Способы и системы охлаждения помещений

Способы и системы  охлаждения помещений

Системой  охлаждения  называют  ту  часть  холодильной  установки,  которая располагается  между  регулирующим  вентилем  и  всасывающим  патрубком  компрессора.

Назначение  этой  системы  —  поддержание  заданного  температурно-влажностного  режима охлаждаемого объекта.

По способу подачи рабочего тела к потребителям холода, а также способу отвода от них  теплоты различают системы непосредственного  охлаждения (безнасосные и насосные) и с промежуточным хладоносителем.

Функциональные схемы обоих способов охлаждения помещений показаны на рис. 5.1.

При непосредственном охлаждении (рис. 5.1, а) теплота, воспринимаемая охлаждающими приборами, передается непосредственно кипящему в них хладагенту; в этом случае охлаждающие приборы, расположенные в охлаждаемом помещении (аппарате), являются испарителями холодильной установки (температура охлаждающей среды t_a = t₀).

При охлаждении хладоносителем (рис. 5.1, б) теплота в охносителю, с помощью которого она переносится к хладагенту, находящемуся в испарителе холодильной установки, обычно расположенном на некотором удалении от охлаждаемого объекта. При этом способе охлаждения отвод теплоты от охлаждаемого объекта вызывает повышение температуры хладоносителя в охлаждающих приборах без изменения его агрегатного состояния (охлаждающей средой является хладоноситель со средней температурой t_s, t_a=t_s).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Охлаждение хладоносителем иногда называют рассольным охлаждением по виду наиболее распространенных хладоносителей (водных растворов солей — рассолов), что не всегда справедливо, поскольку в качестве хладоносителей используют не только рассолы. Например, если хладоноситель не охлаждается ниже 1-2°С, то в качестве хладоносителя можно применять воду, а для более низких температур нужно использовать растворы солей или органические соединения.

Области применения того или иного способа определяются их особенностями, оказывающими влияние  на технологический процесс, а также экономическими показателями. Холодильная установка при непосредственном охлаждении проще (рис. 5.1, а), так как в ней отсутствуют испаритель для охлаждения хладоносителя и насос для его циркуляции, вследствие чего эта установка требует меньших первоначальных затрат по сравнению с установкой косвенного охлаждения. Установка при непосредственном охлаждении требует и меньших затрат энергии: во-первых, вследствие того, что в охлаждаемых помещениях с одинаковой температурой t_пм и одной и той же разностью температур t_пм — t_a при охлаждении хладоносителем появляется дополнительная разность температур в испарителе t_s — t_a, обычно находящаяся в пределах 4–6К, вызывающая соответствующее понижение  температуры кипения до значения t₀; во-вторых, при охлаждении хладоносителем появляется дополнительный расход энергии, обусловленный не только работой привода насоса, имеющего мощность N_h, но и дополнительной нагрузкой на компрессор, возникающей в результате превращения в теплоту работы насоса и подвода этой теплоты к хладоносителю.

Кроме того, применяемые  в настоящее время хладагенты не взаимодействуют с черными металлами, в то время как некоторые хладоносители (рассолы и, в известной степени, вода) вызывают коррозию, что иногда существенно сокращает долговечность систем с охлаждением хладоносителем. В то же время способу непосредственного охлаждения присущи и серьезные недостатки. Прежде всего, имеется опасность попадания хладагента в помещения (аппараты) при нарушениях плотности системы. Опасность для людей значительно увеличивается при применении токсичных хладагентов, например аммиака. Даже при использовании более безопасных хладагентов, таких как хладоны, применять непосредственное охлаждение помещений, в которых может находиться большое количество людей, нежелательно.

Недостатками способа  непосредственного охлаждения долгое время являлись также трудность распределения хладагента по отдельным помещениям (при большом их числе) и трудность защиты компрессора от влажного хода. Эти трудности связаны с тем, что хладагент должен подаваться в приборы охлаждения различных помещений (аппаратов) в количестве, соответствующем теплопритокам в эти помещения. Но так как теплопритоки во времени изменяются по разным объектам самым различным образом, то при ручном регулировании подачи хладагента эта задача является очень трудоемкой и большей частью трудноразрешимой. В результате возникают недостаток хладагента в приборах одних помещений и переполнение жидким хладагентом приборов других помещений. Последнее обычно является причиной влажного хода компрессора и нередко гидравлических ударов с теми или иными нежелательными последствиями.

При охлаждении хладоносителем изменение тепловой нагрузки (при постоянном количестве циркулирующего хладоносителя) вызывает только уменьшение или увеличение его нагревания в охлаждающих приборах, что не влечет за собой опасных последствий. Регулирование же подачи хладагента в этом случае ведется только на один объект — испаритель, в котором колебания нагрузки от отдельных объектов в значительной степени компенсируют друг друга и часто мало отражаются на режиме работы испарителя и компрессора. В связи с этим обслуживание холодильных установок при косвенном охлаждении оказывается значительно проще, что в ряде случаев заставляло отказаться от непосредственного охлаждения, несмотря на ряд его преимуществ.

Такое соотношение достоинств и недостатков обеих систем долгое время не давало преобладающих преимуществ  ни одной из них, вследствие чего на холодильных предприятиях обе системы  получали примерно одинаковое распространение. Теперь это положение существенно изменилось в связи с широким применением автоматического регулирования и появлением холодильных установок, в которых значительно уменьшена опасность, гидравлических ударов и предусмотрена автоматическая подача хладагента в камерные приборы охлаждаемых объектов. Поэтому преимущественное применение получают холодильные установки с непосредственным охлаждением как более экономичные по капитальным и эксплуатационным затратам и более долговечные.

Для  получения  холода  используются  безмашинные  и  машинные  способы охлаждения.  Безмашинные  способы  охлаждения  основываются  на  плавлении,  испарении, сублимации.

В  безмашинных  способах  охлаждения  используются  готовые  хладоносители (водный,  эвтектический и  сухой  лед,  сжиженные  газы,  воздух). Установки, работающие на готовых хладоносителях, просты по устройству и, следовательно, наиболее доступны, но они имеют существенные недостатки: полную зависимость от возможности и условий получения хладоносителей; большой объем  грузовых работ,  связанных  с  зарядкой хладоносителями и поддержанием гигиены в охлаждаемых помещениях.

Недостатки,  свойственные  безмашинным  способам  охлаждения,  отсутствуют  у машинных  способов,  когда  энергия  (механическая,  тепловая,  электрическая)  поступает извне.

В  зависимости  от  способа  отвода  теплоты  от  потребителя  холода  и  конструкции  охлаждающих  приборов  различают  системы  батарейного  (панельного),  воздушного и смешанного охлаждения.

Охлаждающие приборы батарейного охлаждения должны обеспечить отвод всех теплопритоков, проникающих в помещение и возникающих в нем, чтобы средняя температура воздуха помещения оставалась на одном уровне. В то же время влияние внешних теплопритоков на колебания температуры и влажности воздуха в помещении и на равномерность распределения температур по объему помещения будет наименьшим, если охлаждающие приборы будут размещены на пути теплопритоков в охлаждаемое помещение.

При таком размещении охлаждающих приборов они локализуют притоки теплоты и влаги в месте их проникновения и тем самым не допускают их внутрь помещения. В связи с тем что теплопритоки через ограждения для некоторых охлаждаемых помещений составляют значительную долю в общем теплопритоке, возникает необходимость в размещении охлаждающих приборов именно на тех ограждениях, через которые проникает наибольшее количество теплоты.

В соответствии с общим  правилом размещения батареи целесообразно  рассредотачивать по всей площади ограждений с наибольшими теплопритоками, чтобы полностью их закрыть. Это удается, если батареи выполнены из гладких труб с относительно малым диаметром. Если пристенные батареи не закрывают всю площадь стены, то они должны размещаться в верхней зоне камеры (см. рис. 5.4). В этом случае холодный воздух, опускающийся от охлаждающих приборов, создает у стены холодную воздушную завесу, в некоторой степени локализующую конвективную теплоту, проникающую через ограждение; от передачи в помещение лучистой теплоты такая воздушная завеса, естественно, не защищает. Потолочные батареи также могут занимать лишь часть потолка, будучи более или менее равномерно распределенными по его площади.

 

 

Каждому из этих двух типов  охлаждающих приборов свойственны некоторые особенности. Потолочные батареи при равномерном их распределении по площади обеспечивают и более равномерное распределение температуры по помещению. В то же время рассредоточенное расположение потолочных батарей создает трудности при оттаивании инея с их поверхности. Кроме того, из-за размещения на потолке охлаждающих приборов уменьшается высота штабеля груза, в связи с чем недостаточно используется объем помещения. Все это заставляет сосредоточивать необходимую поверхность охлаждающих потолочных приборов в ограниченном числе батарей, которые располагают в помещении над грузовыми проходами, благодаря чему облегчаются работы по снятию инея (так как оттаивание может происходить без удаления или укрытия груза) и не уменьшается грузовая высота помещения.

Определенные затруднения  в размещении охлаждающих приборов возникают при использовании  батарей из оребренных труб, которые  в настоящее время широко распространены на многих холодильных установках. Использование оребренных труб позволяет в 2–2,5 раза сократить расход металла на изготовление охлаждающих приборов по сравнению с гладкими трубами, но, главное, позволяет в 3–4 раза сократить расход труб, уменьшить на столько же вместимость охлаждающих приборов по хладагенту. Батареи из оребренных труб оказываются гораздо компактнее приборов из гладких труб, вследствие чего они требуют значительно меньше места для размещения; пристенные батареи получаются с малым числом труб по высоте; такие приборы приходится размещать только в верхней зоне ограждения. Потолочные батареи могут быть однорядными или двухрядными и их обычно располагают над грузовыми проходами. Поэтому значительные поверхности ограждений оказываются незащищенными от проникновения теплоты, что приводит к заметной неравномерности в распределении температуры воздуха по высоте (особенно в одноэтажных холодильниках) и по объему камер.

В последнее время  вновь возвращаются к более равномерному размещению охлаждающих батарей  по ограждениям, в том числе и  по потолку, используя для этого батареи с увеличенным шагом между трубами. Размещению потолочных приборов в помещениях с положительными температурами сопутствует еще один недостаток: при перерывах в работе холодильной установки поверхность батарей может отепляться до температуры выше 0°С, что влечет за собой таяние инея на поверхности и стекание образовавшейся при этом воды на продукты, в связи с чем применение потолочных охлаждающих батарей в помещениях с положительными температурами нежелательно.

Наличие в помещениях батарей, температура поверхности которых ниже температуры точки росы воздуха помещения, приводит к установлению в охлаждаемом помещении относительной влажности воздуха меньшей, чем 100%, и, следовательно, к испарению (или сублимации) влаги с поверхности неупакованных продуктов. Проникновение же теплоты через незащищенные поверхности ограждений и неравномерность температурного поля в помещении усиливают этот процесс.

При воздушном охлаждении воздух лучше перемешивается, вследствие чего резкой разницы в значениях параметров воздушной среды по объему не наблюдается. Более высокие скорости воздуха, свойственные системам воздушного охлаждения, интенсифицируют процесс теплообмена как между охлаждаемым телом и воздухом, так и между воздухом и охлаждающими приборами (коэффициент теплоотдачи при воздушном охлаждении возрастает в среднем в три-четыре раза). Благодаря этому сокращается время охлаждения тел и тем самым уменьшается продолжительность холодильной обработки. Интенсифицируется и процесс влагообмена: испарение влаги с поверхности продукта увеличивается по сравнению с батарейным охлаждением. Поэтому при длительном хранении тел, с поверхности которых может испаряться влага, при высоких скоростях воздуха потери массы будут больше.

Воздушное охлаждение целесообразно применять:

1. В камерах, предназначенных для термообработки грузов: морозильных камерах, остывочных, камерах предварительного охлаждения;

2. В камерах хранения охлажденных грузов, особенно требующих вентиляции;

3. В универсальных камерах для режима работы, рассчитанного на хранение охлажденного груза;

4. В камерах, где по условиям технологического процесса необходимо регулирование влажности воздуха.

Смешанное охлаждение – это совокупность трубчатого охлаждения и воздушного. Смешанное охлаждение может быть выполнено в виде сочетания рассольных батарей и сухого или мокрого рассольного воздухоохладителя или батарей непосредственного охлаждения и сухого воздухоохладителя.

Выбор комбинации систем охлаждения, составляющих смешанное  охлаждение, определяется назначением камеры, технологическим процессом термообработки груза в этой камере, экономическими показателями и системой охлаждения, принятой в других камерах данного холодильника. Например, смешанное охлаждение применяют в универсальных камерах. При использовании этих камер для хранения мороженых грузов включают в работу батареи непосредственного охлаждения, при хранении охлажденных грузов работают воздухоохладители.

Смешанное охлаждение с  совместным использованием двух систем охлаждения может применяться в камерах термообработки грузов.

 

Рабочие вещества холодильных машин и установок

К хладагентам предъявляются  требования:

– термодинамические;

– физико-химические;

– физиологические;

– экономические.

          К термодинамическим требованиям относят отрицательную (по Цельсию) температуру кипения (t0) при атмосферном давлении (т.е. нормальная температура кипения ts<0), низкое давление конденсации (Рк), высокую объемную холодопроизводительность (qv), высокий коэффициент теплопроводности (λ) и теплопередачи (k).