- •Розділ 3 холодильне устаткування
- •3.1. Фізичні основи і технічні засоби одержання низьких температур
- •3.1.1. Фізичні принципи одержання низьких температур
- •3.1.2. Охолодження водяним льодом
- •3.1.3. Льодосоляне охолодження
- •Характеристика льодосоляної суміші (NaCl)
- •Характеристика сумішей солі й льоду
- •3.2. Вибір альтернативних холодоАгентів
- •3.3.Теоретичний і дійсний цикл парової холодильної машини
- •3.3.1. Теоретичний цикл
- •3.3.2. Дійсний цикл
- •3.3.3. Основи теорії холодильних машин
- •3.3.4. Побудова циклу в діаграмах lgP-і
- •3.4. Енергетичні втрати в компресорі
- •3.4.1.Термодинамічні процеси і оборотний цикл
- •З рівняння (3.26) випливає, що
- •3.5. Компресори холодильних машин
- •3.5.1. Сальникові компресори
- •3.5.2. Безсальникові компресори
- •18 Маслорозбризкувальний диск; 19 трубка для подачі мастила
- •3.5.3. Герметичні компресори
- •3.5.4. Екрановані герметичні компресори
- •3.6. Теплообмінні апарати
- •3.6.1. Конденсатори
- •Де 1 і2 температурний напір на початку і в кінці теплообміну, к.
- •3.6.2. Конденсатори з повітряним охолодженням
- •3.6.3. Розрахунок і підбір конденсаторів
- •3.6.4. Камерні батареї
- •3.6.5. Розрахунок і підбір камерних батарей
- •3.6.6. Повітроохолоджувачі
- •3.6.7. Розрахунок і підбір повітроохолоджувачів
- •3.6.8. Система відтавання випарників та повітроохолоджувачів
- •3.7. Зміна властивостей харчових продуктів під час їхньої обробки і зберігання
- •3.7.1. Регулювання параметрів середовища, що відводить тепло, при холодильній обробці і збереженні продуктів
- •3.7.2. Вплив зміни температури середовища, що відводить тепло, на умови холодильного зберігання продуктів
- •3.7.3. Сталість температури в охолодженому об’ємі
- •3.8. Регулювання температури повітря в охолоджуваному об’ємі
- •3.8.1. Прилади автоматичного регулювання температури повітря у торговому холодильному устаткуванні
- •Автоматичне регулювання кількості рідкого холодильного агента, що подається у випарник
- •3.8.2. Прилади непрямого регулювання температури повітря в охолоджуваному об’ємі
- •3.8.3. Сучасні тенденції розвитку засобів автоматизації холодильних машин торгового холодильного устаткування
- •3.9. Холодильні агрегати
- •Основні типи холодильних агрегатів
- •Герметичні агрегати
- •Напівгерметичні агрегати серії віск
- •Агрегати carrier
- •3.10. Торгово-технологічне холодильне устаткування
- •3.10.1. Вітрини холодильні
- •3.10.2. Прилавки та прилавки-вітрини
- •Морозильний прилавок crystal
- •Вітринний холодильний прилавок фірми byfuch
- •Вітринний прилавок фірми byfuch
- •Вітринний прилавок lws
- •Технічні дані
- •Вітринний кондитерський прилавок
- •Технічні дані
- •Холодильний стелаж Kühlregal
3.6.5. Розрахунок і підбір камерних батарей
Площу поверхні камерних батарей, що передає тепло Fб (м2) безпосереднього охолодження, визначають за формулою
, (3.49)
де Qт теплоприток у камеру,Вт;
kб коефіцієнти теплопередачі батареї, Вт/(м2К);
температурний напір між повітрям камери і кип’ячим холодильним агентом; приймається рівним 7–10С, а для батарей малих установок, що працюють на хладонах, 8–15С.
Коефіцієнти теплопередачі [Вт/(м2К)] для батарей з гладких труб наведені в табл. 3.11.
Таблиця 3.11
-
Батареї
Температура повітря в камері, С
0
-20
Стельові
10
7
Пристінні
10–14
7–10
Коефіцієнти теплопередачі [Вт/(м2К)] для батарей з оребрених труб діаметром 38х2,5 мм наведені у табл. 3.12.
Таблиця 3.12
-
Батареї
Температура повітря в камері, С
0
-20
Стельові:
- однорядні
5,9–5,1
4,7–4,2
- дворядні
5,6–4,8
4,4–4,0
Пристінні:
- чотири труби по висоті
4,7–4,1
3,6–3,3
- вісім труб по висоті
4,3–3,7
3,4–3,0
Великі значення коефіцієнтів мають батареї з кроком ребер 30 мм, менші – із кроком ребер 20 мм.
Коефіцієнт теплопередачі оребрених батарей для хладонів 3–6 Вт/(м2К).
За площею поверхні, яка передає тепло, вибирають батареї в каталозі або здійснюють їх конструктивний розрахунок відповідно до приміщення, у якому вони будуть розташовані.
Для цього знаходять загальну довжину труб L (м)
, (3.50)
де f площа поверхні 1 м труби батареї, м2.
Площа поверхні 1 м труби: гладкої діаметром 57х3,5 мм – 0,179 м2, оребреної із кроком ребер 35,7 мм – 1,12 м2, труби діаметром 38х3,5 мм із кроком ребер 35,7 мм – 0,8 м2.
Задаючи довжину батареї lб, залежно від розмірів камери, визначають кількість труб у батареї n
. (3.51)
3.6.6. Повітроохолоджувачі
Вологе повітря складається із суміші газів (азоту, кисню, неону, гелію, аргону тощо) і водяної пари. Вміст водяних парів у повітрі різний. Вологість повітря характеризують вологовмістом d або абсолютною вологістю е.
Вологовмістом називають масову кількість водяної пари, віднесену до 1 кг сухого повітря (d кг вологи на 1 кг сухого повітря).
Абсолютна вологість повітря масова кількість водяної пари, що міститься в 1 м3 вологого повітря (е кг вологи на 1 м3 вологого повітря).
Тиск атмосферного повітря В дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря рв і водяних парів рп. Чим більший вологовміст повітря, тим вищий парціальний тиск водяних парів. Гранична кількість пари води у повітрі залежить від його температури і тиску. При підвищенні температури атмосферного повітря межа насичення парами збільшується.
Відносна вологість повітря , тобто ступінь його насичення водяними парами, чисельно дорівнює відношенню парціального тиску водяних парів у повітрі рп при певній температурі до тиску водяних парів у насиченому повітрі р"п при тій самій температурі. Для температур, нижчих за 15°С, відносну вологість повітря можна приблизно прирівняти до відношення вологовмісту повітря d до вологовмісту насиченого повітря d" при тій самій температурі
(3.52)
У насиченого повітря =1.
Температуру, при якій повітря з даним вологовмістом стає насиченим, називають точкою роси. При охолодженні повітря нижче за точку роси волога випадає у вигляді роси чи інею. При додаванні вологи в насичене повітря вона буде в краплинному стані. Прикладом може бути туман, що складається з насиченого повітря і дрібних крапельок води, що знадходяться у зваженому стані.
Параметри вологого повітря визначають за і–d-діаграмою і таблицями для вологого повітря.
Схема і–d-діаграми зображена на рис. 3.18. Для зручності зображення її будують у косокутній системі координат з кутом між осями – 135°. По похилій осі абсцис відкладають вологовміст повітря, а по вертикальній осі ординат ентальпію і. Лінії постійних ентальпій і=сonst проведені похило, тобто паралельно осі абсцис. Початок відліку ентальпій відповідає температурі 0° С і вологовмісту d = 0.
У дійсних діаграмах нахилу вісь абсцис d не наносять. Замість неї проводять допоміжну горизонтальну вісь, на якій вказують вологовміст. На діаграму наносять також лінії постійних температур, відносних вологостей, густин повітря і парціальних тисків водяної пари.
Л
С
Рис.
3.18. Побудова діаграми вологого повітря,
вологовміст ентальпії
('d,
і)
повітрі з початковим станом, що характеризується точкою А, для температур повітря нижче 30° С з достатньою точністю можна знаходити на перетині ліній і =1.
Процеси зміни стану повітря нерідко супроводжуються зміною ентальпії і вологовмісту . Відношення цих величин називають тепловологісним відношенням. Ця величина визначає кут нахилу процесу в і– d-діаграмі. Значення Е нанесені на діаграму у вигляді пучка прямих, що виходять із точки і . Ці лінії проведені тільки поза полем діаграми, що забезпечує чіткість зображення інших ліній на діаграмі. Тепловологісне відношення Е є кутовим масштабом діаграми.
Часто протікають процеси взаємодії повітря з водою, що супроводжується перенесенням теплоти і вологи від одного середовища до іншого. При перенесенні теплоти середовища охолоджуються чи нагріваються, а при перенесенні вологи відбувається випаровування чи її конденсація на поверхні, що веде до осушення чи зволоження повітря.
На поверхні зіткнення повітря і вода знаходяться у стані рівноваги, тобто повітря має однакову з водою температуру і 100%-ну відносну вологість. Такий стан повітря характеризується точками на кривій насичення (=1). Температура і вологовміст повітря поза поверхнею води інші. Парціальний тиск водяної пари в насиченому повітрі безпосередньо на поверхні води р" відрізняється від тиску водяної пари рп у шарах повітря, вилученого від поверхні води (винятком є випадок, коли температура води дорівнює точці роси повітря). У результаті різниці між парціальними тисками водяної пари в повітрі відбувається вологообмін між водою і повітрям, а також теплообмін, тому що разом з паром у повітря переноситься і теплота, витрачена на його утворювання. До того ж, має місце конвективний теплообмін внаслідок різниці між температурами повітря і води. Якщо температура поверхні води вища за точку роси повітря ( ), то вода випаровується. Волога і теплота пари переносяться від води до повітря, внаслідок чого повітря охолоджується. Якщо температура води нижча за точку роси ( ), то відбувається конденсація водяної пари з повітря на поверхню води, тобто перенесення теплоти і вологи до води, внаслідок чого повітря осушується.
Точка роси
Рис. 3.19. Процеси в і– d-діаграмі:
а – взаємодія повітря з водою; б – змішання повітря двох станів
Конденсація вологи з повітря, а отже, і осушення повітря відбуваються при зіткненні не тільки з холодною водою, але й з будь-якою поверхнею (наприклад, поверхня трубчастого повітро-охолоджувача), температура якої нижча за точку роси повітря.
У теплообмінних апаратах при зіткненні повітря з водою можуть протікати різні процеси (рис. 3.19, а).
У процесі А–1 повітря охолоджується й осушується. Цей процес протікає за умови, що температура поверхні зіткнення (води чи трубчастої поверхні повітроохолоджувача) нижче за точку роси повітря А, що вступає в процес ( ). Гранично процес А–1 зображується дотичною до кривої насичення ( =1). Процес А–1 характерний для більшості повітроохолоджувачів.
У процесі А–2 повітря охолоджується без конденсації вологи з повітря, тобто при . У цьому процесі . Процес А–2 зустрічається у повітроохолоджувачах.
У процесі А–3 повітря зволожується і охолоджується, тому що частина теплоти, що віддається повітрям воді, витрачається на її випаровування. У цьому процесі температура поверхні води вища за точку роси, але нижча за температуру мокрого термометра ( ).
У процесі А–4 повітря зволожується без підведення і відведення теплоти. Теплота, що віддається повітрям воді, витрачається на випаровування води і переходить разом з випаруваною вологою назад у повітря (ентальпія повітря залишається постійною, ( ). Температура води відповідає температурі мокрого термометра ( ). Цей процес має місце в камерах адіабатичного зволожування, де повітря зволожується однією і тією ж водою, що рециркулюється за допомогою насоса, без підведення і відведення до неї теплоти.
У процесі А–5 температура води вища за температуру мокрого термометра, але нижча від температури початкового стану повітря ( ). У цьому процесі повітря охолоджується і зволожується зі збільшенням його ентальпії, тому що кількість теплоти, що переходить до повітря з вологою, яка випаровується, виявляється більшою за кількість теплоти, яку повітря віддає воді при порівняно невеликій різниці між температурами. При цьому вода охолоджується. Межею охолодження води є температура мокрого термометра. Такий процес здійснюється у градирнях при охолодженні води, що виходить з конденсатора холодильної машини, а також в камерах, що зволожуються. В останньому випадку для підтримки постійної температури воду підігрівають чи додають свіжу більш теплу воду.
Процес А–6 протікає при однаковій температурі повітря і води ( ). Для нього характерна відсутність конвективного теплообміну між повітрям і водою. При цьому повітря зволожиться, а вода випарується за рахунок тепла стороннього джерела.
У процесі А–7 температура води вища за температуру повітря ( ). У результаті випаровування і конвективного теплообміну між водою і повітрям повітря зволожиться і нагріється, а вода охолоне. Гранично цей процес зображується дотичною до лінії насичення =100%. Процес А–7 здійснюється у градирнях для охолодження води.
Отже, при повітря осушується, при зволожується, при охолоджується, а при нагрівається.
Процес змішування двох потоків повітря станів А и В (рис. 3.19, б) на і–d-діаграмі протікає по прямій, що з’єднує точки А і В. Ці точки характеризують початкові стани повітря. Стан суміші позначається точкою С, що лежить на цій прямій. Відрізки, що визначають положення точки С на лінії змішування, зворотно пропорційні кількостям МА і МВ повітря, що змішується ВС/АС=МА/МВ.
У повітроохолоджувачах теплота від повітря передається холодильному агенту чи холодоносію (воді). Застосування повітроохолоджувачів обумовлює створення примусового руху повітря в об’єкті, що охолоджується. З холодильної камери повітря переганяється вентилятором через повітроохолоджувач, де охолоджується, і знову повертається в камеру.
Розрізняють повітроохолоджувачі поверхневі чи трубчасті (сухі) і контактні (мокрі).
У поверхневих (сухих) повітроохолоджувачах теплообмін між повітрям і охолоджувачем відбувається через стінку труби. Такі повітроохолоджувачі виготовляють у вигляді пучка гладких чи ребристих труб, укладених у кожух. По трубах протікає киплячий холодильний агент (у цьому випадку повітроохолоджувачі є випарниками холодильної машини) чи холодоносій (водяні сухі повітроохолоджувачі). Зовні труби омиваються повітрям.
У контактних (мокрих) повітроохолоджувачах (зрошувальних чи форсункових) теплообмін відбувається при безпосередньому контакті повітря з водою.
Повітроохолоджувачі розміщують в охолоджуваному приміщенні чи поза ним, у цьому випадку кожух ізолюють.