Get Adobe Flash player

Выбор расчетной температуры наружного воздуха

Любопытные вещи можно обнаружить, казалось бы, в элементарных инженерных задачах. Например, расчет теплового баланса холодильной камеры.

Как правило для любого инженера- теплотехника (холодильщика) эта задача не представляет особого труда. Большинство переменных величин предоставляет Заказчик: характер ограждающих конструкций, температурные режимы холодильной обработки, специфика технологического процесса и т.п. Но, как минимум, три величины должен принять проектировщик – расчетную температуру наружного воздуха, время холодильной обработки и коэффициент запаса. Разумеется, можно свалить ответственность за выбор данных величин на «бедную» голову «всезнающего Заказчика», но предлагаю хоть что-нибудь оставить дипломированному специалисту - инженеру. Ибо специалист обязан, хотя бы периодически, читать нормативную и другую специальную литературу. Кроме того, только специалист знает, насколько каждый из этих параметров повлияет на работу холодильного оборудования, а значит и на качество холодильной обработки.

Предлагаю рассмотреть вопрос выбора расчетной температуры наружного воздуха.

Методика №1

Некоторые программы расчета имеют готовую базу температур для различных городов.

Например, в одной из таких программ температура окружающей среды для расчета теплового баланса холодильной камеры в г.Харькове: 31˚С.

Правда может не повезти и нужного города не окажется. Или могут возникнуть сомнения в первоисточнике данной базы. В этих случаях можно обратиться за помощью за справочной литературой.

         Просмотрев достаточно большое количество литературы, только в двух обнаружил формулы для определения расчетной температуры наружного воздуха.

Методика №2

Согласно этому источнику: «…за расчетную температуру наружного воздуха принимают среднюю температуру наиболее жаркой пятидневки. При отсутствии этих данных можно пользоваться формулой

tH = tСР МЕС + 0,25 × tА М (4.3)

где tСР МЕС - среднемесячная температура самого жаркого месяца; tАМ - температура абсолютного максимума, т. е. наивысшая температура воздуха, наблюдавшаяся в данном районе.

Расчетную температуру, найденную по выражению (4.3), округляют до целого градуса.»

Например, по методике №2, температура окружающей среды для расчета в г.Харькове: 31˚С. (Примечание. Не во всех городах результат совпадает с методикой №1. Расхождение по другим городам +1..2˚.)

Методика №3

По этой методике: «Температуру наружного воздуха Тнар рассчитывают по формуле:

Тнар = 0,4Та.м.+ 0,6Тс.м,

Где Тс.м   - средняя температура в 13 часов жаркого месяца, К; Та.м. – температура абсолютного максимума, К (определяем по климатическим данным).

Например, по методике №3, температура для расчета в г.Харькове: 28,1˚С . (Примечание. Расхождение со вторым источником по другим городам в среднем -2,4˚)

Методика №4

«Не знаешь, как действовать – действуй по уставу». В нашем случае таким уставом служат нормативная документация. Предлагаю на рассмотрение методику, рекомендуемую в «Ведомственных нормах технологического проектирования распределительных холодильников» (Дата введения 1986-07-01).

«8.1. Расчетную температуру наружного воздуха                         следует определять по формуле:

= 0,4 tср.ж.м.    + 0,6 tмакс. ,

где: tср.ж.м. и tмакс  - соответственно средняя максимальная и абсолютная максимальная температуры самого жаркого месяца (СНиП "Строительная климатология и геофизика")».

Согласно источнику №4, температура для расчета в г.Харькове: 34,1˚С . (Примечание. Расхождение со вторым источником по другим городам в среднем +3,5˚, а разница с третьим источником составляет в среднем +5,8˚)

Хотелось обратить внимание, что при внешней схожести - при совпадении коэффициентов в формулах, умножаются они (коэффициенты) на совершенно другие величины. Используемая в источниках №2 и №3 среднемесячная температура самого жаркого месяца и средняя максимальная температура самого жаркого месяца в источнике №4 согласно СНиП "Строительная климатология и геофизика" - это два разных понятия.

Так для г.Харькова согласно СНиП средняя температура самого жаркого месяца (июля) 20,8˚С, а средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца 26,7˚С. По этой причине все результаты, рассчитанные по последней методике самые высокие.

Влияние выбранной методики на качество холодильной обработки

Как влияет выбор «заниженного» результата при расчете холодильной системы? Для начала необходимо понять: какое время оборудование будет работать при более высоких «нерасчетных температурах». В качестве наглядного примера рассмотрим показатели по г.Харькову за 2010 г. - наиболее теплый за последние 6 лет (Табл.1). Следует отметить, что максимальная температура была зафиксирована 39,5˚С.

Таблица 1. Температурные характеристики наружного воздуха

в зависимости от метода расчета

Методика

№1

№2

№3

№4

Расчетная температура наружного воздуха,   ˚С

31

30,55

28,08

34,08

Количество часов в году с более высокой   температурой, ч

342

387

558

177

Если предположить, что наиболее высокие температуры в течение суток приходятся на период с 12 до 18 ч, то по «минимальной» методике (№3) холодильное оборудование более трех месяцев в дневное время испытывает более высокие нагрузки, чем те на которые его рассчитывали. По «минимальной» методике (№4) режим перегрузки составит менее месяца. Не означает ли это, что следовало бы подбирать оборудование вообще на температуру абсолютного максимума, зафиксированную в данном регионе? Не означает!!! Не означает с небольшой оговоркой: если речь идет о холодильной камере, а не о строго регламентированном технологическом процессе, при котором отклонение от заданных параметров даже на один градус недопустимо. Дело в том, что ограждающие конструкции холодильной камеры, как правило, обладают существенной тепловой инерцией. Поэтому следует говорить не о мгновенной или часовой тепловой нагрузке, а как минимум, о среднесуточной. В данном примере, при максимальной зафиксированной температуре 39,5˚С среднесуточная температура составила 31,6˚С, т.е. даже меньше чем расчетная по «максимальной методике». В случае, если температура в камере подымется на некоторое время, например за счет более высокой нагрузки от инфильтрации теплого воздуха через дверной проем, то это повышение температуры будет в пределах допустимого и не скажется на качестве хранимой продукции. В ночное время оборудование сможет охладить температуру в камере и продукт до необходимой величины и при необходимости добиться и более низких температур.

Для камеры, оборудование которой было подобрано по «минимальной методике» таких оптимистичных прогнозов дать не получится. Учитывая, что для абсолютного большинства холодильных камер максимальный грузооборот происходит в летний период и в дневное время, величина реальной тепловой нагрузки окажется выше, чем холодопроизводительность оборудования.

Влияние выбранной методики на работу холодильного оборудования

Специалисты, искушенные в расчетах теплового баланса, могут не согласиться с аргументом, что на 5…6˚ заниженная температура наружного воздуха может серьезно сказаться на суммарной тепловой нагрузке. «Недобор» составит 10…15% от общей величины тепловых нагрузок. И если время работы холодильного оборудования и коэффициент запаса взяты правильно (о чем подробнее будет сказано в других статьях на сайте Криофор), то они полностью перекроют недостающую мощность оборудования в «жаркие» дни. С этим трудно не согласиться, однако следует учесть, что помимо повышенной тепловой нагрузки холодильная система будет работать длительное время при повышенных значениях конденсации, а значит, при более низкой холодопроизводительности компрессоров. При повышении температуры конденсации на 6˚, в зависимости от режима работы, производительность понизится на 10…20%, а при повышении температуры конденсации на 10˚ - до 40%. Ориентируясь на данные таблицы 1 при расчетах по методике №3 можно прогнозировать повышение среднесуточных температурных режимов в течение всего летнего периода на 3..6˚. Это повлечет за собой и сокращение сроков хранения, и неизбежную порчу продукции.

Выводы

1) Не смотря на большое количество вариантов выбора расчетной температуры наружного воздуха, следует пользоваться в первую очередь нормативной документацией. Если уставы «пишутся» кровью, то нормативы пишутся на основании стабильных данных, в том числе и статистических. Статистика неумолима, она вбирает в себя массу факторов, которые порой сложно придумать. В свою очередь непонятные источники могут носить в себе информацию далекую от действительности или просто опечатки.

2) Наиболее точная методика дает самый высокий результат. В этом случае будет подобрано более дорогостоящее оборудование. Но, именно это оборудование справится с задачей бесперебойного холодоснабжения.

В завершение хочу предложить методику определения температур в смежных с холодильной камерой помещениях, описанную в «Ведомственных нормах технологического проектирования распределительных холодильников».

«Расчетные разности температур для внутренних ограждений принимать в процентах от расчетной разности температур для наружных стен:

для стен и перегородок, отделяющих охлаждаемые помещения от неохлаждаемых, сообщающихся с наружным воздухом (тамбуры, вестибюли и пр.) - 70 процентов; от неохлаждаемых, несообщающихся с наружным воздухом - 60 процентов;

для полов охлаждаемых помещений, расположенных над неохлаждаемыми подвалами - 50 процентов; над подпольем, подвалами с естественной циркуляцией воздуха - 80 процентов.

При определении притока тепла через полы с устройством для обогрева расчетную температуру плиты принимать равной +2 °С.»

И еще для наглядности предлагаю сводную таблицу 2 с расчетными температурами по разным методикам для разных городов.

Таблица 2. Расчетные температуры наружного воздуха

для различных городов

Город

Температуры, ˚С

самого теплого месяца

средняя максимальная

абсолютная максимальная

расчетная наружного воздуха по методикам

№1

№2

№3

№4

Харьков

20,8

26,7

39

31

30,55

28,08

34,08

Белгород

20,2

26,5

41

-

30,45

28,52

35,2

Брест

18,8

24,6

37

-

28,05

26,08

32,04

Винница

18,7

24,6

38

-

28,2

26,42

32,64

Витебск

18

23,1

36

28

27

25,2

30,84

Владивосток

20

23,2

36

30

29

26,4

30,88

Гомель

18,6

24,2

37

31

27,85

25,96

31,88

Грозный

23,8

30,7

41

33

34,05

30,68

36,88

Джанкой

23,3

29,6

41

 -

33,55

30,38

36,44

Днепропетровск

22,3

28,2

40

-

32,3

29,38

35,28

Донецк

21,6

27,6

40

-

31,6

28,96

35,04

Запорожье

22,8

28,9

41

33

33,05

30,08

36,16

Казань

19

24,7

38

31

28,5

26,6

32,68

Калининград

17,4

22,4

36

-

26,4

24,84

30,56

Киев

19,8

25,6

39

29

29,55

27,48

33,64

Луганск

22,3

29,1

41

-

32,55

29,78

36,24

Луцк

18,6

24,4

38

-

28,1

26,36

32,56

Львов

17,4

23

37

28

26,65

25,24

31,4

Минск

17,8

23,2

35

27

26,55

24,68

30,28

Могилев

18,2

23,6

36

-

27,2

25,32

31,04

Москва

18,1

23,7

37

28

27,35

25,66

31,68

Одесса

22,2

26,9

37

30

31,45

28,12

32,96

Полтава

20,6

26,5

38

31

30,1

27,56

33,4

Псков

17,6

22,9

36

26

26,6

24,96

30,76

Ростов-на-Дону

22,9

29,1

40

33

32,9

29,74

35,64

Рязань

18,8

24,4

38

30

28,3

26,48

32,56

Саратов

22,1

27,7

40

33

32,1

29,26

35,08

Свердловск

17,4

22,9

38

28

26,9

25,64

31,96

Симферополь

21,8

28,2

40

31

31,8

29,08

35,28

Сочи

23,2

27,1

38

30

32,7

29,12

33,64

СПБ

17,8

22,1

33

-

26,05

23,88

28,64

Ставрополь

21,9

27,2

40

-

31,9

29,14

34,88

Тула

18,4

24,2

38

28

27,9

26,24

32,48

Феодосия

23,8

28,1

38

-

33,3

29,48

34,04

Хмельницкий

18,6

24,7

36

-

27,6

25,56

31,48

Черкассы

20

26,3

38

-

29,5

27,2

33,32

Ялта

23,7

27,9

39

32

33,45

29,82

34,56

P.S. В данной статье намеренно не указаны источники методик. Речь идет не о критике уважаемых и заслуженных авторов, а о критическом и сознательном подходе вообще к любым источникам информации.

P.P.S. В эпоху массовых (по количеству участников) тендеров, диких (по принципам ведения бизнеса) фирм и специалистов широкого (но не того что надо) профиля всегда будет искушение удешевить оборудование в том числе и за счет манипуляций с исходными данными. Кто-то понизил наружную температуру, увеличил «дельту» на теплообменном оборудовании, занизил диаметры, урезал комплектацию установки и т.д. и т.п., а в результате Заказчик может смело делить на 2 свой грузооборот и при этом обосновано не платить за такое дешевое, но не работоспособное оборудование. Кто от этого выигрывает?! Вопрос риторический.

МСМ

08.05.2014