Определение расчётных параметров
Расчётными параметрами при проектировании холодильника являются:
а) температура и относительная влажность воздуха в холодильной камере (см. табл. 4.1);
Таблица 4.1 Обоснование температур в охлаждаемой камере
| Ассортимент продуктов |  , кг
| Ёмкость по продуктам  , кг
| Параметры в камере | |||||||||
| Расчётные | Нормативные | Виды НТД | Действительные | |||||||||
| τ, сутки | t, ºС | φ, % | τ, сутки | t, ºС | φ, % | τ, сутки | t, ºС | φ, % | ||||
| Камера фруктов, зелени и овощей | ||||||||||||
| Яблоки свежие | +1…+3 | 85-90 | ГОСТ 16270–70 | +1 | ||||||||
| Груши свежие | 0 … +1 | ГОСТ 21714-76 | ||||||||||
| Бананы | 5-10 | +13..+14 | ГОСТ Р 51603-2000 | |||||||||
| Лук зелёный | 0,9 | 0,9 | 0 … +1 | РСТ РСФСР 624-791 | ||||||||
| Перец сладкий | 8-10 | 0…+11 | 85-90 | ГОСТ 13908-68 | ||||||||
| Томаты | 14-28 | 0,5…+1 | 90-95 | ГОСТ 1725-85 | ||||||||
| Лимоны | 2-30 | +2...+6 | 85-90 | ГОСТ 4429-82 | ||||||||
| Клюква | 0,5 | 0,5 | +2…+15 | 85-90 | ГОСТ 19215-73 |
б) температура и относительная влажность наружного воздуха.
Для города Николаевск-на-Амуре значения данных параметров следующие (значения приняты ближнего по широте города) [1, стр 13, табл. 3]:
ü температура наружного воздуха летняя + 30 °С;
ü температура наружного воздуха среднегодовая (-0,7) °С;
ü средняя относительная влажность наружного воздуха 67 %.
в) температура воздуха в смежных неохлаждаемых помещениях (в надземных этажах) принимается на 5 °С ниже расчетной температуры наружного воздуха [1, стр. 12] и составляет +25 °С, а температура в подвале - на 10 °С [1, стр. 12] и составляет 20 °С.
г)температура воздуха в тамбуре холодильника принимается на 10 °С ниже расчетной температуры наружного воздуха [1, стр. 12] и составляет 20 °С.
Выбор изоляционного материала и строительно-изоляционных конструкций
Теплоизоляционные материалы, применяемые в холодильном строительстве, должны быть морозостойкими, лёгкими, относительно дешёвыми, достаточно эффективными, преимущественно несгораемыми.
В качестве теплоизоляционного материала применяется пенополистирол марки ПС-БС (Гост 15588 - 70). Для защиты теплоизоляционных конструкций от проникновения влаги используются гидроизоляционный материал - битум.
Стены камер и потолки отделываются керамической плиткой, которая обладает низкой влагопоглотительной способностью. Пол отделывается метлахской плиткой.
В строительно-изоляционной конструкции слои материалов располагаются по мере уменьшения паропроницаемости от более теплого к более холодному воздуху. Теплоизоляция располагается с холодной стороны.
Расчёт изоляции
Расчет изоляции заключается в определении толщины изоляционного слоя, исходя из установленного нормативного значения коэффициента теплопередачи соответствующего ограждения. Расчет толщины изоляции следует производить только для тех наружных стен, перегородок и перекрытий камеры, которые находятся в наихудших температурно-влажностных условиях. Для остальных ограждений толщина изоляции принимается равной полученной для данного вида конструкции.
Толщина изоляционного слоя ограждения камеры определяется по формуле:
, м (6.1),
где Кд - нормативный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м· град);
αн - коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности ограждения, Вт/(м·град);
αв - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры, Вт/(м2·град);
δиз, δi - толщины изоляционного и других слоев материалов, составляющих конструкцию ограждения, м;
λиз, λi - коэффициенты теплопроводности изоляционного и других слоев материалов, Вт/(м·град).
Значения коэффициентов теплопередачи при расчёте принимаются согласно рекомендациям СНиП П-3-79* "Строительная теплотехника" и СНиП 2.11.02-87 «Холодильники».
Все полученные значения толщины изоляционного материала округлить до стандартной величины и определить действительный коэффициент теплопередачи по формуле:
, 
(6.2),
где Кд - действительный коэффициент теплопередачи принятой конструкции конструкции ограждения, Вт/м·град;
αн - коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности ограждения, Вт/(м2·град);
αв - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры, Вт/(м2·град);
δi - толщина слоя i-того материала, составляющего конструкцию ограждения, м;
λi - коэффициент теплопроводности слоя i-того материала, составляющего конструкцию ограждения, Вт/(м·град);
δиз - стандартная толщина изоляционного слоя, м;
λиз - коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, Вт/(м·град).
Полученные значения действительного коэффициента теплопередачи увеличиваются на 10-20 %, так как при выполнении изоляционных работ трудно достичь совершенной плотности укладки изоляционного материала, вследствие чего его изолирующие свойства снижаются.
Таким образом, расчетный коэффициент теплопередачи будет определяться по формуле:
Кр = (1,1... 1,2)КД, Вт/(м2 ·град) (6.3),
где Кр - расчетный коэффициент теплопередачи принятой конструкции ограждения, Вт/(м·град);
Кд - действительный коэффициент теплопередачи принятой конструкции ограждения, Вт/(м2·град).
Расчёт стены камеры, граничащей с загрузочной площадкой
Сроительно-изоляционная конструкция стены представлена на рис. 6.1.1.
+ –
 |  | ||||||||||||
 |  |  |  | ||||||||||
 | |||||||||||||
1 2 3 4 5 6 7
1 - штукатурка, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
2 - кирпич, δ = 120 мм, λ= 0,8 Вт/м·град;
3 - выравнивающий слой, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
4 - пароизоляция (битум), δ = 4 мм, λ= 0,18 Вт/м·град;
5 - теплоизоляция (пенополистирол), λ= 0,04 Вт/м·град;
6 - выравнивающий слой, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
7- керамическая плитка, δ =10 мм, λ= 3 Вт/м·град
Рисунок 6.1.1 Строительно-изоляционная конструкция стены камеры, граничащей с загрузочной площадкой
Расчет толщины изоляции производится по формуле (6.1).
Коэффициент теплопередачи внутренних стен К составляет 0,43 Вт/(м2·град) [1, стр. 21, табл. 7]. Коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения αн составляет 8 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8]. Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры αв составляет 9 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл. 8].
м.
Принимается стандартная толщина изоляции – 75 мм.
Действительный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.2):
Вт/(м2 ·град).
Расчётный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.3):
Кр = 1,15 · 0,424 = 0,488 Вт/(м2 ·град).
Т.к. температура загрузочной площадки и кладовой инвентаря одинаковая, то значения данного расчета изоляции можно применить и для стены камеры фруктов, зелени, овощей, граничащей с кладовой.
Расчёт стены камеры, граничащей с тамбуром
Строительно-изоляционная конструкция стены представлена на рис. 6.2.1.
+ –
| | | ||||||||||||
| | | | | ||||||||||
| | |||||||||||||
1 2 3 4 5 6 7 1 - штукатурка, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
2 - кирпич, δ = 120 мм, λ= 0,8 Вт/м·град;
3 - выравнивающий слой, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
4 - пароизоляция (битум), δ = 4 мм, λ= 0,18 Вт/м·град;
5 - теплоизоляция (пенополистирол), λ= 0,04 Вт/м·град;
6 - выравнивающий слой, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
7 - керамическая плитка, δ =10 мм, λ= 3 Вт/м·град
Рисунок 6.1.1 Строительно-изоляционная конструкция стены камеры, граничащей с тамбуром
Расчет толщины изоляции производится по формуле (6.1).
Коэффициент теплопередачи внутренних стен К составляет 0,44 Вт/(м2·град) [1, стр. 21, табл. 6]. Коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения αн составляет 8 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8]. Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры αв составляет 9 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8].
м.
Принимается стандартная толщина изоляции – 75 мм.
Действительный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.2):
Вт/(м2 ·град).
Расчётный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.3):
Кр = 1,15 · 0,424 = 0,488 Вт/(м2 ·град).
Расчёт стены камеры, граничащей с наружным воздухом
Строительно-изоляционная конструкция стены представлена на рис. 6.3.1.
+ –
| | | ||||||||||||
| | | | | ||||||||||
| | |||||||||||||
1 2 3 4 5 6 7 1 - штукатурка, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
2 - кирпич, δ = 860 мм, λ= 0,8 Вт/м·град;
3 - выравнивающий слой, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
4 - пароизоляция (битум), δ = 4 мм, λ= 0,18 Вт/м·град;
5 - теплоизоляция (пенополистирол), λ= 0,04 Вт/м·град;
6 - выравнивающий слой, δ = 20 мм, λ= 0,85 Вт/м·град;
7 - керамическая плитка, δ =10 мм, λ= 3 Вт/м·град
Рисунок 6.3.1 Строительно-изоляционная конструкция стены камеры, граничащей с наружным воздухом
Расчет толщины изоляции производится по формуле (6.1).
Коэффициент теплопередачи внутренних стен К составляет 0,47 Вт/(м2·град) [1, стр. 21, табл. 5]. Коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения αн составляет 25 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8]. Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры αв составляет 9 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8].
м.
Принимается стандартная толщина изоляции – 50 мм.
Действительный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.2):
Вт/(м2 ·град).
Расчётный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.3):
Кр = 1,15 · 0,389 = 0,447 Вт/(м2 ·град).
Расчет изоляции потолочного перекрытия камеры
Т.к. высота этажа составляет 3,5 м, то в камере не устанавливаются подшивные потолки.
Строительно-изоляционная конструкция потолочного перекрытия молочно-жировой камеры показана на рис. 6.4.1.
Рисунок 6.4.1 Строительно-изоляционная конструкция потолочного перекрытия камеры
Расчет толщины изоляции производится по формуле (6.1).
Коэффициент теплопередачи внутренних стен К составляет 0,41 Вт/(м2·град) [1, стр. 21, табл. 5]. Коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения αн составляет 7 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8]. Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры αв составляет 9 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл. 8].
м.
Принимается стандартная толщина изоляции – 80 мм.
Действительный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.2):
Вт/(м2 ·град).
Расчётный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.3):
Кр = 1,15 · 0,4 = 0,46 Вт/(м2 ·град).
Расчёт изоляции пола камеры
Строительно-изоляционная конструкция пола представлена на рис. 6.5.1.
Рисунок 6.5.1 Строительно-изоляционная конструкция пола камеры
Расчет толщины изоляции производится по формуле (6.1).
Коэффициент теплопередачи внутренних стен К составляет 0,58 Вт/(м2·град) [1, стр. 21, табл. 7]. Коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения αн составляет 7 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8]. Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху данной камеры αв составляет 9 Вт/(м2 ·град) [1, стр. 22, табл.8].
м.
Принимается стандартная толщина изоляции – 50 мм.
Действительный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.2):
Вт/(м2 ·град).
Расчётный коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (6.3):
Кр = 1,15 · 0,577 = 0,664 Вт/(м2 ·град).
Калорический расчёт
Калорический расчет учитывает теплопритоки, влияющие на изменение температурного режима в охлаждаемых камерах. Расчет производится для каждой камеры отдельно, что позволяет подобрать камерное оборудование.
В калорическом расчёте учитываются следующие теплопритоки в каждую из охлаждаемых камер:
1. Q1 - теплопритоки через ограждения камеры. Это приток тепла от
наружной (по отношению к данной камере) среды путём теплопередачи
вследствие разности температур наружной среды и воздуха внутри камеры Q'1 и
приток тепла в результате солнечной радиации Q''2.
2. Q2 - теплоприток от грузов (от продуктов и тары) при их термической
обработке.
3. Q3 - теплоприток от наружного воздуха при вентиляции камеры.
4 Q4 - эксплуатационные теплопритоки (при открывании дверей охлаждаемых камер, включении освещения, пребывании людей и т.п.).
Перечисленные теплопритоки изменяются в зависимости от времени года, сезонности поступления продуктов и по другим причинам. Поэтому допускаем, что максимумы всех рассчитанных теплопритоков совпадают по времени. В связи с этим холодильное оборудование должно быть выбрано так, чтобы обеспечивался отвод тепла из камер при самых неблагоприятных условиях, т.е. при максимуме теплопритоков, равном сумме:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4, Bт. (7.1).
Теплопритоки через ограждения Q1 рассчитываются по формуле:
Q1 = Q'1 + Q"1,Bт (7.2),
где Q'1 - теплопритоки путём теплопередачи вследствие наличия разности температур сред, находящихся по ту и другую сторону ограждения, Вт;
Q"1 - теплопритоки за счёт поглощения теплоты солнечной радиации, Вт.
Приток тепла через ограждение путём теплопередачи вследствие наличия разности температур определяется по формуле:
Q'1 = Kp F(tcp - tв), Bт (7.3),
где Кр - расчётный коэффициент теплопередачи ограждения, подсчитанный раньше при расчёте толщины теплоизоляции, Вт/(м2 град);
F - теплопередающая поверхность ограждения, м2;
tср - температура среды, граничащей с внешней поверхностью ограждения,°С;
tв - температура воздуха внутри камеры, °С.
Теплопередающая поверхность F для пола и потолка камеры определяется как площадь между осями внутренних стен. При определении теплопередающей поверхности стен высота считается от уровня чистого пола камеры до верха покрытия (цементно-песчаной стяжки). Длина внутренних стен считается между осями внутренних стен.
Высота этажа равна 3,5 м, следовательно расчётная высота стены будет равна 3,5 + 0,01 + 0,02 + 0,08 + 0,004 + 0,22 + 0,04 = 3,874 м.
Температура среды, граничащей с внешней поверхностью ограждения камеры, зависит от климатической зоны и от вида помещения, с которым граничит камера.
Температура в смежных неохлаждаемых помещениях, подвале, тамбуре приняты в разделе 4.
Все данные сводятся в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 Теплопритоки через ограждения путём теплопередач
| Ограждения | Кр, Вт/м·град | F, м2 | tср – tв, ºС | Q'1, Вт |
| Стена, граничащая с загрузочной площадкой | 0,488 | 3,874 · 4,293 = 16,6 | 25 –(+1) | 194,42 |
| Стена, граничащая с наружным воздухом | 0,447 | 3,874 · 7,098 = 27,5 | 30 – (+1) | 356,48 |
| Стена, граничащая с кладовой | 0,488 | 3,874 · 4,293 = 16,6 | 25 – (+1) | 194,42 |
| Стена, граничащая с тамбуром | 0,488 | 3,874 · 7,098 = 27,5 | 20 – (+1) | 254,98 |
| Пол | 0,664 | 4,293 · 7,098 = 30,47 | 20 – (+1) | 384,41 |
| Потолочное перекрытие | 0,460 | 4,293 · 7,098 = 30,47 | 25 – (+1) | 336,39 |
| Итого Qоб | 1721,1 | |||
| ИтогоQкм | 1721,1 |
При подсчете теплопритока Q'loб учитываются все теплопритоки в данную камеру кроме теплооттоков (отрицательных значений теплопритоков), чтобы камерное оборудование могло обеспечить необходимый температурный режим.
При проектировании величины Q'км камеры необходимо подсчитывать как алгебраическую сумму всех положительных значений теплопритоков через ограждения данной камеры и отрицательных только тех, которые обусловлены низкотемпературными камерами, подключенными к этому же компрессору. Так как к данному компрессору подключена одна камера и она не граничит с другими камерами, то значение теплопритока на компрессор Q'1км будет равно значению Q'loб.
Теплоприток солнечной радиации Q"1 данных охлаждаемых камер находятся по формуле:
Q''1 = Kp-Fc.Δtc,Bт (7.4),
где Кр - расчётный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м град);
F - теплопередающая поверхность ограждения, облучаемая солнцем, м ;
Δtc - избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, °С [1, стр. 30, табл. 10].
Т.к. охлаждаемые камеры находятся на северной стороне здания, то теплоприток от солнечной радиации наружной стены равен нулю Q"1 = 0.
Теплоприток от солнечной радиации потолочного перекрытия холодильных камер, покрытых светлым рубероидом, определяется по формуле (7.4):
Q"1 = 0,46 · 30,47 · 14,9 =208,84 Вт.
Теплопритоки через ограждения Q1 находится по формуле (7.2):
Q1o6 = Q1KM = 1721,1 + 208,84 = 1929,94 Вт.
Теплопритоки от грузов Q2 (продуктов и тары) определяются по формуле:
, Вт (7.5),
где Gnp, GT - суточное поступление в охлаждаемую камеру продукта и тары
соответственно, кг/сут;
Спр, Ст - удельная теплоемкость продукта и тары соответственно, Дж/(кг·град);
tnp1, tnp2 - соответственно температура, с которой продукт поступает в камеру, и конечная температура продукта после термической обработки, °С;
τохл - время охлаждения продукта до tnp2, ч.
Суточное поступление в охлаждаемую камеру продуктов Gnp принимается в зависимости от продолжительности их хранения. Если продолжительность их хранения составляет 1-2 дня, то Gnp принимается равным 100 %, при 3-4-дневном хранении - 50...60 %, при более длительном хранении - 50...40 % от максимального количества данного продукта в камере Q, которое определяется как произведение суточного запаса (расхода) продукта Gnp на срок его хранения τ.
Суточное поступление тары принимается в размере 20 % для деревянной и стальной, 15 % для пластмассовой, 10 % для картонной, 5% для полиэтиленовых пленок, 100 % для стеклянной тары от суточного поступления продукта Gnp.
Начальная температура tnp1 зависит от предприятия, отпускающего продукт (база, пищевое предприятие), вида транспорта, расстояния перевозки, температуры наружного воздуха. Конечная температура продукта после термообработки tnp2 принимается на 1 °С выше температуры воздуха в камере. Время охлаждения продукта τохл принимается равным 24 ч.
Расчет теплопритоков от грузов Q2 (продуктов и тары) в соответствующих камерах представлен в таблице 7.2.
Таблица 7.2 Расчёт теплопритоков от грузов
| Наименование продукта | Gсут, кг/ сут | τ, сут | Еmax = Gсут · τ, кг | Gпр, кг/сут | Спр, Дж/(кг·град) | GТ, кг/сут | СТ, Дж/(кг·гард) | tпр1, ºC | tпр2, ºC | Q2, Вт |
| Яблоки свежие | 41,95 | |||||||||
| Груши свежие | 346,12 | |||||||||
| Бананы | 89,71 | |||||||||
| Лук зелёный | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,045 | 0,83 | |||||
| Перец сладкий | 70,4 | 14,08 | 73,84 | |||||||
| Томаты | 134,4 | 26,88 | 140,96 | |||||||
| Лимоны | 5,24 | |||||||||
| Клюква | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,075 | 0,49 | |||||
| 699,14 |
Приток пепла от вентиляции рассчитывается по формуле:
, Вт (7.6)
где V - строительный объем вентилируемой камеры, м3;
а - кратность вентиляции;
ρв - плотность воздуха при температуре и относительной влажности в камере, кг/м3;
iH, iB - энтальпия воздуха, соответственно, наружного и внутри камеры, Дж/кг.
Строительный объем камеры находим, зная длину, ширину и высоту камеры: V = 6,72 · 4 · 3,5 = 94,08 м3.
Кратность вентиляции охлаждаемой камеры принимается 4 объема в сутки. Плотность воздуха рассчитывается по формуле:
, кг/м3 (7.7)
где 1,293 - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3;
tB - температура воздуха в охлаждаемой камере, °С.
кг/м3
Значения энтальпий воздуха как наружного, так и внутри камеры определяются температурой и влажностью воздуха (tн, φн и tв, φв) и определяются по i-d – диаграмме влажного пара. [1, стр.73, прил. 6]
При tH = 30 °С и φн = 67 %, iH = 76000 Дж/кг.
При tB = +1 °С и φв = 85 %, iB = 9500 Дж/кг.
Рассчитываем приток тепла от вентиляции по формуле (7.6):
Вт.
Эксплуатационные теплопритоки принимаются в зависимости от величины суммарного теплопритока в камеру через ограждения Q1об и площади камеры - в размере 40 % от величины Q1об, если площадь камеры не превышает 10 м2.
Если площадь камеры размером от 10 до 20 м2, то Q4 принимается в размере 30 %, а при площади камеры более 20 м2 - 20 % от величины Q1об.
Итоги калорического расчета представлены в таблице 7.3.
Таблица 7.3 Итоги калорического расчета
| Наименование камеры | Площадь камеры | Температура и влажность воздуха в камере | Теплопритоки, Вт Итого по камере, Вт | |||||||
| F, м2 | tв, ºС | φ, % | Q1об | Q1км | Q2 | Q3 | Q4 | Qоб | Qкм | |
| Фруктов, зелени и овощей | 26,88 | +1 | 1929,94 | 1929,94 | 699,14 | 373,06 | 385,99 | 3388,13 | 3388,13 |