Производство и применение льда

Раздел: Производство

В районах, где возможна экономичная заготовка естественного льда, наряду с искусственным машинным охлаждением используют также холодильники и установки естественного ледяного охлаждения. Методы использования естественного ледяного охлаждения, выбор типа холодильников и установок определяются их назначением.

Естественный лед находит применение в сельском хозяйстве и заготовительной сети кооперации и торговли для сохранения преимущественно овощей и фруктов, а также молока и рыбы.

При изотермическом хранении пищевых продуктов в охлажденном состоянии необходимо, особенно в условиях континентального климата северо-востока СССР, как летнее охлаждение, так и зимнее отопление, что можно осуществить за счет аккумуляции естественного холода и тепла в воде и грунте и посредством холодильных машин, работающих в цикле теплового насоса.

Замораживание и хранение в замороженном состоянии продуктов на Севере практически осуществимо также путем совместного применения естественного и искусственного охлаждения.

Зимой во многих случаях непосредственно могут быть использованы холод воздуха и теплота подледной и грунтовой воды. Летом можно применить холод грунта и воды, в частности из глубоких водоемов. Специальное намораживание и растаивание пресного или соленого льда в бассейне, водоеме или непосредственно в грунте, является примерами аккумуляционного использования естественного холода.

}(ладо- й теплозарядка массива грунта осуществимы путем циркуляции воздуха и промежуточного жидкого тепло- и хладоносителя по каналам в грунте или непосредственной подачей их в разрыхленный взрывом грунт. Хладоноситель (рассол) может быть охлажден в водоеме или на градирне и закачан в грунт.

В герметичных трубчатых охлаждающих системах типа термосвай («тепловых труб») в качестве конденсирующегося и испаряющегося хладоносителя могут быть эффективно применены пропан и аммиак. Для холодоаккумулирующей способности грунта его целесообразно чропитывать эвтектическими рассолами КС1 и NaCl с температурой замерзания соответственно около —11 и —21° С и' теплотой замерзания 298 и 236 кДж/кг.

Изотермическое хранение продуктов подо льдом санитарно-чис- тых водоемов является практикуемым способом простейшего использования естественного льда, позволяющим предохранять, например, соленые огурцы в бочках как от зимнего промораживания, так и от весеннего прогревания. Подледное хранение возможно в гидростатах и пластиковых оболочках. Путем дополнительного намораживания льда сверху водоемного льда можно существенно продлить подледное хранение. При этом предельная толщина намораживаемого льда может быть во много раз больше естественной толщины льда в водоеме. Если таким путем [9, 21] выморозить большую часть воды пруда и при возможности укрыть лед торфяной пульпой, то, создавая циркуляцию подледной воды льдопруда-холодоаккумулято- ра ( 20), летом ее можно использовать для охлаждения как пищевых продуктов, так и конденсаторов холодильные и теплоэнергетических установок (в месяц пик).

При рециркуляции подледной воды пруда зимой часть ее можно заморозить в виде пульпы посредством роторного (скребкового) льдогенератора с теплонасосной (термотрансформаторной) установкой для зимнего отопления, например, группы овощехранилищ, а летом использовать ледяную воду для охлаждения овощехранилищ непосредственно или через теплонасосную установку.

Особенно интересен для северо-востока страны абсорбционный вариант термотрансформатора, так как при нем эффективно используется теплота конденсации и абсорбции, в сумме примерно в 2 раза превышая теплоту, отводимую в конденсаторе установки с обычным компрессором.

Холодильники ледяного охлаждения. Используемые в СССР холодильники ледяного охлаждения в зависимости от их конструкции и запаса льда можно разделить на следующие виды: ледяные хранилища с сезонным запасом льда, в частности, хранилища из снега; склады-холодильники из льда и мерзлого грунта; капитальные ледники с сезонным запасом льда; ледники с кратковременным запасом льда — льдокарманные холодильники; вагоны-ледники и изотермические автомашины, охлаждаемые естественным и искусственным льдом.

Основными характеристиками этих холодильников являются эксплуатационная стоимость 1 м3 емкости и удельный расход льда в течение суток на поддержание в 1 м3 полезного объема разницы температур хранения и наружного воздуха в 1° С.

К ледяным хранилищам пищевых продуктов относятся снежные и ледяные бурты, а также ледяные площадки, являющиеся временными холодильными сооружениями, для которых не требуются специальные строительные материалы и дополнительный лед в течение сезона.

Сооружения из льда обеспечивают температуру хранения обычно от 0 до 5° С при относительной влажности воздуха 95—100% и предназначаются:

бурты и площадки — для овощей, хранение которых в маший- ных холодильниках пока малодоступно, а в обычных хранилищах не всегда качественно;

ледяные склады—для хранения разных продуктов преимущественно при околонулевой температуре.

На северо-востоке ледяные и льдомерзлотные склады-холодильники обеспечивают температуру —10° С и ниже и могут использоваться как временные сооружения при хозяйственном освоении, в частности, районов БАМа.

Бурты из уплотненного снега (450 кг/м8), применяемые для хранения овощей [127], наиболее эффективны в районах с обильными снегопадами.

В конце зимы, когда начинает таять снег, на подготовленную заранее площадку укладывают бульдозером снег слоем 0,4 м и утрамбовывают до плотности 0,4—0,5 т/м3. Используя переносные щиты, делают снежные борта высотой 1 м, толщиной внизу 1,5—2 м и вверху 1 м. Между бортами оставляют для овощей два котлована длиной 10—12 м, шириной 2 м, разделенные стенкой из снега толщиной 1 м. На дно котлованов насыпают древесные опилки слоем 5 см, а стенки выкладывают крафт-бумагой. Затем в котлованы при температуре наружного воздуха не ниже 0° С загружают до 25 т овощей слоем 1,25 м, накрывают их крафт-бумагой и заваливают снегом слоем 1 м. После этого снежный бурт накрывают опилками или торфом слоем не менее 50—60 см. В таком виде картофель, а также и некоторые виды овощей и плодов успешно хранят при температуре 2—3° С до нового урожая.

При наличии снега в начале или конце зимы им можно укрыть овощи, хранящиеся в обычных буртах, и тем превратить их в снежные бурты. Весной снежные бурты дополнительно укрывают теплоизоляцией. Стоимость 1 м3 емкости обычного снежного бурта составляет по сметным данным Союзгипроторга около 0,6 руб.

Предложенные автором [27] ледяные площадки и укрытия, намораживаемые зимой, позволяют всюду, где возможна заготовка льда, хранить овощи в буртах при 4—5° С с осени, что невозможно при снежных буртах. Целесообразно намораживать лед на месте его использования и укрывать овощи и лед одной и той же изоляцией. Возможно устройство льдоплощадок и из уплотненного снега или промороженного влажного грунта.

Размещение овощей сверху льдоплощадки позволяет легко механизировать загрузку и выгрузку и создает удобства для осуществления контроля за их сохранностью.

Типовая льдоплощадка на 250 т овощей представляет собой ( 21) ледяной массив 1X18X50 м, намороженный посредством брызгальной установки с пятью водокольцевыми форсунками диаметром 5 и 9 мм. Источником воды может служить водопровод, местный водоем или колодец, оборудованный насосом производительностью 6 м3/ч с электродвигателем мощностью 3,5 кВт. Для устройства льдонамораживающей установки необходимо около 75 м водопроводных труб диаметром 50 мм.

Установка подает воду в форсунки в течение 20 мин, после чего следует перерыв на 1—2 ч, необходимый для замерзания воды на льдоплощадке. Во время перерыва вода из стояков с форсунками спускается в колодец. После перерыва процессы орошения и намораживания повторяются.

Необходимый слой льда толщиной 1 м может быть наморожен при температуре —10° за один месяц. При избытке воды целесообразно увеличить проходное сечение форсунки в два раза (до 8 и 13 мм) и сократить период орошения. При малом дебите колодца намораживать лед можно всю зиму. Описанная установка допускает автоматизацию намораживания льда посредством применения реле времени и электроприводных вентилей.

Если предполагается хранить овощи с осени, то в конце зимы намороженный «лед укрывают изоляцией (опилки, торф и т. п.) слоем 50—60 см. Осенью крайнюю часть льдоплощадки площадью 5X14 м освобождают от изоляции, в ней протаивают два канала для стока талой воды и укладывают маты или слой стружек толщиной 3—4 см. На площадку насыпают овощи слоем 60 см и покрывают их слоем изоляции толщиной также до 60 см. Для вентилирования овощей" в каждый бурт закладывают продольный решетчатый короб со съемной вытяжной трубой.

На расстоянии 20 см от получившегося таким образом первого бурта устраивают второй бурт и так далее до десятого бурта. Так как каждый бурт размером 5X14 м вмещает 25 т, то в 10 буртах размещается 250 т овощей. Путем расширения и удлинения льдоплощадки можно увеличить вместимость ее или же получить запасную площадь для второго сезона.

Для дополнительного снижения температуры овощей (при длительном хранении их) следует применять зимнее укрытие буртов уплотненным естественным снегом или намороживание на них льда в смеси со снегом, опилками или торфом. В этом случае сверху буртов укладывают два слоя плотной бумаги и по ней слой опилок в 10—15 см. При первых снегопадах укладывают 50—60 см уплотненного снега и такой же слой опилок.

В случае недостатка снега и наступления сильных морозов на бурте намораживают 40 см льда с добавлением к слоям его опилок или торфа. Дополнительное снегование буртов целесообразно применять и при укладке овощей на льдоплощадку в конце зимы. Рекомендуется. как и в предыдущем случае, посредине каждого бурта закладывать продольный деревянный короб треугольного сечения размерами 35X35X65 см для вентилирования буртов.

По данным Союзгипроторга, стоимость хранения овощей на льдоплощадках на 30% ниже, чем при обычном хранении в буртах с последующим снегованием. По опытным данным [27, 50], льдоплощадки обеспечивают хранение овощей в течение 3—9 мес (см.  22).

Для устройства льдоплощадки на 250 т овощей (10 буртов по 25 т) требуется 930 м3 льда и 810 м3 опилок. Стоимость 1 м3 емкости составляет 4,8 руб. и менее. Удельный расход льда равен 0,5 кг/(м3-сут-°С).

Для хранения в буртах свежих овощей и картофеля без подмораживания их следует дополнительно укрывать сверху мокрым торфом или снегом. В малоснежных районах можно применять искусственный снег, получаемый измельчением льда в снегов а льных агрегатах типа СА-10 или путем распыления на морозе воды воздухом под давлением (см. выше). Такой снег применим и для засыпки овощей перед их теплоизолированием в буртах и на овощных льдоплощадках. Для предохранения от подмораживания овощей в буртах со стороны грунта возможна укладка дополнительной теплоизоляции по периметру бурта и летняя теплозарядка грунта посредством вентилируемых шанцев. Пропитка сухого грунта водой, которая будет замерзать зимой и выделять тепло (336 тыс. кДж/м3), также является возможным средством борьбы с подмораживанием овощей со стороны грунта. При больших буртах, рекомендуемых для Севера, иногда бывает необходимо применение импульсной вентиляции внутренней части массива овощей.

Разработанный Хелемским и Кудряшовым [116] способ хранения сахарной свеклы в производственных буртах высотой 4 м под ледяной оболочкой (толщина 0,5 м) и камышитовой изоляцией удлиняет сезон заводского сахароварения на 1—2 мес.

На получивших распространение ледяных площадках, в снежных и ледяных буртах при необходимости можно хранить кроме свежих овощей и саженцев также квашеные овощи, солонину и топленое масло в бочках, устанавливаемых и в одноярусные штабеля с пересыпкой снегом или дробленым 'льдом. Нашло применение и сезонное хранение бочек с сельдями в больших снежных буртах.

Применение ледяных складов основано на комбинированном использовании льда как строительного материала и аккумулятора холода.  

Ледяные склады, предложенные Крыловым [66] и исследованные автором [18], Казанским и Щелоковым [130], служат преимущественно для хранения плодов и овощей. В условиях сельского хозяйства они могут быть использованы для кратковременного хранения и других продуктов при температурах от —0,5 до —ГС и ниже и относительной влажности воздуха 95%. Ледяные склады целесообразно сооружать и эксплуатировать в основном в холодной климатической зоне.

В северо-восточных районах страны ледяные склады можно за счет зимней хладозарядки и усиленного охлаждения использовать для хранения при —10-ь—20° С замороженных пищевых продуктов. Расчеты и практика показывают, что строительство и эксплуатация ледяных складов обходятся дешевле машинных и льдосоляных холодильников, охлаждаемых льдокарманами, затраты стройматериалов также значительно меньшие. При нормальной эксплуатации таяние поверхности ледяного склада компенсирует свыше 90% притока тепла, в то время как в льдосоляном холодильнике весь теп- лоприток покрывается за счет расхода льдосоляной смеси.

Достоинством ледяных складов является также исключительное постоянство влажности воздуха (95—98%) и температуры хранения в летнее и зимнее время. Это особенно важно для хранения таких продуктов, как овощи и фрукты. Опыт показал, что при правильном строительстве и эксплуатации ледяные склады могут быть достаточно долговечными, но они требуют для своей сохранности строгого соблюдения правил эксплуатации. При хранении овощей ледяные склады на Севере необходимо утеплять зимой снегом или пенодьдом с эмульгатором «Волгонат» [101].

Для низовой заготовительной сети и сельского хозяйства могут быть рекомендованы получившие распространение, [18] ледяные камеры емкостью 5—10 т в льдобунтах ( 23). Толщина ледяного полуцилиндрического свода камер не менее 2 м и толщина ледяных стен у основания 3 м. В камере устанавливают деревянные решетчатые карманы (размеры 4X1.5X0,5 м и 5,5X1,5X0,5 м), заполняемые льдом и солью для дополнительного охлаждения помещения и продуктов. К камере примыкает двойной деревянный тамбур с двумя охлаждающими льдокарманами и с тремя изолированными дверями. В верхней части тамбура устраивают гидроизоляцию в виде двух слоев толя на битуме, в передней части или по всему тамбуру делают двойную обшивку из теса, заполненную опилками (слой теплоизоляции 20 см). Дренажный кювет в полу камеры и тамбура служит для отвода талой воды из камеры и карманов, которые соединены с ней посредством труб. Кювет обкладывают досками и заполняют гравием. Если в камере не производится охлаждение продуктов, то воду из карманов следует удалять по трубам. Вместо льдосоляного охлаждения камера может иметь-машинное охлаждение.

Типовой ледяной склад емкостью 250 т ( 24) представляет собой теплоизолированный опилками ледяной массив площадью 21x49 м и высотой от поверхности земли 5,2 м. Внутри массива имеется продольный рабочий коридор шириной 3 м и высотой 3,5 м со сводчатым перекрытием и 12 сводчатых камер площадью от 25 до 35 м2 для хранения продуктов. В одном конце ледяного склада устроен двойной деревянный тамбур для приема и выдачи продуктов. Склад охлаждается изнутри посредством льдосоляных охладителей в виде решетчатых карманов и бочек или путем посыпания заранее утолщенного ледяного пола солью. Так как основной теплоприток покрывается за счет таяния ледяного склада снаружи, то он нуждается в периодическом домораживании конструкции.

На Севере много лет с успехом эксплуатируются машинные ледяные холодильники с зимней хладозарядкой, емкость их до 1000 т мороженых продуктов Промораживаемая в этом случае теплоизоляция полностью предотвращает летнее таяние льда. Сооружают склады обычно путем намораживания льда по временной деревянной опалубке. При их проектировании надо строго учитывать особенности льда как строительного материала.

При добавлении в лед опилок прочность его повышается в 1,5—2 раза. Однако пластичность льда при медленных деформациях не позволяет использовать полностью довольно высокую кратковременную прочность льда. При температуре льда — 1°С долговременные расчетные напряжения в ледяных складах не следует принимать больше 0,1—0,2 МПа. Однако и при таком малом напряжении наблюдается текучесть льда, достигающая в перекрытии складов величины 5—10 см в год, что вынуждает периодически вырубать лед в сводах.

Для уменьшения летнего таяния льда имеет значение как зимняя хладозарядка, так и промораживание теплоизоляции. Например, по данным расчета, за 500 ч хладозарядки при —10° С рабочая температура в складе средней величины (со снятой теплоизоляцией) достигнет —4° С, а при —20° С и —30° С соответственно —8° и —12° С.

В северо-восточных районах страны (например, в Якутске) таким путем удается зарядить ледяной склад холодом, достаточным для поддержания летней температуры не выше — 8-7—10° С.

В более теплых районах, например в Московской области, где предельной является зарядка до —8° С, происходит быстрое повышение температуры и эффект хладозарядки теряется уже через 1000 ч (1,5 мес). В этих районах необходимо проводить зимнее промораживание влажной изоляции.

В случаях, когда атмосферный теплоприток в ледяных холодильниках в основном компенсируется таянием ледяного ограждения сверху, его необходимо периодически домораживать на 20— 30 см в год. Однако при увлажненной и достаточно толстой теплоизоляции, полностью промораживаемой в холодных районах зимой и не полностью протаивающей летом, таяние ледяного ограждения предотвращается.

По ориентировочной формуле Казанского [55], искомая глубина h протаивания за безморозный период года (20 s град.-ч) теплоизоляции из влажных замороженных опилок с насыпной массой 800 кг/м3 (из них 600 кг/м3 льда) при температуре tx в ледяном

холодильнике будет h = 47 + 0,0013 20б -{- 3

Например, для района Свердловска при 20б = 48500 град-ч и £s=l°C глубина протаивания h—107 см, что соответствует требуемой толщине теплоизоляции.

Льдосоляное охлаждение, особенно в больших холодильниках, следует по возможности заменять машинным. При этом холодильники даже вблизи холодной зоны можно использовать как для охлажденных, так и для замороженных продуктов (при холодильной машине достаточной мощности).

Ниже описан новый тип ледяного склада-холодильника с машинным охлаждением [21], предназначенный преимущественно для северо-восточных районов страны.

Ледяной продовольственный склад-холодильник с машинным охлаждением ( 25) емкостью 250 т представляет собой наземное искусственно охлаждаемое здание из льда; теплоизолированное торфом. Основные отличия его:

относительно тонкое, равнопрочное строительное льдоопилочное ограждение арочного типа, несущее теплоизоляцию и уменьшающее усушку хранящихся продуктов;

 система непосредственного искусственного охлаждения с подвесными на арках пучковыми батареями или воздухоохладителями;

возможность хладозарядки грунта под холодильником с помощью воздухоподающих скважин наклонного бурения,

Ледяной холодильник состоит из камеры размером 10Q0X ХЗООО см, высотой 500 см, входного тамбура с теплоизолированными дверями и машинного отделения с автоматизирован-* ной холодильной установкой, допускающей оттаивание охлаждающих приборов в камере (см.  25). Камера охлаждается пучковыми оребренными батареями или воздухоохладителями, подвешенными на трубчатых арках.

Холодильное оборудование обеспечивает не только хранение, но при необходимости и замораживание пищевых продуктов в условиях трехсуточного процесса. При этом большая камера холодильника для удобства может быть разделена льдоармированными перегородками толщиной 30— 40 см на три части — две камеры и дополнительный внутренний тамбур. Для камеры принят простейший полуциркульный свод.

Ледяное сводчатое ограждение камеры толщиной 100 см намораживается зимой (с добавлением в воду 5—10% древесных опилок или торфа) на надувной или обычной опалубке, укрепляемой на трубчатых арках для подвешивания охлаждающих приборов. Опалубка состоит из простейшего деревянного каркаса, обтянутого проволокой и накрытого прочной рулонной бумагой. Всего намораживается около 450 м3 льда, что почти в 10 раз меньше, чем для ледяных складов системы Крылова [66], и в 5 раз меньше, чем для складов Казанского [54], имеющих круглую форму.

Льдоопилочный пол холодильника толщиной 20 см намораживают обычным путем. При ремонтах пола толщина его может быть доведена до 50—60 см. Ледяное ограждение укрывают древесными опилками или торфом слоем около 100 см. Потребность в такой термоизоляции не превышает 900 м3, что примерно в два раза меньше обычного.

Ледяной холодильник следует сооружать на вечномерзлотном промороженном или не подверженном морозному пучению грунте. При хорошо промороженном грунте ледяной холодильник может быть заглублен в него дополнительно на 100—150 см.

В качестве примера приводим некоторые данные из выполненного во ВНИХИ расчета холодильника. При общей площади ледяного холодильника 280 ма и удельной нагрузке 1 т на 1 м2 его фактическая емкость составит 280 т, а номинальная с дополнитель

ным запасом — 250 т, При уменьшении высоты штабелировки продуктов с 4 до 2 м емкость холодильника составит 125 т.

По расчету толщина ледяного свода в ключе 1 м. Таким образом, отношение толщины несущего свода в ширине пролета в нашем случае составляет 1:10. Для ледяных складов системы Крылова с температурой около 0°С указанное отношение принимают равным 1:5, для кирпичных сводов равным 1:30. Для учета неизбежной осадки ледяного свода принимаем ее в пределах срока амортизации 0,5 м, что превосходит расчетную величину по Войтковскому [37, 38]. Сублимация льда свода при охлаждении камеры уменьшит осадку изнутри, но потребует последующего домораживания сверху.

Тепловой расчет холодильника проводился для температуры атмосферы около 30° С, примерно одинаковой как для климатического района Якутска, так и для района Москвы. Средняя июльская температура районов Якутска и Москвы также близка и составляет около 20° С.

При перепаде температур снаружи и внутри холодильника Л^н=30— (—20) =50° С теплоприток <7н через наружное ограждение толщиной 2 м со средней поверхностью ^=606 м2 при коэффициенте теплопроводности льда Ял=2,33 и опилок Яо = , =0,35 Вт/(м-К) составит для коэффициента теплопередачи Кн — 3 Вт/(м2*К) примерно ^н=9200 Вт. Теплоприток qn от пола составит около 2200 Вт. Общий теплоприток для холодильника с учетом 40% прочих потерь будет Q = 1,4 (9200+2200) = 16000 Вт.

Холодильный компрессор типа АУ-45 при температурах кипения хладагента t0 = — 30° С и конденсации £к=30° С дает около 21000 Вт, следовательно, установка его в холодильнике, кроме покрытия Q, обеспечит замораживание около 1,5 т/сут мяса (расход холода ~3500 Вт).

В случае необходимости ежесуточного замораживания до 7,5 т мяса, а также для большей гарантии безаварийности работы понадобится установка второго компрессора АУ-45. Эти аммиачные компрессоры (и аналогичные им фреоновые компрессоры) обычно применяются в агрегатах АКАУ-45 с конденсаторами.

Для покрытия расхода холода в 16000 Вт ребристыми пучковыми испарительными батареями с температурой около —30° С при тепловом напоре М==—30— (—20) =10° С потребуется труб диаметром 57X3,5 мм не менее 350 м. При длине трубы пучковой батареи 7 м этот метраж труб будет соответствовать 50 трубам; их можно разделить на две пучковые батареи. Во всех случаях замораживания мяса пучковые батареи должны быть оборудованы электровентиляторами, интенсифицирующими их работу. Вместо двух пучковых батарей могут быть установлены два подвесных воздухоохладителя типа ВОП-ЮО. При работе с двумя компрессорами необходима установка воздухоохладителей типа ВОП-150.

Для холодильной установки в случае использования дешевой воды целесообразно применение компрессоров в агрегате с водяными кожухотрубными конденсаторами. При наличии «подмерз- лотной» воды температурой около 0° С производительность ком- прессорно-конденсаторного агрегата благодаря снижению температуры конденсации с 30 до 10° С возрастает более чем на 50%. В случае высокой стоимости воды необходимо применение градирен для охлаждения оборотной воды или воздуходувных испари?

тельных и оросительных Конденсаторов, йти типы конденсаторов летом работают с малым расходом воды, а зимой при достаточных морозах вообще не нуждаются в воде, что особо ценно для Севера.

При отказе от применения стандартных компрессорно-конден- саторных агрегатов, рассчитанных для более высоких температур, имеется возможность уменьшить номинальные установочные мощности электродвигателей компрессоров и поверхности конденсаторов.

Необходимо отметить, что в холодильниках на северо-востоке страны зимой холодильные машины не будут работать около пяти месяцев в году, в течение которых температура воздуха держится ниже — 20° С. Для осуществления улучшенной естественной зимней хладоразрядки грунтового основания ледяного холодильника в нем могут быть устроены вентиляционные скважины наклонного бурения. Грунт вокруг нижней части скважин можно пропитать рассолом КС1 или NaCl.

Таким образом, строительство холодильника нового типа обходится в 2 раза дешевле. Холодильное оборудование, в простейшем случае состоящее из компрессорно-конденсаторного агрегата на 50 тыс. Вт и двух воздухоохладителей, с учетом стоимости материалов, приборов и монтажа обойдется в 10000 руб. Общая стоимость холодильника ВНИХИ 15000 руб., что только на 50% превышает стоимость холодильника Крылова без искусственного охлаждения.

Необходимо отметить, что в условиях Севера строительство лю: бого холодильника удорожается в 2—3 раза.

В районах северо-востока страны наряду с ледяными холодильниками получили значительное распространение подземные и полуподземные машинные и безмашинные льдогрунтовые склады-холо- дильники в вечной мерзлоте. Емкость их от 50 до 4000 т (холодильник в Новом Порту). Для таких холодильников обязательно соблюдение законов об охране недр. При сезонной мерзлоте холод грунта часто используется посредством артезианской воды, которую потом можно возвращать [21] обратно в грунт ( 26).

Обычный сезонный ход температур грунта на глубине 4—6 м примерно обратен ходу температур воздуха ( 27). Эта закономерность используется вне районов постоянной мерзлоты грунта при хранении продовольствия в погребах и заземленных овощехранилищах.

Подобные задачи- более точно решаются посредством аналоговых интеграторов [49].

Охлаждение грунта с замораживанием содержащейся в нем воды или водных растворов солей позволяет аккумулировать большое количество холода. Эффективность зимней хладозарядки грунта, в общем виде определяемая разностью энтальпий грунта до и после зарядки, находится в сложной зависимости от климата, условий хладозарядки и теплофизических особенностей грунта. При естественном промораживании грунта и уборке снега можно в первом приближении принять следующее элементарное условие образования и сохранения круглогодовой мерзлоты во влажном грунте

В подземном холодильнике целесообразно используется холод, накопленный зимой'в грунте. В отличие от наземного холодильника, холод которого иногда даже в зимний период безвозвратно теряется через Относительно тонкую и малотеплоемкую теплоизоляцию, в подземном холодильнике холод частично аккумулируется в окружающем грунте, что в дальнейшем - снижает общие холодопотери'. Аккумуляция холода в грунте, окружающем подземный холодильник, находится в сложной зависимости, в частности от коэффициентов температуропроводности и теплоусвоения грунта и температур воздуха атмосферы и камер хранения.

Для точного расчета подземных холодильников требуется применение аналоговых вычислительных машин. Очень приближенно теплоприток qv из грунта с теплопроводностью X и с естественной постоянной температурой /г для 1 м2 поверхности продолговатой подземной холодильной камеры глубокого заложения с температурой tK и условным гидравлическим радиусом RK можно определить по приведенной Мироновым [81] формуле

Для промораживания грунта известна примерная связь между радиусами влияния и промораживания.

По данным Миронова, для центральной Чукотки при продолжительности зимы 150 сут со средней температурой —22° С вокруг вентилируемого холодильника в мерзлоте с температурой —8° С образуется четырехметровый слой, охлажденный в части, прилегающей к камере, до —20° С, а. снаружи до —10° С.

Как показывает опыт эксплуатации Игарского подземного холодильника емкостью 400 т с естественным охлаждением, в климатических районах вечной мерзлоты грунтовое охлаждение может и без холодильной машины обеспечить среднюю температуру хранения порядка —20° С, т. е. ниже среднегодовой температуры атмосферы и грунта в естественном состоянии. При этом максимальная температура в холодильнике даже осенью не превышает —10° С или—15° С (при условии правильной эксплуатации).

Простейший безмашинный льдомерзлотный подземный холодильник типа штольни со складской площадью 400 м2 ( 28), рекомендуемый Мироновым [81], может обеспечить через несколько лет хладозарядки температуру летом от —10° до —15° С. Для увеличения эффективности хладозарядки маловлажный грунт можно в некоторых случаях [21] разрыхлять взрывами и пропитывать водой или рассолами.

По определенным на аналоговом гидроинтеграторе данным Зиль- берборда (ВСЕГИНГЕО), в Якутске уже за 1—2 года эксплуатации подземного машинного холодильника с температурой —18° С при электровентиляторной хладозарядке обеспечивается средний удельный теплоприток от грунта порядка 0,47 против 3,7 Вт/м2 для обычного наземного холодильника. Кроме того, и расчетный максимальный летний температурный напор будет примерно в два раза меньше обычного.

Быстрая самоокупаемость, минимальная потребность в стройматериалах и оборудовании, возможность экономичного комбинирования с холодильными машинами являются большими достоинствами распространенных на северо-востоке страны ледяных и льдомерз- лотных холодильников, наиболее рентабельных в условиях короткого северного лета и дороговизны снабжения. Эти холодильники, однако, не должны противопоставляться специальным сборно-панельным машинным холодильникам и крупным городским холодильникам обычного типа.

Небольшой подземный холодильник в мерзлоте (как и ледяной холодильник) даже при наличии машинного охлаждения обходится в несколько раз дешевле обычного наземного холодильника с искусственным охлаждением.

В принципе подземные холодильники можно комбинировать с наземными одноэтажными холодильниками с машинным охлаждением. Для одноэтажных наземных холодильников машинного охлаждения в условиях Севера также представляется целесообразной вентиляторная зарядка холодом грунта под ними, что одновременно исключает необходимость термоизоляции пола и возможность деформации основания холодильника.

Для сокращения усушки хранящихся продуктов стены камер можно покрывать пористым льдом или дешевой полимерной пено- изоляцией, что одновременно сократит наружный теплоприток или компенсирует возможное уменьшение толщины основной теплоизоляции.

На Севере перспективны малые и средние подземные холодильники с наземными машинными отделениями.

При планировках обычных подземных холодильников с несколькими коридорами располагать последние лучше веерообразно или вообще на достаточном расстоянии один от другого, чтобы обеспечить хладозарядку надлежащего объема грунта. В случае прочных грунтов перекрытие холодильника с пролетами 5—10 м, может поддерживаться «целиками» в виде квадратных колонн 5X5 или 10X10 м. В слабых грунтах обычны пролеты 3—5 м (иногда с дополнительным креплением), а «целики» — в виде продолговатых колонн или стен толщиной 3—10 м. В качестве перегородок и внутренней облицовки в подземных холодильниках с температурой ниже 0° С кроме строительных материалов возможно применение льда соответствующей прочности и плотности (армированный и пористый лед).

Подземные холодильники сообщаются с поверхностью земли посредством специальных штолен или шахт, оборудованных механизмами для спускных и подъемных работ. Большие холодильники должны иметь аварийную вентиляцию и запасные выходы для-людей. Льдогрунтовые холодильники осуществимы и в районах вблизи вечной мерзлоты.

Низкотемпературные подземные продовольственные холодильники из льда и мерзлого грунта емкостью 60 т (тип I) и 500 т (тип II) [21], оборудованные небольшими холодильными машинами, в несколько раз дешевле обычных машинных холодильников соответствующей емкости. Они предназначаются для хранения при температурах от —10° до —20° летом и от —30° до —40° С зимой замороженных пищевых продуктов в северо-восточных районах страны с преобладанием вечной мерзлоты грунта. Такие холодильники можно устраивать и в более теплых, пограничных с мерзлотными районах при условии, что холодильники и грунт вокруг них будут освобождаться зимой от снега.

Тип I — льдомерзлотный полуподземный продовольственный холодильник емкостью 60 т с естественной хладозарядкой и дополнительным искусственным охлаждением ( 29) пригоден для небольших хозяйств и предприятий. Он представляет собой полузаглубленное в мерзлый грунт охлаждаемое здание с ледяным перекрытием, теплоизолированным торфом. Основные особенности его: армированное льдоопилочное ограждение (замороженная водоопи- лочная пульпа), несущее теплоизоляцию и уменьшающее усушку продуктов; наличие в грунтовых стенах частых вентиляционных скважин с общей вытяжной трубой для хладозарядки, возможность применения при прочном грунте частичного пропитывания его эвтектическим рассолом КС1 или NaCl для увеличения холодоемкости и стабилизации температуры хранения, дополнительная система непосредственного искусственного охлаждения с подвесными пучковыми батареями или воздухоохладителями, в частности автономного типа, предназначенными для замораживания продуктов летом.

Холодильник сочетает некоторые достоинства ледяных наземных и мерзлотных подземных холодильников: не требуется проведения закрытых подземных строительных работ, возможна высокоэффективная хладозарядка, позволяющая при необходимости обойтись и без искусственного охлаждения.

В мерзлотном грунте открытым буровзрывным способом устраивают округленный по углам котлован 500X1500X300 см со стенами, перфорированными 20 вентиляционными скважинами с трубами длиной не менее 1000 см каждая и диаметром 10—20 см для хладозарядки зимой. Котлован облицовывают льдом и перекрывают сводом высотой 550 ей из льда с торфом или древесными опилками или из льда, армированного прутьями. Ледяное перекрытие толщиной 100 см в замке свода может быть наморожено на изогнутом плетне из прутьев, что увеличит его антисейсмические свойства, что важно для ряда районов северо-востока страны. Сверху ледяной свод укрывают теплоизоляцией (торф, опилки) слоем 100—150 см. Вокруг свода размещают грунт из котлована. С боков смежного с камерой теплоизолированного тамбура располагают устройства для искусственного охлаждения: компрессорно-конденсаторные агрегаты (с подвесными воздухоохладителями в камере) или автономные воздухоохладители совместно с холодильйыми машинами.

Для интенсификации хладозарядки через скважины в грунте над тамбуром могут быть установлены электровентилятор или высокая вытяжная труба, а перед тамбуром—съемный щит для предотвращения поступления воздуха со стороны лестницы и трапа. При необходимости камера может быть разделена на две части посредством перегородки из армированного льда и дверных проемов с брезентовыми занавесами. По расчету при условной емкости для мороженого мябй 0,35 т/м3 и рабочей высоте камеры 4 м удельная нагрузка полезной площади составит 1,4 т/м2, а общей площади (с учетом проходов) — около 1 т/м2. Таким образом, при общей площади камеры холодильника 70 м2 номинальная емкость его с некоторым запасом будет примерно 60 т мороженого мяса.

Конструктивная толщина ледяного свода в замке 1 м; отношение толщины свода к ширине пролета около 1 : 5, что примерно соответствует отношению для обычных ледяных холодильников системы Крылова с околонулевой температурой. Неизбежная осадка ледяного свода принята в пределах срока амортизации в 0,5 м, что превосходит расчетную величину по Войтковскому [37, 38]. Необходимо отметить, что сублимация льда свода при охлаждении камеры практически сильно уменьшит осадку изнутри, но потребует последующего домораживания сверху.

При вентилирований скважин в грунте вокруг холодильника, в частности посредством общей вытяжной трубы, может быть достигнута достаточно высокая теплоотдача стенок скважин. Если принять среднюю разность энтальпий 1 м3 грунта с 25% эвтектического рассола КС1 до и после промораживания до —11° С около 84000 кДж, то время первоначальной хладозарядки до момента соприкосновения зон промораживания 2,5 м) отдельных скважин между собой составит по расчету 10500 ч, или ~15 мес, для скважин длиной 10 м со средним шагом 5 м и при разности средних зимних температур воздуха и грунта 15° С.

Первоначальная хладозарядка грунта без эвтектического рассола КС1, также обеспечивающая летнюю температуру хранения —10° С, осуществима на Чукотке примерно за три сезона, вместо многих лет, необходимых по практическим данным в случае отсутствия частых скважин. При более длительной хладозарядке в условиях Крайнего Севера могут быть достигнуты и температуры порядка —20° С, однако в случае засоления грунта вместо рассола КС1 следует применить.рассол NaCl. После первоначальной хладозарядки ежегодно потребуется дозаряжать грунт холодом для покрытия летнего теплопритока. Необходимо заметить, что приведенные выше данные по хладозарядке носят предварительный характер.

Автоматизированная холодильная установка (см.  29), в основном предназначенная для летнего замораживания до 2 т/сут мяса, в свободное от термической обработки продуктов время используется для компенсации внутренних теплопритоков и дополнительной постепенной хладозарядки грунта вокруг холодильника до температуры —15° и —20° С.

При интенсивной циркуляции воздуха температурой —15° и —20° С может быть обеспечен четырех- и трехсуточный цикл замораживания. Фреоновый компрессор, например ФУБС-12, или два компрессора ФВБС-8, имеющие при температуре кипения хладоаген- та —25° С и температуре конденсации 30° С суммарную холодопро- изводительность 7000 Вт, обеспечивают замораживание 2 т/сут мяса. Предполагается, что в период замораживания все остальные внутренние теплопритоки компенсированы предыдущей хладозаряд- кой грунта. В качестве охлаждающего камеру испарителя может быть применен подвесной воздухоохладитель типа ВОФ-65 (65 м2). В случае разделения камеры на две части в каждой из них должен быть установлен воздухоохладитель с охлаждающей поверхностью ~30 м2. Воздухоохладители могут быть заменены подвесными пучковыми батареями с оребрением.

Вместо обычных воздухоохладителей с централизованным охлаждением применимы автономные воздухоохладители, располагаемые вместе с компрессорно-конденсаторными агрегатами в тамбуре и соединенные с камерой трубами. Такие агрегаты не требуют квалифицированного монтажа и эксплуатации, при поломке их заменяют новыми; зарядка агрегатов холодильным агентом производится на месте их изготовления или ремонта.

Постройка льдомерзлотного холодильника ВНИХИ емкостью 60 т при объеме земляных работ 250 м3, потребности во льде 270 м3 и расходе опилок 250 м3 с учетом стоимости тамбура и прочих затрат в итоге составит 2600 руб. Холодильное оборудование, состоящее из компрессорно-конденсаторного агрегата АКФУБС-12 и воздухоохладителя ВОФ-65, с учетом стоимости материалов, приборов и монтажа обойдется примерно в 5400 руб.

Тип II — льдомерзлотный подземный холодильник емкостью 500 т с вентиляторной хладозарядкой и дополнительным искусственным охлаждением ( 30) представляет собой подземное охлаждаемое сооружение, в основном отличающееся от известных: наличием в грунтовом перекрытии частых вентиляционных скважин или термосвай, предназначенных для увеличения эффективности хладозарядки; возможностью применения при прочном грунте пропитывания его эвтектическим рассолом КС1 или NaCl для стабилизации температуры хранения; дополнительной системой электровентиляторной хладозарядки и непосредственного искусственного охлаждения с подвесными пучковыми батареями или воздухоохладителями (в основном для замораживания продуктов летом). При отсутствии электроэнергии и замораживании продуктов в основном зимой холодильник можно эксплуатировать и без искусственного охлаждения.

Холодильник устраивают в склоне горы буровзрывным способом. Он состоит из облицованного, например, бетоном коридора- штольни ЗООХЮОО (2000) см, высотой 300 см и камеры хранения 2500X2500 см, высотой 450 см с двумя продолговатыми колоннами- целиками 500X1500 см. Объем удаляемого грунта 2200 м3 (4,4 м3 на 1 т емкости). При необходимости большая камера холодильника может быть разделена льдоармированными перегородками толщиной 30—40 см на четыре части — дополнительный тамбур и три малых камеры. У входа, слева от коридора, имеющего три теплоизолированные двери, размещают автоматизированный электровентиляторный агрегат для подачи наружного воздуха в целях хладозарядки грунта зимой, циркуляции воздуха летом и аварийной вентиляции.

В случае необходимости летнего замораживания продуктов и ускорения хладозарядки у входа справа от коридора размещают холодильный компрессорно-конденсаторный агрегат, например, своз- душным конденсатором и вентилятором, используемый зимой для хладозарядки.

В камере подвешивают воздухоохладители или пучковые батареи.

В перекрытии камеры могут быть пробурены скважины, предназначенные для ускоренного зимнего промораживания грунта путем продувания воздуха. В скважины вставляют трубы, закрываемые на лето деревянными пробками. Скважины применимы как при вентиляторной, так и при естественной тяге воздуха. Для промораживания скважины при отсутствии электроэнергии их можно оснастить испарительно-конденсационными термосифонами типа паро- жидкостных термосвай Лонга в виде тепловых труб, оребренных на конце и частично заполненных соответствующим холодильным агентом (пропан, аммиак).

В случае глубокого заложения холодильника вместо частых скважин в перекрытии следует ограничиться устройством на стороне входа двух каналов для циркуляции воздуха, могущих одновременно служить аварийными лазами. При невозможности устройства холодильника в склоне горы вместо горизонтальной штольни-коридора устраивают наклонную штольню или вертикальную шахту, оборудуемую подъемниками.

При общей площади подземного холодильника 475 м2 и удельной нагрузке на 1 м2 общей площади 1 т номинальная емкость его составит около 500 т мороженого мяса.

Диаметр вентиляционных скважин в перекрытии d = 0,2 (или 0,1 м), число их 36 (или 61) при длине (глубине) / = 10 (или 20 м); скорость воздуха w~5 м/с (расход 565 или 140 м3/ч). Для первого варианта параметров принят по расчету [21] центробежный вентилятор, например Ц4-70 № 8, обеспечивающий при числе оборотов 1100 в минуту необходимую подачу воздуха — 20000 м3/ч. Соответствующая мощность электродвигателя к вентилятору — 8 кВт.

При недостатке электроэнергии может быть поставлен вентилятор № 6 с электродвигателем 4,5 кВт, что, однако, уменьшит подачу воздуха до 10000 м3/ч, снизит его скорость с 5 до 2,5 м/с и уменьшит коэффициент теплоотдачи при хладозарядке примерно на 30—40%.

Хладозарядка возможна и за счет естественной тяги, которая при среднем ветре или в случае присоединения скважин к высокой вытяжной трубе обеспечит необходимое охлаждение. Так, на Чукотке, где около 5 мес держится средняя температура —21° С, первоначальная хладозарядка, обеспечивающая температуру в камере подземного холодильника —10° С и ниже, по расчету может быть осуществлена примерно за 2—3 сезона вместо многих лет, необходимых в случае отсутствия вентиляционных скважин.

Автоматизированная холодильная установка (см.  30) при интенсивной циркуляции воздуха температурой —159 и —20° С обеспечивает четырех- и трехсуточный цикл замораживания. Холодильный компрессор типа ФВ-100/3 или два компрессора ФУ-40, имеющие при температуре кипения —30° С и конденсации 30° С холодопроизводительность около 35000 Вт, обеспечат замораживание Ют мяса в сутки (остальные теплопритоки будут покрываться предыдущей хладозарядкой грунта).

Холодильные компрессоры аммиачные или, что лучше для подземных сооружений, фреоновые могут быть в агрегатах с конденсаторами или отдельными. В последнем случае можно уменьшить установочную мощность электродвигателей компрессоров и поверхности конденсаторов.

Подвесные воздухоохладители типа ВОШОО (100 м2) обеспечивают при принятом режиме холодопроизводительность около 11600 Вт каждый. Вместо воздухоохладителей возможно применение подвесных пучковых батарей с оребрением труб и вентиляторами для побудительного движения воздуха (при замораживании пищевых продуктов).

По данным ВНИХИ, полные капитальные затраты на 1 т емкости подземного холодильника составляют не более 200 руб., тогда как, по данным Гипрохолода, для универсального наземного холодильника емкостью 400 т на севере они равны 1250 руб. Эксплуатационная стоимость для современных ледяных и льдогрунто- вых холодильников в своей области применения значительно ниже, чем для обычных машинных холодильников.

Льдогрунтовые холодильники, так же как и ледяные холодильники, после специального дооборудования можно использовать для холодильного хранения продовольствия в атмосфере инертных газов и для защиты его от вредной радиации.

Искусственный холод и современные ледяные и льдогрунтовые холодильники и устройства в значительной степени вытеснили традиционные типы ледников и льдокарманных холодильников. Наряду со специальными ледниками для холодного посола рыбы и огурцов практическое значение сохранили приусадебные сельские погреба- ледники с сезонным запасом льда, льдофригаторы, а также вагоны-

ледники с кратковременным запасом естественного (или искусственного) льда. Кроме того, на периферии естественный лед частично применяется на малых судах, в авторефрижераторах и в простых устройствах для охлаждения молока, рыбы и газированной воды, а иногда также й в мелком производстве и торговле мороженым.

На молочных фермах и низовых молочных предприятиях наряду с холодильными машинами для охлаждения молока применяют безрассольные льдофригаторы и отчасти льдобунты, дающие «ледяную» воду температурой 0,5—1° С.

Вагоны-ледники (30% изотермического парка) охлаждаются естественным и искусственным льдом. В будущем вагоны-ледники, преимущественно оборудованные потолочными баками (танками) для льда, предполагается использовать на северных железнодорожных линиях, где целесообразно охлаждение естественным льдом.

Вагоны-ледники [78; 45] с пристенными льдокарманами и с более современными потолочными баками для льда ( 32) имеют показатели, приведенные в тдбл, 13.