автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Повышение эффективности систем кондиционирования воздуха пищевых предприятий республики Вьетнам

МОСК^ВС^ЙЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ

БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

Лэ Хоанг Вьет

УДК 621.565.9: 664

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПИЩЕВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ

Специальность 05.04.03 "Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1998

Работа выполнена на кафедре "Холодильная техника" Московского государственного университета прикладной биотехнологии и в лаборатории технологических систем кондиционирования воздуха ВНИХИ.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Н.Д.Малова

Научный консультант - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е.М.Агарев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.ФЛебедсв кандидат технических наук, доцент В.А.Гоголмн

Ведущая организация : ОАО Царицыно

Защита состоится "2.Л " 1998 г. в часов на заседании

диссертационного Совета 4с 063.46.03 при Московском государственном университете прикладной биотехнологии по адресу: 109316 г. Москва, ул. Талалихина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПБ.

. Автореферат разослан "/! в " ЩЗР^'Я 1998 г/

Ученый секретарь диссертационного Совета, к.д.т., доц.

Г.Л.Агеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Холод и кондиционирование воздуха имеют неоспоримые заслуги перед пищевой промышленностью: в снабжении населения продуктами питания, установлении связи между зонами производства и потребления, сокращении потерь и сохранении качества продуктов; в создании благоприятных условий работы и рациональных технологических параметров воздушной среды в помещениях, особенно в помещениях зданий, расположенных в зонах с жарким климатом или с повышенной влажностью.

Системы кондиционирования воздуха относятся к энергоемким системам инженерного оснащения зданий. Принципиально возможны два направления снижения энергетических затрат в системах кондиционирования воздуха: выбор таких типов и такого конструктивного исполнения элементов самого здания (ограждающих конструкций, остекления, солнцезащитных устройств и др.), которые обладают по возможности наилучшей теплоустойчивостью; совершенствование режимов работы систем.

К совершенствованию.режимов работы систем кондиционирования следует отнести рациональное использование: рециркуляции внутреннего воздуха, а также теплоты и холода удаляемого воздуха; местной рециркуляции, местных догревателей и охладителей; рабочей разности температур приточного и вытяжного воздуха; способов воздухораспределения; способов кондиционирования воздуха.

В данной работе рассматриваются вопросы энергосбережения в системах кондиционирования путем разработки рациональных способов кондиционирования и воздухораспределения, т. е. цикла тепловлажностной обработки воздуха при полном круглогодичном кондиционировании и его распределения в производственно-технологических помещениях предприятий пищевой промышленности. Рассмотрены процессы кондиционирования воздуха для предприятий, расположенных в регионах с жарким климатом, так как такие процессы в научно-технической литературе рассмотрены менее всего.

Цель и задами исследования. Целью данной работы является «уменьшение энергозатрат в системах кондиционирования производствен-но.-технологических помещений пищевых предприятий республики Вьетнам и других климатических районов с повышенной температурой наружного воздуха.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

- определить параметры микроклимата, соответствующие условиям тепловой комфортности для работающих, находящихся на постоянных.ра-

бочих местах, с уметом индивидуальных особенностей'человека и активности его труда;

- определить тепловые показатели наружных ограждений производственных зданий пищевых предприятий, размещенных в южных районах с учетом условий тепловой комфортности;

• - определить тепловлажностные характеристики производственно-технологических помещений пищевых предприятий;

- определить способ воздухораспределения, обеспечивающий условие тепловой комфортности и технологические требования по кратности воздухообмена и скорости воздуха в рабочей зоне помещений;

- обосновать методику расчета способа воздухораспределения, рекомендуемого для промышленного внедрения;

- определить способ кондиционирования воздуха, применяемый на предприятиях южных районов и являющийся наиболее эффективным по энергозатратам; '

- разработать способ кондиционирования, позволяющий уменьшить расход холода при круглогодичной тепловлажностной обработке воздуха;

- разработать технические решения аппаратов для реализации предлагаемого способа кондиционирования воздуха.

Научная новизна. Предложен метод определения параметров микроклимата, соответствующих условиям тепловой комфортности, с учетом индивидуальных особенностей человека и активности его труда.

Обоснован выбор теплоизоляционной конструкции покрытия предприятий с коэффициентами теплопередачи и тепловой инерции, обеспечивающими выполнение условий тепловой комфортности. Выполнена проверка удельного теплового потока, учитывающего совместное действие разности температур и солнечной радиации, на нормируемое значение удельного теплового потока, разности температуры внутренней поверхности покрытий и внутреннего воздуха, а также амплитуды колебания температуры внутренней поверхности покрытий для помещений с постоян-.ными рабочими местами, повышенными требованиями по поддержанию темиературно-влажностного режима и санитарно-гигиенических условий.

Обоснован метод расчета верхнего горизонтального воздухораспределения без использования эффекта настилания по теории свободных струй.

На защиту выносятся следующие результаты диссертационной работы:

- метод определения параметров микроклимата в производственно-технологических помещениях, учитывающий условия тепловой комфортности, индивидуальные особенности человека и активность его труда;

- тепловлажностные характеристики производственно-технологических помещений пищевых предприятий с учетом наружных климатических условий и заданных условий комфортности;

- технико-энергетический анализ способов кондиционирования,

применяемых на пищевых предприятиях, размещенных п южных районах;

- способ кондиционирования с раздельной холодильной обработкой наружного и внутреннего воздуха;

- технико-энергетический анализ способов воздухорасггределения (действующих и предлагаемого) в производственно-технологических помещениях пищевых предприятий.

Достоверность результатов. Анализ тепловлажностных характеристик кондиционируемых помещений, способов кондиционирования -и воз-духораспределения выполнен на основании ГОСТов, отраслевых стандартов и нормативных документов на проектирование систем кондиционирования для производственных помещений пищевой промышленности с использованием стандартных методик измерения параметров и обработки результатов.

Практическое значение работы заключается в следующем: 1) определены телловлажностные характеристики производственно-технологических помещений пищевых предприятий республики Вьетнам: фактор "комфортности", комфортная температура, тепловыделения человеком и количество наружного воздуха, соответствующее санитарной норме по кислороду при выполнении работы средней тяжести, позволяющие дать комплексную оценку состояния воздушной среды при производстве пищевых продуктов и условий комфортности для работающих, находящихся на постоянных рабочих местах; удельные теплопоступлешш через наружные ограждения, учитывающие совместное действие разности температур и теплового облучения; удельные тепло- и влагонритоки, поступающие от внутренних источников в производственно-технологические помещения предприятий; область изменения тепловлажностных коэффициентов лучей процесса кондиционируемых помещений, подтверждающая возможность использования предлагаемого способа кондиционирования; 2) разработан и запатентован способ кондиционирования воздуха для предприятий южных климатических районов (решение о выдаче патента получено в мае 1998 г.), позволяющий уменьшить расход холода по сравнению с наиболее эффективным действующим способом; 3) разработаны технические решения аппаратом, работающих по предлагаемому способу кондиционирования воздуха и выполненных на базе серии-"но выпускаемых блоков и секций российских кондинионеростроительных заводов; 4) предложен и обоснован горизонтальный способ воздухорас-пределения с использованием ненастилающихся струй, движущихся и затухающих выше рабочей зоны; 5) выполнен сравнительный анализ энергозатрат в системах кондиционирования с использованием предлагаемых и действующих способов кондиционирования и воздухораспределения; 6) результаты работы могут быть использованы при проектировании систем кондиционирования воздуха предприятий, размещенных в южных районах России, стран СНГ и других странах с наружным климатом, близким к жаркому климату с нормальной и повышенной влажностью.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследован«» по способу кондиционирования и воздухораспределения на пищевых предприятиях внедрены в учебный процесс по дисциплинам "Проектирование и расчет оборудования систем кондиционирования воздуха" и "Аэродинамика и вентиляторы" для студентов специализации "Системы кондиционирования воздуха и жизнеобеспечения" специальности "Техника и физика низких температур", а также при выполнении научно-исследовательских работ по теме "Разработать теоретические основы и технику технологического кондиционирования мясоперерабатывающего производства" (№ г. р. 01910055095).

Апробации работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: научных чтениях "Теоретические и практические основы расчета термической обработки пищевых продуктов", посвященных памяти проф. Бражникова A.M. (Москва, МГУПБ, 1997); научных чтениях, посвященных памяти проф. Пелеева А.И. (Москва, МГУПБ, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 150 страницах, содержит приложение, 27 рисунков, список литературы из 65 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования. Кратко изложено то новое, что вносится автором в проблему совершенствования систем кондиционирования воздуха производственно-технологических помещений пищевых предприятий.

В первой главе на основе статистических данных по исследованию климата стран южной Азии выполнен анализ наружных климатических условий республики Вьетнам. Республика Вьетнам расположена на 10-20 0 северной широты, характеризуется нормальным атмосферным давлением (Рб = 101,325 кПа), повышенной температурой и влажностью наружного воздуха.

"Для основных промышленных городов среднегодовая температура находится в пределах 22,1-27,4 °С, среднемесячная температура 14,1-29,1 °С, максимальная температура 27-41 °С; среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 75,8-84,9 %, среднемесячная относительная влажность 68-90 %. Так как среднегодовая температура более 20 °С и среднегодовая относительная влажность более 60 %, то республика Вьетнам относится к районам с жарким и влажным климатом, следовательно, в течение всего года наружный воздух необходимо охлаждать и осушать.

Выполнен анализ температурно-влажностного режима производст-

венно-технологических помещений пищевых предприятий, характеризующихся открытым технологическим процессом, когда сырье и продукты имеют непосредственный контакт с воздушной средой. Качество продуктов, товарный вид, сроки последующего хранения зависят от параметров и санитарно-гигиенического состояния воздушной среды этих помещений. Рассмотрены параметры внутреннего воздуха помещений для основных отраслей пищевой промышленности: хлебопекарной, кондитерской, молочной, рыбной, мясной (мясоперерабатывающее производство).

Проведенный анализ показывает, что температура и влажность воздуха производственно-технологических помещений предприятий хлебопекарной и кондитерской промышленности п холодный период согласно нормам проектирования соответствуют оптимальным параметрам (по СНиП) для помещений с работой средней тяжести труда

(*в, =*опт, =18-20 °С, (рВ1 <60%). Для отделений высокосортных и

скоропортящихся продуктов кондитерской промышленности в теплый период года температура и влажность внутреннего воздуха также соответствуют оптимальным параметрам (= 10ПТт =22-25 °С, <рВт <60-%). Для основных производств температура и влажность внутреннего воздуха соответствуют допустимым параметрам: 1В =1д0„т >27 °С; (рВт >60%.

Следовательно, основные производства хлебопекарной и кондитерской промышленности по расчетным параметрам воздуха характеризуются повышенной температурой и влажностью в теплый период года.

В производственно-технологических помещениях молочной промышленности в холодный период внутренняя температура поддерживается несколько меньше оптимальной =16-18 °С; =18-20 °С); в теплый период расчетная температура внутреннего воздуха принимается в соответствии с допустимой: ^ =1Д0Пг > 27 °С. Для отдельных помещений сыродельного производства температура 1в принимается постоянной в течение года и имеет значение меньше оптимального (1В = 12-16 °С); расчетная относительная влажность воздуха в течение -всего года принимается постоянной и имеет повышенное значение: Ф„.= 75 -80%, т.е. по температурно-влажностному состоянию воздушной среды помещения сыродельного производства относятся к влажным помещениям с пониженной температурой.

Основные производства рыбной промышленности так же,, как хлебопекарной и кондитерской, имеют параметры воздуха, соответствующие оптимальным п холодное время и допустимым в теплое время года. Следовательно, помещения также характеризуются повышенной температурой для теплого периода года. Исключение составляют отделения раздел-

ки сырья, производства фарша и полуфабрикатов, для которых принимают расчетные параметры постоянными в течение года и равными: =12-16 °С, ф„ = 70-80% (отделения относятся к влажным помещениям с пониженной температурой).

Производственные отделения мясоперерабатывающего производства относятся к влажным помещениям с пониженной температурой. По са-нитарно-технологическим нормам рекомендуется поддержание температуры 12 ± 1 °С и относительной влажности 70 ± 5 % в течение всего года. Такие ''жесткие" параметры воздуха, которыми не характеризуется ни одна отрасль перерабатывающей промышленности, объясняются спецификой сырья, значительной продолжительностью контакта его с воздушной средой, а также санитарно-гигиеническими условиями производства продукции необходимого качества. При указанных внутренних параметрах необходимы пониженные температура приточного воздуха и температура его точки росы, пониженное значение рабочей разности температур, что вызывает сложности при разработке систем кондиционирования и обеспечении условий комфортности на постоянных рабочих местах.

Названные параметры микроклимата производственно-технологических помещений пищевых предприятий исследованы с учетом индивидуальных особенностей работающих, находящихся на постоянных рабочих местах, с целью определения тепловлажностных характеристик: комфортной температуры и условий комфортности при различной температуре внутреннего воздуха, тепловыделений человеком и количества наружного воздуха, необходимого для подачи на одного человека, выполняющего работу средней тяжести с целью обеспечения санитарной нормы по кислороду. При определении тепловлажностных характеристик использованы расчетные и графические зависимости, разработанные проф., д.т.н. Ивановым О.П., проф., д.т.н. Цветковым Ю.Н. и другими специалистами Санкт-Петербургской государственной академии холода.

На рис. 1 приведен график изменения условного фактора "комфортности" Кф в зависимости от массы человека и его роста. При среднестатистических данных гражданина республики, Вьетнам (масса М = 50-60 кг, рост Ь = 1,6-1,7 м) условный "фактор" комфортности Кф = 35 кг/м2. На рис. 2 приведен график изменения комфортной температуры 1Кф в зависимости от условного фактора комфортности Кф и активности А человека (активность А'человека принято определять как отношение удельного потребления кислорода в состоянии физической деятельности к удельному потреблению кислорода в состоянии покоя). При работе средней тяжести А = 2-4 большая часть работ на пищевых предприятиях характеризуется тяжестью труда категории II б. Поэтому можно принять А = 3-4.

Кср, К2/м2 < 50

¿»5

ЬО

3£,5 — ,

34 —

35 —

«30

2В______ _________________________

40 50 55 60 70 80 90

Рис. 1. Фактор "комфортности" Кф = Г(М, Ь); при средней массе М = 55 кг н среднем росте Ь = 1,65 м Кф = 35 кг/м

щ, Ы1м И,9м - М К2

----

1 I 1 I

Средняя линия, находящаяся между А = 3 и А = 4 (рие. 2), при факторе "комфортности" Кф = 35 кг/м2 характеризует комфортную температуру *к4.= 19 °С, соответствующую средней тяжести труда (категория II б).

В табл. 1 приведены средние значения расчетной температуры внутреннего воздуха комфортной температуры *Кф, а также фактора

"комфортности" Кф и его отклонение от Кф = 35 кг/м2 при различных значениях температуры внутреннего воздуха.

Таблица 1

Промышленность Температура внутреннего воздуха, °С Фактор "комфортности"

расчетная, «кт(0 комфортная, Чф Кф. кг/м2 АКф, кг/м2

1. Хлебопекарная 1 (по СНиП) 19 17,5 - 17,5

2. Кондитерская А. Основные производства 19 17,5 -17,5

Б. Производство высокосортных и быстропортящихся продуктов (по СНнП) »» =23 т (по СНиП) 19 27 - 8

3. Молочная А. Оснрвные производства ч £27 19 17,5 - 17,5

Б. Сыродельное производство (по СНиП) (в =14 т (по технологическим нормам) 19 46 11

4. Рыбная Л. Основные производства »» ^27 т 19 17,5 - 17,5

Б. Отделения разделки сырья и производства полуфабрикатов (по СНиП) 1„=14 (по технологическим нормам) 19 46 11

5. Мясная (мясоперерабатывающее производство) ' «в =12 (по технологическим нормам) 19 49 14

Изменение фактора "комфортности" наглядно показано на рис. 3. Из данных табл. 1 и рис. 3 следует, что в помещениях основных производств хлебопекарной, кондитерской, молочной и рыбной промышленности фактор "комфортности" составляет всего лишь 50 % от необходимого, что

Кф, кг/мг

А 9

46

35 27

-17,5

Рис. 3. Фактор "комфортности" Кф для производственно-технологических помещений промышленности: 1 - хлебопекарной; 2а, 26 - кондитерской (2а - основные производства: 26 - производства высокосортных и скоропортящихся продуктов); За, 36 - молочной (За - основные производства; 36 сыродельное производство); 4а, 46 - рыбной (4а - основные производства; 46 - отделения разделки сырья и производства полуфабрикатов); 5 - мясной (мясопере-рабатывающее производство)

вызывает дискомфортные условия на постоянных рабочих местах, обусловленные повышенной температурой воздуха. В рыборазделочных •и сыродельных отделениях фактор комфортности превышает рекомендуемое значение Кф, что вызывает переохлаждение работающих. Наиболее дис комфортными условиями работы характеризуются помещения мясоперерабатывающего производства (Кф = 49 кт/м1). Следовательно, совершенствовать системы кондиционирования производственно-технологических помещений пищевых предприятий необходимо в первую очередь с систем кондиционирования мясоперерабатывающего производства.

При исследовании избыточных теплопоступлений в помещения рассмотрены тепловыделения одним человеком, выполняющим работу средней тяжести (рис. 4). На рис. 4 показана зависимость тепловыделений

<г;

II >Г> <3 V # ч II со ч -у и

СГ ■о II II ю ^ •о__Я г*" 1 || 25 55 45 5

{ 2Р 5а Цех

человеком q., от его массы М и активности Л. При массе человека М = 50-60 кг и активности выполняемой работы А = 3-4 (работа средней тяжести труда) тепловыделение человеком q4 изменяется or 150 до 250 Вт: при категории работ П а среднее значение тепловыделения q^, = 165 Вт, при категории работ II б qcp = 225 Вт. Так как большинство работ на пищевых предприятиях относится к работам категории II б, то при расчете тепловых балансов кондиционируемых помещений можно принимать q,.p = 225 Вт, qMaKC = 250 Вт.

Тепловыделение человеком q4 зависит от его физической деятельности, для выполнения которой необходимо определенное количество потребляемого кислорода. Требуемое количество кислорода обеспечивается подачей необходимого количества наружного воздуха. Зависимость необходимого количества наружного воздуха от массы человека М и его активности А показана на рис. 5. Из рис. 5 следует, что при массе человека М = 50-60 кг и его активности труда А = 3-4 необходимый расход наружного воздуха, подаваемый на 1 человека, составляет Vliap =36-60 м3/ч.

Максимальное значение Vlwp соответствует нормативному значению для

помещений с воздухообменом п > 10 об/ч.

Вторая глава посвящена исследованию тепловлажностных характеристик кондиционируемых производственно-технологических помещений мясоперерабатывающего производства. Выполнены исследования помещений мясоперерабатывающих предприятий мощностью до 2 т переработки мяса в смену при производстве мясных полуфабрикатов и других продуктов повышенной степени готовности. Кондиционируемые помещения с пониженной температурой внутреннего воздуха размещают в "холодном" секторе производственных зданий, поэтому помещения не имеют наружных стен. В качестве наружных ограждений рассмотрены покрытия с нормируемым коэффициентом теплопередачи для охлаждаемых помещений К„окр = 0,47 Вт/м2-град (при tIlllp ro1 ^9 °С). В связи со

значительным тепловым потоком, поступающим через покрытие вследствие разности температур и действия солнечной радиации, рассмотрен также вариант покрытия с усиленной теплоизоляционной конструкцией Кп0|ср = 0,24 Вт/м2град (значение К'„окр соответствует требованиям СНиП для современных общественных зданий).

Для двух вариантов исполнения покрытия зданий определена характеристика тепловой инерции (коэффициент тепловой массивности) Д покрытия:

Дпокр = 1,93 при Кпокр = 0,47 Вт/м2- град;

Д'иокр = 2'9 ПР" К' = 0,24 Вт/м1- град.

Полученные значения характеристики Д входят в рекомендуемый диапазон (Д|1ек = 2-4 для производственных зданий).

Удельное количество теплоты, поступающей через покрытие зданий:

^ Рпокр 'Ясрпокр ^

"макс ~ в

V Н

1ПОК(> Ч ' ^^ "нокр

и-« /

(1)

ав

+ —2

V«

( . \ лчЛ

0,5А. -р +

Рпокр '

'покр V. ^н

где ч - среднее (за сутки) удельное количество поступающей теплоты, Вг/.м2;

Ач - изменяющаяся часть удельного количества поступающей теплоты, Вт/м2;

" максимальная температура наружного воздуха в самый жаркий месяц, °С;

Ргюкр _ коэффициент поглощения покрытием солнечной радиации;

Чсрцокр ~ среднее (за сутки) количество теплоты солнечной радиации,

Вт/и1;

а„ - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности покрытия, Вт/м2град;

а„ - "коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности покрытия, Вт/м2град;

^„окр - показатель затухания колебаний температуры наружного воздуха в конструкции покрытия;

А,н - максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в самый жаркий месяц, °С;

(3 - коэффициент, учитывающий гармонические изменения температуры наружного воздуха;

Ач - количество теплоты солнечной радиации (прямой и рассеянной), равное разности теплоты, поступающей в период времени х (с учетом периода запаздывания -Е температурных колебаний) и средней (за сутки) теплоты солнечной радиации, Вт/м2:

Ач =(чл +ЧР)Г "Ясрпокр; (2)

показатель \'покр:

а»

г

покр

(3)

Количество теплоты А, зависит от периода запаздывания Е:

Е = 2,7 Д - 0,4 (ч); (4)

Е = 4,8 ч при Д = 1,93;

Е' =-• 7,4 ч при Д' = 2,9.

'/ОС

2 4 6 8 Ю12Ц1618202221/

Рис. 6. Изменение теплоты, поступающей через покрытие зданий в течение суток: <1„„Кр - при коэффициенте К = 0,47 Вт/м" град; Чпокр"ПРИ коэффициенте К =0,24 Вт/м град

Значения периода запаздывания Е и Е' практически определяют. время поступления в помещение максимальной теЛлоты солнечной радиации, падающей на покрытие здания, считая от полуночи:

ги,кс='13 + 2,7 Д (ч); (5)

= 18,1 ч; /макс = 20,8 ч.

Время г показывает, что при рассматриваемой массивности ограждающей конструкции покрытия максимальная теплота <1,шч,, поступающая в помещение, приходится на вторую смену работы.

На рис. 6 показано изменение теплоты цпокр и Янокр.1? течение суток. Максимальные значения теплоты' составляют: ч„0К1> маКс = 39,7 Вт/м2,

15

Чшж-р маи'= 20,3 Вг/м . Нормируемое значение qll0Kp для помещений с постоянными рабочими местами, а также с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями, q"opsi < 35 Вт/м1. Так как qn0Kp > q"opM) то, следовательно, необходимо рекомендовать для мясоперерабатывающих и других пищевых предприятий, размещенных в южных климатических районах, покрытие с усиленной теплоизоляционной конструкцией, коэффициент теплопередачи которой находится в пределах

0,47 Вт/м2-град > K,I<JKp > 0,24 Вг/м2-град.

При максимальном значении q,10Kp разность температуры внутренней поверхности наружного ограждения и воздуха внутри помещения составляет:

At, =t. -t^^SüSL»«, (6)

ВМЯКС "Ik'Н МЭКС ÍY

где (Впов - максимальная температура внутренней поверхности покрытия, °С.

При известных данных (q110icp макс= 20,3 Вт/м2, t„ = 12 °С, аВк = 8,7 Вг/м2град, ав|| = 4,9 Вт/мг-град) максимальная разность температур At„ = 1,5 °С, что соответствует допустимой разности температур для производственных помещений с повышенной влажностью (ф„ > 60 %) й постоянными рабочими местами Д1Л0„ < 2,5 °С. При разности At„ = 1,5 °С температура внутренней поверхности покрытия tUMjKc = 13,5 °С.

В связи с необходимостью поддержания по технологическим условиям постоянного температурно-влажностного режима в помещениях мясоперерабатывающих предприятий, а также в связи с их размещением в южных климатических районах (среднемесячная температура наружного воздуха самого жаркого месяца tH >21 °С), выполнена проверка теплоустойчивости наружных ограждающих констпукций зданий (при Д < 4) путем определения амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждений, которая не должна превышать допустимую

А?оп = 2,5-0,l(tH -2l); (7)

'в ЛОВ \ нср !' к '

А?0" =1,7 °С;

(В ИОВ

Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности наружных ограждений

дрисч

At =-í=a-, (8)

1В пив у v '

где Af304- расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, °С;

АР*СЧ=0 5А ( РуЧс.р.макс Чс.р.покр/ ...

•мир ' *"«р п ■

н

где qC p.MaKC- максимальное значение теплоты солнечной радиации, Вт/м3; А, = 1,1 °С < Afon .

""»• '»noe

При исследовании тепло- и влагопритоков в производственно-технологические помещения мясоперерабатывающих предприятий от внутренних источников получены следующие данные:

через внутренние ограждающее конструкции (с учетом теплоты и влаги при открывании дверей): qB1<. огр = К Вт/мг; W»„.orp = 5 г/м2 ч; от обрабатываемого продукта qnp = - 3,7 Вт/м2; W„p = 1 г/м2-ч; от рабочих <]., = 18,4 Вт/м2; \\„ - 8,3 г/м2-ч; от системы освещения q„CB = 30 Вт/м2; от технологического оборудования q„e = 70-75 Вт/м2; от смоченных поверхностей оборудования и пола qc„ = -13,3 Вт/м2; W„, = 20 г/м2 ч.

Общее удельное количество теплоты и влаги, поступающих от внутренних источников: q,„ = 97,4 Вт/м2; Wya = W»„ = 34,3 г/м2-ч. Общее удельное количество теплоты, поступающей от наружных и внутренних источников: qyjI = q„„ + qn„Kp = 117,7 Bt/mj.

Тепловлажностный коэффициент епом лучей процесса, характеризующих изменение состояния воздуха в кондиционируемых помещениях:

' епом =3600^2- (кДж/кг) (10)

Область возможных изменений тепловлажностного коэффициента лучей процесса в кондиционируемых помещениях в течение всего года находится в пределах от емвн = 11700 кДж/xr до eMtlcc = 12400 кДж/кг при работе предприятий в две смены (от 8 до 24 часов). Небольшой диапазон изменения тепловлажностного коэффициента позволяет проводить дальнейшие расчеты и графические построения с учетом среднего значения епом = 12000 кДж/кг.

В третьей главе приведены результаты исследований действующих и предлагаемого способов воздухораспределения.

Анализ действующих способов воздухораспределения, применяемых на пищевых предприятиях, показал, что основные из них характеризуются вертикальной подачей приточного воздуха сверху вниз: через перфорированные каналы прямоугольного и круглого сечения; через перфорированные панели и потолки.

При известных значениях удельных тепло- и влогопритоков qya, Wy„, площади помещений Fn0M и рабочей разности энтальпий воздуха.

соответствующей допустимой разности температур Д{"рт, необходимый расход воздуха составляет:

= = (м3/ч), (И)

р-ДЛ"р| р-АГрерг

где У£о"т- объемный расход воздуха, соответствующий тепловому балансу помещений и необходимый при вертикальной подаче, м3/ч; - общий теплопригок, кВт; р - плотность приточного воздуха, кг/м^;

ДЛр'рт- рабочая разность энтальпий приточного и внутреннего воздуха,

соответствующая допустимой разности температур при вертикальной подаче, кДж/кг.

Кратность циркуляции воздуха при вертикальной подаче

уверт

пГ(Г=ТГ- Об/ч) '(12)

где Упом - объем помещений, м3.

В связи с относительно незначительной допустимой разностью температур при вертикальной подаче воздуха

Д4верт < з Ос>

что объясняется

Рдоп

необходимостью исключения дискомфортных условий в области головы, шеи и плеч для работающих, находящихся на постоянных рабочих местах, кратность циркуляции в действующих способах превышает допустимую: "доя - 10-15 об/ч: кратность циркуляции при вертикальной подаче приточного воздуха: 11°'^= 16,2 об/ч.

При горизонтальной подаче приточного воздуха рабочая разность температур Д<р > 3 °С и может быть увеличена до 6 °С в зависимости от необходимой дальнобойности струй и конструкции применяемых воздухораспределителей. При разности Дtp = 4 °С кратность циркуляции при горизонтальной подаче составляет 12,7 об/ч; что соответствует ре-

комендуемому диапазону.

Расход воздуха У1(3, определенный из условия погашения теплоиз-бытков, проверяется на условие обеспечения заданной скорости его движения в рабочей зоне помещений. Расход Уш, соответствующий заданной скорости воздуха в рабочей зоне, зависит от скорости приточного воздуха, размеров и количества воздухораспределителей:

Уш = Г(ы0, (•„„, п) (13)

где о,, - скорость приточного воздуха, м/с;

Гвр - площадь выходного отверстия воздухораспределителя, м:; п - количество воздухораспределителей.

Скорость С)0 при вертикальной подаче воздуха в общем виде может быть представлена уравнением:

ш„ = Г(ь>„ гг.„р, Г.,« Ввр), (14)

г де (0, - максимальная скорость воздуха на верхнем уровне рабочей зоны, м/с;

тВр - скоростной коэффициент воздухораспределителя;

В„р - коэффициент, учитывающий взаимное размещение воздухораспределителей и их конструктивные особенности.

При средней скорости движения воздуха на верхнем уровне рабочей зоны ю = 0,18 м/с (сор,к = 9,15-0,2 м/с) и использовании известных эмпирических зависимостей, приведенных в диссертационной работе, для вертикальных способов подачи получены скорости приточного воздуха и кратности циркуляции, характеризующей расход Уш (табл. 2).

Таблица 2

Параметры Способы вертикальной подачи воздуха

через перфорированные каналы через перфорированные панели

прямоугольного сечения круглого сечения

1. Скорость приточного воздуха «0, м/с 4,87 4,53 4,0

2. Кратность цирку-ляции'пщрт, об/ч 23,9 23,3 40

Из приведенных данных следует, что способ распределения воздуха через перфорированные каналы круглого сечения является наиболее эффективным из применяемых способов вертикальной подачи, так как характеризуется наименьшей кратностью и, следовательно, наименьшим расходом воздуха и энергозатратами на его циркуляцию и распределение в рабочем объеме помещений. Но значение кратности циркуляции п"рт= 233 об/ч примерно в 1,5 раза превышает рекомендуемое. Кроме того, вертикальные способы воздухораспределения характеризуются подачей охлажденных потоков воздуха непосредственно в рабочую зону, что допустимо при температуре внутреннего воздуха не ниже 20 °С.

Горизонтальные способы подачи приточного воздуха, подаваемого выше верхнего уровня рабочей зоны помещений, исключают попадание охлажденных потоков непосредственно на рабочие места (рис. 7, а, б). На рис. 7, а приведена схема горизонтального способа путем настилания приточных струй на потолок и стену помещений. Для осуществления способа необходимо выполнение следующих условий:

Хг

л Хотр

Хюс

У о с ,1 т, 1

-<—1о5р,о>обр

4

5)

Рис. 7. Схема горизонтальной подачи воздуха: а - настилающимися струями; б - ненастилающимися струями, затухающими выше рабочей зоны

1) общий настилающийся поток создается параллельно установленными воздухораспределителями, количество которых зависит от ширины помещения и угла раскрытия струи;

2) длина горизонтального участка настилания должна соответствовать расстоянию Хотр:

Хотр= ¿„ом-0,5+ 1,0 (м); (15)

0,35-0,7-1

Хотр = 0,5Нвре в° (м); (16)

Н.р = 5,45тВр -ю„ 4 / *вр ^ (м) (17)

ППврА'рГ

где £ п<>м - длина помещения, м;

Нвр - геометрическая характеристика струи, м;

Ь„ - расстояние от плоскости настилания до оси воздухораспределителя, м;

в„ - высота выходного отверстия воздухораспределителя, м; п.р — коэффициент, характеризующий темп затухания температуры в струе;

3) необходимая длина настилания должна быть не менее

(18)

(19)

(20) (21) (22)

К„пл - коэффициент, учитывающий взаимодействие струй с плоскостью:

Квш =Г(Хнаст; О-Исследования способа воздухораспределения настилающимися струями выполнены для типовых воздухораспределителей (швр 11Ш=4,5-6,8), обеспечивающих подачу приточного воздуха компактными струями, показали, что для помещений, имеющих длину /пом = 12 м (кондиционируемые помещения мясоперерабатывающих заводов мощностью до 2 т мяса в смену имеют размеры 12 х 12 м), необходимая длина струй не обеспечивается, т.е. £„р < ^стРтр. Такой вариант воздухораспределения

может быть рекомендован для помещений, имеющих длину (ширину) не более 6 м.

Горизонтальный способ воздухораспределения, не использующий эффект настилания (рис. 7, б), предусматривает тупиковую схему развития струй, когда приточные и вытяжные отверстия расположены в плоскости их истечения: Для осуществления способа необходимо обеспечение следующих условий:

1) дальнобойность струй

^стр-гр — ^пом> (23)

/стр = 2Хкр (м); Хкр = 0,31твр(м); (24)

Х„асгТ(> = Хг + Ьпом -Ьр , ,(м)

где !1110М - высота помещения, м; Ьр, - высота рабочей зоны, м;

Х-Наст=20^ (м); 4) длина струй должна быть не менее

' Ст ргр — ^пом ^пом (^)>

^сТр=2Хкр (м); Хкр = 0,31тВрКВплЛ/^ (м), где А*,, - длина струи до критического селения, м;

2) высота размещения воздухораспределителей должна исключить возможность попадания струй в рабочую зону

Ь»р = Ьр.5. + у,+у+1гстр)(м) (25)

■ где у! - расстояние от верхнего уровня рабочей зоны до уровня максимального отклонения струй от горизонтальной оси; У1 мин= 0,2-0,3 м; у - максимальное отклонение оси струй от ее горизонтального положения, и;

Исф - радиус струи, м; кроме того, высота Ьвр должна быть выбрана с учетом условия, что приточные струи не должны касаться плоскости потолка при их максимальном расширении:

■ д Ьвр = Ьпои - у2 - (м) (25 а)

где у г - расстояние от плоскости потолка до уровня максимального расширения струи, м; у2 „„„ = 0,2 м; максимальное отношение у оси струи по вертикали соответствует критическому сечению X = Хя„ когда струя имеет максимальный радиус расширения:

X3

У = 0,47-|Чм); (26)

11стр= 0,59^- (м). (27)

твр

При анализе типовых воздухораспределителей получены данные, позволяющие рекомендовать рассматриваемый способ воздухораспределения для помещений, имеющих: длину £„м = 12-18 м и высоту Ь„ом = 4,5-6 м; при этом рабочая разность температур А1р°р >4 °С; максимальное количество

устанавливаемых воздухораспределителей не более четырех; при X = Хкр максимальный радиус струи Кс-гр не превышает 0,77 м; максимальное отклонение у не более 0,32 м.

Параметры воздуха определены по методу расчета стесненных и свободных струй. ■

При расчете по методу стесненных струй учитываются эффекты стеснения струй, их взаимодействия и неизотермичности. В общем виде зависимости, позволяющие определить скорость воздуха по методу стесненных струй, выражаются уравнениями:

£0о = Г(ЮХ, Швр, ^р, х, Кс, К„, К„), (28)

где Кс, К„, Кн — коэффициенты стесненна, взаимодействия и неизотермичности струй, учитывающие изменения скорости в струе.

Изменение температуры воздуха в заданном сечении X можно представить уравнением в общем виде:

Ли = Г(Д10, пвр, Г.,, х, КСт , Кв, К„т ) (29)

где КСт, К„т - коэффициенты стеснения и неизотермичности, учитывающие изменение температуры в струе. Параметры воздуха по методу свободных струй определяются с помощью зависимостей:

Юо = А(со„ ш,,р, ^р, х); (30)

= 1(М„, п„р, <;р, х). (31)

Сравнительные данные расчета параметров воздуха по методу свободных и стесненных струй позволяют рекомендовать для рассматриваемого способа воздухораспределения метод расчета свободных струй, так как значения скорости и температуры различаются не более, чем на 10 %. Использование расчета по методу свободных струй позволяет в значительной степени облегчить выполнение расчетной части и получить необходимые результаты в допустимых пределах точности инженерно-технического расчета. Параметры воздуха в обратном потоке:

«обр = 0,78шо

У*- (м/с) (32)

Д10бр = М^(°С) (33)

V *пом

В результате выполнения расчетов 1.0 методу свободных и стесненных струй получены: средняя температура воздуха в обратном потоке (в рабочей зоне помещения) 12,4 °С, средняя скорость воздуха ш„«р. ср = = 0,18 м/с.

Полученные значения параметров воздуха в рабочей зоне соответствуют технологическим рекомендациям: ^ = 12 ± 1 °С, со„ = 9,15-0,2 м/с; рабочая разность температур Д^ор = 4 сС; кратность циркуляции = = 12,7

об/ч; удельный расход воздуха Ууд = 76,4 м'/ч-м1, что соответствует рекомендуемому расходу для помещений с повышенными технологическими и санитарно-гигиеническими условиями ~ 30

■м ). Следовательно, рассматриваемый способ воздухораспределения может быть рекомендован для промышленного внедрения.

В третьей главе выполнен также анализ действующих способов кондиционирования воздуха, применяемых на предприятиях южных климатических районов: способ с первой рециркуляцией; способ с первой и второй рециркуляцией.

Способ с первой рециркуляцией предусматривает процессы смешения наружного воздуха с внутренним в постоянном количественном соотношении, охлаждения и осушения смеси, а затем подогрева ее до заданной температуры приточного воздуха. Способ отличается простотой устройства и регулирования температурно-влажностного режима, но характеризуется повышенным расходом холода, а также потреблением теплоты на нагревание смеси до

температуры приточного воздуха: удельный расход холода составляет = 10,3 цДж/кг, удельный расход теплоты Ч„1р = 2 кДж/кг.

Способ кондиционирования с использованием первой и второй рециркуляции предусматривает процессы смешения наружного воздуха с внутренним, охлаждения и осушения смеси первой рециркуляции, смешения охлажденной смеси с воздухом второй рециркуляции в таком количественном соотношении, которое позволяет поддерживать температуру смеси второй рециркуляции, равной температуре приточного воздуха. При таком способе кондиционирования доводочный воздухонагреватель заменен смесительной камерой второй рециркуляции, что позволяет полностью исключить процесс подогрева. Способ так же, как и способ с первой рециркуляцией, предусматривает постоянное'количественное соотношение наружного и внутреннего воздуха (10 % наружного и 90 % внутреннего), но внутренний воздух используется с переменным количественным соотношением первой и второй рециркуляции в зависимости от изменения параметров наружного воздуха. Поэтому количество воздуха, обрабатываемого в воздухоохладителе, является переменным; способ характеризуется расходом холода Ч0,2р = 93 кДж/кг.

В четвертой главе выполнен анализ предлагаемого способа кондиционирования воздуха, а также приведены технические решения для его реализации. Способ предусматривает раздельное охлаждение и осушение наружного и внутреннего воздуха, причем обработка выполняется до температуры приточного воздуха, т.е. ^ = с использованием последующего изотермического смешения охлажденных потоков в количественном соотношении, позволяющем получить влагосодержание смеси, равное влагосодержанию приточного воздуха. Внутренний воздух охлаждается в воздухоохладителе ВО, (рис. 8), затем подается в смесительную камеру СК. Воздухоохладитель может быть оснащен воздушным клапаном КВОв для возможности регулирования -заданной температуры охлаждения. Одновременно наружный воздух обрабатывается в фильтре Ф, охлаждается в воздухоохладителе ВО„ и подается в смесительную камеру, в которой осуществляется изотермическое смешение охлажденных потоков. Охлаждение и осушение внутреннего воздуха осуществляют таким образом, что его конечное влагосодержание меньше влагосо-дсржания приточного воздуха. Схема процесса тепловлажностной обработки воздуха по предлагаемому способу приведена на рис. 9. Построение процесса на .!-<] диаграмме выполнено для наружных климатических условий столицы республики Вьетнам (г. Ханой), среднего значения тепловлажНостного коэффициента луча процесса е„ом = 12000 кДж/кг, рабочей разности температур Д»,, = 4 С, среднего значения тепловлажностного коэффициента возду-' хоохладителя внутреннего воздуха еВОв = 8570 кДж/кг. Построения выполнены для варианта использования системы непосредственного

Ьу = 43

1Нер=£?9,-} Унар=0,4У

/т.ем4п=9 \~Ы0 = Ь=9

Рис.8 . Схема предлагаемого способа кондиционирования: ВО,, ВО„ -воздухоохладители внутреннего и наружного воздуха; КВО„ -клапан воздухоохладителя внутреннего воздуха; КН, КВ - клапаны наружного и внутреннего воздуха; Ф - фильтр; СК - смесительная камера; ВП - вентилятор приточный; ЮТ - кондиционируемое помещение

охлаждения (температура кипения хладагента ^ = 2 °С). Обработка воздуха по предлагаемому способу кондиционирования характеризуется удельным расходом холода ч0пр = 7,2 кДж/кг.

На рис. 10 наглядно показано изменение удельного расхода холода в действующих и предлагаемом способах кондиционирования. Приведенный график показывает изменение расхода холода в течение года на.обработку 1 кг воздуха. Но количество циркулирующего воздуха в рассматриваемых способах различно. Все действующие способы обработки воздуха используют вертикальное воздухораспределение, при этом расход воздуха составляет:

Уя = УроК-пГрт (м3/ч); (34)

предлагаемый способ обработки воздуха с использованием горизонтального воздухораспределения

^пр = ^пом ' пш°Р (м3/ч). (35)

При кратности п*,рт= 23,3 об/ч, п„ор= 12,7 об/ч й размерах кондиционируемых помещений 12 х 12 м (Ь = 6 и) необходимый расход воздуха:

25

5,0 5,8 60

Рис. 9. Схема процесса обработки воздуха по предлагаемому способу кондиционирования (при 1ир > 9 °С)

Уд = 20000 м3/ч, У„р =11000 м3/ч.

Годовой расход холода (теплоты)

V К

--ра —

3600 Ч

где V - объемный расход воздуха, м3/ч; 26

Згод = -Г77^-р-Я--г-:Тгод. ("Я*) (36)

Рис. 10. Изменение удельного расхода холода на обработку воздуха: 1 - по способу с первой рециркуляцией; 2 - по способу с первой и второй рециркуляцией; 3 - по предлагаемому способу

К, - коэффициент запаса;

Ti - коэффициент эффективности теплообменного аппарата; тгод - время работы, с.

На рис. 11 приведены графики, показывающие изменение расхода воздуха и холода в рассматриваемых способах тепловлажностной обработки и распределения воздуха. Из приведенных данных следует, что в предлагаемом варианте расход холода составляет 46 % от наиболее эффективного действующего варианта.

Удельная холодильная нагрузка на 1 м2 площади производственно-технологических помещений мясоперерабатывающих предприятий республики Вьетнам в течение года изменяется в пределах q„ уя = 180 + 280 Вт/м*; для помещений предприятий других отраслей пищевой промышленности q„ ,„ = 140 + 220 Вт/и1 при расчетной внутренней температуре

Результаты выполненной работы показывают, что для мясоперерабатывающих заводов мощностью до 2 т мяса в смену необходимы кондиционирующие аппараты производительностью по воздуху от 10 до 20 тыс. м5/ч. На рис. 12, а приведена схема блочно-секционного кондиционера,

•Н ооо-

ь в

✓ Г

2 3

а)

Qoroä,

А Ъ5в 422В

56В

Г»*

Q°i2P

гоо

б)

Q°np-rt>3

Рис. 11. Изменение расхода воздуха (а) и холода (б) в действующих и предлагаемом способах кондиционирования и воздухораспреде-ления: В - вертикальный способ воздухораспределения; Г - горизонтальный способ воздухораспределения; 1 - способ кондиционирования с первой рециркуляцией; 2 - способ кондиционирования с первой и второй рециркуляцией; 3 - предлагаемый способ кондиционирования

работающего по предлагаемому способу . тепловлажностной обработки воздуха. Кондиционер состоит из рабочих секций и блоков для обработки внутреннего воздуха (агрегат внутреннего воздуха ABB), а также секций и блоков для обработки наружного воздуха, входящих в состав агрегата AHB. Кондиционер имеет общий блок — вентилятор двухстороннего всасывания с электроприводом и клиноременной передачей. Агрегаты могут размещаться раздельно или на одной раме в зависимости от местных условий.

На рис. 12, б приведена схема агрегатного автономного кондиционера с двухярусным размещением кондиционирующего оборудования, разработанного на базе технологического кондиционера типа СР конструкции

пбв Ша.

¿в

CK

= Реоо-зооо

ВП

ъ —-н —— \ / ч h \ 1 -Во 1

ч 0 ч ч ч 1 с i с 1 с ш МИо

ПБнХ

Рис. 12. Схемы кондиционеров: я - блочно-секционного; б - агрегатного; ПБ„, ПБ. - приемный блок наружного и внутреннего воздуха; SO,,, ВС, - воздухоохладители наружного и внутреннего воздуха; КВО, - клапан воздухоохладителя внутреннего воздуха; Фь Ф2 -фильтры первой я второй ступени очистки воздуха; CK - смесительная камера; ¡Ш - вентилятор приточный; ХМ - холодильная машина; AHB, ABB - ш-регат наружного и внутреннего воздуха; Н, Но, S, П - наружный, наружный охлажденный, внутренний, приточный воздух

ВНИХИ. Кондиционеры предлагаемой конструкции собирают из типовых секций и блоков, серийно выпускаемых промышленностью; они обеспечивают полное круглогодичное поддержание постоянного температурно-влажностного режима в производственно-технологических помещениях мясоперерабатывающих и других пищевых предприятий южных климатических районов.

Основные результаты работы

1. Предложен метод определения параметров микроклимата в помещениях, учитывающий условия тепловой комфортности, индивидуальные особенности человека и активность его труда. Метод позволяет выполнить качественную оценку параметров воздушной среды для работающих, находящихся на постоянных рабочих местах в производственно-технологических помещениях предприятий основных отраслей пищевой промышленности.

2. Определены тепловлажностные характеристики производственно-технологических помещений с учетом наружных климатических условий и заданных требований комфортности.

3. Определен способ воздухораспределения вертикальными струями, подаваемыми сверху вниз, наиболее эффективный по энергозатратам.

4. Предложен спосо.б воздухораспределения горизонтальными нена-стилающимися струями, затухающими выше рабочей зоны, позволяющий исключить подачу охлажденного воздуха непосредственно в рабочую зону и уменьшить необходимый расход воздуха, а также энергозатраты на его циркуляцию и распределение в рабочем объеме помещений. Определена возможность использования типовых воздухораспределителей при внедрении предлагаемого способа воздухораспределения.

5. Обоснован расчет горизонтального воздухораспределения без эффекта настилания приточного воздуха по теории свободных струй.

6. Разработан способ кондиционирования воздуха в помещениях предприятий, размещенных в южных районах.

7. Разработаны технические решения аппаратов, работающих по предлагаемому способу кондиционирования.

8. Определены годовые и удельные энергозатраты на тепловлажно-стную обработку воздуха в действующих и предлагаемом способах кондиционирования.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Малова Н.Д., Лэ Хоанг Вьет. Анализ процессов кондиционирования воздуха на пищевых предприятиях, расположенные в южных районах. Доклад на научных чтениях "Теоретические и практические основы расчета термической обработки пищевых продуктов", посвященных памяти проф. Бражникова A.M. М.: МГУПБ, 1997. С. 153-154.

2. Лэ Хоанг Вьет, Малова Н.Д. Анализ энергозатрат в системах кондиционирования воздуха производственных помещений пищевых предприятий южных климатических районов. Тезисы докладов на научно-методических чтениях "Техника и процессы в подготовке инженера биотехнологических производств", посвященных 85-летшо д.т.н., проф. Соколова В.И. М.: МГУПБ, 1998. С. 72-73.

3. Агареч Е.М., Лэ Хоанг Вьет, Малова Н.Д. Способ кондиционирования воздуха. Решение о выдаче патента по заявке № 97119601/06 от 03.12.97. ФИПС, 1998.

4. Агарев Е. М., Лэ Хоанг Вьет, Малова Н. Д. Анализ производственных помещений пищевых предприятий как объектов комфортно-технологического кондиционирования воздуха. // Холодильное дело. 1998. № 5. С. 36-39.

5. Лэ Хоанг Вьет, Малова Н. Д. Технические решения систем кондиционирования воздуха пищевых предприятий южных климатических районов. Тезисы докладов на научных чтениях, посвященных памяти проф. Пелеева А. И. М.: МГУПБ, 1998. С.86-88.

С

Зак.5-03

Тир. 100

Государственное полиграфическое предприятие «Печатник» 109316 Москва, ул. Талалихина, 33

¿./'/о О - <Г/ .

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ

БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

Лэ Хоанг Вьет

УДК 621.565.9: 664

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ * КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПИЩЕВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ

Специальность 05.04.03 "Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Н.Д.Малова

Научный консультант - кандидат технических наук, старший

научный сотрудник Е.М.Агарев

Москва -1998

Содержание

Введение........................................................................................................4

1. Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха.....................12

1.1. Расчетные параметры наружного воздуха.........................................12

1.2. Расчетные параметры внутреннего воздуха производственно-технологических помещений пищевых предприятий........................16

1.3. Исследование микроклимата кондиционируемых помещений пищевых предприятий.........................................................................23

1.4. Выводы.................................................................................................36

2. Тепловлажностные характеристики кондиционируемых помещений..............................................................................................42

2.1. Анализ коэффициента теплопередачи и показателя тепловой инерции ограждающих конструкций кондиционируемых помещений...........................................................................................42

2.2. Определение теплоты, поступающей через покрытие зданий.........49

2.3. Определение теплоты и влаги от внутренних источников..............54

2.4. Определение тепловлажностного коэффициента и разности температур наружных ограждений и внутреннего воздуха.............56

2.5. Выводы...............................................................................................62

3. Анализ процессов изменения состояния воздуха в помещениях

и системах кондиционирования воздуха...............................................65

3.1. Анализ рабочей разности температур. Выбор способа воздухораспределения........................................................................65

3.2. Анализ распределения воздуха при вертикальной подаче приточных струй.................................................................................76

3.3. Анализ распределения воздуха горизонтальными струями

в верхней зоне помещений................................................................81

3.4. Анализ действующих способов кондиционирования.......................90

3.5. Выводы.............................................................................................102

4. Разработка способа кондиционирования для южных климатических районов. Техническая реализация способа..............106

4.1. Разработка способа кондиционирования для южных климатических районов...................................................................106

4.2. Технические решения аппаратов с использованием предлагаемого способа кондиционирования..................................124

4.3. Выводы.............................................................................................133

5. Основные результаты работы.............................................................135

Список использованных источников....................................................137

Приложения.............................................................................................144

Условные обозначения...........................................................................149

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Холод и кондиционирование воздуха имеют неоспоримые заслуги перед пищевой промышленностью:

- в снабжении населения продуктами питания, установлении связи между зонами производства и потребления, сокращении потерь и сохранении качества продуктов;

- в экономии энергии, благодаря использованию рациональных способов холодильной обработки продуктов при их производстве и хранении;

- в создании благоприятных условий работы и рациональных технологических параметров воздушной среды в помещениях, особенно в помещениях зданий, расположенных в зонах с жарким климатом или с повышенной влажностью.

Системы кондиционирования воздуха относятся к энергоемким системам инженерного оснащения зданий. Принципиально возможны три направления снижения энергетических затрат в системах кондиционирования воздуха:

- выбор таких типов и такого конструктивного исполнения элементов самого здания (ограждающих конструкций, остекления, солнцезащитных устройств и т. д.), которые обладают по возможности наилучшей теплоустойчивостью;

- использование возможно более широких допущений в части изменения диапазона регулируемых параметров воздуха;

- оптимизация режимов работы систем.

В настоящее время широко внедряется энергосберегающая программа в строительном комплексе страны. В эту программу входит решение вопросов, связанных с выбором оптимальных с точки зрения энергосбережения параметров зданий, их компоновки и ориентации; с совершенствованием

методов теплотехнических расчетов, в том числе зданий с охлаждаемыми помещениями; с нормированием теплозащиты зданий. Энергосберегающая программа строительного комплекса включает новые научно-экспериментальные направления в строительстве, связанные с современным понятием "здание с эффективным использованием энергии".

Во всем мире вопросам снижения теплопотерь через ограждающие конструкции зданий уделяется большое внимание. В этой области работы ведутся как в направлении улучшения самих конструкций, так и в направлении совершенствования норм строительного проектирования. Это направление объединено в общую проблему "оптимизация теплозащиты ограждающих конструкций" [22, 58, 60, 65].

Использование увеличенного диапазона регулируемых параметров воздушной среды возможно только для комфортных систем кондиционирования, что подтверждается СНиПом 2.04.05.-91* "Отопление, вентиляция и кондиционирование" [57]. При использовании в качестве расчетных допустимых параметров воздуха общее отклонение (в сторону повышения и понижения) температуры разрешается в пределах 3 -г 4 °С. При комфортно-технологическом и технологическом кондиционировании воздуха допустимое отклонение температуры не должно превышать ± 1 °С, а допустимое отклонение влажности ± 5 %.

К решению вопросов оптимизации режимов работы систем кондиционирования следует отнести рациональное использование: рециркуляции внутреннего воздуха, а также теплоты и холода удаляемого воздуха; местной рециркуляции, а также местных догревателей и охладителей; рабочей разности температур приточного и вытяжного воздуха; режимов работы вентиляторов и холодильных машин; способов регулирования параметров микроклимата в помещениях; способов воздухораспределения; способов кондиционирования воздуха.

Каждый из перечисленных вопросов представляет собой оптимизационную задачу.

В данной работе рассматриваются вопросы энергосбережения в системах кондиционирования путем разработки рациональных способов кондиционирования и воздухораспределения, т. е. цикла тепловлажностной обработки воздуха при полном круглогодичном кондиционировании и его распределения в основных производственно-технологических помещениях предприятий пищевой промышленности. При этом рассмотрены процессы кондиционирования воздуха для предприятий, расположенных в регионах с жарким (жарким и влажным) климатом, так как такие процессы в научно-технической литературе рассмотрены менее всего. -

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является уменьшение энергозатрат в системах кондиционирования производственно-технологических помещений пищевых предприятий республики Вьетнам и других климатических районов с повышенной температурой наружного воздуха.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

- определить параметры микроклимата, соответствующие условиям тепловой комфортности для работающих, находящихся на постоянных рабочих местах, с учетом индивидуальных особенностей человека и активности его труда;

- определить тепловые показатели наружных ограждений производственных зданий пищевых предприятий, размещенных в южных районах, с учетом условий тепловой комфортности;

- определить тепловлажностные характеристики производственно-технологических помещений пищевых предприятий;

- определить способ воздухораспределения, обеспечивающий условие

тепловой комфортности и технологические требования по кратности воздухообмена и скорости воздуха в рабочей зоне помещений;

- обосновать методику расчета способа воздухораспределения, рекомендуемого для промышленного внедрения;

- определить способ кондиционирования воздуха, применяемый на предприятиях южных районов и являющийся наиболее эффективным по энергозатратам;

- разработать способ кондиционирования, позволяющий уменьшить расход холода при круглогодичной тепловлажностной обработке воздуха;

- разработать технические решения аппаратов для реализации предлагаемого способа кондиционирования воздуха.

Научная новизна. Предложен метод определения параметров микроклимата, соответствующих условиям тепловой комфортности, с учетом индивидуальных особенностей человека и активности его труда.

Обоснован выбор теплоизоляционной конструкции покрытия предприятий с коэффициентами теплопередачи и тепловой инерции, обеспечивающими выполнение условий тепловой комфортности. Выполнена проверка удельного теплового потока, учитывающего совместное действие разности температур и солнечной радиации, на нормируемое значение удельного теплового потока, разности температуры внутренней поверхности покрытий и внутреннего воздуха, а также амплитуды колебания температуры внутренней поверхности покрытий для помещений с постоянными рабочими местами, повышенными требованиями по поддержанию температурно-влажностного режима и санитарно-гигиенических условий.

Обоснован метод расчета верхнего горизонтального воздухораспределения без использования эффекта настилания по теории свободных струй.

На защиту выносятся следующие результаты диссертационной

работы:

- метод определения параметров микроклимата в производственно-технологических помещениях, учитывающий условия тепловой комфортности, индивидуальные особенности человека и активность его труда;

- тепловлажностные характеристики производственно-технологических помещений пищевых предприятий с учетом наружных климатических условий и заданных условий комфортности;

- технико-энергетический анализ способов кондиционирования, применяемых на пищевых предприятиях, размещенных в южных районах;

- способ кондиционирования с раздельной холодильной обработкой наружного и внутреннего воздуха;

^ - технико-энергетический анализ способов воздухораспределения (действующих и предлагаемого) в производственно-технологических помещениях пищевых предприятий.

Достоверность результатов. Анализ тепловлажностных характеристик кондиционируемых помещений, способов кондиционирования и воздухораспределения выполнен на основании ГОСТов, отраслевых стандартов и нормативных документов на проектирование систем кондиционирования для производственных помещений пищевой промышленности с использованием стандартных методик измерения параметров и обработки результатов.

Практическое значение работы заключается в следующем: 1) определены тепловлажностные характеристики производственно-технологических помещений пищевых предприятий республики Вьетнам: фактор "комфортности", комфортная температура, тепловыделения человеком и количество наружного воздуха, соответствующее санитарной норме по кислороду при выполнении работы средней тяжести, позволяющие

дать комплексную оценку состояния воздушной среды при производстве пищевых продуктов и условий комфортности для работающих, находящихся на постоянных рабочих местах; удельные теплопоступления через наружные ограждения, учитывающие совместное действие разности температур и теплового облучения; удельные тепло- и влагоггритоки, поступающие от внутренних источников в производственно-технологические помещения предприятий; область изменения тепловлажностных коэффициентов лучей процесса кондиционируемых помещений, подтверждающая возможность использования предлагаемого способа кондиционирования; 2) разработан и запатентован способ кондиционирования воздуха для предприятий южных климатических районов (решение о выдаче патента получено в мае 1998 г.), позволяющий уменьшить расход холода по сравнению с наиболее эффективным действующим способом; 3) разработаны технические решения аппаратов, работающих по предлагаемому способу кондиционирования воздуха и выполненных на базе серийно выпускаемых блоков и секций российских кондиционеростроительных заводов; 4) предложен и обоснован горизонтальный способ воздухораспределения с использованием ненастилающихся струй, движущихся и затухающих выше рабочей зоны; 5) выполнен сравнительный анализ энергозатрат в системах кондиционирования с использованием предлагаемых и действующих способов кондиционирования и воздухораспределения; 6) результаты работы могут быть использованы при проектировании систем кондиционирования воздуха предприятий, размещенных в южных районах России, стран СНГ и других стран с наружным климатом, близким к жаркому климату с нормальной и повышенной влажностью.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований по способу кондиционирования и воздухораспределения на пищевых предприятиях внедрены в учебный процесс по дисциплинам

"Проектирование и расчет оборудования систем кондиционирования воздуха" и "Аэродинамика и вентиляторы" для студентов специализации "Системы кондиционирования воздуха и жизнеобеспечения" специальности "Техника и физика низких температур", а также при выполнении научно-исследовательских работ по теме "Разработать теоретические основы и технику технологического кондиционирования мясоперерабатывающего производства" (№ г. р. 01910055095).

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: научных чтениях "Теоретические и практические основы расчета термической обработки пищевых продуктов", посвященных памяти проф. Бражникова A.M. (Москва, МГУПБ, 1997); научных чтениях, посвященных памяти проф. Пелеева А.И. (Москва, МГУПБ, 1998).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Малова Н. Д., Лэ Хоанг Вьет. Анализ процессов кондиционирования воздуха на пищевых предприятиях, расположенных в южных районах. Доклад на научных чтениях "Теоретические и практические основы расчета термической обработки пищевых продуктов", посвященных памяти проф. Бражникова А. М. М.: МГУПБ, 1997. С. 153-154.

2. Лэ Хоанг Вьет, Малова Н. Д. Анализ энергозатрат в системах кондиционирования воздуха производственных помещений пищевых предприятий южных климатических районов. Тезисы докладов на научно-методических чтениях "Техника и процессы в подготовке инженера биотехнологических производств", посвященных 85-летию д.т.н., проф. Соколова В. И. М.: МГУПБ, 1998. С. 72-73.

3. Агарев Е. М., Лэ Хоанг Вьет, Малова Н. Д. Способ кондиционирования воздуха. Решение о выдаче патента по заявке №

97119601/06 от 03.12.1997. ФИПС, 1998.

4. Агарев Е. М., Лэ Хоанг Вьет, Малова Н. Д. Анализ производственных помещений пищевых предприятий как объектов комфортно-технологического кондиционирования воздуха. // Холодильное дело. 1998. №5 . С. 36-39".

5. Лэ Хоанг Вьет, Малова Н. Д. Технические решения систем кондиционирования воздуха пищевых предприятий южных климатических районов. Тезисы докладов на научных чтениях, посвященных памяти проф. Пелеева А. И. М.: МГУПБ, 1998. С.88-90.

1. РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО И ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА ^ 1.1. Расчетные параметры наружного воздуха

Характер изменения режимов работы систем кондиционирования в значительной степени зависит от характера изменения параметров атмосферного воздуха, суточных колебаний его параметров и действия солнечной радиации. Выбрать соответствующий способ кондиционирования можно толысо на основании результатов анализа параметров наружного воздуха.

Анализ литературных источников [9, 62, 64] позволил собрать статистические данные о температуре и влажности наружного воздуха республики Вьетнам.

Статистические данные о параметрах наружного климата республики Вьетнам собраны для основных городов, в которых развита промышленность, в том числе и пищевая промышленность: Ханой, Монгкей, Тангхоа (северные районы), Хошимин (южный район).

Ниже приведены климатические параметры для названных городов, так как для других городов параметры имеют близкие значения.

Таблица 1,1

Среднемесячная температура наружного воздуха

Район Город Температура, °С

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Северный Ханой 16,8 17,0 24,9 1С 1 О 25,6 29,1 28,1 27,6 26,2 23,7 20,2 17,8

Монгкей 14,1 14,6 21,4 23;6 26,1 27,7 27,3 27,0 26,1 22,3 18,9 15,9

Тангхоа 16,0 16,9 19,6 20,8 27,0 28,3 28,3 27,0. 26,3 24Д 22,1 17,5

Южный Хошимин 26,0 26,4 27,8 29,1 28,6 28,8 27,5 27,3 27,1 27,0 26,9 26,6

Среднегодовая температура г. Ханой ^ = 23,3 °С;

г. Монгкей = 22,1 °С;

г, Тангхоа 1;Ср = 22,8 °С;

г,