8.4. Расчет расхода холода

На предприятиях «искусственный» холод используют для обслуживания следующих объектов: камер для охлаждения и хранения охлажденного сырья; морозильных камер; скороморозильных аппаратов; камер для хранения замороженного сырья или продукции; технологических аппаратов.

Калорический расчет холодильной установки. Калорический расчет выполняют с целью определения рас­хода холода и выбора холодильных машин.

Затраты холода (в Вт) в холодильных камерах складываются из следующих статей расхода:

Q₁ – на компенсацию потерь холода через ограждения (полы, стены, потолки);

Q₂ – на термическую обработку продуктов;

Q₃ – на охлаждение и осушение воздуха, подаваемого для вентиляции камер;

Q₄ – на компенсацию эксплуатационных потерь холода (из-за открывания дверей камеры, освещения, работы электродви­гателей, пребывания в камере людей и пр.).

Общий расход холода (в Вт):

Q_общ =Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ , (83)

Расход холода (в Вт) на компенсацию потерь через огражде­ния, связанный с разностью температур соседних помещений и притоком тепла в результате солнечной радиации, рассчитыва­ют по формуле 84:

Q₁ = Fk [(t_н – t_в) + ∆t_изб], (84)

где F – поверхность ограждения, м²;

k – коэффициент тепло­передачи ограждения, Вт/(м²·К);

t_в и t_н – температура воз­духа снаружи и внутри камер, °С;

∆t_изб – избыточная разность температур, °С.

Температура наружного воздуха t_н в отдельных помещениях, смежных с холодильной камерой, бывает различной, и поэтому Q₁ рассчитывают для каждого ограждения в отдельности.

Величина ∆t_изб учитывается только для наружных поверхно­стей, подвергаемых облучению солнцем, и в зависимости от гео­графической широты принимается следующей:

Широта, град	40	50	60
∆tизб , °С	15	10	5

При термической обработке продуктов холод (в Вт) расходу­ется на их охлаждение, , компенсацию тепловых выделений, связанных с биохимическими процессами, , конденсацию па­ров, образующихся в связи с усушкой продуктов, , на за­мораживание, , и домораживание продукции, .

, (85)

Если продукт хранится в охлажденном виде, то расходу­ется на доведение его до требуемой температуры, а если подле­жит замораживанию – то до криоскопической точки. Для упа­кованных продуктов учитывают расход холода на охлаждение тары. Масса бочек и ящиков составляет 10-15 %, а стеклянных банок 30-35 % от массы нетто продукта.

(86)

где m_п и m_т – масса продукта и тары, кг;

с_п и с_т – удельная теплоемкость продукта и тары, Дж/(кг·К);

t_н и t_к – началь­ная и конечная температура продукта в таре, °С.

Расход холода (в Вт) на компенсацию тепловых выделений рассчитывается по формуле 87:

(87)

где g – удельное количество тепла, выделяемого в 1 с, Вт/кг.

Величину g (в Дж/кг·с) можно принять следующей:

для мяса 0,17

для плодов 0,03.

Расход холода (в Вт) на конденсацию паров, выделяющихся в результате усушки продукта, находят из выражения:

(88)

где ∆g – относительная усушка, доли единицы;

g_ин – количество инея, конденсирующегося на батареях, кг/с;

r_и и r_к – удель­ная теплота испарения и конденсации, Дж/кг.

Расход холода (в Вт) на замораживание продукта, охлажден­ного до криоскопической точки, составляет:

(89)

где W – относительное содержание влаги в продукте, доли единицы;

ω – относительное количество вымороженной влаги при средней конечной температуре замораживания, доли единицы;

r_л – удельная теплота льдообразования, равная 335·10³ Дж/кг.

Если продукт содержит, например, 75 % влаги, а количество вымороженной влаги составляет 87,4 % от общего ее количества, то W = 0,75, а ω = 0,874.

Необходимое количество холода (Вт) на домораживание продукта рассчитывается по формуле 90:

(90)

где с_зп – удельная теплоемкость замороженного продукта, Дж/(кг·К);

t_кр и t_ср.к – криоскопическая и средняя конечная температура, °С.

Расход холода (Вт) на охлаждение, замораживание и домораживание продукта может быть ориентировочно определен, исходя из изменения его теплосодержания, по формуле 93:

(91)

где i_н и i_к – начальная и конечная энтальпия продукта, Дж/кг.

Расход холода (Вт) на охлаждение и осушение воздуха, свя­занные с вентиляцией, рассчитывают по формуле 92:

(92)

где V – объем вентилируемой камеры, м³;

a/v – кратность смены воздуха в единицу времени, м³/с;

ρ – плотность воздуха в камере, кг/м³;

i_н и i_к – энтальпия наружного воздуха в ка­мере при соответствующей влажности, Дж/кг;

r_к – удельная теплота конденсации водяных паров, Дж/ кг;

g_н и g_к – содержание влаги в воздухе наружном и в камере, кг/м³;

φ_н и φ_к – относительная влажность воздуха наружного и в камере, доли единицы.

Эксплуатационные потери холода (Вт) складываются из следующих величин.

1. Потери холода через дверные проемы:

(93)

где q_дв – удельный приток тепла при открывании дверей (на 1 м² пола камеры), Вт/м² (приведен в таблице 8.6);

F – пло­щадь камеры, м².

Таблица 8.6 - Удельный приток тепла при открывании дверей

Помещения	Удельный приток тепла при открывании дверей при высоте камеры 3,6 м и площади
	до 50 м2	до 150 м2	свыше 150 м2
Камеры хранения охлажденных грузов	17,5	9,3	7,0
Камеры замораживания	18,6	9,3	7,0
Камеры хранения замороженных грузов	12,8	7,0	4,6
Экспедиция	46,5	23,2	11,6

2. Потери холода, связанные с электрическим освещением и работой электродвигателей.

(94)

где q_осв – удельный приток тепла от освещения, Вт/м²;

– суммарная мощность электродвигателей, кВт;

η_одн – коэф­фициент одновременности работы двигателей, в зависимо­сти от их количества и характера технологического процесса колеблется от 0,4 до 1,0.

q_осв зависит от типа помещения и коэффициента одновремен­ности включения светильников и составляет в среднем (Вт/м²): для производственных помещений – 4,5; для складских поме­щений – 1,16; для малых холодильных камер – 3,1.

3. Потери холода, связанные с пребыванием людей в камерах:

(95)

где n – количество человек, находящихся одновременно в ка­мере.

Суммарные потери холода Q₄ составляют для крупных холо­дильников 10 %, для мелких – до 40 % от общих тепловых потерь через ограждения Q₁ и потерь, связанных с вентиляцией Q₃.

После калорических расчетов определяется расчет электроэнергии для производства холода. Определяется по формуле 120:

(96)

где А_хол – годовой расчет электроэнергии для производства холода, кВт·ч;

Q_х – суммарный расход холода для охлаждения помещений, кВт (по калорическому расчету);

z – число рабочих часов в смену, ч;

n – число рабочих дней в году;

К_и – коэффициент использования потребной мощности (0,3-0,9).