Тепловой баланс охлаждаемых помещений, системы охлаждения холодильных камер, способы отвода теплоты от потребителя холода

Тепловой баланс охлаждаемого помещения.Тепловой баланс достигается при равенстве теплопритока в охлаждаемое помеще­ние Q_T и теплоотвода Q_o, т.е. при Q_T = Q_o.

При этом в помещении устанавливается определенная темпе­ратура t_p, называемая равновесной.

Уравнение теплового баланса можно записать так, Вт:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ = Q₀,

где Q₁ — теплоприток через ограждения помещения, возникаю­щий в результате разности температур с обеих сторон ограждения и под воздействием солнечной радиации; Q₂ — теплоприток от грузов при их охлаждении и замораживании; Q₃ — теплоприток с наружным воздухом при вентиляции помещения; Q₄ — теплопри­ток, обусловленный эксплуатацией помещения; Q₅ — теплоприток от продуктов растительного происхождения, возникающий в результате их дыхания.

Теплопритоки непостоянны во времени. Наибольшую долю в тепловом балансе составляют теплопритоки Q₁ и Q₂. Теплоприто­ки Q₁ и Q₃ повторяют динамику изменения температуры наруж­ного воздуха, и их максимум приходится на самый жаркий пери­од года. Изменение Q₂ зависит от графика поступления грузов на холодильник. При значительных колебаниях тепловой нагрузки в течение суток иногда приходится строить графики теплопритоков за сутки и также выбирать расчетный период.

Различают расчетные нагрузки на компрессор и на камерное оборудование.

Производительность компрессора следует выбирать равной мак­симуму суммы теплопритоков в обслуживаемые помещения, хотя максимальная нагрузка каждой из обслуживаемых холодильных камер может быть разной, т.е. может не совпадать со временем максимальной нагрузки других камер.

Теплоприток Q₄, обусловленный эксплуатацией помещений, — это суммарные теплопритоки от электрического освещения, рабо­тающих электродвигателей, людей, а также открывания дверей.

Теплоприток от продуктов растительного происхождения Q₅ определяют с учетом теплоты дыхания плодов и овощей во время охлаждения и хранения.

По суммарным теплопритокам для каждого отдельного поме­щения определяют нагрузку на камерное оборудование (Q_об, необ­ходимую площадь поверхности приборов охлаждения (тепловую нагрузку испарителей), систему воздухораспределения в каждой камере.

Системы охлаждения холодильных камер.Системы подразделя­ют по следующим признакам:

виду охлаждающей среды и способу распределения рабочего вещества по объектам охлаждения — на системы непосредствен­ного охлаждения (безнасосные и насосно-циркуляционные) и си­стемы охлаждения с промежуточным хладоносителем (открытого и закрытого типов);

способу размещения основного оборудования — на системы централизованного или децентрализованного охлаждения.

В зависимости от условий отвода теплоты от охлаждаемых объек­тов и продуктов эти системы подразделяют на системы с контакт­ным и бесконтактным охлаждением.

В системах непосредственного охлаждения теплота от объектов отводится непосредственно холодильным агентом, протекающим в приборах охлаждения, которые одновременно выполняют роль испарителя холодильной машины и располагаются в охлаждае­мых помещениях. При этом агрегатное состояние холодильного агента в таких приборах изменяется (он кипит).

Безнасосные системы охлаждений подразделяют на прямоточ­ные и с отделителем жидкости. В прямоточных системах жидкий холодильный агент подается под действием разности давлений конденсации и кипения. Для обеспечения безопасной и устойчи­вой работы компрессора необходимо, чтобы в него поступал пе­регретый пар. Для этого количество холодильного агента, подава­емое в приборы охлаждения, должно соответствовать тепловой нагрузке Q_o.

Прямоточные системы используют лишь на малых холодиль­ных установках, преимущественно на хладоновых.

Насосно-циркуляционные системы применяют преимуществен­но на крупных холодильных установках. В этих системах жидкий холодильный агент в приборы охлаждения подается под давлени­ем, создаваемым насосом.

В прямоточной системе с нижней подачей жидкого холодиль­ного агента в приборы охлаждения используют вертикальные цир­куляционные ресиверы, выполняющие одновременно функции отделителя жидкости.

Применяют также системы с верхней подачей жидкости в при­боры охлаждения. Такая система наряду с определенными пре­имуществами (меньшая вместимость холодильного агента, отсут­ствие влияния гидростатического столба жидкости на температуру кипения и т.д.) обладает меньшей интенсивностью теплообмена в приборах охлаждения из-за худшей смачиваемости охлаждающей поверхности.

В системах охлаждения с промежуточным хладоносителем теп­лота от объектов отводится промежуточным жидким хладоноси­телем, протекающим в приборах охлаждения. Циркуляция хладоносителя осуществляется в приборах охлаждения центробежными насосами, при этом в приборах охлаждения хладоноситель не­сколько нагревается (на 2 —3°С) без изменения агрегатного со­стояния, а в испарителе при температуре кипения холодильного агента охлаждается.

Различают закрытые и открытые системы охлаждения хладоносителями. В закрытой системе применяют оборудование закры­того типа (кожухотрубный или кожухозмеевиковый испаритель, трубные приборы охлаждения — батареи). В открытой системе ис­пользуют испарители открытого типа, что приводит к повышен­ной коррозии металла. Закрытые системы охлаждения получили более широкое распространение.

В системах охлаждения с промежуточным хладоносителем ис­ключается проникновение холодильного агента в охлаждаемые помещения, так как испаритель и все его трубопроводы находят­ся в машинном отделении.

Оттаивание снеговой шубы.Приборы охлаждения в камерах ра­ботают в условиях, когда температура их поверхности ниже точки росы. Влага, имеющаяся в воздухе охлаждаемого помещения, осаж­дается на наружной поверхности приборов охлаждения в виде инея, который образует так называемую снеговую шубу, затрудняющую теплопередачу, поэтому снеговую шубу необходимо регулярно удалять.

Для очистки наружной поверхности приборов охлаждения от снеговой шубы применяют механический и тепловой способы. При механическом способе снеговую шубу сметают, сдувают возду­хом, удаляют скребками. При тепловом способе снег расплавля­ют, а воду или подтаявший снег удаляют. Оттаивание осуществля­ют теплой водой, теплым воздухом, горячим паром холодильного агента (в системах непосредственного охлаждения), с помощью обогрева поверхности изнутри трубы. В последнем случае из отта­иваемой батареи предварительно удаляют жидкий холодильный агент, а затем в нее по специальному трубопроводу после масло­отделителя направляют горячие пары холодильного агента, кото­рые, конденсируясь, нагревают стенки батареи, благодаря чему на ее наружной поверхности слой инея начинает плавиться, пос­ле чего его легко удалить.

Способы отвода теплоты от потребителя холода.Отвод теплоты от охлаждаемых (замораживаемых) объектов осуществляют путем их контакта непосредственно с рабочей средой (холодильным аген­том, хладоносителем) или со средой через разделяющую их стенку либо через подвижную промежуточную среду. В качестве про­межуточной среды чаще всего используют воздух или специаль­ную газовую среду.

При контактном способе отвода теплоты объект погружают в охлаждающую среду или орошают ею. При этом агрегатное состо­яние жидкого азота и хладонов может изменяться (могут кипеть). Теплообмен происходит конвективным путем и характеризуется высокой интенсивностью, небольшой продолжительностью, не­значительной потерей массы продукта. Недостаток — возможное ухудшение качества продуктов при непосредственном контакте с некоторыми средами.

По бесконтактному способу охлаждения работают система ба­тарейного охлаждения, воздушная и смешанная системы охлаж­дения.

При батарейном охлаждении теплота отводится батареями (при­стенными, потолочными) при естественной скорости движения воздуха у батарей. При воздушном охлаждении теплота отводится воздухоохладителем при принудительной циркуляции воздуха.

Различают системы охлаждения с внутрикамерным отводом теплоты и внекамерным отводом внешних теплопритоков. В пер­вом случае приборы охлаждения устанавливают в камере, во вто­ром в ней размещают только внутрикамерные приборы, а прибо­ры для отвода внешних теплопритоков устанавливают вне каме­ры — в продухе, воздухонепроницаемо отделенном от камеры.

При воздушном охлаждении воздух перемещается вентилято­ром, скорость его может достигать 10 м/с и более.

При смешанной системе охлаждения камеру оборудуют бата­реями и воздухоохладителями.

Батарейную систему охлаждения применяют в камерах хране­ния неупакованных мороженых продуктов, так как при использо­вании воздушных систем наблюдаются повышенные потери массы.

Однако батарейная система имеет существенные недостат­ки — большую неравномерность полей влажности и температу­ры воздуха в помещении, недостаточную интенсивность тепло­обмена между воздухом и продуктом, воздухом и поверхностью приборов охлаждения и т.д., поэтому ее заменяют воздушной системой.

В воздушных системах различают системы канального и бесканалыюгораспределения воздуха. В первом случае в помещении располагают два или один канал. В настоящее время двухканальную систему используют редко. При одноканальной системе отеп­ленный воздух всасывается через входной патрубок вентилятора. Одноканальную систему применяют для камер охлаждения и за­мораживания и для камер хранения.

В бесканальной системе при подаче воздуха в помещение через насадки применяют различные сопла, скорость выходящего из них воздуха 10—15 м/с. В результате смешивания с воздухом камеры скорость потока быстро гасится.

В камерах хранения широко применяют компактные подвес­ные воздухоохладители. Их можно устанавливать также около стен или на антресолях либо подвешивать к потолку.