Расчет системы хладоснабжения для объекта молочной промышленности. Г. Санкт-Петербург

Определение толщины изоляционного слоя наружной стены камер охлаждения

      По таблице  исходных данных принимаем среднегодовую  температуру воздуха в г. Санкт-Петербург 5,8 ^оС

Среднегодовая  температура  наружного воздуха в районе строительства, °С	Коэффициенты теплопередачи [Вт/(м2-К)] при внутренней температуре, °С
	-30	-20	-10	0
1—8	0,19	0,22	0,27	0,4/0,37

 

Конструкция наружной стены  холодильника типовая. Коэффициент  теплопередачи для камер хранения молока с температурой 4°С

                                                          K_o =0,35 Вт/(м²К)

По этим данным выбираем коэффициенты теплопередачи: для наружных стен

                                                       

 для внутренних стен:

                                                        .

 

Коэффициенты теплопроводности материалов:

Материал	λ, Вт/м ∙ К
Цементная штукатурка	0,88
Кирпичная кладка	0,82
Пароизоляционный слой	0,3
Полистирольный пенопласт	0,047

 

 

Потребную толщину изоляционного  слоя определяем по формуле:

,                         (6.4)

где , li – коэффициенты теплопроводности изоляционного и строительных материалов, составляющих конструкцию ограждения, принимаемые по таблице;

k_о – требуемый коэффициент теплопередачи ограждения, принимаемый в зависимости от характера ограждения и температур по обе стороны от него, ;

a_н – коэффициент теплоотдачи с наружной или более теплой стороны ограждения, ;

a_в – коэффициент теплоотдачи с внутренней или более холодной стороны ограждения, ;

d_i – толщина отдельных слоев конструкции ограждения, м.

.

Принимаем толщину изоляционного  слоя 46 мм .

Действительное значение коэффициента теплопередачи рассчитываем по формуле

                                   (6.5)

где d_ИЗ.Д – принятая толщина изоляционного слоя, м.

                                                     .

 

Определение толщины изоляционного слоя пола камеры охлаждения, расположенной в одноэтажном холодильнике (на грунте). Температура воздуха в камере 4° С, циркуляция воздуха усиленная.

 Конструкция пола включает  в себя следующие слои:

 

 

- Чистый пол из мозаичных  бетонных плит       δ₁ = 40 мм,               λ_{1 =} 1,4 Вт/(м•К)

- Бетонная подготовка  по уплотненному

грунту с щебнем                     δ₂ = 100мм,               λ₂ = 1,4 Вт/(м•К)

- Теплоизоляция — керамзитовый  гравий                                           λ_из = 0,2 Вт/(м•К)

(толщина по расчету) 

- Бетонная подготовка  с электронагревателями        δ₃ = 100 мм                        —

- Гидроизоляция

В расчете учитываем только слои, лежащие выше бетонной подготовки с нагревательным устройством. Следовательно учитываем чистый пол и теплоизоляцию.

Коэффициент теплопередачи  пола:  .

Потребная толщина изоляционного  слоя:

.

Определение толщины изоляционного  слоя перегородки между камерами хранения охлажденного молока.

Поскольку перегородка разделяет  камеры с одинаковыми температурно-влажностными условиями, принимаем в качестве материала пенобетон.

Коэффициент теплопередачи  перегородки  .

Коэффициент теплопроводности пенобетона . Потребная толщина изоляционного слоя:

 

.

Принимаем перегородку толщиной 250 мм в один слой. Действительное значение коэффициента теплопередачи:

  .

 

7. Тепловой расчет камер холодильника.

 

7.1 Теплопритоки через ограждения

Теплоприток через ограждающие  конструкции определяется как сумма  теплопритоков (через стены, перегородки, перекрытия или покрытия, через полы), вызванных наличием разности температур снаружи ограждения и внутри охлаждаемого помещения, а также теплопритоков за счет воздействия солнечной радиации через покрытия и наружные стены.

1) Теплоприток через стены,  перегородки, перекрытия или покрытия Q₁ рассчитывается по формуле

,           (7.1)

где k_Д – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, определенный при расчете толщины изоляционного слоя, ;

F – площадь поверхности ограждения, м2;

t_H – температура снаружи ограждения, °С;

t_B – температура воздуха внутри охлаждаемого помещения, °С.

Для определения площади  поверхности стен и перегородок  принимают:

 для неугловых помещений - между осями внутренних стен,

 для угловых помещений  - от наружной поверхности наружных  стен до оси внутренних, длину  внутренних стен - между внутренней  поверхностью наружных стен и осью внутренних, высоту стен - от уровня чистого пола до верха засыпки покрытия,

 площадь потолка и  пола определяют как произведение  длины камеры на ширину, которые  измеряются между осями внутренних  стен или от внутренней поверхности  наружных стен до оси внутренних.

  Обмер ограждающих конструкций следует производить в соответствии с вышеперечисленными правилами обмера.

 

2) Теплоприток через пол,  расположенный на грунте и  имеющий обогревательные устройства, Q₁(Вт) рассчитывают по формуле

,                                                   (7.2)

где t_cp - средняя температура грунта при наличии обогрева,°С;

t_в — температура воздуха внутри камеры, °С.

 

3) Поверхность наружных  стен и покрытий холодильников  облучается солнцем. Теплоприток  от солнечной радиации Q₁(Вт) рассчитывают по формуле:

,                                                          (7.3)

где k_Д - действительный коэффициент теплопередачи ограждения, определенный при расчете толщины изоляционного слоя, ;

F - площадь поверхности ограждения, облучаемой солнцем, м²;

 — избыточная разность  температур, характеризующая действие  солнечной радиации в летнее  время,°С.

Количество тепла солнечной  радиации зависит от зоны расположения холодильника (географической широты), характера поверхности и ориентировки ее по странам света.

Для плоской кровли избыточная разность температур зависит только от тона окраски и не зависит от ориентировки и широты.

 

7.2.Теплопритоки от хранения грузов.

Тепло отводится от продуктов  при охлаждении.

 Количество отводимого  в единицу времени тепла можно  определить по формуле

,                                             (7.4)

 

где М_к — суточное поступление продукта в камеру, составляет 8% от емкости камеры;

- разность удельных энтальпий,  соответствующих начальной и  конечной разности продукта, Дж/кг;

- продолжительность холодильной  обработки, ч.

 

7.3 Эксплуатационные теплопритоки

Эти теплопритоки возникают  вследствие освещения камер, пребывания в них людей, работы электродвигателей, открывания дверей.

Теплоприток от освещения, Вт:

,                                        (7.5)

где А — количество тепла, выделяемого освещением в единицу времени на 1 м площади пола, Вт/м; F — площадь камеры, м.

 

Теплоприток от пребывания людей, Вт:

,    (7.6)

где 350 — тепловыделение одного человека, Вт;

n - число людей, работающих в камерах охлаждения, заморозки и хранения охлажденных грузов.

 

Теплоприток от работающих электродвигателей, Вт:

 

Теплоприток при открывании дверей, Вт:

  ,                    (7.7)

где В - удельный приток тепла от открывания дверей, Вт/м²;

F - площадь камеры, м.

 

Эксплуатационные теплопритоки определяются как сумма теплопритоков  отдельных видов:                             (7.8)

 

7.4 Определение нагрузки на камерное оборудование и компрессор

Нагрузку на камерное оборудование определяют как сумму всех теплопритоков  в данную камеру. Все виды теплопритоков  учитывают полностью, так как  оборудование должно обеспечить отвод  тепла при самых неблагоприятных  условиях.

Нагрузку на компрессоры  от эксплуатационных теплопритоков  учитывают в размере

50 - 70% от максимальных  значений.

 

Холодопроизводительность  компрессоров (на каждую температуру  кипения отдельно) определяют по формуле:

,    (7.9)

где k - коэффициент, учитывающий потери в трубопроводах и аппаратах холодильной установки, k = 1,07;

- суммарная нагрузка на компрессоры  для данной температуры кипения, принятая по сводной таблице теплопритоков, кВт;

b - коэффициент рабочего времени, принимаем равным 0,7.

 

8. Описание схемы холодильной установки

 

8.1 Способы охлаждения

При выборе способа и приборов охлаждения необходимо учитывать:

В камере хранения охлажденных  грузов

- воздушное охлаждение  с использованием воздухоохладителей, обеспечивающих умеренную циркуляцию воздуха;

в камерах охлаждения и  замораживания продуктов — воздушное  охлаждение с использованием воздухоохладителей, обеспечивающих интенсивную циркуляцию воздуха;

При охлаждении воздухоохладителями (воздушное охлаждение) в камере создается принудительная циркуляция воздуха под воздействием вентиляторов воздухоохладителей. При батарейном, или тихом, охлаждении в камере возникает естественная циркуляция воздуха. При воздушном охлаждении камеру оборудуют несколькими воздухоохладителями, что позволяет регулировать площадь поверхности теплообмена и кратность циркуляции воздуха в соответствии с теплопритоками в камеру.

Размещение камерного  оборудования и систем воздухораспределения.

Правильно разместить камерные приборы охлаждения очень важно  для создания и поддержания заданного  температурно-влажностного режима в  камере.

При воздушном охлаждении камеры хранения, оборудованной навесными (потолочными) воздухоохладителями, обслуживающими отдельные зоны камеры, применим безканальную систему воздухораспределения.

 

8.2 Система охлаждения и схема холодильной установки.

Выбор системы охлаждения произведем с учетом конкретных требований, предъявляемых к холодильнику в  части поддержания устойчивого  температурного режима для всех потребителей холода при переменных тепловых нагрузках.

При этом необходимо обеспечить:

автоматическое регулирование  заполнения приборов охлаждения хладагентом или питание хладоносителем,

защиту компрессоров от влажного хода.

соответствие холодопроизводительности компрессора переменным нагрузкам испарительных систем, надежное улавливание масла, уносимого из компрессоров, и исключение замасливания теплообменных аппаратов и улавливающих сосудов,

простоту, надежность и безопасность работы системы.

По способу размещения основного оборудования выберем  централизованную систему охлаждения. При использовании централизованной системы охлаждения создают общее машинное отделение, в котором размещают компрессоры, работающие на различные температуры кипения, а также другое оборудование, являющееся общим для всех испарительных систем. Концентрация оборудования в общем зале облегчает надзор за ним в течение рабочего дня.

 

8.3 Выбор хладагента

Холодильный агент, хладагент, рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении или в процессе расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде (воде, воздуху и т. п.). К холодильным агентам предъявляется ряд требований: они должны иметь низкую температуру кипения при давлениях выше атмосферного (во избежание подсоса воздуха), умеренные давление и температуру конденсации, низкую температуру затвердевания и высокую критическую температуру, большую теплоту парообразования при малых удельных объёмах паров, малую теплоёмкость и высокую теплопроводность. Кроме того, желательно, чтобы хладагенты были взрывобезопасными, нетоксичными, негорючими, нейтральными к конструкционным материалам, инертными к смазке и т. д. В зависимости от температуры кипения при атмосферном давлении холодильные агенты подразделяют на 3 группы: высокотемпературные (выше -10 °С), умеренные (ниже -10 °С) и низкотемпературные (ниже -50 °С). Основными хладагентами являются аммиак, фреоны (хладоны) и некоторые углеводороды. Аммиак R717 относится к группе умеренных холодильных агентов. Достоинствами аммиака являются его низкая стоимость и высокие теплофизические показатели. К недостаткам относятся токсичность, взрывоопасность. Аммиак также разрушительно воздействует на медь и её сплавы.

NH₃, простейшее химическое соединение азота с водородом.

Физические и химические свойства:

Аммиак - бесцветный газ с  резким удушливым запахом и едким  вкусом. Плотность газообразного  аммиака при 0°С и 101,3 кг/м² (760 мм рт. ст.) 0,7714 кг/м³.

Температура кипения: ,

Температура плавления: ,

Температура критическая: ,

Давление критическое 11,28 Мн/м²(115,0 кгс/см²), плотность критическая 235 кг/м³, теплота испарения 23,37 кдж/молъ (5,581 ккал/молъ).