Разработка системы холодоснабжения крытого катка пл. 1800 м2 в г. Петрозаводск

СПЕЦИФИКАЦИЯ.docx

Компрессор Bitzer HSN 8591-160
Маслоотделитель Bitzer OA9111
Конденсатор Thermofin TCH.3 -091-24-A-N-D5-BC-02
Линейный ресивер Bitzer F 1602 N
Пластинчатый теплообменник SWEP S500T
Пластинчатый теплообменник AB120T
Кожухотрубный испаритель Onda MPE 460
Электронный регулирующий вентиль Danfoss ETS 100B
Электронный регулирующий вентиль Danfoss ETS 50
Отделитель жидкости becool BC-AS-12-64SN
Насос WILO BL 65140-752
Насос WILO Wilo-veroline-IPL 40
Расширительный бак AirFix P500
Насос узла заправки
Воздухоотводчик Danfoss eagle
Фильтр масла Danfoss OF 12'
Фильтр осушитель Danfoss DCR 09617S
Фильтр осушитель Danfoss DCL 307s
Фильтр сетчатый V821-150
Смотровое стекло Danfoss Sight Glass Type SG12
Соленоидный клапан DANFOSS EVR 25
Соленоидный клапан линии масла EVR 3
Гибкая вставка ADCA-FC10

ВВЕДЕНИЕ.docx

Глобальная перемена климата и банальная непогода сделали востребованными технологии по созданию искусственного льда и снега для спортивных состязаний. Одними из наиболее сложных спортивных и культурно-массовых объектов для проектирования строительства и эксплуатации являются крытые многофункциональные ледовые арены в которых для проведения культурно-зрелищных и общественных мероприятий предусматривается поддержание слоя ледового поля и устройство сборно-разборных сцен. В январе 1876 года в Лондоне был открыт первый в мире искусственный каток а в начале ХХ века братья Лестер и Джо Патрик открыли в канадском городе Виктория первую закрытую ледовую арену. Спустя несколько дней в Ванкувере ими была открыта еще одна арена вместимостью 10 тысяч зрителей для которой была создана самая большая по тем временам холодильная установка в мире.
Искусственное ледовое покрытие на подобных объектах создается путем намораживания льда на плите катка в которой заложены трубы с циркулирующим хладоносителем или кипящим хладагентом.
Классификация искусственных катков
По исполнению искусственные катки разделяют на открытые и крытые. Различают открытые катки стационарные и мобильные. При наличии трибун крытые катки могут быть многофункциональными и соответствовать требованиям для выполнения всех вышеперечисленных задач. Отдельно можно рассматривать искусственные катки в торговых центрах которым свойственна динамическая нагрузка и существенная протяженность магистралей.
Открытые искусственные катки являются весьма перспективными сооружениями с точки зрения их коммерческого использования для массового катания. Период эксплуатации открытого искусственного катка может длиться до восьми месяцев. Качество льда под открытым небом зависит от интенсивности атмосферных осадков и загрязнения его поверхности. Другой недостаток открытых арен — невозможность обеспечения комфортных для людей параметров воздуха в зоне катания. В целом открытый искусственный каток — это усовершенствованная естественная площадка с возможностью поддерживать лед необходимой температуры во время оттепелей осенних и весенних месяцев.
Крытые ледовые катки делятся на две категории: тренировочные и демонстрационные. Требования к крытым ледовым каткам значительно строже чем к открытым сооружениям. Регламентированы рабочие параметры льда воздуха в зоне ледового поля и в зоне трибун защита грунта от промерзания. Соблюдение всех требований ведет к усложнению системы холодоснабжения конструкции основания ледового поля ограждающих конструкций что влечет за собой значительное увеличение капитальных и эксплуатационных затрат. В закрытых помещениях высокое качество ледяной поверхности обеспечено круглый год в то время как на открытых искусственных площадках — лишь с октября по март.
Мобильные ледовые катки. Основания таких катков состоят из резино-полимерных трубных матов и коллекторной системы из пластиковых труб и изготавливаются с учетом размеров конкретного объекта. Мобильные ледовые катки уличного исполнения укладываются на ровную поверхность — бетон асфальт или деревянный настил. При монтаже поля внутри помещения устанавливаются подстилающие слои тепло- и гидроизоляции система дренажа. Слой льда толщиной 50 мм намораживается непосредственно на поверхность трубных матов и выполняет несущую функцию.
Особенности проектировки помещений с искусственным льдом
Искусственные катки могут быть заключены в сооружения различной конструкции. Отличие катка или ледовой арены от других типов зданий заключается в наличии большой разности температур по объему помещения разницей во внутренних микроклиматах высокой степень герметичности отсутствием остекления на фасадах здания.[1]
Большая разница температур в среднем от -4 до +25 обуславливает необходимость контролировать и поддерживать стабильность внутренних климатических зон. Для решения этой проблемы используют несколько приточных установок работающих на разные расчетные режимы.
Большая разница во внутренних микроклиматах также вызывает проблемы влажности воздуха которую нужно контролировать. В частности чтобы избежать образования тумана и конденсата на поверхности льда и ограждений прибегают к использованию приточных установок с новейшими адсорбционными осушителями.
Герметичность помещения с искусственным льдом – крайне важный параметр конструкции здания. Чтобы влажность воздуха в зоне с ледовой поверхностью поддерживалась на постоянном уровне предусматривают системы вентиляции с принудительной циркуляцией среды. При герметизации помещения с искусственным льдом влагопритоки за счет инфильтрации воздуха минимальны и в таком случае каток функционирует исправно.
Наличие остекления непосредственно в помещении с искусственным льдом может привести к увеличению нагрузки на оборудование и энергозатратам а при неправильном расположении – к увеличению лучистой нагрузки на отдельные участки поля и нарушению режима работы холодильной установки. [1]
Конструкция помещения с искусственным катком
Наиболее широкое распространение в спортивных комплексах где требуется перекрытия для больших пролетов получили стальные стропильные фермы. Фермы экономичны по затратам металла и просты в изготовлении им довольно легко можно придать любую форму в соответствии с заданными условиями архитектуры технологией производства требованиями расчетной работы под нагрузкой.
Стропильные фермы различают по очертанию поясов виду решетки и типу сечения стержней ферм. [2]
Очертания фермзависят от назначения здания и принимаютсяв соответствии с проектной конструкцией сопряжения с примыкающими элементами статистической схемой и видом нагрузок условиями эксплуатации и типом покрытия кровли. В зависимости от очертания поясов фермы подразделяются на сегментные полигональные трапецеидальные с параллельными поясами и треугольные. На рисунке 1 изображены очертания поясов ферм.
Рис. 1. Очертания поясов ферм. [2]
—Фермытреугольного очертания– применяются в консольных и балочных системах при сосредоточенной нагрузке в середине пролета а так же в зависимости от условия эксплуатации при необходимости задать значительный уклон кровли.
—Фермы с параллельными поясами- обладают равными длинами элементов решетки одинаковыми схемами узлов повторяемостью элементов и деталей что позволяет унифицировать такую конструктивную схему и способствует индустриализации их изготовления.
—Сегментные фермы– криволинейное очертание пояса полностью повторяет эпюру моментов что в теории позволяет изготовить такую ферму со значительной экономией по расходу стали но сложность изготовления такой конструкции повышает трудоемкость производства в связи с чем практически не применяются.
—Фермы полигонального очертания– достаточно близко соответствуют параболическому очертанию эпюры моментов с переломом пояса в каждом узле но без применения криволинейных участков.
—Фермы трапецеидального очертания– по сравнению с треугольными фермами имеют преимущества в более простой конструкции узлов а также позволяют устроить жесткий рамный узел что повышает жесткость всего каркаса здания.
Типы решеток ферм– выбираются в зависимости от схемы приложения нагрузок очертания поясов и конструктивных требований. От типа выбранной решетки зависит вес фермы трудоемкость ее изготовления и внешний вид.
—Треугольная система решетки– применяется в фермах с параллельными поясами или трапецеидального очертания дает наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры.
—Раскосная система решетки– наиболее целесообразное ее применение при малой высоте ферм а так же при условии когда по стойкам передаются большие усилия. Изготовление раскосной решетки трудоемкое и требует большого расхода металла.
—Шпренгельная решетка– применяется в случае сосредоточения нагрузок к верхнему поясу при их вне узловом приложении а так же при необходимости уменьшения длины расчетного пояса. В фермах с поясами выполненными из двутавров возможно применениеперекрестной решеткигде раскосы крепятся непосредственно к стенке тавра. На рисунке 2 показаны описанные выше очертания решеток. [2]
Рис. 2. Типы решеток стропельных ферм. [2]
Схемы ферм достаточно разнообразны и зависят от технологических условий эксплуатации здания конструкции кровли технико-экономических и архитектурных соображений. На основе этих данных определяется длина пролета высота фермы очертания пояса величина уклона и т.д. При малоуклонных кровлях применяются фермы трапециевидного очертания для кровли уклоном 5-10% и с параллельными поясами для кровель не заполняемых водой при уклоне 25% решетка малоэлементная простой формы. Кровли с большим уклоном проектируются из треугольных ферм или двухскатных с параллельными поясами. В многопролетных зданиях с наружным отводом воды в основном используются односкатные фермы.
При расчете в стропильных фермах определяются усилия в узлах и стержнях ферм в зависимости от нагрузок. На фермы действует несколько нагрузок для каждой из которой необходимо определять усилия:
постоянная нагрузка– в которую входит собственный вес фермы вес прогонов кровельного покрытия и утеплителя фонарей связей по покрытию;
временная нагрузка– от подвесного подьемно-транспортного оборудования подвесных коммуникаций и оборудования осветительных установок вентиляции и т.п. при больших пылевыделениях учитывается нагрузка от пыли;
атмосферные нагрузки– снег ветер. Снеговые нагрузки при расчете элементов покрытия являются основными определяющими размеры сечения особенно при легкой кровле. В некоторых случаях доля снеговой нагрузки в расчетных усилиях достигает 60-70%.[2]
Воздухоопорные сооружения – строительные конструкции особого типа. В отличие от обычных конструкций устойчивость которых обеспечивается жесткостью применяемых материалов они требуют помимо статических конструктивных элементов наличе воздухонагнетательных установок. [3]
Воздухоопорное сооружение представляет собой тентовое полотно без металлического каркаса герметично закрепленное на фундамент. Внутрь тентового полотна вентиляторами подается воздух который действует с одинаковой силой во всех направлениях. Давление воздуха используется для поддержания и стабилизации конструкции. К тентовой ткани прикреплены специальные троса которые притягивают ее вниз. Тросы закрепляются с помощью анкеров тем самым оказывая сопротивление подъемной силе. Для усиления прочности тентового полотна применяют систему разгружающих канатов и сеток а также внутренние оттяжки. При использовании двухслойного полотна воздух распределяется надва потока. Первый поток поддерживает давление внутри купола которое незначительно выше атмосферного второй поток направляется впространство между слоями. Расстояние между слоями- 60см засчет чего обеспечиваются прекрасные теплоизоляционные свойства. [3]
Наиболее простыми формами воздухоопорных конструкций являются цилиндрические и сферические поверхности. Но возможны конструкции более сложных гиперболических и параболических форм либо композиции из нескольких поверхностей. Формы воздухоопорных конструкций зависят от размера конструкции и прочности материала.
В качестве материала покрытия используют армированную ПВХ-ткань класса М2 имеющую пропитку против горения. Уникальная формула плетения силовых нитей такой ткани препятствует распространению преднамеренного разрыва напряженной оболочки купола а химический состав ткани и покрывающего ее лака обеспечивает длительную защиту от воздействия влаги УФ-излучения и микроорганизмов. Кроме того благодаря особым свойствам ткани купол устойчив к загрязнению и легко моется. Аналогичный материал применяется и при изготовлении каркасно-тентовых конструкций.
В зависимости от типа помещения и размеров катка учитываются особенности проектирования системы холодоснабжения системы вентиляции и кондиционирования и технологической плиты.
Обзор систем холодоснабжения искусственных катков
С середины прошлого века до сегодняшних дней можно выделить два направления развития систем холодоснабжения ледовых катков: системы непосредственного охлаждения и системы с использованием хладоносителя. Непосредственное охлаждение поля хладагентом и первый опыт проектирования таких систем как в СССР так и за рубежом был связан с использованием аммиака. Позже в 80-х на катках западной Европы стали появляться системы работающие на фреонах. Значительная протяженность горизонтальной трубной системы (десятки километров) и как следствие большой объем охлаждающей системы определяли наличие следующих недостатков и особенностей: [4]
Внушительные капитальные затраты связанные с большим объемом системы.
Насосно-циркуляционная система подачи хладагента в охлаждающие батареи. Наличие циркуляционного ресивера на каждом участке поля для крупных ледовых арен.
Затрудненное удаление масла из трубной системы и циркуляционных ресиверов.
Рассмотрим некоторые схемы холодоснабжения ледовых катков:
Олимпийский комплекс в г. Гренобле.
Комплекс включает в себя конькобежную дорожку поле для массового катания общей площадью 8970 м2 и расположенное внутри крытого зала стандартное хоккейное поле. В данной схеме непосредственного охлаждения в качестве хладагента используется аммиак. Чтобы избежать замасливания аппаратов и испарителя устанавливаются специальные бессмазочные компрессора фирмы «Зульцер» у которых цилиндр не смазывается маслом. Машинные отделения и системы охлаждения для зон катания конькобежной дорожки и хоккейной коробки – раздельные.
Рис. 3. Принципиальная схема системы охлаждения катка в г. Гренобле: 1 – трубные батареи поля; 2 – подающий трубопровод; 3 – обратные трубопровод; 4 – циркуляционные насосы; 5 – фильтр; 6 – циркуляционный ресивер; 7 – конденсатор; 8 – компрессор; 9 – яма таяния снега; 10 – водяной насос; 11 – слив воды; 12 – терморегулирующие вентили; 13 – маслоотделитель; [4]
Каждая система включает в себя один циркуляционный ресивер и несколько аммиачных насосов. Циркуляционный ресивер выполняет роль отделителя жидкости. Кратность циркуляции принята 5-6. Открытая ледовая площадка эксплуатируется с 15 декабря по 15 марта. Приближенная расчетная величина теплопритоков к ледяной поверхности в этот период равна 430 Втм2 однако общая установленная холодопроизводительность шести компрессоров составляет 4520 кВт а расчете на наиболее теплые дни при температуре кипения -7 и конденсации +22. Компрессоры имеют устройства для ступенчатого регулирования холодопроизводительности до 50% максимальной то есть всего 12 ступеней. Регулирование холодопроизводительности происходит по датчику установленному в бетонную охлаждающую плиту вровень с поверхностью. Охлаждающая трубная система открытой ледяной площадки состоит из труб размером 25*2 мм расположенных с шагом от 70 до 85 мм. Принята схема с прямоточным движением охлаждающей среды. Охлаждающая плита расположена на грунте. Ледяное поле внутри крытого зала может исполь«Зульцер» суммарной холодопроизводительностью 870 кВт при температурах кипения и конденсации -7 и +22. Охлаждающая система состоит из труб размером 27*26 мм уложенных на расстоянии 80 мм вдоль длинной стороны поля. Основание крытого катка лежит на четырех опорах забитых на 16-24 м в грунт. [4]
Каток «Валле Ховин» в Осло.
Рис. 4. Насосно-циркуляционная схема охлаждения катка «Валле Ховин».
– автономные секции охлаждающей плиты; 2 – турбокомпрессоры; 3 – воздушные конденсаторы; 4 – линейный ресивер; 5 – циркуляционные ресиверы; 6 – фреоновые насосы; 7 – пневматические управляющие устройства; 8 – регулирующие клапаны с пневмоприводом; 9 – автоматические вентили постоянного давления; [4]
До недавнего времени каток «Валле Ховин» носил статус самого большого катка в европе. Общая площадь поверхности льда состовляет 13000 м2. Впервые для открытого катка была выбрана насосно-циркуляционная схема охлаждения технологической плиты с использованием R12. Режим работы катка сезонный продолжается с 15 октября по 30 марта когда удельные нагрузки на оборудование не превышают 267 Втм2. Машинное отделение располагается под трибунами. В машинном отделении установлено три турбокомпрессора холодопроизводительностью 1160 кВт каждый при температуре кипения и конденсации -120С и 350С.
Для уменьшения падения давления при прохождении кипящего хладагента по трубной системе была выбрана прямоточная схема трубных батарей. Трубные петли имеют длину 76 м и уложены поперек продольной линии катка; петли выполнены из труб диаметром 31 мм уложенные с шагом в 90 мм. Трубная система разделена на 6 автономных секций каждая из которых обслуживается отдельным горизонтальным циркуляционным ресивером и двумя фреоновыми насосами. Горизонтальные циркуляционные ресиверы одновременно выполняют функции отделителя жидкости.
Одним из недостатков разбиения поля на автономные сегменты является невозможность эксплуатировать конькобежную дорожку отдельно от всего поля. Из-за неравномерного распределения нагрузки на технологическую плиту возникает необходимость поддерживать разную температуру в каждой секции при помощи автоматических регуляторов давления «до себя» паровой линии циркуляционного ресивера. Оптимальный уровень жидкости в циркуляционных ресиверах поддерживается с помощью реле уровня которые через пневматические направляющие воздействуют на регулирующие клапаны с пневмоприводом. Уровень жидкости в линейном ресивере контролируется с помощью реле уровня связанного с реле уровня в циркуляционных ресиверах. Регулирование производительности поточных компрессоров производится по секции для которой требуется самая низкая температура. Большинство хладагента находится на низкой стороне системы. Суммарная вместимость циркуляционных ресиверов составляет 125 м3 что обеспечивает надежную работу системы в различных режимах исключая возможности их переполнения.
Технологическая плита отделена от массива и расположена на сваях ввиду крайне неблагоприятных геологических условий (глинистый грунт высокий уровень грунтовых вод). Нижняя поверхность плиты теплоизолирована. Пространство между грунтом и плитой проветривается теплым воздухом нагреваемым в воздушных конденсаторах.[4]
Каток дворца спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге.
Рис. 5. Принципиальная схема холодоснабжения катка Дворца спорта «Юбилейный»
– тренировочный каток; 2 – теплообменник-подогреватель рассола; 3 - демонстрационный каток; 4 – бак-аккумулятор; 5 – охладитель воды для системы кондиционирования воздуха; 8 – магистральный трубопровод холодного рассола; 9 – испарители; 10 – трубопроводы отепленного рассола; [4]
Дворец спорта «Юбилейный» включает демонстрационный и тренировочный катки с ледяным полем 61*30 м с круглогодичным режимом работы. Машинные отделения максимально приближены к потребителям холода. В машинных отделениях установлены две холодильные машины общей холодопроизводительностью 1220 кВт при расчетном режиме работы катка. Система охлаждения с использованием хладоносителя – 26% раствора хлористого кальция. Общая нагрузка на систему охлаждения и систему кондиционирования катка в несколько раз превышает значение холодопроизводительности холодильных машин.
В данной схеме предусмотрен бак-аккумулятор с аккумуляционной способностью 4650 кВт при температурах хладагента -180С и 60С. Аккумулирование осуществляется в период между мероприятиями когда нагрузки уменьшаются. Наличие бака-аккумулятора позволяет работать системе ритмичнее отказаться от использования расширительного бака а также дает возможность быстро регулировать температуру в зависимости от типа мероприятий.
Трубная система состоит труб диаметром 38 мм уложенные с шагом в 100 мм; групповых коллекторов и магистрали. Трубные петли объединены групповыми коллекторами. Каждый групповой коллектор соединен с магистралью одним патрубком с минимальным количеством мест в которых возможна атмосферная коррозия. Основания катков выполнены на сваях и подняты над землей. Охлаждающая плита может перемещаться относительно нижележащих слоев основания по слою скольжения состоящего из двух слоев гидроизола обсыпанные тальком. Технологическая плита тренировочного катка эксплуатируется почти непрерывно и изолирована 180 мм битумперлита из расчета минимальной величины теплопритоков со стороны грунта; демонстрационная плита изолирована 120 мм пеностекла так как арена должна иметь возможность быстро трансформироваться. [4]
Спортивный комплекс Медео
Высокогорный спортивный комплекс Медео – самый южный ледовый стадион в мире общая площадь составляет 10500 м2. Срок эксплуатации – с сентября по апрель. Мощность холодильной установки и режиме работы выбраны из условия поддержания льда в наиболее жаркий период только в пределах конькобежной дорожки. Для работы катка в период максимальных теплопритоков имеются две установки с центробежными компрессорами ХТМФ-3481 (К 12) холодопроизводительностью 2560 кВт каждая с возможностью регулировать последнюю автоматически от 100 до 50%. В период зимних оттепелей при теплопритоках к поверхности льда 87—155 Втм2 в работу включаются две холодильные машины ХМ22ФУ-4002 (К22). Система охлаждения конденсаторов закрытая с циркуляцией воды через конденсатор и теплообменник где последняя охлаждается водой из реки протекающей вблизи катка. Схема охлаждения с промежуточным теплоносителем. [4]
Особое внимание обращено на качество искусственного льда. Теплотехнический расчет элементов охлаждающей плиты выполнен так чтобы разность температуры поверхности льда при начальной толщине его и максимальных теплопритоках не превышала 05°С а в оттепель приближалась к качеству естественного льда в лучших природных условиях. Трубные батареи из труб диаметром 32 мм собраны по схеме со встречным движением рассола применение которой позволило увеличить разность температуры рассола в поле и резко уменьшить производительность рассольных насосов. Расстояние между трубами в батареях конькобежной дорожки: 78 мм для средней дорожки длиной 396 м 70 мм для наружной дорожки длиной 428 м; 85 мм для внутренней дорожки длиной 364 м для создания разной скорости движения рассола в трубах и увязки сопротивления батарей с различной длиной трубных плетей без установки дросселирующих устройств. [4]
Среди многих мероприятий по обеспечению долговечности элементов системы охлаждающих устройств особое место занимает защита трубных батарей и арматуры от атмосферной коррозии созданием трещинно-стойкой охлаждающей плиты. Для обеспечения перемещения охлаждающей плиты по основанию в плоскости скольжения устроен слой скольжения из поливинилхлоридных пленок обработанных графитным порошком. Основание естественного катка Медео насыпное содержит непромерзающие коренные породы и вспучивающиеся грунты поэтому одной из главных задач является зашита основания от промерзания и вспучения. [4]
По технико-экономическим соображениям (с учетом доступности гравия и невозможности устройства свай из-за валунов очень большого размера) принят вариант искусственного основания из морозостойких материалов. Толщина слоя гравия в основании 15 м основание включает также теплоизоляционный слон из 025 м пенополистерола. Такая конструкция основания надежно защищает его от промерзания и вспучивания и не препятствует полному оттаиванию основания к началу очередного сезона эксплуатации. [4]
Актуальность настоящего проекта для Петрозаводска оправданна малым количеством спортивных сооружений с искусственным льдом в городе и за его чертой. Спортивный комплекс универсален и может использоваться в нескольких режимах: проведение тренировок массовое катание и проведение торжественных мероприятий. Проектируемый каток займет свою нишу не только как место для осуществления тренировок но и как место для семейного досуга и отдыха.
Проведение тренировок местной хоккейной команды «Карельские медведи» юношеской и профессиональной лиги – основная цель проекта. Немалую выгоду в себе кроет и проведение сеансов массового катания посетителей. Для осуществления массового катания в спортивном комплексе функционирует прокат спортивного инвентаря и предоставляются услуги по заточке коньков. Заливка льда производится после каждого сеанса катания. Для проведения хоккейных матчей в основном помещении комплекса предусмотрено 300 посадочных мест. В холле работает небольшое кафе.
Основной задачей настоящего дипломного проекта является определение толщины теплоизоляционных материалов тепловой расчет нагрузки на оборудование поверочный расчет и комплексный подбор оборудования для системы холодоснабжения крытого ледового катка. В целях повышения долговечности сооружения и увеличения энергоэффективности установки важной частью проекта является определение точной температуры хладоносителя и глубины промерзания грунта. Данные полученные в результате теплофизических расчетов проведенные с учетом всех особенностей климата и расчетных условий эксплуатации позволят точно определить нагрузку и правильно подобрать теплоизоляционные материалы и технологическое оборудование.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.docx

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
) Описание устройства воздухоопорных сооружений. [Электронный ресурс]
) Быков А.В. Различные области применения холода Под ред. А.В. Быкова – М.: Агропромиздат 1985. – 272 стр.
) Курылёв Е.С. Холодильные установки: Учебник для студентов вузов специальности «Техника и физика низких температур» «Холодильная криогенная техника и кондиционирование» Е.С. Курылёв В.В. Оносовский Ю.Д. Румянцев. – СПб.: Политехника 2002. – 576 стр.
) Строительная климатология СНиП 23-01-99
) Агеев Г.Л. Бабакин Б.С. Выгодин В.А. Расчет тепло-пароизоляции ограждений и теплопритоков в охлаждаемые помещения холодильника Москва 1997 г. ГПП Печатник
) Корнивец Дмитрий. Повышение эффективности холодильных установок с компрессорами Bitzer Д. Корнивец представитель БИТЦЕР СНГ в Санкт-Петербурге [Электронный ресурс]
) Мотин В.В. Вспомогательная теплообменная аппаратура в холодильных машинах. Конструкция принцип действия расчёт и подбор. Учебно-методическое пособие В.В. Мотин. – М.: МГУПП 2013 - 48 стр.
) Чумак И.Г. Холодоснабжение предприятий мясной и молочной промышленности. Справочное пособие Под ред. проф. И.Г. Чумака. – Киев: Вища школа. Головное изд-во 1979. – 192 стр.
) Мотин В.В. Теплообменные аппараты в холодильных машинах: учебно-методическое пособие для студентов специальностей 140504 и 190603 В.В. Мотин. – М.: МГУПБ 2012. – 86 стр.
) ГОСТ 12.2.085 – 2002 «Сосуды работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности.»
) Бабакин Б.С. Экология и холодильная техника: учебник Б.С. Бабакин К.В. Показеев В.А. Выгодин Т.О. Чаплина.- Москва: ДеЛи принт 2009.- 532 стр.
) Бабакин Б.С. Диагностика работы дросселирующих устройств и контроллеров холодильных систем: Учебное пособие Б.С. Бабакин. – Рязань: «Узоречье» 2004. – 272 стр.
) Бабакин Б.С. Хладагенты масла сервис холодильных систем: Монография Б.С. Бабакин. – Рязань: «Узоречье». – 2003. – 470 стр.
) Бабакин Б.С. «Диагностика дросселирующих устройств и контроллеров холодильных систем» Учебное пособие. – Рязань: «Узоречье» 2004. – 272 с.
) ГОСТ 19710-83 «Этиленгликоль. Технические условия.»
) СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

АННОТАЦИЯ.docx

Данный проект посвящен разработке системы холодоснабжения крытого катка площадью 1800 м2 с круглогодичным режимом работы в г. Петрозаводск.
В пояснительной записке представлен материал посвященный актуальности проблемы проектирования помещений с искусственным льдом приведена широкая классификация схем холодоснабжения ледовых арен и предложены возможные пути увеличения их энергоэффективности.
В расчетной части проекта представлена методика определения теплопритоков на технологическое оборудование в помещении с ледовой поверхностью. С учетом нагрузок определена расчетная температура хладоносителя рассчитано и подобрано основное вспомогательное оборудование трубопровод а также оборудования гидромодуля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.docx

В ходе выполнения дипломного проекта были рассчитаны: толщина теплоизоляционного слоя материалов для стен помещения покрытия и технологической плиты глубина залегания нулевой изотермы точная температура хладоносителя необходимая для поддержания слоя льда расчетной толщины.
Учитывая все возможные теплопритоки и особенности расположения объекта было подобрано современное технологическое оборудование;
Выбор закрытой системы с хладоносителем обусловлен следующими преимуществами по сравнению с испарительной системой охлаждения: долговечность и надежность системы высокая кратность циркуляции сокращение капитальных и эксплуатационных затрат.
Подобрано современное холодильное оборудование ведущих мировых производителей выбраны лучшие контрольно-измерительные приборы новейшие системы управления.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.docx

Принцип работы системы холодоснабжения
Система хладоснабжения трубной системы ледового поля выполнена по закрытой схеме с промежуточным хладоносителем - водным раствором этиленгликоля. В рабочем режиме контур охлаждения ледового поля работает по следующей схеме: в установке охлаждения жидкости раствор этиленгликоля охлаждается до температуры минус 14°С и поступает по подводящим магистралям в подающие коллекторы из которых попадает в трубную систему ледового поля из ПНД труб; в трубной системе происходит передача теплоты к раствору этиленгликоля который нагревается до минус 10°С и попадает в обратный коллектор и через обратный магистральный трубопровод направляется к установке охлаждения жидкости где охлаждается и снова направляется к ледовому полю.
Конденсация паров хладагента осуществляется в конденсаторе воздушного охлаждения сконденсировавшийся хладагент по жидкостному трубопроводу направляется обратно в установку.
Заправка системы хладагентом производится через заправочные вентили. На емкостных аппаратах установлены предохранительные клапаны. Для системы обогрева несущей плиты основания ледового поля предусмотрен узел утилизации теплоты конденсации в составе теплообменника и гидромодуля для организации циркуляции теплоносителя. Контроль параметров работы системы осуществляется с помощью манометров и термометров.[5]
Характеристики рабочих веществ
Применяемый в холодильной машине хладагент фреон R404а разрешен к использованию в соответствии с Международной Монреальской конвенцией по экологически безопасным хладагентам без каких-либо ограничений. Основные физико-химические характеристики фреона R404A приедены в таблице №1. [5]
Таблица №1. Физико-химические свойства фреона R404а. [5]
Относительная молекулярная масса гмоль
Температура кипения 0С при 1013 бар
Критическая температура 0С
Критическое давление бар
Критическая плотность кгл
Водный 40% раствор этиленгликоля. Этиленгликоль бесцветная сиропообразная жидкость без запаха. Водные растворы этиленгликоля имеют хорошие теплообменные характеристики – низкую вязкость высокую теплопроводность большую теплоемкость. Основные физико-химические характеристики 40% водного раствора этиленгликоля приедены в таблице №2. [5]
Таблица№2 физико-химических свойств хладоносителя. [5]
Водный раствор этиленгликоля 40%
Удельная теплоёмкость кДж(кг*К)
Коэффициент теплопроводности Вт(м*К)
Динамическая вязкость Па*сек
Динамическая вязкость сСт
Температура затвердевания 0С
Масло Bitzer BSE 170 Refrigeration Oil. Свойства: Холодильные масла серии BITZER BSE изготовляются из синтетических эфиров и разработаны специально для не хлорсодержащих хладагентов R404а R404АR407C R410A. Ввиду высокой полярности масла BITZER BSE имеют более высокую гигроскопичность чем масла на минеральной основе и синтетических углеводородах. Поэтому во время заправки этими маслами на заводах контакт масел с воздухом должен быть минимальным. Открытые емкости следует использовать в течение одного рабочего дня. Основные физико-химические характеристики масла BSE 170 приедены в таблице №3. [5]
Таблица №3 физико-химических свойств холодильных масел серии: BSE 170. [5]
Фалекс анализ (насыщение R134a)
Растворимость 10% в R134a
Размещение оборудования системы холодоснабжения
Установка охлаждения жидкости с воздушным конденсатором представляет собой изделие полной заводской готовности. Располагается в машинном отделении. Насосы циркуляции хладоносителя ледового поля расположены внутри установки. Установка размещается таким образом чтобы с любой стороны был обеспечен свободный доступ для обслуживания и ремонта. Для предотвращения передачи вибрации от работающего оборудования на строительные конструкции холодильные агрегаты установлены на виброизолирующие опоры и соединены с системой трубопроводов посредством гибких вставок. Компоновка оборудования выполнена с соблюдением «Правил устройства и безопасной эксплуатации холодильных систем 2003г.». [5]
Конструкция трубной системы поля и охлаждающей плиты
Все рассольные трубопроводы в данном проекте относятся к группе «В» категория трубопровода V (СН 550-82 ПБ-03-108-96). Ледовое поле выполняется по финской технологии из напорных полиэтиленовых трубопроводов (полиэтилен низкого давления ПЭ-80) диаметром 25мм с расстоянием между трубами по центрам 80 мм. Применяются только полиэтиленовые трубы со сроком службы не менее 50 лет. Трубы укрываются арматурной сеткой и заливаются бетоном. Верх уровня бетона находится в 30 мм от верхней точки трубок. Армирование плиты двойное под трубками и над ними (арматурная сетка вязанная А(III) 10мм 200х200). [5]
Коллекторы трубной системы поля и трубопроводы к холодильной машине выполняются из полиэтиленовых труб Дн 160 по трехтрубной схеме (по принципу петли Тихельмана). Соединения выполняются стыковой сваркой также используются фланцевые соединения. Трубы поля ввариваются в трубные коллекторы. Все соединения в трубной системе поля выполняются сварными. Использование механических соединений допускается ограниченно лишь в местах доступных для инспекции. [5]
Охлаждающие трубки устанавливаются последовательно. Трубки поочередно подсоединяются к подающему и обратному трубопроводу. Соединения выполняются с помощью сборно-разборной компрессионной муфты. Трубки должны быть закреплены к арматурному «поручню» вместе с периметровыми трубками по концу поля противоположному коллекторной канаве. Основные охлаждающие трубки должны располагаться по длине поля и должны крепиться к арматуре минимум через 800мм. [5]
Под охлаждающей плитой находится теплоизоляция от теплопритоков из грунта. Толщина бетонной плиты составляет 120 мм. «Холодная» и «теплая» плиты разделяются специальной конструкцией одновременно выполняющей роль температурного и деформационного шва и дренажного канала вокруг ледового поля. Следует учитывать что поле необходимо выполнить монолитом за одну заливку бетоном класса B25 с морозостойкостью F200 и водонепроницаемостью W6. Для это-го потребуется мощный бетононасос (20-30 м3 в час) 6-8 миксеров (в зависимости от расстояния до завода) 15-20 рабочих-бетонщиков наличие бетонного завода на расстоянии не более часа езды способного дать 300м3 бетона нужной марки в течение суток а также выравнивающие и шлифовальные машины для бетонных полов. [5]
Охлаждающая плита выполняется горизонтальной а её поверхность ровной. Зазор между рейкой длиной 3 м и поверхностью плиты в любой её точке должен быть не более 5 мм. Во избежание промерзания грунта и деформации конструкции ледовой площадки предусмотрена система обогрева основания поля.
На гидроизолированную поверхность существующей плиты укладывается цементно-песчаная стяжка М150 толщиной 80мм с уложенными в ней трубами обогрева грунта. Система обогрева основания поля состоит из полиэтиленовых трубопроводов (полиэтилен низкого давления ПЭ-80) диаметром 25мм с расстоянием между трубами по центрам 500мм. [5]
Монтаж и испытание оборудования и технологических
Монтаж и испытание оборудования и трубопроводов должны выполняться в строгом соответствии с рабочей проектной документацией требованиями изложенными в паспортах и инструкциях фирм-изготовителей на поставленное оборудование требованиями изложенными в СНиП РК 3.05-09-2002 «Технологическое оборудование и технологические трубопроводы» и в «Межотраслевых правилах по охране труда при эксплуатации фреоновых холодильных установок. ПОТ Р М 015-2000».
Монтаж трубопроводов для этиленгликоля - из полиэтиленовых труб. Переход с одного диаметра трубопровода на другой осуществлять с помощью штампованных переходов.
Трубопроводы проходящие через стены и перекрытия заложить в стальных гильзах внутренний диаметр которой должен быть на 10-20 мм больше наружного диаметра трубопровода концы гильз должны выступать на 20 - 50 мм из пересекаемой конструкции. После прокладки трубопроводов зазор между гильзой и трубой заделать несгораемым материалом допускающим перемещения трубопровода вдоль его оси. Длину гильз пересекающих стены и перегородки допускается принимать равной толщине пересекаемой стены или перегородки.
Трубопроводы монтировать на специальных опорах или подвесах которые должны быть рассчитаны на собственную массу трубопровода массу хладагента хладоносителя а так же тепловой изоляции принятых с коэффициентом запаса не менее 12 (ПОТ РМ 015-2000 п.7.14).
После окончания монтажных работ и продувки системы произвести испытание в соответствии с СН 478-80
Вначале производится опрессовка системы воздухом и аудиови-зуальный осмотр наличия утечек. Каждое место соединения должно быть пролито мыльной водой и произведен визуальный осмотр. Давление может меняться как в результате температурных колебаний так и в результате упругой деформации самих трубок но в течение последнего часа испытаний давление не должно падать. Испытательное давление должно составлять 13 от нормального рабочего давления. Испытательным давлением система должна быть нагружена на 30 минут после чего давление должно быть снижено до нормального рабочего давления. На время остальных работ система должна находиться под рабочим давлением также должна производиться ежедневная проверка давления. При значительном снижении давления необходимо выяснить причину снижения давления и при необходимости устранить утечку.
После испытания системы оборудование и трубопроводы изолировать в соответствии с проектом.[5]
Запуск в работу общей системы холодоснабжения
Запуск в работу оборудования общей системы холодоснабжения выполняется в соответствии с требованиями Инструкции по эксплуатации разрабатываемой организацией выполняющей СМР и ПНР совместно со службой эксплуатации объекта. Запуск в работу оборудования системы холодоснабжения выполняется после завершения пусконаладочных работ. [5]
Теплоизоляция и окраска технологических трубопроводов
После испытания системы оборудование и трубопроводы изолировать в соответствии с проектом. На изолированные трубопроводы наносится маркировка краской поверх теплоизоляции в виде цветных колец и стрелок указывающих направление потока среды.
В качестве теплоизоляционных материалов принят материал из вспененного полиэтилена. [5]
Характеристика теплоизоляционного материала:
-теплопроводность λ ≤ 0033 Вт(м-К);
-сопротивление диффузии пара ≥ 10000.
Теплоизоляция поставляется в виде трубок (для диаметров 15 - 100 мм) и рулонов (для элементов системы диаметром > 100мм). До проведения изоляционных работ поверхность стальных трубопроводов должна быть очищена щетками после чего выполнено антикоррозийное покрытие грунтовкой ГФ.
После выполнения изоляционных работ и окраски неизолированных трубопроводов на трубопроводы и оборудование нанести опознавательную окраску и установить маркировочные щитки. [5]
Крепление трубопроводов
Крепление трубопроводов выполняется к закладным элементам опорам и подвескам согласно требованиям СНиП 3.05.05-84. При монтаже трубопроводов с арматурой необходима установка вблизи них дополнительных опор.
Технология намораживания льда на поверхность технологической плиты
Процесс намораживания льда до рабочей толщины - 5 см на каждом ледовом поле занимает от 72 до 164 часов в зависимости от принятой технологии и квалификации специалистов ледовой службы. Технология процесса намораживания требует выполнения 6-ти самостоятельных взаимосвязанных этапов:
- смачивание бетонной поверхности для удаления газообразных включений и воздуха из пор бетонной охлаждаемой технологической плиты;
- замораживание смоченной бетонной поверхности;
- намораживание ледовой подосновы;
- строгание и нанесение разметки;
- заливка рабочего льда;
- создание верхнего скользящего слоя конькобежного льда. [5]
Технология выполнения намораживания льда с оптимальными свойствами разрабатывается для каждой конкретной дисциплины после завершения испытаний и приёмки в эксплуатацию всех инженерных систем объекта. Шлифовка и доводка льда осуществляется с помощью ручных льдоуборочных машин.
Промышленная безопасность
Настоящий проект выполнен в соответствии с требованиями экологических санитарно-гигиенических противопожарных и других форм и обеспечивает безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию холодильного оборудования. [5]
В целях промышленной безопасности проектом предусмотрено:
процесс получения холода производится в замкнутом цикле;
установки охлаждения жидкости контейнерного типа на базе винтовых компрессоров исключающих возможность гидравлических ударов отвечающих требованиям безопасности;
трубопроводы хладоносителя из ПНД труб по ГОСТ 18599-2001 с максимальным рабочим давлением 10 МПа и стальных труб по ГОСТ 8732-78 с максимальным рабочим давлением 10 МПа;
трубопроводы хладона медные с максимальным рабочим давлением 50 МПа;
запорная арматура класса герметичности «С»;
предварительные гидравлические испытания на прочность и герметичность смонтированной системы.
Проектируемое производство по характеристике применяемых рабочих веществ относится к пожаровзрывобезопасным производствам. Холодильный агент - хладон R404А относится к негорючим газам и разрешен к применению в России до 2030 года Монреальским Протоколом. [5]
Промежуточные продукты:
-хладоноситель водный раствор этиленгликоля – негорючая жидкость;
-смазочное масло - горючая жидкость.
По санитарной характеристике хладон R404А относится к IV классу опасности (пар); смазочное масло - к III классу опасности (аэрозоль) этиленгликоль - к III классу (жидкость) в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88.
Токсикологическая характеристика продуктов приведена в таблице №5. Наиболее опасными являются:
-места выделения паров хладона при аварийной разгерметизации системы при проведении операции по заполнению и пополнению системы олодильным агентом и операций по вскрытию оборудования перед его осмотром и ремонтом. При попадании воздуха в систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Пары хладона разлагаются под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений.
-попадание жидкого хладона в компрессор и как следствие возможное разрушение конструкции компрессора в результате гидравлического удара;
-неисправности электропроводки и оборудования что может привести к поражению обслуживающего персонала электрическим током;
-механические и термические травмы при неправильной эксплуатации оборудования.
Водный раствор этиленгликоля хранить транспортировать и утилзировать согласно требований Г0СТ19710-83 и местных природоохранных нормативов.
Мероприятия по эвакуации водного раствора этиленгликоля при ремонте и аварии.
При проведении плановых ремонтных работ системы холодоснабжения связанных с необходимостью слива хладоносителя (водного раствора этиленгликоля) требуется по возможности отключить ремонтируемый участок от общей системы для уменьшения потерь хладоносителя.
Хладоноситель слить в емкости в которых он был доставлен на объект. В случае их отсутствия заказать необходимое количество емкостей отвечающих требованиям ГОСТ 19710-83.
При работе с хладоносителем соблюдать индивидуальные меры пре-досторожности (использовать индивидуальную защитную одежду избегать контакта с кожей глазами и одеждой). [5]
Не допускать попадание хладоносителя на почву в канализацию сточные и грунтовые воды.
При аварийном разливе хладоносителя необходимо:
Для небольших количеств:
Собрать при помощи подходящего материала впитывающего жидкость (песок кизельгур древесные опилки вермикулит глинистый абсорбент Zorb-all (R)) разлившийся хладоноситель. Собрать адсорбированный материал в подходящие и надлежащим образом промаркированные контейнеры и утилизировать согласно действующим предписаниям. [5]
Для больших количеств:
Локализовать утечку. Откачать хладоноситель. Загрязненные предметы и пол основательно вымыть водой и тензидами. Собрать отходы в подходящие емкости (раздельно) нанести обозначения и закрыть. Утилизацию провести согласно местным предписаниям путем сжигания или захоронить на специальной свалке для химических отходов.
Отработанный хладоноситель собирается в емкости промаркированные согласно предписаниям местных природоохранных органов. Утилизация должна осуществляться в соответствие с требованиями национального регионального и местного законодательства в отношении утилизации опасных отходов.
Не сбрасывать в канализацию на землю или в любые водоемы.
Таблица № 4. Основные физико-химические пожароопасные свойства продуктов. [5]
Наименование веществ
Состояние при норм. условиях
Плотность по воздуху
Действие на организм человека
Отравление ожог раздражение слизистой оболочки удушье
Таблица № 5. Токсикологическая характеристика продуктов. [5]
ПДК раб. зоны мгм3 (ppm)
Сведения о характере воздействия на организм человека
Мероприятия по оказанию первой медицинской помощи
Промыть водой полоскать 2% раствором соды. Свежий воздух теплое питье кислород. Вызвать скорую помощь
При раздражении слизистой оболочек полоскат нос и горло 2% раствором соды при попадании в глаза – промыть водой; при поражении кожи – окунуть в теплую (35-40 0С) воду на 5-10 мин. осушить и смазать мазью
При приеме внутрь - отравление
Свежий воздух промыть желудок водой. При попадании на кожу – промыть водой. Вызвать скорую помощь.
Свежий воздух промыть желудок водой.
Мероприятия по охране окружающей среды.
Установка охлаждения жидкости контейнерного типа осуществляет «выработку холода» для технических целей. Технологическая схема предусматривает циркуляцию хладона по замкнутому контуру и оснащена необходимым набором средств защиты от выбросов и утечек агента.
Выбросы масла при эксплуатации отсутствуют.
Годовые потери хладона при профилактических работах на установке охлаждения жидкости могут составить около 3 - 5% от общего количества хладона в системе (по ВНТП 03-86 Минторга СССР) т.е. примерно 15 кггод. [5]
На основании «Инструкции о порядке рассмотрения согласования и экспертизы воздухоохранных мероприятий и выброса загрязняющих веществ по проектным решениям» (ОНД-1-84 табл. 1 прим. 5) указанное количество хладона в расчет вредных воздействий не принимается. Для рассматриваемого случая параметр являющийся функцией количества вредных веществ и их концентрации R = 008. Только при R больше 5 выбросы рассматриваются на вредность. [5]
Отработанное масло выпускается через шланг в транспортную емкость (бочку) и отправляется на утилизацию. Повторное использование масла в компрессоре агрегата не допускается.
Проектом предусмотрена замкнутая схема циркуляции водного раствора этиленгликоля что значительно снижает эксплуатационные потери хладоносителя. Постоянная фильтрация раствора и наличие в нем ингибитора коррозии позволяет эксплуатировать систему без промывки и очистки длительное время. [5]
Промышленная санитария и охрана труда
Проектом предусмотрены мероприятия направленные на уменьшение контакта обслуживающего персонала с вредными веществами:
- все оборудование арматура и трубопроводы герметизированы;
- для трубопроводов транспортирующих холодильный агент применена арматура соответствующая классу герметичности «С» (ГОСТ 9544-93); [5]
- для удаления паров и газа выделяющихся через возможные неплотности в системе предусмотрена вытяжная вентиляция;
- при аварийной ситуации срабатывают аварийные предохранительные клапаны на установках охлаждения жидкости и хладон выбрасывается в атмосферу по аварийному трубопроводу.
При проведении работ по пуско-наладке эксплуатации и ремонте системы холодоснабжения необходимо руководствоваться требованиями ПОТ Р М-015-2000 и инструкциями на оборудование и материалы.
При заправке системы хладоносителем необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- не засасывать жидкость ртом при ее переливании;
- во время работы с охлаждающей жидкостью не курить и не принимать пищу;
- в тех случаях когда при работе возможно разбрызгивание охлаждающей жидкости пользоваться защитными очками;
- обработку использованной транспортной тары и транспортных средств проводить в средствах защиты (резиновые перчатки фартук защитные очки при необходимости респиратор с фильтром АР2);
- открытые участки кожи и поверхности с лакокрасочными покрытиями на которые попала охлаждающая жидкость необходимо промыть водой.
При заправке системы хладоном необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- при работе пользоваться защитными очками;
- избегать попадания на кожу. [5]
Защита от шума и вибраций
Шумовые характеристики оборудования не превышают допустимой величины для кратковременного нахождения людей. При длительном нахождении людей в холодильной станции (ремонтные работы) необходимо пользоваться индивидуальными средствами защиты.
Для уменьшения вибраций передаваемых по строительным конструкциям предусмотрены самостоятельные фундаменты под оборудование. [5]
Техника безопасности
Основные проектные решения и мероприятия обеспечивающие безопасное ведение процесса: проектируемый процесс происходит в замкнутом цикле.
Проектом предусмотрена комплектная установка охлаждения жидкости полного заводского изготовления что обеспечивает герметичность системы.
Процесс максимально автоматизирован; все параметры ведения процесса контролируются и регулируются микропроцессорной техникой. [5]
На оборудовании и аппаратах где это необходимо предусмотрена установка соответствующих контрольно-измерительных приборов.
Установка оснащена системой сигнализации выхода параметров процесса за допустимые пределы.
Для обеспечения надежности ведения процесса предусмотрено:
-электроснабжение - по третьей категории надежности;
-непрерывность подачи хладоносителя потребителям путем автоматического контроля работы насоса.
Предупредительная сигнализация и необходимые блокировки обеспечивают:
-сигнализацию о работе оборудования;
-сигнализацию об аварийной остановке оборудования;
-сигнализацию о понижении давления и температуры в испарителях;
-контроль параметров и сигнализацию о нарушениях в системах подачи охлаждающей среды хладоносителя электроэнергии.
Оборудование где возможно повышение давления снабжено предохранительными клапанами. [5]
Климат в г. Петрозаводск относят к умеренно-континентальному с чертами морского. Зимапродолжительная относительно мягкая.Летокороткое прохладное. Больше половины дней вгоду— пасмурные. Годовое количество осадков 611мм.Веснанаступает в серединеапреля но возврат холодов возможен и вмае. Летоначинается в первой половине июня. Климатологические данные сведены в таблицу №6. [6]
Таблица №6. Климатологические данные г. Петрозаводска [7]
Исходные данные и общие положения
Расчет и проектирование системы холодоснабжения крытого катка осуществляется на основе полученных исходных данных:
Режим работы: круглогодичный;
Размеры охлаждаемого поля (м): 60×30;
Размеры помещения с искусственным льдом (м): 64×36;
Применяемый хладагент:
Применяемый хладоноситель: 40% раствор этиленгликоля;
Нормативная толщина льда (м): 005;
Нормативная температура льда: – 5°С;
Местоположение: г. Петрозаводск;
1 Расчет и подбор теплоизоляционных материалов для ограждений и технологической плиты
Согласно техническому регламенту и международным нормам строительства помещений с искусственным льдом проектируемое пространство должно быть эффективно изолировано от инфильтрации и влагопритоков как следствие быть максимально герметичным. Также при проектировании крытого катка следует предусматривать наличие системы кондиционирования и вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха и соплами на выходе из воздуховодов струи которых отделяют основной объем помещения от объема воздуха вблизи поверхности льда. Эти требования необходимо соблюдать чтобы поддерживать параметры микроклимата помещения в узком интервале значений которые определяют комфортные условия и качество поверхности льда. Наличие теплоизоляции в помещениях с искусственным льдом обуславливается колебаниями температур окружающей среды и необходимостью снизить нагрузку на систему кондиционирования и вентиляции.[1]
Температура воздуха у поверхности льда tвл принимаем равной +10°С температуру воздуха на высоте 15 м от поверхности льда и в остальном объеме помещения принимаем не более tв пм = +15°С в расчётный период.
Конструкция технологической плиты также предусматривает наличие теплоизоляционного слоя которая уменьшает интенсивность теплообмена между охлажденной бетонной заливкой и грунтом.
Толщина слоя теплоизоляционного материала определяется по следующей формуле:
Где искомая толщина слоя теплоизоляции; коэффициент теплопроводности выбранного материала; нормативный коэффициент теплопередачи ограждения; коэффициент теплоотдачи внутри помещения; сумма термических сопротивлений слоев ограждения без учета теплоизоляции; коэффициент теплоотдачи наружному воздуху.
1.1. Определяется толщина теплоизоляции для стен.
коэффициент теплопроводности выбранного материала для пенополиуритана принимаем Втм*К; Согласно справочным данным для данного вида ограждения принимаем ; коэффициент теплоотдачи внутри помещения Втм2*К; коэффициент теплоотдачи наружному воздуху Втм2*К.
Полученная величина округляется в большую сторону согласно сортаменту производителя
Определяется действительный коэффициент теплопередачи с учетом округлённого в большую сторону значения толщины материала:
1.2. Определяется толщина теплоизоляции для покрытия.
коэффициент теплопроводности выбранного материала для пенополиуритана принимаем Втм*К; Согласно справочным данным для данного вида ограждения принимаем ; коэффициент теплоотдачи внутри помещения Втм2*К; коэффициент теплоотдачи наружному воздуху Втм2*К.
1.3. Определяется толщина теплоизоляции для технологической плиты.
Так как каток планируется эксплуатировать круглогодично в целях экономии энергоресурсов в качестве теплоизоляционного материала будет использоваться керамзитный гравий.
коэффициент теплопроводности выбранного материала для керамзитного гравия принимаем Втм*К; Согласно справочным данным для данного вида ограждения и характер теплообмена при расчетном температурном режиме принимаем ; коэффициент теплоотдачи учитывающий все теплопритоки кроме грунта Втм2*К; коэффициент теплоотдачи наружному воздуху не учитываем Втм2*К.[8][4]
В результате расчета были определены виды и толщина теплоизоляционных материалов которые будут использоваться в проекте. Результаты расчета теплоизоляционных материалов приведены в таблице №7.
Таблица №7. Теплоизоляционные материалы используемые в проекте
Действительная толщина мм
Коэффициент теплопередачи
Технологическая плита
2. Расчет теплопритоков
Суммарная нагрузка на технологическое оборудование будет складываться из следующих составляющих:
теплоприток за счет конвекции воздуха кВт;
теплоприток за счет конденсации влаги из воздуха кВт;
теплоприток за счет радиационного переноса теплоты кВт;
теплоприток от осветительных приборов кВт;
теплоприток от грунта кВт;
теплоприток от людей находящихся на катке кВт;
теплоприток от насосов кВт;
теплоприток при намораживании льда на плиту кВт.
2.1. Конвективный теплоприток от воздуха в помещении
По международным нормам при эксплуатации катка температура воздуха вблизи поверхности льда не должна превышать 15°С чтобы избежать охлаждения воздуха до точки росы и предотвратить выпадение конденсата на поверхность льда.
Полный теплоприток от воздуха в помещении к поверхности льда:
Где – площадь поверхности льда м2; – удельный конвективный теплоприток от воздуха к поверхности льда.
Где – конвективный коэффициент теплоотдачи воздуха Втм2×К; – расчетная температура воздуха в помещении с искусственным льдом °С; – расчетная температура поверхности льда °С.
2.2 Теплоприток за счет конденсации влаги
Полный теплоприток за счет конденсации и замерзания влаги:
Где удельный теплоприток от конденсации и замерзания влаги на поверхности льда определяющийся по следующей формуле:
Где коэффициент влаговыпадения.
Где удельная энтальпия воздуха на высоте от 15 метра над поверхностью льда при кДжкг; удельная энтальпия воздуха в состоянии насыщения при температуре поверхности льда кДжкг; удельная энтальпия льда при кДжкг; влагосодержание воздуха на высоте от 15 метра от поверхности льда гкг = кгкг; влагосодержание воздуха при температуре льда и при его полном насыщении гкг кгкг; теплоемкость воздуха при кДжкг*К;
2.3. Радиационный теплоприток от ограждений
В данном проекте этот теплоприток важно включить в общую нагрузку из-за особенности расположения катка и климата в регионе. Летом конструкция покрытия будет нагреваться и проводить теплоту в помещение в том числе на поверхность льда.
Поглощение тепловой энергии ледовой поверхностью:
Где – площадь поверхности льда м2; – коэффициент излучения абсолютно черного тела; ; – коэффициент поглощения слоя льда; – абсолютная температура поверхности льда;
Поглощение тепловой энергии ограждениями:
Где – площадь поверхности ограждений м2; – коэффициент излучения абсолютно черного тела; ; – коэффициент поглощения ограждений; – абсолютная температура поверхности ограждений;
Для стационарного процесса лучистого теплообмена между поверхностью льда и ограждениями условно не изменяющегося во времени справедливо следующее равенство:
Результирующий тепловой поток между поверхностью льда и ограждений выражается через приведенный коэффициент излучения системы «лёд–ограждения»:
Где приведенный коэффициент излучения системы «лед–ограждения» приведенная степень черноты системы «лед–ограждения».
Где степень черноты поверхности льда; степень черноты ограждений;
По закону Вина определяем длину волны соответствующей максимуму теплового потока (принимаем ):
находится в дальней инфракрасной области спектра в то время как основная часть теплового потока при заданных условиях распределяется в пределах длин . Характеристики радиационного излучения льда в этом диапазоне близки к характеристикам абсолютно черного тела: .
Инфракрасное электромагнитное излучение взаимодействует со слоем льда в тонком поверхностном слое. В результате ни качество намороженной воды ни цвет поверхности плиты значительно не влияют на снижение нагрузки на оборудование.
Расчет радиационной составляющей тепловой нагрузки на технологическое оборудование крытого катка в большинстве случаев сводится к определению коэффициента поглощения поверхности льда которую легко найти зная среднюю интегральную степень черноты ограждающий поверхностей и льда.
Степень черноты ограждающих материалов широко приведена в справочной литературе и в среднем равна . Принимаем .
Данный расчет произведен для помещения со стандартными ограждающими конструкциями и полученный результат оказался относительно велик. Чтобы снизить нагрузку на установку целесообразно использовать отражающий экран. Экран представляет собой металлизированную полимерную пленку которая монтируется по всей площади потолка поэтому расчет удельной нагрузки будет выполнен раздельно для экрана и вертикальных ограждающих сооружений
Удельный поток теплоты для системы «экран-лед»:
Удельный поток теплоты для системы «вертикальные ограждения-лёд»:
Где коэффициент облученности системы «экранлёд» показывающей долю лучистого потока попадающего на ограниченную поверхность от другой поверхности с учетом взаимного расположения. коэффициент облученности системы «вертикальные ограждающие поверхностилёд»
Суммарная радиационная нагрузка:
Использование отражающих экранов позволило снизить радиационную нагрузку на технологическое оборудование катка в 32 раза.
2.4. Теплоприток от освещения
Данный вид нагрузки рассчитывается для периода требующую максимальную освещенность помещения с ледовой поверхностью так как интенсивность иллюминации следует изменять в течение суток. В настоящем проекте для освещения главного помещения используются высокочастотные газоразрядные лампы с хорошим показателем цветопередачи и сроком службы.
Количество ламп уставленных на подвесных рамах определяется из нормы освещения для спортивных арен в 500 лк ~ 20 Втм2. СНиП
Полный теплоприток от осветительных приборов:
Где – площадь поверхности льда м2; – удельный теплоприток от осветительных приборов.
Где – лучистая составляющая теплового потока зависит от выбранных приборов освещения. Для современных ламп значение не превышает 03; – количество лучистой энергии передаваемой непосредственно на поверхность льда; принимаем = 09; – рекомендуемая норма освещенности для помещения с искусственным льдом = 20 Втм2 по СНиП
2.5. Теплоприток от грунта
Теплоприток от грунта рассчитывают для периода намораживания слоя льда необходимой толщины с момента запуска холодильной машины.
Где – удельный поток теплоты от грунта к центру технологической плиты; – коэффициент формы катка; – площадь поверхности льда.
Удельный поток тепла от грунта:
Где – температура воздуха в помещении искусственным льдом; – средняя температура хладоносителя ; – толщина теплоизоляции; – коэффициент теплопроводности слоя теплоизоляции – слоя керамзитного гравия; ; – толщина слоев технологической плиты м; – коэффициент теплопроводности слоев технологической плиты Втм×К.
Где и – геометрические параметры поля.
2.6. Теплоприток от людей
Настоящим проектом предусмотрено: проведение тренировок местных хоккейных команд осуществление массового катания проведения зрелищных мероприятий. Данная нагрузка рассчитывается для периода стационарной эксплуатации. Работа которые совершают люди катаясь принимается как средняя. В реальных условиях эксплуатации катка – часть нагрузок будет перекрываться системой кондиционирования.
Режим проведения зрелищных мероприятий:
Вместимость трибун вместе со специальными местами составляет 300 человек. По нормативам определяем удельные тепловыделения и определяем нагрузку.
Где – тепловыделения одного человека в покое согласно СНиП 2.04.05-91 принимаем тепловыделения = 100 Вт; – количество людей на трибунах принимаем согласно вмести комплекса.
Режим проведения массовых катаний:
Где – тепловыделения одного человека при работе средней тяжести согласно СНиП 2.04.05-91 принимаем тепловыделения = 180 Вт; – количество катающихся людей принимаем исходя из условия комфортного катания посетителей 45м2 на человека.
Режим проведения тренировок:
Где – тепловыделения одного тренирующегося согласно СНиП 2.04.05-91 принимаем тепловыделения = 300 Вт; – количество катающихся людей принимаем исходя из условия максимального количества игроков при проведении тренировок.
За расчетную принимаем наибольшую из величин полученных при расчете:
2.8. Теплоприток от насосов.
Данный вид нагрузки зависит от типа выбранного насоса длины магистралей наличия местных сопротивлений.
Где – потребляемая мощность насоса Вт; коэффициент полезного действия насоса
С учетом мощности и КПД выбранного насоса рассчитывается нагрузка:
2.7. Теплоприток от намораживания льда
Данный вид тепловой нагрузки учитывает охлаждение воды от начальной до криоскопической температуры и охлаждение льда до рабочей температуры. Рабочая температура льда = –5°С. Время намораживания 72 часа.
Где площадь воды льда; 1800 м2; высота уровня воды льда. 005 м; – плотность воды. 3; – плотность льда при рабочей температуре. 3; удельная теплоемкость воды. 42 кДжкг*К; – удельная теплоемкость льда. *К; – температура заливаемой воды. °С;криоскопическая температура воды. °С; рабочая температура льда. °С; скрытая теплота кристаллизации воды. *К; время намораживания. ч.
2.9. Учет суммарной нагрузки
Также к вышеперечисленным теплопритокам можно отнести меньшие по величине нагрузки такие как: трение коньков о лед намораживание воды при шлифовке теплоприток от заливочной машины. Однако все они в значительной степени компенсируются холодопроизводительностью оборудования и аккумулирующей способностью технологической плиты. Теплопритоки сведены в таблицу №8.
Таблица №8. Учет теплопритоков
Обозначение теплопритока
Величина нагрузки в зависимости от режима работы кВт
Конвекционный теплоприток от воздуха в помещении
Теплоприток за счет конденсации и замерзания влаги на поверхности льда
Радиационный теплоприток от ограждения
Теплоприток от осветительных приборов
Теплоприток от грунта
Теплоприток от катающихся людей
Теплоприток от насосов
Теплоприток от намораживания льда на охлаждающую плиту
Расчетный теплоприток
Так как холодильная установка работает в двух режимах: режим намораживания и режим эксплуатационный нагрузка будет распределяться следующим образом:
Сумма теплопритоков в режиме поддержания температуры льда:
В реальных условиях эксплуатации катка принимаются во внимание небольшие по величине нагрузки которые могут составлять до 15% от основных теплопритоков.
Суммарная нагрузка в режиме эксплуатации:
Суммарная нагрузка в режиме намораживания льда:
Заключение: По результатам проведенных расчетов была определена максимальная нагрузка на холодильное оборудование катка в реальных условиях эксплуатации численно равная .
3. Расчет температуры хладоносителя
При расчете температуры охлаждающей среды делаются следующие допущения:
Слои находящиеся выше поверхности охлаждающего контура труб принимаются за однородный слой.
Пренебрегают термическим сопротивлением полиэтиленовой трубы.
Расчет проводится для условий при которых температура охлаждающей среды одинакова во всех сечениях по поверхности поля.
Рассчитывается эквивалентная высота слоев:
Где внутренний диаметр полиэтиленовой трубы толщина слоев над поверхностью трубы коэффициент теплопроводности слоя над трубами Втм*К количество теплопередающих слоев над поверхностью трубы расчётная толщина слоя намороженного льда коэффициент теплопроводности льда при расчетной температуре Втм*К.
Уравнение температуры поверхности льда в случае равенства температуры труб в поперечном сечении:
Для нахождения относительной разности температур определяют вспомогательные параметры:
Где эффективный коэффициент теплоотдачи учитывающий все теплопритоки поступающие к технологической плите за исключением теплопритока от грунта.
Далее определяется температура хладоносителя:
Температура кипения хладагента определяется из следующего соотношения:
Расчет грунтового основания
Почву в г. Петрозаводск относят к подзолистым и дерново-подзолистым. В восточной части города преобладают подзолы железистые и поверхностные подзолы на песках в сочетании с болотными торфяными. Эти почвы характеризуются высокой влагоемкостью и как следствие возникает необходимость расчета грунтового основания чтобы избежать вспучения грунта и деформации технологической плиты. [4]
Расчет основания сводится к определению глубины залегания нулевой изотермы по истечению расчетного количества часов работы катка. Под расчетным временем работы катка подразумевают время работы между плановыми отключениями установки.
Так как в проекте для уменьшения нагрузки на оборудование со стороны грунта используется теплоизоляция расчет глубины промерзания грунта будет происходить в следующей последовательности:
Рассчитывается глубина залегания нулевой изотермы с учетом слоя теплоизоляционного материала:
Где глубина промерзания неизолированного грунта при достаточно длительном времени работы катка м. Определяется из следующей зависимости:
Где коэффициент теплопроводности мерзлого грунта согласно нормативным документам(СНиП 2.02.04-88) при заданных плотности и влагосодержании (тм3 ) грунта в расчетном районе принимаем Втм*К; [4]
температура замерзания грунта для заданного типа почвы с учетом теплофизических показателей принимаем 080С; вспомогательная величина определяется из следующего соотношения:
Где температура грунта определяется по среднегодовой температуре воздуха в регионе;
расчетная температура хладоносителя 0С;
коэффициент теплопроводности талого грунта согласно нормативным документам(СНиП 2.02.04-88) при заданных плотности и влагосодержании (тм3 ) грунта в расчетном районе принимаем Втм*К; [4]
объемная теплоемкость талого грунта кДжм3*К;
теплота замерзания грунта определяется из следующего соотношения:
вспомогательная величина;
Глубина промерзания не выходит за пределы ограждающих конструкций. Толщина теплоизоляционного материала подобрана правильно.
Далее проверяется плотность теплового потока от изолированного грунта к центру катка:
Где время от начала работы катка принимаем 11 месяцев с учетом профилактического отключения установки в самый теплый месяц года для уменьшения энергозатрат и отепления грунта под технологической плитой.
вспомогательная величина рассчитывается следующим образом:
Полученное значение соизмеримо с удельной нагрузкой со стороны грунта полученной в результате расчетов в пункте 2.4 следовательно нагрузка рассчитана правильно.
Тепловой расчет цикла на базе винтового маслозаполненного компрессора
Использование винтового компрессора имеет ряд преимуществ по сравнению с поршневыми компрессорами:
Высокая степень надежности долговечности и увеличенные межремонтные сроки благодаря простоте конструкции и отсутствию деталей совершающих возвратно-поступательные движения.
Полная уравновешенность вращающихся деталей нет необходимости в массивном фундаменте.
Быстроходность и возможность прямого соединения с валом двигателя что определяет малые массу и габариты агрегата.
Возможность сжатия любых хладагентов без риска получения гидравлического удара
Плавное регулирование холодопроизводительности.[11]
Конструкция винтового компрессора позволяет осуществить ввод в рабочую полость сжатия некоторое количество хладагента при промежуточном давлении когда она отсоединена от полости всасывания. При работе по этой схеме жидкий хладагент после конденсатора разделяется на два потока. Первый из них дросселируется до промежуточного давления Pm кипит при промежуточном давлении в «Экономайзере» перегревается и затем поступает в промежуточную полость сжатия компрессора. Второй основной поток переохлаждается в теплообменнике затем дросселируется и поступает в испаритель откуда всасывается компрессором. В теплообменнике происходит переохлаждение основного потока жидкого хладагента за счет кипения паров хладагента при промежуточном давлении в экономайзере и как следствие увеличивается эффективность схемы. [12]
Исходные данные для расчета цикла:
Холодопроизводительность компрессоров Q0 = 456 кВт;
Температура кипения t0 = – 18 0С;
Температура конденсации t = +37 0С;
По заданным t0 и tк определяется Р0 и Рк:
Давление кипения Р0 = 0345 МПа;
Давление конденсации Рк = 1775 МПа;
Схема с экономайзером используется при степени сжатия больше 9. Однако в настоящем проекте отношение давление конденсации к давлению кипения не превышает рекомендуемого предела. Чтобы определить целесообразность использования данной схемы сначала произведем расчет цикла без экономайзера а затем с экономайзером.
1 Тепловой расчет цикла на базе винтового компрессора без экономайзера
Температура паров хладагента при всасывании:
Температура переохлажденной жидкости:
После определения температуры всасывания и температуры переохлажденной жидкости строится цикл (Рис. 6). Отрезки 1-2м и 1-2с отражают процессы сжатия хладагента с наличием (2м) и отсутствием (2с) масла в полости сжатия. В действительности линия сжатия проходит не по линии постоянной энтропии а с небольшим уклоном влево так как во время сжатия пары хладагента охлаждаются поступающим маслом.
Рис. 6. Цикл на базе винтового компрессора
Далее в таблицу №9 выписываются параметры точек цикла.
Таблица 9. Параметры точек цикла без экономайзера
Степень сжатия степень повышения давления:
Удельная массовая холодопроизводительность:
Удельная объемная холодопроизводительность компрессоров:
Удельная адиабатическая работа кДжкг:
Массовая холодопроизводительность компрессоров кгс:
Теоретическая объёмная производительность компрессоров:
V1 – удельный объём всасываемого пара (находится графически по изохоре проходящей через точку 1) м3кг;
Коэффициент подачи определяется по графической зависимости:
Рис. 7. График значений коэффициента подачи винтового маслозаполненного компрессора.
λ1 – коэффициент учитывающий перетечки пара через зазоры;
λ2 – коэффициент учитывающий подогрев всасываемого пара от нагретых деталей машины и от смешения с более горячими порциями пара;
λ3 – коэффициент учитывающий выделение холодильного агента из масла поступающего в полость всасывания из подшипников масляных поршней сальника и других частей;
λ4 – коэффициент учитывающий поступление масла в полость всасывания для охлаждения и уплотнения;
λ5 – коэффициент учитывающий гидравлические сопротивления при входе пара в полость всасывания и в самой полости;
λ6 – коэффициент учитывающий действие центробежных сил защемлённые объёмы мёртвый объём утечки через сальник наддув при всасывании.
Действительная объёмная производительность компрессора:
Адиабатическая (теоретическая) мощность компрессора:
Эффективная мощность компрессора:
Эффективный холодильный коэффициент:
Холодильный коэффициент:
Холодильный коэффициент цикла Карно:
T0 – абсолютная температура кипения холодильного агента К;
ТK – абсолютная температура конденсации холодильного агента К.
Коэффициент обратимости цикла:
количество теплоты отводимое маслом от рабочего тела кВт;
теплоемкость масла при средней температуре для синтетических масел используемых в установках на фреонах кДжкг*К;
повышение температуры масла в компрессоре
плотность масла для синтетических масел используемых в установках работающих на фреонах кгм3;
Количество теплоты отводимое маслом кВт:
Энтальпия рабочего тела после сжатия в сухом компрессоре:
политропный коэффициент полезного действия компрессора по данным эксперимента принимается
Температура соответствующая точке 2м:
абсолютная температура в конце сжатия хладагента в маслозаполненом компрессоре К;
абсолютная температура всасывания хладагента К;
показатель политропы сжатия для фреонов принимается .
Тепловая нагрузка на конденсатор:
2 Тепловой расчет цикла на базе винтового маслозаполненного компрессора с экономайзером
Промежуточное давление: Рm = (Рк* Р0)05 = 077 Мпа;
Значение температуры в точке t9 = 9 0С;
Положение точки 1 соответствующей состоянию паров хладагента при всасывании в рабочую полость определяют из соотношения:
Положение точки t7 определяется из следующего соотношения:
Для построения точки 3 используется следующее выражение:
Где доля хладагента поступающего в компрессор при промежуточном давлении.
После определения параметров точек 1 7 и 4 строится цикл (Рис.8).
Рис 8. Цикл на базе винтового компрессора с экономайзером
Далее в таблицу №10 выписываются параметры точек цикла.
Таблица №10. Параметры точек цикла с экономайзером
Массовая холодопроизводительность компрессора:
Массовый расход хладагента поступающего в компрессор при промежуточном давлении:
Теоретическая объемная холодопроизводительность компрессоров:
V3 – удельный объём всасываемого пара (находится графически по изохоре проходящей через точку 3) м3кг;
Удельная объемная холодопроизводительность:
Рис. 8. График значений коэффициента подачи винтового маслозаполненного компрессора.
Удельная адиабатическая работа:
Из проведенного анализа можно сделать заключение что использовании схемы с экономайзером предпочтительно несмотря на несоответствие рекомендованным значениям степени сжатия.
По рассчитанным параметрам Q0 – холодопроизводительность компрессора – действительная объемная холодопроизводительность компрессора подбираем компрессор фирмы Bitzer HSN 8591-160 (2 шт).
Тепловой и конструктивный расчет воздушного конденсатора с пластинчатым оребрением и принудительной циркуляцией воздуха
Нагрузка на конденсатор: Qк = 428 кВт;
Температура конденсации: t = 37оС;
Температура воздуха перед конденсатором: tв1 = 23оС;
Наружный диаметр труб конденсатора: dн = 20 мм
Внутренний диаметр труб конденсатора: dвн = 18 мм
Скорость воздуха: в = 5 мс;
Материал алюминий Втм*К оребрение пластинчатое;
Число рядов труб по ходу обдува u = 4 рядов.
Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха:
Критерий Рейнольдса:
Эквивалентный диаметр воздушного канала м:
Шаг между трубами по фронту:
Множитель учитывающий геометрические размеры оребренной трубы:
Приведенный коэффициент теплоотдачи:
Площадь внутренней поверхности одного метра трубы:
Наружная поверхность одного метра оребрёной трубы:
Площадь поверхности одного метра трубы занятой рёбрами:
Площадь поверхности одного метра трубы без рёбер:
Полная площадь поверхности одного метра оребрёной трубы:
Коэффициент оребрения:
Наружная степень оребрения:
Коэффициент учитывающий соотношение труб в пучке:
Условная высота ребра:
Коэффициент эффективности ребра:
Приведенный показатель эффективности обдува пучка ореберенных труб воздухом:
Удельный тепловой поток к воздуху:
Температуру стенки конденсатора принимаем от до (22 37 °С)
Коэффициент теплоотдачи при конденсации:
Удельный тепловой поток от хладагента к стенке трубы:
Тепловой поток к среде с учетом загрязнений:
Температуру стенки конденсатора принимаем от до (22 37 °С):
Рис. 9. Определение площади теплопередающей поверхности конденсатора
По данным из графика определяется площадь поверхности конденсатора:
По рассчитанной площади теплообмена подбирается конденсатор Thermof
Тепловой и конструктивный расчет и подбор испарителя
Определяется среднелогарифмический перепад температур:
и – температура хладоносителя на входе и на выходе из испарителя
Средняя температура хладоносителя:
Чтобы определить характер течения хладоносителя в испарителе находится критерий Рейнольдса и критерий Ралея:
Где скорость течения хладоносителя в трубах по рекомендациям принимаем ;
внутренний диаметр трубы
коэффициент динамической вязкости для 40% раствора этиленгликоля при рабочей температуре принимаем
ускорение свободного падения
коэффициент объемного расширения
средняя температура хладоносителя
определяющий размер ;
коэффициент температуропроводности хладоносителя для 40% раствора этиленгликоля при рабочей температуре принимаем ;
При и характер движения хладоносителя рассматривается как вязкостно-гравитационный и коэффициент теплоотдачи будет находиться по следующей зависимости:
Подставляя в выражение значения температуры стенки () трубы от до определяется тепловой поток со стороны хладоносителя:
Тепловой поток со стороны хладагента определяется через следующее выражение:
Тепловой поток со стороны хладоносителя с учетом загрязнений:
Рис. 10. Определение теплопередающей поверхности испарителя
По данным из графика определяется площадь поверхности испарителя:
В качестве кожухотрубного испарителя для системы охлаждения технологической плиты подбираем Onda MPE 460.
Расчет и подбор терморегулирующих вентилей
1 Расчет и подбор основного терморегулирующего вентиля
Терморегулирующие вентили подбираются по значению номинальной производительности :
– холодопроизводительность системы кВт;
– поправочный коэффициент для учета потерь давления;
– поправочный коэффициент для учета разности значений температур кипения.
Коэффициент выбирается по таблицам производителя в зависимости от типа хладагента температуры жидкого хладагента на входе в ТРВ и температуры кипения.
Коэффициент выбирается по таблицам производителя в зависимости от перепада давления:
– падение давления на жидкостной линии ;
– падение давления на фильтре-осушителе смотровом стекле запорном вентиле ;
– падение давления на вертикальном жидкостном трубопроводе ;
– падение давления в распределителе жидкости ;
– падение давления в трубках распределителя жидкости .
Подбираем ТРВ Danfoss ETS 100B.
2 Расчет и подбор терморегулирующего вентиля «Экономайзера».
Подбираем ТРВ Danfoss ETS 50.
Исходные данные расчета гидравлических элементов
Используемый хладоноситель: этиленгликоль 40%
Теплоёмкость хладоносителя cхн = 336 кДжкг*К;
Плотность хладоносителя ρхн = 107019 кгм3;
Динамическая вязкость хладоносителя хн = 001001284 Па*с;
Температура замерзания хладоносителя tз хн = –250С;
Температура выхода из испарителя –14 0С;
Температура входа в испаритель –10 0С;
Расстояние между охлаждающими трубами принимается ;
Трубы полиэтиленовые ПЭ 80 2523 мм
Расчет и подбор насосов
В холодильной машине катка насос необходим для перекачки хладоносителя и теплоносителя по системе трубопроводов технологической плиты. Насос подбирается по объемной производительности и создаваемому напору.
1 Расчет и подбор насоса для системы охлаждения технологической плиты.
Определяется объемная производительность насоса:
– тепловая нагрузка системы обслуживаемая насосом кВт;
– плотность хладоносителя кгм3;
– теплоёмкость хладоносителя кДжкг*К;
Напор насоса должен быть равен или превышать сумму гидравлических сопротивлений в системе циркуляции этиленгликоля.
Определяется напор насоса:
Преодоление сопротивлений по длине трубной системы
Преодоление местных сопротивлений трубной системы
Сопротивление при подъеме на самую высокую точку системы
Где – коэффициент сопротивления трения про длине трубопровода (для рассолов – 004); dу – условный диаметр трубопровода м; W – допустимая скорость потока вещества перекачиваемого насосом мс []; g – ускорение силы тяжести мс2; ρ – плотность хладоносителя кгм3.
А – коэффициент учитывающий геометрию местного сопротивления.
h – высота подъёма жидкости насосом м.
В качестве насоса для системы охлаждения технологической плити подбираем WILO BL 65140-752 (2 шт.).
2 Расчет и подбор насоса для системы обогрева грунта.
Определяется нагрузка на систему обогрева основания:
Определения необходимого напора который необходимо создавать насосу произведен по аналогичной методичке (см. пункт 10.1).
В качестве насоса для системы охлаждения технологической плити подбираем WILO Wilo-VeroLine-IPL 40.
Расчет потерь давления в трубной системе
Объемный расход через одну петлю составит:
количество петель трубопровода на технологической плите;
расстояние между трубами на поле
Скорость хладоносителя в трубопроводе:
– площадь поперечного сечения трубы м2;
Расчет потери давления в трубопроводе:
Где λ – коэффициент сопротивления; L – длина трубопровода L = м; D – внутренний диаметр трубопровода м; ρ – плотность хладоносителя кгм3; – скорость хладоносителя мсек.
Число Рейнольдса не превышает критическое значение следовательно режим течения будет рассматриваться как турбулентный:
при турбулентном режиме:
Коллекторы в системе циркуляции этиленгликоля служат для равномерного распределения хладоносителя по петлям в технологической плите и уменьшения разницы температур по площади льда. Диаметр подающего и обратного коллекторы принимается из следующего соотношения с учетом рекомендованной скорости движения среды:
Диаметр коллекторов:
Где – объёмный расход хладоносителя м3с; – рекомендованная скорость хладоносителя в коллекторе = 12 мс.
Действительная скорость хладоносителя в коллекторе:
Vн – объёмный расход хладоносителя м3с
S – площадь поперечного сечения коллектора м2
Где D – внутренний диаметр коллектора м.
Расчет потери давления в коллекторах
Где λ – коэффициент сопротивления; L – длина коллекторов L = 230 м; D – внутренний диаметр коллектора м;
Число Рейнольдса превышает критическое значение следовательно режим течения будет рассматриваться как турбулентный:
В качестве системы коллекторов настоящего проекта будут использоваться полиэтиленовые трубы ПЭ 80 SDR 136 - 160х118.
Расчет и подбор линейного ресивера
Линейный ресивер рассчитывается на приём жидкости из всех испарительных систем в количестве не более 30 % от суммарной вместимости охлаждающих приборов; при этом заполнение аппарата не должно превышать 80 % его вместимости.
Общий объём испарительной системы:
Где – вместимость выбранного кожухотрубного испарителя по хладагенту.
Требуемая вместимость линейного ресивера:
Подбираем ресивер Bitzer F1602N.
Расчет и подбор маслоотделителя
Маслоотделитель относится к улавливающей вспомогательной аппаратуре и устанавливается на участке трубопровода между компрессором и конденсатором. В корпусе аппарата происходит отделение взвешенных частиц масла и его паров от хладагента.
Маслоотделитель рассчитывается исходя из условия что скорость пара в аппарате не должна превышать 07 мс. Маслоотделитель подбирается по диаметру патрубка идущего от компрессора и внешнему диаметру корпуса аппарата.
Диаметр патрубка идущего от компрессора:
Внутренний диаметр аппарата:
Где действительная объемная холодопроизводительность компрессора м3с; коэффициент подачи компрессора; допустимая скорость пара в аппарате мс; допустимая скорость пара на входе в аппарат мс;
В качестве маслоотделителя подбираем Bitzer ОА9111.
Расчет и подбор отделителя жидкости
Отделитель жидкости необходим для улавливания капель жидкости содержащиеся в парах хладагента. Аппарат устанавливается на участке трубопровода между компрессором и испарителем. Отделитель жидкости рассчитывается исходя из условия что скорость пара в аппарате не должна превышать 05 мс.
Диаметр патрубка идущего к компрессору:
В качестве отделителя жидкости подбираем BeCool BC-AS-12-64SN.
Расчет диаметров трубопроводов
1 Расчёт диаметра всасывающего трубопровода
Принимаем внешний диаметр трубопровода 245 мм. Из справочника производителя определяется внутренний диаметр:
Фактическая скорость хладагента:
Данное значение скорости соответствует допустимому интервалу для R404А.
Определяется внутренний диаметр трубопровода:
V – количество хладагента проходящего по трубе м³с;
– расчетное значение скорости движения хладагента мс.
Допустимое падение давления на участке между испарителем и компрессором должно соответствовать понижению температуры паров хладагента на 2°С для установок работающих на фреонах. В испарителе при заданной температуре кипения давление кипения .
При этой температуре . Допустимое падение давления во всасывающем трубопроводе:
Общая длина трубопровода:
lвс = 330 + 450 + 1700 + 500 + 450 = 3430 м
Эквивалентные длины определяются по наличию местных сопротивлений следующим образом:
А – коэффициент местных сопротивлений
отвод 90 град Rdвн=25
запорный вентиль открытый
ρвс = 1 V1 = 1 0071 = 1388 кгм3
Потеря давления во всасывающем трубопроводе:
Фактическое падение давления меньше допустимого следовательно диаметр выбран правильно. ΔРвс= кПа ΔРвс= 33 кПа.
2 Расчёт диаметра нагнетательного трубопровода
V – объемная холодопроизводительность компрессора.
Данное значение скорости соответствует допустимому интервалу для R404A.
Допустимое падение давления на участке между компрессором и конденсатором должно соответствовать понижению температуры паров хладагента на 2°С для установок работающих на фреонах. В конденсаторе при заданной температуре конденсации давление конденсации .
lвс = 520 + 300 + 780 + 820 + 1500 + 300 = 4220 м
ρн = 1 V2 = 1 00094 = 10638 кгм3
Потеря давления в нагнетательном трубопроводе:
Фактическое падение давления меньше допустимого следовательно диаметр выбран правильно. ΔРвс= кПа ΔРвс= 12 кПа.
Расчет и подбор теплообменника «Экономайзера»
В схемах холодоснабжения «Экономайзер» зачастую представлен пластинчатым теплообменником. Чтобы определить площадь теплопередающей поверхности необходимо узнать нагрузку на аппарат:
Где массовый расход хладагента поступающий в теплообменник при промежуточном давлении кгс; массовый расход хладагента переохлаждаемого в экономайзере кгс; удельная энтальпия хладагента после дросселирования до промежуточного давления кДжкг; энтальпия хладагента при промежуточном давлении на выходе из теплообменника кДжкг; энтальпия переохлаждаемого хладагента на входе в аппарат кДжкг; энтальпия переохлаждаемого хладагента на выходе из аппарата кДжкг;
Определение площади теплопередающей поверхности:
Где – средний перепад температур между средами.
Где температура жидкого хладагента на входе в аппарат ; температура жидкого хладагента на выходе из аппарата ; температура кипения хладагента при промежуточном давлении условно принимаемая как постоянная.
В качестве теплообменника-переохладителя «Экономайзера» подбираем SWEP S500T.
Расчет и подбор рекуператора для обогрева грунта
В схеме настоящего проекта для избежания промерзания грунта в холодный период предусмотрен обогрев грунта теплоносителем. Теплоноситель – 40% водный раствор этиленгликоля циркулирует по системе полиэтиленовых труб заложенных в бетонном основании технологической плиты под слоем теплоизоляции. Обогрев происходит в следующей последовательности. Охлажденный теплоноситель поступает в пластинчатый рекуператор и отепляется до рабочей температуры; насос прокачивает теплоноситель в падающий коллектор системы обогрева поля откуда он распределяется по системе труб уложенных петлями с шагом в 500 мм; охладившись в трубах этиленгликоль поступает в обратный коллектор и затем по магистралям гидромодуля отправляется в пластинчатый рекуператор.
Нагрев теплоносителя происходит за счет теплообмена с жидким хладагентом поступающим в теплообменник из линейного ресивера.
В данной схеме рекуператор представлен пластинчатым теплообменником. Чтобы рассчитать площадь теплопередающей поверхности найдем нагрузку из теплового баланса аппарата:
Где массовый расход теплоносителя поступающий в теплообменник кгс; удельная теплоемкость 40% раствора этиленгликоля; кДжкг*К разница температур на входе и на выходе из теплообменника.
Где температура теплоносителя на выходе из аппарата ; температура теплоносителя на входе в аппарат ; температура хладагента условно принимаемая как постоянная.
В качестве теплообменника для системы обогрева грунта подбираем SWEP AB120T.
Для очистки хладагента от примесей и загрязнений предусматривается установка фильтров на соответствующих магистралях. Различают масляные фильтры грязевые фильтры и фильтры осушители.
Масляные фильтры устанавливаются на линии циркуляции масла. Грязевые – перед компрессором. Фильтры осушители предназначены для улавливания влаги из жидкого хладагента; устанавливаются как правило на жидкостной магистрали после линейного ресивера.
Также в настоящем проекте необходимо предусмотреть фильтр на линии отепленного и охлажденного хладоносителя на магистралях охлаждения технологической плиты и магистрали обогрева грунта для отделения примесей и предотвращения загрязнения испарителя. Фильтры устанавливают в гидромодуле установки и меняются в регламентированные сроки.
Фильтры подбираются по диаметру патрубка и диаметру корпуса фильтра.
В качестве фильтра осушителя подбираем Danfoss серии DSR.
Подбор смотрового стекла и воздухотводчика
Смотровое стекло устанавливается на жидкостной магистрали между терморегулирующим вентилем и фильтром осушителем на ответвляющемся от основной магистрали патрубке. Смотровое стекло может выполнять две функции: позволяет визуально регистрировать наличие пара в контуре; при нанесении на стекло специального покрытия также возможна регистрация уровня влажности хладагента. Смотровое стекло подбирается по диаметру присоединительного патрубка.
В качестве смотрового стекла подбираем Danfoss Sight Glass Type SG12.
Воздухоотводчик подбирается по диаметру присоединяемой резьбы и температуре теплоносителя (до 1200С). В качестве воздухоотводчика подбираем универсальный автоматический воздухоотводчик Danfoss Eagle.
Подбор оборудования системы холодоснабжения
В соответствии с выполненными теплофизическими расчётами тепловые нагрузки на ледовое поле катка составляют:
- при эксплуатации катка в реальных условиях = 400 кВт;
- при намораживании льда = 460 кВт.
Исходя из требований проектного задания по обеспечению максимального энергосбережения и из величины расчётной тепловой нагрузки к установке принято следующее основное холодильное оборудование:
- конденсатор воздушный Thermof
- кожухотрубный испаритель Onda MPE 460;
- электронный регулирующий вентиль Danfoss ETS 100B;
- отделитель жидкости BeCoo
- пластинчатый теплообменник
- электронный регулирующий вентиль Danfoss ETS 50;
- пластинчатый теплообменник SWEP
- насос WILO BL 65140-752 (2 шт.);
- запорно-регулирующая арматура;

ПЛАН, ПОЛЕ, РАЗРЕЗЫ, ГП-СИСТЕМА.dwg

Технико-экономические
Разработка двухэтажного овощехранилища
вместимостью 3000 т с камерой замораживания
Принципиальная схема
ДП.РСХОЛК800М.ПСХРМК
Разработка системы холодоснабжения
открытого ледового катка
площадью 800 м2 в г. Москва
Разрез магистрального канала
Трубы теплоносителя ПЭ 80 SDR 13
Конденсаторная плащадка на 1 м от уровня кровли
шаг 80 мм (190 петель)
Холодильный агрегат P=9000 кг
Вход на поле для хоккеистов
Гардероб для общественного катания
Прокат и заточка коньков
Холодильная установка
Льдозаливочная машина
Бак таяния ледяной крошки
Проход на второй этаж
Главный вход для посетителей
Служебный вход в прокат
Запасной выход из маш. отд.
Помещение для обслуж. оборудования
Вход на поле для посетителей
Узел заправки хладоносителя
Подача охлажденного этиленгликоля на поле
Подача отепленного этиленгликоля на поле
Обратный поток отепленного этиленгликоля
Обратный поток охлажденного этиленгликоля
Магистрали обогрева грунта
Магистрали охлаждения технологической плиты
Линия сброса воздуха
Арматурная сетка АШ ø8 размер ячейки 1500х500мм
Монолитная армированная бетонная плита с трубами холодоснабжения - 120 мм
Цементная стяжка с трубами обогрева 80 мм.
Трубы хладоносителя ПЭ 80 SDR 13
Граница бортов ледовго поля
Деформационный шов DEFLEX 446N-050
Герметизирующая мастика
000 отм. чистого пола
Арматурная сетка АШ ø10 размер ячейки 200х200мм
Трубы обогрева грунта
Опора под арматуру Шаг 600 мм
Условные обозначения
Трубопровод жидкого фреона
Трубопровод газообразного фреона
Трубопровод аварийного сброса фреона
Клапан предохранительный
Трубопровод охлажденного хладоносителя
Трубопровод отепленного хладоносителя
Трубопровод охлажденного теплоносителя
Трубопровод отепленного теплоносителя
Клапан запорный угловой
Трубопровод изолированный
Система обогрева грунта
Система охлаждения поля
Холодильная установка с гидромодулем
Выносной воздушный конденсатор
Конденсатор воздушный
Разработка системы холодоснабжения крытого катка площадью 1800 м2 в г. Петрозаводск
Конструкция узлов технологической плиты
Схема холодоснабжения технологической плиты
Принципиальная пневмогидравлическая схема
План помещения и трубной системы охлаждения

ОГЛАВЛЕНИЕ.docx

Пояснительная записка 1
Календарный план . .3
Расчетная часть .. 24
Расчет и подбор теплоизоляционных материалов для ограждений и технологической плиты 43
Расчет теплопритоков 47
Расчет температуры хладоносителя 58
Расчет грунтового основания 61
Тепловой расчет цикла на базе винтового компрессора 64
Тепловой и конструктивный расчет воздушного конденсатора с пластинчатым оребрением и принудительной циркуляцией воздуха .74
Тепловой и конструктивный расчет и подбор кожухотрубного испарителя .77
Расчет и подбор терморегулирующих вентилей 80
Исходные данные расчета гидравлических элементов .82
Расчет и подбор насосов 82
Расчет потерь давления в трубной системе .84
Подбор коллекторов 85
Расчет и подбор линейного ресивера 86
Расчет и подбор маслоотделителя 87
Расчет и подбор отделителя жидкости .87
Расчет диаметров трубопроводов ..88
Расчет и подбор пластинчатого теплообменника-переохладителя «Экономайзера» 91
Расчет и подбор пластинчатого теплообменника системы обогрева грунта ..92
Подбор смотрового стекла и воздухоотводчика ..94
Список используемой литературы ..97