Патент на изобретение №2383126

(54) СПОСОБ СОХРАНЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к процессам кондиционирования воздушной (газовой) среды в помещениях промышленности, сельского хозяйства, холодильной промышленности. Процесс доводки уровня колебаний параметров среды осуществляют калиброванием отклонений до допустимого уровня. Калибрующие процессы реализуют пропуском теплового потока через сопротивление теплопередаче перегородки, в котором колебания затухают до допустимого уровня. Перегородкой разделяют на составляющие части объем помещения: предкамеру (сухую), в которой допустимы большие колебания тепловых потоков; камеру (мокрую), в которой колебания ограничены допустимой «точкой росы» внутренней среды кондиционируемой части помещения. Изобретение обеспечивает прецизионную доводку микроклимата в «чистых помещениях», камерах хранения овощей фруктов и других помещениях, к которым предъявляются требования ограничения степени колебаний температуры и влажности среды, до нормируемого (допустимого) уровня.

Способ относится к производствам, требующим до увлажнения воздуха, особенно для хранения сельскохозяйственной продукции.

Известны гигиеническая, технологическая необходимость сохранения влажности воздуха в помещениях на заданном уровне.

Особенно актуальны проблемы влажности среды для технологий ткацкого производства (А.В.Нестеренко. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. Изд. Высшая школа. М., 1971, с.276-279).

Не менее актуален уровень влажности для технологий хранения свежих сочных видов сельскохозяйственной продукции, например, капусты, картофеля, свеклы, моркови, яблок, винограда и т.п.

Для поддержания заданного уровня влажности, воздух в производственных помещениях увлажняют искусственно. В помещениях для хранения овощей и фруктов воздух увлажняют и, кроме того, сохраняют влагу, выделяемую овощами при их дыхании (И.В.Метлицкий, И.Л.Волкинд. Хранение картофеля в условиях активного вентилирования. Экономика. M., 1968, с.27, 64, 65, 90, 91).

При сохранении влаги в помещениях для хранения сельскохозяйственной продукции с принудительным охлаждением задача усложняется тем, что в этом случае температуру поверхностей охлаждающих устройств вынужденно поддерживают всегда значительно ниже температуры допустимого максимального насыщения влагой охлаждаемого воздуха, то есть ниже «точки росы» охлаждаемого воздуха (В.Б.Якобсон. Малые холодильные машины. Пищевая промышленность. М. 1977, с.241, 242. ЗАО «Остров». Технический каталог ТК-СХО-09/2002, тел./факс 8-(495) 726-53-53; 582-63-22; факс 8-(495) 726-53-66. Табл. Холодопроизводительность, показатель dT₁).

За прототип изобретения может быть принят способ разделения пленкой тепломассообменных процессов в смежных отделениях помещений с разной концентрацией компонентов воздушной среды по газовому составу. Способ фактически предполагает разделение помещения хранения на предкамеру и камеру с разно-компонентным составом воздушной среды. Способ также предполагает равенство упругостей водяного пара в предкамере и камере хранения, поскольку в стационарных условиях в обеих частях помещения устанавливаются практически равные температуры воздушной среды. Следовательно, устанавливаются равные значения «точки росы», имеющегося в них воздуха. Это является безусловным фактом, так как сопротивление теплопередаче пленочной перегородки ничтожно мало (В.Я.Янюк, В.И.Бондарев. Холодильные камеры для хранения фруктов и овощей в регулируемой газовой среде. Легкая и пищевая промышленность. М. 1984, с.104, 105). Недостатком прототипа является фактическое отсутствие у пленочной перегородки-разделителя необходимой функции поддержания по обеим сторонам пленки разных «точек росы» и разности упругости водяного пара из-за нестационарности температур и минимального сопротивления теплопередаче разделяющей пленки. Ничтожное сопротивление теплопередаче пленки предопределяет близость по величине «точек росы» по обеим ее сторонам. Вынужденные колебания температур в предкамере немедленно откликаются колебанием температур в камере хранения.

Колебания температур в предкамере возникают как следствие климатических колебаний тепловых потоков извне (колебаний солнечной радиации при изменении, например, облачности, мутности атмосферы, суточных колебаний, и тому подобное), так и вследствие дискретного регулирования работы охлаждающих устройств. Поскольку температура в предкамере и камерах хранения примерно одинаковы, то одинаковы и «точки росы» на обеих сторонах перегородки. Отсюда одинакова и относительная влажность воздуха в камерах и в предкамере.

Обычно для назначения степени охлаждения воздуха в предкамере известны предельные амплитуды колебаний температуры наружного воздуха и солнечной радиации. Кроме того, приблизительно известна разность температуры между поверхностью источника холода и омывающего его воздуха (примерно 7-10°С). Задаются исходя из экономических соображений также температурой отключения охлаждающего устройства и температурой его включения по достижении температурой охлаждаемого воздуха заданных верхнего и нижнего пределов (настраивают дифференциал в пределах 4-6°С) (И.Х.Зеликовский, Л.Г.Каплан. Малые холодильные машины и установки. Справочник. ВО Агропромиздат. М., 1989, с.489-490, табл.11-3).

Таким образом, задают для предкамеры допустимый размах амплитуды колебания (изменения) температур, обычно достигающий нескольких градусов. Следовательно, задаются амплитудой колебания «точки росы» охлаждаемого воздуха и величиной амплитуды колебания относительной влажности воздуха, измеряемой десятками процентов. Для камеры хранения параметры воздушной среды хранения задают технологические нормы. Пределы изменения температур зачастую ограничены допусками ±1°С. Пределы изменения относительной влажности на уровне 92±2,5% нормируются из условия сохранения тургора хранимой продукции. 95% влажности это метастабильное состояние влаги в среде. Для сохранения высокой влажности воздуха в камере хранения (90-95%) необходимо, чтобы температура поверхности ограждения камеры («точка росы») отличалась от температуры воздуха в камере на несколько десятых градуса. Например, допустимое изменение температуры внутреннего воздуха составляет

t_в=1±1°C.

При нормируемой стабильной температуре воздуха в камере хранения t_в=(1+1) = плюс 2°С, допустимая температура поверхности («точка росы») _в составляет плюс 1,29°С. При температуре воздуха в камере хранения t_в=1-1=0°С, температура «точки росы» на внутренней поверхности _в составляет минус 0,61°С (СП 23-101-2000, с.74). Также допустима величина колебания температуры внутренней поверхности воздуха _в=0,61°С без риска выпадения конденсата. Следовательно, допустимо снижение температуры внутренней поверхности ограждающей перегородки _в со стороны камеры хранения t_в–_в=2-1,29=0,71°С (при заданной температуре воздуха в камере t_в=1+1=2°С).

Таким образом, при изменении температуры внутреннего воздуха камеры в допустимых пределах от 0°С до плюс 2°С амплитуда допустимых колебаний температуры внутренних поверхностей составляет 0,71+0,61=1,32°С.

Согласно прототипу при ничтожном сопротивлении теплопередаче пленки разграничивающей объемы, обеспечить «стабильный» заданный уровень температуры внутренней поверхности в камере с отклонениями, измеряемыми десятыми долями градуса, невозможно, поскольку размах амплитуды колебания температуры t_н разности максимальной и минимальной температур воздуха вне камеры измеряется несколькими градусами.

В соответствии с предлагаемым изобретением, в силу значительных плавного и дискретного изменений температур в предкамере необходимо ограничить на стороне перегородки, обращенной в камеру хранения, амплитуды колебания температур до пределов, при которых исключено выпадение росы из воздуха камеры.

Достижение поставленной цели возможно путем введения (между процессами теплопередачи через перегородку теплоты из камеры хранения и процессами тепловосприятия со стороны предкамеры) процесса доводки разброса температур в пределах допустимого изменения «точек росы» внутреннего воздуха, на внутренней по направлению теплового потока стороне перегородки.

Реализацию процесса доводки можно осуществить калибратором, размещаемым между камерой хранения и предкамерой в виде теплоустойчивого сопротивления теплопередаче, достаточного для калибровки в нем бросков температуры со стороны предкамеры до допустимого по «точке росы» уровня путем использования явления затухания колебаний температур в теплоизоляции. Например, такой процесс можно реализовать введением на границе предкамеры и камеры дополнительного пассивного калибровочного теплоустойчивого безинерционного сопротивления теплопередаче, обладающего показателем затухания колебаний

,

где R_o – сопротивление теплопередаче дополнительного сопротивления, м² ч °С/ккал;

_в – коэффициент теплопередачи на внутренней поверхности камеры ккал/ м² °С ч [A.M.Шкловер. Метод расчета зданий на теплоустойчивость / М.: издательство литературы по строительству и архитектуре. 1945, с.19, формула (52), с.20, формула (53), с.29, 45].

Величину необходимого затухания колебаний V можно определить из соотношения

,

где t_в – нормируемая температура внутреннего воздуха;

_в – нормируемая температура внутренней поверхности камеры;

t_н – амплитуда колебания температуры воздуха в предкамере, °С.

Принимая величину _в на минимальном (при естественной конвекции воздуха) уровне, можно определить требуемое сопротивление теплопередаче, обеспечивающее минимальные колебания температур на внутренней поверхности камеры хранения, вписывающееся в пределы изменения «точки росы» на внутренней поверхности. Увеличивая активным побуждением скорость движения воздуха у внутренней поверхности камеры, можно значительно увеличить _в, то есть тепловой поток через перегородку и повысить температуру ее внутренней поверхности выше «точки росы». Однако применение этого процесса ограничено количеством теплоты, выделяемой хранимой продукцией при ее дыхании.

На основании вышеизложенного предлагаемое изобретение имеет относительно прототипа следующие совпадающие признаки:

– процессы охлаждения воздуха при движении его через теплообменники, сопровождаемые отдачей на теплообменник теплоты и влаги из проходящего воздуха;

– переходные процессы действия охлаждающих устройств до и после их включения и отключения;

– процессы передачи теплоты от хранимой в камере продукции в предкамеру;

– процессы естественной и принудительной конвекции;

– процессы передачи через перегородку теплоты;

– процессы, вызывающие возникновение разности парциальных давлений водяного пара по разные стороны перегородки;

– процессы создания разницы парциальных давлений в воздушных средах камеры хранения и предкамеры.

Согласно предлагаемого изобретения относительно прототипа имеются следующие отличия:

– на границе между процессами теплопередачи теплоты от камеры хранения к предкамере введен процесс доводки колебаний теплового потока до уровня допустимых колебаний, не вызывающих выпадение росы на ограждающих конструкциях камеры хранения;

– калибровочное сопротивление теплопередаче для доводки резких колебаний температуры до допустимого уровня выбирают на основе оценки возможного затухания колебаний тепловых потоков в теплоизоляции перегородки между камерой хранения и предкамерой;

– калибровочное сопротивление делит зоны влажности воздуха на:

– предкамерную(сухую), где воздух освобождают от влаги в пассивном процессе его охлаждения на теплообменных аппаратах охлаждающих устройств поддержанием температуры охлаждающих поверхностей на уровне ниже «точки росы» входящего воздуха;

– зону в камере хранения (мокрую), где влагу сохраняют на заданном уровне ограничением амплитуды колебаний температур на внутренних поверхностях камеры на уровне выше «точек росы» внутреннего воздуха;

– активный процесс ограничения амплитуды колебания путем увеличения коэффициента теплоотдачи у внутренней поверхности камеры хранения.

Формула изобретения

Способ сохранения влажности воздуха в камере, отгороженной перегородкой от предкамеры, включающий процессы притока и стока влаги, принудительного охлаждения воздуха, переходные и пограничные тепловые процессы после и до периодического действия охладительных систем в предкамере, процессы отвода теплоты от охлаждаемого в камере объекта, процессы естественной и принудительной конвекции, процессы преодоления сопротивлений тепломассо- и газопередаче через перегородку при переменных по величине и времени тепловых стоках от внешних и внутренних источников, отличающийся тем, что сопротивление теплопередаче перегородки назначают с такой степенью затухания амплитуд колебаний тепловых потоков и температур на наружной по направлению тепловых стоков поверхности, чтобы в процессе калибровки в перегородке амплитуд колебаний тепловых потоков и температур температура внутренней поверхности перегородки не могла опуститься ниже «точки росы» воздуха в камере, причем перемещения воздушных потоков в предкамере и камере производятся по раздельным трактам, разграниченным перегородкой, а со стороны камеры хранения введен временный корректировочный процесс увеличения теплоотдачи на внутренней поверхности путем активизации скорости движения внутренней воздушной среды хранения на внутренней стороне перегородки относительно направления стока теплоты.