Расчет тепловой изоляции холодильной камеры хранения

4.3 Холодоснабжение

Расчет  холодильной камеры предусматривает  расчет теплоизоляции, теплопритоков, холодильного цикла и подбор основного  и вспомогательного оборудования.

Расчет  тепловой изоляции холодильной камеры хранения

Для снижения потерь холода камера теплоизолируется. Расчет теплоизоляции сводится к определению теплоизоляционного слоя, соответствующей нормативному значению коэффициента теплопередачи ограждения камеры, а также не допускающей конденсации влаги на его поверхности. Данный коэффициент зависит от зоны строительства молочного завода и температуры воздуха в холодильной камере ( СНиП 2.11.02-87).

      Размещение холодильной камеры  в плане предприятия приведено  на рис.1. Строительная высота  H=6м, размеры холодильной камеры ( 12 *18 )м² , т.е. строительная площадь составляет Fстр =12 *18 = 216 м². Температура воздуха в холодильной камере tв= +4 ºС, условие циркуляции воздуха в камере – слабое, теплоизоляционный материал – пенополистирол, наружное ограждение – кирпичная кладка, среднегодовая температура наружного воздуха в районе расположения завода tсг =  7 - 10 ºС. Производительность камеры хранения цельномолочной продукции составляет Спр = 100 т/сутки. 
 

План  холодильной камеры

                                

                                         Экспедиция                                               С

                                        t= +30°С       

          З В

цех  tн =20 °С

tн =20 °С

 

                                                18 м                                                      Ю

                   

                                            цех 

                                        tн =20 °С 

                                              

Строительная  высота Н=5,4 м, размеры холодильной  камеры (12*24)м², то есть строительная площадь составляет F_стр =12*24=288 м². Температура воздуха в холодильной камере t_в=+4ºС, условия циркуляции воздуха в камере-слабое, теплоизоляционный материал-пенополистирол, наружное ограждение-кирпичная кладка, среднегодовая температура наружного воздуха в районе расположения завода t_сг=2,9 ºС. Производительность камеры хранения продукции составляет G_пр= 120 т/сутки.

Площадь холодильной камеры 4 строительных квадрата (6*12) или 

F _стр = 12*24 =288 м².

Температура воздуха в холодильной камере t _в=+4ºС (для хранения цельномолочной продукции).

пнРасчетное значение коэффициента теплопередачи  для наружной стены

К=0,58 Вт/м²·К.

Коэффициенты  теплопередачи с наружной и внутренней сторон ограждения холодильной камеры равны:

α _н = 23,4 Вт/м²·К;

α _в = 9,0 Вт/м²·К.

Коэффициенты  теплопроводности изоляционного и  строительного материалов, составляющих конструкцию ограждения:

λ _из =0,047 Вт/м·К;

λ _шт =0,9 Вт/м·К;

λ _Кир =0,82 Вт/м·К;

λ _пар =0,30 Вт/м·К,

где λ _из- для теплоизоляции – пенополистирол;

λ _шт – для штукатурки;

λ _Кир- для кирпичной кладки;

λ _пар- для пароизоляции.

Конструкция наружной стены холодильной камеры 

1, 3, и 6 – штукатурка;

2 – кирпичная  кладка;

4 – пароизоляция  – борулин;

5 – тепловая  изоляция.

Толщина теплоизоляции  равна

δ _из = λ _из [ 1/К-(1/α _н + 3*(δ _шт /λ _шт )+δ _кир /λ _Кир+δ _п /λ _п +1/α _в )]

δ _из= 0,047[ 1/0,58-(1/23,4+3*(0,015/0,9)+0,38/0,82+0,002/0,3+1/9,0)]=0,05 м.

Пенополистирол  имеет стандартную толщину 25, 33, 50 и 100 мм.

Принимаем толщину изоляции δ _из=0,05 м. При этом действительный коэффициент теплопередачи составляет К _д =0,58 Вт/м²·К.

Определяем  плотность теплового потока, проходящего  через ограждение

q= К _д(t_н - t_в)=0,58(30-4)=15 Вт/м².

Зная  величину q=15 Вт/м² находим распределение температуры по слоям ограждения холодильной камеры:

t₁=t_н-q/α_н= 30-15/23,4=29,4ºС

t₂=t₁-q*(δ _шт/λ _шт)= 29,4-15*(0,015/0,9)=29,2ºС

t₃=t₂-q*(δ _кир/λ _кир)= 29,2-15*(0,38/0,82)=22,2ºС

t₄=t₃-q*(δ _шт/λ _шт)= 22,2-15*(0,015/0,9)=22ºС

t₅=t₄-q*(δ _п/λ _п)= 22-15*(0,002/0,3)=21,7ºС

t₆=t₅-q*(δ _из/λ _из)= 21,7-15*(0,05/0,047)=5,78ºС

t₇=t₆-q*(δ _шт/λ _шт)= 5,78-15*(0,015/0,9)=5,6ºС

Проверяем значение температур в холодильной камере:

t_в=t₇-q/α _в= 5,6-15/9=3,95ºС

Допускается отклонение t_в ±2ºС, следовательно толщина изоляции определена верно.

Расчет  толщины изоляционного  слоя покрытия камеры хранения

Конструкция покрытия холодильной камеры

1. кровельный рулон (пароизоляция);
2. бетонная стяжка;
3. засыпная теплоизоляция;
4. плитная теплоизолязия;

5. железобетонная  плита покрытия.

          

 

Коэффициент теплопередачи покрытия принимаем  согласно рекомендациям К=0,52 Вт/м²·К.

Коэффициенты  теплоотдачи аналогичны как и  для ограждения холодильной камеры, то есть α _н =23,4 Вт/м²·К; α _в=9 Вт/м²·К.

Толщина слоев  покрытия и коэффициенты теплопроводности материалов:

5 слоев гидроизола  на горячей битумной мастике

δ ₁ =0,012 м; λ ₁=0,35 Вт/м·К;

бетонная стяжка

δ ₂ =0,03 м; λ ₂=1,4 Вт/м·К;

засыпная теплоизоляция (δ _из – следует рассчитать)

 λ _из=0,18 Вт/м·К;

плитная изоляция – жесткие минераловатные плиты ( два слоя )

δ ₃ =0,01 м; λ ₃=0,085 Вт/м·К;

железобетонная  плита покрытия

δ ₄ =0,16 м; λ ₄=1,5 Вт/м·К.

Необходимая толщина засыпного слоя изоляции:

δ _из = λ _из[1/К-(1/α_н +∑ δ _i / λ _I +1/ α_в)]

δ _из = 0,18[1/0,52-(1/0,043 +0,012 / 0,35 +0,03/1,4+0,01/0,085+0,16/1,5+0,11)]=

=0,18(1,923-1,49)=0,078 м

Принимаем толщину  засыпного слоя равную δ _из = 100 мм.

Определение толщины изоляционного  слоя пола холодильной  камеры

Пол холодильной камеры располагается на грунте. Если температура в холодильной камере 0ºС и выше, то полы на грунтах согласно рекомендациям не теплоизолируются. Поэтому при  t_в=+4°С можно принять следующую конструкцию пола: чистый пол из мозаичных бетонных плит (толщиной 55 мм), бетонная подготовка (толщиной 100 мм).

Расчет  теплопритоков в  холодильную камеру

Теплопритоки  из окружающей среды непосредственно  влияют на изменение температуры  воздуха в холодильной камере, поэтому их необходимо учитывать при расчете холодильной системы.

Общее количество теплопритоков, поступающих в холодильную камеру равно

∑Q=Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ Вт,

где  Q₁ – теплопритоки через ограждения холодильной камеры, Вт

Q₂ – теплопритоки от продукции при ее холодильной обработке, Вт

Q₃ – теплопритоки от работающих вентиляторов, Вт

Q₂ – эксплуатационные теплопритоки, Вт.

1. Теплопритоки Q₁ ,Вт

Q₁ = Q_1т+ Q_1с, Вт

где Q_1т – теплопритоки в камеру за счет разности температур с обеих сторон ограждения, Вт;

Q_1с – теплопритоки в камеру за счет солнечной радиации, Вт.

Q_1т = К_д·F·(t_н  - t_в),

где К_д – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К;

F – площадь поверхности ограждения, м²;

t_н – наружная температура окружающей среды, °С;

t_в – температура воздуха в холодильной камере, ºС.

2. Теплопритоки Q_1с, Вт

Q_1с= К_д·F·δt_с,

где δt_с – разность температур при солнечной радиации.

Расчетная схема приведена на рисунке

                                         Экспедиция                                               С

                                        t= +30°С       

t_н=20°С          З В 

      t_н=20°С        

 

                                                24 м                                                      Ю

                     

                                           t_н=20°С        

Строительная  высота Н=5,4м.

Расчет Q₁  для холодильной камеры

1. Q_1т= 0,58 (5,4*24)(20-4)=1202,69 Вт
2. Q_1т= 0,58 (5,4*24)(30-4)=1954,37 Вт
3. Q_1т=2* 0,58 (5,4*12)(20-4)=1202,69 Вт
4. Q_1т= 0,52 (12*24)(30-4)=3893,76 Вт

Суммарные теплопритоки

∑ Q_1т= 1202,69+1954,37+1202,69+3893,76= =8253,5Вт=8,25кВт.

Расчет Q_1с для холодильной камеры

5. Q_1с= 0,58 (5,4*24)*10=751,68 Вт
6. Q_1с= 0,52 (12*24)*10=1497,6 Вт

Суммарные теплопритоки  ∑ Q_1с =751,68+1497,6=2249,28=2,25кВт.

Общие теплопритоки через ограждения:

∑ Q₁ =∑ Q_1т +∑ Q_1с =8253,5+2249,28=10502,78 Вт=10,5 кВт.

Расчет теплопритоков  от поступающих продуктов и тары Q₂

В холодильную  камеру поступает следующая продукция:

1. Молоко пастеризованное  66885,8 кг/сутки

2. Биокефир  19495,4 кг/сутки

3. Ряженка  9379,2 кг/сутки

4. Творог мягкий  диетический  8177,6 кг/сутки

5. Сметана  8500 кг/сутки 

Итого 112438 кг/сутки, принимаем G_пр=120 т/сут.

Теплопритоки  от продуктов  Q_2пр  и тары Q_2т   

∑ Q₂ = Q_2пр  + Q_2т ,