Проектирование холодильной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Введение

В условиях сегодняшней экологии людям необходимо потреблять только качественные и свежие продукты питания. Одной из важнейших задач является бесперебойное снабжение населения нашей страны продуктами, в частности, мясом и мясными изделиями на протяжении круглого года. Решение этой задачи невозможно без широкого строительства специализированных холодильников для хранения мяса, как в местах массового выращивания скота, так и в районах потребления мясных продуктов - городах и промышленных центрах.



Задание на курсовой проект

Исходные данные

Место расположения - город Петрозаводск;

Тип холодильника - производственный холодильник молокозавода;

Хранимая продукция - сметана;

Производительность -100 тонн/смена

Задание

При проектировании холодильника следует рассмотреть следующие вопросы:

Выбор расчетных параметров;

Краткое описание строительных конструкций;

Определение площадей камер и выбор планировки;

Расчет толщины теплоизоляционного слоя;

Тепловой расчет камер холодильника;

Выбор и обоснование системы охлаждения;

Расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования;

Выбор средств автоматизации и основные характеристики принятых автоматических приборов;

Описание схемы холодильной установки;

Описание конструкции оборудования, принятого в проекте (подробно описывается конструкция какой-либо машины, аппарата или прибора из числа примененных в проекте);

Порядок выполнения монтажных работ по заданию для одного из видов оборудования, примененного в проекте;

Основные положения по технике безопасности применительно к выполняемому проекту;

Механизация погрузочно-разгрузочных и транспортных работ.



1. Основы холодильной технологии

1.1 Общие сведения

Производственные холодильники предназначены для первичной холодильной обработки (охлаждения и (или) замораживания) пищевых продуктов. Эти холодильники размещаются в районах производства или заготовки продуктов. Они могут быть цехом какого-либо пищевого предприятия (мясокомбината и т.д.) или самостоятельным предприятием в местах заготовки продукции.

1.2 Охлаждение

Правильный выбор режима холодильной обработки продуктов (температура, влажность и скорость движения воздуха, начальная и конечная температура продукта, продолжительность холодильной обработки) имеет важное значение для сохранения высокого качества и уменьшения потерь продуктов. Снижение температур и значительное увеличение скорости движения воздуха в камерах холодильной обработки позволяют в 2-3 раза ускорить процесс охлаждения и замораживания и при этом снизить усушку продуктов на 25-35%.

Температуры хранения охлажденных грузов существенно зависят от вида продукта.

В камерах охлаждения молока, сливок, кисломолочных продуктов, а также сырково-творожной продукции температура воздуха около 0°С, хранения творога tв = Оч -2 С, сыров -4ч -4°С, охлаждения и краткосрочного хранения масла -12ч -15°С.

Во вспомогательных помещениях холодильников принимают следующие температуры: в экспедициях распределительных холодильников -10°С, производственных холодильников -12°С.

Окончательный температурный и влажностный режимы в камерах устанавливают по технологическим инструкциям. Это особенно важно при определении температуры выпускаемого продукта, так как она не всегда соответствует температуре воздуха в камере.



2. Исходные данные для проектирования холодильной установки

2.1 Расчетные параметры наружного воздуха

От параметров наружного воздуха зависит количество теплопритоков в камеры. Уменьшение теплопритоков и связанное с ним снижение потерь продукта от усушки достигается включением в конструкцию ограждения достаточно мощного слоя теплоизоляции.

Для выбора нормативного коэффициента теплопередачи ограждения холодильника необходимо знать, в какой климатической зоне расположен холодильник. Климатическую зону определяют по среднегодовой температуре. Территория России делится на три климатических зоны:

южную со среднегодовой температурой наружного воздуха 9°С и выше;

среднюю со среднегодовой температурой наружного воздуха от 1 до 8°С;

северную со среднегодовой температурой наружного воздуха 0°С и ниже.

Город Петрозаводск относится к средней климатической зоне.

Наибольшие теплопритоки наблюдаются в самое жаркое время года, что и определяет выбор летней расчетной температуры наружного воздуха. Эту температуру находят по среднемесячной температуре самого жаркого месяца с учетом влияния максимальных температур, отмечаемых в это время. Расчетные температуры наружного воздуха для города Сортавалы приведены в таблице 3.1.

Для расчета пароизоляционного слоя, предназначенного для защиты теплоизоляции от проникновения в нее влаги из наружного воздуха, необходимо знать относительную влажность воздуха самого жаркого летнего месяца.

Для расчета мощности обогревательных устройств, которые иногда применяют для обогрева в зимнее время камер холодильников с нулевыми температурами, требуется зимняя расчетная температура наружного воздуха.

Таблица 2.1 - Исходные данные

Город	Температура, єС	Относительная влажность, %
	Среднегодовая	Летняя	Зимняя	Летняя	Зимняя
Сортавала	2.3	28	-29	74	86

2.2 Расчетная температура грунта

Расчетную температуру грунта под полом, имеющим нагревательные устройства, принимаем равной 3°С. Обычно действительная температура грунта в расчетах холодильных камер не встречается.

2.3 Расчетная разность температур для внутренних ограждений

При проектировании крупных холодильников температуру воздуха в коридорах, тамбурах, вестибюлях не определяют. Теплопритоки через стены и перегородки, отделяющие охлаждаемые помещения от неохлаждаемых тамбуров, вестибюлей и других помещений, находят по расчетной разности температур как части от разности температур для наружных стен. Указанные теплопритоки составляют около 70%, если эти помещения сообщаются с наружным воздухом, и примерно 60%, если не сообщаются.



3. Объемно-планировочные решения и строительная часть холодильников

Объемно-планировочные решения холодильников должны соответствовать требованиям СНиП II - 105 - 74 и «Нормам технологического проектирования холодильников». Принятие решения должно определяться прежде всего экономической целесообразностью его. Это значит, что при выборе конкретного решения рассматривают вопросы о применении прогрессивной технологии обработки и хранения продуктов, об использовании индустриальных методов строительства, стандартных строительных конструкций и элементов, о широком использовании средств механизации погрузочно-разгрузочных работ, поточности перемещения грузов, об удобстве обслуживания оборудования.

Холодильники могут быть многоэтажными, двухэтажными и одноэтажными. Предпочтительнее выполнение проектов одноэтажных холодильников различной емкости и различного назначения. Одноэтажные холодильники позволяют упростить схему механизации погрузочных работ, увеличить грузовой фронт, обеспечить широту маневра транспортных средств, более полно использовать грузовой объем холодильника. Высота помещений одноэтажных холодильников емкостью от 125 т до 1500т - 4.8 м.

Структура холодильной емкости холодильника должна быть уточнена в каждом конкретном случае. В холодильниках емкостью до 400 т морозильные камеры, как правило, не предусматривают. В распределительных холодильниках следует проектировать камеры хранения охлажденного молока для обеспечения населения обслуживаемого района из расчета пятисуточного запаса

Для длительного хранения продукции предприятий молочной промышленности строят как специализированные, так и распределительные холодильники. При городских молочных заводах предусматривают камеры для охлаждения и краткосрочного хранения выпускаемой продукции. Основная нагрузка на холодильную установку складывается из нагрузки на технологические аппараты, которая определяется по технологическому заданию для каждого конкретного предприятия.

3.1 Способы укладки грузов

В настоящее время на большинстве холодильников распространен пакетный метод переработки грузов, ограниченный сферой внутрискладских работ, так как пакетные перевозки в изотермических вагонах пока не применяют.

Пакетный метод основан на укрупнении партий тарных грузов, одинаковых по форме и размеру, путем формирования грузовых пакетов из отдельных ящиков и коробок, укладываемых на плоские поддоны размером 800 X 1200 X 150 мм. При формировании пакетов стараются, чтобы вся площадь поддона была занята грузом. Допускается свисание груза за кромки поддона до 35 мм при размерах ящика до 300 мм и до 70 мм при размерах ящика более 500 мм.

Для затаривания скоропортящихся пищевых продуктов используют около 100 типоразмеров деревянной и картонной тары.

На поддон устанавливаем по 6 кадок, по 3 кадки по высоте.

3.2 Нормы загрузки

В одном и том же холодильнике можно хранить различное количество грузов в зависимости от характера груза, упаковки, метода штабелирования, а также от наличия подъемно-транспортных устройств и других факторов. Поэтому для сравнения холодильников по емкости введено понятие «условная емкость», под которой понимается емкость, заполненная мороженым мясом из расчета 0,35 т на 1 м3 грузового объема. При хранении в данном холодильнике (или камере) другого продукта емкость холодильника может оказаться больше или меньше условной. Так, сливочного масла в камере разместится вдвое больше, чем мяса, а яиц в картонных ящиках (или мороженой баранины) - примерно на 30% меньше. Для определения действительной емкости камер существуют нормы загрузки различными продуктами 1 м3 грузового объема. Чтобы облегчить пересчет условной емкости в действительную для данного продукта и обратно пользуются коэффициентами пересчета. Если известна условная емкость камеры, то для получения фактической условную емкость необходимо разделить на коэффициент пересчета. Если же известна фактическая емкость по определенному грузу, то для получения условной фактическую емкость умножают на соответствующий коэффициент.

Нормы загрузки 1 м3 грузового объема продукта при обычной укладке, при укладке на поддонах и в контейнерах, а также коэффициенты пересчета на условную емкость.

Планировку холодильника наиболее рационально вести по числу полученных при расчете строительных прямоугольников, образованных сеткой колонн. При планировке может оказаться, что расчетное число прямоугольников не обеспечивает удобного расположения камер, правильного сочетания площадей, отведенных для хранения мороженых и охлажденных грузов. В таком случае при планировке возможно отступление от расчетного числа прямоугольников в ту или другую сторону в разумных пределах. После уточнения планировки определяют действительную условную емкость холодильника. Молочная продукция поставляется и хранится в специфической таре, которая не всегда позволяет получать высокие штабеля. Поэтому на предприятиях молочной промышленности действуют несколько другие нормы загрузки 1 м3 грузового объема, которые приведены в табл. (в числителе-масса нетто, в знаменателе - масса брутто), а высоту штабеля выбирают в зависимости от способа укладки груза.



Таблица 3.1

Продукты	Норма загрузки грузового объема, т/м3	Высота штабеля, м	Нагрузка на грузовую площадь, т/м2	Коэффициент использования площади	Нагрузка на строительную площадь, Т/М2	Примечание
Сметана в кадках кадка диаметром 480, Н = 620 мм	0,70	1,91	1,32/ 1,60	0,75	0,99/ 1,20	3 кадки по высоте



4. Определение числа и размеров камер

Порядок расчета следующий:

По условию: 100т/смена - производительность; площадь камер охлаждения равна площади камер хранения охлажденных продуктов; камеры хранения охлажденной сметаны должны вмещать 5-дневный запас.

Расчет грузового объема камеры хранения охлажденной сметаны Vгр1(м3)

(4.1)

где Е1 - условная емкость камеры хранения охлажденной сметаны, т;

Е1 =500*0.47=235 т.(0,47-коэффициент пересчета)

gv=0, 7норма загрузки, т/м3 (по табл.1)

; (4.2)

Определение грузовой площади камер Fгр (м2), т.е. площади, непосредственно занятой грузом

,(4.3)

где - грузовая высота или высота штабеля, м.

Высота штабеля определяется строительной высотой камер холодильника до выступающих частей покрытий или перекрытий с учетом отступов от балок, потолочных приборов охлаждения или воздуховодов, а также с учетом способов укладки груза.

Минимальные отступы от безбалочных перекрытий, балок, потолочных батарей 0,2 м, от воздушных каналов - 0,3 м.

Высоту штабеля в одноэтажных холодильниках со строительной высотой 6 м согласно СНиП II-105-74 следует принимать равной 5 м. Высота штабеля составляет 1.91м (табл. 1).

Расчет площади камеры хранения охлажденной сметаны Fгр1

; (4.4)

Определение строительной площади камер хранения

, (4.5)

где - коэффициент использования строительной площади камеры, учитывающий проходы и проезды, отступы от стен, колонн, оборудования, расстояния между штабелями и площадь, занимаемую колоннами и оборудованием.

Значения коэффициента использования строительной площади приведены ниже в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Fгр, (м2)	вF
До100	0,7 - 0,75
От 100 до 400	0,75 - 0,8
Более 400	0,8 - 0,85

(4.6)



Легко установить, что проектирование большого числа камер небольшой площади приводит к значительному уменьшению емкости холодильника из-за нерационального использования площади.

Определение площади производственных помещений

Площадь вспомогательных помещений:

, (4.7)

=0.35*219.69=72 м2

Fохл=Fвс.

Определение площади машинного отделения и служебного помещения

Fм.о = 0.1*Fохл=29.7 м2

Fсл=0.2*Fохл=59.4 м2

Определение числа строительных прямоугольников

, (4.8)

где f - строительная площадь одного прямоугольника, определяемая выбранной сеткой колонн, м2.

Выбираем сетку колон 6х12 м, т.е. строительная площадь f = 72 м2.

Следовательно, число строительных прямоугольников камер хранения:



Принимаем камеру размером 4 строительных прямоугольника (24 Ч 12 м).

Действительная емкость камеры

EД = E nД / f,(4.9)

где nД - принятое число строительных прямоугольников,

EД = 35*4/3,05=308 т.



5. Механизация погрузочно-разгрузочных работ

Для уменьшения трудоемкости выгрузки тарных грузов из транспортных средств пакетирование необходимо вести одновременно с выгрузкой. На одноэтажных холодильниках применяют только горизонтальное перемещение груза.

Для горизонтального перемещения грузов используют электропогрузчики и электротележки с низким подъемом вилок (НРБ). Количество подъемно-транспортных средств и тары для механизации погрузочно-разгрузочных и вспомогательных работ на производственных холодильниках зависит от их размеров. Данные по количеству средств механизации приведены в таблице 7.1.

Расчет количества средств механизации уточняют для каждого холодильника.

Кроме указанных в таблице подъемно-транспортных механизмов должно быть предусмотрено оборудование для зарядки аккумуляторов (преобразователи тока, выпрямители) из расчета, что на зарядке одновременно находится 1/3 всех электропогрузчиков и электротележек.

При проектировании холодильников для хранения фруктов и овощей оборудование и линии комплексной механизации подбирают для каждого технологического процесса раздельно (погрузка, выгрузка, транспортировка, товарная обработка) с учетом емкости холодильника и заданной продолжительности процесса.

Для повышения маневренности погрузочно-разгрузочных и транспортных средств на холодильнике предусматривают коридоры, вестибюли, а непосредственно в камерах - грузовые проезды и площадки для маневрирования.

Для всех камер холодильников при механизированной укладке грузов ширину грузовых проездов следует принимать 1,6 м. В камерах, непосредственно за грузовой дверью, следует предусматривать площадку размером 44 м для маневрирования погрузчиков, для тележек 2,52,5.

На автомобильной и железнодорожной платформах устанавливают стационарные весы грузоподъемностью 2000 кг.

Таблица 5.1 - Оборудование для погрузочно-разгрузочных работ

Оборудование	Назначение	Количество оборудования
Электропогрузчик ЕВ-677-45 грузоподъёмностью 0,8 т с высотой подъёма вилок 4,5 м	Для транспортировки и штабелирования грузов в камерах с высотой до 6 м	2
Электротележка ЭКП-750 грузоподъёмностью 0,75 т	Для буксировки ручных тележек с грузом	2
Тележка грузовая (ручная) грузоподъёмностью 800-1000 кг	Для транспортировки внутри холодильника	200
Тележка грузовая (ручная) грузоподъёмностью 100 кг	Для подсобных работ	4
Весы стационарные (автомобильные) с предельной нагрузкой 10000 кг	Для взвешивания	4
Весы стационарные врезные с предельной нагрузкой 2000 кг	Для взвешивания на платформах	1
Весы передвижные с предельной нагрузкой 1 т	Для взвешивания в камерах	4



6. Выбор планировки

6.1 Требования к планировке

Под планировкой понимают размещение всех производственных и вспомогательных помещений холодильника с учетом их назначения, количества и размеров.

Чтобы обеспечить наиболее рациональную планировку, рекомендуется придерживаться следующих правил:

Принятая планировка должна соответствовать принятой схеме технологического процесса, т. е. обеспечивать точное и последовательное выполнение всех технологических операций. Желательное направление движения груза - в одну сторону без встречных и пересекающихся потоков. Двери камер должны выходить в коридор. Исключение составляют камеры замораживания и охлаждения, вход в которые может быть через помещения для загрузки, а также камеры хранения продуктов, подвергающихся товарной обработке как при поступлении, так и при выдаче через эти помещения. Не исключается применение бескоридорных планировок, если есть возможность обеспечить последовательное перемещение груза по технологической цепочке без возврата. Последнее решение обычно возможно на холодильниках мясокомбинатов и рыбообрабатывающих предприятий.

Планировка должна способствовать уменьшению первоначальных затрат на строительство холодильника. Это достигается широким применением типовых строительных элементов и конструкций, использованием местных строительных материалов, сокращением площади, занимаемой вспомогательными помещениями. Однако при сокращении вспомогательных помещений нельзя забывать об удобствах обслуживания, т. е. производить сокращение в ущерб эксплуатации. В этом плане правильным примером сокращения вспомогательных помещений будет применение бескоридорных планировок на некоторых производственных холодильниках, а также на ряде распределительных холодильников и фрукто- и овощехранилищ с непосредственным выходом из камер на платформы.

Планировка должна обеспечивать дешевую и удобную эксплуатацию холодильника.

Прежде всего должны быть правильно выбраны размеры холодильника, обеспечивающие свободу и широту маневра погрузочно-разгрузочных и транспортных средств.

Ширину здания многоэтажного холодильника, как правило, принимают не более 40 м (что связано не с эксплуатацией, а с возможностью монтажа, обеспечением его удобств, но приводит к созданию платформ большой длины).

Ширина одноэтажных холодильников при центральном расположении коридора определяется модулем, равным 12 м, соответствующим длине наиболее распространенного пролета.

Ширину одноэтажных холодильников принимают равной 12, 24, 36, 48, 60 и 72 м.

Для уменьшения теплопритоков в камеры их группируют в блоки с примерно одинаковым температурным режимом.

Планировка должна соответствовать принятой системе охлаждения.

Это особенно важно учесть при проектировании одноэтажных холодильников, так как не всегда удается обеспечить слив хладагента из приборов охлаждения, что приводит к необходимости перехода на более емкие схемы с нижней подачей холодильного агента.

При составлении планировки должны быть предусмотрены места для монтажа оборудования, камерных распределительных коллекторов и т.п.

Планировка должна соответствовать требованиям правил техники безопасности и пожарной безопасности.

Планировка должна предусматривать возможность расширения холодильника. Для этого оставляют свободной одну торцевую стену.

Следует иметь в виду, что составление планировки является наиболее трудным и ответственным процессом проектирования, от которого в дальнейшем зависит экономическая эффективность действующего предприятия.



7. Строительно-изоляционные конструкции холодильников

Строительные конструкции холодильника должны быть прочными, устойчивыми к воздействию нагрузок, долговечными, огнестойкими, морозостойкими, экономичными.

В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет железобетон. Включение в конструкции ограждений холодильника тепловой изоляции и пароизоляционного слоя, которые должны быть непрерывными, определяет необходимость построения зданий из двух частей: несущего каркаса и самонесущих стен.

7.1 Фундаменты и колонны

Фундаменты воспринимают всю нагрузку от строительных конструкций, груза и оборудования и передают ее на грунт. Поэтому он и должны быть прочными, долговечными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы. При строительстве холодильников применяют ленточные, отдельно стоящие и сплошные плотные фундаменты.

Ленточный фундамент представляет собой прямоугольник, располагающийся непрерывно под всем периметром стен. Нагрузка от стен может передаваться на ленточные фундаменты и на фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн. Под колонны закладываются отдельно стоящие ступенчатые или пирамидальные фундаменты из железобетона. В фундаментах предусматриваются гнезда - стаканы для установки сборных колонн. Под средние колонны принимаются фундаменты квадратного сечения, а под пристенные - прямоугольного.

На одноэтажных холодильниках применяются колонны квадратного сечения 400Ч400 мм.



7.2 Стены и перегородки

Наружные стены здания холодильника выполняются из обыкновенного полнотелого глиняного кирпича пластического прессования. Поскольку наружные стены холодильников самонесущие, толщина кирпичной кладки составляет 380 мм (полтора кирпича). Для устойчивости стены крепятся к колоннам с помощью анкеров в средней части колонны и вверху.

Внутренние стены холодильника, отделяющие охлаждаемые помещения от коридоров, тамбуров, вестибюлей, выполняются из тех же материалов, что и наружные.

Перегородки между камерами состоят из кирпича толщиной 120 мм (полкирпича).

7.3 Покрытия холодильников

Для холодильников характерны бесчердачные покрытия, которые должны быть прочными, долговечными и экономичными, а кровли - водонепроницаемыми и атмосферостойкими.

В одноэтажных холодильниках покрытия балочные. На колонны укладываются балки, по которым настилают плиты покрытия.

Кровли защищаются от механических повреждений и снижения влияния солнечной радиации слоем битумной мастики толщиной 5 мм, в который втапливают окатанный гравий светлых тонов с зерном размером 5-15 мм. После остывания поверхность кровли окрашивается атмосфероустойчивой краской светлого тона.



Рис. 7.1 - Конструкция наружной стены и покрытия холодильника: а - наружная стена: б - штукатурка цементная; г - кладка кирпичная; 3 - пароизоляция; 4 - теплоизоляция; 5 - отделочный слой; б - покрытие: 1 - кровельный рулонный ковер (он же пароизоляция); 2 - бетонная стяжка; 3 - засыпная теплоизоляция; 4 - плитная теплоизоляция; 5 - железобетонная плита покрытия.

7.4 Полы

Пол состоит из основания и покрытия (чистый пол). Основаниями могут служить несущие конструкции перекрытий и подготовки, укладываемые поверх более слабых материалов, например изоляции. Полы должны иметь необходимую прочность, обеспечивающую длительную работоспособность при механических воздействиях, жесткость, должны быть безопасными для передвижения людей и транспортных средств, бесшумными, гигиеничными.

В качестве покрытия полов охлаждаемых помещений холодильников применяются бетонные или мозаичные плиты. Такие полы в наибольшей степени удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Основание под мозаичный пол делают из бетона марки не ниже М-200, раствор для укладки плит Л1-200 - М-300, сами плиты из бетона марки М-300 - М-400. Размер плит 500Ч500Ч40 мм. Плиты армированы. На участках интенсивного движения транспортных средств допускается применение металлических плит (на платформах, в коридорах, вестибюлях).

Конструкция пола камер с низкими температурами имеет слой тепловой изоляции. Для защиты от проникновения грунтовых вод имеется слой гидроизоляции по бетонной стяжке.

Важной частью конструкции пола, лежащего на грунте, является обогревающее устройство, необходимое для исключения вспучивания грунта при замерзании грунтовых вод.

7.5 Двери. Воздушные завесы

Для беспрепятственной загрузки и выгрузки камер, свободного перемещения транспортных средств, в стенах должны быть устроены проемы соответствующих размеров, закрываемые дверьми. Двери должны легко открываться и закрываться, обеспечивать плотное прилегание к коробке по всему периметру для уменьшения потерь холода.

Двери имеют изоляцию толщиной 150 мм из пенопласта. Защитой дверей от механических повреждений служит металлическая обшивка, которая одновременно является пароизоляцией. Для низкотемпературных камер предусматривается обогрев поверхностей контакта изоляционных дверей с дверными коробками по всему периметру. Для дверей с механическим приводом обогрев обязателен.

Для уменьшения притоков тепла в камеры у дверных проемов, выходящих непосредственно на платформы, предусматривается устройство воздушных завес, тамбуров или штор.

7.6 Определение толщины изоляционного слоя

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций определяется по формуле:



, (7.1)

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, ; - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, ;R - термическое сопротивление ограждающей конструкции, .

Термическое сопротивление определяется:

а) для однородной ограждающей конструкции

, (7.2)

где - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, ,

б) для многослойной ограждающей конструкции

, (7.3)

где R - термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, ;

Rв.п. - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки.

7.7 Выбираем конструкцию наружных стен

Конструкция наружных стен холодильника типовая: кирпичная кладка в полтора кирпича (380 мм), покрытая с двух сторон цементной штукатуркой (по 20 мм). Пароизоляционный слой состоит из двух слоев битумной мастики и одного слоя гидроизола (общая толщина 4 мм). В качестве теплоизоляции применены плиты из пенопласта полистирольного по ГОСТ 15588 - 70. Отделочный слой - штукатурка цементно-известковая по сетке толщиной 20 мм.

Определение толщины изоляционного слоя наружной стены камер охлаждения

По таблице исходных данных принимаем среднегодовую температуру воздуха в г. Петрозаводске 2.3° С. Следовательно, город расположен в средней климатической зоне. Коэффициент теплопередачи для камер хранения охлажденных грузов с температурой 0 С определяем по табл. 2.9,[8].

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 мороженого мяса с температурой -20С

Ko =0.41 Вт/(м2К)

По этим данным выбираем коэффициенты теплопередачи: для наружных стен

для внутренних стен:



.

Коэффициенты теплопроводности материалов по таблице 2.8,[8]:

Материал	л, 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:

, (7.4)

где , i - коэффициенты теплопроводности изоляционного и строительных материалов, составляющих конструкцию ограждения, принимаемые по таблице 2.8 [8];

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

н - коэффициент теплоотдачи с наружной или более теплой стороны ограждения, ;

в - коэффициент теплоотдачи с внутренней или более холодной стороны ограждения, ;

i - толщина отдельных слоев конструкции ограждения, м.



.

Принимаем толщину изоляционного слоя 70 мм.

Действительное значение коэффициента теплопередачи рассчитываем по формуле

(7.5)

гдеИЗ.Д - принятая толщина изоляционного слоя, м.

.

2) Определение толщины изоляционного слоя покрытия одноэтажного холодильника.

камер хранения охлажденных грузов с воздухоохладителями:

.

Потребная толщина изоляционного слоя для камер хранения охлажденных грузов рассчитаем по формуле (8.4)



Высота изоляционного слоя над камерами охлажденных грузов 0,199 + 0,100 = 0,299 м.(0,100 для камер хранения)

Коэффициент теплопередачи остается равным табличному значению, поскольку толщина изоляционного слоя не изменяется.

4) Определение толщины изоляционного слоя пола камеры охлаждения, расположенной в одноэтажном холодильнике (на грунте). Температура воздуха в камере 0° С, циркуляция воздуха усиленная.

Конструкция пола включает в себя следующие слои:

- Чистый пол из мозаичных бетонных плит д1 = 40 мм, л1 = 1,4 Вт/(м*К)

- Бетонная подготовка по уплотненному

грунту с щебнем д2 = 100мм, л2 = 1,4 Вт/(м*К)

- Теплоизоляция - керамзитовый гравий лиз = 0,2 Вт/(м*К)

(толщина по расчету)

- Бетонная подготовка с электронагревателями д3 = 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:

.

5) Определение толщины изоляционного слоя перегородки между камерами хранения охлажденного мяса.

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:

.



8. Тепловой расчет камер холодильника

8.1 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

, (8.1)

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

F - площадь поверхности ограждения, м2;

tH - температура снаружи ограждения, °С;

tB - 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

, (8.2)

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

tв - температура воздуха внутри камеры, °С.

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

, (8.3)

где kД - 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. Для плоских кровель без окраски (темных) избыточную разность температур принимают 17,7 °С.

Расчет теплопритока сводится в таблицу 9.1.



Таблица 8.1 - Теплоприток. Камеры хранения охлажденных грузов

Ограждение	Q1,Вт
Наружная стенка (южная)	155.76
Внутренняя стенка 2	78.72
Внутренняя стенка 3	0
Наружная стенка(западная)	80.6
Внутренняя дверь	24
Потолок	522,5
Пол	30

Солнечная радиация: 661.248

Всего: 1552.828

Камеры хранения охлажденных грузов

Ограждение	Q1,Вт
Наружная стенка (южная)	155.76
Наружная стена (восточная)	80.63
Внутренняя стенка 2	78.72
Внутренняя стенка 3	0
Внутренняя дверь	40
Потолок	522.5
Пол	30

Солнечная радиация: 1003.352

Всего: 1894.962

Камеры хранения охлажденных грузов

Ограждение	Q1,Вт
Внутренняя стенка 3	0
Наружная стена (западная)	80.63
Внутренняя стенка 4	23.616
Внутренняя стенка 2	78.72
Внутренняя дверь	24
Потолок	522.5
Пол	30



Солнечная радиация: 10003.352

Всего: 1763.202

Камеры хранения охлажденных грузов 4

Ограждение	Q1,Вт
Внутренняя стена 3	0
Внутренняя стена 4	23.616
Наружная стена (восточная)	80.63
Внутренняя стенка 2	78.82
Внутренняя дверь	24
Потолок	522.5
Пол	30

Солнечная радиация: 661.284

Всего: 1381.354

Камеры охдаждения:

Ограждение	Q1,Вт
Внутренняя стена 5	425.088
Внутренняя стена 4	23.616
Наружная стена (восточная)	80.63
Внутренняя стенка 2	78.82
Внутренняя дверь	24
Потолок	522.5
Пол	30

Солнечная радиация: 161.27

Всего: 1310.381

Камеры охдаждения:

Ограждение	Q1,Вт
Внутренняя стена 5	472.32
Внутренняя стена 4	23.616
Наружная стена (западная)	80.63
Внутренняя стенка 2	78.82
Внутренняя дверь	24
Потолок	522.5
Пол	30

Солнечная радиация: 134.398

Всего: 1330.73

8.2 Теплопритоки от хранения грузов

Тепло отводится от продуктов при охлаждении

Количество отводимого в единицу времени тепла можно определить по формуле

, (8.4)

где Мк - 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.

Для камер охлаждения:

Энтальпия поступающего в камеры охлаждения сметаны соответствует температуре +15 °С, и равна 59 кДж/кг. Энтальпия охлажденной сметаны соответствует температуре +4 °С, и равна 15.9 кДж/кг. Продолжительность 24 часа. Энтальпия поступающего в камеры хранения охлажденной сметаны соответствует температуре - 4°С, и равна 15.9 кДж/кг. Энтальпия соответствует температуре 2 °С, и равна 8 кДж/кг. Продолжительность 24 часа.



Таблица 8.2 - теплопритоки от хранения сметаны

Помещение	Q2, кВт.
камеры охлаждения сметаны	3.59
камеры хранения охлажденного мяса	0.54

Большинство продуктов поступает и хранится в таре, а потому необходимо учесть тепло, вносимое в камеры с тарой.

Теплоприток от тары Q2 (в Вт) можно определить по формуле

Q2 = MTCT(t1-t2)1000/(ф*3600),

где MT-суточное поступление тары, т/сутки;

CT - удельная теплоемкость тары, Дж/(кг * К); Деревянная 2500 Дж/(кг * К)

t1 - температура тары при поступлении груза, °С;

t2 - температура тары при выходе груза, °С.

Масса тары составляет от 10 до 30% от массы груза

Q2=30*2500*5*1000/120/3600=868.05 кВт

8.3 Эксплуатационные теплопритоки

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

Теплоприток от освещения, Вт:

,

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

Для всех камер А = 1,2 Вт/м2. Результаты сведены в таблицу 9.3.

Таблица 8.3 - теплопритоки от освещения

Помещение	q1, Вт.
камеры охлаждения	172.8
камеры хранения охлажденных грузов	345.6

Теплоприток от пребывания людей, Вт:

,

где 350 - тепловыделение одного человека, Вт;

n - число людей, работающих в камерах охлаждения, заморозки и хранения охлажденных грузов принимаем равным 3

Таблица 8.4 - Теплопритоки от пребывания людей

Помещение	q2, Вт.
камеры охлаждения	1050
камеры хранения охлажденных грузов

Теплоприток от работающих электродвигателей, Вт:

При расположении электродвигателей в охлаждаемом помещении теплоприток принимается равным:

Помещение	q3, Вт.
камеры охлаждения	3000
камеры хранения охлажденных грузов

Теплоприток при открывании дверей, Вт:



,

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

F - площадь камеры, м.

Помещение	В, Вт/м2	q4, Вт.
камеры охлаждения	10	1440
камеры хранения охлажденных грузов	10	2880

Эксплуатационные теплопритоки определяются как сумма теплопритоков отдельных видов:

Помещение	Qэкс, Вт.
камеры охлаждения	2662.8
камеры хранения охлажденных грузов	72756

8.4 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.

Результаты теплового расчета сведем в таблицу.



Таблица 8.5 - Сводная таблица теплопритоков

Камеры	Q1, кВт.	Q2, кВт.	Qэкс, кВт.	, кВт.
	Камерное оборудование	Компрессор	Камерное оборудование	Компрессор	Камерное оборудование	Компрессор	Камерное оборудование	Компрессор
охлаждения	2.64		0.886		2.60	1.30	6.12
хранения охлажденной сметан ссмсметаны	10.10		0.880		7.273	3.63	18.25

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

,

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.

Результаты расчета сведем в таблицу 8.6:

помещение		, кВт.
камеры охлаждения мяса	15,44	18,36
камеры заморозки мяса	19,29	22,93
камеры хранения охлажденного мяса	8,68	10,32
камеры хранения замороженного мяса	48,81	58,03

.



9. Тепловой расчет одноступенчатой холодильной машины и подбор компрессора.

9.1 Характеристики компрессоров

Исходными данными для теплового расчета холодильной машины являются нагрузка на компрессор, температурный режим работы и вид хладагента. Расчеты приводятся для камеры хранения.

Определим холодопроизводительность q0 в кДж/кг на 1кг хладагента:

;(9.1)

.

В холодильных машинах, работающих на аммиаке, принимаем что из испарителя выходит сухой насыщенный пар.

Рассчитаем массовый расход пара - массовую подачу компрессора, кг/с.

,(9.2)

где Q0- нагрузка на компрессор с учетом потерь, кВт;

.

Определим объемный расход пара - объемную подачу компрессора, м3/с



,(9.3)

где v1- удельный объем всасываемого пара, м3/с.

м3/с.

По графику находим коэффициент подачи компрессора в зависимости от степени сжатия, типа компрессора и хладагента - по таблицам насыщенных паров находим давления: кипения ро=0,31 МПа и конденсации рк=1,4 МПа,.

Определяем описываемый объем компрессора: м3/с

,(9.4)

.

По этому объему подбираем по таблицам [11] компрессор с внешним приводом 1А 110-7-2 с холодопроизводительностью 93 кВт, с объемом, описываемым поршнем, V = 0,056 м3/с при частоте вращения вала 980 об/мин.

Теоретическая мощность компрессора:

,(9.5)

.



Определим действительную мощность компрессора:

.

Эффективная потребляемая мощность, найденная из характеристик компрессора, равна 98 кВт.

Одноступенчатый компрессор можно также выбрать по стандартной холодопроизводительности, которая указана в технических характеристиках компрессора. Для этого пересчитывают холодопроизводительность из рабочих условий в стандартные. Можно выбрать компрессор, определив его пригодность по графику зависимости холодопроизводительности от температуры кипения.

9.2 Расчет и подбор оборудования

Выбор расчетного рабочего режима

Рабочий режим холодильной установки характеризуется температурами кипения, конденсации, переохлаждения жидкого хладагента перед регулирующим вентилем, всасывания пара на входе в компрессор.

Расчетные параметры наружного воздуха: температура: tH= +28 оС.

Относительная влажность: .

Температуру мокрого термометра определяем по d-i - диаграмме для влажного воздуха: tм.т=18°C. Температура оборотной воды будет tвд= 22 °C. Конденсатор - испарительный. Для хранения охлажденной сметаны температура воздуха в камере tв= 0 °С.

Определяем режим работы.

Принимаем температуру кипения хладагента (аммиак) на 10°С ниже температуры воздуха в камере: to= 0-10 = -10 оС.

Температуру всасываемого пара принимаем на 5°С выше температуры кипения: tв=-7 + 5= -2°С.

Температуру конденсации для испарительного конденсатора принимаем по графику [4]. Исходя из наружных условий, определяем температуру конденсации при тепловом потоке qF =1750 Вт/м2: tK= 38 °С.

Температуру переохлаждения жидкого хладагента принимаем на 5°С выше температуры оборотной воды tп= 27 °С.

9.3 Выбор вспомогательного оборудования

Ресивер. Циркуляционные ресиверы должны быть рассчитаны на прием сверх рабочего заполнения жидкого аммиака, сливаемого из приборов охлаждения. Это количество жидкого хладагента составляет не менее 30% от общего количества хладагента в испарительной системе.

Отделитель жидкости. Отделители жидкости включают в схему для защиты компрессоров от попадания в них жидкого хладагента и, следовательно, от гидравлического удара. В современных схемах отделители жидкости снабжены автоматическими приборами, выключающими компрессор при опасном изменении уровня жидкости в сосуде. В насосно-циркулящгонных схемах при регулировании заполнения приборов охлаждения по перегреву пара при нормальной эксплуатации в сосуде не должно быть жидкости (вся жидкость, поступающая в сосуд, сливается в ресивер).

Подбираем отделители жидкости по диаметру всасывающего патрубка компрессора. На каждую температуру кипения подбирают отдельный сосуд, обслуживающий всю испарительную систему. Жидкость отделяется от пара вследствие резкого изменения скорости и направления движения хладагента. Скорость пара в сосуде должна быть не более 0,5 м/с.

Отделитель жидкости представляет собой сварной вертикальный цилиндрический сосуд, имеющий патрубки и штуцера для присоединения жидкостной и паровых линий аммиака, уравнительной линии, автоматических приборов и манометра. Отделители жидкости рассчитаны на рабочее давление не более 1,5 Мпа (15 кгс/см2). Рабочий диапазон температур +40°С -50°С.

Промежуточный сосуд. Полное промежуточное охлаждение пара после ступени низкого давления в двухступенчатой холодильной машине достигается в промежуточном сосуде в результате кипения в нем жидкости при промежуточном давлении. Вследствие кипения той же жидкости переохлаждается проходящий по змеевику хладагент перед регулирующим вентилем. Промежуточные сосуды со змеевиком (теплообменником) применяют в схемах двухступенчатого сжатия с полным промежуточным охлаждением и одноступенчатым дросселированием. Уровень жидкости в сосуде поддерживается регулятором уровня. На сосуде устанавливают также приборы автоматической защиты компрессора от гидравлического удара. Промежуточные сосуды подбирают по диаметру всасывающего патрубка ступени высокого давления. При этом скорость пара в сечении сосуда должна быть не более 0,5 м/с. Скорость жидкого агента в змеевике 0,4-0,7 м/с. Коэффициент теплопередачи змеевика 580 - 700 Вт/(м2хК).

Промежуточные сосуды представляют собой сварной вертикальный цилиндрический сосуд со штуцерами и патрубками для подвода и отвода хладагента, присоединения уравнительных линий и приборов автоматики, предохранительного клапана, манометра.

Маслоотделитель. Маслоотделители предназначены для отделения масла, уносимого из компрессора вместе с парами хладагента. Наиболее полно отделяется масло от хладагента в аппаратах с охлаждением. Охлаждение может осуществляться водой или аммиаком. Наиболее современными являются маслоотделители циклонного типа, обеспечивающие высокую степень отделения масла.

Подбор маслоотделителей производится по диаметру нагнетательного патрубка компрессора. В настоящее время все агрегаты как одноступенчатого, так и двухступенчатого сжатия, работающие на аммиаке, включают маслоотделители.

Маслособиратель. Маслособиратели предназначены для перепуска в них масла из аппаратов и последующего удаления его из системы при низком давлении. Они позволяют уменьшить потери аммиака и обеспечить безопасность обслуживания. Перед выпуском масла аппарат отключают от линии высокого давления и подключают к всасывающей линии перед отделителем жидкости. Маслособиратель представляет собой сварной вертикальный цилиндрический сосуд, предназначенный для работы при давлении не более 1,8 МПа (18 кгс/см2), в диапазоне температур -40°С +150° С.

Обратный клапан. В автоматизированных холодильных установках согласно правилам техники безопасности на нагнетательном трубопроводе каждого компрессора должен быть установлен обратный клапан, предотвращающий возможность движения обратного потока аммиака из конденсатора в случае остановки или аварии компрессора. Кроме клапанов, установленных на нагнетательном трубопроводе каждого компрессора, перед конденсатором устанавливают общий обратный клапан. Правилами техники безопасности рекомендуется применение бесшумных обратных клапанов.



10. Описание схемы холодильной установки.

10.1 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.



10.2 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 тепловы...