Проектирование холодильного оборудования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

При организации работы предприятий торговли и общественного питания учитывается размер товарооборота и, соответственно, мощность предприятия. Для осуществления непрерывного процесса работы необходим запас сырья, а также готовой продукции. В процессе хранения продуктов в последних протекают различные физико-химические, биохимические и микробиологические процессы, которые могут привести к порче.

С физико-химическими процессами связаны различные окислительные реакции, возникающие вследствие взаимодействия продуктов с окружающей средой, которые изменяют внешний вид и органолептические свойства хранимого сырья.

Биохимические процессы связаны с ферментативными реакциями как в «живых» организмах, так и продуктах при их хранении.

Воздействие на продукты различного рода микроорганизмов вызывает возникновение очагов порчи, связанных с неблаготворным влиянием продуктов их жизнедеятельности. Главной опасностью являются токсины, вырабатываемые микроорганизмами.

Для снижения воздействия вредных факторов при хранении продуктов применяют различные способы: консервация, копчение, вяление, сушка и т.д.

Основным способом хранения продуктов на предприятии общественного питания и торговли является хранение при пониженных температурах, называемое холодильным хранением. Главным отличием от выше перечисленных способов является то, что при его использовании не происходит существенных изменений вкусовых качеств хранимого продукта питания.

Холодильная обработка позволяет снизить или полностью затормозить скорость биохимических, микробиологических процессов, происходящих в продуктах и приводящих к их порче. Для снижения воздействия физико-химических причин использование одного только холодильного хранения не дает необходимых результатов, поэтому для достижения этой цели применяются различные сопутствующие технологические линии, которые снижают влажность при хранении продуктов.

Различают краткосрочное и длительное хранение. Краткосрочное хранение (от 1 до 15 суток) используется на предприятиях розничной торговли и общественного питания. Длительное хранение, от нескольких месяцев до нескольких лет, применяется на базах и складах ПП.

В холодильной обработке выделяют технологию охлаждения, замораживания и размораживания продуктов. Технология охлаждения применяется при краткосрочном хранении и является наилучшей для сохранения вкусовых и питательных свойств продукта.

Главной целью технологии замораживания является значительное продление сроков хранения, однако, при ее использовании происходят изменения в продукте, приводящие к потере питательных свойств.

Задачей технологии размораживания является доведение замороженных продуктов до температуры выше 00С без изменения их свойств.

Важным фактором в холодильном хранении является выбор режима, зависящий от основных параметров: температура, скорость охлаждения, влажность.

Температура хранения выбирается в зависимости от свойств продукта и определяет средне или низкотемпературный режимы хранения.

Скорость охлаждения определяется временем, за которое начальная температура продукта снизится до температуры хранения. Чем меньше этот промежуток времени, тем меньше вероятность порчи продукта.

Влажность играет роль, при которой ее высокое значение создает благоприятные условия среды для развития микроорганизмов, а ее низкое значение препятствует их развитию, но вместе с тем приводит к интенсивному испарению влаги из продукта, что ухудшает его свойства.

При использовании технологии охлаждения, замораживания и размораживания холодильную обработку делят на несколько этапов:

I-ый — достижение конечной температуры при минимальных затратах времени;

II-ой — хранение, целью которого является обеспечение условий хранения.

С условиями хранения тесно связаны физико-химические, гигроскопические и геометрические свойства продуктов, обуславливающие режим и характер холодильного хранения.

Таким образом, при проектировании холодильных сооружений необходимо руководствоваться схемой технологического процесса, величиной грузооборота, рекомендациями по соблюдению товарного соседства, правилами условий и сроков хранения тех или иных продуктов, которые позволяют определить тип и размер холодильника.

Выбор камер холодильников, систем охлаждения и теплообменных аппаратов должен согласовываться со схемой технологического процесса и обосновываться в соответствии с научными положениями по уменьшению естественной убыли, сокращению расхода электроэнергии на отвод теплоты, уменьшению затрат на транспортные операции, сохранению качества сырья. При этом все инженерные решения должны основываться на прогрессивных технических и технологических достижениях современной холодильной техники.

 

 

1.ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВАЧНОЕ РЕШЕНИЕ.

Число и размеры камер определяют расчетом по ассортименту, количеству хранимых продуктов, а также сроку хранения и величине нормативной нагрузки на 1 м грузовой площади.

Суточный запас продуктов и условия их хранения представлены в таблице 1

Таблица 1 - Суточный запас продуктов

Продукты	Температура воздуха, °С.	Относительная Влажность воздуха %%	Срок хранения, сутки	Нормативная нагрузка gF, кг/м2	Суточный запас продуктов, кг
Мясные полуфабрикаты	-4	85	4	120…140	200
Рыбные полуфабрикаты	-4	85	4	120…140	200
Овощи, фрукты, ягоды	+6	80	2	80…100	400
Жиры, гастрономия	+2	85	3	160..220	200
Молочные продукты	+2	85	2	120...160	350
Безалкогольные напитки	+6	90	2	80…100	200

 

В соответствие с рациональностью использования площадей предприятия питания, а также руководствуясь правилами и рекомендациями по условиям и срокам хранения на основании данных таблицы 1.2. выбран охлаждающий блок, состоящий из 4-х камер хранения продуктов и машинного отделения. В блоке предусмотрена камера для хранения охлаждения мяса, камера для охлаждения вино-водочных изделий и пива, камера для охлаждения молочной, жировой и гастрономической продукции, а также камера для хранения овощей, фруктов, ягод и безалкогольных напитков.

 

Таблица   2-Условия хранения продуктов

 

Продукты	Температура воздуха, 0С	Относительная влажность воздуха, %	Срок хранения, сутки	Нормативная нагрузка gF, кг/м2
Охлажденные
Мясо	0	80	3	110...120
Рыба	-1	95	3	180...200
Молоко	+2	-	0,5	120... 160
Простокваша, кефир	+2	85	1	120...160
Сметана, творог	+2	85	2	120...160
Масло сливочное	+2	85	3	160 ..200
Масло топленое	+2	85	10	180. 200
Маргарин	+2	85	5	160.. 220
Сыры	+2	85	5	220 ..260
Фрукты, ягоды, зелень, овощи	+6	90	2	80..100
Пиво – воды	+6	-	2	170...220
Полуфабрикаты
Консервы	+6	85	-	220… 260
Мороженные
Субпродукты, птица	-3	90	4	160…180

 

 

Продукты	Температура воздуха, 0С	Относительная влажность воздуха, %	Срок хранения, сутки	Нормативная нагрузка gF, кг/м2
Охлажденные
Мясо	0	80	3	110...120
Рыба	-1	95	3	180...200
Молоко	+2	-	0,5	120... 160
Простокваша, кефир	+2	85	1	120...160
Сметана, творог	+2	85	2	120...160
Масло сливочное	+2	85	3	160 ..200
Масло топленое	+2	85	10	180. 200
Маргарин	+2	85	5	160.. 220
Сыры	+2	85	5	220 ..260
Фрукты, ягоды, зелень, овощи	+6	90	2	80..100
Пиво – воды	+6	-	2	170...220
Полуфабрикаты
Консервы	+6	85	-	220… 260
Мороженные
Субпродукты, птица	-3	90	4	160…180
Охлажденные
Мясо	0	80	3	110...120
Рыба	-1	95	3	180...200
Молоко	+2	-	0,5	120... 160
Простокваша, кефир	+2	85	1	120...160
Сметана, творог	+2	85	2	120...160
Масло сливочное	+2	85	3	160 ..200
Масло топленое	+2	85	10	180. 200
Маргарин	+2	85	5	160.. 220
Сыры	+2	85	5	220 ..260
Фрукты, ягоды, зелень, овощи	+6	90	2	80..100
Пиво – воды	+6	-	2	170...220
Полуфабрикаты
Консервы	+6	85	-	220… 260
Мороженные
Субпродукты, птица	-3	90	4	160…180
Мясо	0	80	3	110...120
Рыба	-1	95	3	180...200
Молоко	+2	-	0,5	120... 160
Простокваша, кефир	+2	85	1	120...160
Сметана, творог	+2	85	2	120...160
Масло сливочное	+2	85	3	160 ..200
Масло топленое	+2	85	10	180. 200
Маргарин	+2	85	5	160.. 220
Сыры	+2	85	5	220 ..260
Фрукты, ягоды, зелень, овощи	+6	90	2	80..100
Пиво – воды	+6	-	2	170...220
Полуфабрикаты
Консервы	+6	85	-	220… 260
Мороженные
Субпродукты, птица	-3	90	4	160…180

 

 

Таблица  3-Коэффициент увеличения грузовой плошали камер холодильника

Площадь камеры, м2	Коэф. увеличения грузовой площади b
До 10	2.2
До 20	1,8
Свыше 20	1.6

 

 

Толщина кирпичной кладки наружных стен ¾ 510 мм. Стены, отделяющие холодильные камеры от смежных неохлаждаемых помещений, внутренние, выполнены из кирпича. Толщина кирпичной кладки ¾ 380 мм. Стены, отделяющие камеры друг от друга, перегородки, имеют толщину кирпичной кладки 250 мм. Ширина проемов для холодильных камер и тамбура 900 мм и 1200 мм соответственно, остальных проемов ¾ 900 мм.

В предложенном задании блок холодильных камер находится на цокольном этаже. Так как здание имеет несколько этажей, то верхнее ограждение камер будет перекрытием.

Холодильные камеры находятся в г. Казань на цокольном этаже одноэтажного здания, расположены островным способом. Высота камер 2,8 м.

Вместимость камеры для хранения каждого вида продукта , кг, определяют по формуле:

 

Где:

-суточный расход  продукта ,кг/сутки

-продолжительность хранения, сутки.

В одну камеру можно объединить следующие виды продуктов:

I камера – мясные полуфабрикаты ;

II камера – безалкогольные напитки, овощи, фрукты и ягоды ;

III камера – рыбные полуфабрикаты;

IV камера – жиры, гастрономия, молочные продукты .

Подставляем числовые значения в формулу и получаем;

1.Мясные полуфабрикаты

Е = 200*4 = 800 (кг)

2.Рыбные полуфабрикаты

Е = 200*4 = 800 (кг)

 

3.Овощи, фрукты, ягоды

Е = 400*2 = 800 (кг)

4.Жиры и гастрономия

Е = 200*3 = 600 (кг)

5.Молочные продукты

Е = 350*2 = 700 (кг)

6.Безалкогольные напитки

Е = 200*2 = 400 (кг)

Определяем вместимость для каждой камеры отдельно:

I камера Е =800 (кг)

II камера Е = 400 + 800=1200 (кг)

III камера Е = 800 (кг) ;

IVкамера Е=600+700=1300(кг)

Грузовая площадь для размещения продукта ,кг, определяют по формуле:

 

Где:

-нормативная  нагрузка, кг/

Подставив числовые значения в формулу получим:

I камера Fгр = 800 : 140 = 5,7 м ²

II камера Fгр = 1200 : (100 +100)= 6 м ²

III камера Fгр = 800 : 200 = 4 м ²

IVкамера Fгр = 1300 : (220 +160)= 3,4 м кв.

Общая грузовая площадь всех камер Σ F гр = 19,10 м ².

Строительная площадь необходимая для хранения продуктов Fгр, м², включает в себя, кроме грузовой, площадь проходов и отступов стен, определяется из выражения:

  (1.3.)

где Fс - строительная площадь, м ²;

Fгр - грузовая площадь, м ²;

β - коэффициент увеличения площади. Таб. 3

Строительную площадь (Fс) определяем для каждой камеры отдельно:

1камера: Fс =5,7 * 2,2 = 12,54 ≈13 м ²;

2камера: Fс = 6 * 1,8 = 10,8 ≈ 11 м ²;

3камера: Fс = 4 * 2,2 = 8,8 ≈ 9 м ²

4камера: Fс = 3,4 *2,2 =7,48 =7 м кв.

Общая строительная площадь всех камер Σ Fс =40 м2

Расчетные параметры воздушной среды

Величина принятых при проектировании параметров воздушной среды, а также скорости воздуха вне и внутри холодильных камер влияют на капитальные и эксплуатационные затраты. Названные величины внутри камер изменяются в течение года крайне незначительно. Поэтому их можно считать постоянными. Характер и величину изменений параметров воздуха вне камер описать сложно.

По этой причине, при проектировании для обеспечения нормального температурного режима в камерах в теплый период года принимают наиболее вероятные максимальные значения температуры, относительной влажности и скорости воздуха, которые приведены в СНиП П-А б-72 [3]. Значения расчетных параметров наружного воздуха приведены в таблице 4.

 

Таблица 4

 

 

Город	Глубина промерзания грунтов, см	Температура, °С			Относительная влажность воздуха,%
		средне годовая	расчетная летняя	расчетная зимняя	расчетная летняя	расчетная зимняя
Казань	135	3,4	29	-27	57	85

 

Расчетная температура грунта, может быть принята на 10-15 ниже расчетной температуры наружного воздуха:

t = 29 – 10 = 19 оС

Расчетная температура воздуха в смежных с холодильными камерами неохлаждаемых помещениях :

-в наземных этажах  t = 29 -5 = 24 оС

Расчетная температура воздуха в тамбуре холодильника равна:

t = 29-10 = 19 оС

 

2. Расчет тепловой  изоляции. Тепловой расчет камер

2.1 Расчет толщины слоя  теплоизоляции

Строительные конструкции, содержащие, кроме строительного материала, слои тепло-, паро- и гидроизоляции, называют изоляционными конструкциями.

Основным требованием при проектировании изоляционных конструкций холодильников является обеспечение непрерывности слоев тепло, паро- и гидроизоляции. При расположении этих слоев в конструкции необходимо придерживаться следующих правил:

- материалы с высокими  значениями коэффициента теплопроводности, плотные, малопроницаемые располагают  с наружной (теплой) стороны ограждения;

- паро и гидроизоляционный  слой помещают с теплой стороны  перед теплоизоляционным слоем  и ни в коем случае не  внутри последнего.

Для защиты от грызунов по периметру камеры на высоту не менее 0,7 м и по полу на ширину 0,5 м заделывают металлическую сетку.

Толщину слоев теплоизоляции, паро- и гидроизоляции обычно определяют расчетом.

При выполнении курсового проекта расчетным путем определяют только толщину слоя теплоизоляции. Толщину слоя паро- или гидгоизоляции принимают конструктивно.

Изоляцию перекрытий выполняют плиточными теплоизоляционными материалами. Располагают теплоизоляционный слой сверху или снизу несущей конструкции. Если перекрытие является потолком камеры, то изоляционный слой, как правило, крепят снизу. Если на перекрытии располагают полы камер, то изоляцию укладывают сверху несущей конструкции.

Теплоизоляцию стен производят плиточными материалами. Поверхность стен, обращенную в холодильные камеры, желательно покрывать глазурованной плиткой.

Тепловой изоляцией для перегородок служат плиточные материалы, используемые для изоляции стен.

Перегородки из пенобетона и пеностекла подвергают затирке цементным раствором. Дополнительная теплоизоляция таких перегородок не производится.

Двери холодильных камер ¾ специальные теплоизолированные. Коэффициент теплопередачи дверей не должен превышать 0,4 Вт (м2 град). На холодильниках предприятий общественного питания используют одностворчатые прислонные двери модели ПС и двухстворчатые прислонные двери модели ПДГ. Двери должны открываться в сторону выхода из камеры.

Толщину слоя теплоизоляции dиз, м, определяют по формуле

 

,

 

где lиз ¾ коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м-град);

kн ¾ нормативный коэффициент теплопередачи конструкции ограждения, Bт/(м2×гpaд);

di ¾ толщина отдельных слоев строительных и пароизоляционных материалов, м;

li ¾ коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов, Вт/(м×град);

а1¾ коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке с теплой стороны,

Вт/(м град);

а2 ¾ коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху камеры, Вт/(м град).

Теплоизоляционные материалы выпускаются в виде плит стандартной толщины 25, 30, 50, 100 мм.

Для принятой окончательно толщины слоя теплоизоляции d 'из производят уточнение величины коэффициента теплопередачи, который будет использован в дальнейших расчетах и является действительным.

 

, 

 

где k ¾ действительный (расчетный) коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м×град);

d 1из ¾ принятая толщина слоя изоляции, м.

Таким образом   определяем толщину слоя изоляции для обозначенных участков, в качестве теплоизоляции для блока холодильных камер используется пенополистирол с коэффициентом теплопроводности 0,040 Вт/(м2 град):

  участок взаимодействия  неохлаждаемого помещения с поверхностью  стены камеры №1

или 100 мм;

  участок перегородки  между камерами 1-4

или 2 слоя по 25мм;

  участок теплоизоляции  между стеной камеры 1 и тамбуром

или 50мм;

  участок теплоизоляции  потолка камеры №1

или100мм;

 участок теплоизоляции  пола камеры №1

или100мм;

  участок взаимодействия неохлаждаемого помещения с поверхностью стены камеры №4

или 50 мм;

  участок перегородки  между камерами 4-2

или 2 слоя по 25мм;

  участок теплоизоляции  между стеной камеры 4 и тамбуром

или 50мм;

  участок теплоизоляции  потолка камеры №4

или100мм;

  участок теплоизоляции  пола камеры №4

или100мм;

  участок взаимодействия неохлаждаемого помещения с поверхностью стены камеры №2

или 50 мм;

  участок перегородки  между камерами 3-2

или 2 слоя по 25мм;

  участок теплоизоляции  между стеной камеры 2 и тамбуром

или 50мм;

  участок теплоизоляции  потолка камеры №2

или 50мм;

  участок теплоизоляции  пола камеры №2

или 50мм;

  участок взаимодействия неохлаждаемого помещения с поверхностью стены камеры №3

или 50 мм;

  участок теплоизоляции  между стеной камеры 3 и тамбуром

или 50мм;

  участок теплоизоляции  потолка камеры №3

или 50мм;

  участок теплоизоляции  пола камеры №3

или 50мм;

 

 

 2.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАМЕР

 

Целью теплового расчета является определение суммы теплопритоков в камеры холодильника. Результаты этого расчета служат исходными данными для подбора холодильной машины. Настоящий расчет носит условный характер, так как теплопритоки зависят от многих факторов (время года, загрузка камеры продуктами, правила эксплуатации и т.д.) и не могут быть рассчитаны абсолютно точно. Поэтому их определяют для максимально тяжелых условий работы холодильника (летний период, полная загрузка камер).

Тепловая нагрузка на холодильную машину SQ, Вт складывается из теплопритоков через ограждения камер Q1, Вт, тепловыделений при охлаждении или замораживании продуктов Q2, Вт, тепла, вносимого в камеру при ее вентиляции Q3, Вт, и эксплуатационных теплопритоков Q4 , Вт.

, (4.1.)

2.2.1 Теплопритоки через  ограждения

Теплопритоки через ограждения возникают в результате разности температур воздуха по обе стороны стен Q'1, Вт, а также, из-за солнечной радиации Q"1, Вт. Первую часть этих теплопритоков определяют по формуле:

, 

где k- расчетный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2 град);

F ¾ расчетная поверхность ограждения, м2 ;

tн ¾ температура воздуха вне камеры, °С;

tкам ¾ температура воздуха в камере, °С.

Таблица 5-Теплопритоки через ограждения

Тип ограждения		Размеры ограждения, м					F, м2			k, Вт/(м2град		t н, 0С		t кам, 0С		Δt, 0С	Q i, Вт
		a		b	h
Камера № 1
Внутренняя стена		-		3,5	2,8		9,8			0,428		20		+6		14	58,72
Внутренняя стена		6,0		-	2,8		16,8			0,428		20		+6		14	100,67
Перегородка		2,7		-	2,8		7,56			0,49		+6		+6		0	0,00
Стена тамбура		3,3		-	2,8		9,24			0,49		15		+6		9	40,75
Пол		6,0		3,5	-		21			0,34		15		+6		9	64,26
Потолок		6,0		3,5	-		21			0,34		20		+6		14	99,96
Камера №4
Внутренняя стена		-		1,6	2,8		4,48			0,49		20		+6		14	30,73
Перегородка		2,7		-	2,8		7,56			0,52		+2		+6		-4	-15,72
Перегородка		2,7		-	2,8		7,56			0,49		+6		+6		0	0,00
Стена тамбура		-		1,6	2,8		4,48			0,49		15		+6		9	19,76
Пол		2,7		1,6	-		4,32			0,34		15		+6		9	13,22
Потолок		2,7		1,6	-		4,32			0,34		20		+6		14	20,56
Камера №2
Внутренняя стена		2,7		-	2,8		8,96			0,49		20		2		18	79,03
Внутренняя стена		-		6,9	2,8		16,8			0,49		20		2		18	148,18
Перегородка		-		5,4	2,8		8,96			0,52		0		2		-2	-9,32
Перегородка		2,7		-	2,8		10,64			0,52		+6		2		4	22,13
Стена тамбура		1,5		-	2,8		6,16			0,59		15		2		13	47,25
Пол		2,7		6,9	-		18,63			0,59		15		2		13	142,89
Потолок		2,7		6,9	-		18,63			0,59		20		2		18	197,85
Камера № 3
Внутренняя стена	3,3		-			2,8		9,24	0,49		20		0		20			90,55
Внутренняя стена	-		5,4			2,8		15,12	0,49		20		0		20			148,18
Перегородка	-		5,4			2,8		15,12	0,52		+2		0		2			15,72
Стена тамбура	3,3		-			2,8		9,24	0,49		15		0		15			67,91
Пол	3,3		5,4			-		17,82	0,59		15		0		15			157,71
Потолок	3,3		5,4			-		17,82	0,59		20		0		20			210,28