Повышение эффективности систем кондиционирования воздуха в помещениях переработки сырья на мясоперерабатывающих предприятиях

Первые научные труды по разработке и внедрению систем кондиционирования воздуха в помещениях предприятий мясной промышленности относятся к началу 30-х годов прошлого столетия. Они опубликованы в журналах «Мясная индустрия СССР» и посвящены техническим предложениям по внедрению в основных цехах разделки и переработки мясного сырья систем охлаждения и увлажнения воздуха, его очистки от пыли и различных загрязнений, а также устройств для его распределения в рабочей зоне помещений. Значительные исследования в области кондиционирования воздуха на предприятиях мясной промышленности проведены д-ром техн. наук, проф. Гоголиным А. А. [1- 16- 17].

Под руководством проф. Гоголина А. А. специалистами Всесоюзного научно-исследовательского института холодильной промышленности (ВНИХИ) разработаны серии технологических кондиционеров с различными системами охлаждения. Разработкой кондиционеров и систем кондиционирования для предприятий мясной промышленности занимались канд. техн. наук Агарев Е. М., канд. техн. наук Медникова Н. М., инж. Барулин Н. Я. и др. Большой вклад в развитие теоретических основ систем кондиционирования мясной промышленности внесли д-р техн. наук, проф. Бражников A.M. и др. [7-М 1].

Значительные исследования в области теории и техники воздухорас-пределения в производственных помещениях выполнены отечественными учеными Абрамовичем Г. Н., Батуриным В. В., Гримитлиным М. И., Карписом Е. Е., Кокориным О. Я., Максимовым ГА., Нестеренко А. В., Сотниковым А. Г., Талиевым В. В., Шепелевым В. В. и др. [5- 6- 27- 28- 32- 34- 38- 40−43- 56- 59- 61- 65- 76- 78- 81- 83].

Основоположником современной отечественной теории воздухорас-пределения является проф. Гримитлин М. И., которым выполнены фундаментальные исследования и разработки в области теории систем распределения воздуха в помещениях [19 24].

Современные предприятия мясной промышленности имеют высокопроизводительное мясоперерабатывающее оборудование и характеризуются повышенными требованиями к качеству воздушной среды [6- 15- 16- 21- 51- 54- 59- 64- 68- 71- 76].

Применяемые системы кондиционирования в большинстве случаев не обеспечивают поддержание в технологических помещениях переработки мясного сырья заданных климатических условий в связи с увеличением производительности предприятий и соответствующим увеличением теплои влагопоступлений, а также устаревшими конструкциями кондиционирующих и воздухораспределительных систем [26- 31- 52- 53- 54].

Актуальность проблемы. Повышение эффективности систем кондиционирования воздуха в технологических помещениях разделки и переработки сырья на мясоперерабатывающих предприятиях является актуальной проблемой в связи с возросшими санитарно-гигиеническими и экологическими требованиями к качеству выпускаемой продукции, значительным повышением уровня технического оснащения предприятий.

Решение проблемы повышения эффективности систем кондиционирования путем уменьшения энергозатрат связано в первую очередь с совершенствованием процессов тепловлажностной обработки воздуха в различные периоды года. Кроме того повышение эффективности систем кондиционирования может быть достигнуто путем совершенствования способов и техники воздухораспределения, позволяющих обеспечить подачу и распределение воздуха в помещениях в соответствии с технологическими и санитарно-гигиеническими условиями.

Цель работы. Разработать способы и технику кондиционирования, способные обеспечить уменьшение энергозатрат на подготовку воздуха с параметрами, заданными технологическими нормами.

Основные задачи работы:

1. Выполнить исследование применяемых систем кондиционирования и определить систему с наименьшими энергозатратами и параметрами воздуха, соответствующими технологическим нормам. ^ 2. Разработать способ и систему кондиционирования, позволяющие исключить недостатки действующей системы, уменьшить расход холода и теплоты с обеспечением рекомендуемого температурно-влажностного режима.

3. Выполнить исследование действующих систем воздухораспределе-ния и определить систему с наименьшими энергозатратами.

4. Разработать способ и технику воздухораспределения, позволяющие уменьшить расход электроэнергии и обеспечить распределение воздуха в рабочей зоне в соответствии с санитарно-гигиеническими и технологическими условиями.

Научная новизна исследован и разработан способ кондиционирования, учитывающий * особенности тепловлажностных характеристик мясоперерабатывающих помещений и обеспечивающий уменьшение расходов теплоты и холода на подготовку воздуха заданных параметровисследованы и разработаны конструкции перфорированных текстильных воздуховодов, позволяющих уменьшить энергозатраты в системах воздухораспределения при поддержании заданной скорости движения воздуха и условий его равномерного распределения в рабочей зоне помещенийразработана методика расчета системы воздухораспределения через перфорированные текстильные воздуховоды предлагаемой конструкции.

Практическое значение работы заключается в следующем:

1. Разработано техническое решение системы кондиционирования, работающей по предлагаемому способу. На способ кондиционирования воздум ха (авт. Малова Н. Д., Базилев Р. В. и др.) подана и опубликована заявка на патент, № 2005 122 306/06 от 14.07.2005; публикация заявки: 20.01.2006. Бюл. № 02.

2. Выполнен сравнительный анализ энергозатрат в действующих и предлагаемой системах кондиционирования воздуха.

3. Разработаны технические решения систем воздухораспределения с Ф перфорированными текстильными воздуховодами предлагаемой конструкции.

4. Разработано учебное пособие «Распределение воздуха в производственных кондиционируемых помещениях» для студентов холодильной специальности (МГУПБ, 2005, 5 п.л.). В учебном пособии приведены предлагаемая методика и примеры расчетов систем воздухораспределения с перфорированными текстильными воздуховодами. Учебное пособие применяется при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам «Аэродинамика и вентиляторы», «Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха» .

5. Определены технико-экономические показатели систем кондицио-* нирования и воздухораспределения предлагаемой конструкции, подтверждающие целесообразность их внедрения.

6. Технические решения системы кондиционирования, работающей по предлагаемому способу, и системы воздухораспределения с перфорированными текстильными воздуховодами предложенной конструкции переданы для внедрения проектному отделу группы компаний ТермоКул (Акт передачи разработанных технических решений утвержден на техсовете и подписан генеральным директором в октябре 2005 г.).

Достоверность результатов. Анализ и исследование тепловлажност-ных характеристик кондиционируемых помещений выполнен с учетом рекомендаций СН и П, отраслевых стандартов и нормативных документов по проектированию предприятий мясной промышленности. Определение харакг теристик перфорированных воздуховодов выполнено на основании типовой методики исследования воздухораспределителей, разработанной институтом «Проектпромвентиляция» .

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на III международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (МГУПБ, 2004).

Работа выполнена по теме МГУПБ НИР № 4−1-01 В «Исследование систем управления установками кондиционирования мясоперерабатывающих предприятий» (2002;2004 г. г).

На защиту выносятся: результаты исследований процессов тепловлажностной обработки воздуха в системах кондиционированиярезультаты исследований действующих и предлагаемой систем кондиционированиятехническое решение предлагаемой системы кондиционированиярезультаты исследований действующих систем воздухораспределениярезультаты исследований перфорированных текстильных воздуховодов и систем воздухораспределения с воздуховодами предлагаемой конструкцииметодика расчета систем воздухораспределения с перфорированными текстильными воздуховодамитехнико-экономические показатели предлагаемых технических решений системы кондиционирования и воздухораспределения.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, шести глав и приложения. Диссертационная работа изложена на 210 страницах машинописного текста, содержит 35 рис., 25 таблиц, приложение. Список литературных источников включает 85 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Исследованы процессы тепловлажностной обработки воздуха в действующих центральных и центрально-местных системах кондиционирования. Установлено, что центрально-местные системы более просты по устройству, характеризуются меньшим расходом теплоты, но увеличенным расходом холода по сравнению с центральными действующими системами. Кроме того, системы не обеспечивают поддержание заданной влажности в помещениях.

2. Разработан способ кондиционирования, учитывающий особенности тепловлажностных характеристик помещений мясоперерабатывающих предприятий и позволяющий поддерживать необходимый температурно-влажностный режим в течение всего года.

3. Разработано техническое решение центральной системы кондиционирования, работающей по предлагаемому способу тепловлажностной обработки воздуха. На примере действующего предприятия выполнен анализ энергозатрат, подтверждающий целесообразность внедрения предлагаемой системы.

4. Выполнены исследования режимов работы систем воздухораспределения, применяемых на мясоперерабатывающих предприятиях и обеспечивающих вертикальную подачу приточного воздуха по способу «сверху — вниз» (удаление отработанного воздуха из рабочей зоны). Системы характеризуются повышенным расходом воздуха, необходимым для погашения теплоизбытков, поступающих в помещения. Предложены технические решения систем, оборудованных перфорированными воздуховодами и работающих по способу «сверху — вниз — вверх». Системы характеризуются уменьшением расхода воздуха на 30% (Ууд°предЛ = 0,7 V**.).

5. Выполнены исследования режимов работы систем распределения воздуха с типовыми и текстильными перфорированными воздуховодами. В результате определен расход воздуха, необходимый для создания заданной.

200 скорости в рабочей зоне помещений. Установлено, что системы с перфорированными текстильными воздуховодами позволяют уменьшить расход воздуха на 20%.

6. Разработаны конструкции текстильных воздуховодов, имеющих нижнюю перфорированную поверхность и позволяющих обеспечить скорость воздуха в рабочей зоне помещений сор.3. = 0,15 м/с в рекомендуемом диапазоне (0,13 — 0,17 м/с).

7. Определены значения удельного расхода воздуха, необходимого для создания заданной скорости в рабочей зоне помещений и поступаюшего через 1 м перфорированного текстильного воздуховода.

8. Разработана экспериментальная установка, позволяющая определить на основании типовой методики, применяемой при исследовании воздухораспределителей различной конструкции, коэффициент местного сопротивления? Tsoo перфорированного текстильного воздуховода диаметром 500 мм.

Дополнительно значения коэффициента местного сопротивления определены расчетным способом по методике Талиева В. Н., разработанной для перфорированных воздуховодов с различными видами перфорации и конструкций воздуховодов. Расхождение значений коэффициента? Tjoo составляет не более 6%. Аналогично определены значения коэффициента местного сопротивления для воздуховода dB = 630 мм. Расхождение значений ^ составляет.

10%.

9. На основании экспериментальных и расчетных данных определены удельные потери напора воздуха: АР = 3,3 Па/мАРуДбзо = 2,2 Па/м.

Аналогичные потери напора в типовых перфорированных воздуховодах составляют APvn = 3,74 Па/м.

УД-впк '.

10. Разработана методика расчета систем воздухораспределения с перфорированными текстильными воздуховодами предлагаемой конструкции.

11. Определен ожидаемый экономический эффект на 1 т мясной продукции при внедрении предлагаемой системы кондиционирования.

Эрод. уд — 16 р.).

12. Определен ожидаемый экономический эффект на 1 т мясной продукции при внедрении системы воздухораспределения с перфорированными текстильными воздуховодами диаметром 630 мм. Годовой экономический эффект составляет 27 т.р. при сравнении с системой, оборудованной перфорированными текстильными воздуховодами диаметром 500 мм и 65,7 т.р. — при сравнении с системой, оборудованной типовыми перфорированными воздуховодами. Экономический эффект на 1 м воздуховода составляет соответственно 360 р. и 876 р. При пересчете на 1 т выпускаемой продукции экономический эффект соответственно составляет 1,3 р. и 3,1 р.