УДК 641.546.44

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ ШКАФА МНОГОКАМЕРНЫХ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Ржесик Константин Адольфович1, Кулешов Денис Константинович2
1Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры холодильной и торговой техники
2Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры холодильной и торговой техники

Аннотация
Усовершенствован экспериментально-расчетный метод определения теплоизоляционных свойств шкафа двухкамерного (многокамерного) холодильного прибора, который позволяет снизить продолжительность и трудоемкость испытаний бытовых холодильных приборов и повысить точность полученных результатов.

Ключевые слова: бытовые холодильные приборы, теплоизоляция холодильного шкафа, теплопроходимость, экспериментально-расчетный метод, энергоэффективность


IMPROVING DETERMINATION METHOD OF INSULATING PROPERTIES OF MULTI CHAMBER REFRIGERATOR

Rzhesik Konstantin Adolfovich1, Kuleshov Denis Konstantinovich2
1Donetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, Ph.D., associate professor, professor of refrigeration and commercial equipment
2Donetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, Ph.D., senior lecturer in refrigeration and commercial equipment

Abstract
Improved experimental calculation method of determination of insulating properties of the double-chamber (multi chamber) refrigerator. This method reduces the duration and com-plexity of testing of household refrigerators as well as increases the accuracy of the results.

Keywords: energy efficiency, experimental calculation method, household refrigerators, thermal conductivity, thermal insulation of refrigerating cabinet


Библиографическая ссылка на статью:
Ржесик К.А., Кулешов Д.К. Усовершенствование метода определения теплоизоляционных свойств шкафа многокамерных бытовых холодильных приборов // Современная техника и технологии. 2015. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/09/7916 (дата обращения: 27.05.2017).

Постановка проблемы и ее связь с важнейшими научными и практическими задачами.
Значительную долю в общей структуре энергопотребления развитых стран составляет потребление электроэнергии в бытовом секторе, в основном за счет работы электробытовых приборов. Статистические данные свидетельствует о том, что около четверти этого потребления электроэнергии составляет потребление бытовыми холодильными приборами (БХП). Общемировая тенденция к экономии энергетических ресурсов способствует тому, что уровень потребления электроэнергии становится все более важным показателем каждого бытового холодильного прибора, характеризует его технический уровень и существенно влияет на энергосбережение в масштабах страны.
Одним из самых распространенных путей повышения энергоэффективности БХП является улучшение качества теплоизоляции холодильного шкафа, которую можно характеризовать ее теплоизоляционным свойством.
Целью исследований является совершенствование экспериментально-расчетного метода определения теплоизоляционного свойства холодильного шкафа многокамерного холодильника и повышение его точности. 
Изложение основного материала исследований.
Одним из упрощенных подходов к исследованию тепловых процессов, которые происходят при работе бытового холодильного устройства, является описание этих процессов в стационарном режиме с помощью формулы, которая имеет структуру закона Ньютона-Рихмана. Для однокамерного БХП:

Q = kF × (t – t );
(1)
где kF – так называемая теплопроходимость камеры БХП;
Q – тепловая мощность, отводимая из камеры БХП в окружающую среду;
t , t – среднее арифметическое значение температур, которые измерены возле стенок внутри и снаружи камеры соответственно.

Такой подход позволяет сложные процессы конвективного теплообмена между газовой средой и внутренней стенкой камеры, теплопроводности по толщине многослойной стенки камеры и конвективного теплообмена между внешней стенкой камеры и окружающим воздухом интегрировать с помощью понятия теплопроходимости камеры БХП kF.
В работе [1] предложен метод экспериментального определения теплопроходимости стенок шкафа холодильного прибора в стационарном тепловом режиме. Суть метода заключается в моделировании теплопередачи через стенки шкафа с заменой источника холода источником тепла (нагревателем). Для соблюдения условий подобия процесса теплопередачи, холодильный шкаф устанавливалась вверх дном.
В работе [2] предложен экспериментально-расчетный метод определения теплопроходимости шкафа БХП на примере одной камеры холодильного прибора. В работе [3] экспериментально-расчетный метод определения теплопроходимости шкафа БХП был распространен на двух – и многокамерные приборы с учетом влияния теплопередачи между камерами через внутренние стенки. Экспериментально-расчетный метод [3] позволил повысить точность полученных результатов и снизить продолжительность и трудоемкость экспериментов по определению качества изоляции холодильных шкафов.
Дальнейшее совершенствование экспериментально-расчетного метода возможно путем учета теплопритока в шкаф через уплотнители дверей камер, и определение корректного способа расчета теплопередающей поверхности F в случаях когда толщина изоляции может быть сравнима с размером камер холодильного прибора.
Теплопроходимость каждой камеры холодильного шкафа kF двухкамерного холодильника может быть определена из соотношений:

Q хк = kF хк × (хк – t хк);
(2)
Q мк = kF мк × (мк – t мк);
(3)
где kF хк , kF мк – теплопроходимость холодильной и морозильной камеры соответственно;
Q хк , Q мк – тепловая мощность, отводимая из холодильной и морозильной камер, соответственно;
хк , t мк – среднее интегральное значений температур измеряемых на внутренней поверхности стенок холодильной и морозильной камер соответственно;
хк , t мк – среднее интегральное значений температур измеряемых на наружной поверхности стенок холодильной и морозильной камер соответственно.

Перенос тепла между камерами холодильного прибора через перегородку может быть определен из соотношений:

Q хк пер. = kF хк пер. × (хк пер. – tхк пер.);
(4)
Q мк пер. = kF мк пер. × (мк пер. – tмк пер.);
(5)
хк пер.= t мк пер.;
(6)
мк пер.= t хк пер.;
(7)

Кроме того, в камеры холодильного прибора при его работе поступает, а в экспериментах методом теплового моделирования – отводится определенное количество тепла через уплотнители камер. Тепловая мощность, поступающая или отводящаяся в этом процессе, может быть определена с учетом реальной конструкции магнитного уплотнителя холодильного прибора.

Рисунок 1 – Схема уплотнителя

На рисунке приведена схема одной из конструкций магнитного уплотнителя, которая зачастую используется в холодильных приборах. Конструктивно такой уплотнитель имеет три технологические камеры, в одной из которых установлена магнитная вставка, а две другие заполнены воздухом. Для этой конструкции магнитного уплотнителя тепловая мощность отводимая из холодильной камеры прибора через уплотнитель может быть определена из соотношения:

(8)
где  - площадь боковой поверхности технологических камер уплотнителя с магнитной вставкой и воздухом, соответственно;
 - коэффициенты теплоотдачи от боковой поверхности уплотнителя в окружающую среду и в камеру холодильного прибора, соответственно;
a - ширина прилегания и высота магнитной вставки, соответственно;
 - теплопроводность магнитной вставки и материала уплотнителя (резины), соответственно;
г - толщина стенок уплотнителя;
 - тепловое сопротивление воздуха в технологических камерах уплотнителя.

Величины  та  могут быть определены из соотношений:

(9)
(10)
где  - эффективные коэффициенты теплопроводности воздуха, которые учитывают перенос тепла в технологических камерах уплотнителя как собственно теплопроводностью в воздухе, так и конвекцией.

Эффективные коэффициенты теплопроводности воздуха  и  - в ограниченном пространстве технологических камер уплотнителя могут быть определены из закономерностей переноса тепла в узких щелях [4].

(11)
где  - коэффициент теплопроводности воздуха;
 - безразмерные коэффициенты, характеризующие влияние переноса тепла конвекцией в общий теплоперенос через технологические камеры уплотнителя [5].
;
(12)
;
(13)
где  - коэффициент, характеризующий зависимость плотности воздуха от температуры;
 - средняя температура в технологической камере магнитного уплотнителя;
= 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;
 - кинематическая вязкость воздуха при средней температуре в технологической камере магнитного уплотнителя.

Аналогично может быть определена тепловая мощность отводимая из морозильной камеры прибора через уплотнитель. Таким образом, тепловые балансы холодильной и морозильной камеры двухкамерного холодильного прибора в установившемся режиме работы могут быть записаны в виде:

(14)
(15)
(16)

Современные холодильные приборы имеют значительную толщину изоляции, которая сопоставима с размерами, например, морозильной камеры. Вследствие этого внутренняя поверхность камер холодильного прибора может значительно отличаться от внешней. В этих обстоятельствах важно корректно определить расчетную площадь поверхности камер, которая входит в формулы (14), (15). Для расчета теплопередачи в телах произвольной формы обычно рекомендуется применять среднегеометрическое значение этих площадей поверхностей [6]:

;
(17)

Уравнения (14) – (16) образуют систему из трех уравнений с тремя неизвестными, которая может быть решена с необходимой точностью методом итераций. Для этого сначала выполняют расчет переноса тепла через перегородку между камерами шкафа с учетом разницы температур возле перегородки в разных камерах шкафа [3]. Затем по формулам (14) – (16) рассчитывают теплопроходимость камер шкафа kF с учетом переноса тепла через перегородку между камерами. Расчеты повторяют до тех пор, пока будет достигнута нужная точность в определении тепловой мощности, отводимой в камерах холодильного прибора.
Этот алгоритм реализован стандартными средствами Microsoft Office. Использование полученных в экспериментах значений температур возле стенок камер шкафа холодильного прибора в расчетах с применением разработанного усовершенствованного метода определения теплопроходимости шкафа двухкамерного (многокамерного) БХП позволяет повысить точность определения эффективной теплопроводности пенополиуретановой изоляции шкафа, при которой расчетное значение kF шкафа с заданной точностью будет соответствовать значению этой же величины, полученной в результате экспериментальных исследований.
Выводы.
Полученное таким образом фактическое значение эффективной теплопроводности пенополиуретановой изоляции шкафа холодильного прибора отражает особенности технологии его изготовления, в определенной мере может быть количественным критерием качества изготовления при серийном производстве холодильных приборов, а также может быть использовано в прогнозирующих расчетах kF шкафа с другими геометрическими размерами при разработке новых моделей БХП.


Библиографический список
  1. Николаенко Ю.Э., Тихонова В.Н. Новая методика определения тепло проходимости холодильного шкафа [Текст] / Ю.Э. Николаенко, В.Н. Тихонова // Холодильная техника. – 1988. – №10. – С. 18-21.
  2. Красновський І.Н., Радіоненко В.М. Розробка методики розрахунку тепло припливів у шафу побутових холодильних приладів (ПХП) виробництва АТ «Норд» [Текст] / І.Н. Красновський, В.М. Радіоненко // Обладнання та технології харчових виробництв: Тематичний збірник наукових праць / ДонДУЕТ. – 2006. – Вип. 14. – С. 46-53.
  3. Горін О.М., Красновський І.Н., Клейнер А.А Метод визначення теплоізоляційних властивостей багатокамерних побутових холодильних приладів. Обладнання та технології харчових виробництв: тематичний збірник наукових праць. – Донецьк: ДонНУЕТ, 2008. Випуск 19. – С. 27-31.
  4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи М., «Энергия», 1977. — 344 с.
  5. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача – М., «Энергия», 1975. — 488 с.
  6. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача- М.: Высшая Школа, 1975. — 496 с.


Все статьи автора «Кулешов Денис Константинович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: