Проектирование двухкамерного специализированного холодильника

Одним из важнейших направлений, в области хранения продуктов питания, является хранение свежих овощей, фруктов, ягод, и даже цветов. К тому же, в большинстве своем, они относятся к категории скоропортящихся продуктов, со всеми вытекающими... Поэтому сегодняшний день требует создания специальных климатических, атмосферных, температурных условий для сохранения овощей и фруктов в свежем виде.

Помещения, площади, объемы, предназначенные для оптового хранения овощей и фруктов в свежем виде, называются овощехранилищами. Овощехранилище, а также фруктохранилище, могут иметь, как не охлаждаемые площадки для хранения свежей плодоовощной продукции, так и специальные помещения (холодильные камеры), оборудованные холодильной и климатической техникой, для долговременного хранения плодоовощной продукции в свежем виде. Две основные составляющие хорошего овощехранилища - это система вентиляции и холодильное оборудование. строительный холодильник воздухоохладитель камера

Условия и сроки хранения популярных овощей, фруктов, ягод в свежем виде

Каждый овощ и фрукт требует различных условий для длительного хранения. Усыхание, загнивание, потеря вкусовых и питательных качеств - вот враги сохранения первоначальных свойств и качеств плодоовощной продукции. Благодаря применению холода, решается львиная доля проблем по хранению овощей, фруктов, ягод и цветов.

Оптимальные условия хранения свежих овощей, фруктов, ягод в овощехранилищах:

Хранение яблок, происходит при температуре от - 1°С до +4°С, при влажности воздуха около 95%, что позволяет иметь свежие яблоки даже через полгода. Но для получения желаемого качества яблок через определенный срок, надо также правильно собрать, вовремя отправить на хранение, и соблюдать все технологические тонкости по хранению яблок. И это относится к любым другим овощам, фруктам, ягодам;

Хранение капусты происходит при влажности воздуха 90-95%: цветная капуста (на срок до месяца), белокочанная капуста (более полугода), краснокочанная капуста (6-ть месяцев) при температуре от 0°С до +1°С, и капуста брокколи (на срок до 2-х недель) и при температуре 0°С;

1. Исходные данные

2. Расчет строительных размеров и планировка холодильника

Рисунок 2.1 - Строительная планировка

3. Калорический расчет охлаждаемых помещений

3.1 Расчет теплопритоков через ограждения

Тепловой баланс представляет собой следующее уравнение:

Q_o =Q₁+Q₂+Q₃+Q₄,

где Q_o - холодопроизводительность рассматриваемых помещений;

Q₁, - теплопритоки через ограждения:

Q₂ - теплопритоки от грузов (технологические теплопритоки);

Q₃ - теплопритоки от вентиляции помещения;

Q₄ - эксплуатационные теплопритоки.

Тепло через ограждения проникает в камеру вследствие наличия разности температуры камеры и окружающей среды Q_1т и поглощения теплоты солнечной радиации Q_1c :

Q₁=Q_1m+Q_1c.

Теплоприток вследствие теплопередачи рассчитывается по формуле:

Q_1m =k_дF(t_H - t_K),

где k_д - действительный коэффициент теплопередачи ограждении, Вт/(м^гК);

F - теплопередающая поверхность ограждения, м²;

t_H - расчетная наружная температура воздуха, °С;

t_K - расчетная температура воздуха в камере, °С.

Потребная толщина изоляции рассчитывается из выражения:

где - нормативное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м²К) выбираем по табл. 5.2 ,с.29 ,[1]:

- коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной стенке, Вт/(м² К);

- коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки к воздуху камеры, Вт/(м²К),

- толщины изоляционного и других слоев материалов составляющих конструкцию ограждения, м;

- коэффициенты теплопроводности изоляционного и строительных материалов, Вт/(мК).

3.1.1 Расчет коэффициента теплопередачи через наружные стены

По табл.2.9, с.52, [1] коэффициенты теплопередачи равны:

- для камеры №1 k_н¹=0,31 Вт/м²К;

- для камеры №2 k²_н=0,32 Вт/м²К.

Рисунок 3.1. Конструкция наружной стены: 1,5-штукатурка цементная; 2-кладка кирпичная; 3-пароизоляция; 4-теплоизоляция.

Коэффициенты теплопередачи и соответствующие термические сопротивления:

- для наружной поверхности: =23,3Вт/(м²К), 1/=0,043 м²К/Вт;

- для внутренней поверхности: =8Вт/(м²К), 1/=0,125 м²К/Вт

По табл.2,8 ,с.50 ,[1]: коэффициенты теплопроводности материалов , Вт/(м²*К)

-штукатурки цементной - 0,88;

-кладки кирпичной - 0,82;

-пароизоляции - 0,33;

-теплоизоляции (пенопласта ПСБ) - 0,045.

По с.55 ,[1]: толщины слоев конструкции :

-штукатурки цементной - _1,4=20 мм;

-кладки кирпичной -₂=380 мм;

-пароизоляции -₃=4мм ;

-теплоизоляции (пенопласта ПСБ) - 0,045.

Потребная толщина изоляции равна:

;

-камера №1

Принимаем=0,15 м(три слоя пенопласта ПСБ по 0,05 м).

- камера №2

Принимаем =0,15м (три слоя пенопласта ПСБ по 0,05 м).

Действительные коэффициенты теплопередачи:

;

Вт/(м²К).

3.1.2 Расчет коэффициента теплопередачи через покрытие

3.1.4 Расчет коэффициента теплопередачи через пол

Проектируем пол с обогревом.

Рисунок 3.5 - Конструкция пола холодильника с обогревом. 1 чистый пол;2 бетонная подготовка; 3 слой засыпной теплоизоляции; 4 слой бетона; 5 Арматура, через которую подается напряжение;

По с.57 ,[1]:

- чистый пол: ₁=40 мм, ₁=1,4 Вт/(мК);

- бетонная подготовка: ₂=100 мм, ₂=1,4 Вт/(мК);

- слой засыпной теплоизоляции: _из=0,17 Вт/(мК);

- слой бетона: ₄=100мм.

В расчете учитываем только те слои, которые лежат выше бетонной подготовки с нагревательным устройством.

Нормативный коэффициент теплопередачи равен k_н=0,44 Вт/м²К (с. 53 ,[1]).

Потребная толщина изоляции равна:

;

Принимаем изоляцию пола 400 мм.

Действительный коэффициент теплопередачи будет равен:

;

Вт/м²К.

3.1.5 Расчет суммарных теплопритоков от теплопередачи

Теплоприток от разности температур для камеры №1:

- северная стена:

Вт

- западная и восточная стена:

Вт

- смежная с кам. №2:

Вт

- покрытие:

Вт

Теплоприток от разности температур для камеры №2:

- смежная с кам. №1:

Вт

- восточная стена:

Вт

- западная стена:

Вт

- южная стена:

Вт

- смежной с СП:

Вт.

- покрытие:

Вт

Суммарный теплоприток от разности температур для камеры №1:

Суммарный теплоприток от разности температур для камеры №2:

Вт.

3.1.6 Расчет теплопритоков от солнечной радиации

Теплопритоки от солнечной радиации определяют по формуле:

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

Величина t_c рассчитывается по формуле:

;

где I - напряжение солнечной радиации;

юг - I=384Вт/м²; запад - I=558Вт/м²;

восток - I=465Вт/м²; покрытие - I=640Вт/м²;

а - коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью ограждения;

Для южной стены:

Для восточной стены:

Для западной стены:

Для северной стены t_c=0

Для плоской кровли, покрытой темным рубероидом, t_c =17,7°С.

Результаты расчета камеры № 1 сводим в таблицу 3.1

Таблица 3.1

Результаты расчета камеры № 2 сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Таким образом, суммарные теплопритоки через ограждения будут равны:

- Камера 1:

-Камера 2:

3.2 Расчет теплопритоков от технологической нагрузки

Теплопритоки от технологической нагрузки делят на теплопритоки от груза и тары:

Q₂=Q _2гр+Q_2тар,

где Q_2гр,Q_2тар - теплопритоки от груза и тары.

Количество тепла, отводимого от продукта при охлаждении (камера № 2), определяется по формуле:

;

гдеG_гр- грузооборот продукта;

i_пост , i_вып - энтальпии продукта при температурах поступления и выпуска, определяем по табл. 3.2, с. 63, [1].

Теплоприток от груза камеры №1:

;

где Е - емкость камеры хранения.

.

Теплоприток от тары камеры №1:

;

где с_тар =1,34 кДж/кг*К - теплоемкость картонной тары, с. 64, [1]:

Теплоприток от тары камеры №2:

;

Теплоприток от технологической нагрузки для камеры №1:

Q₂=4,99+0,058=5,05 кВт.

Теплоприток от технологической нагрузки для камеры №2:

Q₂=31,25+1,88=33,13кВт.

3.3 Расчет теплопритоков от вентиляции

Теплоприток от наружного воздуха при вентиляции:

;

где n- число рабочих в камере;

с_в- теплоемкость воздуха в камере;

t_н - температура наружного воздуха в самый жаркий период;

t_вн - температура воздуха в камере;

- плотность воздуха при температуре и относительной влажности воздуха в камере, кг/м³.

Камера №1:

Теплоприток от наружного воздуха при вентиляции для камеры №2:

3.4 Расчет эксплуатационных теплопритоков

Эксплуатационные теплопритоки определяются как сумма теплопритоков

Q₄=+++,

- теплоприток от освещения;

- теплоприток от пребывания людей;

- теплоприток от открывания дверей;

- теплоприток от работающего оборудования;

Теплоприток от освещения:

;

q_н¹- нормативное значение удельного теплопритока от освещения;

F_стр -строительная площадь камеры.

Теплоприток от освещения для камеры №1:

.

Теплоприток от освещения для камеры №2:

Теплоприток от пребывания людей для камер

,

где z - количество людей;

350 - тепловыделение одного человека при тяжелой физической

работе, Вт.

Камера № 1:

.

Камера № 2:

Теплоприток от открывания дверей:

;

где q - удельный приток тепла от открывания дверей (табл. 3.3, с.67,[1]).

Теплоприток от открывания дверей для камеры №1:

Теплоприток от открывания дверей для камеры №2:

Теплоприток от работающего оборудования:

,

где-коэффициент одновременности работы двигателей,;

-суммарная мощность двигателей;

Теплоприток от работающего оборудования для камеры №1:

Теплоприток от работающего оборудования для камеры №2:

Эксплуатационные теплопритоки для камеры №1:

Q₄=0,35+1,4+3,46+0=5,21 кВт

Эксплуатационные теплопритоки для камеры №2:

Q₄=0,26+0,7+2,16+0=3,12кВт

3.5 Определение суммарных нагрузок на компрессор и камерные приборы охлаждения

Тепловая нагрузка на камеру хранения определяется из баланса:

;

.

Для камеры холодильной обработки учитывается запас для покрытия пиковых нагрузок:

;

Потребная холодопроизводительность компрессора определяется по формуле (для систем непосредственного охлаждения):

;

где b-коэффициент рабочего времени, принимаем 0,9.

Камера № 1:

Камера № 2:

4. Выбор схемы холодильной установки, основных режимов и оборудования

4.1 Расчет параметров цикла холодильной машины

Камера № 1

Расчет проводим при следующих данных:

-холодопроизводительность цикла - Q₀=16,04 кВт;

-хладагент - R717;

- температура камеры t_кам =1 °С;

- температура окр.среды t_о.с =+21 °С;

- адиабатный кпд компрессора

«КД» - водяной, «И» - НСО

Схема и цикл холодильной машины представлена на рис.

Рисунок 4.2 - Схема и цикл холодильной машины.

Параметры узловых точек представлены в таблице 4.2:

Таблица 4.2 - Параметры узловых точек

Температура кипения х/а:

Температура конденсации:

Температура всасывания:

Температура в т.4

Энтальпия в т.2

Удельные нагрузки цикла вычисляются по формулам:

-удельная нагрузка на конденсатор:

;

-удельная нагрузка на СК:

;

-удельная холодопроизводительность цикла:

;

массовый расход х/а:

;

Нагрузка на конденсатор:

;

Нагрузка на СК:

;

Мощность КМ:

;

Удельная работа КМ:

;

Камера № 2

Расчет проводим при следующих данных:

-холодопроизводительность цикла - Q₀=7,41 кВт;

-хладагент - R134а;

- температура камеры t_кам =2 °С;

- температура окр.среды t_о.с =+21 °С;

- адиабатный кпд компрессора

«КД» - водяной, «И» - НСО

Схема и цикл холодильной машины представлена на рис. 4.1

Рисунок 4.1 - Схема и цикл холодильной машины.

Параметры узловых точек представлены в таблице 4.1:

Таблица 4.1 - Параметры узловых точек

Температура кипения х/а:

Температура конденсации:

Температура всасывания:

Энтальпия в т.4

Энтальпия в т.2

Удельные нагрузки цикла вычисляются по формулам:

-удельная нагрузка на конденсатор:

;

-удельная нагрузка на РТ:

;

-удельная холодопроизводительность цикла:

;

массовый расход х/а:

;

Нагрузка на конденсатор:

;

Нагрузка на РТ:

;

Мощность КМ:

;

Удельная работа КМ:

;

4.2 Выбор оборудования

По табл.II-17, с.40-52,[2] выбираем

Для камеры №1 выбираем аммиачный компрессорный агрегатА40-7-2.

Для камеры №2 фреоновый(R134а) компрессорный агрегат А40-7-2.

Подбор батарей.

Камера № 1

Выбираем пристеночные батареи. Батареи изготавливают из стандартных секций. Принимаем батарею, состоящую из двух секций: СК (из 6 труб).

Длина секций СК 2750мм.

Общая площадь батарей при шаге навивки ребер 20мм:

;

где -температурный напор;

-коэффициент теплопередачи для СНО.

.

Площадь одной батареи:

;

где F_секц -площадь секции (табл.5.15, с.120,[1]).

Количество батарей:

Принимаем 16 пристенных батарей

5. Расчет воздухоохладителя для камеры охлаждения

5.1 Тепловой расчет

;

холодильный агент - R134а;

система охлаждения - непосредственная прямоточная.

Температура поверхности ВО

Теплоемкость влажного воздуха

Для R134а

Эквивалентный диаметр трубы без инея

Показатели степени:

где

Кинематическая вязкость воздуха

Число Рейнольдса

Коэффициент теплопроводности воздуха:

Влагосодержание в т. С:

Влагосодержание в т. Н:

Теплота парообразования равна:

где с_л - теплоемкость льда, с_л=2,1 кДж/кг К;

t_л- температура образования льда, принимаем t_л=t_н= -19,5⁰С

Коэффициент влаговыделения равен:

Число Нуссельта

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

Приведенный коэффициент теплоотдачи:

где

Коэффициент теплоотдачи к холодильному агенту

где q_вн- тепловой поток:

;

-коэффициент, который учитывает наличие оребрения:

;

f_р- площадь ребра:

f_тр.н- площадь труб наружная:

;

f_тр.вн- площадь труб внутренняя:

Геометрическая величина равна:

где А- большая сторона прямоугольника на пучке;

В- ширина ребра.

Величина h равна:

где =200 Вт/м К - теплопроводность материала ребра.

.

Коэффициент эффективности оребрения:

Коэффициент эффективности оребренной поверхности:

Коэффициент теплопередачи от воздуха в камере к холодильному агенту:

Поверхность теплообмена воздухоохладителя:

5.2 Компоновочный расчет

Наружная поверхность ребристого элемента

f₀ =f_p+f_mр.н = 0,0027 + 0,00083 = 0,00353 м²

Общее количество ребристых элементов

Общая длина ребристых труб

Удельный объем воздуха в т. С :

Объемный расход воздуха

Минимальное живое сечения во фронтальной плоскости:

м²

Площадь ребристых элементов

Число ребристых элементов во фронтальной плоскости:

Длина оребренной трубы во фронтальной плоскости:

Число рядов по ходу воздуха:

Число рядов по фронтальной плоскости:

Ширина воздухоохладителя:

Длина воздухоохладителя:

5.3 Расчет аэродинамического сопротивления

Число Рейнольдса

Плотность воздуха:

Сопротивление равно:

6. Расчет эксплуатационных характеристик

6.1 Расчет равновесной температуры в камерах

Камера №1

Подводимые теплопритоки (без учета внутренних теплопритоков):

Отводимые теплопритоки:

.

Внутренние теплопритоки:

.

Равновесная температура в камере равна:

Камера №2

Подводимые теплопритоки (без учета внутренних теплопритоков):

Отводимые теплопритоки:

.

Внутренние теплопритоки:

.

Равновесная температура в камере равна:

6.2 Расчет равновесной влажности

Камера № 1:

Комплексный показатель равен:

;

где ;

r(t)=2828+2,09^.34.47=2884кДж/кг;

с_р=1,006 кДж/кг-теплоемкость,табл.7, с.13 ,[3].

.

Температура инея равна:

;

где t_ст=t₀+0,5=-4+0,5= -3,5⁰С;

-теплопроводность инея.

;

где d_ин и d_кам - влагосодержание инея и в камере соответственно, табл.7, с.13, [3].

Камера № 2:

Комплексный показатель равен:

;

где ;

G- грузооборот продукта;

r(t)=2828+2,09^.19.5=2868,1кДж/кг;

с_р=1,006 кДж/кг-теплоемкость,табл.7, с.13 ,[3].

.

Температура инея равна:

;

где t_ст=t₀+0,5=-8+0,5= -7,5⁰С;

-теплопроводность инея.

;

где d_ин и d_кам - влагосодержание инея и в камере соответственно, табл.7, с.13, [3].

6.3 Определение среднеобъемной температуры для камеры холодильной обработки

Коэффициент теплоотдачи от поверхности штабеля к воздуху камеры

Теплоемкость груза холодильной камеры

где =0,85 - влагосодержание для яблок.

Теплопроводность груза холодильной камеры

Расчетная теплопроводность штабеля

где - пористость штабеля, - коэффициент, учитывающий интенсивность движения внутри штабельного воздуха и теплопроводность тары.

Расчетная теплоемкость штабеля:

где - массовая доля тары по отношению к грузу;

=1460- теплоемкость тары.

Эквивалентный коэффициент температуропроводности штабеля

Критерий Фурье для каждого элемента:

Критерий Био

Определение составляющих среднеобъемных относительных температур элементов

,

где - постоянная величина ([1] табл. 2.3);

- корень характеристического уравнения выбирается ( [1] табл. 2.4)

Результаты расчетов сводим в таблицу 6.4.2

Таблица 6.4.2

Для каждого элемента запишем среднеобъемные температуры. Результаты сводим в таблицу 6.4.3

Таблица 6.4.3

На основании предыдущих расчетов определяются среднеобъемные относительные температуры элементов

Определяем среднеобъемные температуры элементов:

Определяем среднеобъемную температуру штабеля:

Результаты расчетов представим в виде таблицы 6.4.4

Таблица 6.4.4

6.4 Расчет усушки продукта

Камера 1

Для камеры хранения известны следующие величины:

Температура на поверхности ВО

Теплоемкость влажного воздуха

Коэффициент влаговыпадения

Приведенный коэффициент теплоотдачи

Величина усушки

Камера 2

Для камеры охлаждения известны следующие величины:

Температура на поверхности ВО

Теплоемкость влажного воздуха

Коэффициент влаговыпадения

Приведенный коэффициент теплоотдачи

Величина усушки

6.5 Расчет времени инееобразования

Камера № 1

Коэффициент влаговыпадения равен:

;

где с_рвв =1,006+1,8^.d_кам =1,006+1,8^.0,5818=2,05 кДж/кг;

d_пов и d_кам - влагосодержаниена поверхности приборов охлаждения и в камере соответственно, табл.7, с.13, [3].

Время инееобразования толщиной 1 мм:

;

где r_v=2484,2 кДж/кг - теплота фазового перехода, прил.1, с, 50, [4]

Камера № 2

Коэффициент влаговыпадения равен:

;

где с_рвв =1,006+1,8^.d_кам =1,006+1,8^.1,028=2,8564 кДж/кг;

d_пов и d_кам - влагосодержаниена поверхности приборов охлаждения и в камере соответственно, табл.7, с.13, [3].

Время инееобразования толщиной 1 мм:

;

где r_v=2484,2 кДж/кг - теплота фазового перехода, прил.1, с, 50, [4]

7. Подбор вспомогательного оборудования

7.1 Линейный ресивер

Находим объем линейного ресивера:

;

где V_исп- вместимость испарительной системы.

Подбираем по табл.5.21, с.130, [1] ресивер марки 2,5РВ.

7.2 Дренажный ресивер