Расчет холодоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru

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°С;

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:

Стена «с»	Наименование	д, м	л, Вт/(м.к)
Рис. 2	Кафель	0,006	1,05
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Теплоизоляция	-	0,047
	Пароизоляция	0,003	0,47
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Железобетон	0,4	1,7
	Цементная затирка	0,02	0,21
Стены «a» и «d»	Наименование	д, м	л, Вт/(м.к)
Рис. 3	Кафель	0,006	1,05
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Теплоизоляция	-	0,047
	Пароизоляция	0,003	0,47
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Железобетон	0,1	1,7
	Цементная затирка	0,02	0,21
Перегородки «b» и «b'»	Наименование	д, м	л, Вт/(м.к)
Рис. 4	Кафель	0,006	1,05
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Теплоизоляция	-	0,047
	Пароизоляция	0,003	0,47
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Железобетон	0,1	1,7
	Цементная затирка	0,02	0,21
	Кафель	0,006	1,05
Перекрытие	Наименование	д, м	л, Вт/(м.к)
Рис. 5	Цементная затирка	0,02	0,21
	Теплоизоляция	-	0,047
	Пароизоляция	0,003	0,47
	Железобетонная плита	0,22	1,5
	Керамзитовый гравий	0,25	0,93
	Бетонная стяжка	0,02	1,0
	Гидроизол	0,005	0,35

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°С; 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: 100мм = 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)=1/2,734=0,366 Вт/( м². К)

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

Сводная таблица к расчету теплоизоляционных слоев

Наименование ограждения	Коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения, н, Вт/( м2. К)	Коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны ограждения, в, Вт/( м2. К)	Расчетная толщина Изоляционного слоя, из, м	Принятая толщина Изоляционного слоя, из. д., м	Требуемый коэффициент теплопередачи k o , Вт/( м2. К)	Действительный коэффициент теплопередачи k д , Вт/( м2. К)
1	2	3	4	5	6	7
стена «a»	22,7	22,7	0,0623	0,1	0,49875	0,389
перегородка «b»	22,7	22,7	0,0924	0,1	0,49875	0,388
перегородка «b'»	9,4	22,7	0,0895	0,1	0,49875	0,379
стена «c»	34,1	22,7	0,0547	0,1	0,56500	0,366
стена «d»	22,7	22,7	0,0623	0,1	0,49875	0,389
перекрытие	34,1	22,7	0,0723	0,1	0,46250	0,363

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»=5,75м. Площадь перекрытия 3,1*5,75м.

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 = 9,6т Вт.

Для перекрытия считаю аналогично, полученные данные свожу в таблицу.

Сводная таблица расчетов теплопритоков через ограждения.

Наименование ограждения	Площадь ограждения F, м2.	Действительный коэффициент теплопередачи Kд, Вт/(м2 . К).	Температура наружнего воздуха tн, °С.	Температура внутреннего воздуха tв, °С.	Теплопритоки через ограждения Q` , Вт.	Избыточная разность температур tс, °С.	Теплопритоки от солнечной радиации Q``, Вт.	Суммарные теплопритоки Q1, Вт.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Стена «a»	10,230	0,389	12	3	35,8	-	-	35,8
Стена «b»	7,0950	0,388	5	3	5,5	-	-	5,5
Стена «b`»	11,880	0,379	10	3	31,5	-	-	31,5
Стена «c»	10,230	0,366	30	3	101,1	2,56	9,6	110,7
Стена «d»	18,975	0,389	24	3	155,0	-	-	155
Перекрытие	17,825	0,363	30	3	174,7	9,54	61,7	236,4
Итого								574,9

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=15,4м²;

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

М_сут =E=15,4*170=2618кг=2,618т;

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

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°С;

t_к = 3°С.

Q₂ = (2,618*3,94+0,2618*1,46)*(10-3)*10⁶/(24*3600)=(10,31492+0,38228)*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=2,04м²;

Н - высота дверного проема = 2,2м;

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)/86400=675,664/86400=0,00782

Q_инф=0,577*2,04*2,2^1/2*1,4*(1/0,77)*0,00782*1,1=0,577*2,04*1,48*1,4*1,2987*0,00782*1,1=0,027246кВт=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

Наименование камеры	Теплопритоки через ограждения Q1 , Вт.	Теплопритоки от продуктов Q2 , Вт	Теплопритоки от вентиляции Q3 , Вт	Эксплуатационные теплопритоки Q4 , Вт	Суммарные теплопритоки Q, Вт
	Камерное оборудование	Компрессор				Камерное оборудование	Компрессор
1	2	3	4	5	6	7	8
Камера №3	575	575	867	0	160	1671	1671

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.

Обозначение точки	Давление Р, МПа	Температура Т, °С	Энтальпия h, кДж/кг	Удельный объем V, м3/кг	Энтропия S, кДж/(кг К)
1	2	3	4	5	6
1	0,48	3	372	0,044	1,65
1`	0,48	-7	364	0,042	1,62
2	2,1	60	403	0,001	1,65
2`	2,1	44	384	0,0087	1,59
3	2,1	37	273	----	----
3`	2,1	44	262	----	----
4	0,48	-7	262	----	1,23

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°С;

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.

Список литературы

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

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 150413. Раздел 7. Расчет холодоснабжения. Утвержден на заседании ЦМК протокол № 7 от 4 марта 2002 г.

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

Размещено на Allbest.ru