Тепловая нагрузка от обменной вентиляции

Тепловая нагрузка от обменной вентиляции Q_вен = G_возд · Δi — произведение массового расхода наружного воздуха на разность энтальпий наружного воздуха и воздуха в камере. Энтальпии берут по i-d диаграмме или таблицам по температуре и влажности. Для овощехранилищ с постоянным воздухообменом эта нагрузка может быть одной из главных.

Во многих холодильных камерах (например хранилищах овощей и фруктов) время от времени предусматривается обновление находящегося там воздуха путем его частичной замены на воздух из окружающей среды (наружный воздух), температура которого большую часть года выше, чем температура в холодильной камере. Поступивший в камеру свежий воздух должен быть охлажден от наружной температуры до температуры в холодильной камере, следовательно он представляет собой для камеры дополнительную тепловую нагрузку Q_вен. Эта нагрузка определяется по формуле:

Q_вен = G_возд · Δi, кВт (кДж/с)

• где G_возд — приток наружного воздуха в камеру, кг/с;
• Δi — разность энтальпий наружного воздуха и воздуха, находящегося в камере, кДж/кг;
• Δi = i_нар - i_внут;
• i_нар — энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;
• i_внут — энтальпия воздуха в холодильной камере, кДж/кг;

Для данных температуры и относительной влажности соответствующие значения энтальпий воздуха могут быть найдены либо по диаграмме влажного воздуха, либо из специальных таблиц.

Диаграмма влажного воздуха «влагосодержание d — энтальпия i», известная также как диаграмма Молье, представлена на рис. 2.3. Для определения параметров воздуха в произвольной точке диаграммы необходимо знать по крайней мере две величины. В общем случае в качестве таких величин используются температура воздуха, °C, и его относительная влажность φ, %. Допустим, задано, что t_возд= +25 °C и φ = 70%. Тогда следуя по изотерме 25 °C до пересечения с кривой φ = 70% получаем точку А (см.рис. 2.3), влагосодержание которой d - 14 г/кг сухого воздуха, а энтальпия i - 61 кДж/кг. Аналогично для точки В с параметрами t = −18 °C и φ = 85% имеем d - 0,9 г/кг и i = −16 кДж/кг. В результате разность энтальпий воздуха с параметрами А и В A Δi_AB + 61 - (−16) = 77 кДж/кг.

Формулы для расчёта

Заметим, что диаграмма влажного воздуха строится по формулам:

d = 0,622 · φ · p_sB − φ · p_s

и

i = t + d · (2501 + 1,93·t)

где φ — относительная влажность, φ = p_n/p_s, p_s — давление насыщения паров воды при данной температуре, р_n — парциальное давление паров воды при данной температуре, t — температура, °C, для определенного значения атмосферного (барометрического) давления В = p_возд + р_n, среднего в данной местности. Диаграмма на рис. 2.3. рассчитана для давления 104300 Па (782 мм рт.ст.).

Значение G_возд равно:

G_возд = V_пр · ρ_кам86400, кг/с

• где V_пр — приток наружного воздуха, м³/сутки, в холодильную камеру,
• ρ_кам— плотность воздуха в холодильной камере,
• 86400 — число секунд в 24 часах (сутки).

Плотность воздуха в холодильной камере рассчитывается по уравнению:

ρ_кам = ρ₀1 + t_кам/273,15, кг/м³

• где ρ₀ — плотность воздуха при температуре 0 °C (ρ₀ = 1,293 кг/м³)
• t_кам — температура в холодильной камере, °C.

Наконец для суточного притока наружного воздуха имеем:

V_пр = V_кам · n, м³/сутки

• где V_кам — объем холодильной камеры, м³,
• n = 70/√V_кам - ежесуточная степень обновления воздуха в холодильной камере, сутки⁻¹; (объем V_кам берется в м³).

Пример расчета

Обратимся к примеру, считая камеру вентилируемой. Объем камеры хранения замороженного мяса

V_кам = 12 · 15 · 6 = 1080 м³. Степень обновления воздуха

n = 70√1080 = 2,13 сутки⁻¹

Следовательно

V_пр = 1080 · 2,13 = 2300 м³/сутки

Плотность воздуха в камере

ρ_кам = 1,2931 + (−18)/273,15 = 1,384 кг/м³

Приток свежего воздуха

G_возд = 2300 · 1,38486400 = 0,0368 кг/с

В нашем примере наружный свежий воздух поступает в камеру с температурой +25 °C при относительной влажности 70%. По диаграмме влажного воздуха, рис. 2.3, находим i_нар - 61 кДж/кг.

Точно также для воздуха в холодильной камере при t = −18 °C и φ = 95% диаграмма 2.3 дает i_внут = −16 кДж/кг. Следовательно, Δi = i_нар - i_внут = 61 - (−16) = 77 кДж/кг. Таким образом, тепловая нагрузка, обусловленная притоком свежего воздуха Q_вен = 0,0368 * 77 = 2,837 кВт.

Вместе с тем, расчет тепловой нагрузки от обменной вентиляции может быть выполнен гораздо проще без использования диаграммы рис. 2.3. по формуле

Q_вен = n · V_кам · q_уд · f86400, ккал/с

• где: q_уд — удельный теплоприток в камеру, зависящий от разности температур и относительной влажности воздуха в камере и свежего воздуха. Значения q_уд приведены в таблице 2.5.
• ƒ - коэффициент интенсивности обновления воздуха. При низкой интенсивности ƒ = 0,5, при нормальной ƒ = 1,0 и при высокой интенсивности ƒ = 1,8.

Используя те же исходные данные, что и в предыдущем примере, имеем: n = 2,13, V_кам = 1080 м³. Из таблицы 2.5 для t_нар = 25 °C, φ_нар = 70% и t_вн = −18 °C интерполируя получим q_уд = 25,4 ккал/м³. Считаем, что интенсивность обновления воздуха нормальная, то есть ƒ = 1,0.

Тогда Q_вен = 2,13 · 1080 · 25,41 / 86400 = 0,68 ккал/с,

Или, переходя к системе СИ, Q_вен = 0,68 · 4,1868 = 2,847 кВт, то есть полученный результат практически совпадает с результатом первого варианта расчета.

Расчёт нагрузки от вентиляции онлайн

Нагрузку от обменной вентиляции считают по расходу наружного воздуха и разности энтальпий. Для овощей и фруктов воздухообмен задают кратностью — числом объёмов камеры в сутки, обычно 2–4. Энтальпию воздуха можно оценить по температуре и относительной влажности.

Полученную нагрузку суммируют с теплопритоками через ограждения, от продукта и людей, а затем добавляют запас — см. коэффициент безопасности в расчёте нагрузки камеры.

Теплоприток через открытые двери: инфильтрация

Теплоприток от инфильтрации Q_инф считают так же, как от вентиляции: массу наружного воздуха, вошедшего в камеру через открытую дверь за сутки, умножают на разность энтальпий наружного воздуха и воздуха камеры. Разница в том, что расход воздуха задаёт не вентилятор, а разность плотностей: тёплый воздух входит в верхнюю половину проёма, холодный выходит в нижнюю, и через дверь 2 × 2,5 м низкотемпературной камеры за минуту проходит 60–100 м³ наружного воздуха. Поэтому для камер с частым открыванием дверей инфильтрация сопоставима с теплопритоком через все стены, а при плохой организации погрузки превышает его.

Q_инф = V_кам · n_инф · ρ_кам · Δi / 86 400, Вт

где n_инф — число воздухообменов камеры за сутки из-за открывания дверей. Его берут по таблице в зависимости от объёма камеры и интенсивности работы: маленькие камеры «проветриваются» дверью много раз в сутки, большие — единицы раз. Для камеры из примера (1080 м³, грузооборот 10 % в сутки, n_инф ≈ 2) при Δi = 77 кДж/кг получается Q_инф = 1080 · 2 · 1,38 · 77 / 86 400 ≈ 2,66 кВт, а с учётом того, что часть времени дверь закрыта тамбуром, в примере принято 2,12 кВт (2,226 кВт после коэффициента безопасности 1,05).

При интенсивной работе (экспедиция, распределительный склад) значения удваивают, при редком открывании — делят на два. Длительное хранение с открыванием раз в сутки даёт n_инф = 0,5–1 независимо от объёма.

Как уменьшить теплоприток через двери

Самая дешёвая мера — организация: отгрузку планируют партиями, дверь не держат открытой «для удобства», а воздухоохладитель отключают на время открытых ворот, чтобы он не затягивал в камеру тёплый воздух. Влага, вошедшая с воздухом, намерзает на воздухоохладителе, и к теплопритоку добавляются лишние циклы оттайки — их учитывают в статье тепловая нагрузка от вентиляторов и оттайки воздухоохладителей.

Нормы воздухообмена для овощехранилищ и камер

Обменная вентиляция нужна там, где продукт дышит и выделяет углекислый газ, этилен и влагу: в хранилищах картофеля, капусты, лука, в камерах хранения яблок без регулируемой атмосферы, в камерах созревания бананов и сыров. Для мяса, рыбы и замороженных продуктов обменной вентиляции не предусматривают — хватает инфильтрации через двери. Воздухообмен задают либо кратностью (объёмов камеры в сутки), либо расходом на тонну продукта; второй способ точнее для насыпных хранилищ с активной вентиляцией.

Энтальпию для расчёта удобно снимать с i-d диаграммы влажного воздуха; как связаны влагосодержание, относительная влажность и энтальпия — в статье основные параметры влажного воздуха. В овощехранилище на 1000 т картофеля вентиляция летом даёт 5–10 кВт нагрузки, и вместе с дыханием продукта это основная работа холодильной машины: такие хранилища часто охлаждают гликолем от одного чиллера 35 кВт через воздухоохладители в каждой секции; подобрать машину под суммарную нагрузку камер можно через подбор чиллера.

Частые вопросы

Как рассчитать теплоприток от вентиляции камеры?

Умножить массовый расход наружного воздуха, кг/с, на разность энтальпий наружного воздуха и воздуха в камере, кДж/кг. Результат получится в кВт: для камеры 1080 м³ с двумя воздухообменами в сутки при +25 °C снаружи и −18 °C внутри это около 2,8 кВт.

Откуда берут энтальпию воздуха?

По i-d диаграмме влажного воздуха или по таблицам, зная температуру и относительную влажность. Например, при +25 °C и 70 % энтальпия около 61 кДж/кг, при −18 °C и 90 % — около −16 кДж/кг; разность 77 кДж/кг и идёт в расчёт.

Как посчитать тепловую нагрузку от вентиляции холодильной камеры?

Умножить массовый расход наружного воздуха (объём камеры × кратность воздухообмена × 1,2 кг/м³) на разность энтальпий наружного воздуха и воздуха в камере. Для плотности воздуха в морозильной камере точнее брать 1,38 кг/м³ при −18 °C.

Как посчитать теплоприток через двери холодильной камеры?

По формуле вентиляции с числом воздухообменов от дверей: Qинф = Vкам · nинф · ρ · Δi / 86 400. Для камеры 1000 м³ при средней интенсивности nинф ≈ 3,5–4,5 в сутки; ПВХ-завеса снижает поток на 60–75 %, тамбур — на 85–95 %.

Нужна ли обменная вентиляция в морозильной камере?

Нет: замороженные продукты, мясо и рыба не дышат, и наружный воздух только добавляет тепло и влагу. Воздухообмен нужен для картофеля, овощей, яблок в обычной атмосфере и камер созревания — 1–4 объёма в сутки.

Сколько воздуха проходит через открытую дверь камеры?

Через проём 2 × 2,5 м морозильной камеры — 60–100 м³ в минуту за счёт разности плотностей: тёплый воздух входит сверху, холодный выходит снизу. За 10 минут открытой двери в камеру входит объём воздуха, равный небольшой камере.

Читайте также

• Тепловая нагрузка при термообработке продуктов
• Тепловая нагрузка от "дыхания" продуктов
• Расчет теплопритока в камеру через ее стенки
• Тепловая нагрузка от персонала