Что такое холодная комната?
Холодильные камеры используются для замедления порчи скоропортящихся продуктов, таких как фрукты, овощи и мясо, сохраняя их свежесть как можно дольше. Высокая температура ускоряет порчу. Поэтому холодильные камеры отводят тепло из окружающей среды, позволяя продуктам остыть.
Для отвода тепла из окружающей среды и обеспечения максимально долгой сохранности хранящихся продуктов необходимы системы охлаждения, обеспечивающие точный и автоматический контроль температуры.
Для отвода тепла из помещения и обеспечения надлежащего охлаждения необходимо рассчитать холодопроизводительность. Холодопроизводительность меняется в течение дня в зависимости от хранимого продукта, местоположения склада и характера его использования. Поэтому в большинстве случаев рассчитывается средняя холодопроизводительность, а затем, исходя из неё, рассчитывается холодопроизводительность устанавливаемой системы.
Источники тепла в холодных помещениях
Теплопоступления в холодильных камерах обычно происходят за счёт теплопроводности, на которую приходится 5–15% теплопотерь. Это означает, что тепловая энергия поступает в камеру через крышу, стены и пол склада.
Тепло всегда движется от горячего к холодному, а температура внутри холодного помещения значительно ниже температуры окружающей среды, поэтому из-за этой разницы температур тепло всегда стремится проникнуть внутрь. Если холодное помещение подвергается воздействию прямых солнечных лучей, теплопередача будет выше.
Другим фактором, влияющим на холодовую нагрузку, является холодовая нагрузка от хранящейся на складе продукции. Холодовая нагрузка от продукции составляет 55–75% от общего тепловыделения. Кроме того, если продукт подвергается повторному замораживанию, заморозке или доохлаждению после охлаждения, это также создаёт дополнительную холодовую нагрузку.
При расчете теплопритока необходимо учитывать и упаковку, поскольку упаковка продукта также будет подвергаться охлаждению на складе.
Кроме того, если необходимо охладить фрукты и овощи, необходимо учитывать тепловыделение от этих продуктов, поскольку эти продукты являются живыми и выделяют некоторое количество тепла в окружающую среду посредством дыхания.
Следующим фактором, который необходимо учитывать, является внутренняя нагрузка, составляющая примерно 10–20%. Она включает в себя тепло, выделяемое людьми, работающими в холодильной камере, а также теплопоступления от оборудования, например, погрузчиков и осветительных приборов. Поэтому при расчёте теплопоступлений следует учитывать такие факторы, как оборудование, используемое для погрузки и разгрузки продукции, численность персонала склада и время, затрачиваемое на погрузку и разгрузку.
Кроме того, необходимо учесть наличие охлаждающего оборудования в помещении, на которое приходится примерно 1–10% общей холодопроизводительности. Для этого необходимо знать температуру двигателя вентилятора и примерную продолжительность его работы в течение дня, а также учитывать тепло, которое испаритель будет выделять в помещение во время оттаивания.
Последний фактор, который следует учитывать, — это утечка воздуха в помещение, которая, опять же, составляет 1–10% от общей холодопроизводительности. Это происходит при открытии двери холодильной камеры. Ещё один фактор, который следует учитывать, — это вентиляция. Поскольку фрукты и овощи выделяют углекислый газ, на некоторых складах требуются вентиляторы. Поскольку этот воздух также необходимо охлаждать, его необходимо учитывать при расчёте теплопоступления.
Пример расчета холодильной нагрузки
Давайте рассмотрим упрощенный пример расчета холодопроизводительности для холодильной камеры:
Расчет нагрузки трансмиссии
Размеры нашего холодильного склада составляют 6 м в длину, 5 м в ширину и 4 м в высоту.
Температура окружающего воздуха (в месте расположения склада) 30°С при относительной влажности 50%, температура воздуха в помещении (желаемые параметры воздуха внутри склада) 1°С при относительной влажности 95%.
Стены, крыша и полы утеплены полиуретаном толщиной 80 мм со значением U 0,28 Вт/м2.К.
Температура земли составляет 10°C.
Для расчета нагрузки трансмиссии будем использовать следующую формулу:
Q = U x A x (наружная температура – внутренняя температура) x 24 ÷ 1000
Q = кВтч/г тепловой нагрузки
U = коэффициент теплоизоляции U (это значение нам уже известно) (Вт/м2.К)
A = Площадь поверхности стен, крыши и пола (мы ее посчитаем) (м2)
Температура в помещении = Температура воздуха внутри помещения (°C)
Наружная температура = температура наружного воздуха (°C)
24 = Количество часов в сутках
1000 = перевод ватт в кВт.
Рассчитать «А» довольно просто:
Стена = 6м x 4м = 24м2
Стена = 6м x 4м = 24м2
Стена = 5м x 4м = 20м2
Стена = 5м x 4м = 20м2
Крыша = 5м x 6м = 30м2
Пол = 5м x 6м = 30м2
Рассчитывать пол нужно отдельно от стен и потолка, так как разница температур под полом другая, поэтому и теплопередача будет разной.
Стены и крыша
Q = U x A x (наружная температура – внутренняя температура) x 24 ÷ 1000
Q = 0,28 Вт/м2.К x 148м2 x (30°C – 1°C) x 24 ÷ 1000
Q = 28,8 кВт·ч/сутки
[148м2 = 24м2 + 24м2 + 20м2 + 20м2 + 30м2 + 30м2]
Земля
Q = U x A x (наружная температура – внутренняя температура) x 24 ÷ 1000
Q = 0,28 Вт/м2.К x 30м2 x (10°C – 1°C) x 24 ÷ 1000
Q = 1,8 кВт·ч/сутки
Общий ежедневный приток тепла от передачи = 28,8 кВт·ч/день + 1,8 кВт·ч/день = 30,6 кВт·ч/день
Нагрузка продукта – расчет охлаждающей нагрузки на основе изменения продукта
На следующем этапе мы рассчитаем холодильную нагрузку на основе тепла от вновь поступившей в холодильную камеру сдачи продукции.
В этом примере мы будем хранить яблоки. Если вы собираетесь охлаждать продукты, замораживать их или проводить последующее охлаждение, вам необходимо будет рассчитать их тепловыделение отдельно. В этом примере мы только охлаждаем.
Ежедневно на склад поступает 4000 кг новых яблок при температуре 5°С и теплоемкости 3,65 кДж/кг.
Для этого расчета можно использовать следующую формулу:
Q = mx Cp x (Температура продукта на входе – Температура внутри склада) / 3600
Q = кВтч/день
CP = Удельная теплоемкость продукта (кДж/кг.°C)
m = Масса вновь добавленных продуктов (кг)
Температура продукта на входе = Температура продукта на входе (°C)
Температура внутри склада = Температура внутри склада (°C)
3600 = перевод кДж в кВт·ч
Расчет
Q = mx Cp x (Температура продукта на входе – Температура внутри склада) / 3600
Q = 4000 кг x 3,65 кДж/кг°С x (5°С – 1°С) / 3600
Q = 16 кВт·ч/день
Расчет охлаждающей нагрузки по дыханию продукта
Следующий шаг — расчёт охлаждающей нагрузки, связанной с дыханием продукта. В этом примере возьмём среднюю теплоту дыхания продукта 1,9 кДж/кг в сутки, но эта величина меняется в зависимости от времени и температуры. В данном примере эта охлаждающая нагрузка не считается критической, поэтому мы используем одно значение для упрощения расчётов. В этом примере мы храним 20 000 кг яблок.
Для расчета воспользуемся следующей формулой:
Q = mx resp / 3600
Q = кВтч/день
m = Количество товара на складе (кг)
респ = теплота дыхания продукта (1,9 кДж/кг)
3600 = преобразует кДж в кВтч.
Q = mx resp / 3600
Q = 20,000 кг x 1,9 кДж/кг / 3600
Q = 10,5 кВт·ч/сутки
Таким образом, если рассчитать холодильную нагрузку от нового продукта, поступающего на склад, и холодильную нагрузку за счет дыхания продукта, то получим общую холодильную нагрузку 26,5 кВт·ч/день.
Внутренняя тепловая нагрузка – расчет охлаждающей нагрузки от людей
На следующем этапе мы рассчитаем тепловую нагрузку от работающих на складе людей. Предположим, что в холодильной камере работают два человека по четыре часа в день. Мы можем оценить, что они могут генерировать 270 Вт тепла в час.
Мы будем использовать следующую формулу:
Q = количество рабочих x время x тепло / 1000
Q = кВтч/день
Количество сотрудников = Количество людей, работающих на складе
Время = Продолжительность времени, проведенного на складе одним человеком (часы)
Тепло = Потеря тепла на человека в час (Вт)
1000 = Просто преобразует ватты в кВт
Расчет:
Q = количество рабочих x время x тепло / 1000
Q = 2 x 4 часа x 270 Вт / 1000
Q = 2,16 кВт·ч/сутки
Внутренняя тепловая нагрузка – расчет охлаждающей нагрузки по освещению
На следующем этапе мы рассчитаем тепло, выделяемое освещением. Это довольно просто, и мы можем воспользоваться приведённой ниже формулой.
Q = лампа x время x ватт / 1000
Q = кВтч/сутки,
Лампы = количество ламп в холодильной камере
Часы = часы использования в день
Ватт = номинальная мощность ламп
1000 = конвертирует ватты в кВт.
Если имеется 3 лампы по 100 Вт каждая, работающие 4 часа в день, расчет будет следующим:
Q = лампа x время x ватт / 1000
Q = 3 x 4 часа x 100 Вт / 1000
Q = 1,2 кВт·ч/день
Общая внутренняя нагрузка: Тепловая нагрузка от людей (2,16 кВт⋅ч/день) и тепловая нагрузка от освещения (1,2 кВт⋅ч/день) получаем общее значение 3,36 кВт⋅ч/день.
Нагрузка на оборудование – расчет охлаждающей нагрузки от двигателей вентиляторов
Теперь давайте рассчитаем теплоприток от двигателей вентиляторов испарителя.
Q = вентиляторы x время x ватты / 1000
Q = кВтч/день
Фанаты = Количество фанатов
Время = Ежедневное время работы вентилятора (часы)
Ватт = Номинальная мощность двигателей вентиляторов (Вт)
1000 = Перевести из Ватт в кВт.
В этом испарителе для холодильной камеры используются 3 вентилятора, каждый мощностью 200 Вт, и мы предполагаем, что они будут работать по 14 часов в день.
Расчет:
Q = вентиляторы x время x ватты / 1000
Q = 3 x 14 часов x 200 Вт / 1000
Q = 8,4 кВт·ч / день
Нагрузка на оборудование – расчет охлаждающей нагрузки с учетом оттаивания двигателя вентилятора
Теперь рассчитаем тепловую нагрузку от оттаивания испарителя. Для этого воспользуемся следующей формулой:
Q = мощность x время x цикл размораживания x эффективность
Q = кВтч/сутки,
Мощность = Номинальная мощность нагревательного элемента (кВт)
Время = время работы размораживания (часы)
Цикл размораживания = Сколько раз в день происходит цикл размораживания.
Эффективность = процент тепла, переданного в окружающую среду
В этом примере в нашей холодильной камере используется электрический нагревательный элемент мощностью 1,2 кВт. Он работает по 30 минут три раза в день, и 30% всей потребляемой им энергии отдаётся холодильной камере.
Q = 1,2 кВт x 0,5 ч x 3 x 0,3
Q = 0,54 кВт·ч/день
Общая нагрузка на охлаждение оборудования складывается из тепловой нагрузки вентилятора (8,4 кВт·ч/день) и тепловой нагрузки оттаивания (0,54 кВт·ч/день), что равно 8,94 кВт·ч/день.
Расчет охлаждающей нагрузки по инфильтрации
Теперь нам нужно рассчитать тепловую нагрузку от инфильтрации воздуха. Для этого используем упрощённую формулу:
Q = объем x энергия x изменение x (наружная температура – внутренняя температура) / 3600
Q = кВтч/день
Изменение = Количество изменений объема в течение дня
Объем = Объем холодного хранения
Энергия = энергия на кубический метр градусы Цельсия
Наружная температура = Температура наружного воздуха
Внутренняя температура = температура в холодной комнате
3600= просто конвертирует из кДж в кВтч.
Если предположить, что дверь будет создавать 5 объемов воздухообмена в сутки за счет поступления и выноса продукции на склад, то объем рассчитывается как 120 м3, каждый кубический метр нового воздуха составляет 2 кДж/°С, температура наружного воздуха составляет 30°С, а воздуха внутри склада — 1°С.
Q = изменение x объем x энергия x (наружная температура – внутренняя температура) / 3600
Q = 5 x 120 м3 x 2 кДж/°С x (30°С – 1°С) / 3600
Q = 9,67 кВт·ч/сутки
Общая холодильная нагрузка
Чтобы рассчитать общую холодильную нагрузку, просто сложим все рассчитанные значения.
Нагрузка на передачу: 28,8 кВт·ч/день
Загрузка продукта: 26,5 кВт·ч/сутки
Внутренняя нагрузка: 3,36 кВт·ч/день
Нагрузка оборудования: 8,94 кВт·ч/сутки
Утечка: 9,67 кВт·ч/сут.
Всего = 77,27 кВтч/день
Фактор безопасности
Для учёта проектных ошибок и отклонений необходимо также применять к расчёту коэффициент запаса прочности. Для этого можно добавить отклонение от 10% до 30%.
В этом примере используем коэффициент запаса 20%. Таким образом, если умножить нагрузку на систему охлаждения на коэффициент запаса 1,2, мы получим общую нагрузку на систему охлаждения 92,7 кВт·ч/день.
Расчет холодопроизводительности
Последний шаг — рассчитать холодопроизводительность, необходимую для отвода этого тепла из окружающей среды. Для этого разделим рассчитанную общую холодопроизводительность на 14, предположив, что установка работает 14 часов в сутки. Таким образом, требуемая мощность нашей холодильной установки составляет 92,7/14 = 6,6 кВт.
K: Хранение и подготовка садоводческой продукции к продаже «Учебник Somtad Publications №: 1», подготовленный профессором доктором Рахми ТЮРК, профессором доктором Нурданом ТУНА ГУНЕС, профессором доктором Мустафой ЭРКАН, профессором доктором Мехметом Али КОЮНЧУ / 2017
