Тепловой расчет охлаждаемых камер и подбор холодильного оборудования
Курсовая работа.
Тема: «Тепловой расчет охлаждаемых камер и подбор холодильного оборудования»
Дисциплина: «Холодильная техника и технология»
Выполнила: Блинова Т.Л. 631-ВП
Цель работы: рассчитать толщину теплоизоляции ограждений охлаждаемой камеры для хранения продовольственных товаров, величину теплопритоков и подобрать соответствующее холодильное оборудование.
Содержание работы и порядок ее выполнения
- Определить емкость и площадь охлаждаемой камеры.
- Составить предварительный эскиз плана камеры, с указанием размеров наружных и внутренних стен и их ориентации (север, юг, запад, восток).
- Принять высоту охлаждаемых помещений.
- Определить расчетную температуру и относительную влажность воздуха внутри камеры, в тамбуре и в смежных неохлаждаемых помещениях, а также температуру и влажность наружного воздуха.
- Выбрать строительно-изоляционные конструкции ограждений камеры, рассчитать и принять для каждой, из них толщину изоляции и уточнить соответствующим расчетом коэффициент теплопередачи ограждения.
- Произвести калорический расчет камеры.
- Выбрать холодильную машину.
- Рассчитать теплопроводящую поверхность и число испарительных батарей, размещаемых в холодильной камере.
- Расположить расчетное количество испарительных батарей по геометрии холодильной камеры.
Варианты и исходные данные для расчёта.
Начальная буква фамилии студента (номер варианта) |
Город |
Параметры наружного воздуха расчетные летние |
Поступление товара в камеру, кг/сутки |
Ориентация наружной стены | |
Рыбы и рыбных продуктов | |||||
Температура tнар, °С |
Относительная влажность φнар, % | ||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Б |
Архангельск |
27 |
63 |
610 |
В |
1. Определить емкость и площадь холодильной камеры.
E=G∙τхр, (1)
Е - емкость камеры, кг;
G - суточное поступление товара, кг/сутки;
τхр - допускаемый срок хранения товара, сутки.
E=610*4=2440
.\
Fгр = E /gf, (2)
Fгр - грузовая площадь камеры, м2;
gf - нагрузка на один квадратный метр грузовой площади камеры, кг/м2.
Fгр =2440/200=12,2
Fстр = Fгр ∙ βf, (3)
Fстр строительная площадь
βf - коэффициент увеличения площади камеры на проходы, проезды,
Fстр = 12,2*2,2=26,84
2. Эскиз плана холодильной камеры.
Ориентация стен камеры [м]:
"АБ"=3,7
"БВ"=7,25
"АД"=7,25
"ВГ"=2
"ГД"=1,7
- Высота холодильных камер h=3,2 м.
- Расчетная температуря наружного воздуха: tнар=27 °С
Относительную влажность воздуха: φнар =63%
Температура камеры: tкам =-2 °С
Относительная влажность воздуха в камере: φкам =95%
Температура воздуха в смежных неохлаждаемых помещениях:
tсмеж = tнар – 5 [°С] (5)
tсмеж =27-5=22 °С
Температура в тамбуре холодильной камеры:
tтам = tнар – 10 [°С] (6)
tтам =27-10=17 °С
Температура грунта под полом камеры
tгрунт = tнв – 10 [°С] (7)
tгрунт =27-10=17 °С
- Выбор строительно-изоляционных конструкций ограждений холодильной камеры:
Конструкция наружной стены.
1-штукатурка; 2-кирпичная кладка;
3-паро-гидроизоляция 4-
Конструкция внутренних стен и перегородок в тамбур
- - штукатурка; 2 - кирпичная кладка 3 - паро-гидроизоляция; 4 - тепловая изоляция
Конструкция покрытия.
1 — рулонная кровля, 2 — бетонная стяжка.
Конструкция неизолированного пола, расположенного на грунте, с теплоизоляционной подсыпкой вдоль стен холодильника.
1 — чистый пол, 2 — армированная бетонная стяжка, 3 — керамзитобетонная стяжка, 4 — теплоизоляция (керамзитовый гравий), 5 — гидроизоляция, 6 — бетонная подготовка, 7 — уплотнённый грунт со щебнем.
Расчет толщины теплоизоляции каждого вида ограждения и коэффициента теплопередачи для них.
Расчет толщины теплоизоляции
(8)
δиз - толщина теплоизоляции, м;
λиз — теплопроводность теплоизоляционного материала, Вт/(м • К);
К — коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2 • К);
m — коэффициент конструктивного качества теплоизоляционной конструкции ограждения,
m = 1,05 для теплоизоляции ПСБ-С,
δогр — толщина отдельных слоев строительной конструкции ограждения, м;
λогр — теплопроводность отдельных слоев строительной конструкции ограждения, Вт/(м • К) ;
α1, α2 — коэффициенты теплоотдачи по обе стороны стенки ограждения с внешней и внутренней соответственно, Вт/(м2 • К).
δ1,2,...,n - толщины определенных слоев строительных материалов конструкции данного вида ограждения, м
λ1,2,...,n - коэффициенты теплопроводности этих строительных материалов ограждения, Вт/м °С.
Наружная стена:
δиз = 0,04 * {(1/0,50)*1,05- [1/23,2 +0.02/0.88+0.64/0.85+0.008/0.2 +1/8]}
δиз = 0,04 * {2*1,05- [0.043 +0.023+0.753+0.04+0.125]}
δиз = 0,04 * {2.1 – 0.984}
δиз = 0,04 * 1.116=0.045
Внутренние стены:
δиз = 0,04 * {(1/0,56)*1,05- [1/23,2 +0.02/0.88+0.64/0.85+0.008/0.2 +1/8]}
δиз = 0,04 * {(1.79)*1,05- [0.043 +0.023+0.753+0.04+0.125]}
δиз = 0,04 * {1.88 – 0.984}
δиз = 0,04 * 0.896=0.0358
Принимаем толщину изоляции δиз = 0,05 [м]
После округления δиз определяем, чему станет равным действительный коэффициент данного ограждения Кд, так как δиз увеличилась
δиз - толщина принятого слоя теплоизоляции после округления, м.
Кд=1/[1/23.2+0.02/0.88+0.64/0.
Кд =1/0.043+0.023+0.753+0.04+1.25
Кд =1/2.109
Кд =0.47
В связи с возможными дефектами монтажа теплоизоляции и ухудшения ее качества под действием влаги при длительной эксплуатации камеры необходимо коэффициент Кд увеличить на 10%, то есть
Кр=1,1∙Кд , (11)
Кр - расчетный коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/(м2 °С).
Кр=1.1*0,47=0.517 [Вт/(м2°С)]
При расчетах по укрупнённым показателям допускается принимать значения рекомендованных коэффициентов теплопередачи для полов камер, расположенных на первом этаже, равным, Кусл =0,47 Вт/ (м2∙оС)
- Калорический расчет заключается в определения величины количества тепла, поступающего в камеру. Суммарный теплоприток в камеру определяется из уравнения
Qкам=Q1+Q2+Q3+Q4 , (12)
Q1 - теплоприток в камеру через ограждения, Вт;
Q2 - теплопритоки, поступающие с товарами и тарой, Вт;
Q3 - теплоприток, поступающий о воздухом в камеру при ее вентилировании, Вт
Q4 - эксплуатационные теплопритоки (освещение камеры, открывание дверей, пребывание людей и т.д.), Вт.
6.1. Определение Q1 производится по формуле
Q1=Q1'+Q1'' ,
Q1' - теплопритоки за счет теплопроводности ограждения и конвекции, Вт
Q1'' - теплопритоки за счет солнечной радиации, Вт.
Величину Q1' определяем по формуле
Q1'=F∙Kp∙ (t1-tкам) , (14)
F - поверхность, через которую происходит теплоприток, м2
Кр - расчетный коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/ м2 °С;
t1 - температура снаружи данного ограждения, °С;
tкам. - температура воздуха в камере, оС.
Для наружной стены АБ:
Q1'= 3.7*3.2*0,517*(27-(-2))
Q1'=11.84*0.517*29
Q1'=177.52 [Вт]
Для внутренних стен БВ; АД:
Q1'= 7.25*3.2*0,517*(27-(-2))
Q1'=23.2*0.517*29
Q1'=347.84 [Вт]
ВГ:
Q1'= 2*3.2*0,517*(27-(-2))
Q1'=6.4*0.517*29
Q1'=95.96 [Вт]
ГД:
Q1'= 1.7*3.2*0,517*(27-(-2))
Q1'=5.44*0.517*29
Q1'=81.56 [Вт]
Для потолочного бесчердачного покрытия:
Q1'=3.7*7.25*0.517*(27-(-2))
Q1'=26.84*0.517*29
Q1'=402.41[Вт]
Для пола:
Q1'=3.7*7.25*0.47*29
Q1'= 365.83[Вт]
Заметим, что Q1'' следует определять только для наружной стены и потолочного бесчердачного покрытия. Не рассчитывается Q1'' только для наружной стены, обращенной на север.
Q1" определяется по формуле
Q1''=kp∙Fc∙Δtc , (15)
Кр - расчетный коэффициент теплопередачи
данного ограждения, Вт/(м2°С);
Fc - поверхность ограждения, облучаемая солнцем, м2
Δtc - разность температур, обусловленная солнечной радиацией в летний период, °С.
Для наружной стены :
Q1''=0.517*11.84*8.5
Q1''=52.03[Вт]
Для потолочного бесчердачного покрытия:
Q1''=0.517*26.84*8.5
Q1''= 117.95[Вт]
Для пола:
Q1''=3.7*7.25*0.47*8.5
Q1''= 107.23[Вт]
Для наружной стены АБ :
Q1=177.52+52.03=229.55[Вт]
Для внутренних стен БВ; АД:
Q1=347.84 [Вт]
ВГ:
Q1=95.96 [Вт]
ГД:
Q1=81.56 [Вт]
Для потолочного бесчердачного покрытия:
Q1=402.41+117.95=520.36 [Вт]
Для пола:
Q1= 365.83+107.23=473.06 [Вт]
Результаты расчёта теплопритоков через ограждения.
Наименование ограждения |
Площадь ограждения, м2 |
Кр , Вт/(м2°С) |
t1 , оС |
tкам , оС |
Q1', Вт |
Q1'', Вт |
Q1 , Вт |
Наружная стена "АБ" |
11.84 |
0.517 |
27 |
-2 |
117.52 |
52.3 |
229.55 |
Внутренняя стена "БВ" |
23.2 |
0.517 |
27 |
-2 |
347.84 |
– |
347.84 |
Внутренняя стена "ВГ" |
6.4 |
0.517 |
27 |
-2 |
95.96 |
– |
95.96 |
Внутренняя стена "АД" |
23.2 |
0.517 |
27 |
-2 |
347.84 |
– |
347.84 |
Перегородка в тамбур "ГД" |
5.44 |
0.517 |
27 |
-2 |
81.56 |
– |
81.56 |
Перекрытие |
26.84 |
0.517 |
27 |
-2 |
402.41 |
117.95 |
520.36 |
Пол |
26.84 |
0.517 |
27 |
-2 |
365.83 |
– |
473.06 |
Итого |
2096,17 | ||||||
6.2. Определение Q2 :
Q2=(Gтов∙Cтов+Gт∙Cт)(tн-tк) , (16)
Gтов - условное количество товара, поступающего в камеру в 1 секунду, кг/с; Стов - теплоемкость товара, Дж/кг °С;
Gт - условное количество тары, поступающей в камеру в 1 секунду, кг/с;
Ст - теплоемкость тары, Дж/кг °С
tн - начальная температура, с которой товар и тара поступают в камеру, °С,
tк - конечная температура, которую принимает товар в камере, °С.
Условное количество товара, поступающего в камеру в 1 секунду:
G – суточное поступление товара, кг/cутки;
m – коэффициент, учитывающий срок хранения продуктов
Gтов =0.6*610/24*3600=0.00424 кг/с
Стов =3600 Дж/кг∙°С
Ст =600 Дж/кг∙°С
Gт =0.2*0.00424=0.000848 кг/с
tн =4°С
tк =0 °С
Q2=(0.00424*3600+0.000848*600)
6.3. Определение Q3 производятся только для камер с фруктами и зеленью, так как вентилируют только эти камеры.
6.4. Определение теплового потока Q4 , связанного с эксплуатацией холодильной камеры, принимают условно, как часть теплового потока Q1 , в зависимости от ее площади.
Для наружной стены АБ :
Q4 =0.2*229.55=45.91[Вт]
Для внутренних стен БВ; АД:
Q4 =0.2*347.84=69.568 [Вт]
ВГ:
Q4 =0.2*95.96=19.192 [Вт]
ГД:
Q4 =0.2*81.56=16.312 [Вт]
Для потолочного бесчердачного покрытия:
Q4 =0.2*520.36=104.072 [Вт]
Для пола:
Q4 =0.2*473.06=94.612 [Вт]
Результаты расчетов всех теплопритоков в холодильную камеру :
Наименование камеры |
F, м2 |
tкам, оС |
Q1 , Вт |
Q2 , Вт |
Q3 , Вт |
Q4 , Вт |
Qкам , Вт | ||
АБ |
11,84 |
-2
|
229.55 |
63,09
|
__
|
45,91 |
338,55 | ||
БВ |
23,2 |
347.84 |
69,568 |
480,498 | |||||
АД |
23,2 |
347.84 |
69,568 |
480,498 | |||||
ВГ |
6,4 |
95.96 |
19,192 |
178,242 | |||||
ГД |
5,44 |
81.56 |
16,312 |
160,962 | |||||
Потолочное бесчердачное покрытие |
26,84 |
520.36 |
104,072 |
657,522 | |||||
Пол |
26,84 |
473.06 |
94,612 |
567,672 | |||||
Итого |
2863,944 | ||||||||
7. Выбор холодильной машины
Необходимая холодопроизводительность машин:
Qo - холодопроизводительность машины, Вт;
b - коэффициент рабочего времени, bmax=0,75
φ - коэффициент, учитывающий теплоприток к холодильному агенту в коммуникациях холодильной машины, φ= 0,95-0,98.
Qo =2863,944/0,75*0,98=3896,522
По величине Q0 выбираем холодильную машину с равной или несколько большей холодопроизводительностью, чем величина Q0.
Холодопроизводительности холодильных машин.
Марка холодильн. машины |
ИФ-56М |
АКФВ-4М |
АКФВ-6 |
ХМВ1-6 |
ХМВ1-9 |
Холодопроизводительность при стандартном режиме, Вт |
3480 |
5336 |
6980 |
7000 |
10500 |
Охлаждение конденсатора |
воздуш. |
водян. |
водян. |
водян. |
воздуш. |
Fирсн, м2 |
10 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
8. Необходимая теплопередающая поверхность испарителей определяется по формуле
Fисп - теплопередающая поверхность всех испарителей камеры,
tкам - температура воздуха в камере, °С; .
t0 - температура кипения холодильного агента, °С;
Кисп - коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/м2 °С;
Для камер с естественной конвекцией Кисп.= 4-5 Вт/м2 °С
Разность температур: tкам - t0 = (10-12)°C.
Fисп = 3896,522/5*13=59,946
Число испарительных батарей:
n - количество батарей ИРСН;
Fирсн - площадь поверхности теплообмена одной батареи, м2
nбат=59.946/12.5=4.796=5
Вывод: в этой работе я рассчитала толщину теплоизоляции ограждений охлаждаемой камеры для хранения продовольственных товаров, величину теплопритоков и подобрала соответствующее холодильное оборудование.