Кратко: неравномерность температуры в камере — результат сочетания трёх механизмов теплопереноса (проводность, конвекция, излучение) плюс конструктивных и эксплуатационных факторов (расположение и мощность испарителя/вентилятора, утечки воздуха через двери/проходы, тепловые мосты, наполнение камеры, освещение и т.д.). Ниже — с пояснениями и практическими мерами снижения тепловых потерь.
1) Проводность (теплопроводность стен, дверей, конструкций)
- Описание: теплопотеря через ограждающие конструкции пропорциональна теплопроводности и перепаду температур. Формулы:
${\dot{Q}}_{cond}=\frac{kA}{d}(T_{in}-T_{out})$ или через суммарное термическое сопротивление $R$:
${\dot{Q}}_{cond}=\frac{A}{R}(T_{in}-T_{out})$.
- Как это даёт неравномерность: участки со слабой изоляцией или тепловыми мостами (металлические рамы, анкера, отверстия, слив конденсата) локально холоднее/теплее.
- Что сделать: увеличить слой и качество утепления (уменьшить $k$, увеличить $d$ или $R$), устранить/термоизолировать тепловые мосты, герметизировать проходки и фланцы.
2) Конвекция (естественная и вынужденная)
- Описание: перенос тепла потоками воздуха. Для конвекции справедлива формула Ньютона:
${\dot{Q}}_{conv}=hA(T_s-T_{air})$,
где $h$ — коэффициент теплоотдачи.
- Причины неравномерности: стратификация (тёплый воздух вверх), направленные потоки от вентилятора/испарителя создают холодные струи и тёплые застои, проникновение тёплого воздуха при открывании дверей (инфильтрация).
- Инфильтрация можно оценить по массовому потоку воздуха:
${\dot{Q}}_{inf}=\dot{m}{c}_p(T_{out}-T_{in})$.
- Что сделать: оптимизировать циркуляцию — перемещающие вентиляторы, дефлекторы и распределители потока, снизить скорость там, где образуются холодные струи, устранить застойные зоны; уменьшить инфильтрацию — улучшить уплотнения дверей, применить шлюзы/преддверья, занавески из ПВХ, воздухозавесы.
3) Излучение (радиационный обмен поверхностей)
- Описание: обмен теплотой между внутренними поверхностями и продуктами по закону Стефана–Больцмана:
${\dot{Q}}_{rad}=\epsilon \sigma A(T_1^4-T_2^4)$.
- Влияние: горячие стенки, освещение или нагретые предметы излучают и локально повышают температуру; матовые/темные поверхности сильнее поглощают/излучают.
- Что сделать: снизить излучательную способность (низкое $\epsilon$) на внутренних стенах/дверях (рефлекторные покрытия, фольгированные подкладки), разместить источники тепла вне камеры, использовать LED-освещение с малым тепловыделением.
4) Конструктивные и эксплуатационные факторы, создающие картину
- Расположение испарителя/входа холодного воздуха: локальные холодные зоны рядом с испарителем, тёплые — в удалённых углах.
- Вентиляторы: мощные направленные потоки дают «струи» холода; отсутствие равномерной рециркуляции — застои/стратификация.
- Наполнение и расположение товара: плотная укладка блокирует поток, разные тепловые свойства грузов дают неоднородность.
- Двери/уплотнения/проходы: частые/длительные открытия, плохие уплотнения — приток тёплого воздуха.
- Тепловые мосты: рамы, роликовые механизмы, технологические отверстия.
- Оттепели/обледенение испарителя: изменение эффективности теплообмена и паттерна потока.
5) Практические меры для снижения тепловых потерь и выравнивания температуры
- Утепление и герметичность: повысить $R$-значение стен/дверей, устранить тепловые мосты, герметично проложить проходки, утеплить рамы.
- Снизить инфильтрацию: герметичные двери, автоматические/быстродействующие двери, ПВХ-занавеси, воздушные заслоны, шлюзы.
- Оптимизация вентиляции и распределения воздуха:
- Перераспределить испаритель/дефлекторы; добавить диффузоры, распределяющие поток по объёму.
- Использовать рециркуляционные вентиляторы с регулируемой скоростью; снизить образование холодных струй.
- Разместить датчики температуры в репрезентативных точках и управлять вентилятором по зонам.
- Снижение радиационных потерь: отражающие покрытия, изолирующие перегородки, минимизация внутренних тёплых источников.
- Эксплуатационные меры: уменьшить частоту/время открывания дверей, оптимизировать загрузку (равномерное распределение), поддерживать испаритель чистым (убирать лед), оптимизировать режимы оттаивания.
- Дополнительно: воздушные/тепловые завесы у дверей, зона тамбура, теплоизоляционные шторы между секциями, автоматическое закрытие дверей, корректная прокладка коммуникаций (с конденсатором/воздуховодами вне камеры).
6) Как оценивать эффект (примеры расчётов)
- Суммарные потери: ${\dot{Q}}_{total}={\dot{Q}}_{cond}+{\dot{Q}}_{conv}+{\dot{Q}}_{rad}+{\dot{Q}}_{inf}$.
- Для принятия решений измеряйте: распределение температур по объёму, скорости потока воздуха, утечки через двери (анемометр), термографию для тепловых мостов. Затем используйте формулы выше для оценки экономии при уменьшении каждого слагаемого.
Коротко: устраните тепловые мосты и утечки, улучшите изоляцию, оптимизируйте вентиляцию и расположение испарителя/дефлекторов, примените герметичные и/или воздушные шлюзы у дверей, уменьшите внутренние источники тепла и частоту открываний — это одновременно выровняет температуру и снизит тепловые потери.