Как рассчитать теплопритоки в холодильной камере
Обновлено: 01.05.2024
Ц е л ь р а б о ты : 1. Изучение методики расчета теплопритоков холодильнойкамеры.
2. Приобретение практических навыков расчета и подбора компрессора.
Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а : [1, 3,5].
Теоретические сведения
Расчет теплопритоков выполняют для определения мощности холодильной установки, а также для определения тепловой нагрузки на компрессоры и камерное оборудование.
Мощность холодильной установки должна быть достаточной для компенсации всех теплопритоков, поступающих в охлаждаемые помещения или возникающих в них, а также теплопритоков к рабочим веществам (холодильным агентам и хладоносителям) при их транспортировании по трубопроводам.
Расчет выполняют отдельно по всем камерам и аппаратам. При этом общий теплоприток составляет
где Q1 – теплопритоки через ограждения (стены, полы, перекрытия, покрытия и т.д.), кВт;
Q2 – теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении, кВт;
Q3 – теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции, кВт;
Q4 – эксплуатационные теплопритоки (при открывании дверей камер, пребывании в них кладовщиков и грузчиков, от освещения камер и пр.), кВт;
Q5 – теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании, кВт.
Период, для которого определяют теплопритоки, называют расчетным. В качестве расчетного принимают наиболее напряженный период работы холодильной установки. Обычно за расчетный принимают период, в котором совпадает максимум двух теплопритоков Q1 и Q2 (период, соответствующий наиболее высокой температуре наружного воздуха и максимальному поступлению продуктов в холодильник).
Для расчетов теплопритоков необходимы планы и разрезы холодильника с размерами камер, заданные температуры, ориентировка холодильника по сторонам света и климатические условия.
Теплопритоки через ограждения Q1 определяют для каждой камеры отдельно
где Q1Т и Q1С – теплопритоки в охлаждаемое помещение соответственно вследствие разности температур и действия солнечной радиации, кВт
где kД – действительный коэффициент теплопередачи наружного ограждения, зависит от конструкции ограждений и для холодильных камер лежит в диапазоне 0,22. 0,58 Вт/(м 2 ×К); F – площадь поверхности наружного ограждения, м 2 ; tнр – расчетная температура наружного воздуха (принимается по справочным данным), о С;
tв – температура воздуха в охлаждаемом помещении (принимается по технологическим нормам в зависимости от назначения камер и вида продуктов), о С; Dtc – избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации и принимаемая по нормативным материалам в зависимости от характера ограждения и ориентации его по сторонам света, о С.
Теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении определяются по формуле
где Gпр – количество продуктов, поступающих на охлаждение, кг/сутки; спр – теплоемкость продуктов, Дж/(кг×К); Gпр – масса тары продуктов, кг; ст – теплоемкость материала тары, Дж/(кг×К); tн и tк – начальная и конечная температуры продуктов и тары ), °С.
Теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции
где а – кратность смены воздуха камеры в сутки; V – объем вентилируемых камер, м 3 ; rв – плотность воздуха, кг/м 3 ; Iнр, Iкам –энтальпия наружного воздуха и воздуха в камере соответственно.
Эксплуатационные теплопритоки определяются поформуле
где – теплоприток от системы освещения, кВт,
– удельный теплоприток от системы освещения, Вт/м 2 ;
F – площадь камеры, м 2 ,
– теплоприток от электродвигателей, кВт,
– коэффициент одновременности работы электродвигателей;
– общая мощность электродвигателей, кВт;
– КПД электродвигателей, кВт,
– теплоприток от обслуживающего персонала, кВт,
n– количество обслуживающего персонала, Вт/м 2 ;
– теплоприток при открывании дверей, кВт,
– удельный теплоприток, возникающий при открывании дверей, Вт/м 2 .
Теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании определяются с учетом удельной теплоты дыхания по формуле
где – удельная теплота дыхания плодов и овощей при их охлаждении, Вт/т;
Gпр – масса плодов и овощей, поступающих на охлаждение, т/сут;
– удельная теплота дыхания плодов и овощей при их хранении, Вт/т;
E – емкость холодильной кмеры, т.
Необходимая холодопроизводительность компрессора определяется по формуле
где kтр – коэффициент, учитывающий потери при транспортировке холода (для установок непосредственного охлаждения kтр=1,05…1,07, для установок с охлаждением хладоносителем kтр=1,1…1,12);
Q0 – расчетная тепловая нагрузка на компрессор, получаемая при расчете теплопритоков в камеры, кВт;
bр – коэффициент рабочего временикомпрессора (bр=0,75..0,92).
Порядок выполнения работы
В лаборатории студенты знакомятся с конструкцией холодильной кмеры, замеряют размеры камеры (длина, ширина, высота) и выполняют строительный чертеж по полученным данным.
Затем по исходным данным студенты рассчитывают теплопритоки в холодильную камеру по формулам (30)-(41) и определяют холодопроизводительность компрессора по формуле (42).
Контрольные вопросы
1. От чего зависят теплопритоки в холодильную камеру?
2. Каким образом можно уменьшить теплопритоки?
3. Какие требования предъявляются к теплоизолирующим материалам?
4. Какие системы холодоснабжения применяются при эксплуатации холодильных камер?
5. Для какого времни года ведут расчет теплопритоков?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Испытание льдогенератора
Ц е л ь р а б о ты: 1. Изучение устройства и принципа действия льдогенератора, усвоение правил его обслуживания и безопасной эксплуатации.
2. Определение фактической производительности льдогенератора и расчетной тепловой нагрузки на холодильную установку.
Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а: [1, 2, 3].
Теоретические сведения
Искусственный водный лед изготовляют из пресной или морской воды и рассолов в льдогенераторах непосредственного и рассольного охлаждения. По форме выпускается лед блочный, плиточный, цилиндрический (трубчатый), чешуйчатый и снежный.
При расчете льдогенераторов определяют их производительность, продолжительность замораживания, тепловую нагрузку на аппараты. После расчета осуществляют подбор холодильного оборудования (испарителей, компрессоров, конденсаторов, насосов для воды и др.).
В связи с большим разнообразием форм льда и типов льдогенераторов расчеты выполняют с использованием различных зависимостей. При этом продолжительность замораживания определяют с помощью соотношения Р. Планка, представленного в различных вариантах.
Порядок выполнения работы
Лабораторная установка (рис. 8) состоит из собственно льдогенератора, прибора для измерения температуры с термопарами, подсоединенными к теплообменным аппаратам льдогенератора, систем подачи водопроводной воды и отвода её в канализацию.
Рис. 8. Общий вид установки для испытания льдогенератора:
1, 2, 3, 4 – сигнальные лампы; 5 – тумблер включения льдогенератора;
6 – верхняя крышка; 7 – дверца термостата; 8 – потенциометр
Льдогенератор предназначен для получения пищевого льда или замороженных напитков в виде гранул. Он имеет герметичный холодильный агрегат (рис. 8), систему управления, подвижные резервуары и ванну для воды, систему подъема и опускания резервуара и ванны, резервуар для льда (термостат), установленных в корпусе. На лицевой панели льдогенератора расположены тумблер 5 включения и выключения льдогенератора; сигнальные лампы 1-4; открывающаяся дверца термостата 7. Корпус закрывается сверху легкосъемной крышкой 6. Льдогенератор работает следующим образом.
Пары холодильного агента (фреона R12) сжимаются в компрессоре 1 до 0,6. 0,8 МПа и нагнетаются в конденсатор 2 (рис. 9).
Рис. 9. Схема холодильной установки льдогенератора: 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – ресивер; 5 – регенеративный теплообменник; 6 – испаритель; 7 – терморегулирующий вентиль; 8, 9 – электромагнитные клапаны | Рис. 10. Гидравлическая схема льдогенератора: 1 – запорный вентиль; 2, 6 – электромагнитные клапаны; 3 – подвижный резервуар; 4 – подвижная ванна; 5 – испаритель |
Фреон конденсируется, отдавая теплоту наружному воздуху. Жидкий R12 сливается в ресивер 3, затем проходит через фильтр-осушитель 4, где удаляются следы воды и осуществляется контрольная фильтрация. После фильтрации R12 поступает в регенеративный теплообменник 5, в котором происходит теплообмен между жидким фреоном и его парами, идущими из испарителя.
В терморегулирующем вентиле 7 давление R12 снижается до 0,06. 0,10 МПа, и фреон в виде паро-жидкостной смеси поступает в испаритель 6, где кипит, отнимая теплоту у заморажи- ваемой воды. Пары R12 проходят через регенеративный теплообменник 5 и засасываются в компрессор.
К трубкам испарителя припаяны медные лужёные цапфы, которые оказываются погруженными в воду при заполненной подвижной ванне. Вследствие высокой теплопроводности меди температура цапф близка к температуре кипения фреона. Вода намерзает на цапфах в виде чашек (гранул), размер которых контролируется датчиком. По окончании стадии намораживания автоматически открываются электромагнитные клапаны 8, 9 и горячие пары фреона из компрессора поступают непосредственно в испаритель. Гранулы льда подтаивают. Сконденсировавшийся фреон из испарителя стекает в ресивер 3. После освобождения цапф от гранул льда электромагнитные клапаны 8 и 9 закрываются.
Вода подается из водопровода через вентиль 1 (рис. 10). После включения льдогенератора открывается электромагнитный клапан 2, и водопроводная вода поступает в подвижный резервуар 3, связанный тягами с подвижной ванной 4. Масса резервуара увеличивается, он опускается вниз. При этом ванна 4 поворачивается и занимает горизонтальное положение. Вода по трубке наливается в ванну до уровня, контролируемого датчиком. При соприкосновении электрода датчика с водой электромагнитный клапан 2 закрывается. Включается холодильная установка. Льдогенератор работает в системе намораживания.
Техническая характеристика
Средняя масса льда, получаемого в течение
одного рабочего цикла………………………….1,0 кг
Масса льда, получаемого за сутки……………..36,0 кг
Расход воды на один цикл………………………4,2 дм 3
Максимальная масса льда в наполненном
Холодильный агент……………………………..фреон R12
Масса хладагента………………………………..0,5 кг
Максимальная мощность………………………0,4 кВт
Габаритные размеры………………..528×470×1080 мм
Когда размер гранул льда на цапфах достигнет заданного значения, компрессор выключается. Открывается выпускной электромагнитный клапан 6. Вода из подвижного резервуара 3 вытекает в канализацию. Резервуар поднимается. Ванна 4 поворачивается вокруг оси и занимает вертикальное положение. Незамерзшая вода из ванны стекает в термостат и удаляется в канализацию. Ванна нажимает на язычок датчика положения. Льдогенератор начинает работать в режиме оттаивания.
Слой льда, соприкасающийся с цапфами, подтаивает. Гранулы льда освобождаются и падают на решетку термостата. Время оттаивания устанавливается автоматически. Электромагнитный клапан 6 закрывается и цикл повторяется.
Если термостат полностью заполнится гранулами льда, льдогенератор автоматически отключается, пока лёд не будет отобран. Сигнальные лампы на передней панели показывают стадии цикла работы.
Снимите верхнюю крышку 6 (рис. 9). Определите размеры подвижной ванны: длину l, м, ширину b, м, высоту h, м. Подсчитайте количество цапф испарителя n, шт их диаметр d, м.
Прикрепите термопары к поверхностям теплообменных аппаратов льдогенератора: первую – к трубопроводу подвода паров фреона к компрессору, вторую – к трубопроводу отвода сжатых паров фреона от компрессора, третью – к поверхности компрессора, четвертую – на трубопроводе перед терморегулирующим вентилем, пятую – после терморегулирующего вентиля, шестую – в ванне на расстоянии 2. 3 мм от цапфы испарителя. Откройте вентиль подачи воды из водопровода 1. Включите потенциометр и льдогенератор.
При заполнении подвижной ванны водой измерьте линейкой высоту её слоя , м и глубину погружения цапф в воду , м. Внесите эти данные в табл. 7. Закройте крышку льдогенератора. Все последующие измерения проводите через два цикла работы льдогенератора. Секундомером замерьте время отдельных операций цикла работы льдогенератора и занесите данные в табл. 8.
Таблица 7. Протокол измерений | Таблица 8. Протокол испытаний |
Длина ванны l, м | Время, с: заполнения резервуара tр |
Ширина ванны b, м | подъема ванны tп |
Высота ванны h, м | заполнения ванны tв |
Количество цапф n | намораживания гранул tн |
Диаметр цапфы dц, м | опускания ванны t0 |
Высота слоя воды hв, м | оттаивания гранул tог |
Глубина погружения цапфы в воду hц, м | полного цикла Т |
Откройте крышку льдогенератора и штангенциркулем измерьте наружный диаметр гранулы льда dr, м. Закройте крышку. Все гранулы льда, получаемые за цикл, поместите в поддон и определите их массу , кг. В течение цикла определите по потенциометру температуру на поверхностях теплообменных аппаратов холодильного агрегата, начальную температуру воды , 0 С и конечную среднюю температуру гранулы льда , 0 С. Замеры произведите в течение 2. 3 циклов. Результаты внесите в табл. 9. Выключите льдогенератор и потенциометр, отсоедините штепсельный разъём, закройте вентиль подачи воды 1.
Таблица 9. Протокол испытаний
Наружный диаметр гранулы льда | dr, м |
Температура, °С: испарения фреона | t0 |
перед всасывающим вентилем | t1 |
после компрессора | t2 |
конденсации | tк |
перед терморегулирующим вентилем | t3 |
нагрева испарителя при оттаивании гранул льда | tот |
воды начальная | tв |
гранулы средняя | tг |
Масса гранул льда, получаемых за цикл | Gг, кг |
Расчетная часть
Средняя масса гранул льда, получаемых за один цикл, , кг
где – массы гранул льда, получаемых за циклы, кг.
Фактическая производительность льдогенератора П (кг/ч)
Масса воды , кг, находящейся в ванне льдогенератора для замораживания
где – плотность воды, кг/м 3 ( =1000 кг/м 3 ); l –- длина ванны, м; b – ширина ванны, м; – высота слоя воды, м; n – количество цапф; dц – диаметр цапфы,м; – глубина погружения цапфы в воду, м.
Тепловая нагрузка Q, кВт на холодильную установку льдогенератора
где – теплопритоки от воды при её охлаждении, замораживании и охлаждении гранул льда до конечной температуры, кВт; – теплопритоки от металлоконструкций, отепляемых при оттаивании льда и охлаждаемых при замораживании, кВт; – теплопритоки от окружающей среды через ограждающие конструкции льдогенератора, кВт.
Теплопритоки от воды , кВт
где – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг×К) ( =4,186 кДж/(кг×К)); r – удельная теплота фазового перехода, кДж/кг (r = 335,2 кДж/кг); – удельная теплоёмкость льда, кДж/(кг×К) ( =2,1 кДж/(кг×К)); – средняя температура гранулы льда, 0 С.
Масса льда , кг, получаемого за цикл работы льдогенератора
где y – массовая доля льда, подтаявшего при освобождении цапф.
где – толщина подтаявшего слоя льда, м, =1×10 -3 м; – наружный диаметр гранул льда, м.
Теплопритоки от металлоконструкций , кВт
где – масса металлоконструкций, отепляемых при оттаивании льда и охлаждаемых при замораживании, кг ( =0,6 кг); – удельная теплоёмкость материала испарителя, кДж/(кг×К), =0,682 кДж/(кг×К); – температура нагрева испарителя при оттаивании, 0 С.
Теплопритоки от окружающей среды Q0, кВт определите из соотношения
По известным значениям температур tк, t3, t0, t1 постройте цикл работы холодильной установки на lg p - i диаграмме. Определите теплосодержание (кДж/кг) холодильного агента в характерных точках i1, i2, i3, i4 и рассчитайте основные параметры цикла.
Удельная холодильная мощность q0, кДж/кг
Удельная работа компрессора А0, кДж/кг
Удельная теплота конденсации qк, Дж/кг
Масса холодильного агента, циркулирующего в системе, G, кг/с
Теоретическая мощность компрессора Nт, кВт
Расчетная мощность компрессора Nе, кВт
где – индикаторный коэффициент ( =0,87); – механический КПД ( =0,9).
Сравните расчетную и фактическую мощности компрессора, в случае несовпадения сделайте выводы.
Контрольные вопросы
1. Приведите классификацию оборудования для производства льда.
2. Как поддерживается уровень воды в ванне льдогенератора и что произойдет, если термостат будет переполнен льдом?
3. Что произойдет при утечке фреона из системы и как обнаружить утечку?
4. Какие холодильные агенты применяются в промышленности? Области их применения.
5. Для чего применяется в схеме холодильной установки регенеративный теплообменник?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Читайте также: