7.3.4 Режимы конвективного теплообмена в грузовом помещении
В грузовом помещении транспортного модуля по отношению к грузу могут протекать теплообменные процессы режимного характера. Речь идёт о конвективном теплообмене между грузом и окружающим его воздухом. Существует шесть режимов такого теплообмена: охлаждение груза, отепление груза, теплокомпенсация, хладокомпенсация, термос первого рода, термос второго рода. Правилами и Временными условиями эти режимы не регламентируются, но для грамотного назначения способа обслуживания вагонов и контейнеров их необходимо знать.
«Охлаждение груза» – режим конвективного теплообмена, при котором груз при транспортировке подвергается холодильной обработке с понижением температуры за счёт внешнего источника холода, имеющего более низкую температуру. Источником холода служит воздух, циркулируемый вокруг и внутри штабеля, охлаждаемый либо холодильными машинами (рисунок 7.4, слева), либо (и) за счёт поступления холода через ограждения кузова (рисунок 7.5, слева). Для протекания теплообмена в таком режиме груз укладывают одним из воздухопроницаемых способов и назначают температурный режим.
«Отепление груза» означает термическую обработку груза с повышением его температуры за счёт внешнего источника теплоты, имеющего температуру выше температуры груза. Этот режим конвективного теплообмена устанавливается при обеспечении соответствующего температурного режима и воздухопроницаемости штабеля аналогично предыдущему. Специально режим «отепление груза» на практике не применяют.
По завершении термической обработки груза до требуемой температуры режимы конвективного теплообмена «охлаждение груза» и «отепление груза» начинают выполнять функцию режимов «теплокомпенсация» (см. рис. 7.4, справа) или «хладокомпенсация» (см. рис. 7.5, справа). При отсутствии температурного напора через ограждения кузова транспортного модуля может наступить режим конвективного теплообмена, называемый «термос первого рода» (рисунок 7.6, в центре).
Рисунок 7.4 – Переход конвективного теплообмена из режима «охлаждение груза» в режим «теплокомпенсация» в координатах tо (температура), (время):
tв.в – верхняя граница температурного режима; tв.н – то же, нижняя; t.н, t.г, t.в – соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха в грузовом помещении
Рисунок 7.5 – Переход конвективного теплообмена из режима «охлаждение груза» в режим «хладокомпенсация» в координатах tо (температура), (время):
tв.в – верхняя граница температурного режима; tв.н – то же, нижняя; t.н, t.г, t.в – соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха в грузовом помещении
«Теплокомпенсация» – это режим конвективного теплообмена между грузом и воздухом грузового помещения, при котором за счёт внешнего источника холода компенсируется (погашается) подводимая к грузу теплота от наружного воздуха. Температура груза при этом уже имеет значения, соответствующие назначенному температурному режиму. Обычно режим «теплокомпенсация» устанавливается при работе холодильного оборудования (см. рис. 7.4, справа, рисунок 7.6, слева).
В практике перевозок может встретиться частный случай компенсации биохимической теплоты, выделяемой плодоовощами, за счёт холодопритока от наружного воздуха. Например, осуществлялась контрольно-опытная перевозка бананов при суточной температуре наружного воздуха от 0 до 7 °С. Электрические печи не включали, работали только вентиляторы-циркуляторы. Температура воздуха в вагонах поддерживалась от 12 до 14 °С, так как обеспечивался тепловой баланс между холодом, поступающим в грузовое помещение снаружи, и биохимической теплотой, выделяемой бананами.
«Хладокомпенсация» означает преднамеренное погашение холодопритоков к грузу без изменения температурного поля штабеля и при работе электропечей (см. рис. 7.5, справа, рис. 7.6, справа). Режим конвективного теплообмена «хладокомпенсация» организуется только в РТМ.
Рисунок 7.6 – Режим конвективного теплообмена «термос первого рода», устанавливающийся при переходе режима «теплокомпенсация» в режим «хладокомпенсация» и наоборот в координатах tо (температура), (время):
tв.в – верхняя граница температурного режима; tв.н – то же, нижняя; t.н, t.г, t.в – соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха в грузовом помещении
«Термос первого рода» – это режим конвективного теплообмена между воздухом и грузом, при котором все теплообменные процессы в грузовом помещении транспортного модуля прекращаются или совершаются в пределах верхней и нижней границ назначенного температурного режима перевозки (см. рис. 7.6, в центре). При этом холодильные или отопительные устройства в РТМ отключают.
«Термос второго рода» следует рассматривать как теплообменный режим, при котором источником погашения внешних тепло-, холодопоступлений в грузовое помещение является холод или теплота, аккумулированные грузом до перевозки. Здесь преднамеренно допускается нежелательное охлаждение груза (рисунок 7.7) или его отепление (см. рис. 7.3), но не выше предельных значений, допускаемых Правилами или Временными условиями.
Рисунок 7.7 – Использование режима конвективного теплообмена «термос второго рода» при отрицательной температуре наружного воздуха в координатах tо(температура), (время):
tг.н – начальная температура груза; tг.п – то же, предельная; tн – изменение температуры наружного воздуха; tг – то же, груза; пр – предельно возможный срок перевозки груза в режиме термос
Этот теплообменный режим устанавливается в вагонах-термосах и контейнерах-термосах, где таких агрегатов нет, а также при перевозках скоропортящихся грузов в РТМ без назначения температурного режима (холодильно-отопительные агрегаты отключены).
Режим конвективного теплообмена «термос второго рода» можно реализовать при следующих условиях:
– груз термически обработан до погрузки в вагон или контейнер и обладает запасом холода (теплоты) для транспортировки на сроки, регламентированные условиями перевозок;
– груз не требует вентилирования и не выделяет биохимическую теплоту;
– условия перевозок допускают колебания температуры груза в заданных границах;
– условия перевозок допускают в зимний период неограниченное понижение температуры груза;
– укладка груза в транспортном модуле должна быть только плотной.
Например, к погрузке предъявлены замороженные мясные блоки с температурой минус 18 °С. Предельно допустимая температура, при которой их можно принять к перевозке и сдать грузополучателю, согласно Правилам составляет минус 10ОС. Значит, разность (–18 –(– 10) = –8ОС), эквивалентную запасу холода, можно использовать на погашение внешних теплопоступлений.
При отсутствии температурного напора через ограждения грузового помещения, а также между грузом и воздухом грузового помещения циркуляция воздуха вокруг штабеля прекращается. При этом режимы конвективного теплообмена «теплокомпенсация», «хладокомпенсация» и «термос второго рода» переходят в режим «термос первого рода». К плодоовощам это не относится, так как они постоянно выделяют биохимическую теплоту. Характеристика и основные параметры протекания теплообменных процессов в гружёном рейсе подробно рассмотрены в главе 8.