Мнацаканов Г.К. Холодильна техніка і технология. Навчальний посібник. Частина 1
Подождите немного. Документ загружается.
Х О Л О Д И Л Ь Н А Т Е Х Н І К А І Т Е Х Н О Л О Г І Я
частина 1
----------------------------------------------------------------------
менша потужність нагрівача дозволяє зменшити додаткові
енерговитрати на виробництво холоду, зв'язані з видаленням
снігової шуби.
3. ХОЛОДИЛЬНА ІЗОЛЯЦІЯ
Призначення холодильної ізоляції – зменшити зовнішні
теплоприпливи в холодильні камери, охолоджувані апарати і
трубопроводи.
Якщо камера погано ізольована, то збільшується
проникнення теплоти через зовнішні огородження. Це
приводить до збільшення витрати енергії на вироблення холоду,
погіршенню умов збереження продуктів і збільшенню їхніх
утрат від усушки.
3.1. Будова ізоляції. Механізм передачі теплоти.
Види вологи в ізоляції
Більшість ізоляційних матеріалів має пористу структуру з
твердим, або еластичним каркасом, заповненим повітрям чи
багатоатомними газами (виключення – альфоль).
61
М Н А Ц А К А Н О В Г. К.
--------------------------------------------------------------------------------------
При наявності різниці температур з обох боків
ізоляційного шару теплота передається одночасно різними
способами:
теплопровідністю по стінках пір;
конвекцією і теплопровідністю в обсязі пір: при цьому
якщо пори не замкнуті, то конвективна складова
підвищується, тому що створюються транзитні
конвективні потоки;
випромінюванням між стінками пір.
Тому коефіцієнт теплопровідності
ізоляції має умовний
характер і в розрахунках використовують ефективне значення
із
, що враховує усі вище перераховані способи передачі
теплоти. Для засипних ізоляційних матеріалів
із
залежить від
щільності засипання;
із
залежить від будівлі матеріалу.
Наприклад, для дерева уздовж волокон у 2 рази вище ніж
поперек.
На відміну від теплової, холодильна ізоляція має наступні
особливості:
ізоляційні матеріали і роботи є дорогими; за даними
проектних організацій вартість ізоляційної конструкції
складає (25...40)% від загальної вартості холодильника;
62
Х О Л О Д И Л Ь Н А Т Е Х Н І К А І Т Е Х Н О Л О Г І Я
частина 1
----------------------------------------------------------------------
у холодильній техніці можливе застосування ефективних
ізоляційних матеріалів органічного походження, які не
можна застосовувати в техніку високих температур;
можливе зволоження холодильної ізоляції в процесі
експлуатації.
Види вологи в ізоляції
а) — Молекулярна волога, входить до складу хімічних
формул, не видаляється навіть при нагріванні до 150
о
С.
б) — Гігроскопічна волога — кількість водяної пари, що може
поглинути той чи інший матеріал, характеризує його
гігроскопічність. Адсорбція пари води відбувається під
дією электромолекулярних сил. притягання між
молекулами матеріалу і водяної пари. У результаті частки
матеріалу покриваються рідинною плівкою товщиною в
одну чи кілька молекул.
Вода в плівці знаходиться під тиском більш 1000 атм. і не
замерзає навіть при –80
о
С. Поглинання вологи з повітря
припиняється по досягненні рухливої рівноваги, коли
парціальний тиск насиченої водяної пари безпосередньо
над поверхнею плівки матеріалу виявляється рівним
парціальному тиску водяної пари в навколишньому
63
М Н А Ц А К А Н О В Г. К.
--------------------------------------------------------------------------------------
вологому повітрі (стан рівноважної гігроскопічної
вологості).
Матеріали, що мають значну рівноважну вологість,
називаються гігроскопічними. До них відносяться багато
холодильних ізоляційних матеріалів. Коефіцієнт
теплопровідності їх у сухому стані
)(
сух
значно зростає
при контакті з навколишнім вологим повітрям, досягаючи
ВЛ
.Тому для розрахунків необхідно використовувати
практичні значення
ізоляційних матеріалів
ВЛ
, що
маються у вітчизняній і радянській довідковій літературі.
Наприклад, для торфоплити:
)/()05,0...045,0( КмВт
сух
)/()08,0...07,0( КмВт
ВЛ
Матеріал, що містить вологу в кількості, що перевищує
рівноважну вологість, називається зволоженим.
в) — Дифузійна волога з'являється в ізоляції «у роботі», тобто
коли вона встановлена на огородженні, з обох сторін
якого є різниця температур. Ця волога існує у виді водяної
пари, що конденсується в порах, якщо вологість
перевищує максимальну рівноважну, і робить ізоляційний
матеріал зволоженим.
64
Х О Л О Д И Л Ь Н А Т Е Х Н І К А І Т Е Х Н О Л О Г І Я
частина 1
----------------------------------------------------------------------
г) — Гравітаційна волога. Це краплинна волога, що попадає в
ізоляційний матеріал при дощі й ін. або, що утворюється
при конденсації дифузійної вологи.
Основним джерелом зволоження ізоляції є дифузійна
волога. При цьому ізоляції різко зростає, наприклад при
зволоженні ізоляції на 5% (по масі),
із
зростає в два
рази.
3.2. Зволоження холодильної ізоляції. Методи
запобігання зволоження
3.2.1. Потоки теплоти і вологи крізь ізоляцію (рис.19)
Тепловий потік крізь плоский шар ізоляції товщиною
із
)(
''
кн
із
із
ttFQ
,
де
''
і
кн
tt
— температури зовнішньої і внутрішньої поверхонь
ізоляційного шару (
''
kп
tt
).
Потік вологи через плоский шар ізоляції виражається
аналогічним рівнянням:
)(
кн
із
PPFW
,
де
кн
РіР
— дійсні парціальні тиски водяної пари у
повітрі по обох сторони ізоляції
кн
РР
;
65
М Н А Ц А К А Н О В Г. К.
--------------------------------------------------------------------------------------
— коефіцієнт паропроникнення ізоляційного матеріалу,
Пасм
г
][
.
показує яка кількість вологи (г) проходить через
ізоляційний шар товщиною 1м, площею 1м
2
за секунду,
при різниці парціальних тисків водяної пари
кн
РР
по обидві сторони слою, рівної 1Па.
[Пояснити побудову графіків змін
xxx
PPt
,,
]
На рис. 19 дана картина розподілу температур (
t
) і
парціальних тисків водяної пари (
P
) для ізоляційного шару,
що відокремлює зовнішнє повітря з температурою
H
t
і
відносною вологістю
Н
від приміщення з температурою
к
t
і
66
Рис. 19. Розподіл температур і парціальних тисків
водяної пари
t,Р
х
1
н
н
t
x
t
н
P
н
P
к
t
x
P
x
P
к
P
к
P
к
t
із
н
t
із
1
к
Х О Л О Д И Л Ь Н А Т Е Х Н І К А І Т Е Х Н О Л О Г І Я
частина 1
----------------------------------------------------------------------
відносною вологістю
К
,причому
кн
tt
.
Розглянемо
стаціонарний режим, тобто
кнкн
tt
,,,
= const.
Зневажаємо зміною парціальних тисків водяної пари у
навколишньому повітрі і безпосередньо в поверхонь ізоляції.
Відносна вологість повітря в будь-якій точці Х
x
x
x
P
P
, де
х
P
— парціальний тиск насиченої водяної пари при температурі
x
t
Якщо
,1
x
то
хx
PP
З рис. 19 видно, що водяна пара вільно дифундує крізь
шар ізоляції не конденсуючись в ньому, (тому що
"
xx
PP
скрізь), тобто ізоляція в розглянутому випадку не
зволожується.
3.2.2. Визначення зони початкової конденсації вологи в
ізоляційному шарі (рис.20)
Умови побудови графіків змін
xxx
PPt
,,
такі ж як і в
попередньому випадку. Однак картина, що спостерігається на
рис. 20, може мати місце при великих (20
о
С) різностях
67
М Н А Ц А К А Н О В Г. К.
--------------------------------------------------------------------------------------
температур
KH
tt
і високих значеннях
K
. Це відповідає
режимам експлуатації холодильних камер.
Видно, що на ділянці
ab
лінія
x
P
проходить вище лінії
"
x
P
, тобто відбувається часткова конденсація вологи, що
дифундує через ізоляційний шар. Однак неправильно вважати
ділянку
ab
початковою зоною конденсації тому що не існує
пари, у якої
"
xx
PP
. Крім того
x
P
не може змінюватися
по лінії
cabd
(ab – крива), тому що в крапках
a
і
b
виходять
переломи, що характерно тільки для багатошарових огороджень
з різними
шарів.
Оскільки плавний перехід від прямої до кривої може бути
досягнуть тільки проведенням дотичної, те дійсним графіком
падіння парціального тиску пари в ізоляції буде крива cefd, а
відрізок ef – дійсною початковою зоною конденсації пари
(вогнище зволоження).
Зволожений шар ізоляції має більш високе значення
отже надалі буде відбуватися шкідливий перерозподіл
температур і парціальних тисків, тобто зона зволоження буде
розширюватися
Хоча годинна кількість вологи, що сконденсувалася в зоні
зволоження, невелика, але тому що процес йде роками,
безупинно, то при випаданні достатньої кількості вологи вона
68
Х О Л О Д И Л Ь Н А Т Е Х Н І К А І Т Е Х Н О Л О Г І Я
частина 1
----------------------------------------------------------------------
під дією власної ваги (краплинна волога) починає зволожувати
нижче розташовані шари ізоляції.
Рис. 20. Розподіл температур і парціальних тисків
водяної пари з утворенням вогнища зволоження ізоляційного
шару.
При утворенні вогнища зволоження в зоні негативних
температур волога, що випала, замерзає, що сильно збільшує
ізоляції.
(
повітря
0,023,
льоду
2,1)
мK
Вт
69
М Н А Ц А К А Н О В Г. К.
--------------------------------------------------------------------------------------
3.2.3. Захист ізоляції від зволоження
Для запобігання зволоження ізоляції застосовують
пароізоляційні матеріали, що мають дуже низькі значення
(у
тисячі разів нижче, ніж у теплоізоляції). Тому в них
відбувається основне падіння парціального тиску водяної пари.
Розглянемо, як впливає розташування пароізоляційного
шару на зволоження ізоляції.
а) Пароізоляційний шар установлений з теплої сторони
(рис.21)
Для простоти приймаємо, що злам
"
x
P
у шарі
пароізоляції відсутній. Інші допущення ті ж.
Лінія
"
x
P
на всьому протязі розташована вище лінії
x
P
, тому конденсації пари немає.
Висновок: установлення пароізоляційного шару з теплої
сторони запобігає зволоженню ізоляції.
70