Тепловая нагрузка от обменной вентиляции

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:

• 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, °С, и его относительная влажность φ, %. Допустим, задано, что t_возд= +25°С и φ = 70%. Тогда следуя по изотерме 25°С 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°С 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.

Заметим, что диаграмма влажного воздуха строится по формулам:

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, °С, 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:

• 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:

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

Наконец для суточного притока наружного воздуха имеем:

• где V_кам — объем холодильной камеры, м^3,
• - 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 м. Степень обновления воздуха

В нашем примере наружный свежий воздух поступает в камеру с температурой +25°С 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°С 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

• 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°С, φ_нар = 70% и t_вн = -18°С 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.