Расчет холодоснабжения

Новокузнецкий тогово-экономический техникум Контрольная работа №

Вариант 79

По Холодильному оборудованию Расчет холодоснабжения.

Учащегося

5 курса, специальности техническая эксплуатация оборудования Кузьмин Павел Витальевич Шифр КМСС-79

Группа МСз-10−1

Исходные данные

Из таблицы № 2 методических указаний (МУ) выбираю:

температуру в камере = +3°С, согласно первой цифре номера варианта (7);

№ камеры = 3 и индекс города = 10, согласно второй цифре номера варианта (9).

Из таблицы 13 МУ, согласно ранее полученному индексу выбираю:

город = Новосибирск;

Географическая широта = 56°;

Летняя температура = 30 °C;

Среднегодовая температура = -0.1°С;

Относительная влажность = 56%;

Продукт = Молочно жировые продукты, срок хранения = 1−3 дня, влажность воздуха в камере = 85% - по таблице 23 МУ, согласно температуры камеры.

План холодильных камер

По рисунку 1 размер камеры № 3 составляет 3х5,7 метров. Высоту этажа принимаю 3,3 метра.

Состав строительно-изоляционных конструкций будет следующим:

Толщину слоя (д) и коэффициент теплопроводности (л) выбиарю из таблицы 14 МУ.

Толщина теплоизоляционного слоя не указана, т.к. будет в дальнейшем рассчитана.

Расчет толщины слоя теплоизоляции

Определяем толщину слоя теплоизоляции стен, перегородок, покрытия по формуле :

(1)

Где _из — расчетная толщина слоя теплоизоляции, м

_из — коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, Вт/(м. К);

k_о — требуемый коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2. К);

_н — коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения, Вт/(м2. К);

_i — толщина отдельного слоя конструкции ограждения, м;

_i — коэффициент теплопроводности отдельного слоя конструкции ограждения, Вт/(м. К);

_в — коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны ограждения, Вт/(м2. К).

В камере планируется установить воздухоохладители, поэтому _в принимается 22,7 Вт/м²К.

Для перегородки «b'» (смежная с тамбуром) _н =9,4 Вт/м²К.

Для наружной стены «c» и перекрытия _н =34,1 Вт/м²К. Для остальных _н =22,7 Вт/м²К.

_н и _в находятся по таблице 15 МУ.

k_о выбираю для наружных стен и покрытий по таблице 16 МУ, для перегородок и внутренних стен по таблице 18 МУ. Если точное совпадение отсутствует, то произвожу интерполяцию по двум ближайшим: Расчет k_о для стены «с». 0,52 соответствует 0 °C; 0,58 — +4°С; т. о. для +3°С:

k_о =0,58-(0,58−0,52)/(4−0)=0,58−0,06/4=0,58−0,015=0,565 Вт/(м²К).

Для остальных стен нахожу по аналогии, полученные результаты свожу в таблицу.

Рассчитываю требуемую толщину изоляции для стены «с» по формуле 1:

_из=0,047[1/0,565-(1/34,1+(0,006/1,05+0,02/0,21+0,003/0,47+0,02/0,21+0,4/1,7+0,02/0,21)+1/22,7)]=0,047(1,77-(0,029+0,533+0,044)=0,047(1,77−0,606)=0,047*1,164=0,0547 м.

Для остальных ограждений толщину изоляции рассчитываю аналогично, результаты заношу в таблицу.

Исходя из того, что фактическая изоляция должна быть не менее расчетной, принимаю ближайшее большее значение из толщин выпускаемых плит: 100 мм = 0.1 м.

Фактический коэффициент теплопередачи ограждений считаю по формуле:

(2)

где _{из. д}. — принятая толщина изоляционного слоя, м.

Приводится расчет для стены «c»:

Кд=1/(1/34,1+(0,006/1,05+0,02/0,21+0,003/0,47+0,02/0,21+0,4/1,7+0,02/0,21)+1/22,7+0,1/0,047)=1/(0,029+0,533+0,044+2,128)=½, 734=0,366 Вт/(м². К) Для остальных ограждений считаю по аналогии, результаты свожу в таблицу.

Сводная таблица к расчету теплоизоляционных слоев

Калорический расчет

Q₁=Q₁`+Q<sub>1</sub>`` - суммарные теплопритоки через ограждения складываются из теплопритоков за счет разности температур (Q<sub>1</sub>`) и теплопритоков от солнечной радиации (Q₁``).

Теплопритоки разности температур рассчитываются по формуле:

(3)

где Q₁` - теплопритоки через ограждения, обусловленные разностью температур, Вт;

Кд — действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м². К);

F — площадь соответствующего ограждения, м²;

t_н — температура снаружи ограждения, °С;

t_в — температура внутри охлаждаемого помещения, °С;

Для определении площадей поверхностей ограждений используются размеры с учетом возникающих тепловых мостов. То есть высота определяется как полная высота этажа = 3,3 м; Длины стен: «a"=3,1; «b"=2,15; «b`"=3,6; «c"=3,1; «d"=5,75 м. Площадь перекрытия 3,1*5,75 м.

Теплоприток через пол не учитывается.

Для стены «c» Q₁` = 0,366*10,23*(30−3)=0,366*10,23*27=101,1 Вт.

Для остальных ограждений рассчитываю по аналогии, результаты свожу в таблицу.

Теплопритоки от солнечной радиации определяю по формуле:

(4)

где Q₁`` - теплопритоки от солнечной радиации, Вт;

Кд — действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м². К);

F — площадь соответствующего ограждения, облучаемая солнцем, м²;

t_с — избыточная разность температур в летнее время, °С;

t_с определяю по таблице 5 интерполяцией из 2-х ближайших значений.

Стена «с» имеет северную ориентацию, t по широте 50° =2,5; 60° = 2,6.

Для широты 56° t_с =(2,6−2,5)/(60−50)*6+2,5=2,56 °С

t_с крыши по широте 50° = 9,9; 60° = 9,3.

Для широты 56° t_с крыши = (9,9−9,3)/(60−50)*4+9,3=9,54 °С Для стены «с» Q₁`` = 0,366*10,230*2,56 = 9,6 т Вт.

Для перекрытия считаю аналогично, полученные данные свожу в таблицу.

Сводная таблица расчетов теплопритоков через ограждения.

Принимаю Q₁=575 Вт.

Тепловая нагрузка от обменной вентиляции не рассчитывается в виду отсутствия таковой. холодильная машина воздухоохладитель теплоприток

Тепловая нагрузка при термообработке продуктов

Теплоприток от продуктов определяется по формуле:

(5)

где Q₂— теплопритоки от продуктов и тары, Вт;

М_сут— суточный грузооборот товара, тонн/сутки;

c, c_т— удельная теплоемкость продуктов и тары, кДж/(кг*К);

М_т — поступление тары, т в сутки;

t_н, t_к— температура до и после холодильной обработки, °С;

1000*1000 — переводной коэффициент (из т в кг и кДж в Дж);

24*3600 — переводной коэффициент (из суток в часы и секунды);

М_сут — для молочной продукции при сроках хранения 1−3 суток берется 100% ёмкость камеры.

Ёмкость камеры считается:

E=F*q_Fстр,

где F — площадь камеры с учетом потерь на теплоизоляцию, то есть 2,8*5,5м=15,4 м²;

q_Fстр — норма нагрузки на 1 м² площади камеры (выбираю по таблице 22).

М_сут =E=15,4*170=2618кг=2,618 т;

М_т принимаю для картонной тары = 10% М_сут =0,2618 т;

c подбираю по таблице 19 = 3,94 кДж (кг*К);

с_т для картона составляет 1,46 кДж (кг*К);

t_н с учетом самых неблагоприятных условий беру 10 °C;

t_к = 3 °C.

Q₂ = (2,618*3,94+0,2618*1,46)*(10−3)*10⁶/(24*3600)=(10,31 492+0,38 228)*7*10⁴/864=74,8804/864*10⁴=866,67 Вт.

Принимаю Q₂=867 Вт.

Расчет эксплуатационных теплопритоков

Эксплуатационные теплопритоки (Q₄) складываются из теплопритоков в связи с открыванием дверей для загрузки и выгрузки камеры (Q_инф), нагревом от ламп освещения (Q_осв), теплом присутствующего в камере персонала (Q_перс) и теплом, выделяемым вентиляторами и тэнами оттайки воздухоохладителей (Q_возд): Q₄=Q_инф+Q_осв+Q_перс+Q_возд

(6)

Где Q_инф — тепловая нагрузка вследствие открывания дверей, кВт;

А — площадь дверного проема = 1,2*2,2=2,04 м²;

Н — высота дверного проема = 2,2 м;

Qs/А — удельный теплоприток на единицу площади дверного проема, подбираю значение по рисунку 10. =1,4кВт/м²;

Rs — параметр характеризующий отношение теплопритока за счет более высокого теплосодержания свежего воздуха к полному теплопритоку с учетом влажности окружающей среды и влажности в камере (определяется из таблиц 9 и 10) = 0,77;

D_t — коэффициент, учитывающий время, когда в течение суток дверь остается открытой;

D_f — коэффициент, учитывающий характер воздушного потока в дверном проеме. По разности температур камеры и тамбура (10−3=7°С) подбираю значение = 1,1;

Е — степень эффективности защитного устройства (завесы) дверного проема=0, т.к. в текущем случае защита на дверь не используется.

Коэффициент D_t определяется по формуле:

(7)

Где n — ежесуточное число проходов через дверной проем. Рассчитывается как n=М_сут/50кг*2*20%=2618/50*2*0,2=20,944 — принимаю ближайшее большее чётное: 22;

t1_откр — время открывания /закрывания двери, с, при каждом проходе;

t2_откр — время, минуты, в течение суток, когда дверь остается открытой.

Значение t1откр для обычных дверей, открываемых и закрываемых с помощью шнурка равно приблизительно 25 секундам, а для высокоскоростных дверей находится в пределах от 10 до 15 секунд, принимаю значение 25сек.

Время t2откр определяется по формуле

t2_откр =V_открМ_сут, где

Vоткр — средняя продолжительность времени, в течение которого дверь остается открытой для загрузки (выгрузки) товара, мин/тонну (таблица 8) = 0,8;

t2откр = 0,8*2,618=2,0944 мин.

D_t=(22*25+60*2,0944)/86 400=675,664/86 400=0,782

Q_инф=0,577*2,04*2,2^½*1,4*(1/0,77)*0,782*1,1=0,577*2,04*1,48*1,4*1,2987*0,782*1,1=0,27 246кВт=27,246 Вт.

В общем случае тепловая нагрузка от освещения Q_осв рассчитывается по формуле:

(8) где

Q_осв — тепловая нагрузка от освещения, Вт;

n — число светильников принимаю = 2 шт.;

P — мощность каждого светильника, Вт, включая мощность стартера для люминесцентных ламп с горячим катодом = 40 Вт;

t — ежедневное время работы светильников, час/сутки 2−3 часа, принимаю=3ч;

24 — число часов в сутках.

Q_осв =2*40*3/24=10 Вт.

Тепловая нагрузка, обусловленная присутствием персонала Q_перс, рассчитывается по формуле:

(9)

Где Q_перс — тепловая нагрузка, обусловленная присутствием персонала, Вт;

n — число сотрудников, работающих в холодильной камере=1;

q_перс — количество тепла, выделяемое в единицу времени одним человеком при средней активности. По таблице 11 МУ нахожу ближайшие значения и интерполирую: 270-(270−240)/(5−0)*3= 252Вт;

t — длительность ежедневного пребывания одного сотрудника в холодильной камере, час/сутки. Принимаю максимальное из расчета 2−3 часа = 3 часа в сутки;

24 — число часов в сутках.

Q_перс =1*252*3/24=31,5 Вт.

В современных холодильных камерах с целью обеспечения эффективного перемешивания и хорошей циркуляции воздуха внутри камер все испарители оборудуются вентиляторами. Каждый вентилятор имеет электродвигатель, который выделяет тепло, добавляющееся к теплу, выделяемому другими источниками. Системы оттаивания могут быть различной конструкции, но как правило речь идет об оттаивании с помощью электронагревателей, тогда нагрузка определяется:

(10)

Где n₁ — число электродвигателей вентиляторов;

P₁ — мощность вентилятора, Вт;

ф_вен— ежедневная продолжительность работы вентиляторов, час/сутки (ф_вен = ф_р);

0,3- коэффициент, учитывающий долю тепла электронагревателей оттайки, идущую на увеличение нагрузки на камеру. Этот коэффициент следует учитывать в случае работы вентиляторов в процессе оттайки, в противном случае он равен 0;

n₂ — число электронагревательных элементов;

P₂ — тепловая мощность каждого ТЭНа, Вт;

ф _отт— ежедневная продолжительность оттаивания, час/сутки ;

ф _р — ежедневная продолжительность работы холодильной установки, час/сутки;

К расчету принимаем: n₁, P₁, n₂, P₂ — по техническим характеристикам, ф_вен, ф_отт, ф _р — по таблице 12.

ф_вен = ф_р =21ч;

ф_отт = 1 ч;

Пока на выбрана холодильная система, считаю значение Q_воздух с 2 вентиляторами по 80 Вт, нагрев от тэнов оттайки не учитываю.

Q_воздух=2*80*21/21=2*80=160 Вт.

Эксплуатационные теплопритоки составят:

Q₄= Q_инф+Q_осв+Q_перс+Q_возд =27,3+10+31,5+160=229 Вт.

Получаю суммарные теплопритоки:

Q=Q₁+Q₂+Q₄=575+867+229=1671 Вт.

Таблица расхода холода

Выбор холодильной машины и испарителей

Холодопроизводительность машины при рабочих условиях определяем по формуле:

(11)где

Q_{0 раб} — холодопроизводительность машины при рабочих условиях, Вт;

— коэффициент, учитывающий теплопритоки в трубопроводах;

Q — суммарные теплопритоки на компрессор, Вт;

b — коэффициент рабочего времени.

К расчету принимаем: = 1,07; Q = 1671 Вт; b = 0,7.

Q_{0 раб} =1,07*1671/0,7=2554 Вт.

Выбор расчетного режима

Температура кипения (T₀) как правило, на 6−10° ниже температуры в камере:

T₀=+3−10=-7°C.

Температура конденсации (Т_к) на 5−10° выше выходящего из конденсатора воздуха, который в свою очередь, проходя через конденсатор нагревается на 5−10°С. Так как планируется использование сплит-системы (моноблоки на такой объём камеры=2,68*2,8*5,5=41,3 м³ подобрать сложно), то для расчета Т_к принимаю температуру машинного отделения:

Т_к=24+10+10=44°С.

Температура всасывания (Т_вс) рассчитывается для агрегата без теплообменника и будет на 5−8°С выше температуры кипения:

Т_вс=-7+8=+1°С Переохлаждение для агрегата без теплообменника принимаю =7°.

Строю цикл для хладагента R404:

Рис. 6 Цикл холодильной машины.

Данные построения заполняю в таблицу.

Сводная таблица параметров холодильного агента.

Выбор холодильной машины

Считаю рабочую производительность машины при стандартных условиях по формуле:

(12)

Где Q_ост — стандартная холодопроизводительность машины, Вт;

Q_о раб — действительная холодопроизводительность, Вт;

_ст, _раб — коэффициенты подачи для стандартных и рабочих условий;

q_vст, q_vраб — объемная холодопроизводительность для стандартных и рабочих условий, кДж/ м3.

_ст = 0,76

_раб определяется по графику подачи Отношение давлений =2,1/0,48=4,37

_раб = 0,8

q_vст = 2000

Рис. 7 График подачи для R404A

q_vраб определяю по формуле:

(13)

где q_v раб — объемная холодопроизводительность для рабочих условий, кДж/м³ ;

h<sub>1`</sub>, — энтальпия в точке 1`, кДж/кг;

h₄ — энтальпия в точке 4, кДж/кг;

V₁ — удельный объем в точке 1, м³/кг;

h_1` = 364; h₄ = 262; V₁ = 0,044;

q_v раб = (364−262)/0,044 = 102/0,044 = 2318 кДж/м³

Q_ост = 2554*(0,76*2000)/(0,8*2318)=2554*1520/1854,4=2093 Вт.

По каталогу выбираю сплит-систему Polair SM337 SF

Подбор и распределение воздухоохладителей

Потребную площадь теплопередающей поверхности испарителей в камере определяем по формуле:

(14)

Где F_и — потребная площадь испарителей (воздухоохладителей) в камере, м² ;

Q_обор — нагрузка на камерное оборудование, равная теплопритоку в данную камеру, Вт;

K_и — расчетный коэффициент теплопередачи испарителя (воздухоохладителей), Вт/(м² К);

— расчетная разность температур между воздухом и агентом, °С.

Q_обор = 1671 Вт; K_и = 13; = 8 °C;

F_и = 1671/(13*8)=16 м²

У воздухоохладителя, поставляемого в комплекте с сплит-системой Polair SM337 SF площадь испарителя составляет 17,8 м², что сопоставимо с расчетными данными.

В испарителе используется 1 вентилятор мощностью 102 Вт и тэн оттайки мощностью 300 Вт Пересчитываю Q_возд= (1*102*21+0,3*1*300*1)/21=(2142+90)/24=93 Вт.

Пересчитываю Q₄=27,3+10+31,5+93=162 Вт.

Пересчитываю суммарный теплоприток Q=575+867+162=1604 Вт.

Пересчитываю холодопроизводительность в рабочих условиях Q_{0 раб} =1,07*1604/0,7= 2452 Вт.

Пересчитываю рабочую производительность машины Q_ост=2452*1520/1854,4=2009 Вт.

Итоговое число не критично отличается от ранее рассчитанного.

Холодильная установка Polair SM337 SF.

1. О. А. Цуранов; А. Г. Крысин «Холодильная техника и технология" — М.: 2004 г.

2. Зеликовский И. Х. Каплан Л.Г. Справочник «Малые холодильные машины и установки». — М.: Пищевая промышленность, 1980.

3. Канторович В. И., Свищев В. В., Ямпольский Е. Г. «Лабораторные работы по холодильным установкам». — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

4. Курылев Е. С., Герасимов Н. А. «Холодильные установки». — М.: Машиностроение, 1980.

5. Мальгина Е. В., Мальгин Ю. В., Суедов В. П. «Холодильные машины и установки». — М.: Пищевая промышленность, 1980.

6. Улейский Н. Т.; Улейская Р. И. «Холодильное оборудование». — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2000.

7. Ужанский В. С.; Каплан Л. Г. «Холодильная автоматика». — М: Пищевая промышленность, 1971

8. Методические указания к дипломному проектированию для учащихся техникумов по специальности 150 413. Раздел 7. Расчет холодоснабжения. Утвержден на заседании ЦМК протокол № 7 от 4 марта 2002 г.

9. Каталог оборудования ОАО «ПОЛАИР», 2011 г.