Для расчета необходимой толщины изоляции воспользуемся уравнением, определяющий тепловой поток через ограждение [1. ст.98]:
q = kрасч• (tн - tвн) = (tн - tвн)/R (21)
Сопротивление теплопередаче R ограждения выбираем из СНиП [5].
Для наружных стен помещений с tвн = -30 0С R =5,4 м 2• К/Вт
Для наружных стен помещений с tвн = 0 0С R =3,3 м 2• К/Вт
Для покрытий над охлаждаемыми помещениями
с tвн = -30 0С R =5,8 м 2• К/Вт
с tвн = 0 0С R =3,4 м 2• К/Вт
Сопротивление теплопередаче внутренних перегородок между камерами с температурами t = -30 0С и t = 0 0С R = 4,3 м 2• К/Вт
t = -30 0С и t = -30 0С R = 1,7 м 2• К/Вт
Сопротивление теплопередаче внутренних перегородок, отделяющих неохлаждаемые помещения от охлаждаемых с температурами
t = -30 0С R =5,1 м 2• К/Вт
t = 0 0С R =2,4 м 2• К/Вт
Сопротивление теплопередаче пола на обогреваемом грунте R =6,5 м 2• К/Вт
Сопротивление теплопередаче
(22)
где
aH = 23,3 Вт/(м 2 • К) - коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности ограждения [9. ст. 47 таб.81].
aВН = 8,15 Вт/(м 2 • К) - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху камеры [9. ст. 47 таб.81].
Толщина стальных листов dСТ = 1 мм. Коэффициент теплопроводности стальных листов lст = 32 Вт/(м • К) [10. ст. 186 таб.71].
Толщина изоляционного слоя ограждения (наружная стена), м [1. ст. 91]:
(23)
Принимаем dиз = 110 мм = 0,11 м.
Тогда действительное термическое сопротивление наружной стены:
м 2• К/Вт.
Толщина изоляционного слоя ограждения (внутренняя стена с выходом в неохлаждаемый коридор: tк = -30 0С), м [1. ст. 91]:
Принимаем dиз = 100 мм = 0,1 м.
Тогда действительное термическое сопротивление наружной стены:
м 2• К/Вт.
Вторая внутренняя стена с выходом в неохлаждаемые помещения рассчитывается аналогично предыдущей.
Толщина изоляционного слоя ограждения (внутренняя перегородка между камерами tк = -30 0С), м [1. ст. 91]:
Принимаем dиз = 40 мм = 0,04 м.
Тогда действительное термическое сопротивление наружной стены:
м 2• К/Вт.
Потолок: tк = -30 0С и tсг = 7,7 0С:
(24)
Где
aВН =7 Вт/(м 2 • К) -коэффициент теплоотдачи для потолка [9. ст. 47 таб. 8.1]:
Принимаем dиз = 120 мм = 0,12 м.
Тогда действительное термическое сопротивление наружной стены:
м 2• К/Вт.
Принимаем пол с электрообогревом:
(25)
Где
- 0,255 м - толщина бетона (конструкция пола: чистый пол из мозаичных бетонных плит (0,055 м), бетонная подготовка (0,1м), теплоизоляция - керамзитовый гравий, бетонная подготовка с электронагревателями (0,1 м), гидроизоляция, бетонная подготовка по уплотненному грунту со щебнем.). В расчете принимаем только слои чистого пола и бетонной подготовки, расположенные выше гидроизоляции, так как слои под нагревательным устройством имеют постоянную температуру.,
=1,86 Вт/(м • К) -коэффициент теплопроводности бетона
[10. ст. 179 таб.69],
aВН = 11 Вт/(м 2 • К) - коэффициент теплоотдачи [9. ст. 47 таб.8.1],
= 0,05 Вт/(м • К) - коэффициент теплопроводности пенополистирола [10. ст. 181 таб.69],
Принимаем dиз = 320 мм = 0,32 м.
Тогда действительное термическое сопротивление пола:
(26)
м 2• К/Вт.
Аналогично рассчитываются остальные камеры. Результаты расчета сведем в таблицу (см. Приложение 1.)
Рассчитаем толщину пароизоляционного покрытия пола.
Для камеры № 1: tк = -30 0С.
Расчет толщины слоя пароизоляции выполняем по упрощенному методу, предложенному И. Ф. Душеным. Согласно этому методу необходимое сопротивление пароизоляционного слоя, [11. ст. 31]:
(27)
Где
= 5322 Па - парциальное давление водяных паров, содержащихся в наружном воздухе при tнар. = 34 0С [10. ст. 166 таб.56];
= 38 Па - парциальное давление водяных паров, содержащихся во внутреннем воздухе камеры при tк = -30 0С [10. ст. 165 таб.56].
.
В качестве пароизоляционного материала принимаем битум.
Необходимая величина слоя пароизоляции, м [11 ст. 27]:
, (28)
Где = - коэффициент паропроницаемости пароизоляционного материала [1. ст. 72 таб.3.3].
м.
Принимаем толщину пароизоляции
Определим возможность конденсации влаги во внутренней поверхности стены, отделяющей камеру №5 с температурой воздуха равной tк = 0 0С, % и камеру №6 с температурой воздуха равной tк = -30 0С, %.
Чтобы не допустить конденсацию влаги на панели необходимо выполнить условие [11. ст. 31]:
, (29)
Где
- коэффициент теплопередачи, рассчитанный из условия невыпадения влаги на теплой поверхности ограждения, ;
=8,15 - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху камеры №5 [9. ст. 47]:
= -1,3 0С - температура точки росы при заданных = 0 0С, %[см. диаграмму I - d];
= -30 0С - наружная температура (камера № 6).
.
Действительный коэффициент теплопередачи:
(30)
Где
= 4,745 м2•К/Вт - термическое сопротивление внутренней перегородки (Приложение 1, камера №5)
Получаем, что . Следовательно, условие невыпадения влаги на поверхности ограждения соблюдается.
4. Расчет теплопритоков
Целью теплотехнического расчета холодильника является определение для каждого охлаждаемого помещения производительности холодильного оборудования. В установившемся состоянии в охлаждаемое помещение поступают следующие виды тепла:
- Q1 - от окружающей среды через ограждение;
- Q2 - от продуктов;
- Q3 - с наружным воздухом при вентиляции;
- Q4 - эксплуатационный теплоприток.
Сумма всех видов тепла Q = Qi в данный момент времени определяет производительность холодильного оборудования.
4.1 Теплоприток через ограждение
Тепло, поступающее в охлаждаемые помещения через ограждение, складывается из трех составляющих:
- Q1'- тепло, поступающее через наружные стены, перегородки, перекрытия;
- Q1'' - тепло, поступающее через пол, лежащий на грунте;
- Qсол - тепло солнечной радиации.
Первая составляющая определяется по формуле [9. ст.56]:
Q1'= 1/RД • F • (tн - tвн) (31)
Где
RД - действительное термическое сопротивление ограждения, определяемое при расчете толщины изоляционного слоя, м 2• К/Вт (см. Приложение 1);
F - площадь ограждения, м2;
tн - расчетная наружная температура воздуха 0С;
tвн - расчетная температура воздуха в камере 0С;
Рассчитаем теплоприток через ограждение для камеры №1 (tвн = -30 0С).
Размеры камеры: длина a = 30 м, ширина b = 24 м, высота h = 6 м.
Северная стена (F = 180 м2; RД = 5,666 м 2• К/Вт) [9. ст. 56]:
Q1'= 1/5,666 • 180 • (34 + 30) = 2033 Вт
Южная стена (F = 180 м2; RД = 2,245 м 2• К/Вт):
Q1'= 1/2,245• 180 • (-30 + 30) = 0 Вт
Западная стена (F = 144 м2; RД = 2,245 м 2• К/Вт; Dt = 0.6•DtНАР, т. к. стена отделяет камеру от неохлаждаемого коридора с самоустанавливающейся температурой):
Q1'= 1/2,245 • 144 • 0,6 • (34 + 30) = 2463 Вт
Восточная стена (F = 144 м2; RД = 5,245 м 2• К/Вт); tн = Dt = 0.7•DtНАР, т. к. стена отделяет камеру от неохлаждаемого помещения с самоустанавливающейся температурой):
Q1'= 1/5,245 • 144 • 0,7 • (34 + 30) = 1230 Вт
Потолок (F = 720 м2; RД = 6,186 м 2• К/Вт):
Q1'= 1/6,186 • 720 • (34 + 30) = 7449 Вт
Пол (F = 720 м2; RД = 6,628 м 2• К/Вт); tн = 1 0С - средняя температура поверхности устройства для обогрева грунта):
Q1''= 1/6,628 • 720 • (1 + 30) = 3368 Вт
Суммарный теплоприток через ограждение в камеру №1:
Q1 = 2033 + 0 +2463 + 1230 + 7449 + 3368 =16543 Вт.
Аналогично рассчитываем другие камеры и результаты расчета сведем в таблицу (см. Приложение 2.)
Теплоприток через пол без электрообогрева (камеры хранения охлажденных грузов ) рассчитывается по зонам ). При этом считается, что на расстоянии до 2-х метров от наружной стены камеры ( 1 -я зона ) условное сопротивление теплопередаче пола равно
RУСЛ 1 = 2,14 м 2• К/Вт [12. ст.108]
на расстоянии от 2-х до 4-х метров от наружной стены ( 2-я зона ):
RУСЛ 2 = 4,29 м 2• К/Вт [12. ст.108]
на расстоянии от 4-х до 6-ти метров ( 3-я зона ):
RУСЛ 3 = 8,62 м 2• К/Вт [12. ст.108]
Остальная площадь пола - 4-я зона; ее сопротивление теплопередаче равно:
RУСЛ 2 = 11,3 м 2• К/Вт [12. ст.108]
Вычислим теплоприток через пол для камеры №5. С учетом того, что пол на расстоянии 2 м от наружной стены покрыт изоляцией с сопротивлением теплопередаче RНАР = 2,828 м 2• К/Вт, получим [12. ст.108]::
Q1'' = (tн - tвн) • ( F1 /( RНАР + RУСЛ 1) + F2/ RУСЛ 2 + F3/ RУСЛ 3+ F4/ RУСЛ 4) (32)
Q1''= (34 +0 ) • [ (17 • 14 -13 • 10)/(2,828 +2.14) +(13 • 10 - 11 • 8)/4,29 + (11 • 8 - 9 • 6)/8,62 +(9 • 6)/11,3 ] = 1369 Вт.
Аналогично рассчитываем другие камеры и результаты расчета сведем в таблицу (см. Приложение 2).
Теплопритоки от солнечной радиации через наружные стены и покрытия рассчитываем для камеры №1.
Qсол = 1/RД • F • Dtс , Вт (33)
Где
Dtс - избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, 0С [9. ст. 57].
На компрессор считается теплоприток от солнечной радиации через ту стену, через которую этот теплоприток наибольший для всего здания. Кроме того, учитывается теплоприток и через покрытие здания.
Тепло от солнечной радиации Qсол в данном случае не учитывается, т. к. в конструкции изоляционного ограждения применены металлические профилированные листы в качестве защитного экрана.
При определении нагрузки на компрессор и на оборудование теплоприток через ограждение учитывается в полной мере.
Теплоприток от солнечной радиации через потолок, для покрытий с окраской светлых тонов:
Qсол = 1/6,186 • 720 • 14,9 = 2083 Вт.
4.2 Теплоприток от продукта
Тепло, которое необходимо отводить от продуктов, вычисляется по формуле [9. cт. 58]:
Q2 = Gпост • Di • 10 6/(24•3600), (34)
где
Gпост - суточное поступление продукта в камеру, т/сут;
Di - разность энтальпий продукта до и после обработки, кДж/кг.
Количество продукта, поступающего с температурой, отличающейся от температуры в камере хранения, при определении нагрузки на оборудование принимают равным 6- 8 % от грузовместимости камеры, а при определении нагрузки на компрессор - исходя из максимального суточного поступления.
Определим теплоприток от продукта. в камере №1 (грузовместимость 1089 т)
Принимаем, что продукт поступает с температурой на 10 град выше, чем температура в камере. Определяем начальную и конечную энтальпию продукта [3]: iНАЧ = 0 кДж /кг , iКОН = -13,6 кДж /кг.
Для определения нагрузки на оборудование
G`пост = 0,06 • 1089 = 65 т
Тогда
Q2 об. мор = 65 • 13,6 • 10 6/(24 • 3600) = 10231 Вт.
Для определения нагрузки на компрессор
G``пост = Gмор • Bмор • mмор • /365 (35)
Где
Bмор - оборачиваемость грузов; для мороженных продуктов [9. ст. 59].
Bмор = 3,5, для охлажденных продуктов Bохл = 6. [9. ст. 59].
mмор - коэффициент неравномерности поступления мороженных грузов на холодильник. [9. ст. 59].
- для мороженных грузов, поступающих непосредственно в камеры хранения мороженых продуктов. [9. ст. 59].
G``пост = 1089 • 3,5 • 2,5 • 0,85/365 = 22 т
Тогда
Q2 км. мор = 22 • 13,6 • 10 6/(24 • 3600) = 3463 Вт.
Теплоприток Q2 учитываем полностью при определении тепловой нагрузки на компрессор.
Расчетный теплоприток на камерное оборудование увеличиваем на 30% по сравнению с полученным теплопритоком.
Результаты расчета сведены в таблицу (см. Приложение 3)
4.3 Теплопритоки от вентиляции
Величину Q3 учитывают только для холодильников и холодильных камер хранения плодов и овощей, следовательно Q3 = 0 Вт.
4.4 Эксплуатационные теплопритоки
Тепло Q4 складывается из следующих составляющих [1. ст. 135]:
Q4 = Q4' + Q4'' + Q4''' + Q4'''', (36)
Где
- тепло от светильников
Q4' = Nсвет = qнорм • Fстр (37)
где
qнорм = 7,5 Вт/м 2 -мощность освещения для производственных помещений
[1. ст. 135];
=0,7 - коэффициент одновременности включения светильников [1. ст. 135].
- тепло от работающих двигателей [1. ст. 135]
Q4'' = hодн • SNдвиг• 10 3 (38)
Где
SNдвиг - мощность электродвигателей (SNдвиг = 0 Вт т. к. в камерах охлаждение производится с помощью батарей) [1. ст. 135].
hодн - коэффициент одновременности работы оборудования; в зависимости от числа имеющихся двигателей и от особенностей технологического процесса, величина его находится в пределах 0,4 - 1,0. [1. ст. 135] - тепло от людей [1. ст. 136]:
Q4''' = 350 • п (39)
где п = 4 - количество одновременно работающих в камере людей [1. ст. 136];
350 - тепловыделение одним человеком с учетом влаговыделения при средней интенсивности работы, Вт [1. ст. 136].
- тепло через двери [1. ст. 136]
Q4'''' = B • F (40)
В - удельный приток тепла, выбираеся из таблицы [3] в зависимости от камеры и ее площади [1. ст. 136].
Рассчитаем эксплуатационные теплопритоки в камеру №1.
Fстр = 720 м 2; SNдвиг = 0 кВт; hодн = 0,7; п = 4; В = 2,5 Вт/м 2
Q4' = 0,7 • 7,5 • 720 = 3780 Вт;
Q4'' = 0 Вт;
Q4''' = 350 • 4 = 1400 Вт;
Q4''''= 2,5 • 720 = 1800 Вт;
S Q4 = 3780 + 0 + 1400 + 1800= 6980 Вт.
Теплопритоки на компрессор учитывают лишь на 50-75 %, т. к. эксплуатационные теплопритоки не могут одновременно возникать во всех помещениях, а на оборудование их учитывают полностью (см. Приложение 4).
4.5 Определение нагрузок на компрессор и оборудование
Для определения суммарных нагрузок сведем в одну таблицу все полученные теплопритоки (за исключением тепла Q3 , так как на холодильнике отсутствуют вентилируемые камеры).