3.6.7. Розрахунок і підбір повітроохолоджувачів

При розрахунку поверхневого (сухого) повітроохолоджувача визначають площу поверхні, що передає тепло й об’ємну витрату циркулюючого повітря (якщо він попередньо не заданий).

Площу поверхні, що передає тепло, повітроохолоджувача F_в (м²) розраховують за формулою

, (3.53)

де – теплоприток до повітроохолоджувача, т;

– коефіцієнт теплопередачі повітроохолоджувача, Вт/(м²К);

 – середній температурний напір між циркулюючим повітрям і холодильним агентом або водою, °С.

Під час руху повітря поперек труб зі швидкістю 3–5 м/с коефіцієнт теплопередачі сухого гладкотрубного повітроохолоджу­вача k_в= 3035 Вт/(м²К), а під час руху повітря уздовж труб – k_в= 1720 Вт/(м²К). Для ребристих повітроохолоджувачів при швидкості руху повітря 4–5 м/с і густині теплового потоку 100–120 Вт/м² k_в= 1217 Вт/(м²К).

Для підбору вентилятора визначають об’ємну витрату циркулю­ючого повітря з рівняння

, (3.54)

де V_в  об’ємні витрати повітря, що циркулює, м³/с;

_в  густина повітря, кг/м³ (визначають за і– d-діаграмою або за психометричною таблицею відповідно до температури повітря, що виходить з повітроохолоджувача).

Ентальпію повітря, що входить і₁ і виходить і₂ визначають за i –d-діаграмою.

3.6.8. Система відтавання випарників та повітроохолоджувачів

Ефективність роботи повітроохолоджувача залежить від процесу утворення інею на його охолоджувальній поверхні. Найкращі умови теплопередачі відповідають початковому періоду утворення інею. Шар кришталиків льоду, що утворився, збільшує поверхню теплопередачі, створює додаткову шорсткість поверхні і поліпшує щільність з’єднання труб з ребрами. Одночасно шар інею, зменшу­ючи перетин для проходу повітря, збільшує швидкість його руху в батареї повітроохолоджувача. Тому в початковий період роботи по­вітроохолоджувача коефіцієнт теплопередачі підвищується.

При подальшому збільшенні шару інею збільшується додатко­вий опір, що створюється ним, і коефіцієнт теплопередачі знижу­ється. Крім того, при значному збільшенні шару інею зменшується кількість повітря, що проходить через батарею, а отже, і кількість переданого йому тепла, що також знижує коефіцієнт теплопередачі. Коли охолоджувальна поверхня батареї повністю вкривається інеєм, повітроохолоджувач перестає працювати.

Зміна коефіцієнта теплопередачі залежно від маси інею на батареї зображена на рис. 3.20. Графік побудований за дослідними даними для повітроохолоджувача, що працює при температурі кипіння холодильного агента –7,8°С, різниці температур між холо­дильним агентом і повітрям камери – 5,8°С, відносній вологості – 70% і швидкості руху повітря – 4 м/сек. При більш високій відносній вологості повітря початковий коефіцієнт теплопередачі трохи вищий, ніж при вологості 70%. Однак потім він швидко знижується, тому середній коефіцієнт теплопередачі стає значно меншим.

Для забезпечення ефективної роботи повітроохолоджувача поверхні, що охолоджуються, необхідно періодично очищати від інею шляхом його відтавання. Це особливо важливо для ребристих повітроохолоджувачів, оскільки відкладення інею на гладких трубах не має такого сильного впливу на їх роботу, як на ребристих.

В умовах холодильників при температурах повітря близько 0°С іній на батареях, як правило, має велику щільність. Найбільш інтенсивне наростання спостерігається в період термічної обробки продуктів.

Підтримка в камерах холодильників необхідних температурно-вологісних режимів багато в чому залежить від своєчасного і швидкого відтавання повітроохолоджувачів, особливо при повітряній системі охолодження. Відсутність раціональних рішень з цього питання викликає великі труднощі в експлуатації холодильників.

Застосовується кілька різних способів зняття снігової шуби: гарячими парами холодильного агента, зрошуванням поверхні водою. Практикується також відтавання електронагріванням теплим зовніш­нім повітрям.

14.5

В ага інею на батареї, кг

Рис. 3.20. Зміни коефіцієнта теплопередачі залежно від ваги інею на батареї

Відтавання гарячими парами хладона застосовується пере­важно на великих холодильниках, де в системі холодильної установки є велика кількість цих парів. На холодильниках порівняно малої місткості кількість циркулюючих в системі парів звичайно недостатня для відтавання повітроохолоджувача.

Процес відтавання здійснюється у такий спосіб. Гарячі пари хладона відбираються після масловідокремлювачів і незалежно від систем охолоджування подаються у повітроохолоджувач зверху, конденсат стікає знизу. Для вільного стоку конденсату дренажний ресивер вміщують нижче за повітроохолоджувач. Стік конденсату проводиться по окремій дренажній лінії.

Відтавання повітроохолоджувачів зрошуванням їх поверхні водою застосовується переважно у комбінації з двома описаними способами. Для рівномірного розподілення зрошувальною водою по поверхні повітроохолоджувача передбачається спеціальна система перфорованих трубок або форсунок.

Температура води, яка використовується для зрошування повітроохолоджувачів, повинна бути 20–40°С. При використанні для зрошування води з температурою вищою за 40°С відбувається запарювання повітроохолоджувача і, можливо, випадіння конденсату на стелі і стінах камери.

Потрібна кількість води визначається дослідно. При кроці обернення труб повітроохолоджувача 20 мм необхідна кількість води складає близько 20 л/год на 1 м² поверхні повітроохолоджувача. Допускається використання води технічної якості (після конденсаторів) при температурі її не нижчій за 20°С. При більш низькій температурі використовується господарсько-питна вода з підігрівом.

Приготування теплої води проводиться в колекторах шляхом змішування гарячої (70°С) і холодної води до температури 20–40°С. Колектор-змішувач встановлюється у постійно опалюваному примі­щенні. Він забезпечується термометром для вимірювання температури суміші води і краном діаметром 25 мм для зливу решти води після проведення процесу відтавання.

Трубопроводи для стоку води (зрошуваної і талої) приєднують до системи оборотного водопостачання з метою поповнення її або, якщо це важко, до системи каналізації умовно чистих вод, а також зливової каналізації. Підключення їх проводять через гідравлічні затвори. Гідравлічні затвори розташовують в опалюваних примі­щеннях або в криницях, де виключається замерзання води.

У холодильних камерах установлення трапів з гідравлічними затворами не дозволяється.

Відтавання теплим повітрям здійснюють шляхом циркуляції його через охолоджувальну поверхню повітроохолоджувача. Повітря може циркулювати як по замкнутому, так і по розімкнутому контуру.

У першому випадку у контур циркуляції повітря найчастіше включається секція електронагрівальних елементів. У другому випадку використовують тепле зовнішнє повітря. У холодильниках для фруктів такий спосіб відтавання іноді об’єднують із системою повітроводів, призначених для вентиляцій камер.

Кількість тепла Q_від, необхідну для відтавання батареї повітро­охолоджувача, можна вирахувати за формулою:

, (3.55)

де F  охолоджувальна поверхня батареї, м²;

  товщина шару інею на трубах батареї, м;

  щільність інею, кг/м³;

2,1  теплоємність інею, кДж/кг°К;

t_ст.  початкова температура інею, приблизно відповідна темпера­турі стінки труб, °С;

335  теплота плавлення інею, кДж/кг;

t_к.  кінцева температура талої води, °С;

Р_м  вага металоконструкції повітроохолоджувача, яка нагрівається, кг;

с_м  теплоємність металу, кДж/кгград;

1,3  коефіцієнт, що враховує втрати тепла у навколишнє середовище.

Для практичних розрахунків щільність інею в умовах холодильників для фруктів при температурі повітря близько 0°С – 400–600 кг/м³.

При відтаванні батареї повітроохолоджувача комбінованим способом (теплоносієм зсередини і зрошуванням теплою водою ззовні) на теплоносій припадає 60–70% від загального потрібного тепла, на воду  30–40%.

Під час експлуатації повітроохолоджувачів слід враховувати, що чим швидше відбувається відтавання, тим менше тепла втрачається у навколишнє середовище. Окрім того, дуже важливо, щоб поверхня батарей повністю осушувалась за період відтавання, оскільки на вологих батареях іній (лід) швидко нарощується знову.

Для управління процесом відтавання застосовують різні автома­тичні прилади. Прогресивним є метод автоматизації відтавання повітроохолоджувачів, при якому команда на включення відповідним пристроям подається приладом, що реагує на зростання опору руху повітря при значному наростанні снігової шуби на поверхні повітро­охолоджувачів, а закінчення процесу відтавання сигналізується за допомогою реле часу.