Теплоустойчивость ограждений холодильников. Определение коэффициента теплоустойчивости.

Для упрощения расчетов предполагались постоянство теплового потока через ограждение и стационарность в нем температурного поля. В действительности, теплота через ограждения охлаждаемых объектов передается в нестационарных условиях, что, прежде всего, обусловлено периодическими изменениями температуры наружного воздуха и периодическими воздействиями солнечной радиации на наружную поверхность ограждения. Так, в южных районах страны амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха достигает 13-15 К, что вызывает соответственные изменения температуры наружной поверхности ограждения: амплитуда колебаний этой температуры может значительно возрастать из-за действия солнечного излучения на наружную поверх­ность ограждения.

В таких условиях ограждения охлаждаемых объектов должны обладать теплоустойчивостью. Теплоустойчивость есть свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при колебаниях плотности теплового потока. В холодильных сооружениях допустимые колебания темпе­ратуры на внутренней поверхности нормируются в настоящее время для помещений, в которых хранятся овощи и фрукты в холодное время года. Возникающие колебания температуры наружной поверхности ограждения должны существенно затухать в ограждении, имеющем достаточную теплоустойчивость, чтобы не оказывать большого влияния на температуру, поддерживаемую внутри охлаждаемого объекта, и на состояние хранящихся или обрабатываемых продуктов.

Обычно свойства теплоустойчивости ограждений расматривают, предполагая, что колебания температуры наружного воздуха являются простыми гармоническими колебаниями. Если происходит синусоидальное изменение наружной температуры t_н, то плотность потока q через ограждение будет из меняться так же по синусоиде и с тем же периодом Т часов (рис. 4). Средняя плотность теплового потока q_m = (t_нm – t_пм)/R_H, где t_нm — среднее значение наружной температуры за период времени Т.

Если обозначить амплитуду колебаний плотности теплового потока А_q , то плотность теплового потока изменяется от q_mq—A_q до q_m+ A_q. Изменения температуры наружной поверхности ограждения от среднего значения t`<sub>нm</sub> при амплитуде А`_t будет осуществяться с тем же периодом Т, но запаздывать по времени на r часов.

Отношение величины амплитуды колебаний теплового потока к величине амплитуды колебаний A'_t температуры поверхности, периодически воспринимающей этот тепловой поток, равное /A'_t, называется коэффициентом теплоусвоения поверхности ограждения [Вт/(м2К)], т. е. s = /A'_t, или

s = ₍₁₈₎

Коэффициент теплоусвоения представляет собой изменение плотности теплового потока, вызывающее колебания температуры поверхности на 1 К. Для ограждения из однородного материала, при достаточной толщине стенки, теплоусвоение оказывается физической характеристикой стенки и оценивается коэффициентом теплоусвоения материала. Он также характеризует большую или меньшую способность материала воспринимать теплоту при колебаниях температуры на его поверхности.

Если период колебаний Т = 24 ч, то коэффициент теплоусвоения обозначается s₂₄ и определяется по формуле s₂₄ = 0,27 , если теплоемкость подставляется в кДж/(кгК). Теплоизоляционные материалы, обладающие малыми и , имеют и относительно малый коэффициент теплоусвоения.

Различием значений коэффициента теплоусвоения объясняется, например, тот факт, что предметы из разных материалов с резко отличным теплоусвоением, находящиеся в одном помещении, т. е. имеющие одинаковую температуру, при прикосновении к ним кажутся — одни теплыми, а другие — холодными. Теплоизоляционные материалы высокой эффективности обладают весьма низкими коэффициентами теплоусвоения, т. е. при изменении температуры поверхности отдают меньшее количество теплоты и поэтому должны применяться для изоляции сооружений с резко переменным режимом работы (испытательные камеры, регенераторы и т. п.).

В результате затухания колебаний температуры в толще ограждения на внутренней поверхности при средней температуре поверхности t"_пм колебания имеют значительно меньшую амплитуду A"_t.

Отношение амплитуды на поверхности ограждения, воспринимающей колебания температуры внешней среды, к амплитуде А” на внутренней поверхности называется затуханием амплитуды внутри ограждения толщиной , т. е.  = / А” . Амплитуда колебаний температур внутренней поверхности

Тогда после ряда математических преобразований можно получить соотношение (19)

Теперь в показатель степени входит произведение термического сопротивления слоя материала на коэффициент теплоусвоения этого материала. Эту безразмерную величину D=Rs называют характеристикой тепловой инерции (массивности) ограждения, выполненного из данного материала. Она является мерой интенсивности затухания колебаний температуры внутри однородного ограждения.

Поскольку выражение (19) примет вид . Из него следует, что при D = 1 затухание колебаний  = 2. Массивностью D = 1 характеризуется так называемый слой резких колебаний температуры, непосредственно прилегающий к поверхности, воспринимающей периодически поступающий тепловой поток.

При прохождении через него тепловой волны амплитуда колебаний температуры уменьшается в два раза. Действительная толщина слоя резких колебаний может быть найдена по соотношению = /s. Например, для стали =45,4/109,3 = 0,415 м, а для пенополиуретана = 0,019/0,22 = 0,086 м.

Для многослойного ограждения его массивность определяется как сумма массивности отдельных слоев:

D = R_ls₁+R₂s₂+R₃s₃ +.... (20)

Это выражение не учитывает затухания тепловой волны при переходе из одного материала в другой, поэтому является приближенным. Ограждение считается легким, если D - 1,54, средним — при D = 47 и массивным — при D > 7, а при D < 1,5 — безынерционным.

Лекция 9. Производство изоляционных работ. Эксплуатация ограждений холодильников

Тщательное выполнение работ по изоляции ограждений является одним из главных условий долговечности и надежности работы изоляционной конструкции. Изоляционные работы являются скрытыми, так как установить качество из выполнения после окончания работ оказывается практически невозможным ввиду того, что элементы конструкции, требующие наибольшей тщательности выполнения, оказываются закрытыми последующими слоями ограждения.

Поэтому при выполнении теплоизоляционных ограждающих конструкций должен проводиться промежуточный (пооперационный) контроль выполненных работ, например состояния поверхности, подготовленной под изоляцию, нанесенного слоя пароизоляции. Каждый последующий слой разрешается выполнять после приемки предыдущего.