Hűtőházi szakági tervezés mezőgazdasági és ipari célokra. Lényegi eltérések: Légállapot különbség: A hőmérséklet külső csúcsérték - az alapul vett értékkel az általános felmelegedés miatt egyre feljebb megyünk, a néhány éve vett 35˚C, ma 38˚C, de működésképes kell legyen 42˚C-nál is, azaz a hőmozgásokat erre a nagyobb értékre célszerű kalkulálni. Összehasonlításul ezek az értékek Dubaiban 46˚C/52˚C Páratartalom külső csúcsérték - az alapul vett értékkel egyre feljebb megyünk, a néhány éve vett 35˚C száraz hőmérséklethez, 40%-ot azaz tn=24˚C, x=14g/kg, pg=2246Pa-t párosítottunk. Ma 38C száraz hőmérséklethez méretezünk, miközben a nedves hőmérsékletet egyenlőre 24˚C-on hagyjuk. Táblázatosan:
Külső mértékadó légállapot: Kb. 2010-ig Ma Belső - szabályozott légállapot és eltérés a külsőhöz képest: Feldolgozó termek +10˚C, 65% Előhűtők +5˚C, 70% Gyümölcs, zöldség hűtők +/-0˚C, 90% Fagyos tárolók -25˚C, 99% Fagyasztók -36˚C, 99%
t (˚C) 35 38
tn x pg % (˚C) (g/kg) (Pa) 40 23,9 14,1 2246 31,3 24 13 2072
t (˚C) 10 5 0 -25 -36
tn x pg (˚C) (g/kg) (Pa) 6,9 4,9 798 2,9 3,8 611 -0,6 3,4 550 -25 0,5 80 -36 0,2 28
% 65 70 90 99 99
∆t ∆x (˚C;K) (g/kg) 28 8,1 33 9,2 38 9,6 63 12,5 74 12,8
∆pg (Pa) 1274 1461 1522 1992 2044
A határoló szerkezeteket és nem mellékesen a hűtőberendezést a táblázatban látható légállapot különbségre méretezzük. A hőcsere szempontjából maximum 74Kelvin különbséggel, a páradiffúzió szempontjából maximum 2044Pascal, azaz 20cm vízoszlop nyomással számolhatunk. Szabályozott légterű túlnyomásos kamrák speciális légtömör kialakítással, ez egy külön szakág. (panel felületen belül resin, légtömlős ajtók ajtók, stb.) Jellemzői hosszan - hónapokig bezárt kamrák, pontosabb hőmérsékletszabályozás kisebb hőfokkülönbséggel, stb.
1
Hőtechnikai méretezés A berendezést a csúcs üzemállapotra méretezzük a külső – időjárási körülmények, adatok, és a belső árú hőntartási, lehűtési, gépek, emberek, ajtónyitás, elektromos terhelések, világítás stb. figyelembe vételével. Hőtechnikai méretezésről beszélünk, de legtöbbször légállapot méretezés történik, mert az árú állapotváltozása, különösen, ha nem csomagolt, és a lehűtés is – a léghűtő viselkedése - hő és nedvességcsere folyamat. Hosszú távú általában az energia viszonyok alakulása tekintetében már programokat használunk.
Épületszerkezeti különbség ˚0C-on és felette: A fal és tető leggyakrabban használt megoldása Magyarországon az úgynevezett belső doboz, ahol a hő és páraszigetelő panel a szerkezet belsejében befüggesztve, illetve megtámasztva helyezkedik el, míg egy külső héj képezi az árnyékoló és a csapadék elleni héjazatot. A padlót vagy nem szigetelik, vagy 1m szélességben a falpanelhoz csatlakozóan. A teherviselő padló felette helyezkedik el. Gyakori megoldás az acélhaj betétes beton. Magyarországon is voltak próbálkozások úgynevezett külső héjjal, amikor a paneleket tartó szerkezet belül helyezkedik el. Az Egyesült Államokban több ilyet láttunk. A utóbbi talán olcsóbb, viszont a panelek ki vannak téve a napsugárzásnak és több a hőhíd probléma. Épületszerkezeti különbség ˚0C alatt - fagyos tárolók, fagyasztó kamrák: Magyarországon szinte kizárólag belső vagy kettős doboz szerkezetekkel találkoztunk. A kettős doboz Dubaiban gyakori, fix állványos és automata magasraktáraknál, ahol a belső héjjat az állványszerkezet tartja. A külső héj is panel, továbbá a közbenső tér klimatizált és itt helyezkednek el a hűtőberendezés vezetékei, szelepei és a villamos energiaellátó és vezérlő rendszer. Klimatizálás nélkül az itt elhelyezkedő gépészet és villamosság működésképtelenné válna, nem utolsó sorban a belső héj méretezése is sokkal komplikáltabbá válna. Magyarországon a külső héj lemez és a födémköztér szellőztetett. Az új előírások szerint az itt elhelyezkedő ammóniás berendezéseket gázérzékelővel és vészszellőzéssel kell ellátni. Alapvető különbség a "pluszos" és a "fagyos" kivitel között az, hogy a fagyos kivitel alatt folyamatos, a falpanelhez záródó hőszigetelés szükséges, a teherbíró padló a szigetelés fölé van úsztatva. A hőszigetelés alatt a talaj átfagyását - az állandó hőfokgradiens biztosítását - talajfűtéssel oldjuk meg. Erre egy irányszám a 10W/m2. A fűtés lehet villamos, kondenzációs hővel melegített glikolos, vagy átszellőztetett levegős. Egyes esetekben, kedvező talajszerkezetnél, ha nincs fagylencse képződés veszély akkor el is hagyható. További probléma, hogy a meleg nedves levegőnek a fagyos kamra levegőjével való cserélődését, lehet ugyan korlátozni, például szalagfügönyökkel, légfüggönyökkel, gyorszáró kapukkal, de teljesen megakadályozni nem lehet. Ezért különösen az ajtók közelében a padlóra fagyott nedvességből kialakult jégréteg balesetveszélyt okoz. Ennek elkerülésére ezeken a területeken felfelé működő padlófűtést szoktunk betervezni (a talajfűtéssel ellenkező hatásra).
2
1. Csarnok szerkezet építéskor
Külön kell szólni a hőhidakról, hőhíd keletkezik a határoló szerkezeteken átvezető szerkezeti elemeken és ez annál nagyobb probléma, minél jobb hővezető és minél nagyobb keresztmetszet. Tipikus hőhidak a panel tartó rögzitő elemek, de pl. ilyen a paneleken átvezető világítási eszközök tartói és a léghűtők tartói is. Ezek közül a kisebb terhelésűeket rosszabb hővezetésű műanyag csavarokkal oldják meg, de alternatív lehet acélból is. Acél esetén a panel felett kellő távolságban a fém rudat leszigetelik úgy, hogy a kilátszó rész már a harmatpont fölé kerüljön. Ez a harmatpont különösen átszellőztetett födémköztereknél erősen függ az időjárástól ezért meghatározása csak átlagolással lehetséges, és extrém estekben nem zárható ki a kondenzáció. Épületszerkezetek viselkedése lehűtéskor: A lehűtési folyamat lehet egyszeri az első üzembehelyezéshez tartozó, vagy ismétlődő, amennyiben meleg árú betárolásáról, majd lefagyasztásáról, majd a folyamat ismétléséről van szó. Ez utóbbit általában fagyasztó boxnak/teremnek nevezzük. A fagyasztási folyamat az árútól függően néhány óra, illetve kettő nap is lehet. A lehűtés "sebessége", különösen az első üzembehelyezési lehűtés a szerkezetek hőmozgásai, és a levegő sűrűségváltozása miatt nem lehet túl gyors. Egy fagyos termet 7...10 nap alatt szoktak lehűteni, de a talaj áthűlése még hetekig, hónapokig is terhelést jelent persze egyre kisebb teljesítménnyel. A hőmozgásokat dilatációkkal, a sűrűségváltozás miatt keletkező lehűtési vákuumot, nyomáskiegyenlítő légszeleppel korlátozzuk. Ezeknek a szelepeknek a szokásos méretezési értéke 200 Pa, azaz négyzetméterenként 20kg terhelést kell a szerkezeteknek kibírniuk. Egyes esetekben például alagút szerű fagyasztóknál még számításba kell venni a légáram áramlási nyomáseséseit, ami szintén lehet 200 Pa nagyságrendű.
3
2.Légszelep
4
3. Vákuummérés
Biztosan Önök is hallottak már olyan hűtőházi történteket, hogy a panel mennyezet, vagy fal beilletve leszakadt, bizony a lehűtési vákuum nem kellő figyelembe vétele időnként ilyen haváriákhoz vezet. Jó néhány évtizeddel ezelőtt egy hűtőház avatási ünnepségét egy lehűtött, majd kikapcsolt teremben rendezték, ahol is a mennyezet előzőleg úgy károsodott, hogy az ünnepséget követően (!?) a mennyezet a padlóra zuhant. A hibához az is hozzájárult, hogy a mennyezeti paneleket tartó műanyag csavarok selejtesek voltak. A hőmozgások tekintetében különleges feladatot tölt be a határoló szigetelő panel, a hűtőajtó, amelyeknél a hőmérsékletkülönbség egy "szerkezet" külső és belső oldala - fém fegyverzete- között
5
lép fel, itt az alakváltozás külső oldali tágulás, belső oldali zsugorodás, azaz a panelek meghajlanak. Ezért veszélyes a külső doboz, mert ott kívül ezt a hatást a napsugárzás is fokozza. Épületszerkezetek és a hűtőberendezés kapcsolata:
Azon kívül, hogy a hűtőberendezés kiszolgálja a fent felsorolt feladatokat, szerkezetileg megkell oldani az épület és a berendezés kapcsolatait. 4.Födémköztér szelepcsoportokkal
A főbb berendezés elemek, rendszerint a hűtőtermen belül elhelyezett esetleg ritkán légcsatornával csatlakozó léghűtő, amely pl. bordázott a hűtőközeget elpárologtató csőblokk ventillátorral egybeépítve, a léghűtő hőmérsékletszabályozását és a kirakódó dér rendszeres leolvasztását irányító szelep csoport, és a gépházat és a léghűtőket összekötő csőhálózat. Rendszerint külön áll a kompresszorokat és a villamos berendezéseket magába foglaló gépház épület, a szabadban vagy a gépházban felállított edényzet, a gépház tetején, vagy mellette általában állványzaton elhelyezett kondenzátor csoport. A hűtő épülettel közvetlen kapcsolata első sorban a léghűtőknek, szelep csoportoknak és a csőhálózatnak van. Tárolási célú hűtőknél bevett megoldás az arányok miatt, hogy ezeket az elemeket az épületszerkezet tartja megfelelő adatszolgáltatás és méretezés feltételezésével. A léghűtők belül, a léghűtő tartók, a szelepcsoportok és vezetékhálózat a padlás, födémköz térben helyezkednek el. Fagyasztó boxok esetében a léghűtő egység arányaiban sokkal nagyobb és nehezebb, ezért ennél önálló szerkezet a megszokott. Külön meg kell említeni a léghűtők olvadékvizét elvezető csőhálózatot, amely egy a légcsatorna hatást megakadályozó folyadék vagy mechanikus zárral kialakított csatornahálózat. Gondoskodni kell a lejtésről, a fagyásvédelemről, és az előbb említett légcsatorna zárról. Ez utóbbi hiányában a külső nedves levegő folyamatosan a léghűtőbe áramlana és igen gyorsan megállítaná a hűtőhatást. 6
5. Eljegesedett csepptálca és cseppvízvezeték
6. Csappantyú
7
Előadásunkban első sorban az ipari méretekben szinte kizárólag alkalmazott ammónia hűtőközeggel épített berendezésekkel foglalkozunk. Az ammónia környezetvédelmileg és energetikailag szinte a legjobb hűtőközeg, ugyanakkor kismértékben tűz és robbanásveszélyes, ezért közösségi épületekben nem alkalmazható, ipari esetben pedig a megfelelő létesítési és használati szabályok mellett, mégis amikor egy épület már több ezer négyzetméter, a belső hőmérséklet -20˚C, vagy alatta, amikor a hűtőteljesítmény meghaladja a MW értéket, szinte kizárólag ammóniát használnak, még az Emirátusokban is. Az okok, MW nagyságrendű a hűtőberendezés üzemeltetéséhez szükséges villamos teljesítmény is (más hűtőközegnél még több lenne), a komponens, pl. kompresszor gyártók kínálatában ezekben a méretekben, szinte kizárólag ammóniás egységek kaphatóak. Létezik egy cég, amely kisebb elemeket is gyárt, amelyeket "LEGO" szerűen lehet összerakni, mi ezekkel konténerekben feladatra szabott, mégis előgyártott egységeket szívesen alkalmazunk 500kW-1MW teljesítményig. Tájékoztatásul 1MW-al kb. 100.000.-m3 fagyos tárolótérfogat, 10m belmagasság esetén 10.000.-m2 alapterület szolgálható ki nagyságrendileg. Meg kell azonban említeni, hogy ha árú fagyasztást is kell végezni, akkor az ahhoz szükséges hűtőteljesítmény a fenti érték többszöröse. Ammónia esetén gázkoncentráció érzékelőkkel ellenőrizzük a berendezés állapotát, tömörségét a födémköztéri szelepcsoportoknál, és a külön álló hűtőgépházban. A hűtőgépház építési, tűzvédelmi előírásai nem teszik lehetővé a tároló, vagy üzemépülettel való egybeépítést.
Murin Sándor Qplan Kft. ügyvezető +36 70 368 3419
[email protected] www.qplan.hu
8
