Методические указания
Стр 1 из 4Следующая ⇒ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению контрольной работы по курсу "ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА" для студентов профессионального направления 6.091700 (701) заочной формы обучения
Утверждено советом специальности 7.091711 протокол №1 от 28 сентября 2007 г.
Одесса ОНАПТ 2007
Методические указания к выполнению контрольной работы по курсу
Составители: С. Ф. Горыкин, канд. техн. наук, доцент А.С. Титлов, канд. техн. наук, доцент
Ответственный за выпуск заведующий кафедрой теплохладотехники Н.Д. Захаров, д-р.техн.наук, профессор
Введение Контрольную работу выполняют для закрепления теоретического материала и приобретения студентами навыков проектирования холодильников предприятий общественного питания. Аналогичную задачу придётся решать при разработке холодильной части дипломного проекта. К сожалению, нам неизвестны учебники и учебные пособия последних лет издания. Поэтому рекомендуем использовать литературу 15...30-летней давности. Несколько улучшает ситуацию тот факт, что в методических указаниях использованы самые свежие материалы по новому холодильному оборудованию, которое демонстрировалось на последних промышленных выставках и в специализированных салонах. Эти материалы, ещё не вошедшие в сводные каталоги холодильного оборудования, приведены в Приложениях. Учебник [1] в своё время был составлен в соответствии с учебным планом специальности “Технология общественного питания”. Однако, с нашей точки зрения, ряд фундаментальных положений холодильной техники в нём освещён поверхностно, без должной глубины. С этих позиций более основательными являются учебники [2, 3]. Эти источники имеются в библиотеке академии в достаточном числе.
Наиболее исчерпывающим, несомненно, является учебное пособие [4], однако в настоящее время получить его в библиотеке академии практически невозможно. По этим соображениям ссылки на него по тексту не приводятся. Условие задания Спроектировать холодильник для предприятия общественного питания, предназначенный для ежедневного приёма а видов пищевых продуктов и полуфабрикатов, общей массой G, кг (ещё 10...20 % от величины G составляет масса любой, произвольно выбранной Вами тары). Вся продукция подлежит охлаждению в холодильных камерах от начальной температуры t 1 = tн.в – 10 °С (tн.в – температура наружного воздуха) до температуры воздуха в камере tкам. Необходимо: 1. Определить строительные размеры холодильника и представить его планировку. 2. Самостоятельно выбрать конструкции наружной стены и потолка холодильника, определив при этом необходимую толщину теплоизоляции. 3. Подсчитать возможные теплопритоки в каждую из камер холодильника. 4. Выбрать условия работы холодильной установки. 5. Выбрать по справочной литературе соответствующую холодильную установку и привести её основные характеристики. 6. Подобрать камерные приборы и разместить их в камерах холодильника. 7. Составить принципиальную схему холодильной установки в символах ЕСКД. методические указания Вначале следует внимательно (!) прочитать и ясно представить себе структуру и смысл предлагаемого Вам задания на контрольную работу. Следует иметь в виду, что заданием предусмотрен самостоятельный выбор студентом некоторых исходных данных (перечень и массу хранимых продуктов, материал и массу тары, некоторые размеры и число холодильных камер, конструкции их ограждений, выбор строительных и изоляционных материалов и т.д.). Если, по Вашему мнению, в условии задачи не приведены некоторые данные, не огорчайтесь и задайтесь ими самостоятельно, но обязательно отметьте этот факт в пояснительной записке. Помните, что здесь Вы решаете холодильную задачу, а не технологическую. Поэтому пусть Вас не смущает, в некоторых случаях, “странные” исходные данные (например, 1 или 2 вида продукции в холодильнике; низкие температуры летнего воздуха и т.д.). Таковы условия задачи!
Если Вы задались каким-либо продуктом и не можете отыскать в справочной литературе его теплофизические характеристики (например, удельную теплоемкость, энтальпию), разрешается принять такие характеристики по другому, родственному продукту. При выборе варианта задания считать, что: – значение а равно сумме последней и предпоследней цифр номера зачетной книжки студента (цифру 0 считать как 10); – три последние цифры номера зачетной книжки, прочтенные в обратном порядке, образуют число G (все нули в этом числе следует заменить цифрой 7); – температура воздуха в камере tкам выбирается из литературы [2, с. 315]; – значение tн.в = (25 + b) °C, где b – последняя цифра номера зачетной книжки; – четному значению b соответствует холодильный агент (хладон) R22, Ниже приведены некоторые пояснения к каждому из семи упомянутых выше этапов, которые Вам необходимо преодолеть, выполняя контрольную работу. Здесь же даны комментарии и ссылки на соответствующую литературу.
1. Итак, первым пунктом задания предусматривается определение строительных размеров холодильника и конкретизация его планировки. Холодильники предприятий общественного питания в зависимости от Этим и следует руководствоваться при составлении планировки холодильника: при выборе ассортимента хранимых продуктов рекомендуется заранее спланировать предполагаемое число камер и не выбирать из справочных таблиц [2, с. 315] продуктов одной группы свыше 300...400 кг. Попытайтесь спланировать одну камеру, если емкость холодильника не превышает 400 кг продуктов (в такой камере допустимо хранить любые продукты), две камеры – если емкость холодильника не превышает 650...700 кг и три – четыре камеры для более крупного холодильника [2, с. 333-337; 3, с. 28-33]. Желательно также предусмотреть камеру пищевых отходов.
Строительную площадь отдельной камеры холодильника предприятия общественного питания рассчитывают по формуле [2, с. 312-315; 3, с. 39] , м2 (1) где Gсут – суточное поступление груза, кг/сут; t сут – допустимая продолжительность холодильного хранения, сут (см. табл. 1); qF – норма нагрузки на 1 м2 строительной площади холодильной камеры, кг/м2 (для МР камеры, в среднем, qF = 180 кг/м2; для МЖ камеры qF = 170 кг/м2; для камеры ФЗН qF = 150 кг/м2; для камеры ПО qF = 160 кг/м2 [2, с. 315].
Таблица 1 – Исходные данные для проектирования холодильника [2, 3]
2. Задачей этого пункта является конкретизация конструкций наружных стен и кровли холодильника. При этом весьма важным является правильный выбор толщины слоев теплоизоляции. Ведь, с одной стороны, чем толще теплоизоляция, тем большими будут затраты на строительство холодильника. С другой стороны, слишком малая толщина теплоизоляционного слоя предопределит большие теплопритоки в камеры холодильника, что повлечет за собой существенное увеличение расхода электроэнергии на выработку холода. Таким образом, выбор оптимальной толщины слоя теплоизоляции представляет собой оптимизационную задачу. В общем случае ограждение холодильника представляет собой многослойные конструкции. Типичные конструкции наружных стен и покрытий промышленных холодильников приведены в [2, с. 351; 3, с. 25].
На этой основе выбираем конструкцию наружной стены холодильника, представленной на рис. 1. Такая стена может содержать: а) три слоя штукатурки цементной толщиной по 20 мм каждый, (l = 0,8 Вт/(м×К)); б) кладку кирпичную в полтора кирпича толщиной 380 мм, (l = 0,85 Вт/(м×К)); в) пароизоляцию (гидроизол) толщиной 3 мм, (l = 0,3 Вт/(м×К)); г) теплоизоляцию ПСБ-С, (l из = 0,045 Вт/(м×К)).
В качестве расчетных параметров для определения толщины теплоизоляции принимаем [2, с. 336]: а) температуру в камерах; б) расчетную летнюю и среднегодовую температуру в районе строительства (для условий Одессы эти температура составляет 9,9 °С); в) расчетные разности температур для внутренних ограждений. Расчётные разности температур для внутренних ограждений принимаем в процентах от расчётной разности температур для наружных стен [2, с. 339]: а) для стен, отделяющих охлаждаемые помещения от неохлаждаемых, сообщающихся с наружным воздухом - 70 %; б) от помещений, не сообщающихся с наружным воздухом - 60 %. Для наружной стены холодильника (см. рис. 1) можно записать известное уравнение для коэффициента теплопередачи через плоскую многослойную стенку: , (2) где a1, a2 – коэффициенты теплообмена на наружной и внутренней сторонах стенки холодильника, Вт/(м2·К); d i – толщина соответствующих слоев (индексы соответствуют рис. 1), м; l i – коэффициенты теплопроводности соответствующих слоев, Вт/(м·К). В уравнении (2) все величины известны, кроме K и d3. Решим уравнение (2) относительно d3, предварительно задавшись рекомендованным (нормативным) значением коэффициента теплопередачи KH: . (3) Другими словами определим из уравнения (3) такую толщину теплоизоляции, которая обеспечит нормативный коэффициент теплопередачи KH. Последний выбираем из справочной литературы в зависимости от среднегодовой температуры воздуха окружающей среды и температуры воздуха в камере холодильника [2, с. 356; 3, с. 48]. При использовании тепловой изоляции, изготовленной из стандартных (заводских) плит или блоков, требуемую расчетную теплоизоляцию не всегда удается обеспечить. В таких случаях ее округляют в большую сторону до значения, кратного толщине стандартных блоков. Например, вместо расчетного значения d из = 42 мм приходится устанавливать стандартный блок 50 мм. Понятно, что действительный коэффициент теплопередачи Kд в этом случае будет несколько меньше нормативного KH. Численное значение Kд следует определять из формулы (2), подставив вместо d3 значение действительной толщины выбранной теплоизоляции.
Такую же операцию следует выполнить и для кровли холодильника: задаться ее конструкцией, определить необходимую толщину выбранного Вами материала теплоизоляции и вычислить действительный коэффициент теплопередачи Kд для кровли на основе принятого в конструкции толщины теплоизоляционного слоя.
3. Теплопритоки в холодильник определяют как сумму теплопритоков в каждую из камер. Такой расчет для каждой камеры выполняют в соответствии с общепринятой методикой [1, с. 298-303; 2, с. 415-435]: , Вт, (4) где Q 1 – теплопритоки через ограждения камеры; Q 2 – теплопритоки, связанные с охлаждением груза и тары; Q 3 – теплоприток при вентиляции камеры; Q 4 – эксплуатационные теплопритоки. Теплоприток Q 1 рассчитывают для всех ограждений камеры: наружных и внутренних стен, перегородок между камерами и неохлаждаемыми помещениями, полов и перекрытий. Расчёт проводят по формуле , (5) где Q 1 Т и Q 1 л – теплопритоки в охлаждаемую камеру от наружного воздуха и солнечного излучения, соответственно , (6) где Kд – действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2×К); F – площадь поверхности ограждения, м2; tн – температура воздуха в смежном помещении или наружного воздуха (для наружных стен), °С; tк – температура воздуха в камере, °С. Теплоприток от солнечного излучения определяют только для поверхностей, на которые непосредственно падают солнечные лучи по формуле: , (7) где D tл – избыточная разность температур, возникающая под воздействием солнечного излучения (условно введенная величина). Значения D tл определяют из справочных таблиц [2, с. 420; 3, с. 58] в зависимости от географической широты местности и типа покрытия поверхности стены. Для городов Украины и покрытий светлых тонов значения D tл составляют: а) для плоской кровли – 14,9 °С; б) для стен, оштукатуренных светлой штукатуркой и ориентированных на – запад – 7,2 °С; – восток – 6,0 °С. Теплоприток через пол, расположенный на грунте, в камерах с положительными температурами не рассчитывается. Результаты расчетов теплопритоков Q 1 рекомендуется внести в таблицу. Начальную температуру продуктов, поступающих в неохлаждённом состоянии, следует принять по своим исходным данным. Конечную температуру охлажденных продуктов принимают согласно рекомендуемым режимам хранения (см. табл. 1). Теплопритоки в камеру Q 2 от: а) продукта рассчитывают по формуле [2, с. 425; 3, с. 59] , (8) б) тары , (9) где GП, GТ – суточное поступление продукта и тары, соответственно; i 1, i 2 – энтальпии продуктов при начальной и конечной температурах; СТ – теплоёмкость тары: деревянной – 2500 Дж/(кг×К); стеклянной – 835 Дж/(кг×К); картонной – 1460 Дж/(кг×К); металлической – 460 Дж/(кг×К); t – время охлаждения (его следует принять в интервале 12...24 часа). Теплоприток с наружным воздухом от вентиляции камер Q 3 обычно рассчитывают только для камер хранения фруктов и овощей и камеры пищевых отходов [2, с. 427; 3, с. 59] и определяют по формуле , (10) где Vкам – объём вентилируемой камеры, м3; r возд – плотность воздуха, кг/м3; а – кратность воздухообмена в сутки: a = 4 – для камеры ФЗН; а = 10 – для камеры ПО; i 1 и i 2 – энтальпия наружного воздуха и воздуха в камере, Дж/кг. Теплоприток Q 4 учитывает ряд мелких теплопритоков, связанных с эксплуатацией камер. Это теплопритоки от освещения камер, пребывания в них людей, открывания дверей, работы электродвигателей и т.д. Расчет теплопритоков от освещения проводят по формуле , (11) где А – удельное количество тепла на единицу площади пола (для камер хранения А = 1,2 Вт/м2 [2, с. 428]); F – площадь камеры. Расчёт теплопритоков от пребывания людей определяют по формуле , (12) где 350 – тепловыделение одного человека при средней интенсивности работы, Вт; п – число работающих людей. Для площади камер до 200 м2 принимаем п = 2 [3, с. 60]. Теплопритоки от открывания дверей определяют формуле , (13) где В – удельный приток тепла при открывании дверей (выбирают в зависимости от типа помещения и площади камер [2, с. 428; 3, с. 61]); F – площадь камеры, м2. Для камер хранения охлаждённых продуктов при площади камер: а) до 50 м2 – В = 29 Вт/м2; б) 50...150 м2 – В = 15 Вт/м2; в) более 150 м2 – В = 12 Вт/м2. Теплопритоки от работы электродвигателя вне камеры определяют по формуле , (14) где S Nэ – потребляемая мощность электродвигателей; h – КПД электродвигателя. Если электродвигатель находится внутри камеры, то . Эксплуатационные теплопритоки определяют как сумму перечисленных теплопритоков . (15) Результаты расчёта тепловых нагрузок по каждой камере рекомендуется внести в таблицу. Суммарный теплоприток Qi в каждую камеру в дальнейшем учитывается при выборе камерных батарей в эту камеру. Необходимую для этой камеры холодильную мощность компрессора определяют по формуле , (16) где k – потери холода в трубопроводах (принять k = 1,05); b – коэффициент рабочего времени компрессора (принять b = 0,75). Отметим, что один компрессор (холодильный агрегат) может обслуживать несколько камер. Естественно, что при расчете холодильной мощности такого компрессора необходимо учитывать сумму Qi в эти камеры.
4. Грамотный выбор компрессора холодильной машины (и на этой основе холодильного агрегата) следует начинать с определения условий работы холодильной машины и построения термодинамического цикла её работы в Фреоновые холодильные машины работают по циклу с регенерацией тепла. В lg P,i-диаграмме такой цикл выглядит следующим образом:
Работу фреоновой холодильной машины определяют температурами кипения t 0, конденсации tк и температурой пара на входе в компрессор t 1': – t 0 задают на 8...12 °С ниже температуры воздуха в камере с наинизшей температурой; – tк зависит от температуры оборотной воды, либо окружающего воздуха (при использовании воздушного конденсатора). В последнем случае значения tк принимают на 6...8 °С выше температуры воздуха в помещении, где установлен конденсатор (в работе следует принять: для воздушного конденсатора – tк = tн.в + 8 °С; для проточного конденсатора принять tк = tн.в + 2 °С); – температура пара на входе в компрессор t 1' задается на 20 °С (для R134a) и на 25 °С (для R22) выше температуры кипения t 0.
5. Обычно компрессор (компрессорно-конденсаторный агрегат) выбирают по объёму, который описывают его поршни в единицу времени Vh (м3/с, либо м3/ч). Эту величину определяют из теплового расчета компрессора. Однако в настоящей работе такой расчет делать не следует, поскольку в последние годы большинство ведущих фирм-производителей холодильного оборудования прекратили публикацию таких данных и предлагают потребителю выбирать необходимое холодильное оборудование, используя специальные таблицы, либо графические характеристики холодильной мощности конкретных агрегатов (фактически это графическое представление зависимости холодильной мощности компрессора Q 0 от температур кипения t 0 и конденсации tк агента). Такие графики для ряда отечественных и зарубежных моделей холодильных машин и агрегатов, работающих на хладонах R22 и R134а приведены в Приложениях А...Е, а также в монографии [5]. В комплект поставки компрессорно-конденсаторных агрегатов обычно, помимо компрессора и конденсатора, смонтированных на общей станине, входит фильтр-осушитель, ресивер, маслоотделитель, элементы КИП и автоматики, а также ЗИП и экземпляр эксплуатационной документации. В Приложениях А и Б приведены графические характеристики холодильной мощности ряда холодильных машин Мелитопольской фирмы «Рефма» с воздушными и проточными конденсаторами. При этом следует иметь в виду, что согласно отечественным ГОСТам, первая буква В в обозначении холодильной машины указывает, что она снабжена воздушным конденсатором (соответственно, К – проточный конденсатор), вторая буква В указывает, что холодильная машина предназначена для охлаждения воздуха (соответственно, буква Т указывает на то, что холодильная машина предназначена для охлаждения жидкого хладоносителя, т.е. снабжена проточным испарителем). Первая цифра, следующая за буквами, указывает на величину холодильной мощности Q 0 (кВт), вторая – на используемый холодильный агент (2 – хладон R22), а третья цифра говорит о температурном исполнении холодильной машины (2 – среднетемпературное исполнение). В Приложениях В и Г, соответственно, приведены графические характеристики компрессорно-конденсаторных агрегатов на базе спиральных и поршневых компрессоров с воздушными конденсаторами. При этом первые две буквы указывают на компрессорно-конденсаторный агрегат, следующие за ними буква и цифра – на тип конденсатора, остальные буквы и цифры – тип и модель компрессора. Агрегаты могут работать как на R134а, так и на R404а и R22, но графические характеристики здесь приведены для R134а. В Приложении Д даны графические характеристики холодильных машин российской фирмы «Остров» при температуре в охлаждаемом помещении плюс 4 °С. В Приложении Е приведены графические характеристики холодильной мощности холодильных агрегатов малой производительности фирмы «Danfoss» при температуре кипения агента t 0 = минус 5 °С на базе герметичных поршневых компрессоров. Эти данные рекомендуется использовать для подбора агрегатов малой мощности (предпоследняя буква G говорит о том, что агрегат работает на R134а, а буква М – на R22).
Внимание! Вверху каждого из Приложений указан холодильный агент и поддерживаемая в камере температура (либо указана t 0). По выбранным ранее значениям t 0 и tк (либо температурам воздуха в холодильной камере и наружного воздуха) студентам следует выбрать одну (либо две) холодильные машины, холодильная мощность которых будет равна, либо несколько больше ранее определенного значения общей нагрузки на компрессор Q 0 (формула (14)). Далее следует определить действительный коэффициент рабочего времени компрессора выбранной холодильной машины по формуле , (17) где b = 0,75 – принятое ранее в формуле (16) значение коэффициента рабочего времени компрессора; Q 0 Т – холодильная мощность выбранного компрессора (определённая по графической характеристике); Q 0 – рассчитанная по формуле (16) необходимая холодильная мощность компрессора. При этом выбор компрессора можно считать удачным, если значение действительного коэффициента рабочего времени b' будет находиться в пределах 0,6...0,75.
6. Как и любые теплообменники, камерные приборы охлаждения (батареи либо воздухоохладители) выбирают из каталогов в каждую из камер по величине теплопередающей поверхности F по формуле , м2, (18) где Qi – теплоприток в i -тую камеру (мы его определяли по формуле (4)), Вт; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К), (для камерных батарей его принимают равным 2...4 Вт/(м2×К), а для воздухоохладителей – 12...20 Вт/(м2×К); D t – температурный напор, равный разности температур воздуха в камере и кипящего агента (обычно принимается равным 8...12 °С). В Приложении 7 приведены характеристики наиболее часто встречающихся на предприятиях общественного питания типов пристенных батарей (А) и воздухоохладителей (Б). Выбирая камерные батареи, следует, в первую очередь, расположить одну, либо несколько батарей вдоль стен с наибольшими теплопритоками, а затем, по мере необходимости, можно располагать их и вдоль других стен камеры. Если вычисленную площадь камерных батарей невозможно разместить в камере (не хватает площади стен), следует предусмотреть, наряду с пристенными батареями, подвесной воздухоохладитель типа ВОП.
7. В заключение необходимо представить принципиальную схему холодильной установки и разместить в камерах выбранные камерные приборы охлаждения. В качестве примера ниже приведена такая схема для холодильника предприятия общественного питания, имеющего две холодильные камеры:
Принципиальная схема
I – компрессор; II – конденсатор; III – регенеративный теплообменник; IV – фильтр-осушитель; V – дроссельный вентиль; VI – испаритель; VII – газовый фильтр
План размещения холодильного оборудования
1 – тамбур; 2 – холодильная машина; 3 – мясо-рыбная камера; 4 – молочно-жировая камера; 5 – пристенные батареи
Пример Будем полагать, что последние три цифры зачетной книжки студента 489. Согласно указаниям эти цифры соответствуют варианту 489. Исходные данные варианта 489: – значение а = 8 + 9 = 17; – G = 984 кг; – tн.в = 25 + 9 = 34 °С; – t 1 = 34 – 10 = 24 °С; – b = 9 – нечетное число (хладагент – R134а).
Согласно рекомендациям [1], проводим планировку холодильника, состоящего из четырех камер: молочно-жировой (МЖ); мясорыбной (МР); фруктов, зелени, напитков (ФЗН); пищевых отходов (ПО). Принимаем емкость камер: МЖ – 300 кг; МР – 300 кг, ФЗН – 290 кг; ПО – 94 кг (емкость ПО ~ 10 % от емкости всех камер согласно рекомендаций [3]). 1. Определение строительных размеров холодильника и его планировка Согласно настоящим Методическим указаниям (с. 5) выполним планировку холодильника, состоящего из четырех камер: МЖ, МР, ФЗН и ПО. Исходя из значения общей емкости холодильника (G = 984 кг), принимаем емкость камер: МЖ – 300 кг, МР – 300 кг, ФЗН – 384 кг, ПО – 98 кг. Подставляя в формулу (1) соответствующие значения Gсут, t сут, qF (таблица 1), получим значения Fстр: для камер: МЖ – 4,2 м2, МР – 4,7 м2, ФЗН – 16,8 м2, ПО – 2,4 м2. Согласно требования [1-3] минимальная площадь любой из камер не должна быть меньше 5 м2, а размеры её в плане не менее 2,1 ´ 2,4 м. Высота камер холодильника 2,6 м, ширина тамбура 2,0 м, дверного проёма - 0,9 м. Согласно рекомендациям [1-3], принимаем размер строительной площади камер ПО, МР и МЖ по 5 м2, ФЗН – 16 м2. Камера ПО имеет тамбур с выходом наружу (во двор) и в производственный коридор. Планировку холодильника приводим на рис. 2 с указанием ориентировки по сторонам света. Наружную стену холодильника, имеющую максимальную длину, ориентируем на север.
Читайте также: Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|