Температура воздуха

Охлаждения

Тема 18. Основные параметры охлаждаемой среды и способы ее

В зависимости от характера технологического процесса холодильные установки бывают 2-х видов:

1. Технологический процесс предусматривает непрерывное понижение температуры охлаждаемого объекта от начальной до необходимой конечной. В этом случае работа холодильных установок (Х.У.) осуществляется в условиях нестационарного теплового режима (состояния).

2. Технологический процесс требует поддержания постоянных параметров охлаждаемой среды для того, чтобы при этих условиях осуществлялись химические реакции или хранились вещества, требующие постоянства параметров окружающей среды. Такие установки работают в условиях стационарного теплового состояния (режима).

К параметрам состояния охлаждаемой среды для холодильных установок второго вида относятся температура, влажность и скорость движения воздуха.

Для понижения температуры воздуха в каком-либо устройстве или помещении и поддержании ее на заданном уровне это устройство необходимо охлаждать, то есть отводить от него теплоту с помощью холодильной установки. С момента понижения температуры в устройстве t_у ниже температуры окружающей среды t_н в него начинают проникать теплопритоки от различных источников.

Теплоприток – количество теплоты, проникающее в устройство и выделяющееся в нем в единицу времени (Дж/с).

Уравнение теплового баланса, включающее теплопритоки от различных источников, при стационарном режиме имеет вид:

где Q_н - теплоприток через ограждающую устройство изоляцию;

Q_дет - теплоприток от обрабатываемых деталей;

Q_вн - теплоприток от внутренних источников (если в охлаждаемом помещении люди, осветительные приборы, двигатели и т.д.);

Q₀ - теплоотвод (холодильная мощность холодильной установки).

Следует иметь ввиду, что холодильные установки работают при переменных внешних условиях, что постоянно выводит их из состояния равновесия.

Если теплоприток становится больше теплоотвода Q₀, то это вызывает повышение температуры t_у. Если теплоприток меньше теплоотвода, то будет понижение t_у.

Скорость изменения температуры t_у прямо пропорциональна разности между теплопритоком Q_Т и теплоотводом Q₀ и обратно пропорциональна коэффициенту тепловой емкости устройства.

где С – коэффициент тепловой емкости устройства, (Дж/К), количество теплоты, которое необходимо подвести к устройству или отвести от него для изменения температуры на 1 К.

Равенству соответствует наступление равновесия между теплопритоком и теплоотводом, характеризуемое уравнением теплового баланса

Для упрощения предположим при стационарном режиме наличие только теплопритока Q_н.

Тогда количество теплоты, проникающее через ограждения в единицу времени

где К_н – коэффициент теплопередачи ограждений, Вт/м²×ºС;

F_н – площадь поверхности ограждений;

t_н – температура наружного воздуха.

С другой стороны, теплоотвод в единицу времени:

где К ₀ – коэффициент теплопередачи охлаждающих приборов;

F₀ – площадь поверхности охлаждающих приборов;

t₀ – температура охлаждающей среды (можно принять равной температуре поверхности охлаждающих приборов, если пренебречь термическим сопротивлением внутренней теплотдачи и стенок трубы.

Запишем тепловой баланс Q_T = Q₀ с учетом их значений.

Если изменятся внешние условия (например, повысится температура наружного воздуха t_н), то это повлечет за собой возрастание теплопритока Q_T и его превышение над теплоотводом Q₀, в результате чего произойдет повышение температуры t_у в устройстве и, как следствие, увеличится теплоотвод Q₀. Повышение t_у будет замедлять рост Q_T до тех пор, пока теплоприток не сравняется с растущим теплоотводом при новом значении t_у.

Такое самовыравнивание температуры охлаждаемого устройства не всегда решает задачу регулирования этого параметра. Величина саморегулируемого параметра может выйти за установленные пределы, и для ее сохранения внутри этих пределов надо располагать соответствующими средствами.

Если из уравнения теплового баланса найти величину температуры в устройстве t_у,называемую равновесной температурой,

то полученное выражение включает величины, воздействуя на которые можно добиться изменения температуры t_у в желаемом направлении.

Поскольку в уравнении для dt_y / dt регулирующим воздействием является холодопроизводительность испарителя Q₀, то для регулирования температуры t_у следует изменять величины, входящие в уравнение для Q₀, то есть К₀, F₀ и t₀.

Изменяя скорость циркуляции воздуха, можно менять интенсивность теплообмена у охлаждающих приборов и, следовательно, величину К₀.

Выключением части или всех охлаждающих приборов можно менять площадь их поверхности F₀.

Температура кипения охлаждающей среды t₀ в общем случае непостоянна и также саморегулируется при изменении К₀ и F₀. Иногда можно непосредственно изменять t₀ увеличением или уменьшением холодильной мощности компрессора или изменением температуры холодоносителя.

Наличие других теплопритоков Q_пр не вносит в выводы качественных изменений. t_у в этом случае определяется аналогично: