Тепловой расчёт охлаждаемых камер и подбор холодильного оборудования

Российский  Экономический Университет

имени Г. В. Плеханова 
 
 
 

Кафедра "Технологические машины и оборудование". 
 
 

Курсовая  работа «Тепловой расчёт охлаждаемых  камер и подбор холодильного оборудования»  по дисциплине «Холодильная техника  и технология». 
 
 
 
 

                                      Выполнила: студентка 3 курса группы 631-ДП

                                          Володина О. А.

                                                 Руководитель: профессор, к.т.н.

                                                                    Большаков С. А.

Москва 2010

1. Определение емкости и площади холодильной камеры.

E=G∙τ_хр,                          

где Е - емкость  камеры, кг;

G - суточное поступление  товара, кг/сутки (табл. 1);

τ_хр - допускаемый срок хранения товара, сутки(табл. 2).

Е = 200*4 = 800 кг.

Таблица 1

                  Варианты и исходные данные для расчёта.

  Таблица 2

  Нормы нагрузки, сроки и  режимы хранения продуктов  в охлаждаемых  камерах предприятий торговли.

F_гр = E /g_f,

где F_гр - площадь камеры, м²;

g_f - нагрузка на один квадратный метр грузовой площади камеры, кг/м² (табл. 2).

F_гр = 800 /100 = 8 м² .

F_стр = F_гр ∙ β_f,

где β_f - коэффициент увеличения площади камеры на проходы, проезды, отступы от стен, колонн, величина которого выбирается в зависимости от размера грузовой площади F_гр (табл. 3).

F_стр = 8 * 2,2 = 17,6 м².

Таблица 3

                    Коэффициент увеличения площади холодильной камеры β_f.

2. Эскиз холодильной  камеры в масштабе 1:50.

АБ = 4 м,

БВ = АД = 4,27 м,

ВГ = ГД = 2 м,

БВ/АБ = 4,27 /4 = 1,07,

Ширина дверей холодильной камеры и тамбура 1,5 м.

    А                                                                                                         Б

                                         Охлаждаемая камера

    Д                                                   Г                                                   В

                            Тамбур                       Холодильная машина 

3. Высота  холодильной камеры на предприятии  h = 3 м.
4. Температура воздуха в смежных неохлаждаемых помещениях принимается ниже расчетной температуры наружного воздуха в данном городе на 5°С

t_смеж = t_нар – 5 [°С],

t_смеж= 34 -5  = 29 °С.      

Температура в  тамбуре холодильной камеры принимается  на 10°С ниже расчетной

t_там = t_нар – 10 [°С],

t_там = 34 -10 = 24 °С.

Температура грунта под полом камеры на 10°С ниже  расчетной

t_грунт = t_нар – 10 [°С],

t_грунт = 34 -10  = 24 °С.

5. Выбор строительно-изоляционных конструкций ограждений холодильной камеры, расчет толщины теплоизоляции каждого вида ограждения и коэффициента теплопередачи для них.

Таблица 4

Вид и толщина ограждений в зависимости  от географического  местоположения предприятия.

Расчет толщины  теплоизоляции производится по формуле 

где δ_из - толщина теплоизоляции, м;

λ_из — теплопроводность теплоизоляционного материала, Вт/(м • К). В настоящее время в качестве теплоизоляционного материала при строительстве холодильников чаще всего применяют пенополистирол марки ПС-БС с коэффициентом теплопроводности λ_из = 0,04 Вт/(м² • К);

К — коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м² • К), (табл. 5);

m — коэффициент  конструктивного качества теплоизоляционной  конструкции ограждения, m = 1 для заливочной и напыляемой теплоизоляции, m = 1,05 для теплоизоляции ПСБ-С, m = 1,1 для минераловатных плит и подобных материалов;

δ_огр — толщина отдельных слоев строительной конструкции ограждения, м;

λ_огр — теплопроводность отдельных слоев строительной конструкции ограждения, Вт/(м • К) (табл. 6);

α₁, α₂ — коэффициенты теплоотдачи по обе стороны стенки ограждения с внешней и внутренней соответственно, Вт/(м² • К) (табл. 7). 

  ,                                

где δ_1,2,...,n - толщины определенных слоев строительных материалов конструкции данного вида ограждения, м (рис.1, 2 и 3, табл. 4);

λ_1,2,...,n  - коэффициенты теплопроводности этих строительных материалов ограждения, Вт/м *К (табл.6).

Толщины отдельных  слоёв ограждений рекомендуется  принимать:

- δ штукатурки - 0,02 м;

- δ битумного слоя (паро-гидроизоляция) - 0,008м;

- δ бетонной подготовки - 0,03 м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Таблица 5

   Коэффициент теплопередачи ограждений.

   Таблица 6

Коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м • К).

Таблица 7

Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² ∙ К).

1. Расчёт толщины теплоизоляции для наружной стены.

Рис.1  Конструкция наружной стены. 1-штукатурка; 2-кирпичная кладка (железобетонная плита, бетонный блок); 3-паро-гидроизоляция; 4-тепловая изоляция. 

а) При t_кам= 0 ^оС

δ_из = 0,04 [1/0,40 *1,05 – (1/23,2 + ∑(0,02 /0,88 + 0,26 / 1,2 + 0,02 /0,88 + 0,008 / 0,2 + 0,02 /0,88 )+ 1/9,3] = 0,080972 м.

      Промышленность  выпускает пенополистирол стандартными плитами толщиной 0,025 м, 0,05 м, 0,1 м. Полученную при расчете толщину слоя теплоизоляции округляем в большую сторону до значения стандартной толщины плиточного теплоизоляционного материала. Искомая толщина изоляции может быть получена сложением отдельных стандартных слоёв изоляционного материала.

   0,1м (1 слой – 0,1м).

  После округления δ_из определяем, чему станет равным действительный коэффициент данного ограждения К_д, так как δ_из увеличилась.

      ,        

где δ_из  - толщина принятого слоя теплоизоляции после округления, м.

К_д = 1/(1/23,2 + ∑(0,02 /0,88 + 0,26 / 1,2 + 0,02 /0,88 + 0,008 / 0,2 + 0,02 /0,88) + 0,1 /0,04)  = = 0,35 Вт/(м² • К).

  В связи с возможными дефектами монтажа теплоизоляции и ухудшения ее качества под действием влаги при длительной эксплуатации камеры увиличиваем коэффициент К_д на 10%, то есть

К_р=1,1∙К_д ,              

где К_р - расчетный коэффициент  теплопередачи данного ограждения, Вт/(м² *К).

К_р = 1,1 * 0,35 = 0,39 Вт/(м² • К).

2. Расчёт толщины теплоизоляции для внутренней стены и перегородки в тамбуре.

Рис. 2. Конструкция внутренних стен и перегородок  в тамбур.1 - штукатурка; 2 - кирпичная кладка (железобетонная плита, бетонный     блок);      3 - паро-гидроизоляция; 4 - тепловая изоляция

а) При t_кам= 0 ^оС

δ_из = 0,04 [1/0,58 *1,05 – (1/8 + ∑(0,02 /0,88 + 0,26 / 1,2 + 0,02 /0,88 + 0,008 / 0,2 + 0,02 /0,88 )+ 1/9,3] = 0,05 м.

0,05м (1 слой  – 0,5 м).

К_д = 1/(1/8 +∑(0,02 /0,88 + 0,26 / 1,2 + 0,02 /0,88 + 0,008 / 0,2 + 0,02 /0,88 )+ 0,05/0,04) = 0,58 Вт/(м² • К).

К_р = 1,1 * 0,58 = 0,64 Вт/(м² • К).

3. Расчёт толщины теплоизоляции для перекрытия.

Рис. 3. Конструкция междуэтажного перекрытия и покрытия.  а) междуэтажное перекрытие:

1 - чистый пол, 2 - бетонная стяжка, 3 - железобетонная плита, 4 - штукатурка, 5 - гидроизоляция,

6. - теплоизоляция; б) покрытие: 1 - рулонная кровля, 2 - бетонная стяжка.

а) При t_кам= 0 ^оС

δ_из = 0,04 [1/0,35 *1,05 – (1/23,2 + ∑(0,008 /0,3 + 0,04 / 1,2 + 0,28/1,5 + 0,02 /0,88 + 0,008 / 0,2 + 0,02 /0,88 )+ 1/9,3] = 0,1 м.

0,1 м (1 слой  – 0,1 м).

К_д = 1/(1/23,2 +∑(0,008 /0,3 + 0,04 / 1,2 + 0,22/1,5 + 0,02 /0,88 + 0,008 / 0,2 + 0,02 /0,88)+ 0,1/0,04) = 0,35 Вт/(м² • К).

К_р = 1,1 * 0,35 = 0,39 Вт/(м² • К).

4. Расчёт толщины теплоизоляции для пола.

    При расчетах по укрупнённым показателям  допускается принимать значения рекомендованных коэффициентов теплопередачи для полов камер, расположенных на первом этаже, равным 0,47 Вт/ (м²∙К).

6. Калорический расчет (определение величины количества тепла, поступающего в камеру).

Q_кам=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄ ,                      

где Q_{кам  -} суммарный теплоприток в камеру,Вт;

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.

1. Определение  Q_1.

Q₁=Q₁'+Q₁'' ,                              

где Q₁' - теплопритоки за счет теплопроводности ограждения и конвекции, Вт

Q₁'' - теплопритоки за счет солнечной радиации, Вт.

Q₁'=F∙K_p∙ (t₁-t_кам) ,                  

где F - поверхность, через которую происходит теплоприток, м²

К_р - расчетный коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/ м² °С;

t₁ - температура снаружи данного ограждения, °С;

t_кам. - температура воздуха в камере, ^оС.

Q₁'' следует определять только для наружной стены и потолочного бесчердачного покрытия. Не рассчитывается Q₁'' только для наружной стены, обращенной на север.

Q₁''=k_p∙F_c∙Δt_c ,                            

где К_р - расчетный коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/(м²°С);                                                          

F_c  - поверхность ограждения, облучаемая солнцем, м²

Δt_c - разность температур, обусловленная солнечной радиацией в летний период, °С (табл.9).

Таблица 8

Значения  разности температур Δt_c .

   Полученные  данные по расчету Q₁ представлены в табл. 10.

Таблица 9

Результаты  расчёта теплопритоков  через ограждения.

2. Определение Q₂.

Q₂=(G_тов∙C_тов+G_т∙C_т)(t_н-t_к) ,             

где G_тов - условное количество товара, поступающего в камеру в 1 секунду, кг/с;

С_тов - теплоемкость товара, Дж/кг °С (для рыбы 3600 Дж/кг °С);

G_т    - условное количество тары, поступающей в камеру в 1 секунду, кг/с;

С_т   - теплоемкость тары, Дж/кг °С (для пластмассы 400-600 Дж/кг °С)

t_н   - начальная температура, с которой товар и тара поступают в камеру, °С ( на 4-6°С выше температуры его хранения в камере),

t_к   - конечная температура, которую принимает товар в камере, °С (на 1-2°С выше температуры воздуха в камере).

,                            

где G – суточное поступление товара, кг/cутки;

m – коэффициент, учитывающий срок хранения продуктов.

   Таблица 10

   Значения  коэффициента m.

   G_тов = 0,6 * 200/24*3600 = 120/86400 = 0,0014 кг/с.

   Условное  количество тары, поступающей в камеру в 1 секунду, принимаем в зависимости  от материала тары и условного количества товара. Для металлической, деревянной и пластмассовой тары G_т= 0,2G_тов

   G_т = 0,2 * 0,0014= 0,00028 кг/с.

   Q₂ = (0,0014*3600 + 0,00028*500)(5-2) = 15,54 Вт.

3. Q₃ производятся только для камер с фруктами и зеленью, так как вентилируют только эти камеры.
4. Определение Q_4.

Q₄ = 0,3 *Q₁ = 0,3 * 1370,64 = 411,192 Вт.

5. Результаты расчётов всех теплопритоков (табл. 11)