3.6.5. Розрахунок і підбір камерних батарей

Площу поверхні камерних батарей, що передає тепло F_б (м²) безпосереднього охолодження, визначають за формулою

, (3.49)

де Q_т теплоприток у камеру,Вт;

k_б  коефіцієнти теплопередачі батареї, Вт/(м²К);

  температурний напір між повітрям камери і кип’ячим холодильним агентом; приймається рівним 7–10С, а для батарей малих установок, що працюють на хладонах, 8–15С.

Коефіцієнти теплопередачі [Вт/(м²К)] для батарей з гладких труб наведені в табл. 3.11.

Таблиця 3.11

Батареї	Температура повітря в камері, С
	0	-20
Стельові	10	7
Пристінні	10–14	7–10

Коефіцієнти теплопередачі [Вт/(м²К)] для батарей з оребрених труб діаметром 38х2,5 мм наведені у табл. 3.12.

Таблиця 3.12

Батареї	Температура повітря в камері, С
	0	-20
Стельові:
- однорядні	5,9–5,1	4,7–4,2
- дворядні	5,6–4,8	4,4–4,0
Пристінні:
- чотири труби по висоті	4,7–4,1	3,6–3,3
- вісім труб по висоті	4,3–3,7	3,4–3,0

Великі значення коефіцієнтів мають батареї з кроком ребер 30 мм, менші – із кроком ребер 20 мм.

Коефіцієнт теплопередачі оребрених батарей для хладонів 3–6 Вт/(м²К).

За площею поверхні, яка передає тепло, вибирають батареї в каталозі або здійснюють їх конструктивний розрахунок відповідно до приміщення, у якому вони будуть розташовані.

Для цього знаходять загальну довжину труб L (м)

, (3.50)

де f  площа поверхні 1 м труби батареї, м².

Площа поверхні 1 м труби: гладкої діаметром 57х3,5 мм – 0,179 м², оребреної із кроком ребер 35,7 мм – 1,12 м², труби діаметром 38х3,5 мм із кроком ребер 35,7 мм – 0,8 м².

Задаючи довжину батареї l_б, залежно від розмірів камери, визначають кількість труб у батареї n

. (3.51)

3.6.6. Повітроохолоджувачі

Вологе повітря складається із суміші газів (азоту, кисню, неону, гелію, аргону тощо) і водяної пари. Вміст водяних парів у повітрі різний. Вологість повітря характеризують вологовмістом d або абсолютною вологістю е.

Вологовмістом називають масову кількість водяної пари, віднесену до 1 кг сухого повітря (d кг вологи на 1 кг сухого повітря).

Абсолютна вологість повітря  масова кількість водяної пари, що міститься в 1 м³ вологого повітря (е кг вологи на 1 м³ вологого повітря).

Тиск атмосферного повітря В дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря р_в і водяних парів р_п. Чим більший вологовміст повітря, тим вищий парціальний тиск водяних парів. Гранична кількість пари води у повітрі залежить від його температури і тиску. При підвищенні температури атмосферного повітря межа насичення парами збільшується.

Відносна вологість повітря , тобто ступінь його насичення водяними парами, чисельно дорівнює відношенню парціального тиску водяних парів у повітрі р_п при певній температурі до тиску водяних парів у насиченому повітрі р"_п при тій самій температурі. Для температур, нижчих за 15°С, відносну вологість повітря  можна приблизно прирівняти до відношення вологовмісту повітря d до вологовмісту насиченого повітря d" при тій самій температурі

(3.52)

У насиченого повітря =1.

Температуру, при якій повітря з даним вологовмістом стає насиченим, називають точкою роси. При охолодженні повітря нижче за точку роси волога випадає у вигляді роси чи інею. При додаванні вологи в насичене повітря вона буде в краплинному стані. Прикладом може бути туман, що складається з насиченого повітря і дрібних крапельок води, що знадходяться у зваженому стані.

Параметри вологого повітря визначають за і–d-діаграмою і таблицями для вологого повітря.

Схема і–d-діаграми зображена на рис. 3.18. Для зручності зображення її будують у косокутній системі координат з кутом між осями – 135°. По похилій осі абсцис відкладають вологовміст повітря, а по вертикальній осі ординат  ентальпію і. Лінії постійних ентальпій і=сonst проведені похило, тобто паралельно осі абсцис. Початок відліку ентальпій відповідає температурі 0° С і вологовмісту d = 0.

У дійсних діаграмах нахилу вісь абсцис d не наносять. Замість неї проводять допоміжну горизонтальну вісь, на якій вказують вологовміст. На діаграму наносять також лінії постійних температур, відносних вологостей, густин повітря і парціальних тисків водяної пари.

Л

інія =1 ( = 100%) поділяє і–d-діаграму на область вологого ненасиченого повітря й область тума­ну, де зайва волога знаходиться в краплинному стані. Лінія =1 також характеризує максимально можливе насичення повітря вологою при даній температурі.

С

Рис. 3.18. Побудова діаграми вологого повітря, вологовміст ентальпії ('d, і)

тан повітря в точці А визна­чають будь-якими двома параметрами з нанесених на діаграмі. При охо­лодженні повітря без додавання або відведення вологи ( ) до стану насичення (лінія  =1) одержують точ­ку роси (t_роси). Температуру мокрого термометра (t_м.т), яка відповідає температурі межі охолодження води в

повітрі з початковим станом, що характеризується точкою А, для температур повітря нижче 30° С з достатньою точністю можна знаходити на перетині ліній і =1.

Процеси зміни стану повітря нерідко супроводжуються зміною ентальпії і вологовмісту . Відношення цих величин називають тепловологісним відношенням. Ця величина визначає кут нахилу процесу в і– d-діаграмі. Значення Е нанесені на діаграму у вигляді пучка прямих, що виходять із точки і . Ці лінії проведені тільки поза полем діаграми, що забезпечує чіткість зображення інших ліній на діаграмі. Тепловологісне відношення Е є кутовим масштабом діаграми.

Часто протікають процеси взаємодії повітря з водою, що супроводжується перенесенням теплоти і вологи від одного середо­вища до іншого. При перенесенні теплоти середовища охолоджуються чи нагріваються, а при перенесенні вологи відбувається випаровування чи її конденсація на поверхні, що веде до осушення чи зволоження повітря.

На поверхні зіткнення повітря і вода знаходяться у стані рівноваги, тобто повітря має однакову з водою температуру і 100%-ну відносну вологість. Такий стан повітря характеризується точками на кривій насичення (=1). Температура і вологовміст повітря поза поверхнею води інші. Парціальний тиск водяної пари в насиченому повітрі безпосередньо на поверхні води р" відрізняється від тиску водяної пари р_п у шарах повітря, вилученого від поверхні води (винятком є випадок, коли температура води дорівнює точці роси повітря). У результаті різниці між парціальними тисками водяної пари в повітрі відбувається вологообмін між водою і повітрям, а також теплообмін, тому що разом з паром у повітря переноситься і теплота, витрачена на його утворювання. До того ж, має місце конвективний теплообмін внаслідок різниці між температурами повітря і води. Якщо темпера­тура поверхні води вища за точку роси повітря ( ), то вода випаровується. Волога і теплота пари переносяться від води до повітря, внаслідок чого повітря охолоджується. Якщо температура води нижча за точку роси ( ), то відбувається конденсація водяної пари з повітря на поверхню води, тобто перенесення теплоти і вологи до води, внаслідок чого повітря осушується.

Точка роси

Рис. 3.19. Процеси в і– d-діаграмі:

а – взаємодія повітря з водою; б – змішання повітря двох станів

Конденсація вологи з повітря, а отже, і осушення повітря відбуваються при зіткненні не тільки з холодною водою, але й з будь-якою поверхнею (наприклад, поверхня трубчастого повітро-охолоджувача), температура якої нижча за точку роси повітря.

У теплообмінних апаратах при зіткненні повітря з водою можуть протікати різні процеси (рис. 3.19, а).

У процесі А–1 повітря охолоджується й осушується. Цей процес протікає за умови, що температура поверхні зіткнення (води чи трубчастої поверхні повітроохолоджувача) нижче за точку роси повітря А, що вступає в процес ( ). Гранично процес А–1 зображується дотичною до кривої насичення ( =1). Процес А–1 характерний для більшості повітроохолоджувачів.

У процесі А–2 повітря охолоджується без конденсації вологи з повітря, тобто при . У цьому процесі . Процес А–2 зустрічається у повітроохолоджувачах.

У процесі А–3 повітря зволожується і охолоджується, тому що частина теплоти, що віддається повітрям воді, витрачається на її випаровування. У цьому процесі температура поверхні води вища за точку роси, але нижча за температуру мокрого термометра ( ).

У процесі А–4 повітря зволожується без підведення і відведення теплоти. Теплота, що віддається повітрям воді, витрачається на випаровування води і переходить разом з випаруваною вологою назад у повітря (ентальпія повітря залишається постійною, ( ). Температура води відповідає температурі мокрого термометра ( ). Цей процес має місце в камерах адіабатичного зволожу­вання, де повітря зволожується однією і тією ж водою, що рецирку­люється за допомогою насоса, без підведення і відведення до неї теплоти.

У процесі А–5 температура води вища за температуру мокрого термометра, але нижча від температури початкового стану повітря ( ). У цьому процесі повітря охолоджується і зволожується зі збільшенням його ентальпії, тому що кількість теплоти, що перехо­дить до повітря з вологою, яка випаровується, виявляється більшою за кількість теплоти, яку повітря віддає воді при порівняно невеликій різниці між температурами. При цьому вода охолоджується. Межею охолодження води є температура мокрого термометра. Такий процес здійснюється у градирнях при охолодженні води, що виходить з конденсатора холодильної машини, а також в камерах, що зволожу­ються. В останньому випадку для підтримки постійної температури воду підігрівають чи додають свіжу більш теплу воду.

Процес А–6 протікає при однаковій температурі повітря і води ( ). Для нього характерна відсутність конвективного теплообміну між повітрям і водою. При цьому повітря зволожиться, а вода випарується за рахунок тепла стороннього джерела.

У процесі А–7 температура води вища за температуру повітря ( ). У результаті випаровування і конвективного теплообміну між водою і повітрям повітря зволожиться і нагріється, а вода охолоне. Гранично цей процес зображується дотичною до лінії насичення =100%. Процес А–7 здійснюється у градирнях для охолодження води.

Отже, при повітря осушується, при зволожується, при охолоджується, а при нагрівається.

Процес змішування двох потоків повітря станів А и В (рис. 3.19, б) на і–d-діаграмі протікає по прямій, що з’єднує точки А і В. Ці точки характеризують початкові стани повітря. Стан суміші позначається точкою С, що лежить на цій прямій. Відрізки, що визначають положення точки С на лінії змішування, зворотно пропорційні кількостям М_А і М_В повітря, що змішується ВС/АС=М_А/М_В.

У повітроохолоджувачах теплота від повітря передається холодильному агенту чи холодоносію (воді). Застосування повіт­роохолоджувачів обумовлює створення примусового руху повітря в об’єкті, що охолоджується. З холодильної камери повітря переганя­ється вентилятором через повітроохолоджувач, де охолоджується, і знову повертається в камеру.

Розрізняють повітроохолоджувачі поверхневі чи трубчасті (сухі) і контактні (мокрі).

У поверхневих (сухих) повітроохолоджувачах теплообмін між повітрям і охолоджувачем відбувається через стінку труби. Такі повітроохолоджувачі виготовляють у вигляді пучка гладких чи ребристих труб, укладених у кожух. По трубах протікає киплячий холодильний агент (у цьому випадку повітроохолоджувачі є випарни­ками холодильної машини) чи холодоносій (водяні сухі повітроохо­лоджувачі). Зовні труби омиваються повітрям.

У контактних (мокрих) повітроохолоджувачах (зрошувальних чи форсункових) теплообмін відбувається при безпосередньому контакті повітря з водою.

Повітроохолоджувачі розміщують в охолоджуваному приміщен­ні чи поза ним, у цьому випадку кожух ізолюють.