2.2 Расчет толщины теплоизоляционного слоя ограждений
Принимаем, что здание холодильника - каркасного типа из унифицированных сборных железобетонных элементов; колонны сечением 400х400 мм, стропильные балки односкатные длиной 12 м и высотой 890 мм. Высота камер до низа балки 6 м. Покрытие бесчердачного типа. Кровельные плиты длиной 6 м и толщиной полки 220 мм. Полы с электрообогревом грунта [2].
Принимаем, что все наружные стены здания выполнены из вертикальных железобетонных панелей с утеплителем из пенопласта полистирольного ПСБ-С.
Для расчета толщины теплоизоляционного слоя ограждений необходимо знать температуру воздуха внутри камер, а для наружных стен - еще и среднегодовую температуру наружного воздуха. Среднегодовую темпера-туру наружного воздуха принимаем для г. Барнаул равной 1,5°С, [3].
Толщину теплоизоляционного слоя ограждения рассчитываем для всех камер.
Чем больше значение коэффициента теплопередачи ограждения, тем больше теплоты будет проникать в охлаждаемый объем холодильника. Это приводит к необходимости в более мощной а, следовательно, и более дорогой холодильной установке. Уменьшить теплоприток можно путем уменьшения значения , что достигается применением более эффективной теплоизоляции или увеличением ее толщины.
2.2.1 Наружные стены
Таблица 2.1 - Состав внутренней стеновой панели
|
№ |
Наименование и материал слоя |
Толщина д, м |
Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м*К) |
|||
|
1 |
Штукатурка сложным раствором по метали- ческой сетке |
0,020 |
0,98 |
0,108 |
||
|
2 |
Теплоизоляция из пенопласта полистирольного ПСБ-С |
Требуется определить |
0,05 |
|||
|
3 |
Пароизоляция (2 слоя гидроизола на битумной мастике) |
0,004 |
0,30 |
|||
|
4 |
Наружный слой из тяжелого бетона |
0,140 |
1,86 |
В качестве расчетной конструкции наружных стен принимаем конструкцию стен в камерах хранения замороженных грузов = -25°С. Требуемый коэффициент теплопередачи покрытия =0,23 Вт/(м2·К) [3],
Необходимую толщину теплоизоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3]:
(2.18)
где - коэффициент теплопроводности изоляционного слоя конструкции, Вт/(м2*К);
- требуемый коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
- коэффициент теплоотдачи с наружной стороны ограждения, Вт/(м2·К);
- толщина i-го слоя конструкции ограждения, м;
- коэффициент теплопроводности i-го слоя конструкции ограждения, Вт/(м2·К);
- коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны ограждения, Вт/(м2·К).
Принимаем толщину изоляционного слоя 225 мм (два слоя по 100мм и 25мм). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой определяем действительное значение коэффициента теплопередачи Вт/(м2·К) по формуле (2.19) [3]:
(2.19)
2.2.2 Покрытие охлаждаемых камер
Таблица 2.2 - Состав покрытия охлаждаемых помещений
|
№ |
Наименование и материал слоя |
Толщина д, м |
Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м·К) |
|||
|
1 |
5 слоев гидроизола на битумной мастике |
0,012 |
0,3 |
0,079 |
||
|
2 |
Стяжка из бетона по металлической сетке |
0,040 |
1,86 |
|||
|
3 |
Пароизоляция (слой пергамина) |
0,001 |
0,15 |
|||
|
4 |
Теплоизоляция из пенопласта полистирольного ПСБ-С |
Требуется определить |
0,05 |
|||
|
5 |
Железобетонная плита покрытия |
0,035 |
2,04 |
В качестве расчетной конструкции принимаем конструкцию покрытия в камерах хранения замороженных грузов = -25°С и универсальных камерах, занимающих почти всю площадь холодильника. Требуемый коэффициент теплопередачи покрытия =0,22 Вт/(м2·К), [3]. Коэффициент теплоотдачи для внутренней поверхности принимаем =7 Вт/(м2·К), =23 Вт/(м2·К), [3].
Необходимую толщину теплоизоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3]:
Принимаем толщину изоляционного слоя 225 мм (два слоя по 100мм и 25мм). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой определяем действительное значение коэффициента теплопередачи Вт/(м2·К) по формуле (2.19) [3]
2.2.3 Полы охлаждаемых камер
Теплоизоляцию полов всех камер принимаем одинаковой. Состав пола показан в таблице 2.3. В качестве расчетной конструкции принимаем конструкцию пола в камерах хранения мороженых продуктов = -25°С.
Таблица 2.3 - Состав пола охлаждаемых помещений
|
№ |
Наименование и материал слоя |
Толщина д, м |
Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м·К) |
|||
|
1 |
Монолитное бе- тонное покрытие из тяжелого бетона |
0,040 |
1,86 |
2,43 |
||
|
2 |
Армобетонная стяжка |
0,080 |
1,86 |
|||
|
3 |
Пароизоляция (1 слой пергамина) |
0,001 |
0,15 |
|||
|
4 |
Плитная тепло изоляция |
Требуется определить |
0,05 |
|||
|
5 |
Цементно-песчаный раствор |
0,025 |
0,98 |
|||
|
6 |
Уплотненный песок |
1,5 |
0,58 |
|||
|
7 |
Бетонная подготовка с электро-нагревателями |
-- |
-- |
Требуемую толщину изоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3]:
Принимаем толщину изоляционного слоя 125 мм (один слой 100мм и один 25мм). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой то определяем действительное значение коэффициента теплопередачи , Вт/(м2 ·К), по формуле (2.19) [3]:
Вт/(м2·К)
2.2.4 Внутренние стены
Принимаем, что стены между охлаждаемыми помещениями и грузовым коридором выполнены из керамзитобетонных панелей 240 мм с теплоизоляцией из плит пенопласта полистирольного марки ПСБ-С. Состав внутренней стены показан в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Состав внутренней стеновой панели
|
№ слоя |
Наименование и материал слоя |
Толщина д, м |
Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м·К) |
|||
|
1 |
Панель из керамзито-бетона (с = 1100кг/м3) |
0,240 |
0,47 |
0,543 |
||
|
2 |
Пароизоляция (2 слоя гидроизола на битумной мастике) |
0,004 |
0,30 |
|||
|
3 |
Теплоизоляция из пенопласта полистирольного ПСБ-С |
Требуется определить |
0,05 |
|||
|
4 |
Штукатурка сложным раствором по метали- ческой сетке |
0,020 |
0,98 |
Требуемый коэффициент теплопередачи внутренних стен
=0,28 Вт/(м2 ·К), [3]
Требуемую толщину изоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3]:
Принимаем толщину изоляционного слоя 150 мм (один слой 100мм и один 50мм). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой то определяем действительное значение коэффициента теплопередачи
, Вт/(м2 ·К), по формуле (2.19) [3] :
Вт/(м2 ·К)
2.2.5 Внутренние перегородки
Принимаем, что все внутренние перегородки между камерами выполнены железобетонными толщиной 80 мм с теплоизоляционными плитами из пенопласта полистирольного марки ПСБ - С. Состав стены показан в таблице 2.5. Толщину теплоизоляционного слоя принимаем в зависимости от температур в камерах разделяемых перегородкой.
Таблица 2.5 - Состав внутренней перегородки
|
№ слоя |
Наименование и материал слоя |
Толщина д, м |
Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м·К) |
|||
|
1 |
Наружный слой из тяжелого бетона |
0,080 |
1,86 |
0,076 |
||
|
2 |
Пароизоляция (2 слоя гидроизола на битумной мастике) |
0,004 |
0,30 |
|||
|
3 |
Теплоизоляция из пенопласта полистирольного ПСБ-С |
Требуется определить |
0,05 |
|||
|
4 |
Штукатурка сложным раствором по металлической сетке |
0,020 |
0,98 |
Для перегородок между камерами с одинаковой температурой, например между камерами хранения замороженных грузов, =0,58 Вт/(м2·К) [3].
Требуемую толщину изоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3] :
Принимаем толщину теплоизоляционного слоя 75 мм.
Действительный коэффициент теплопередачи Вт/(м2·К).
Для перегородок между морозильными камерами и камерами хранения замороженных грузов , =0,5 Вт/(м2 К) [3].
Требуемую толщину изоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3] :
Принимаем толщину изоляционного слоя 100 мм (один слой 100мм). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой то определяем действительное значение коэффициента теплопередачи
, Вт/(м2 ·К), по формуле (2.19) [3]:
Для перегородки между камерой хранения замороженных грузов и экспедицией С , =0,29 Вт/(м2 ·К) [3].
Требуемую толщину изоляционного слоя , м, рассчитаем по формуле (2.18) [3]:
Принимаем толщину изоляционного слоя 150 мм (один слой 100мм и один 50 мм). Поскольку принятая толщина теплоизоляции отличается от требуемой и разность температур в смежных камерах больше 100 С, необходимо провести проверку на выпадение конденсата на поверхности перегородки в камере с более высокой температурой.
Чтобы не происходило влаговыпадения, температура поверхности перегородки в этой камере должна быть выше температуры точки росы внутреннего воздуха.
По диаграмме i-d влажность воздуха устанавливаем, что при С и % [3].
Температуру поверхности определяем по формуле (2.20) [3]:
, (2.20)
Так как температура внутренней поверхности перегородки выше температуры точки росы ,выпадение конденсата не произойдет. Следовательно, толщина теплоизоляционного слоя принята правильно. Определяем действительное значение коэффициента теплопередачи , Вт/(м2 ·К), по формуле (2.19) [3]:
Результаты расчетов толщины теплоизоляции и коэффициентов теплопередачи ограждаемых конструкций определяем по формулам 2.18, 2.19 и сводим в таблицу 2.6.
Таблица 2.6 - Результаты расчетов толщины теплоизоляции и коэффициентов теплопередачи ограждаемых конструкций
|
№ камеры |
T камеры, оС |
, Вт/м К |
Ктр, Вт/м2.К |
, Вт/м2.К |
Вт/м2.К |
Кд, Вт/м2.К |
, м2.К/Вт |
,мм |
|
|
1,2,3,4,5,6, 7,8 |
0 |
0,05 |
0,4 |
23 |
9 |
0,36 |
0,108 |
125 |
|
|
12 |
-30 |
0,05 |
0,19 |
23 |
11 |
0,19 |
0,108 |
250 |
|
|
9,10,11,13 |
-20 |
0,05 |
0,21 |
23 |
9 |
0,21 |
0,108 |
225 |
|
|
1,2,3,4,5,6,7,8 |
0 |
0,05 |
0,47 |
9 |
9 |
0,44 |
0,543 |
75 |
|
|
9,10,11,12 |
-20 |
0,05 |
0,28 |
9 |
9 |
0,26 |
0,543 |
150 |
|
|
1,2,3,4,5,6,7,8 |
0/0 |
0,05 |
0,58 |
9 |
9 |
0,5 |
0,175 |
75 |
|
|
13,11,12 |
-30/-20 |
0,05 |
0,5 |
11 |
9 |
0,441 |
0,076 |
100 |
|
|
9,10,11,12 |
-20/-20 |
0,05 |
0,58 |
9 |
9 |
0,51 |
0,148 |
75 |
|
|
9,10,11,13 |
-20 |
0,05 |
0,21 |
- |
7 |
0,18 |
2,429 |
150 |
|
|
1,2,3,4,5,6,7,8 |
0 |
0,05 |
Изоляция пола высокоэффективным материалом не требуется. |
||||||
|
13 |
-30 |
0,05 |
0,21 |
- |
9 |
0,18 |
2,429 |
150 |
|
|
9,10,11,12 |
-20 |
0,05 |
0,2 |
23 |
7 |
0,19 |
0,079 |
250 |
|
|
13 |
-30 |
0,05 |
0,17 |
23 |
11 |
0,16 |
0,079 |
300 |
|
|
1,2,3,4,5,6,7,8 |
0 |
0,05 |
0,29 |
23 |
9 |
0,267 |
0,079 |
175 |
где 1,2,3,4,5,6,7,8 - камера хранения охлажденной продукции;
9,10,11 - камера хранения мороженой продукции;
12 - камера подготовки к заморозке;
13 - камера заморозки продукции.
2.3 Определение теплопритоков
2.3.1 Расчет теплопритоков через ограждающие конструкции
Теплопритоки через ограждающие конструкции определяют по формуле (2.21) [3]:
(2.21)
где - теплоприток через ограждающие конструкции, кВт;
- теплоприток от солнечной радиации, кВт.
При определении теплопритоков через внутренние ограждения может оказаться, что часть теплопритоков имеет отрицательный знак, то есть теплота из рассчитываемой камеры уходит в соседнюю камеру с более низкой температурой. Такие теплопритоки не учитывают.
Теплоприток через стены, перегородки, перекрытия или покрытия , кВт рассчитаем по формуле (2.21) [3]:
(2.21)
где - расчетная площадь поверхностей ограждения, м2;
- расчетная разность температур между температурой воздуха с наружной стороны ограждения и температурой воздуха внутри охлаждаемого помещения (температурный напор), °С рассчитывается по формуле (2.22) [3]:
(2.22)
При расчете теплопритоков через внутренние ограждения, выход в неохлаждаемые помещения (коридоры, вестибюли, тамбуры) температурный напор принимают как часть расчетной разности температур для наружных стен [3]:
если эти помещения сообщаются с наружным воздухом
(2.23)
если не сообщаются с наружным воздухом
(2.24)
Теплоприток через пол, расположенный на грунте и имеющий обогревающие устройства (кВт), рассчитываем по формуле (2.25) [3] :
(2.25)
где - действительный коэффициент теплопередачи конструкции пола, ;
- средняя температура поверхности устройства для обогрева грунта (при электрообогреве грунта принимают )
Теплоприток от солнечной радиации через наружные стены и покрытия холодильников (в кВт) рассчитываем по формуле (2.26) [3]:
(2.26)
где - площадь поверхности ограждения, облучаемой солнцем, м2;
- избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время (принимаем по таблице 9.1 [3]) ,.
Количество теплоты от солнечной радиации зависит от зоны расположения холодильника (географической широты), характера поверхности и ориентации ее по сторонам горизонта.
Для плоской кровли избыточная разность температур зависит только от тона окраски и не зависит от ориентации и широты. Для плоских кровель без окраски (темных) избыточную разность температур принимают равной 17,7°С, с раскраской светлых тонов 14,9°С [31].