Воздухоохладители для крупных холодильных

Теплообменное оборудование / Современные решения
Воздухоохладители для крупных
холодильных складов
Дипл. инж. Хайнц ЯКМАНН
(Heinz Jackmann),
руководитель сферы
деятельности «Промышленные
холодильные установки»
компании Guentner
Размеры холодильных складов становятся все боль
ше. За последние 10 лет особенно изменилась их вы
сота. В современных многоярусных складах с авто
матическими системами транспортировки она сегод
ня достигает 30–40 м.
Большие размеры и использование автоматической
складской техники предъявляют новые требования
к выбору и установке воздухоохладителей. Снижение
удельной холодопроизводительности в связи с уве
личением размеров склада приводит к уменьшению
скорости циркуляции воздуха.
Сквозные балки под потолком и опоры стеллажей,
проходящие перпендикулярно направлению движе
ния воздуха, снижают длину воздушной струи. В ра
бочей зоне автоматических систем транспортировки
установка воздухоохладителей невозможна.
Кроме того, помимо строительных предписаний
необходимо учитывать также требование относитель
но энергосбережения.
В последние годы в Европе крупные холодильные
склады строились с бесканальным распределением
воздуха. Холодный воздух опускается вниз, распре
деляется по принципу «озера холодного воздуха», под
действием восходящего теплового потока поднима
ется вверх и под потолком возвращается обратно к
воздухоохладителю.
Насколько хорошо распределяется температура в
крупных холодильных складах при охлаждении по
принципу «озера холодного воздуха» и циркуляции воз
духа под действием восходящего теплового потока?
Каким образом можно заранее просчитывать по
токи воздуха и значения температуры при помощи
компьютерного моделирования?
Каков потенциал энергосбережения в случае при
менения различных воздухоохладителей?
Чтобы найти ответы на эти вопросы, мы исследова
ли крупный склад глубокой заморозки в Швейцарии.
Для этого склада, высота которого составляет 32 м, про
ведено компьютерное моделирование, и затем на нем
измерены температуры, чтобы проверить, насколько
хорошо работает склад с такой подачей воздуха и на
сколько данные компьютерного моделирования соот
ветствуют результатам измерений.
48
Различные конструкции воздухоохладителей
для складов глубокой заморозки
Потолочный воздухоохладитель с горизонтальной
подачей воздуха недорог, срок поставки небольшой.
Недостатки:
 Длина воздушноой струи должна быть не мень
ше длины помещения, т.е. необходимы вентилято
ры с высокой частотой вращения и мощностью
привода.
 Не должно быть мешающих балок или ламп в
области потолка.
 Нужно обеспечить соответствующее свободное
пространство между верхним краем штабелей и по
толком помещения, следствием чего является умень
шение потенциальной высоты штабелей, т.е. ограни
ченная эффективность использования объема скла
да.
Постаментный воздухоохладитель с каналами рас
пределения воздуха обеспечивает хорошее распреде
ление воздуха даже при сложных условиях в поме
щении.
Недостатки:
 Воздухоохладитель размещается в холодильном
складе, что уменьшает полезную площадь склада
(меньше места для поддонов с охлаждаемым продук
том).
 Каналы для распределения воздуха требуют ме
ста для размещения и высоких капиталовложений.
 Нужны вентиляторы с внешним давлением на
гнетания, с более высокой рабочей мощностью, т.е.
растут эксплуатационные расходы.
№ 8/2011
Воздухоохладитель в изолированном корпусе с воздуш
ным каналом обеспечивает хорошее распределение
воздуха даже при сложных условиях в помещении.
Воздухоохладитель размещен вне складской площа
ди, что облегчает доступ для технического обслужи
вания и убыстряет процесс оттаивания.
Недостатки:
 Система каналов для распределения воздуха тре
бует места для размещения и капиталовложений.
 Нужны вентиляторы с внешним давлением на
гнетания, с высокой рабочей мощностью, т.е. растут
эксплуатационные расходы.
Воздухоохладитель в изолированном корпусе без воз
душных каналов обеспечивает распределение возду
ха по принципу «озера холодного воздуха» и цир
куляцию воздуха с помощью восходящего теплово
го потока. Изза отсутствия системы каналов умень
шаются капиталовложения и увеличивается
эффективность использования объема помещения
за счет увеличения высоты штабелирования. Венти
ляторы без внешнего давления нагнетания эконо
мят эксплуатационные расходы.
Воздухоохладитель обеспечивает оптимальную для
складов с передвижными стеллажами циркуляцию
воздуха (циркуляция, поддерживаемая тепловым по
током). Воздухоохладители размещаются вне поме
щения, что обеспечивает хороший доступ для техни
ческого обслуживания и ускоренное оттаивание.
Недостатки:
 Необходимо оставлять свободное пространство
для вертикальной циркуляции воздуха между сис
темой стеллажей и внешней стеной так, чтобы рас
стояние между стеллажом и стеной было 30...50 см.
 Нужно пространство перед и под воздухоохла
дителем для правильного распределения холодного
воздуха, поэтому выход воздуха из охладителя раз
мещают над проходом для транспортировки про
дукции.
 Отношение длины помещения к его высоте дол
жно составлять примерно 3:1 для обеспечения хоро
шего воздухораспределения.
№ 8/2011
Воздухоохладитель для складских помещений. Отсут
ствие каналов уменьшает капиталовложения и повы
шает эффективность использования объема помеще
ния (увеличивается высота штабелирования). Вентиля
торы без внешнего давления нагнетания с небольшим
радиусом действия снижают эксплуатационные расхо
ды. Воздухоохладитель обеспечивает оптимальную цир
куляцию с помощью восходящего теплового потока.
Недостатки:
 Необходимо свободное пространство для верти
кальной циркуляции воздуха между системой стел
лажей и внешней стеной, так чтобы расстояние меж
ду стеллажом и стеной было 30...50 см.
 Нужно пространство для распределения холод
ного воздуха, поэтому выход воздуха из воздухоох
ладителя размещается над проходом для транспор
тировки.
 Отношение длины помещения к его высоте дол
жно составлять примерно 3:1.
 Необходима рабочая площадка для воздухоохла
дителя, что влечет за собой дополнительные капита
ловложения.
 Очень важно следить за рабочей зоной для лю
дей. При небольшой высоте помещения под возду
хоохладителем возникает сквозняк!
Пентхаускулер размещается вне складской площа
ди, что обеспечивает высокую эффективность ис
пользования объема помещения, хороший доступ для
технического обслуживания воздухоохладителя, от
сутствие сервисного персонала на низкотемператур
ном складе.
Трубопроводы и вентили прокладываются над
крышей, благодаря чему легко производится заме
на дефектных устройств. Размещение пентхауску
лера дает возможность расширить склад без вмеша
тельства в холодильную систему.
Недостатки:
 Требуются короткая система воздушных каналов
и вентиляторы с внешним давлением нагнетания
около 65 Па, что влечет за собой высокие эксплуата
ционные расходы.
49
Теплообменное оборудование / Современные решения
 Установка пентхауса на крыше низкотемператур
ного склада приводит к дополнительным капитало
вложениям.
Тенденции в строительстве складов глубокой замороз
ки и логистических складов
Основные тенденции в области низкотемпера
турных складов состоят в постоянном росте объе
ма склада, снижении холодопроизводительности
для больших объемов помещений, применении
небольшой скорости циркуляции воздуха. Разви
вается строительство многоярусных складов с ав
томатическими системами транспортировки и
складов с передвижными стеллажами для опти
мального использования помещения. Прослежива
ется также явная тенденция к экономии капиталь
ных затрат и эксплуатационных расходов.
Расходы на электроэнергию являются решающим
фактором обеспечения экономичности низкотемпера
турного склада.
Поэтому для каждого склада важно выбрать опти
мальную концепцию системы охлаждения и опти
мальные воздухоохладители.
Электроэнергию можно сэкономить с помощью
вентиляторов с низкой мощностью привода. Это осо
бенно важно, поскольку снижается не только сама
потребляемая мощность вентиляторов, но и допол
нительное энергопотребление холодильной установ
ки для отведения из холодильного склада тепла от
привода вентиляторов.
В Европе в последние годы были построены
крупные низкотемпературные склады, в которых
циркуляция воздуха поддерживается с помощью
восходящего теплового потока. Холодный воздух
опускается вниз, распределяется по полу по прин
ципу «озера холодного воздуха», под действием
восходящего теплового потока поднимается вверх
и под потолком возвращается обратно к воздухо
охладителю. Такой тип подачи воздуха позволяет
уменьшить скорость циркуляции воздуха в круп
ных холодильных складах, а также использовать
вентиляторы с низкой частотой вращения и малой
мощностью привода. Благодаря этому удается со
кратить эксплуатационные расходы, а также избе
жать капиталовложений на воздушные каналы.
Для такого типа подачи воздуха подходят склады
с автоматическими системами транспортировки.
* * *
Пример крупного склада глубокой заморозки
с бесканальным распределением воздуха
и циркуляцией воздуха под действием восходящего
теплового потока
Компания Guentner исследовала склады глубокой
заморозки, построенные согласно данным требова
ниям.
Как ведут себя воздушные потоки в таких скла
дах и насколько равномерно распределяется тем
пература?
Ниже представлены результаты исследования од
ного из складов, действующих в Швейцарии.
50
Основные характеристики склада
Застройщик и эксплуа
Migros Verteilbetrieb
тирующая организация
Neuendorf AG, Швейцария
Тип склада
Логистический склад на 25 800
поддонов, многоярусный
с неподвижными стеллажами,
с автоматической системой
транспортировки поддонов.
Поступление товаров через
тамбур
Число холодильных камер
4
Размеры склада глубокой
заморозки, м:
длина
83
ширина
63
высота
32
высота штабелей
~29 (14 поддонов)
Температура хранения, оС
–28
Требуемая холодопроизводитель
ность, кВт:
для компенсации теплопритока
от ограждающих конструкций
144
для охлаждения товаров
122
компенсация мощности приводов
и вентиляторов
146
компенсация потерь при
открывании дверей
35
Суммарная холодопроизводитель
ность, кВт
447
Общая установленная холодопро
изводительность при 10часовом
режиме работы, кВт
1074
Установленная холодопроизводительность
на холодильную камеру, кВт
268,5
Планирование и исполнение
холодильной системы
York Industriekaelte
Оборудование для получения холода: 3 винтовых
компрессора (York SAG 80); 1 поршневой компрес
сор (SABROE серии SMC); 12 воздухоохладителей
для складских помещений (Guentner типа S GHS
081D/310) – по 3 воздухоохладителя на камеру.
Характеристики воздухоохладителей
Хладагент
NH3, насосная подача
Холодопроизводительность, кВт
91
Температура помещения, оС
–28
Расход воздуха, м3/ч
52 600
Шаг ребер, мм
10
Вентиляторы:
количество, шт.
3
диаметр, мм
800
мощность каждого, кВт
1,4
Габаритные размеры, мм:
длина
4150
ширина
1700
высота
1400
Склад разделен на 4 камеры с одинаковой темпе
ратурой –28 оС. Площадь камер высотой 32 м:
14×83 м (2 камеры) и 18×83 м (2 камеры). Воздух по
дается воздухоохладителями, установленными в
верхней части на правой короткой стенке камеры,
вдоль длинной стороны камер и частично вверх.
№ 8/2011
№ 8/2011
31,1 м
30 , 3 м
28,6 м
Δt=1,9 K
Δt=0,2 K
–31,0
Δt=1,2 K
–30,2
Δt=1,6 K
Распределение воз –29,7 C
–29,3 C
–29,4
–29,3
душных потоков и
–29,9
–29,7
поле температур по
камере было получе
–30,5
–30,9
но методом матема
тического моделиро
–31,5
вания. Результаты
–31,0
(скорость и направ
ление потока воздуха
–31,05
–31,1
и распределение тем
ператур, полученные
для плоскостей сечения по всем трем осям коорди
нат) наглядно продемонстрировали следующее.
Сечение поперечной вертикальной плоскостью не
далеко от стены с воздухоохладителем показывает,
что в проходах между стеллажами поток холодного
воздуха имеет достаточно высокую скорость около
воздухоохладителей. Снижается она примерно че
рез 20 м, что хорошо видно на горизонтальном сече
нии камеры (примерно на половине высоты поме
щения). Холодный воздух медленно движется по
проходам до конца помещения. В тонком погранич
ном слое у внешних стен воздух поднимается под
действием восходящего теплового потока. Разность
температур по длине помещения составляет в гори
зонтальной плоскости около 1,8 K.
Сечение продольной вертикальной плоскостью
(примерно в середине камеры по ширине) демон
стрирует, что только часть объема воздуха возвра
щается обратно к охладителю после прохождения
примерно 20 м длины помещения. Большая часть
воздуха идет через помещение до противополож
ной внешней стены, там поднимается вверх и под
потолком движется обратно к воздухоохладителям.
В области внешней стены и потолка заметен тон
кий пограничный слой более теплого воздуха.
В результате компьютерного моделирования была оп
ределена разность температур воздуха по длине каме
26 м
–31,4
10,5 м
–31,0
0,7 м
-30,8 -31,0 -30,2 C
Δt=0,6 K
ры в области поддонов. Она составила 1,3 К у пола; 1,8 К
в середине камеры по высоте и 2,0 К под потолком.
Максимальная температура воздуха в области по
толка составляет –28 °C, т.е. находится в заданном
диапазоне.
Были проведены измерения температуры в раз
личных точках склада (6 точек по вертикали в трех
плоскостях вдоль длины камеры и 3 точки по ши
рине камеры) (см. рисунок). Все точки измерения
находились в области поддонов. Измерения, прово
дившиеся в течение 7 дней, показали, что во всей
области поддонов максимальная разность темпера
тур между самой холодной и самой теплой точками
измерений составляет 1,9 К.
Значения температуры во всех точках измерений
были ниже –28 °C, т.е. находились в заданном диа
пазоне.
* * *
При воздухообмене, равном 4,2, и циркуляция
воздуха с помощью восходящего теплового потока
достигается равномерное распределение темпера
туры в крупных складских помещениях глубокой
заморозки.
Компьютерное моделирование воздушных потоков
и температуры предоставляет хорошие исходные дан
ные для дальнейшей оценки функционирования хо
лодильного склада.
51