HŰTÉSTECHNIKA ALAPJAI 11. ELŐADÁS
HŰTÉS, HŰTŐTÁROLÁS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
HŰTŐTÁROLÓ MODELLJE, HŐTERHELÉSEI Környezet, e,2 [Ta = 20 oC; A = 18 m2; k = 0.45 W/(m2.K)]
5
4
Termék párolgás Dh/ DY
7 Léghűtő vagy légkondicionáló, [Te = -3 oC. (8)]
Ajtónyitás, A [DTA = 0.9 oC]
[T3 = 3 ± 1 oC; RH3 = 80 ± 10 %; 8
m = 10 t; V = 40 m3; q = 35 W/t; w = 3.5 . 10-8 kg/(kg.s)]
3
1
3
Világítás, munkások, V [DT = 2 x 0.75 oC]
Ventilátor, QM [DTM = 1 oC]
Kondicionált levegő, e,3 [T6 = 8 oC; RH6 = 40 %] 6
Termék párolgás Dh/ DY
2
Hideg levegő, Qe,4 [T1 = 1.3 oC; RH1 = 82 %] VÁRSZEGI TIBOR
1 [Ta = 20
oC;
Környezet, e,1 A = 18 m2; k = 0.45 W/(m2.K)]
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
Ajtónyitás, A [DTA = 0.9 oC] 2
A HŰTŐTELJESÍTMÉNYIGÉNY SZÁMÍTÁSA Hűtőteljesítmény – igény ()
Φ Φi A hűtőteljesítmény-igény két részből tevődik össze: Ahol: i - a belső hőterhelés [kW] e - a külső hőterhelés [kW]
Φe
- A belső hőterhelés: Φi ΦE ΦV ΦM ΦA ΦB Ahol: E – az emberi hőleadás, V – világítás hőtermelése, M – a gépek hőtermelése, A – a ki- és berakodás során bejutó hőáram, B – egyéb hőterhelés (a termék lehűtéséhez szükséges hűtőteljesítmény): - A külső hőterhelés: a falakon keresztül átadódó ún. transzmissziós hőáram n
Φe
A k T i
i
k,i
Tb,i ΔTs,i
i 1
Ahol: Ai – az egyes zárófelületek (falak) területe (m2) ki – az egyes falak hőátszármaztatási tényezője, k =(0,12-0,45) (W/m2 oC) Tk,i – a fallal határos külső tér hőmérséklete (oC) Tb,i – a belső tér hőmérséklete (oC) DTs,i – a külső napsugárzásból származó hőmérséklet különbség ( oC) Egyszerűsített számításokban a fal tájolásától függően a következő értékeket lehet figyelembe venni: ÉÉK – elhanyagolható; NY-K-DK-ÉNY - DTs,i = (5-10) oC, D-DNY - DTs,i = (10-20) oC, továbbá fűtött padlónál a fűtési energia, vagy szigeteletlen padlóknál Q e,p = 16 A (W) (itt: A – padló felülete, m2). VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
3
BELSŐ HŐTERHELÉS-1 EMBERI HŐLEADÁS E = 500 kJ/h/fő VILÁGÍTÁS HŐTERMELÉSE V = a . E Ahol: a – egyidejűségi tényező E – a világítótestek elektromos teljesítménye (kW) GÉPEK HŐLEADÁSA n
ΦM
i 1
Mi
Pi ηi
Ahol: Mi – egyidejűségi tényező Pi – egyes villamos motorok teljesítménye (kW) i – az egyes villamos motorok hatásfoka KI- ÉS BERAKODÁSNÁL BEJUTÓ HŐÁRAM Az ajtók nyitva tartásából származó hőveszteség A) különösen fagyasztóknál és fagyosztott tárolóknál jelentős lehet, amit zsilippel és hőszigetelő függönyökkel csökkentenek. Az ajtó nyitva maradását felügyelő rendszer jelzi. VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
4
BELSŐ HŐTERHELÉS-2 AZ ÉLELMISZER ÉS A GÖNGYÖLEG HŰTÉSE
ΦB,1 ΦB,2 ΦB ΦR m t
m cp To T
n
m
g,1
i 1
t
cp,g,i To T ΦR m
Ahol: B,1 – a termékből elvonandó hő (kJ) B,2 – a gögyölegből elvonandó hő (kJ) m – a termék tömege (kg) cp – a termék fagypont feletti fajhője (kJ/kg K) To – a termék hűtés előtti hőmérséklete (oC) T – a termék hűtésének véghőmérséklete (oC) mg.i – egyes göngyöleg tömege (kg) cp,g,i – egyes göngyöleg fajhője (kJ/kg K) t – hűtési idő (s), meghatározását ld. 5. ELŐADÁS 12. dia és a következő dia R – az élelmiszer hőtermelése (kW/kg), értékei különböző termékekre ld. Beke Gy. HŰTŐIPARI KÉZIKÖNYV 2. kötet. Az élelmiszer a tárolás során párolog is, ami csökkenti a hűtési igényt. Ez a pára lekondenzálódik az elpárologtatóra, amely ugyanekkora hőt igényel, így a kettő összege „0”. Ugyanakkor ha a pára rá is fagy az elpárologtatóra (deresedés) akkor a fagyáshoz hőenergiára van szükség. Ennek számításához ismerni kell a termék párolgási tényezőjét, továbbá a tárolás körülményeit. VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
5
HŰTÉSI IDŐ SZÁMÍTÁSA-1 HŰTÉSI IDŐ MEGHATÁROZÁSA A FELEZÉSI IDŐ ALAPJÁN
A termék hőmérséklete hűtéskor az idő függvényében exponenciálisan csökken. Ha ebben a függvényben - a termék hőmérséklete helyett - a termék és a hűtőközeg (Th) hőmérsékletkülönbségének kezdeti (To-Th) és végső (T-Th) értékéből képzett dimenziónélküli hányadost =(T-Th)/(To-Th) szerepeltetjük, a kapott összefüggés függetlené válik a termék kezdeti hőmérsékletétől. A hányados felére (=0,5) csökkentéshez szükséges idő a Z-érték, azaz a hűtés ún. felezési ideje. Ha ezt a termékre vonatkozóan ismerjük a hűtési idő (t) bármely más hőmérsékletekre az alábbiak szerint számítható:
T Th T Th t 1,44 Z ln 3,31 Z lg To Th To Th A fenti elv és a Z-érték mérése az 5. ELŐADÁS 12, diáján követhető. A Z-érték természetesen függ a hűtési eljárás fajtájától, (pl. léghűtés vagy vízhűtés, ld. 3. ELŐADÁS, ) és annak jellemzőitől. Tájékoztató értékük kertészeti termékekre a következő: (1) – hűtőterem: Z = (40-100) h; (2) – hűtőcsatorna: Z = (7-15) h; (3) - jeges vizes előhűtés: Z = (0,1 – 0,15) h; (4) - vákuumhűtés: Z = (0,05-0,15) h. VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
6
HŰTÉSI IDŐ SZÁMÍTÁSA-2 HŰTÖTT TERMÉK MODELLEZÉSE A hűtendő termék modellje:
Z = 1.8 m
PORÓZUS SZERKEZETŰ , VÉGTELEN HOSSZÚ SÍK LAP Ezt pl. kertészeti termékek esetén az ábrán látható módon kapjuk. A lapok vastagsági méretét (2X) a rakatok, rekeszek, termékek mérete határozza meg. A lapot a termék anyaga és a közötte lévő levegő alkotja. A lap porozitása:
Vm = 600 x 400 x 100 16
Vair
400
VÁRSZEGI TIBOR
600
2X’
Vair
435
150 100
35
240
εh
Vü Vh V V m ρh ρ 1 1 1 h Vh Vh Vh ρ m ρ
Itt: - a hűtött termék mért sűrűsége h - a hűtött termék halmazának sűrűsége HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
7
HŰTÉSI IDŐ SZÁMÍTÁSA-3 VÉGTELEN HOSSZÚ SÍK LAP HŰLÉSE T
[oC]
A hűtőközegben a sík lap hűlése időben változó ún. instacioner hőátadási folyamat. Tf,o Tm,o A hő a lap közepéből a felszínig vezetéssel (Qv) terjed, majd onnan a hűtőközeg Qv lh Qá (k) áramlással (Qv) szállítja el. A hűlés a I.a. hővezetési tényezőtől (lm), a hőáramlási I.b tényezőjétől (k), és a lap vastagságától (2X) függ. Az ezekből alkotott dimenziónélküli Th szám: a Biot-szám (Bi). A lap vastagsága II. x mentén a kezdeti hőmérséklet (To) azonos, majd a hűtés során (t – idő után) a Bi-szám X X értékétől függően változik (ld. I.a, I.b és II.). kX A termék közepe (magja, Tm) lassabban hűl Biot-szám: Bi λm mint a felülete (Tf). Ezért, a Z-értéket és a λ m λ 1 εm λ air εm hűtési időt is a magra kell számolni! Élelmiszerek fizikai jellemzői: Beke Gy. I.a- Bi 0,1; I.b- 0,1 Bi 10 ; II.- Bi > 10 HŰTŐIPARI KÉZIKÖNYV 2. Kötet 8 vh
DTf,II
DTf,I
DTm
DTo
vh
VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
HŰTÉSI IDŐ SZÁMÍTÁSA-4 A FELEZÉSI IDŐ (Z) SZÁMÍTÁSA A MODELL ALAPJÁN 2 2 X2 2 X Z 0,302 f 0,302 1 1 a Bi a k X m m λ m
k
Ebben: 1
1 5,8 3,9 vh
1 κ
λlevegő sp
λp 1 κ sp
Ahol: To – a termék belépő hőmérséklete (oC) Th – a hűtőközeg hőmérséklete (oC) T – a termék kilépő hőmérséklete (oC) f – tizedelési idő (s Z – felezési idő (s) X – síklemez fél-vastagság (m) l hővezetési tényező (W/m oC) k – hőátadási tényező (W/m2 oC) a – hőmérsékletvezetési tényező (m2/s) vh – hűtőközeg sebessége (m/s) K – perforálás % indexek - m: termék, p: csomagolóanyag t – hűtési idő (s) – számítását ld. 7. dián, „m” termékhalmaz jellemzői: Beke Gy. HŰTŐIPARI KÉZIKÖNYV 2. kötet VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
9
HŰTŐTEREM KLÍMÁJA pw (Pa) 600
500
60% 70%
50%
40%
9
700 20
8
19
7
17
5
6
4
2
5
ERP=100%
3
13 12
1
1
po=1 bar (Pa)
11
0
9 20000
-1
8
8 6
4
-4 2
-6
Dh DY
5
3 -5
10 10000 8000
7
-3
-8
14
3
2
-7
16
90%
15
2’
4
-2
18
80%
h (kJ/kg)
+
Dh/DY=1000 kJ/kg
3.0
VÁRSZEGI TIBOR
3.5 Y (g/kg)
6000 5000 4000 3000
4.0
1000 0 -1000
LEVEGŐ ÁLLAPOTVÁLTOZÁSAI (1-2) – melegítés (e,1+ A+ V/2) (2-2’) – kiengedett levegő (e,4) (2’-3) – nedvesítés (Dh/DY=q/w) (3-4) – melegítés (e,2+ A+ V/2) (4-5) – 4 és 6 (e,3) levegő keverése (5-7) – melegítés (M) (7-1) – léghűtés () (8) – elpárologtató felülete HŐMÉRSÉKLETVÁLTOZÁSOK
2000
1 0
h (kJ/kg)
6 7
T
ADATOK Vlevegő = 1500 m3/h cp,levegő = 1 kJ/(kg.K) levegő = 1,28 kg/m3; Egyéb – ld. 2. dia
ΔTA
M A V ΔTM ΔTV Vlev ρlev cp,lev Vlev ρlev c p,lev Vlev ρlev cp,lev
4.5 HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
10
HŰTŐGÉP KIVÁLASZTÁSA A TEREM ÉS AZ ELPÁROLOGTATÁSI HŐMÉRSÉKLET KÜLÖNBSÉGE Az ábra alapján, ER = 85 % relatív páratartamnál: DT1= 7 oC.
Az elpárologtatási hőmérséklet (To) : To = Tterem - DT1 A 2. dián megadott adatok (Tterem=T3= 3 oC és ER=80 %) esetén: To = 3 – 8 = -5 oC EGY MUNKAPONTOS KIVÁLASZTÁS Ennél a maximális terhelésre történik az elemek kiválasztása. TÖBB MUNKAPONTOS KIVÁLASZTÁS Az aggregátot (kompresszort) itt is a maximális környezeti (kondenzációs) hőmérsékletre választjuk ki, de teljesítményét alacsonyabb környezeti hőmérsékleten is vizsgáljuk, és az elpárologtatók kiválasztásánál ezt vesszük figyelembe. Továbbá, figyelembe vesszük a tároló levegőjének nedvességtartalmát is (ld. az ábra) VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
11
TERMÉKTÁROLÁS MENEDZSMENT 1. A terményt korán reggel kell betakarítani, majd válogatni, mosni és osztályozni kell még a tárolás megkezdése előtt. 2. A tárolókat alaposan ki kell takarítani az idény végén, és – ha szükséges – klórral sterilezni, majd megfelelő gázzal fertőtleníteni kell penészgombák ellen, végezetül pár nappal a hűtési szezon kezdete előtt le kell hűteni. 3. A rakomány elrendezésénél a következő paraméterek alapvetők: a rakományt a külső és meleg falaktól 10…12 cm távolságban kell elhelyezni; egy kb. 8 cm vastag légpárna szintén szükséges a padló és a rakomány között; hagyjanak keskeny, de legalább 1 cm széles függőleges réseket a rakományon belül; legyen legalább 20 cm távolság a mennyezeti hűtő vagy a mennyezet és a rakomány teteje között! 4. A rakatok helyzetét festéssel jelölni kell a padlón, vagy egy falra akasztott táblán. 5. A gyors hűtés, egyenletesen alacsony - maximum ±1 oC tartományban váltakozó hőmérséklet, és a nagy ERP az alacsony tömegveszteség előfeltételei. 6. A termék és levegő hőmérséklet; ERP; légsebesség; leolvasztási idő, -gyakoriság és vízmennyiség; az ajtók zártsága, stb., PLC-vel szabályozandó paraméterek. 7. A termék minőségét a tárolás alatt rendszeresen ellenőrizni kell, a romlottakat el kell távolítani, közeli romlásra utaló jelek esetén időben el kell adni vagy fel kell dolgozni. 8. A termék be- és kitárolására valamint ellenőrzésére vonatkozó adatokat rögzíteni kell. VÁRSZEGI TIBOR
HŰTÉS TERVEZÉSÉNEK ALAPJAI
12
