По данным статистики (SpyLOG) статья "Тепловая нагрузка и продолжительность работы холодильного оборудования", опубликованная в номере 1(13) Холодильщик.RU, вызвала пристальный интерес читателей газеты, равно как и рубрика "Программы и игры".
В связи с этим, мы посчитали необходимым опубликовать дополнительную информацию по данной теме, в том числе, разместить таблицу с коэффициентами трансформации мощности электродвигателя в тепловую энергию. Значения из таблицы не настолько востребованы, как может показаться, однако, если необходимо рассчитывать теплоприток от электродвигателей, что очень часто требуется при расчете систем кондиционирования воздуха помещений, без этих цифр не обойтись, тем более, что найти их в интернете невозможно, видимо по той простой причине, что их там нет.
Напомним, что теплоприток от электродвигателей Q'э определяется из уравнения:
Q'э=N·Kтр·τ/24,
где:
N - мощность двигателя, кВт;
Kтр - коэффициент трансформации из вышеупомянутой таблицы;
τ - продолжительность работы электродвигателя, ч.
Для упрощения расчета общую тепловую нагрузку разбивают на ряд отдельных нагрузок в зависимости от количества источников теплоты.
Общая тепловая нагрузка на торговое холодильное оборудование состоит из четырех отдельных нагрузок:
теплопритока от окружающей среды, проходящего через стены;
тепловой нагрузки от воздухообмена;
тепловой нагрузки от продуктов;
различных дополнительных тепловых нагрузок.
Теплоприток через стены
Теплоприток через стены - это тепловой поток в охлаждаемую камеру из окружающей среды за счет теплопроводности. В природе не существует абсолютной изоляции и, поэтому, когда температура в помещении ниже, чем температура окружающей среды, всегда имеется некоторый приток теплоты. Теплоприток через стены характерен для всех случаев применения холода и обычно составляет значительную часть общей тепловой нагрузки. Исключение составляет жидкостное охлаждение, когда наружная поверхность охладителя небольшая, а стенки аппарата хорошо изолированы. В данном случае теплоприток через стенки охладителя настолько мал относительно общей тепловой нагрузки, что им можно пренебречь. Однако в торговых холодильных камерах и шкафах, а также в установках кондиционирования воздуха в жилых домах теплоприток через стены часто составляет основную часть общей тепловой нагрузки.
Тепловая нагрузка от воздухообмена
Когда открывают дверь охлаждаемой камеры, теплый наружный воздух поступает в нее, замещая более плотный холодный воздух, который выходит через дверь. Теплота, которую необходимо отвести от теплого наружного воздуха для снижения его температуры и влагосодержания до расчетных параметров в охлаждаемом пространстве, составляет часть общей тепловой нагрузки на оборудование.
Величина отношения тепловой нагрузки в результате воздухообмена к общей тепловой нагрузке зависит от конкретных условий. В некоторых случаях тепловая нагрузка от воздухообмена ничтожно мала, а в других составляет значительную часть общей нагрузки. Например, при использовании жидкостных охладителей нет дверей или других неплотностей, через которые может поступать теплый воздух, следовательно, нет и воздухообмена. Совершенно обратное явление наблюдается при кондиционировании воздуха, когда кроме воздухообмена через открытые двери имеется значительный приток воздуха в кондиционируемое пространство через щели вокруг окон и дверей. Кроме того, при кондиционировании воздуха очень часто наружный воздух специально вводится в кондиционируемое пространство в целях его вентиляции. Если в кондиционируемом пространстве находится большое количество людей, то необходимо подавать большое количество свежего воздуха, и тепловая нагрузка в результате охлаждения и осушения этого воздуха до расчетных параметров в помещении часто составляет значительную часть общей тепловой нагрузки.
При кондиционировании воздуха тепловая нагрузка от воздухообмена является тепловой нагрузкой от вентиляции или тепловой нагрузкой от инфильтрации. Термин "тепловая нагрузка от вентиляции" используют в том случае, когда воздухообмен в помещении - это результат намеренной подачи наружного воздуха в целях вентиляции. Термин "тепловая нагрузка от инфильтрации" применяют, когда воздухообмен - это результат естественной инфильтрации воздуха в помещение через щели вокруг дверей и другие неплотности. В каждом случае кондиционирования воздуха имеется тепловая нагрузка от инфильтрации или от вентиляции, но редко они имеют место одновременно.
Двери в торговом оборудовании снабжены прокладками и хорошо уплотнены, вследствие чего приток воздуха, если он имеется, крайне незначителен. Следовательно, в торговом оборудовании воздухообмен ограничивается тем, что воздух поступает в охлаждаемый объем при открывании и закрывании дверей.
Невозможно переоценить необходимость сведения к минимуму или полного исключения притока наружного воздуха в холодильные и низкотемпературные камеры через щели вокруг дверей и другие неплотности. Приток наружного воздуха может по-разному влиять на величину тепловой нагрузки. Однако водяной пар, который конденсируется из теплого воздуха в щелях, часто замерзает в них, может вызвать повреждения оборудования.
По периметру двери прокладывают нагревательный элемент, который предотвращает конденсацию влаги на этих поверхностях, поддерживая их температуру выше точки росы поступающего теплого воздуха. Кроме того, важно наличие небольшого обогреваемого отверстия для уравнивания давления воздуха внутри и снаружи холодильной или низкотемпературной камеры. Без такого регулируемого уравнивания в холодильной или низкотемпературной камере может возникнуть пониженное давление, когда температура теплого воздуха, поступающего в камеру при открывании и закрывании дверей, снижается до расчетной величины. Естественно, что разность давлений воздуха внутри и снаружи камеры значительно увеличивает вероятность притока теплого воздуха через уплотнения дверей и через другие отверстия в ограждениях, например в местах прохода трубопроводов хладагента и слива талой воды, электропроводки.
Тепловая нагрузка от продуктов
Данная нагрузка создается теплотой, которая отводится от продуктов для понижения их температуры до заданной. Под термином "продукт" понимается любой материал, температура которого понижается с помощью холодильного оборудования, и включает не только скоропортящиеся пищевые продукты, но и бетонную массу, резину, жидкости всех видов. В некоторых случаях продукт замораживается, и отводимая скрытая теплота является частью тепловой нагрузки от продуктов.
Иногда продукты поступают в камеру при температуре ниже их нормальной температуры хранения. Например, в процессе закладки мороженое часто охлаждают до -18° С или -23° С, а хранят при -12° С, что является идеальной температурой для глазирования. Когда такой продукт поступает на хранение при температуре ниже температуры в камере хранения, он поглощает теплоту из воздуха в камере и нагревается до температуры хранения, создавая некоторое охлаждающее действие. Другими словами, он образует так называемую отрицательную тепловую нагрузку, которую теоретически можно вычесть из общей тепловой нагрузки. Этого, однако, никогда не делают, так как охлаждающее действие незначительно и непродолжительно.
Тепловая нагрузка на холодильное оборудование вследствие охлаждения продукта может быть периодической или постоянной в зависимости от конкретных условий. Нагрузка от продуктов является частью общей тепловой нагрузки только тогда, когда температура продуктов понижается до температуры хранения или когда они замораживаются. В том случае, если продукты охлаждены до температуры хранения, они перестают быть источником теплоты, и тепловую нагрузку от продуктов в общей нагрузке на оборудование не учитывают. Исключение составляют фрукты и овощи, которые в процессе хранения при температуре выше температуры замораживания отдают теплоту дыхания1.
Существует, конечно, ряд случаев, когда охлаждение продукта - это более или менее постоянный процесс, а тепловая нагрузка от продукта - это постоянная нагрузка на оборудование. Подобное явление имеет место, например, в остывочных камерах, предназначенных для охлаждения теплого продукта до температуры хранения2. Продукт, охлажденный до температуры хранения, из остывочной камеры перевозится в холодильную, а остывочную камеру снова загружают теплым продуктом. В таких случаях тепловая нагрузка от продукта непрерывна и обычно составляет значительную часть о идей тепловой нагрузки на оборудование.
Охлаждение жидкости - это другой случай постоянной нагрузки на холодильное оборудование. Охлаждаемая жидкость проходит через охладитель непрерывно. В данном случае тепловая нагрузка от продукта является практически единственной нагрузкой на оборудование, так как нагрузки от воздухообмена и теплоприток через стены и другие дополнительные нагрузки не имеют места.
При кондиционировании воздуха не существует тепловой нагрузки от продуктов, но имеется некоторая нагрузка, которая при понижении температуры исчезает, когда достигаются устойчивые расчетные условия.
1 При проектировании холодильных камер для кратковременного хранения общепринято предусматривать понижение температуры продукта на 5 °С.
2 В отдельных случаях в остывочной камере продукт не охлаждается до конечной температуры хранения, в некоторое дополнительное охлаждение осуществляется в холодильной камере хранения.
Различные тепловые нагрузки
Тепловые нагрузки, иногда называемые дополнительными нагрузками, образуются за счет различных источников теплоты. Главным источником такой нагрузки являются люди, работающие или находящиеся в охлаждаемом пространстве, а также освещение и другое электрооборудование, функционирующее в этом помещении.
В торговом холодильном оборудовании эти нагрузки относительно малы. Их источником являются только освещение и электродвигатели вентиляторов.
При кондиционировании воздуха таких нагрузок нет вообще. Однако нельзя утверждать, что тепловая нагрузка от пребывания людей и работы оборудования в данном случае не составляет части общей тепловой нагрузки. Наоборот, люди и оборудование создают такую большую часть тепловой нагрузки на оборудование для кондиционирования воздуха, что часто рассматриваются как отдельные нагрузки и соответствующим образом рассчитываются. Например, при кондиционировании воздуха в помещении, где находится большое количество людей (театры, рестораны и пр.), тепловая нагрузка от пребывания людей составляет основную часть общей тепловой нагрузки. Кроме того, многие системы кондиционирования воздуха монтируются с единственной целью отвода теплоты от электрического, электронного и других типов тепловыделяющего оборудования. В этих случаях теплота от работающего оборудования является основной частью тепловой нагрузки.
При определении общего теплопритока в охлаждаемое пространство следует учитывать теплоприток от других источников, например от погрузчиков и другого транспортного и технологического оборудования. В этом случае необходимо пользоваться коэффициентами трансформации мощности электродвигателя в тепловую энергию (см. таблицу).
Таблица
Коэффициенты трансформации мощности электродвигателя в тепловую энергию
|
|
Мощность
электродвигателя (в кВт) |
|
0,1 - 0,5 |
0,5 - 2 |
2 - 15 |
|
при
следующих значениях его КПД |
|
0,333 |
0,55 |
0,85 |
|
При полной тепловой нагрузке от электродвигателя,
работающего в охлаждаемой камере1 |
1,67 |
1,45 |
1,15 |
|
При тепловой нагрузке
от электродвигателя, работающего вне охлаждаемой камеры2 |
1 |
1 |
1 |
|
При
тепловой нагрузке от электродвигателя, работающего в
охлаждаемой камере, с приводным механизмом вне камеры3 |
0,67 |
0,45 |
0,15 |
1 Эти значения действительны, когда вся теплота, выделяемая электродвигателем привода вентилятора воздухоохладителя, рассеивается в охлаждаемом пространстве.
2 Эти значения действительны, когда тепловые потери электродвигателя (установка для охлаждения воды или рассола, электродвигатель вне охлаждаемого пространства для привода вентилятора в охлаждаемом объеме) рассеиваются вне охлаждаемого пространства, а полезная работа совершается в охлаждаемом пространстве.
3 Эти значения действительны, когда тепловые потери электродвигателя (электродвигатель в охлаждаемом объеме для привода насоса или вентилятора, смонтированного вне охлаждаемого пространства) рассеиваются в охлаждаемом объеме, а полезная работа расходуется вне охлаждаемого пространства.
