Теплотехнический расчет изотермических фургонов при проектировании производят для оценки теплоизоляции кузова, определения требуемых хладопроизводительности или мощности приборов отопления установок микроклимата.
Исходные данные для расчета:
– размеры грузового помещения;
– требуемый коэффициент теплопередачи;
– наибольшее и наименьшие значения температур снаружи и внутри рефрижератора;
– требуемая кратность обмена воздуха внутри грузового помещения;
– принятые системы охлаждения или отопления;
– скорость охлаждения груза;
– при необходимости – дополнительные показатели скоропортящихся грузов.
Наличие в конструкции кузова различных перемычек, элементов крепления оборудования, нескольких слоев различных материалов и других конструктивных особенностей затрудняет прослеживание тепловых потоков.
Для расчетов чаще всего применяют зональный метод. При этом поверхность ограждения грузового помещения (стены, пол, потолок) делят на зоны, близкие по конструктивному исполнению.
|
|
Для каждой j-ой зоны рассчитывают коэффициент теплопередачи (Вт/(м2 К) по выражению:
, (1)
где αн – коэффициент теплопередачи от окружающего воздуха к наружной поверхности фургона при охлаждении или наоборот при отоплении кузова, Вт/(м2 К); вi – толщина i-гo однородного слоя конструкции, м; λi – коэффициент теплопроводности этого слоя, Вт/(м2 К); αв – коэффициент теплопередачи от внутренней стенки ограждения к воздуху внутри кузова при охлаждении или наоборот при отоплении грузового помещения, Вт/(м2 К); n – число слоев ограждения в рассматриваемой зоне.
Коэффициент αH для фургонов, имеющих гладкие и ровные поверхности, находят по эмпирической зависимости
, (2)
где uв – скорость движения воздуха относительно поверхности кузова, м/с.
Коэффициент αв зависит от скорости воздушного потока внутри кузова и определяется по формуле
, (3)
где uц – скорость движения воздуха, которую принимают 0,1–0,3 м/с при естественной и 0,5–0,8 м/с при искусственной циркуляции (вентиляции).
Средний коэффициент теплопередачи для кузова фургона:
, (4)
где – расчетная площадь теплопередающей поверхности кузова фургона,м2; m – число рассматриваемых зон ограждения.
Расчетная площадь теплопередающей поверхности в j-ой зоне
, (5)
где Анj и Aвj – площадь соответственно наружной и внутренней поверхности в рассматриваемой зоне ограждения.
Брусья и элементы жесткости создают "тепловые мостики", по которым тепловой поток проходит значительно интенсивнее, чем по теплоизоляции. Они учитываются увеличением среднего коэффициента теплопередачи на 10–30%, т. е. действительный коэффициент теплопередачи
|
|
. (6)
Кроме того, ежегодно за счет увлажнения, усадки и старения теплоизоляции тепловой поток через нее возрастает на 3–5%. Отсюда расчетный коэффициент теплопередачи
, (7)
где τЭК – количество лет эксплуатации фургона до капитального ремонта.
Полученные значения расчетных коэффициентов теплопередачи не должны превышать стандартизованного показателя. Так, например, для рефрижератора с теплоизоляцией класса С с температурой внутри кузова от плюс 12 до минус 20°С при температуре окружающего воздуха плюс 30°С коэффициент теплопередачи не должен превышать 0,33 Вт/(м2 К).
Определение хладопроизводительности Qo холодильной установки производится при наиболее неблагоприятных условиях, т. е. при максимально возможной потере тепла.
Тепловой поток (Вт), отводимый холодильной установкой рефрижератора, перевозящего низкотемпературные грузы, определяют по формуле
. (8)
Здесь I – первый режим перевозки (доставка низкотемпературных, предварительно замороженных, грузов).
Теплоприток в грузовое помещение фургона через его ограждение за счет различия температур наружного tн и внутреннего tв воздуха определим по выражению
. (9)
Температуры tн и tв принимаются наибольшими и наименьшими соответственно по условиям перевозки.
Теплоприток с наружным воздухом через неплотности корпуса кузова находим:
, (10)
где uво – скорость воздухообмена через неплотности кузова, м³/c; ρн – плотность воздуха при температуре t н, кг/м3; iн и iв – энтальпия соответственно наружного воздуха и воздуха в фургоне, Дж/кг.
Дополнительный приток тепла от воздействия солнечной радиации
, (11)
где Ac – расчетная площадь, освещаемая солнцем (сумма площадей крыши, боковой и торцевой стен), м2; ∆tc – разность температур поверхности фургона, подверженной солнечной радиации и наружного воздуха, °С:
, (12)
где μ – коэффициент проницания солнечной радиации через ограждение кузова; I – средняя интенсивность солнечной радиации, Вт/м²; а – коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью фургона, зависящий от материала, цвета, состояния поверхности; τc – продолжительность солнечного облучения в течение суток, ч.
Теплоприток от нагревающихся электродвигателей вентиляторов
, (13)
где Р – мощность, потребляемая электродвигателем вентиляторов, Вт; η – КПД электродвигателя; τдв – продолжительность работы двигателя в течение суток, ч.
Теплоприток, образующийся при оттаивании "снеговой шубы" испарителя принимают равным 200 Вт
Тогда потребная хладопроизводительность холодильной установки (Вт) на I режиме работы будет
, (14)
где τx – продолжительность работы холодильной установки в течение суток, ч.
При расчетах можно принимать:
tН = 36 °С; tВ = –20°С; VВО = 0,008–0,12 м³/с; ρН = 1,27 кг/м3;
iН = 60 кДж/кг; iВ = 18 кДж/кг; I = 640 Вт/м2; а = 0,7–0,8;
tС = 16 ч; η = 0,85–0,95; τДВ = tх = 22 ч; μ = 0,75–1,0.
При перевозке неохлаждаемых плодов и овощей (II режим перевозки) общий тепловой поток больше на два слагаемых:
. (15)
Первые пять слагаемых рассчитывают также, как и для режима I, с учетом соответствующих исходных данных.
При перевозке плодов и овощей широко применяют охлаждениеих в пути.
Скорость аккумуляции теплоты в грузах и таре
, (16)
где mг и mт – соответственно масса груза и тары, причем принимают массу тары в 15% от массы груза, кг; Сг и Ст – удельные теплоемкости: Ст = 2,7 кДж/(кг.К); tг. н и tг. к – начальная и конечная температура груза, ˚С; τохл – продолжительность охлаждения груза, зависящая от температуры наружного воздуха и мощности холодильной установки (указывается в задании на проектировании), с.
Так как при перевозке незамороженных овощей и фруктов их жизнедеятельность не прекращается, учитывают выделяемое при этом биологическое тепло
|
|
, (17)
где qб – количество биологической теплоты, выделяемое плодами и овощами, Вт/кг; mг – масса перевозимых плодов и овощей, кг.
Для подбора компрессора потребную хладопроизводительность установки на I и II режимах приводят к стандартной, принимают большее ближайшее значение.
Конденсатор рассчитывают по рабочей хладопроизводительности для режима охлаждения, а испаритель – для режима перевозки мороженых грузов и проверяется на допустимую тепловую нагрузку при II режиме.
При перевозке грузов с отоплением кузова необходимая мощность обогревателя (Вт) определяется по формуле
, (18)
где Qот – тепло, образуемое отопителем, Вт; ηоб – КПД системы обогрева.
. (19)
Значения Q1, Q2, Q4 и Q7 определяются по формулам, приведенным выше, причем в них при определении Q1 и Q2 tн, iн и tв, iв меняются местами (поток направлен в другую сторону), а КПД обогревателя принимают ηоб = 0,83–0,87.
Затраты теплоты (Вт) на подогрев наружного воздуха, поступающего в помещение для груза определяют по зависимости
, (20)
где n – кратность воздухообмена в грузовом помещении в течение суток (n = 10); V – объем грузового помещения, м3.