Эффективность утилизации теплоты удаляемого воздуха из зданий и сооружений

Недостаточное внимание к вопросам обеспечения параметров микроклимата в помещениях для хранения плодов и овощей приводит к негативным последствиям в процессе их эксплуатации, таким как:

• -    активное образование конденсата водяных паров на ограждающих конструкциях и сбор его в нижней части штабеля продукции;

• -    образование грибковой плесени;

• -    коррозия металлических конструкций и гниение деревянных;

• -    несоблюдение санитарно-гигиенических условий по температуре, влажности и подвижности приточного воздуха в зоне нахождения плодоовощной продукции;

• -    значительные затраты тепловой и электрической энергии на термодинамическую обработку наружного воздуха;

• -    увеличение интенсивности воздухообмена, что приводит к значительному росту количества приточного воздуха (L пр ) в традиционных системах воздухораспределения по схеме «сверху вниз» (рис.1) [1].

Рисунок 1 – Традиционная система воздухораспределения по схеме «сверху вниз» в загруженном помещении при хранении плодоовощной продукции

Применяемые в системах активной вентиляции устройства утилизации теплоты при сходных массо-габаритных показателях наибольшей энергетической эффективностью обладают регенеративные теплоутилизаторы (80…95 %), далее следуют рекуперативные

(65…75 %) и на последнем месте - теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем (45…55 %).

Здесь необходимо отметить основную особенность при выборе принципиальной технологической схемы приточно-вытяжной вентиляции плодоовощехранилища.

Дело в том, что воздухообмен для различных периодов хранения плодов и овощей подвержен значительному изменению из-за:

• -    резкого увеличения интенсивности вентилирования в период охлаждения (до 150 тыс. м³/ч);

• -    повышения перепада влагосодержания (до 35 … 50 %) внутреннего и наружного воздуха в холодный период года в сравнении с теплым периодом;

• -    уменьшения подвижности воздуха в основной период хранения.

Естественно, подавать такое количество наружного воздуха в холодный период года нерационально, так как это приводит к значительному перерасходу тепла на его нагрев и резкому снижению влажности внутреннего воздуха.

Для обеспечения в основной период хранения нормируемых условий микроклимата в хранилище и экономии топливно-энергетических ресурсов активная приточно-вытяжная система вентиляции проектируется с:

• -    переменным расходом приточного воздуха;

• -    рециркуляцией (частичной и полной);

• -    с утилизацией теплоты удаляемого воздуха.

Система активного воздухораспределения в загруженных помещениях для сохранности плодоовощной продукции имеет большое значение при хранении картофеля и овощей в условиях, учитывающих продолжение процессов жизнедеятельности, таких как испарение, выделение тепла, дыхание в процессе их хранения.

Дыхание плодов и овощей сопровождается образованием энергии, часть которой расходуется на процессы жизнедеятельности, а оставшаяся довольно значительная ее доля выделяется в окружающую атмосферу в виде тепла. Выделяемое при интенсивном дыхании тепло является одним из негативных факторов, влияющих на эффективность хранения, поскольку может приводить к самосогреванию овощной продукции или ее запариванию.

Если дыхание овощей можно назвать своего рода внутренним фактором, влияющим на процесс хранения, то температура окружающего воздуха – это наиболее сильный внешний фактор. Повышение температуры воздуха в хранилище стимулирует процессы дыхания в овощной продукции и приводит тем самым к незапланированным потерям питательных веществ, что сказывается на потребительских свойствах овощей.

Следует иметь в виду, что интенсивность тепловыделения в период основного хранения снижается. В качестве примера можно привести значения тепловыделения картофеля в период охлаждения и в основной период. Так, если в период охлаждения картофель с исходной трав-мированностью клубней до 20 % выделяет 90 кДж тепла, то в основной период хранения эта цифра снижается до 43,5 кДж.

Минимальная интенсивность дыхания картофеля обеспечивается при температуре хранения + 2 ° С [2].

Применение системы активного вентилирования позволяет в разы увеличить сохраняемость овощной продукции за счет:

• -    более высокой скорости ее охлаждения и осушения;

• -    «адресной» направленности воздушного потока;

• -    равномерного обдувания каждого экземпляра продукции.

При использовании системы активной вентиляции во всех точках штабеля поддерживаются одинаковая температура, влажность и газовый состав, без скачков и резких перепадов. Объем хранилища используется более экономично и рационально, поскольку высота штабелей с плодоовощной продукцией значительно увеличивается.

Разработана приточно-вытяжная система вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха. При ее использовании в загруженных помещениях распределение термодинамически обработанного воздуха осуществляется по схеме «снизу вверх» вертикально установленными секционными воздуховодами – распределителями с равномерной раздачей воздуха, которые соединены с тремя продольными приточными воздуховодами – ответвлениями нагнетающего магистрального приточного воздуховода с раздачей воздуха в межконтейнерное пространство и контейнеры с продукцией через плоские приточные отверстия с четырех сторон по периметру (рис. 2).

Это наиболее эффективная схема утилизации тепла отработанного воздуха регенеративным роторным теплообменником, однако следует иметь в виду, что в ней возможны перетоки воздуха в ту или другую сторону в зависимости от перепада давлений приточного и вытяжного воздуха. Ротор теплообменника заполнен попеременно уложенными по кругу листами гладкой и волнообразной алюминиевой фольги. Ротор укреплен в корпусе из алюминиевых профилей и закрыт панелями [3].

В период хранения, когда устанавливается температура наружного воздуха ниже -10 ° С, подача наружного атмосферного воздуха осуществляется через воздухозаборную шахту с применением утилизации теплоты удаляемого внутреннего вытяжного воздуха. Наружный воздух поступает во вращающийся регенеративный роторный теплообменник – теплоутилизатор, теплоаккумулирующая масса которого выполнена в виде плоского цилиндра - насадки ротора, нагревается до расчетной температуры + 2 .. + 4 ° С в воздухонагревателе затем радиальным приточным вентилятором подается в нагнетающий магистральный приточный воздуховод и в три параллельно установленные продольные приточные воздуховоды – ответвления.

Для сокращения энергоемкости система воздухораспределения в загруженных помещениях позволяет применять автоматически регулируемый режим вентилирования с комбинированным использованием естественного холода, подаваемого радиальным приточным вентилятором, с утилизацией теплоты удаляемого внутреннего воздуха из объема продукции хранилища [4] .

Если система работает на обогрев, то вытяжной воздух отдает теплоту тому сектору ротора, через который он проходит. Когда этот нагревшийся сектор ротора попадает в поток холодного приточного воздуха, приточный воздух нагревается, а ротор, соответственно, охлаждается.

Рисунок 2 – Система активной вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха:

1 - воздухозаборная шахта; 2 - приточная вентиляционная камера; 3 - равновеликие приточные отверстия; 4 - штампованная жалюзийная решетка; 5 - воздушный утепленный клапан;

6 – приточный радиальный вентилятор; 7 – воздушные клапаны; 8 – воздушные фильтры;

9 - вращающийся регенеративный роторный теплообменник – теплоутилизатор;

10 – воздухонагреватель наружного воздуха; 11 - адиабатный воздухоохладитель наружного воздуха; 12, 13, 14 – нагнетающие воздуховоды; 15 - радиальный вытяжной вентилятор;

16 - магистральный вытяжной воздуховод; 17 – деревянный пол хранилища; 18 - плоские приточные отверстия; 19 – всасывающие секции; 20 - рециркуляционный вытяжной воздуховод;

21 - всасывающие равновеликие отверстия; 22 – контейнер; 23 - клапан рециркуляционный;

24 - приточная секция; 25 - металлическая стенка; 26 – нагнетающий вытяжной воздуховод;

27 - зонт – колпак; 28 – вытяжная шахта; 29 – дефлектор

Если система работает на охлаждение, то теплота передается от теплого приточного холодному вытяжному воздуху.

Основные преимущества таких теплоутилизаторов по сравнению с другими - возможность управления процессом переноса теплоты при изменении числа оборотов, эффект самоочищения, незначительные размеры и высокая степень эффективности [5].

На основании выполненных экспериментальных исследований параметров поддержания микроклимата в массе картофеля, находящегося в контейнерах, были установлены зависимости параметров микроклимата от количества наружного воздуха, термодинамически обработанного в приточной вентиляционной камере.

Изменение температуры массы картофеля по высоте штабеля незначительно и не превышает 1,6 „. 1,8 ° С, а перепад температуры в массе картофеля на относительной высоте 0,2 м от уровня притока воздуха составляет не более 1,6 ° С, а на относительной высоте 0,9 м наблюдается его увеличение до 2,5 ° С (рис. 3).

♦ ряд у прохода ряд в центре ряд у стены

Относительная высота

Рисунок 3 – Изменение температуры массы картофеля по высоте хранилища при вентилировании системой активной вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха:

- при температуре наружного воздуха: 1 н = - 24,2 ° С;

– при относительной влажности наружного воздуха: φ н = 48 %

Характер формирования полей относительной влажности воздуха по высоте штабеля контейнеров при температуре наружного воздуха 1 н = - 24,2 ° С и относительной влажности наружного воздуха: φ н = 48 % представлено на рисунке 4. Величина относительной влажности отклоняется от нормируемых параметров на 18 ... 24 % (нормируемый диапазон относительной влажности 92 … 96 %).

я я I л 5 Е

Ф I н О л н V ф я с О

0,28 0,44 0,56 0,72

Относительная высота

-♦-ряд на растоянииот приточного отверстия 0,8 м

-■-ряд на растоянииот приточного отверстия 3,46 м ряд на растоянииот приточного отверстия 6,92 м.

Рисунок 4 – Изменение относительной влажности воздуха по высоте контейнеров с картофелем при вентилировании системой активной вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха: - при температуре наружного воздуха: t н = - 24,2 ° С;

– при относительной влажности наружного воздуха: φ н = 48 %

В период интенсивного охлаждения продукции возможно применение рециркуляции, представляющей собой смешение части удаляемого воздуха, поступающего через клапан рециркуляционный с наружным, и возврат его вновь в хранилище, что является простым и эффективным приемом, позволяющим экономить значительные объемы тепловой энергии.

При неработающей механической системе активной вентиляции обеспечивается естественное удаление вентиляционного воздуха из штабеля благодаря вытяжной шахте с дефлектором, выполненным из оцинкованной стали, который обеспечивает устойчивое естественное удаление вентиляционного воздуха вне зависимости от изменения скорости и направления ветра.

Выводы

• 1.    Обеспечиваются поступление обработанного в приточной вентиляционной камере наружного воздуха к массе продукции в контейнерах в требуемых количествах и его равномерное распределение с оптимальными нормируемыми параметрами по объему хранилища.

• 2.    Организация воздухообмена по схеме «снизу вверх» по направлению движения тепловых потоков и равномерное распределение вентиляционного воздуха в массе плодов в горизонтальных и вертикальных плоскостях гарантирует работу с коэффициентом неравномерности от 0,85 до 0,95.

• 3.    В основной период самого длительного хранения с целью экономии теплоты подачу наружного воздуха с t н ниже - 25 ° С можно значительно ограничить санитарной нормой. Подмешиванием рециркуляционного (внутреннего) воздуха достигается расчетный воздухообмен, обеспечивающий нормируемые параметры микроклимата для качественного хранения плодов и овощей.

• 4.    Основное вентиляционное оборудование системы активной вентиляции позволяет использовать высокую эффективность вращающегося регенеративного роторного теплообменника - теплоутилизатора (Е ≥ 85 %) путем изменения скорости вращения ротора и решает задачу, направленную на экономию тепловой энергии и снижение потерь массы продукции на 18 - 22 % путем нагнетания обработанного воздуха в межконтейнерное пространство и контейнеры с плодоовощной продукцией.

• 5.    Разработанная механическая приточно-вытяжная система вентиляции с включением установки утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха позволяет на 48 - 53 % сократить расход теплоты на круглогодичное функционирование системы и уменьшить требуемое количество приточного воздуха на 22 - 25 %.