Тепловой расчет охлаждаемых камер и подбор холодильного оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Тема курсового проекта - тепловой расчет охлаждаемых камер и подбор холодильного оборудования.

Цель работы - рассчитать толщину теплоизоляции ограждений камеры для хранения продовольственных товаров, величину теплопритоков и подобрать соответствующее холодильное оборудование.

Предметом исследования является блок холодильных камер, разделенный на соответствующие секции для хранения охлажденных пищевых продуктов (рыба, мясо, фрукты, зелень и др.).

Порядок выполнения курсового проекта:

1. Определить емкость и площадь охлаждаемой камеры.

2. Составить предварительный эскиз плана камеры.

3. Принять высоту охлаждаемых помещений.

4. Определить расчетную температуру и относительную влажность воздуха внутри камеры, в тамбуре и в смежных неохлаждаемых помещениях, а также температуру и влажность наружного воздуха.

5. Выбрать строительно-изоляционные конструкции ограждений камеры, рассчитать и принять для каждой из них толщину изоляции и уточнить соответствующим расчетом коэффициент теплопередачи ограждения.

6. Произвести калорический расчет камеры.

7. Выбрать холодильную машину.

8. Рассчитать теплопроводящую поверхность и число испарительных батарей, размещаемых в холодильной камере.

9. Расположить расчетное количество испарительных батарей по геометрии холодильной камеры.

Работа написана с использованием методических, справочных и учебных материалов, предоставленных научным руководителем.

Перечень исходных данных для расчета (табл. 1):

1. Город.

2. Параметры наружного воздуха в летний период.

3. Информация о поступлении товара в камеру.

4. Ориентация наружной стены.

5. Расположение холодильной камеры.

6. Тип предприятия общественного питания

Таблица 1. Исходные данные для расчета

Город	Параметры наружного воздуха расчётные летние	Поступление товара в камеру, кг/сутки	Ориентация наружной стены	Расположение	Тип предприятия общественного питания
	Температура, С	Относительная % влажность, ,%	Мяса и мясных продуктов	Рыбы и рыбных продуктов	Молочно-жировых продуктов	Фруктов, зелени	Полуфабрикаты
Сочи	32	58	275	130	50	250	120	Запад	Первый этаж	Ресторан

1. Расчетно-графическая работа

1.1 Определение емкости и площади холодильной камеры

Емкость холодильной камеры рассчитывается по формуле:

где -- емкость камеры, кг;

-- суточное потребление товара, кг/сутки;

-- допускаемый срок хранения товара, сутки.

Грузовая площадь отдельной камеры рассчитывается по формуле:

где -- площадь камеры, ;

-- нагрузка на один квадратный метр грузовой площади камеры, кг/

Допускаемые сроки хранения товаров и удельные нормы нагрузки приведены в табл. 2.

Таблица 2. Нормы нагрузки, сроки и режимы хранения продуктов в охлаждаемых камерах

№ пп	Наименование камер хранения продуктов	Нормы загрузки кг/м2	Срок хранения продуктов, сут.	Режимы хранения продуктов	Энтальпия воздуха в камере, кДж/кг
				Температура воздуха , С	Относительная влажность воздуха, , %	Кратность воздухообмена, раз/сутки
1	Мясная	100 - 140	3 - 4	0	80	-	7
2	Рыбная	160 - 200	3 - 4	-2	95	-	3
3	Молочно-жировая	120 -140	1- 2	1 - 3	85	-	11
4	Фрукты, зелень	80 - 100	2	4 - 6	90	4	15
5	Полуфабрикаты	80 - 100	1	0 - 2	85	-	11

Емкости холодильных камер соответственно равны следующим значениям:

-- емкость мясной холодильной камеры;

-- емкость рыбной холодильной камеры;

-- емкость холодильной камеры для молочно-жировой продукции;

-- емкость холодильной камеры под фрукты и зелень;

-- емкость холодильной камеры под полуфабрикаты;

Грузовые площади холодильных камер соответственно равны следующим значениям:

-- грузовая площадь мясной холодильной камеры;

-- грузовая площадь рыбной холодильной камеры;

-- грузовая площадь холодильной камеры для молочно-жировой продукции;

-- грузовая площадь холодильной камеры под фрукты и зелень;

-- грузовая площадь холодильной камеры под полуфабрикаты.

Строительная площадь холодильной камеры вычисляется по формуле:

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

Таблица 3. Коэффициент увеличения площади холодильной камеры

Грузовая площадь камеры ,	Коэффициент увеличения площади
< 2,25	0,35
2,25 - 4,5	0,45
5,5 - 11	0,55
13,0 - 65	0,65

Строительные площади холодильных камер соответственно равны следующим значениям:

-- строительная площадь мясной холодильной камеры;

-- строительная площадь рыбной холодильной камеры;

-- строительная площадь холодильной камеры для молочно-жировой продукции;

-- строительная площадь холодильной камеры под фрукты и зелень;

-- строительная площадь холодильной камеры под полуфабрикаты.

Строительная площадь холодильной камеры не должна быть менее 6 . Из расчетов следует, что строительная площадь для молочно-жировой продукции и полуфабрикатов не удовлетворяют этому условию. Поэтому, соблюдая требования товарного соседства пищевых продуктов, совместим камеры для молочно-жировой продукции с камерой под полуфабрикаты:

1.2 Эскиз плана холодильной камеры

Эскиз холодильной камеры (приложение 1) выполнен в масштабе 1:100 с учетом соотношения ширины и длины стен холодильной камеры не больше двух (БВ/АБ ? 2), минимальный размер длины стены холодильной камеры -- не менее 2,4 метров. Соблюдение данного соотношения необходимо для обеспечения нормальной циркуляции воздуха в объеме камеры во избежание образования застойных зон. Минимальная ширина тамбура -- 1,6 метра, ширина дверей холодильной камеры и тамбура должна быть не менее 0,9 метров, а при использовании погрузочно-разгрузочных механизмов -- не менее 1,5 метров. Высота холодильных камер обычно составляет от 2,4 до 3,2 метра.

Двери холодильных камер теплоизолируются. Они должны открываться в сторону выхода из камеры и тамбура и иметь возможность открываться как снаружи, так и изнутри.

Высота холодильных камер зависит от высоты помещений, в которых эта камера проектируется. Обычно высота составляет 2,4 - 3,2 метра (высоту рассчитываемых холодильных камер примем равной 3 метрам).

Согласно эскизу, холодильная камера разделена на пять помещений (включая тамбур) со следующими параметрами:

· холодильная камера № 1, 4,2:3, 12,5 (мясо);

· холодильная камера №2, 3,8:3, 11,4 (фрукты и зелень);

· холодильная камера №3, 3,25:2, 6,5 (молочно-жировая продукция и полуфабрикаты);

· холодильная камера№4, 1,9:3, 5,6 (рыба);

· 3:2, 6 (тамбур).

Общая строительная площадь холодильной камеры составила 42 (7:6).

1.3 Определение расчетной температуры воздуха и относительной влажности внутри камеры, в тамбуре и в смежных неохлаждаемых помещениях, температуры и влажности наружного воздуха

Расчетную температуру наружного воздуха и его относительную влажность берут из табл.1 для указанного в задании города. Температуру камеры и относительную влажность воздуха в камере -- по табл. 2.

Температура воздуха в смежных неохлаждаемых помещениях принимается ниже расчетной температуры наружного воздуха в данном городе на 5С:

Температура в тамбуре холодильной камеры принимается на 10 0С ниже расчетной:

Температура грунта под полом камеры на 10 0С ниже расчетной:

22

2. Тепловой расчет

В этом разделе будет произведен выбор строительно-изоляционных конструкций ограждений холодильной камеры, расчет толщины теплоизоляции и определение коэффициента теплопередачи для каждого вида ограждений.

2.1 Выбор строительно-изоляционных конструкций ограждений холодильной камеры

Согласно исходным данным, холодильная камера находится на первом этаже одноэтажного здания и расположено в южном регионе.

Наружные стены холодильников могут быть кирпичными, из бетонных и керамзитовых блоков или железобетонных панелей. Выбор материала строительных конструкций и их толщины для наружных стен, внутренних стен и перегородки в тамбур выбираются из табл. 4.

Таблица 4. Вид и толщина ограждений в зависимости от географического местоположения предприятия

Наименование ограждений	Климатическое расположение предприятия	Толщина, мм
		Кирпичная кладка	Железобетонные панели	Керамзитовые блоки	Бетонные блоки
Наружная стена	Северный регион	640 (2,5 кирпича)	320	280	280
	Центральный регион	210 (2 кирпича)	320	260	260
	Южный регион	380 (1,5 кирпича)	280	260	260
Внутренние стены и перегородки тамбура	Все регионы	250 (1 кирпич)	280	260	260

Для всех ограждений холодильных камер, за исключением перекрытия и полов, следует использовать один строительный материал.

Допустим, что материалом для наружных ограждений, внутренних стен и перегородок в тамбур будут служить железобетонные панели, так как они удовлетворяют основным механическим параметрам (прочность, морозостойкость, огнестойкость, устойчивость к воздействию нагрузок и др.).

2.2 Расчет толщины теплоизоляции холодильной камеры

Толщина теплоизоляционного материала зависит от разности температур вне и внутри холодильной камеры и от интенсивности теплообмена на поверхности ограждений.

Расчет толщины теплоизоляции холодильной камеры производится для каждого ограждения отдельно. Полы с температурой выше не изолируются.

Расчет толщины теплоизоляции производится по формуле:

= [ - ( + ( + + … + ) + )]

где - толщина теплоизоляции, м;

- теплопроводность теплоизоляционного материала, Вт/ (м • К);

К - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/( • К);

m - коэффициент конструктивного качества теплоизоляционной конструкции ограждения;

- толщина отдельных слоев строительной конструкции ограждения, м;

- теплопроводность отдельных слоев строительной конструкции ограждения, Вт/(м • К);

, - коэффициенты теплоотдачи по обе стороны стенки ограждения с внешней и внутренней соответственно, Вт/( • К).

Толщины отдельных слоев ограждений следует принимать:

1. ;

2. ;

3. .

Полученную при расчете толщину слоя теплоизоляции округляют в большую сторону до значения стандартной толщины плиточного теплоизоляционного материала. Искомая толщина изоляции может быть получена сложением отдельных стандартных слоев изоляционного материала.

В настоящее время в качестве теплоизоляционного материала при строительстве холодильников чаще всего применяют пенополистирол марки ПС-БС с коэффициентом теплопроводности Вт/м • (стандартные плиты имеют толщину 0,025 м, 0,05 м, 0,1 м).

Наружные стены.

Рис. 1. Конструкция наружной стены: 1 - слои штукатурки; 2 - кирпичная кладка (железобетонная плита, бетонный блок); 3 - парогидроизоляция; 4 - тепловая изоляция

Наружная стена ориентирована на запад и располагается со стороны камер №1 (мясо) и №4 (рыба). Все остальные стены являются внутренними и рассчитываются в соответствующих пунктах раздела «Расчет толщины теплоизоляции холодильной камеры».

Расчет толщины изоляции для камеры №1

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + + + + )] = 0,1 м (1 слой толщиной 0,1 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №1:

= = 0,4

Расчет толщины изоляции для камеры №4

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + + + + )] = 0,11 м (2 слоя толщиной 0,1 и 0,025 метра).

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №4:

= = 0,34

Внутренние стены и перегородки в тамбур.

Конструкция внутренних стен и перегородок в тамбур совпадает с конструкцией наружных стен.

Камера №1.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + + + + )] = 0,06 м (2 слоя толщиной 0,05 и 0,025 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №1:

= = 0,51 .

.

Камера №2.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + + + + )] = 0,04 м (1 слой толщиной 0,05 метра).

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №2:

= = 0,69

Камера №3.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + + + + )] = 0,05 м (1 слой толщиной 0,05 метра).

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №3:

= = 0,69

Камера №4.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + + + + )] = 0,07 м (2 слоя толщиной 0,05 и 0,025 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №4:

= = 0,51

Перекрытия.

Рис. 2. 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

Камера №1.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + ++ + + )] = 0,12 м (2 слоя толщиной 0,1 и 0,025 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №1:

= = 0,34

Камера №2.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + ++ + + )] = 0,1 м (1 слой толщиной 0,1 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №2:

= = 0,4

Камера №3.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + ++ + + )] = 0,106 м (2 слоя толщиной 0,1 и 0,025 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №3:

= = 0,34

Камера №4.

Исходные данные:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

= 0,047 • [ - ( + ++ + + )] = 0,13 м (2 слоя толщиной 0,1 и 0,025 метра)

Рассчитаем допустимый и расчетный коэффициенты теплоотдачи ограждения для камеры №4:

= = 0,34

Пол.

Полы среднетемпературных холодильных камер предприятий общественного питания, имеющих температуру выше , допускается проектировать без тепловой изоляции. Как правило, располагаются такие полы на сухом песчаном грунте, утрамбованном с гравием.

2.3 Калорический расчет холодильной камеры

Калорический расчет заключается в определении величины количества тепла, поступающего в камеру. Суммарный теплоприток в камеру определяется из уравнения:

где -- теплоприток в камеру через ограждения, Вт;

-- теплопритоки, поступающие с товарами и тарой, Вт;

-- теплоприток, поступающий с воздухом в камеру при ее вентилировании, Вт;

-- эксплуатационные теплопритоки (освещение камеры, открывание дверей, пребывание людей и т.д.), Вт.

Определение теплопритоков в камеру через ограждения.

Определение производится по формуле:

где - теплопритоки за счет теплопроводности ограждения и конвекции, Вт;

- теплопритоки за счет солнечной радиации, Вт.



где - поверхность, через которую проходит теплоприток, ;

- расчетный коэффициент теплопередачи данного ограждения,;

- температура снаружи данного ограждения, ;

- температура воздуха в камере,.

Величина рассчитывается только для наружной стены (кроме наружной стены, обращенной на север) и бесчердачного покрытия.

определяется по формуле:

где - поверхность ограждения, облучаемая солнцем, ;

- расчетный коэффициент теплопередачи данного ограждения,;

- разность температур, обусловленная солнечной радиацией в летний период, .

Таблица 5. Результаты расчета теплопритоков через ограждения

Наименование ограждения	Площадь ограждения,	,			,Вт	,Вт	,Вт
Наружная стена АБ (камера №1/камера №4)	12,3/5,7	0,44/0,374	32	0/-2	173/72	55/22	228/94
Внутренняя стена БВ (камера №1/ камера №2)	9/12	0,561/0,759	27	0/+4	136/209	0	136/209
Внутренняя стена ВГ (камера №2/ камера №3)	8,4/9,6	0,759/0,759	27	+4/+2	147/182	0	147/182
Внутренняя стена АГ (камера №3/ камера №4)	6/9	0,759/0,561	27	+2/-2	114/146	0	114/146
Перегородки в тамбур (камера №1/ камера №2/ камера №3/ камера №4)	9/3/6,9/3	0,561/0,759/0,759/0,561	22	0/+4/+2/-2	111/41/105/40	0	111/41/105/40
Перекрытие (камера №1/камера №2/ камера №3/ камера №4)	12,5/11,4/6,5/5,6	0,374/0,44/0,374/0,374	32	0/+4/+2/-2	150/140/73/71	48/51/25/21	198/191/98/92
Итого (камера №1/камера №2/ камера №3/ камера №4)							673/588/499/372

Определение теплопритоков, поступающих с товарами и тарой.

Определение производится по формуле:

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

- теплоемкость товара, ;

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

- теплоемкость тары, ;

- начальная температура, с которого товар и тара поступают в камеру, ;

- конечная температура, которую принимает товар в камере, .

Температуру поступающего товара в камеру следует принимать на 4-6 выше температуры его хранения в камере. Конечную температуру на 1-2 выше температуры воздуха в камере.

Условное количество товара определяют по формуле:

где G - суточное поступление товара, кг/сут;

m - коэффициент, учитывающий срок хранения продуктов.

Условное количество тары принимается в зависимости от материала тары и условного количества товара.

Однако рассчитываемые холодильные камеры предназначены только для хранения охлажденных продуктов, из-за чего разница начальной и конечной температуры будет мала. Следовательно, теплопритоками от продуктов можно пренебречь и принять их равными нулю.

Определение теплопритоков, поступающих с воздухом в камеру при ее вентилировании.

Определение производится только для камеры с фруктами и зеленью, так как вентилируется только она.

Величина находится по формуле:

,

где V - объем вентилируемой камеры, ;

- плотность воздуха по условиям в холодильной камере, ;

- кратность воздухообмена в камере,;

- энтальпия наружного воздуха,;

- энтальпия воздуха в камере,.

.

Определение эксплуатационных теплопритоков

Определение теплового потока , связанного с эксплуатацией холодильной камеры, принимают условно как часть теплового потока в зависимости от площади. Данные берутся из табл. 6.

Таблица 6. Эксплуатационные теплопритоки

Площадь камеры F,	Малые камеры от 5 до 10	Средние камеры от 10 до 20	Крупные камеры от 20 до 100
, Вт

Результат калорического расчета.

Результат расчета всех теплопритоков в холодильную камеру представлен в табл. 7.

Таблица 7. Результаты калорического расчета

Номер и наименование камеры	F,	, С	, Вт	, Вт	, Вт	, Вт	, Вт
Камера №1 (мясо)	12,5	0	673	0	0	202	875
Камера №2 (фрукты и зелень)	11,4	+4	588	0	123,8	176	887,8
Камера №3 (молочно-жировая продукция и полуфабрикаты)	6,5	+2	499	0	0	250	749
Камера №4 (рыба)	5,6	-2	372	0	0	186	558

3. Выбор холодильного оборудования

При выборе холодильной машины рекомендуется условно принять режим ее работы стандартным (температура кипения холодильного агента , температура конденсации ).

Необходимая холодопроизводительность определяется по формуле:

,

где b - коэффициент рабочего времени ( - коэффициент, учитывающий теплоприток к холодильному агенту в коммуникациях холодильной машины.

.

Согласно расчетам, наиболее удачным выбором для рассчитываемого блока холодильных камер является холодильная машина АКФВ-4М с холодопроизводительностью при стандартном режиме 5336 Ватт, водяным охлаждением конденсатора и площадью поверхности теплообмена одной батареи 12,5 квадратных метров.

На предприятиях торговли используются главным образом хладоновые холодильные машины с непосредственной системой охлаждения.

Охлаждение воздуха и продуктов в камере осуществляется за счет естественной или принудительной конвекции.

Необходимая теплопередающая поверхность испарителей определяется по формуле:

где - коэффициент теплопередачи испарителя (для камер с естественной конвекцией - 4-5, с принудительной - 10-12),;

- температура кипения холодильного агента,.

Число испарительных батарей определяют по формуле:

.

Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшего целого числа.

Камера №1:

Камера №2:

Камера №3:

Камера №4:

Заключение

холодильный испарительный камера изоляционный

При выполнении курсового проекта были выполнены следующие задачи, заявленные во введении:

1. Определена емкость и площадь охлаждаемой камеры.

2. Составлен предварительный эскиз плана камеры.

3. Принята высота охлаждаемых помещений.

4. Определена расчетная температура и относительная влажность воздуха внутри камеры, в тамбуре и в смежных неохлаждаемых помещениях, а также температура и влажность наружного воздуха.

5. Выбраны строительно-изоляционные конструкции ограждений камеры, рассчитана и принята для каждой из них толщина изоляции и уточнен соответствующим расчетом коэффициент теплопередачи ограждения.

6. Произведен калорический расчет камеры.

7. Выбрана холодильная машина.

8. Рассчитана теплопроводящая поверхность и число испарительных батарей, размещаемых в холодильной камере.

9. Расположено расчетное количество испарительных батарей по геометрии холодильной камеры.

В ходе расчета блока холодильных камер были изучены и закреплены законы теплового баланса, методики расчета охлаждаемых объемов и практические навыки, помогающие при решении инженерных вопросов в области проектирования холодильного оборудования.

Список литературы

1. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянов А.В. Холодильная техника. Свойства веществ: справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1985.

2. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания: учебник. - М.: Изд. центр «Академия», 2003.

3. Большаков С.А. Руководство к выполнению курсовой работы. - М: ГОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», 2009.

4. ГОСТ Р 12.2.142-99 (ИСО 5149093). Системы холодильные холодопроизводительностью свыше 3,0 кВт. - М., 1999.

5. Гинсбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. - М: Пищевая промышленность, 1980.

6. Зеликовский И.Х., Каплан Л.Г. Малые холодильные машины и установки. - М.: Агропромиздат, 1989.

7. Мещеряков Ф.Е. Основы холодильной техники и холодильной технологии. - М.: Пищевая промышленность, 1975.

8. Цуранов О.А., Крысин А.Г. Холодильная техника и технология/под ред. В.А. Гуляева. - Спб.: Лидер, 2004.

Размещено на Allbest.ru