Способы охлаждения камер хранения
Работа № 5. Системы охлаждения камер холодильников
Цель работы. Ознакомиться с принципом работы холодильных установок и системами охлаждения камер.
Задание. Изучить схему работы холодильной установки, способы передачи холода, нарисовать схемы различных видов охлаждения.
Методика проведения работы. Холодильные установки — замкнутая система (рис. 26), в которой циркулирует хладагент. В компрессоре он сжимается и под давлением поступает в конденсатор 1, где охлаждается и переходит в жидкое состояние. Конденсатор охлаждают воздухом или холодной водой. Жидкий хладагент по трубам поступает через регулирующий вентиль 3 в испаритель 2. Там он испаряется, поглощая при этом большое количество тепла. Количество выделяемого тепла зависит от перепада давления в системе сжатия и испарения, что контролируют регулирующим вентилем. После испарения газообразный аммиак вновь поступает в компрессор на сжатие, и цикл повторяется. Принцип работы холодильной установки — переход механической энергии (сжатие) в тепловую (охлаждение, испарение).
При хранении плодов и овощей чаще применяют непосредственное или рассольное воздушное охлаждение. При рассольном охлаждении (рис. 26, а) испаритель устанавливают в баке с рассолом хлористого калия. Охлажденный рассол по трубам подают в камеру хранения, где он охлаждает воздух, соприкасающийся с батареями, а тот, в свою очередь, — плоды и овощи. Этот способ неудобен тем, что продукция, находящаяся вблизи батарей, может подмерзнуть. Кроме того, батареи уменьшают вместимость холодильника, сильно ржавеют, их трудно обслуживать. В батареях постоянно вымораживается вода, в результате образуется «шуба», которую периодически размораживают. Это усложняет работу холодильных установок. Вымораживание воды снижает влажность воздуха, и плоды и овощи увядают. Поэтому воздух регулярно увлажняют паром или водой при помощи специальных устройств. Затраты на эксплуатацию таких систем на 20 % выше, чем систем с непосредственным охлаждением.
При непосредственном охлаждении (рис. 26, б) испаритель устанавливают в камере хранения (обычно под потолком). Воздух вентилятором из камеры хранения подается к испарителю, где он, соприкасаясь с пластинами и трубами, охлаждается, переходит через увлажнитель и поступает в камеру хранения. Если воздух не увлажнять, то плоды и овощи увянут в результате вымораживания воды из воздуха на испарителе. Для увлажнения воздуха в камере хранения применяют ротационные распылители воды, подвешенные под потолком. Они распыляют воду в виде пыли.
Рис. 26. Схемы работы холодильных установок: а — рассольного охлаждения; б — непосредственного охлаждения; 1 — конденсатор; 2 — испаритель; 3 — регулирующий вентиль; 4 — бак с рассолом; 5 — насос; 6 — батарея охлаждения
Существуют и другие способы охлаждения. При кожуховом — охлажденный воздух циркулирует по специальной полости и охлаждает поверхность стен и потолка камеры. Панельное охлаждение представляет собой разновидность батарейного, смешанное — сочетание батарейного и воздушного. Эти способы применяют мало.
Отчет о выполнении задания. Описывают принцип работы холодильной установки и зарисовывают схемы охлаждения камер.
Материалы и оборудование. Типовые проекты холодильников, схемы систем охлаждения камер.
Вопросы для самоконтроля
1. Расскажите о рассольном воздушном охлаждении. В чем заключаются недостатки этого метода?
2. Что представляет собой непосредственное охлаждение?
3. Перечислите остальные способы охлаждения.
Источник
Способы охлаждения камер хранения
Системы охлаждения камер промышленных холодильников
Системы подразделяют по виду охлаждающей среды и способу распределения рабочего вещества по объектам охлаждения ‑ на системы непосредственного охлаждения и системы охлаждения с промежуточным хладоносителем.
При непосредственном охлаждении (рис. 2) хладагент подается непосредственно в камеру холодильника и, испаряясь в батареях, обусловливает охлаждение окружающей среды. Теплота от объектов отводится непосредственно холодильным агентом, протекающим в приборах охлаждения, которые одновременно выполняют роль испарителя холодильной машины и располагаются в охлаждаемых помещениях. Схема непосредственного охлаждения проста и эффективна. Недостаток ее заключается в том, что при возникновении неплотностей в трубопроводах хладагент может попасть в камеру хранения.
В системах охлаждения с промежуточным хладоносителем (рассольное охлаждение) теплота от объектов отводится промежуточным жидким хладоносителем, протекающим в приборах охлаждения. Циркуляция хладоносителя осуществляется в приборах охлаждения центробежными насосами.
Рисунок 2 ‑ Схема непосредственного (А) и рассольного (Б)
охлаждения камер холодильников:
1 ‑ конденсатор; 2 ‑ испаритель; 3 ‑ регулирующий вентиль; 4 ‑ бак с рассолом; 5 ‑ насос; 6 ‑ батарея охлаждения
В системах охлаждения с промежуточным хладоносителем исключается проникновение холодильного агента в охлаждаемые помещения, так как испаритель и все его трубопроводы находятся в машинном отделении.
В системе рассольного охлаждения требуется больше трубопроводов и дополнительный насос подачи хладоносителя, что делает установку дороже.
Отвод теплоты от охлаждаемых (замораживаемых) объектов осуществляют путем их контакта непосредственно с рабочей средой (холодильным агентом, хладоносителем) или со средой через разделяющую их стенку либо через подвижную промежуточную среду. В качестве промежуточной среды чаще всего используют воздух или специальную газовую среду. Поэтому в зависимости от условий отвода теплоты от охлаждаемых объектов и продуктов холодильные системы подразделяют на системы с контактным и бесконтактным охлаждением.
При контактном способе отвода теплоты объект погружают в охлаждающую среду или орошают ею. Теплообмен характеризуется высокой интенсивностью, небольшой продолжительностью, незначительной потерей массы продукта. Недостаток ‑ возможное ухудшение качества продуктов при непосредственном контакте с некоторыми средами.
По бесконтактному способу охлаждения работают системы батарейного охлаждения, воздушная и смешанная системы охлаждения.
При батарейном охлаждении теплота отводится батареями (пристенными, потолочными) при естественной скорости движения воздуха у батарей.
При воздушном охлаждении теплота отводится воздухоохладителем при принудительной циркуляции воздуха. В этом случае воздух перемещается вентилятором, скорость его может достигать 10 м/с и более.
При смешанной системе охлаждения камеру оборудуют батареями и воздухоохладителями.
Батарейную систему охлаждения применяют в камерах хранения неупакованных мороженых продуктов, так как при использовании воздушных систем наблюдаются повышенные потери массы.
Однако батарейная система имеет существенные недостатки ‑ большую неравномерность полей влажности и температуры воздуха в помещении, недостаточную интенсивность теплообмена между воздухом и продуктом, воздухом и поверхностью приборов охлаждения и т.д., поэтому ее заменяют воздушной системой.
В воздушных системах различают системы канального и бесканального распределения воздуха. В первом случае в помещении располагают два или один канал (более подробно будет рассмотрено позже).
В бесканальной системе воздух в помещение подается воздухоохладители (скорость выходящего из них воздуха может достигать 10…15 м/с, но в результате смешивания с воздухом камеры скорость воздушного потока в дальнейшем быстро гасится).
В камерах хранения широко применяют компактные воздухоохладители (рис. 3). Их можно устанавливать около стен (постаментные), на антресолях, либо подвешивать к потолку.
Воздухоохладители монтируют как единый, заключенный в общий кожух блок, состоящий из испарителя, холодильной установки, увлажнителя и вентилятора. Воздух при помощи вентилятора поступает из камеры холодильника к испарителю холодильной установки, охлаждается, затем направляется к увлажнителю, где он увлажняется, и возвращается в камеру хранения.
Рисунок 3 – Воздухоохладители потолочные
В смешанных системах охлаждения камер сочетают батареи и воздухоохладители. В этом случае достигается комбинирование положительных характеристик обеих систем.
Система кожухового охлаждения камер холодильников (рис. 4). В этом случае камера хранения окружается воздушной полостью, в которой размещают элементы охлаждения и вентилятор для перемешивания воздуха. Так как охлаждающие элементы отделены от камеры хранения, намораживания влаги на них с образованием снеговой «шубы» не происходит (в других системах охлаждения это неизбежно).
В камерах с кожуховым охлаждением поддерживается одновременно низкая температура и очень высокая влажность воздуха, причем оба параметра почти постоянны. При правильном функционировании системы в камере не происходит подмораживания или отпотевания продукции.
По способу размещения основного оборудования — на системы централизованного или децентрализованного охлаждения.
В современных проектах предусматривается монтаж отдельной холодильной установки на каждую камеру холодильника (децентрализованная система). Это дает возможность поддерживать в каждой камере автономный режим хранения применительно к требованиям каждого вида и сорта продукции.
Рисунок 4 ‑ Схема «кожухового» охлаждения камер холодильников
Для охлаждения камер холодильников применяют преимущественно компрессорные холодильные установки.
Источник
Склады-холодильники
Предложение на российском рынке услуг складов-холодильников пока отстает от растущего спроса. Вероятней всего, и в обозримом будущем эта тенденция сохранится – потребности в хранении груза при низких температурах будут продолжать расти, что связано с расширением внутреннего потребления, следствием чего является рост как собственного производства замороженных продуктов, так и их импорта.
Современный склад-холодильник – это, как правило, отдельно стоящее здание, в котором находятся камеры хранения и вспомогательные помещения. Склады имеют подъездные автомобильные и железнодорожные пути и оснащены крытыми или открытыми эстакадами для приема и отпуска продукции. Конструктивные решения склада должны соответствовать СНиП 2.11.02-87 «Холодильники», по которым теплоснабжение, отопление, вентиляция, водопровод и канализация должны отвечать следующим требованиям.
• Очистка воздуха, удаляемого из помещений машинного и аппаратного отделений аммиачных холодильных установок, предусматривается в соответствии с требованиями СНиП 2.04.05-91.
• Аварийная вентиляция должна иметь пусковые приспособления и в вентилируемых помещениях (у выходов), и вне их (у наружных дверей), а также автоматически включаться при увеличении концентрации аммиака в помещениях выше предельно допустимой.
| Помещение | Расчетная температура воздуха, °С | Кратность воздухообмена | ||
|---|---|---|---|---|
| Приток | Вытяжка | Аварийная вытяжка | ||
Машинное и аппаратное отделения холодильных установок:
| ||||
По расчету, но не менее 2
По расчету, но не менее 3
То же
• Вентиляторы и электродвигатели для вытяжной и аварийной вентиляции аммиачных машинных и аппаратных отделений предусматривают во взрывобезопасном исполнении.
• Помещения для хранения картофеля, овощей, фруктов должны быть оборудованы приборами и устройствами, позволяющими контролировать и автоматически поддерживать температуру воздуха, а также приборами контроля относительной влажности. Конденсация влаги на внутренних поверхностях стен и на потолках не допускается.
• Холодильники должны быть оборудованы хозяйственно-питьевым, производственным и противопожарным водопроводами и системами канализации.
• Внутренний противопожарный водопровод в охлаждаемой части зданий холодильников (холодильные камеры с транспортным коридором) не предусматривается. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение надлежит принимать, как для зданий категории В.
• В зданиях холодильников должна предусматриваться открытая прокладка сетей внутреннего производственного водоснабжения. Прокладка сетей водоснабжения в охлаждаемых помещениях не допускается.
• Для охлаждения машин и аппаратов холодильных установок допускается применение воды технического качества со следующими основными показателями:
- жесткость общая – 2…6 мг-экв/л;
- наличие свободной углекислоты – 10…100 мг-экв/л;
- концентрация водородных ионов рН = 6,5…8;
- мутность – 2…5 мг/л; железо – 0,1…0,3 мг/л.
• Вода, потребляемая для мойки оборудования, инвентаря и полов, камер соленых рыботоваров, электролитных при зарядных станциях и ремонтных помещений самоходных машин, должна отвечать требованиям ГОСТ Р 51232–98.
| Производственный процесс | Единица измерения | Водопровод | Канализация | |
|---|---|---|---|---|
| Норма водопотребления, л | Температура воды, °С | Норма водоотведения, л | ||
Оттаивание воздухоохладителей в камерах:
| м 2 поверхности м 2 поверхности | 10 – | Не менее 15 – | 15 3 |
| Охлаждение конденсаторов и компрессоров | Агрегат по паспортным данным | |||
Мойка:
| м 2 1 машина м 2 поверхности | 3 150 4 | До 50 До 50 Не менее 60 | 3 150 • Поливочные краны должны быть установлены в камерах соленых рыботоваров, электролитных при зарядных станциях и в ремонтных помещениях самоходных машин из расчета один кран на 500 м 2 площади пола, но не менее двух кранов на этаж, на грузовых платформах – через каждые 25 м. В камерах соленых рыботоваров и на грузовых платформах должен быть предусмотрен сухотрубный водопровод. • Для холодильных установок должны предусматриваться, как правило, оборотные системы водоснабжения. • Воду, которая образуется при оттаивании воздухоохладителей, обычно используют в системе оборотного водоснабжения или на другие технологические нужды. • Бытовые и производственные сточные воды следует отводить в бытовую канализацию раздельными выпусками. • Сточные воды от приборов и аппаратов необходимо отводить в бытовую канализацию через индивидуальные или групповые гидравлические затворы, располагаемые в отапливаемых помещениях. • Сети канализации, прокладываемые в помещениях с отрицательными температурами воздуха и в неотапливаемых помещениях, должны быть оборудованы системой обогрева. • Сточные воды от мытья платформ необходимо отводить в бытовую канализацию. На выпусках следует устанавливать колодцы с гидрозатвором.
Эффективность работы любого склада, особенно если речь идет о хранении продуктов питания, зависит от комплекса факторов – ассортимента хранимой продукции, месторасположения склада, квалификации сотрудников и др. Не последнее место отводится уровню складского оборудования и автоматизации бизнес-процессов. Стремительное развитие рынка оптовой и розничной торговли продуктами питания, укрупнение торговых объектов, развитие крупных торговых сетей и т. д. – все эти причины обусловливают повышение внимания к качеству складского оборудования. Если не каждый отдельный товар, то группа товаров, входящих в ассортиментный набор, требует специфических условий и технологий хранения. Учитывая тот факт, что в зависимости от размеров ассортимент современного склада продуктов питания может составлять до 50 тысяч наименований, задача обеспечения склада необходимым оборудованием представляется довольно сложной. По этой причине выбору эффективного холодильного оборудования должно предшествовать всестороннее изучение технических и экономических условий процесса переработки материальных потоков. Только на основании тщательного анализа и расчетов можно успешно решить технические вопросы, возникающие при подборе оборудования и его монтаже. Для отвода тепла из холодильных камер применяют три основных типа систем охлаждения:
К основным характеристикам, которые учитываются на первом этапе при выборе холодильного оборудования, относятся:
Затем решают следующие задачи:
Естественно, в каждом конкретном случае возникает большое количество частных технических задач, от правильности решения которых зависит надежность работы всей системы. Для поддержания необходимого температурного режима используют, как правило, системы непосредственного охлаждения или системы с хладоносителем. В системе непосредственного охлаждения жидкий хладагент из конденсатора, пройдя регулирующий вентиль, поступает в испарительные батареи, расположенные в охлаждаемых помещениях. За счет теплоты окружающего воздуха хладагент кипит, охлаждая воздух. Пары хладагента из батарей отсасываются компрессором. Система непосредственного охлаждения обязательно включает компрессорный агрегат и один или несколько воздухоохладителей, размещаемых в камерах хранения. Кроме того, в зависимости от того, как подается жидкий хладагент в испарительные батареи, системы непосредственного охлаждения подразделяют на насосные и безнасосные. В безнасосных системах жидкость поступает в батареи под действием разности давлений конденсации и кипения хладагента, а в насосных она подается специальным насосом. Насосные системы применяют главным образом на крупных холодильниках.
В качестве охлаждающей среды в системе непосредственного охлаждения применяется хладагент (фреон или аммиак), который при кипении в воздухоохладителе забирает тепло из окружающей среды. При выборе между фреоном и аммиаком учитывают следующие соображения: преимущества использования в качестве хладагента аммиака (R717) обусловлены тем, что он обладает термодинамическими и теплофизическими характеристиками, позволяющими получать высокий к.п.д. в холодильных установках, химически нейтрален по отношению к большинству конструкционных материалов холодильных установок, не растворяется в смазочных маслах, применяемых в конструкциях холодильных установок, за исключением меди и сплавов на ее основе, не чувствителен к влаге и легко обнаруживается в случае утечки, не способствует созданию парникового эффекта, имеет невысокую стоимость (не более 2200 руб./т) и легко доступен на рынке. Вместе с тем у аммиака есть ряд серьезных недостатков. В частности, это вещество высокотоксичное (считается, что предельно допустимая концентрация аммиака в рабочих помещениях должна быть не выше 20 мг/м 3 , но даже при более низкой концентрации характерный запах аммиака в случае его появления вызывает сильную панику; при более высоких концентрациях появляются серьезные затруднения дыхания вплоть до удушья; смертельная концентрация аммиака – 30 г/м 3 ), оно взрывоопасно (при концентрации в воздухе 200…300 г/м 3 возникает угроза самопроизвольного взрыва; температура самовоспламенения равна 650 °С), создает опасность ожогов при растворении в воде, поскольку этот процесс сопровождается выделением значительного количества тепла, а кроме того, имеет высокую температуру нагнетания при сжатии в холодильных компрессорах.
Указанные недостатки аммиака приводят к возникновению серьезных организационно-технических и юридических проблем при проектировании, монтаже и эксплуатации аммиачных холодильных установок. В связи с этим в последние 10…15 лет при решении вопроса о выборе холодильного агента предпочтение все чаще отдается галогенсодержащим углеводородам – хладонам, или, как их принято называть в обиходе, фреонам. Из них наиболее широко в настоящее время применяется хладон (фреон) R22. Этот хладагент нетоксичен и взрывобезопасен, у него низкая температура нагнетания при сжатии в компрессорах, хорошие (по сравнению с другими хладонами) теплофизические и термодинамические характеристики, он химически нейтрален к большинству конструкционных материалов, имеет довольно низкий озоноразрушающий потенциал (ОРП = 0,05; по этому показателю данный R22 близок к аммиаку), в больших количествах производится в России, а стоимость его приемлемая. К преимуществам системы непосредственного охлаждения относятся: простота конструкции холодильной установки; быстрое охлаждение камер, которое начинается сразу после пуска компрессора; возможность применения более высоких температур кипения для поддержания требуемых температур в охлаждаемом объеме по сравнению с другими способами охлаждения, что делает систему непосредственного охлаждения в эксплуатации наиболее выгодной, особенно для камер с низкими температурами (морозильных). Недостатками системы непосредственного охлаждения являются: опасность проникновения в охлаждаемые помещения хладагента, например аммиака, запах и концентрация которого может отрицательно повлиять на качество охлаждаемого продукта и здоровье людей, эксплуатирующих оборудование; увеличенная опасность в пожарном отношении (при работе с горючими хладагентами); сложность регулирования работы компрессора, особенно при наличии нескольких камер с разными температурами. В установках с косвенным (промежуточным) охлаждением используется жидкий хладоноситель. Понижение температуры в холодильных камерах достигается за счет теплообмена между охлаждаемой средой и холодным хладоносителем, циркулирующим в теплообменных аппаратах. Хладоноситель в свою очередь охлаждается в испарителе при кипении хладагента. Такая система состоит из двух холодильных контуров: системы охлаждения жидкости (чиллера), работающей на хладагенте, и контура промежуточного хладоносителя (воды, пропиленгликоля или формиатных хладоносителей). Тепло окружающей среды в воздухоохладителях передается промежуточному хладоносителю, с помощью которого оно переносится к хладагенту.
Преимущества системы охлаждения с промежуточным хладоносителем следующие: исключается возможность проникновения хладагента непосредственно в охлаждаемую среду (в охлаждаемый продукт); простота регулирования температуры охлаждаемой среды в холодильных камерах, что достигается путем изменения количества хладоносителя, направляемого в теплообменный аппарат охлаждаемой камеры. Однако по сравнению с системой непосредственного охлаждения при охлаждении с промежуточным хладоносителем требуются: дополнительные линейные компоненты – теплообменный аппарат (испаритель), насос, запорная арматура; компрессор большей хладопроизводительности, так как при наличии теплоносителя (промежуточного хладоносителя) хладагент должен кипеть при более низкой температуре, а при этом снижается как хладопроизводительность, так и экономичность работы компрессора; большой расход электроэнергии на получение и передачу холода. Система непосредственного охлаждения может быть централизованной и децентрализованной. В централизованной схеме в качестве холодильной машины используется один многокомпрессорный агрегат, снабжающий хладагентом все воздухоохладители. Децентрализованная схема состоит из нескольких локальных холодильных систем, полностью независимых друг от друга. Централизованные системы с многокомпрессорным агрегатом более удобны в управлении, чем децентрализованные, поскольку управлять компрессорами, конденсаторами и воздухоохладителями можно из одного места. Также более удобны обслуживание и ремонт таких систем, ведь компрессорное оборудование и агрегаты децентрализованной системы размещены, как правило, в разных частях склада, что затрудняет их обслуживание. В свою очередь у децентрализованной системы охлаждения есть свои преимущества:
Как уже отмечено, в качестве жидкого хладоносителя в установках с косвенным охлаждением могут использоваться различные жидкости. В температурном диапазоне до +2 °С лучшим хладоносителем по теплофизическим, экономическим и экологическим параметрам является вода. Ее недостатки – высокая коррозионная активность по отношению к металлам и склонность к отложению солей на стенках оборудования. При температуре от +2 до –20 °С по совокупности характеристик теплофизических, экономических, токсикологических и органолептических, толерантности к изменению условий эксплуатации, надежности и стабильности лучшим для пищевых производств является хладоноситель на основе пропиленгликоля. При температуре ниже –20 °С те преимущества, которые дает пропиленгликоль, нивелируются повышением его вязкости, а на первый план выходят формиатные хладоносители, которым присущи чрезвычайно привлекательные теплофизические характеристики, практически не уступающие рассолу на основе CaCl2 и лучшие, чем у многих других хладоносителей. Однако их чувствительность к загрязнениям и кислороду воздуха сделала возможным применение формиатных хладоносителей только в закрытых системах в ограниченном интервале температур и с соблюдением целого ряда предосторожностей и ограничений. В заключение отметим, что строительный рынок складов-холодильников будет развиваться в перспективе по двум направлениям: компании, которые позиционируют себя в качестве оптовых трейдеров, предлагающих большой ассортимент оборудования, разнообразие цен, несколько поставщиков с широким модельным рядом; компании, выполняющие проекты «под ключ» – выяснение проблем заказчика, разработка конкретного проекта, выбор необходимого оборудования и т. д. В любом случае будущее за теми компаниями, которые смогут предоставить потребителю за разумные деньги комплексное решение его задач и высокий уровень технической поддержки и сервиса. Источник |
