщиной по20мм), пароизоляция из битума (толщиной 3мм), теплоизоляция пенополистерола (ПСБ-С).Район строительства г. Брянск (средняя зона от -2 до +7 С). Температура воздуха в камере -20С.

Толщина теплоизоляционного слоя наружного ограждения.

_из=_из(1/К-(1/_н+i/i+1/_в)=0,05(1/23,3-(0,043+0,38/0,81+

+3· 0,02/0,93+0,003/0,17+1/8))=0,18м=180мм Так как плиты ПСБ-С выпускаю толщиной 25, 30, 50, 100 мм то выбираем толщину теплоизоляционного слоя из плит (100+50+30=180мм) Пол в камере с отрицательной температурой с электрообогревном. Конструкция пола: чистый пол (мозаичные плиты толщиной40мм), бетонная подготовка (толщиной 100мм), засыпная изоляция (керамзитовый гравий), гидроизоляция, железобетонная плита с электроподогревом, бетонная подготовка, грунт.

_из=из· (1/К-(1/_н+i/i)=0,15·(1/0,18(1/7+0,04/1,6+0,1/1,6)=0.8м=800мм Толщина засыпного слоя теплоизоляционного материала (керамзитовый гравий) составляет 800 мм.

Покрытие состоит из рулонного кровельного ковра (рубероид на битумной мастике толщиной 12мм), бетонной стяжки (толщиной 40мм) засыпной теплоизоляции (керамзитовый гравий), плитой теплоизоляции (ПСБ-С) железобетонной плиты покрытия (толщиной 200мм).

_из=из· (1/К-(1/н+i/i+1/в)=0,15(1/0,22-(1/23,3+0,012/0,18+

+0,04/1,6+0,1/0,05+0,2/2,04+1/6))=0,321м=321мм

Принимаем толщину засыпного слоя теплоизоляции над плитой изоляции равной 325 мм.

Задание для расчета толщины теплоизоляции внутренних стен.

Ориентировочно стены холодильника к сторонам света принимаем из условия, что дверь его обращена на север. Конструкция наружной стены состоит из кирпичной кладки (толщиной ₁), наружного и внутреннего слоев штукатурки (толщиной ₂), пароизоляция из битума (толщиной ₃), теплоизоляция пенополистерола (ПСБ-С).

Задание для расчета толщины теплоизоляции пола.

Пол в камере с отрицательной температурой с электрообогревом. Конструкция пола: чистый пол (мозаичные плиты толщиной ₁ мм), бетонная подготовка (толщиной ₂ мм), засыпная изоляция (керамзитовый гравий), гидроизоляция, железобетонная плита с электроподогревом, бетонная подготовка, грунт.

Задание для расчета толщины теплоизоляции покрытия.

Покрытие состоит из рулонного кровельного ковра (рубероид на битумной мастике толщиной ₁ мм), бетонной стяжки (толщиной ₂ мм) засыпной теплоизоляции (керамзитовый гравий), плитой теплоизоляции (ПСБ-С ₄ мм) железобетонной плиты покрытия (толщиной ₃мм).

Задача 5. Расчет вместимости и площади холодильников

Основными исходными данными, позволяющими определить вместимость холодильника и площадь отдельных его помещений, являются схема технологического процесса и грузооборот проектируемого предприятия.

Схема технологического процесса характеризует качественную сторону будущего предприятия; она определяет наличие и последовательность технологических операций, которые должны быть произведены над исходными продуктами, чтобы в конечном итоге были получены продукты заданного вида и необходимого качества. Для холодильных предприятий важным является указание температуры и влажности воздуха, при которых происходит технологическая обработка продуктов на каждой стадии всего процесса. Здесь имеются операции, которые могут совершаться при положительных температурах (приемка, сортировка, упаковка продуктов) операции, которые должны осуществляться при более или менее постоянных отрицательных температурах (домораживание, замораживание, охлаждение продуктов); и операции, требующие поддержания не только стабильной температуры, но и определенной влажности воздуха (хранение продуктов). Естественно, что операции, требующие неодинаковых условий воздушной среды, должны выполняться в разных помещениях или устройствах.

Для операций, проводимых примерно в одинаковых условиях среды, не обязательно предусматривать отдельные помещения; этот вопрос решается в зависимости от объема работ, вида оборудования, технологических возможностей осуществления различных процессов в одном помещении. Размеры проектируемого холодильника и его отдельных помещений определяются производительностью (мощностью) предприятия, которая при равномерном по времени выпуске продукции может быть указана в задании на проектирование; при неравномерном по времени выпуска продукции (например, сезонность) предприятие проектируется на максимальную величину возможной производительности.

Например, для распределительных холодильников исходным документом, определяющим количественную сторону проектируемого предприятия, является таблица грузооборота. В ряде случаев в распоряжении проектировщика может не быть таблицы грузооборота проектируемого предприятия, например при выполнении типовых проектов, при этом вместимость холодильника В может быть задана или определена по укрупненным показателям. Для производственных холодильников исходной величиной обычно бывает заданная суточная (или сменная) производительность по виду обрабатываемого продукта М_сут (или М_см).

Согласно техническим условиям на проектирование холодильников предприятий мясной промышленности условную вместимость холодильника при мясокомбинате определяют по формуле В_хол=40М_см

где 40 — расчетное число смен;

М, — сменная производительность комбината, тонн в смену.

Например, при мясокомбинате производительностью 50 т в смену предусматривают холодильник условной вместимостью 2000 т. В качестве расчетной принимают двухсменную работу комбината в течение суток. Основную площадь холодильника занимают камеры и устройства для охлаждения и замораживания мяса и мясопродуктов, а также камеры кратковременного хранения охлажденных и мороженых мясопродуктов.

Общую производительность камер охлаждения (остывочных) принимают равной суточной производительности мясокомбината (т.е. двойной сменной производительности). Из технических условий на проектирование холодильников при мясокомбинатах исключено двустадийное охлаждение мяса и предусмотрено при строительстве новых холодильников только одностадийное быстрое охлаждение.

Общую производительность камер замораживания мяса принимают равной 40−50% суточной производительности мясокомбината М_сут=2M_см, принимая продолжительность цикла тепловой обработки не более 36 ч. Ширину камер тепловой обработки выбирают не более 6 м для размещения пяти ниток подвесного пути, длину — в зависимости от максимальной вместимости камеры. Согласно техническим условиям она должна быть не более 5 тонн для мясокомбината мощностью 10 тонн в смену и 10−15 тонн для предприятия мощностью 30−50 тонн в смену.

Для мясокомбината производительностью 100 т мяса в смену и более вместимость одной камеры тепловой обработки определяется заказчиком в задании на проектирование, но не должна превышать 25 т. На холодильниках при мясокомбинатах мощностью 50 т в смену и более часть камер охлаждения предусматривают с универсальным режимом (для возможности использования их в качестве камер замораживания мяса); количество таких камер определяется в каждом случае заданием на проектирование.

Хранение охлажденного мяса в полутушах и четвертинах осуществляют в крупных камерах, оборудованных подвесными путями. Вместимость камер принимают из условия размещения 1−2-суточного поступления мяса из цеха убоя скота и разделки туш Камеры делают проходными, иногда камеру (если она большого размера) делят внутренними перегородками на несколько отсеков, сообщающихся между собой. В составе холодильника предусматривают также камеру хранения охлажденного мяса в четвертинах и отрубах в упакованном виде, находящихся в контейнерах. Вместимость этой камеры принимают примерно такой же, как и камеры хранения охлажденного мяса на подвесных путях.

Хранение мороженого мяса осуществляют в штабелях и стоечных поддонах при t_в=-20?С и естественной циркуляции воздуха. Общую вместимость камер хранения мороженого мяса принимают из условия, размещения 16−20-суточного поступления мяса из цеха убоя скота и разделки туш, причем единичная вместимость камеры хранения не должна превышать 1000 т. Количество их должно быть не менее трех. В проекте также предусматривается не менее двух камер хранения мороженого мяса вместимостью не более двухсуточной производительности цеха убоя скота и разделки туш на случай отсутствия убоя скота. Полутуши, туши и четвертины мороженого мяса, упакованного в мешки из полимерного материала, а также мороженое мясо и субпродукты в упаковке и крупной таре целесообразно хранить в камерах с воздушной системой охлаждения, обеспечивающей подвижность воздуха в грузовом объеме камеры, благодаря чему достигаются равномерность температуры по площади и по высоте камеры, надежный обдув всех упаковок и снижение разности температур между продуктом и воздухом.

Для мясокомбинатов мощностью 50 т в смену и больше, поставляющих продукцию в промышленные центры, признано целесообразным проектировать одну оборудованную подвесными путями камеру хранения мороженого мяса вместимостью, соответствующей грузоподъемности пятивагонной рефрижераторной секции (150−170 т). Хранение мороженого мяса на подвесных путях в такой камере должно быть кратковременным (при естественной циркуляции воздуха) и строго контролироваться, чтобы не допустить его сверхнормативной усушки.

Расчет площади холодильника начинают с выбора структуры холодильника, на основании принятой схемы технологических прогрессов определяют вместимость и ориентировочное число камер различного назначения. Полученные вместимости и производительности охлаждаемых помещений позволяют найти объем и площадь этих помещений. Размеры камер зависят также от вида груза и способ его размещения. Груз в охлаждаемых помещениях может быть уложен в штабель, размещен на подвесных путях или расположен на полках стеллажей, этажерок или тележек.

Укладка груза в штабеля применяется главным образом в помещениях для хранения и иногда в помещениях для домораживания грузов (если он упакован в тару). Груз уложен в штабель на поддонах или в контейнерах, которые позволяют брать груз из штабеля пакетами при помощи штабелеукладчиков или электропогрузчиков. Для одноэтажных холодильников с увеличенной высотой камер следует предусматривать, как минимум, укладку двух нижних пакетов штабеля с использованием стоечных поддонов. Плотность укладки груза в охлаждаемых помещениях определяется нормой загрузки единицы объема с учетом тары g_v, т/м³. Пользуясь нормой загрузки объема, можно определить грузовой объем V_гр (м^з) помещения или группы однородных помещений, необходимый для размещения груза в количестве, соответствующем действительной (или условной) расчетной вместимости В камеры:

V_гр=B/g_v

Эти же данные позволяют производить пересчет действительной вместимости помещения (или всего холодильника) в условную и обратно, поскольку для каждого помещения неизменной величиной является его грузовой объем V_гр, откуда:

V_гр=B_усл/g_vусл=B/g_v

В=B_услg_v/g_vусл=B_усл/а или B_усл=В*а

Так как а=g_vусл/g_v

где В_усл — условная вместимость камеры (холодильника), т;

g_v, -соответственно условная и действительная нормы загрузки единицы объема, т/м³;

В — действительная вместимость камеры (холодильника), т;

а — коэффициент пересчета в условный груз.

Величины g_v и, а выбираются из табл.

Грузовая площадь или площадь камеры, занимаемая штабелями, Fгр (м²) определяется

Fгр= Vгр/hгр где: hгр — грузовая высота, под которой понимают высоту штабеля, м.

Высота штабеля ограничивается прежде всего строительной высотой помещения, причем по технологическим условиям считается необходимым, чтобы в предельном случае штабель не доходил до потолка или до низа несущих конструкций на 0,2 м или на 0,3 м от потолочных приборов охлаждения, а также воздуховодов, если они имеются в помещении. При гладких потолках высота подвеса светильников не должна превышать 0,15 м от перекрытия и 0,3 м до штабеля, при балочных перекрытиях (покрытиях) светильники не должны выступать ниже несущих конструкций. При укладке штабеля на междуэтажное перекрытие необходимо, чтобы нагрузка на пол не превышала допустимой нагрузки для данного перекрытия g_Fдоп, т. е. g_v*hгр<=g_Fдоп. В современных многоэтажных холодильниках допустимая нагрузка на пол g_Fдоп=2000 кг/м² при высоте этажа 4,8 м; g_Fдоп=2500 кг/м² при высоте этажа 5,4 м и g_Fдоп=3000 кг/м² при высоте этажа 6,0 м. Это позволяет не только укладывать штабель достаточной высоты, но и применять в охлаждаемых помещениях механизмы для укладки и транспортировки грузов, имеющие довольно большую собственную массу. Высота штабеля продуктов в одноэтажном холодильнике практически не ограничивается по соображениям прочности строительных конструкций, поскольку нагрузка на такой пол, лежащий непосредственно на грунте, может составлять 4000−5000 кг/м², что является одним из важнейших достоинств одноэтажных холодильников. В некоторых случаях высота штабеля может быть ограничена еще и прочностью тары, в которую упакованы продукты, так как при значительной высоте штабеля нагрузка на нижние ряды может оказаться недопустимо большой. В этом случае нижние ряды продуктов хранят в стоечных поддонах, принимающих на себя нагрузку от верхних рядов штабеля. В высотных одноэтажных холодильниках (высотой более 8 м) груз, собранный в пакеты на поддонах или в контейнерах, укладывается на полки стеллажей.

Однако не вся площадь помещения занята штабелями грузов, так как часть площади занимают колонны, отступы от стен и от пристенных приборов охлаждения, имеющие величину 0,3 м, а также грузовой проезд шириной 1,6 м (в камере площадью свыше 100 м²). В камерах, непосредственно за дверью, предусматривается площадка размером 3,5×3,5 м. При ориентировочных расчетах строительную площадь помещениями (м²) можно определить, пользуясь коэффициентом использования площади камеры, который учитывает наличие площадей участков помещения, не используемых для размещения груза:

F_стр=F_гр/в_f

Коэффициент использования площади камеры в_f зависит от размеров помещения: чем больше помещение, тем относительно лучше оно может быть загружено.

Площадь камеры всегда должна быть кратной целому числу строительных прямоугольников, образованных сеткой колонн:

n=F_стр/f_пр

где n — число строительных прямоугольников при принятой сетке колонн;

fпр — площадь одного строительного прямоугольника при принятой сетке колонн м².

Сетку колонн для одноэтажных холодильников малой вместимости принимают 6×6 и 6×12 м, для средней и крупной — 6×12, 6×18 и 6×24, а для многоэтажных холодильников — 6×6 м. В камерах с подвесными путями груз находится в подвешенном состоянии. Такой способ размещения продуктов принят в камерах замораживания, охлаждения и хранения охлажденного мяса в тушах, полутушах и четвертинах. Кроме того, на подвесных путях располагают подвесные этажерки, на полках которых находятся мелкоштучные мясои субпродукты. Размеры таких камер определяются в зависимости от вместимости помещения. В и нормы нагрузки. Если в охлаждаемых помещениях предусматривается установка напольных (постаментных) воздухоохладителей, то площадь камеры увеличивают на 20−25%. При этом площадь камер хранения должна быть кратной целому числу строительных прямоугольников, определяемому по формуле. Кроме основных производственных помещений в составе холодильника предусматриваются различные вспомогательные помещения, необходимые для выполнения технологических операций (накопительные, разгрузочные помещения при камерах тепловой обработки продуктов, экспедиции, упаковочные, коридоры, вестибюли, лестничные клетки, лифтовые шахты и т. п.). При проведении расчетов площадь, отводимую для вспомогательных помещений, принимают равной 20−40% суммы площадей охлаждаемых помещений:

F_всп=(0,2…0,4)?F_стр

где F_всп — площадь вспомогательных помещений холодильника, м²,

?F_стр — суммарная площадь охлаждаемых помещений холодильника (камеры хранения и тепловой обработки продуктов), м².

Для крупных холодильников принимают меньшее относительное значение площади вспомогательных помещений, для мелких — большее значение. Общая площадь всех помещений холодильника F_хол (в контуре теплоизоляции)

F_хол=?F_стр+?F_т.о.+F_всп

где ?F_ст — сумма площадей камер хранения продуктов (охлажденных, мороженых, универсальных), м²

?F_т.о., — сумма площадей камер тепловой обработки продуктов (морозильных камер, остывочных, камер домораживания), м².

Площади некоторых вспомогательных помещений могут быть рассчитаны по нормам для этих помещений, а для других помещений уточняются при выполнении планировки холодильника. Площадь служебных помещений принимают равной 5−10%?F_стр холодильника, а площадь компрессорного цеха составляет 10−15% ?F_стр холодильника. Служебные помещения и компрессорный цех располагаются, как правило, в здании, пристраиваемом к зданию холодильника.