Процесс передачи тепла через конструкции зданий

Воздушная среда производственных помещений пищевых предприятий мясной, молочной и рыбной промышленности подвержена различ­ным изменениям: охлаждению, нагреванию, загрязнению газами, па­рами, пылью и неприятными запахами.

Потери тепла в зданиях происходят через все ограждающие кон­струкции зданий — наружные и внутренние стены, перекрытия, по­крытия, полы, окна, фонари, двери, ворота. Кроме того, помещения охлаждаются холодным наружным воздухом, проникающим через открываемые ворота, двери, окна, технологические проемы, неплотности в ограждающих конструкциях (в том числе в результате ин­фильтрации).

Для искусственного поддержания температуры воздуха в поме­щении осуществляют отопление помещения приборами различных конструкций. При этом необходимо предусмотреть использование тепла, выделяемого технологическим оборудованием, сырьем и дру­гими источниками.

При теплопередаче через ограждающие конструкции происходят следующие про­цессы: восприятие тепла воздуха помещения внутренней поверхностью ограждающих конструкций Qв; передача тепла через материал ограждающей конструкции от внутренней поверхности к наружной Qп; отдача тепла на­ружной поверхностью ограждающей конст­рукции в атмосферу Qо.

Изменение температур, соответствующее этим явлениям в ограждающих конструкци­ях из однородных материалов, представлено на рисунке 7.1.

Q

Рисунок 7.1 – Кривая характеризующая изменение температуры в однородных ограждающих конструкциях

Восприятие тепла. Тепло воздуха помеще­ния, имеющего температуру t_в, воспринима­ется более холодной поверхностью стены с температурой , (конвективный теплообмен). Процесс восприятия тепла характеризуется криволинейным отрезком . Мощность тепло­вого потока Q_в в Вт можно определить по формуле:

где α_в, — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конст­рукции, Вт/(м²°С); F— площадь поверхности конструкции, м².

Коэффициент α_в характеризует мощность теплового потока, вос­принимаемого 1 м² поверхности ограждающей конструкции при раз­ности температур между воздухом помещения и поверхностью ограж­дения, равной 1°С.

 

Расчет температуры в многослойной наружной стене и построение графика ее распределения.

где t_в – температура внутри холодильной камеры, °С;

t_н – наружная температура воздуха, берется согласно СНИП «Строительная климатология» для самого жаркого месяца, °С [3];

_Rст – требуемое сопротивление теплопередачи наружной стены, определяется согласно СНИП «Холодильники», м²·°С/Вт [1].

 

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены, Вт/ м²°С

 

- толщина 1 –го слоя наружной стены, м

- коэффициент теплопроводности наружной стены, Вт/м°С

Все последующие слои находятся аналогично

График строится в зависимости от δ, мм и t °С.

 

Рисунок 7.2 – График распределения температуры

в многослойной наружной стене.

 

 

Основы расчета отдельных элементов холодильных машин

Конденсаторы

Количество тепла, проходящее через поверхность теплообмена конденсатора за единицу времени (тепловая нагрузка) может быть определено из уравнения:

 

где - холодопроизводительностъ с учетом теплопритоков в трубопроводах, кВт;

φ- коэффициент, учитывающий теплопритоки в трубопроводах от работы насосов: при рассольной системе ; при непосредственном испарении

Nі- индикаторная мощность компрессора, кВт.

Поверхность теплообмена конденсаторов изготавливается как из гладких, так и из оребренных труб. Для аммиачных конденсаторов наиболее часто применяются гладкие трубы, для фреоновых – оребренные (рисунок 8.1).

Для гладких труб

 

где - коэффициент теплопередачи;

l- длина труб конденсатора;

- средняя разность температур между рабочим веществом и охлаждающей средой;

λ – коэффициент теплопроводности материала труб;

- внутренний и наружный диаметры труб;

- коэффициенты теплоотдачи отвнутренней и от наружной поверхности труб.

 

Для оребренных труб

где - тепловая нагрузка конденсатора;

- площади внутренней и наружной поверхностей трубы;

- коэффициенты теплоотдачи от внутренней и от наружной

поверхностей;

δ- толщина стенок трубы.

 

Рисунок 8.1 -–Часть стенки оребренной трубы и основные обозначения

 

Удельные тепловые нагрузки внутренней и наружной поверхности соответственно будут равны

 

 

 

Обозначим:

 

 

где ; - коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности трубы;

- коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности трубы.

Коэффициенты теплоотдачи определяются по известным критериальным уравнениям.

Расчетные уравнения будут иметь следующий вид;

 

Поверхность теплообмена может быть определена как

 

где - удельная тепловая нагрузка на поверхности

Для приближенных расчетов можно использовать практические данные, которые приведены на рисунке 8.2 и в таблице 8.1

 

Рисунок 8.2 -–Зависимость коэффициента теплопередачи аммиачного горизонтального кожухотрубного конденсатора от скорости воды в трубах

 

 

Таблица 8.1 -–Примерные значения коэффициентов теплопередачи и удельных тепловых нагрузок конденсаторов

 

Тип конденсатора	Коэффициент теплопередачи,кВт/м²град	Удельная тепловая нагрузка, Вт/м²	Средняя разность температур,
Аммичные
Кожухотрубные вертикальные	900 - 1000	4700 –5200	5-6
Кожухотрубные горизонтальные	900 - 1000	4700 - 5200	5-6
Элементные	900 - 1000	4700 - 5200	5-6
Оросительные	700 - 900	4000 - 4700	5-6
Испарительные	500 - 700	1400 - 2300
Фреоновые
Кожухотрубные и кожухозмеевиковы е	400 – 470	3000 - 4000	7-10
С медными ребристыми трубами	30 - 35	230 - 300	8-10
Змеевиковые
Оребренные
Воздушного охлаждения

 

Значения фреоновых конденсаторов приведены в расчете на внешнюю поверхность,

Расход охлаждающей среды в конденсаторе (воды Gр в кг или воздуха Vp в м3) можно определить из уравнений:

 

где - плотность охлаждающей среды;

- удельная теплоемкость среды;

- конечная и начальная температуры.

Практически вода в конденсаторе при:

- прямом водоснабжении 5 - 6°С (иногда 8 –10 °С);

- оборотном водоснабжении 2-5°С.

Температура воды, выходящей из конденсатора, на 2-3 °С ниже температуры конденсации холодильного агента,

В воздушных конденсаторах воздух нагревается на 5-6 °С, выходит с температурой на 8-10 °С ниже температуры конденсации.

 

Испарители рассольные

Испарители – теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждения промежуточного хладоносителя путем теплообмена с кипящим холодильным агентом.

Поверхность теплообмена испарителя может быть определена из уравнений

или

или где - тепловая нагрузка испарителя, равная холодопроизводительности машины;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м²град

- средняя разность температур между рассолом и кипящим холодильным агентом, °С

- удельная тепловая нагрузка испарителя, Вт/м²

Практически при охлаждении рассолов и других жидкостей .

Трубы испарителя имеют небольшую толщину стенки, поэтому с достаточной степенью точности можно определять коэффициент теплопередачи К по формуле для плоской стенки:

где ,- коэффициент теплоотдачи от рассола к трубе;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к кипящему холодильному агенту.

Для приближенных расчетов испарителей можно использовать практические данные, которые приведены в таблице 8.2.

 

Таблица 8.2 -–Примерные значения коэффициентов теплопередачи и удельных тепловых нагрузок испарителей

Тип испарителя	Коэффициент теплопередачи, Вт/м² град	Удельная тепловая нагрузка, Вт/м²	Примечания
Аммиачные
Вертикально-трубные	470-80	230-2900	5°С
Кожухотрубные	470-520	2300-2600	5-6 °С
Листотрубные	520-580	2600-2900	5 °С
Фреоновые
Кожухотрубные и кожухозмеевиковые	1 100-1400	5800-7000	5-6 °С по внутренней поверхности труб

 

Охлаждающие батареи

Поверхность теплообмена батареи холодильной камеры может быть определена из уравнения

где тепловая нагрузка в камере, Вт

К -– коэффициент теплопередачи, Вт/м²град

- средняя разность температур между охлаждаемым воздухом и испаряющимся холодильным агентом или циркулирующим рассо­лом (обычно 8-10 °С).

 

Для батареи из гладких труб с достаточной для практики точностью принимают

где коэффициент теплоотдачи от воздуха к батарее, Вт/м²град

е -– практический коэффициент, учитывающий влияние снеговой «шубы» и загрязнений на поверхности труб; практически е = 0,8 -–0,85;

- коэффициент теплоотдачи излучением;

- коэффициент теплоотдачи конвекцией;

ζ -– коэффициент влаговыделения, учитывающий подведенное к батарее тепло с выпавшей влагой.

 

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле

где - температура воздуха камеры, °С

Т -– температура поверхности стенки трубы, °С

Для расчетов можно принять равной температуре хладоносителя в трубе.

 

Коэффициент влаговыделения определяется по формуле:

где - удельное влагосодержание воздуха; определяется по температуре и относительной влажности воздуха в камере;

- удельное влагосодержание воздуха; определяется при относительной влажности воздуха φ= 100% и температуре стенки трубы.

 

Коэффициент теплоотдачи конвекцией можно определить из уравнения:

где ,- коэффициент теплоотдачи хладоагента;

- температуры воздуха и трубы, °С

d -–диаметр трубы, м.

 

В расчетах часто используются практические значения коэффициента теплопередачи для батарей из:

гладких труб:

оребренных труб:

- амиачных

- фреоновых

Для оребренных труб приведены значения коэффициентов теплопередачи, отнесенные к внешней поверхности трубы.

Меньшие значения К соответствуют потолочным батареям пучкового типа, большие — одно- и двухрядным горизонтальным батареям.