Повышение эффективности ограждающих конструкций холодильных камер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение эффективности ограждающих конструкций холодильных камер

Б.С. Бабакин, А.Г. Белозеров

Приводятся результаты исследования по теплообмену холодильной камеры. Показана роль лучистой составляющей в общем коэффициенте теплопередачи от окружающих конструкций холодильных камер.

Теплопередача, лучистая составляющая, ограждающие конструкции, холодильная камера

THE EFFECTIVENESS INCREASING OF PROTECTED SURFACES OF REFRIGIRATED ROOM

B.S.Babakin, Moscow state university of applied biotechnology (MGUPB)

A.G.Belozerov, ALL-Russian Scientific Research Institute of Refrigerating Industry (VNIKhI)

Results of heat exchange research in refrigerated room presented. Role of radiant component in general heat transfer coefficient from protected surfaces to air in refrigerated room showed.

Экспериментальными исследованиями, выполненными в ряде институтов, в том числе во ВНИИ холодильной промышленности и МГУПБ, показано, что качество и величина естественной убыли замороженных продуктов при хранении в значительной степени зависят от условий хранения и соответствующих теплопритоков в холодильные камеры.

Основное количество теплоты при длительном хранении проникает в камеру через наружные ограждающие конструкции, при этом температура внутренних поверхностей стен оказывается выше температуры воздуха и температуры хранимой продукции. Теплота от стенки передается к воздуху за счет конвекции и к продукту лучеиспусканием.

Однако в современной литературе при расчете теплопритоков и анализе их воздействия на продукт не учитывается лучистая составляющая теплообмена от внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Это мотивируется тем, что ее вклад незначителен при низких температурах и малых температурных напорах. Ряд авторов [1] указывают на значительную долю лучистой составляющей (до 60 %), но и они не раскрывают механизм воздействия данного типа теплопередачи на продукт и считают, что лучистая составляющая приводит к увеличению общего коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху.

Проанализируем соотношение величин б_к и б_л.

Общий коэффициент теплоотдачи определяется как:

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки конвекцией б_к определяется из закона Ньютона:

.

Для практических расчетов б_к при естественной циркуляции воздуха в камере хранения часто используют зависимости вида:

,

где a ? эмпирический коэффициент (для холодильных камер а = 2,56 [2]);

ДТ - разность температур стенки ограждения и воздуха в камере.

Для определения коэффициента теплоотдачи от ограждающей конструкции лучеиспусканием б_л выполняют расчеты согласно закону Стефана-Больцмана:

;

е₁ ? степень черноты ограждающей поверхности; е₂ ? степень черноты продукта; с_о - коэффициент излучения абсолютно черного тела (с₀ = 5,76 Вт/м²К⁴); Т₁ - температура поверхности ограждающей конструкции; Т₂ - температура продукта; F₂/F₁ - отношение площадей внутренней поверхности ограждающих конструкций и поверхности продукта.

Расчетным путем определен характер изменения коэффициентов теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием (рис.1) от температурного уровня процесса хранения при постоянном температурном напоре. Расчет произведен:

по приближенной формуле

[2];

по теории подобия для ламинарного режима естественной конвекции на высоте стенки от пола 0,2 и 1,2 м;

по теории подобия турбулентного режима естественной конвекции, который при температурном напоре ДТ = 2 К возникает при высоте выше 1,2 м.

Из-за резкой разницы в физической природе рассматриваемых способов передачи теплоты необходимо их различать и учитывать их влияние отдельно.

Особенностью лучистого теплообмена является то, что теплота, не нагревая воздуха, передается от стенки непосредственно к продукту, и продукт приобретает температуру более высокую, чем окружающий воздух. Таким образом, часть теплоты, проникшей в камеру, отводится конвекцией не от стен, а от продукции, что приводит к дополнительной убыли продукта от усушки.

Лучистый теплообмен может иметь отрицательное воздействие на продукт не только в стационарных низкотемпературных холодильниках, но и в других видах холодильного оборудования. Например, в торговом холодильном оборудовании, особенно в открытом исполнении торговых витрин с воздушными завесами.

Учитывая важность поставленной проблемы, во ВНИХИ и МГУПБ проводятся исследования, направленные на повышение эффективности ограждающих конструкций холодильных камер, в том числе за счет снижения лучистой составляющей.

Рис.1. Зависимость величины коэффициента теплоотдачи от температурного уровня при фиксированной величине температурного напора

Рис.2. Зависимость величины коэффициента теплоотдачи от разности температур стенка-воздух, стенка-продукт

холодильный ограждающий теплообмен

На кафедре холодильной техники МГУПБ разработан стенд по изучению лучистого теплообмена применительно к условиям холодильного хранения замороженных пищевых продуктов.

Исследования проводятся по следующим направлениям:

- установление влияния на величину потока лучистой энергии разности температур теплоизлучающего экрана и воздуха в камере, а также степени черноты теплообменивающихся поверхностей;

- оценка энергоэффективности экранирования внутренних поверхностей ограждающих конструкций, а также снижения их степени черноты.

Для снижения лучистой составляющей, согласно закону Стефана-Больцмана, при неизменном температурном напоре необходимо снижать приведенную степень черноты теплообменивающихся поверхностей. При этом возможно изменение трех параметров: степеней черноты стенки и продукта и степени загрузки камеры. Наибольшее воздействие на снижение приведенной степени черноты оказывает снижение степеней черноты теплообменивающихся поверхностей (рис. 3). При этом из конструктивных соображений оправдано снижение степени черноты внутренней поверхности конструкций, ограждающих камеры хранения.

Рис. 3. Влияние степеней черноты стенки и продукта и степень загрузки камеры на величину приведенной степени черноты

Согласно разработанной математической модели и проведенным экспериментам при покрытии излучающих поверхностей материалом с низкой степенью черноты, например, алюминиевой фольгой, снижается теплоотдача от теплой стенки к продукту лучеиспусканием, это приводит повышению температуры самой стенки и увеличению коэффициента конвективной теплоотдачи. То есть, при снижении степени черноты ограждающих конструкций холодильника изменяется соотношение величин б_к и б_л.

Экспериментально установлено, что при режиме, соответствующем условиям хранения замороженного мяса при температуре хранения минус 18С, доля лучистой составляющей при 90%-ной загрузке составила 30-40% от общего количества теплоты, передающейся от стенки. При покрытии стенки алюминиевой фольгой с низкой степенью черноты доля лучистой составляющей снизилась до 4-6%.

Продолжаются исследования с применением различных теплоотражающих материалов. Предварительные результаты показывают, что применение новых теплозащитных материалов с малой степенью черноты, прогрессивные конструктивные решения ограждающих конструкций позволят снизить влияние потоков радиационной теплоты на продукт в 8 - 10 раз и снизить его усушку в 1,5 - 2 раза по сравнению с традиционной системой батарейного охлаждения в холодильниках с ограждающими конструкциями с высокой степенью черноты (например, с отштукатуренными стенами).

Список литературы

1. Тихонов Б.С. Массообмен при хранении замороженных мясопродуктов: монография / Б.С. Тихонов, Б.С. Бабакин. - М.: МГУПБ, 2003. - 116 с.

2. Рютов Д.Г. Влагообмен в камерах хранения замороженных продуктов / Д.Г. Рютов.- Холодильная техника.- №3.- 1954.- С. 39.

Размещено на Allbest.ru