Исходные данные.
В камере охлаждения фруктов (рис. 1) с температурой tпм = 0 °С находятся яблоки, упакованные в деревянные ящики. Начальная температура яблок tнач = 25 °С, конечная tкон = 6 °С.
Цель расчета.
Определить продолжительность охлаждения, вместимость камеры, тепловую нагрузку на камерное оборудование, подобрать воздухоохладители.
Рис.1. Конструктивная схема камеры охлаждения фруктов.
Методика расчета.
Для качественного и интенсивного охлаждения фруктов, уложенных в ящики, формируем штабель таким образом, чтобы обеспечить через него инфильтрацию холодного воздуха. При таком складировании норма загрузки камеры 15 %, а отнесенная к 1 м2 строительной площади камеры составляет gf = 400 кг/м2 (см. приложение 1).
Для пересчета qv и gf необходимо разделить значения qv на высоту штабеля.
Строительная площадь камеры Fкам = LB = 12 · 6 = 72 м2.
Вместимость камеры М = Fкамgf = 72 · 400 = 28800 кг = 28,8 т.
Продолжительность охлаждения яблок, уложенных в деревянную тару, рассчитывается (в нашем случае составит τ = 248400 с = 69 ч).
Теплоприток (Вт) через ограждающие конструкции камеры рассчитываем с учетом теплопритока от солнечной радиации только через кровлю холодильника:
Q1 = Σ (ki Fi Δti) + k F Δtc,
где k - коэффициент теплопередачи ограждения; принимаем для наружной стены 0,40 Вт/(м2·К), внутренней с коридором - 0,52 Вт/(м2·К), покрытия - 0,37 Вт/(м2·К); Δtсл - дополнительная разность температур от солнечной радиации; Δtсл = 18 °С.
После подстановки получим:
Q1 = 0,40 · 6 · 4,8 · (31 - 0) + 0,52 · 6 · 4,8 · (12 - 0) + 0,37 · 6 · 12 · (31 - 0) +
+ 0,37 · 6 · 18 · (12 - 0) = 1843 Вт ≈ 1,84 кВт.
Теплоприток (кВт) от охлаждаемых яблок, упакованных в ящики,
где сяб - удельная теплоемкость яблок, кДж/(кг·К) (см. приложение 2); ст - удельная теплоемкость тары, кДж(кг·К) (см. приложение 3); Мт - масса тары; Мт = 0,2М = 0,2 · 28800 = 5760 кг; tк.т - температура тары в конце охлаждения; принимаем tк.т=3 °С; К - коэффициент неравномерной тепловой нагрузки по времени (для камер с периодической нагрузкой-выгрузкой К=1,2...1,3).
После подстановки имеем:
Теплоприток (Вт) от биохимических процессов, протекающих в яблоках:
Q2б=Mqб,
где qб - удельная теплота биохимического процесса (см. приложение 4); qб=9...11 Вт/т. Принимаем qб=9 Вт/т.
После подстановки имеем:
Q2б = 28,8 · 9 = 260 Вт = 0,26 кВт.
Эксплуатационные теплопритоки принимаем ориентировочно:
Q4 = 0,2Q2 = 0,2 · 12,3≈2,5 кВт.
Тепловая нагрузка на камерное оборудование
Q0 = 1,84 + 12,3 + 0,26 + 2,5 = 16,9 кВт.
Площадь теплообменной поверхности воздухоохладителей (м2) должна быть не менее
где k0 - коэффициент теплопередачи воздухоохладителя; принимаем k0=15 Вт/(м2·К) (см. приложение 5); θ0 - температурный напор; для фруктовых камер с целью уменьшения опасности подмораживания продуктов принимают θ0 в пределах 5...6 К.
После подстановки получим:
Принимаем к установке в камере аммиачные воздухоохладители марки GHP 065 E/116 (см. приложение 6). Воздухоохладитель имеет площадь теплообменной поверхности fв=55,4 м2, шаг оребрения tp=16 мм, мощность электродвигателей вентиляторов Nвен=0,75 кВт, два вентилятора (nвен - 2), общая объемная подача вентиляторов Vво=Vвен=9100 м3/ч. Тогда число установленных воздухоохладителей
Суммарная объемная подача вентиляторов четырех воздухоохладителей
Vc=nвоVвен = 4 · 9100 = 36400 м3/ч=10,1 м3/с.
Кратность циркуляции воздуха в камере
Для камер интенсивного охлаждения фруктов рекомендуемое значение кратности циркуляции 100...200 ч-1, т. е. подобранные воздухоохладители удовлетворяют технологическим условиям работы такой камеры.
Действительная тепловая нагрузка на камерное оборудование (кВт)
После подстановки получим:
что примерно равно Q0, и дополнительных перерасчетов делать не требуется.
Величина охлаждения воздуха в воздухоохладителях (°С)
где св - удельная теплоемкость воздуха при температуре воздуха камеры, кДж/(кг·К); ρв- плотность воздуха кг/м3 (см. приложение 7).
После подстановки имеем:
Для камер охлаждения рекомендуемое подохлаждение воздуха составляет Δt=1...4 К. Следовательно, подобранные воздухоохладители удовлетворяют технологическим требованиям.
На рис. 2 показано размещение подобранных воздухоохладителей.
Рис.2. Размещение воздухоохладителей в камере охлаждения фруктов:
1 - воздухоохладитель; 2 - камера.
Возможен и другой вариант решения этой задачи с использованием фреоновых воздухоохладителей, например типа GHP марки 071D/110 (см. приложение 8). Воздухоохладитель имеет площадь теплообменной поверхности fво=114,1 м2, шаг оребрения tp=10 мм, один вентилятор (nвен=1), объемную подачу вентилятора Vво=Vвен=13230 м3/ч. Тогда число установленных воздухоохладителей
Суммарная объемная подача вентиляторов двух воздухоохладителей
Vc = nвоVвен = 2 · 13230 = 26460 м3/ч = 7,4 м3/с.
Применение фреоновых воздухоохладителей позволяет укомплектовать каждый воздухоохладитель автоматизированным компрессорно-конденсаторным агрегатом, например H9-LSG-40X (см. приложение 9). Агрегат обеспечивает холодопроизводительность Q0=8,5 кВт при температуре кипения фреона t0= -5 °С и температуре окружающего воздуха tн.в=27 °С.