Расчет холодильной камеры

Введение 

        Холодильная техника достигла  современного уровня, пройдя длительный  путь развития. В середине XVIII века  У. Кулен создал первый лабораторный аппарат для получения искусственного холода, но только во второй половине XIX века машинное охлаждение приобретает промышленную основу и начинает применяться при заготовке и транспортировании скоропортящихся продуктов. Первая холодильная установка для замораживания мяса была построена в Сиднее в 1861 году. В1876 году впервые на судне-рефрежераторе с искусственным машинным охлаждением была осуществлена перевозка мяса. Первые стационарные холодильники были построены в Бостоне и Лондоне в 1881 году. В России впервые искусственный холод был применен в 1888 году на рыбных промыслах в Астрахани, и в том же году на Волге начала эксплуатироваться рефрижераторная баржа с воздушной холодильной машиной. В 1889 году были построены холодильные установки на пивоваренных заводах и кондитерских фабриках, а в 1895 году в Белгороде построен заготовительный яично-птичный холодильник вместимостью 250 т.

      Над созданием холодильных машин, вообще-то, работали многие ученые. Английский физикохимик Бойль и немецкий физик Герике еще в конце XVII в. установили, что вода в разреженном пространстве испаряется при низких температурах. В 1777 г. Нернст открыл, что в условиях вакуума вода замерзает, если удалять образующиеся водяные пары (поглощение серной кислотой). Эти наблюдения помогли англичанину Лесли построить в 1810 г. первую ледоделку. Практическое применение холодильные машины нашли только тогда, когда вместо воды были найдены другие более эффективные рабочие вещества. В 1834 г. английский врач Перкинс построил холодильную машину, работавшую на этиловом эфире. Весь

процесс в первых холодильных машинах  протекал при давлении ниже атмосферного, так как Перкинс и его последователи не решались поднимать давление в системе выше. Эти машины, основанные на сжатии парообразных тел, их конденсации и последующем кипении в жидком состоянии, получили название компрессионных.

      Впоследствии  конструкторы создали новые компрессионные машины, работающие на других рабочих  веществах, при давлении выше атмосферного. Так, в 1871 г. Телье построил машину, работающую на метиловом эфире, в 1872 г. Бойлю был выдан первый патент на аммиачную холодильную машину, 1874 г. швейцарский физик Пикте создал машину, работавшую на серном ангидриде, а немецкий физик-инженер Линде сконструировал аммиачную машину. В 1881 г. Линде, одновременно с Виндхаузеном, построил углекислотную машину, в которой давление доходило до нескольких десятков атмосфер.

      В 1845 г. американец Горри изобрел воздушную холодильную машину, работа которой была основана на том, что при расширении предварительно сжатого воздуха температура его понижается. Несколько позже появились абсорбционные холодильные машины (Каре, 1862 г.). Работа абсорбционной машины основана на поглощении парообразного вещества, например аммиачных паров, слабым водоаммиачным раствором и последующем выпаривании аммиака из раствора различными теплоносителями (горячие газы, пар и др.).

      Ведущая роль в развитии ледяного и льдосоляного охлаждения принадлежит российским ученым. Академик Крафт в 1733 г. определил физические и механические свойства льда. В 1860 г. на рыбных промыслах в Приазовье (в Мариуполе и Таганроге) было осуществлено замораживание рыбы с помощью смеси льда с солью. Холод, являющийся эффективным консервирующим средством, препятствующим развитию микроорганизмов, в

 настоящее  время широко используют во  всех отраслях пищевой промышленности. В мясной, птицеперерабатывающей,  рыбной и плодоовощной промышленности  охлаждают, замораживают и хранят  продукты при низких температурах; в молочной промышленности холод  используют при охлаждении и  хранении молока, масла и молочных  продуктов, а также при созревании  сыра и его хранении, в кондитерском  производстве охлаждают сырье,  пасту и готовую продукцию.  Чтобы сохранить качество продуктов  на пути от производства к  потребителю, во всех странах  создана, и действует непрерывная  холодильная цепь. Непрерывной она  должна быть потому, что даже  при одноразовом и кратковременном  повышении температуры скоропортящегося  продукта происходит снижение  качества настолько, что в дальнейшем  его восстановление становится  невозможным. Непрерывная холодильная  цепь — совокупность средств  холодильной техники и технологии, обеспечивающих необходимый охлаждающий  режим на всем пути движения  скоропортящихся продуктов. Отдельными  звеньями холодильной цепи могут  являться в различном сочетании  и последовательности стационарные  холодильники, холодильный транспорт,  торговое холодильное оборудование  и бытовые холодильники. В непрерывной  холодильной цепи важная роль  принадлежит стационарным холодильникам,  представляющим собой специальные  капитальные сооружения, на которых  осуществляется охлаждение, замораживание,  хранение, холодильная обработка  и отпуск пищевых продуктов. 

      До  революции холодильное хозяйство развивалось крайне медленно. Кроме того, во время гражданской войны треть построенных ранее предприятий выбыла из строя, остальные находились в полуразрушенном состоянии. В 1925 году завершается восстановление и реконструкция старых предприятий. К 1941 году холодильная вместимость увеличилась в 6,5 раза.

      Большой ущерб холодильному хозяйству нанесла  Великая Отечественная война, которой  был восстановлен к 1947 году. Предприятия  торговли и общественного питания  стали оснащаться мелкими холодильниками. Из года в год увеличивается выпуск бытовых холодильников. В 1950-1960 годах  вагоны-ледники заменяются рефрижераторными поездами. Создается рефрижераторный  рыбопромысловый флот, транспортные суда оснащаются автоматизированными  холодильными установками, строятся рефрижераторы. В последние годы происходит техническое  перевооружение холодильных предприятий, оснащение их полностью автоматизированными  высокоэффективными холодильными установками. Искусственный холод получил широкое применение во всех отраслях народного хозяйства - пищевой  и химической, торговле и общественном питании, при проходе шахт и тоннелей, кондиционировании воздуха, закалке стальных изделий, в медицине, шелководстве, цветоводстве, фармацевтической промышленности и др. Это стало возможным в результате развития комплексных научно-исследовательских работ в области хладотехники, достижений холодильного машиностроения, совершенствования и унификации оборудования.

       Распределительные холодильники  строят в городах и промышленных  центрах и служат для круглогодового  снабжения населения скоропортящимися  продуктами. На распределительные  холодильники грузы поступают  с производственных холодильников.  Грузы, отеплившиеся в пути, доохлаждаются и домораживаются в камерах распределительных холодильников. 

             Во всем мире быстрозамороженные  продукты питания пользуются  широкой популярностью у потребителей. Быстрое замораживание готовых  мясных и рыбных продуктов  и полуфабрикатов, овощей, фруктов,  ягод

 обеспечивает  их долговременное хранение и  транспортировку без потери вкусовых  и других потребительских свойств,  что делает производство быстрозамороженных  продуктов весьма выгодным. Поэтому  в промышленно развитых странах  скороморозильное оборудование  достигло высокого технического  уровня. В последние годы заметно  возрос интерес к современной  скороморозильной технике.

      Охлаждением называется процесс отвода теплоты  или отдачи работы, который сопровождается понижением температуры и протекает  с участием двух тел: охлаждаемого и  охлаждающего. В холодильной технике  различают естественное и искусственное  охлаждение.

      Естественное  охлаждение осуществляется вследствие самопроизвольной передачи теплоты  окружающей среде (атмосферному воздуху, воде естественных водоемов и грунту), имеющей более низкую температуру, чем охлаждаемое тело. Температурный  уровень окружающей среды в наземных условиях подвержен значительным колебаниям, как в течение суток, так и  в течение года и не поддается  регулированию, что не отвечает требованиям  современного материального производства, жизни и быта людей. Поэтому с  развитием научно-технического прогресса  в последние десятилетия естественное охлаждение практически во всех сферах деятельности заменяют искусственным.

      Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя  способами: с помощью другого  вещества с более низкой температурой за счет отвода теплоты, чаще всего  при изменении агрегатного состояния; с помощью охлаждающих устройств, холодильных установок и машин, которые составляют специализированную область техники, называемую холодильной  техникой. Первый способ, относящийся  к области ледяного и льдосоляного охлаждения, основан на том, что колебания  температуры окружающей среды в  природных условиях создают возможность  сохранять или аккумулировать

естественный  холод в сравнительно ограниченном пространстве. Наиболее распространенным телом, сохраняющим естественный холод, является водный лед. Его заготавливают  зимой, чтобы в теплое время года использовать для охлаждения.

      Промышленные  холодильные машины, работающие в  области умеренного холода, можно  подразделить на три основные группы: компрессорные, теплоиспользующие  и термоэлектрические. В настоящее  время преимущественно используют холодильные машины компрессорного типа. При наличии дешевых источников теплоты применяют теплоиспользующие  машины. Термоэлектрические применяют в радиотехнике и в ряде специальных приборов.

         Холодильная обработка – это процессы охлаждения, подмораживания, замораживания, домораживания и доохлаждения продуктов.

     Для получения холода на рыбных базах  используются различные схемы холодильных  установок. Схема холодильной установки  должна удовлетворять следующие  требования:

     - автоматическое поддержание температурного  и влажностного режима в камерах;

     - автоматизация работы холодильной  установки;

     - равномерная подача хладагента  и хладоносителя в испарительную систему при высокой интенсивности теплопередачи;

     - минимальное влияние гидравлического  столба жидкости (хладагента ) на работу приборов охлаждения;

     - малое заполнение системы хладагентом;

     - простота в обслуживании и  безопасность в работе;

     - надежная защита компрессоров  от гидроудара.

     На  рыбных базах используются схемы, как с непосредственным, так и с рассольным охлаждением.

     Насосные  схемы выполняют с верхней  или с нижней подачей хладагента в приборы охлаждения. Безнасосные схемы выполняют только с нижней подачей хладагента. Безнасосные схемы применяют в холодильниках вместимостью до 1000 тонн.

     Схемы рассольного охлаждения применяют  в следующих случаях:

• при расширении действующих, оборудованных рассольным охлаждением холодильников;
• при большом удалении холодильника от компрессорного цеха, когда правила техники безопасности запрещает использовать непосредственное охлаждение или когда особенности технологического оборудования вызывают необходимость использования рассольных схем.

            В качестве компрессоров применяются  винтовые маслозаполненные компрессора. Они характеризуются широким пределом давления всасывания, что позволяет их широко применять в низкотемпературных установках.В небольших установках применяются поршневые компрессоры. В установках холодопроизводительностью более 130 кВт целесообразно применять винтовые компрессоры фирмы BITZER, работа которых в схеме с экономайзером позволяет существенно (до 30%) экономить потребляемую электроэнергию.

       В данном курсовом проекте мне дан  г. Верхнедвинск. Его характеристики оформляю в виде таблицы:

       Таблица 1  

Наименование  города	Температура летняя, оС	Температура зимняя, оС	Относительная влажность, %
Полоцк	28	-24	62

2. Условия хранения  пищевых продуктов.

  В камерах овощехранилища продукты хранятся от 150 до 285 дней. Продукты поступают в камеры хранения в основном с температурой 15 °С.

Нормы отступов (в метрах):

• от стен или пристенных батарей – 0,3м;
• от потолка или потолочных батарей – 0,2м;
• от воздушных каналов – 0,3м;
• Между отдельными партиями груза – 0,15м.

Все данные об условии  хранения заношу в таблицу:

Таблица 2

3. Расчет строительных  площадей камер  хранения.

   Число камер и их площадь в основном определяется типом и величиной  предприятия торговли и общественного  питания. Примерно 30 % торгового зала магазина, реализующего пищевые продукты, отводится для торговли. скоропортящимися продуктами, которые требуют кратковременного холодильного хранения. Поэтому, для определения площади охлаждаемых камер в расчёт принимают 30 % площади торгового зала.

В проектных  заданиях, разрабатываемых для магазинов, указывается число рабочих мест: мясной отдел – 4; гастрономический – 2; полуфабрикаты мясные – 2.

       Число камер определяется количеством  отделов, торгующих определённым видом  скоропортящихся продуктов и  возможностью совместного хранения продуктов.

На предприятиях общественного питания число  и размеры камер определяются типом и назначением предприятия  и тем, что используется для приготовления  блюд - сырьё или полуфабрикаты, а  также числом посадочных мест.

      Если, в задании на проектирование указано  число рабочих мест в отделах  магазина, торгующих скоропортящимися продуктами, то площадь холодильных  камер определяется по нормам на одно рабочее место:

      F=n*f,  м²,    [3]  с.318

где f - площадь холодильных камер на 1 рабочее место, м²/место;

      n - количество рабочих мест в отделе магазина, торгующими

скоропортящимися  продуктами, мест. 
 
 

   Нормы площади на одно рабочее место  отдела магазина:

   камера  хранения мяса - 5 м²;

   камера  хранения рыбы - 3 м²;

   камера  хранения гастрономии - 4 м²;

   камера  хранения вина, пива, безалкогольных напитков - 2 м²; 

   молочно-жировая  камера хранения - 5 м²;

   камера  хранения овощей и фруктов - 4 м². 

     Данные  расчетов:

     F₁=4*5=20 (м²⁾

      F₂=2*4=8 (м^2)a

      F₃=2*5=10 (м²) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Разработка планировки  камер.

   На  предприятиях торговли и общественного  питания холодильник представляет собой блок из нескольких холодильных  камер, расположенных в группе складских  помещений недалеко от торгового  зала магазина или кухонного блока  предприятия общественного питания. Холодильник предназначен для краткосрочного хранения запаса самых разнообразных  продуктов. Состав и площадь складских  помещений магазина, в том числе  охлаждаемых камер, зависит от типа магазина, ассортимента, интенсивности  товаропотоков и т.п. На предприятиях общественного питания (столовые, кафе, рестораны) число и размеры холодильных камер зависят от назначения предприятия, степени предварительной обработки продуктов для приготовления блюд (сырьё или полуфабрикаты) и количества мест в зале.

       Стационарные холодильные камеры  размещают рядом друг с другом  одним или двумя блоками в  подвале, полуподвале или на  первом этаже здания. При их  планировке учитывают удобство  их загрузки и доставки продуктов  из камер в торговый зал  магазина или в цех предприятия  общественного питания. Чаще всего  камеры располагают у наружной  стены здания. Камеру пищевых  отходов выполняют с выходом  наружу или в коридор предприятия  через тамбур, только на первом  этаже здания. Холодильные камеры  нельзя размещать рядом с горячими  цехами, санитарными узлами, душевыми, котельными и бойлерными. В камерах  не должны проходить трубопроводы  отопления, канализации, газа, водопровода,  кабели, воздуховоды общей системы  вентиляции.

   Двери охлаждаемых камер и тамбуров имеют тепловую изоляцию и открываются  в сторону выхода из камер. Ширина дверей - 0,9 м; при использовании вилочных погрузчиков и поддонов для загрузки продуктов - не менее 1,5 м. Холодильные  агрегаты располагают в машинном отделении,

 расположенном рядом с камерами. Машинное отделение с децентрализованной системой охлаждения камер не проектируют. Площадь машинных отделений или помещения, где устанавливается агрегат, принимают, исходя из следующих норм (при высоте камер не менее 2,6 м):

   6 м¹ - при суммарной площади камер 8-20 м²;

   до 12 м² - при площади камер 20-30 м²;

   до 18 м² - при площади камер 30 - 50 м²; свыше 18 м² - при площади камер более 50 м².

   Холодильный агрегат защищают от механических повреждений  металлическим сетчатым ограждением  высотой 1,5 м с входной дверцей. Не допускается установка агрегатов  в тамбурах камер.

  Фундаменты  воспринимают всю нагрузку от строительных конструкций, груза и оборудования и передают ее на грунт. Поэтому они должны быть прочными, долговечными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы; давление, оказываемое ими на грунт, не должно превышать расчетное.

     При строительстве холодильников применяют ленточные, отдельно стоящие и сплошные плитные 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.

  На  одноэтажных холодильниках применяют  колонны квадратного сечения 400 X 400 мм серии 1.420-4 или КЭ-01-49. Длину  колонны подбирают в соответствии с расположением верха стакана  фундамента на 250—300 мм ниже бетонной подготовки под изолированные полы, в которую  укладывают стержни для электрообогрева.

     Под колонны закладывают отдельно стоящие ступенчатые или пирамидальные фундаменты из железобетона. В фундаментах предусматривают гнезда — стаканы для установки сборных колонн. Под средние колонны принимают фундаменты квадратного сечения, а под пристенные — прямоугольного.

  Наружные  стены зданий холодильников следует  выполнять из железобетонных панелей, кирпича или естественных камней.

До последнего времени наиболее распространенным материалом для наружных стен одноэтажных холодильников был обыкновенный полнотелый глиняный кирпич пластического прессования. Поскольку наружные стены холодильников самонесущие, толщина кирпичной кладки обычно составляет 380 мм (полтора кирпича). Стена отстоит от внешней грани наружного ряда колонн каркаса на 250—500 мм. Для устойчивости стены крепят к колоннам с помощью анкеров в средней части колонны и вверху (там, где устанавливается балка покрытия).

Принимаю, что стационарные холодильные камеры размещены в одноэтажном здании без подвала. Высоту камеры принимаю 2,6 м. Загрузка товара осуществляется через  грузовую платформу. Так как система  централизованная, то машинное отделение  проектирую. При составлении камер  принимаю ширину дверей 0,9м.  
 
 
 
 
 
 

5.Определение  ёмкости камер.

         Ёмкость холодильника предприятий торговли и общественного  питания исчисляется в фактических  тоннах и складывается из ёмкости  отдельных камер хранения.

   Ёмкость камер определяют по формуле:

   Е_кам =F_стр –q_F,  т/м³,   [3]  с.318

где F_crp - строительная площадь камеры, м² (определяется по составленной планировке камер); q_F - норма загрузки 1 м² строительной площади камер, т/м². 

     Е_кам1=20*0,15=3 т/м;

     Е_кам2=8*0,2=1,6 т/м;

     Е_кам3=10*0,15=1,5 т/м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Подбор и расчет  тепловой изоляции  ограждения камер  хранения.

   Теплоизоляцию камер выполняют непрерывно по всему  периметру стен, потолка и пола (без тепловых мостиков). При разности между расчетными температурами  воздуха в охлаждаемых камерах 4°С и менее перегородки между камерами изготовляют без тепловой изоляции.

   При расчётной температуре воздуха  в камерах -2°С и выше полы на грунте допускается изготовлять без тепловой изоляции. При этом теплоизоляционный слой стен камеры или блока камер на 15 см ниже уровня пола. В располагаемых на пучинистых грунтах полах камер, расчётная температура в которых ниже - 2°С, делают устройства для подогрева грунта, предотвращающие деформацию полов и фундаментов.

   Для полов, стен и потолков охлаждаемых  камер используют несгораемые и  невлагоёмкие изоляционные материалы.

   Толщина слоя изоляции определяется по формуле:

,  м, [4] с.50

где     К_о - требуемый коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м² °С;

      α_н, α_в - коэффициент теплоотдачи наружной и внутренней поверхности

     ограждения, Вт/м² °С;

      δ_i - толщина отдельных слоёв ограждения (кроме изоляции), м;

      λ_из,  λ_i - коэффициенты теплопроводности слоёв ограждений, Вт/м °С;

        R^тр - термическое сопротивление термопередаче, м~ °С/Вт,

R₀^тp = 1/К₀^тр;

     R_из, R_B - термические сопротивление теплоотдаче со стороны наружной и внутренней стороны ограждения, м² °С/Вт.

     Если  толщина изоляции недостаточна, то температура поверхности ограждения со стороны помещения с более  высокой температурой может опуститься до температуры ниже точки росы и воздуха в этом помещении "t_p" и на поверхности ограждения выпадет конденсат в виде росы или инея.

     В качестве теплоизоляционного материала  для стен и перегородок принимаю рипор. Он не сгораем в огне, что удовлетворяет условие при выборе теплоизоляционного материала. Расчетный коэффициент теплопроводности – 0,03 Вт/мК.

     Для камер хранения принимаю присланные двери с изоляцией.  С целью  ликвидации «мостиков холода» слой тепловой изоляции выполняю непрерывным. Перед проведением расчета изоляционного слоя выбираю строительную изоляционную конструкцию наружных и внутренних стен и определяю суммарную термическое слоев. Полы распологаю на грунте, делаю его без терлоизоляции, так как температура в камере выше -2^оС. Теплопритоки считаю, разбивая пол на зоны по 2 м, начиная от наружней стены.

     Результаты  расчета изоляции оформляю в виде таблицы

     Таблица 3