ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ THIẾT
BỊ NHIỆT
Thiết kế hệ thống lạnh cho Kho lạnh bảo
quản thịt bò dung tích 1000 tấn đặt tại tỉnh
Vĩnh Phúc
MAI ĐỨC ĐẠI
Dai.md240612E@sis.hust.edu.vn
Ngành Kỹ thuật Nhiệt
Chuyên ngành Hệ thống và thiết bị Nhiệt
Giảng viên hướng dẫn:
TS. Phạm Thái Sơn
Chữ ký của GVHD
Giảng viên duyệt:
Chữ ký của GV Duyệt
Khoa:
Trường:
Năng lượng Nhiệt
Cơ khí
HÀ NỘI, 1/2025
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ NHIỆT
(NGÀNH KỸ THUẬT NHIỆT)
1. Thông tin về sinh viên:
Họ và tên SV: Mai Đức Đại
Lớp: HE1-03-K65
ĐT: 0868.158.473
Email (đại diện): Dai.md240612E@sis.hust.edu.vn
Hệ đào tạo: Chính quy
Chuyên ngành: Hệ thống và thiết bị Nhiệt
Thời gian làm Đồ án: Từ ngày 02 / 09 / 2024 đến 20 / 01 / 2025
2. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống lạnh cho Kho lạnh bảo quản thịt bò dung tích
1000 tấn đặt tại tỉnh Vĩnh Phúc.
Các thông số đề tài:
Tổng dung tích kho lạnh : 1000 Tấn
Sản phẩm bảo quản
: Thịt bò (nửa con)
Địa điểm lắp đặt
: Vĩnh Phúc
Các yêu cầu thực hiện:
- Tìm hiểu tổng quan về kho lạnh, quy trình công nghệ bảo quản sản phẩm.
- Bố trí mặt bằng kho lạnh.
- Tính toán cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh.
- Tính toán phụ tải lạnh.
- Tính chọn máy nén và kiểm tra máy nén.
- Tính chọn các thiết bị khác trong hệ thống lạnh
Các bản vẽ:
- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh (A3).
- Bản vẽ bố trí mặt bằng kho lạnh (A3).
- Các bản vẽ khác (nếu có, A3)
Hà Nội, ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn
Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện đồ án với đề tài “thiết kế hệ thống lạnh cho Kho lạnh
bảo quản thịt bò dung tích 1000 tấn đặt tại tỉnh Vĩnh Phúc” em gặp phải không ít khó
khăn do kiến thức và kinh nghiệm còn rất hạn chế. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành
nhất đến Thầy – TS. Phạm Thái Sơn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong
suốt quá trình hoàn thành đồ án này.
Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy các Cô trong khoa Năng
Lượng Nhiệt, những người đã tận tâm truyền dạy cho em những kiến thức quý báu
về chuyên ngành mà còn cả kiến thức về cuộc sống. Đây chính là hành trang giúp em
có thể vững bước hơn trên con đường mà mình đã chọn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Tóm tắt nội dung đồ án
Trong thời kì cuộc sống hiện đại ngày nay, đời sống của người dân được nâng
cao, nhu cầu về thực phẩm ngày càng tăng. Đi kèm với đó là yêu cầu vả về số lượng
và chất lượng thực phẩm. Vì vậy bảo quản thực phẩm trong kho lạnh là một việc
hoàn toàn thiết thực hiện tại.
Với đồ án “Thiết kế hệ thống lạnh cho Kho lạnh bảo quản thịt bò dung tích
1000 tấn đặt tại tỉnh Vĩnh Phúc” em đã thực hiện những công việc sau:
Chương 1: Đầu tiên em đi tìm hiểu tổng quan về kho lạnh, tìm hiểu về quy trình
sơ chế thịt bò trước khi bảo quản và tìm hiểu các thông tin cần thiết về địa điểm lắp
đặt kho lạnh là tại tỉnh Vĩnh Phúc. Và đưa ra phương án thiết kế sơ bộ của hệ thống
lạnh.
Chương 2: Em tiến hành tính toán cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh (với loại
kho lạnh được lựa chọn là loại kho lạnh lắp ghép với nhiều ưu điểm vượt trội hơn so
với kho xây truyền thống).
Chương 3: Em tiến hành tính toán tổn thất nhiệt (qua kết cấu bao che, do sản
phẩm và do vận hành). Đây là công việc rất quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt
động của kho lạnh.
Chương 4: Sau khi đã xác định được các loại tổn thất nhiệt của kho lạnh, em sẽ
đi lựa chọn chu trình và tính chọn máy nén (trái tim của hệ thống lạnh) để đảm bảo
cho hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong thời gian dài đồng thời cũng đảm
bảo về yếu tố kinh tế.
Chương 5: Khi đã lựa chọn được máy nén cho hệ thống lạnh, em tiếp tục đi tính
toán và lựa chọn các thiết bị chính của hệ thống lạnh bao gồm thiết bị ngưng tụ, dàn
bay hơi, van tiết lưu, tháp giải nhiệt, đồng thời em cũng tính chọn thêm các thiết bị
phụ khác cho hệ thống lạnh như bình chứa, bơm nước,…
Chương 6: Sau khi đã các thiết bị trong hệ thống lạnh, ở chương này em tìm
hiểu thêm về quy trình phá băng cho dàn lạnh để có thể hiểu hơn về cách thức hoạt
động của kho lạnh trong thực tế.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1
Tổng quan về kho lạnh ..................................................................................... 1
Khái niệm kho lạnh ............................................................................ 1
Phân loại kho lạnh .............................................................................. 1
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi bảo quản trong
kho lạnh 3
Một số vấn đề khi thiết kế, lắp đặt, vận hành kho lạnh ...................... 4
1.2
Vị trí lắp đặt kho lạnh....................................................................................... 8
Lợi thế về vị trí địa lý ......................................................................... 8
Điều kiện khí hậu ............................................................................... 8
Các thông số khí hậu tỉnh Vĩnh Phúc ................................................. 9
1.3
Tổng quan về sản phẩm bảo quản lạnh ............................................................ 9
Tình hình bò tại Vĩnh Phúc ................................................................ 9
Chế độ bảo quản thịt bò.................................................................... 10
1.4
Lựa chọn sơ bộ phương án thiết kế ................................................................ 11
Phương án làm lạnh .......................................................................... 11
Lựa chọn môi chất ............................................................................ 12
1.5
Tính dung tích kho lạnh và bố trí mặt bằng ................................................... 12
Tính dung tích buồng bảo quản lạnh ................................................ 12
Tính dung tích buồng bảo quản đông ............................................... 14
1.6
Bố trí mặt bằng kho lạnh bảo quản thịt bò ..................................................... 14
CHƯƠNG 2. TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO KHO LẠNH .................. 16
2.1
Đặc điểm của tấm panel ................................................................................. 16
Đặc điểm .......................................................................................... 16
Các chi tiết lắp ghép ......................................................................... 17
Cửa kho lạnh .................................................................................... 19
2.2
Tính cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh ........................................................... 19
Chọn panel theo nhiệt độ bảo quản .................................................. 19
Kiểm tra chiều dày và hệ số truyền nhiệt của panel ......................... 20
Kiểm tra đọng sương động ẩm của tấm panel .................................. 22
2.3
Chọn kết cấu nền kho lạnh ............................................................................. 23
i
Kết cầu nền cho buồng bảo quản lạnh ............................................. 23
Kết cấu nền cho buồng bảo quản đông ............................................ 24
2.4
Kết luận .......................................................................................................... 26
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN TỔN THẤT NHIỆT CHO KHO LẠNH................. 27
3.1
Tổng quan về tính toán tổn thất nhiệt ............................................................ 27
3.2
Tính toán nhiệt cho buồng bảo quản đông ..................................................... 28
Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của buồng bảo quản đông . 28
Nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong buồng bảo quản đông ..................... 29
Nhiệt khi vận hành buồng bảo quản đông ........................................ 31
Tính toán nhiệt cho thiết bị và công suất máy nén cho buồng bảo
quản đông 32
3.3
Tính toán nhiệt cho buồng bảo quản lạnh ...................................................... 33
Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của buồng bảo quản lạnh .. 33
Nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong buồng bảo quản lạnh ...................... 34
Nhiệt khi vận hành buồng bảo quản lạnh ......................................... 35
Tính toán nhiệt cho thiết bị và công suất máy nén cho buồng bảo
quản lạnh 36
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN
.................................................................................................................................... 38
4.1
Chọn thông số của chế độ làm việc................................................................ 38
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh ......................................................... 38
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh ............................................... 38
Nhiệt độ quá lạnh của môi chất ........................................................ 39
Nhiệt độ hơi hút của môi chất .......................................................... 39
4.2
Tính toán chu trình và tính chọn máy nén cho buồng bảo quản lạnh ............ 39
Tính chu trình lạnh cho máy nén buồng bảo quản lạnh ................... 39
Lựa chọn máy nén ............................................................................ 41
4.3
Tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông .............................................. 45
Tính toán chu trình lạnh máy nén của buồng bảo quản đông .......... 45
Tính chọn máy nén ........................................................................... 48
4.4
Kết luận .......................................................................................................... 54
CHƯƠNG 5. TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI, DÀN NGƯNG TỤ VÀ CÁC
THIẾT BỊ KHÁC ..................................................................................................... 55
5.1
Tính chọn dàn bay hơi .................................................................................... 55
Chọn dàn bay hơi cho buồng bảo quản lạnh .................................... 55
ii
Chọn dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông ................................... 56
5.2
Tính chọn thiết ngưng tụ ................................................................................ 57
Tính chọn thiết ngưng tụ cho buồng bảo quản lạnh ......................... 57
Tính chọn thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo quản đông.................... 59
5.3
Tính chọn tháp giải nhiệt................................................................................ 61
5.4
Tính chọn thiết bị tiết lưu ............................................................................... 63
Tổng quan về các loại thiết bị tiết lưu .............................................. 63
Lựa chọn van tiết lưu cho buồng bảo quản lạnh .............................. 65
Lựa chọn van tiết lưu cho buồng bảo quản đông ............................. 66
5.5
Bình chứa cao áp ............................................................................................ 66
5.6
Bình chứa tuần hoàn....................................................................................... 68
5.7
Bình tách dầu.................................................................................................. 69
5.8
Thiết bị hồi nhiệt ............................................................................................ 71
5.9
Bình trung gian ............................................................................................... 72
5.10
Phin sấy lọc .................................................................................................... 73
5.11
Ống mềm ........................................................................................................ 73
5.12
Mắt gas ........................................................................................................... 73
5.13
Van một chiều ................................................................................................ 73
5.14
Van khóa, van chặn ........................................................................................ 74
5.15
Tính chọn đường ống ..................................................................................... 74
Chọn đường ống cho hệ thống buồng bảo quản lạnh ................... 74
Chọn đường ống cho hệ thống buồng bảo quản đông .................. 76
5.16
Tính toán bơm nước cho tháp giải nhiệt ........................................................ 77
Tổn thất ma sát ............................................................................. 77
Tổn thất cục bộ ............................................................................. 80
Tổn thất qua bình ngưng ............................................................... 81
Chọn bơm ..................................................................................... 82
CHƯƠNG 6. XẢ BĂNG DÀN LẠNH .................................................................... 84
6.1
Tại sao phải xả băng trong hệ thống kho lạnh ............................................... 84
6.2
Những ảnh hưởng của việc đóng băng, tuyết trong dàn lạnh công nghiệp.... 84
6.3
Nguyên nhân gây ra những sự cố khi đóng băng trong dàn lạnh................... 84
6.4
Các phương pháp xả băng dàn lạnh ............................................................... 85
Xả băng thủ công.............................................................................. 86
Xả băng bán tự động ........................................................................ 87
iii
Xả băng tự động ............................................................................... 88
6.5
Bảo vệ tràn lỏng về máy nén khi xả băng ...................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 92
DANH MỤC BẢN VẼ ............................................................................................. 93
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Phân loại kho lạnh theo dung tích chứa, [2] ................................................. 2
Hình 1.2 Kho lạnh xây ................................................................................................. 2
Hình 1.3 Kho lạnh panel .............................................................................................. 3
Hình 1.4 Keo ướt kho lạnh ........................................................................................... 4
Hình 1.5 Khoảng trống dưới nền kho lạnh................................................................... 4
Hình 1.6 Điện trở bố trí dưới nền ................................................................................. 5
Hình 1.7 Ống gió thông nền ......................................................................................... 5
Hình 1.8 Xả băng bằng gas nóng ................................................................................. 7
Hình 1.9 Xả băng bằng điện trở ................................................................................... 7
Hình 1.10 Vị trí của Vĩnh Phúc .................................................................................... 8
Hình 1.11 Hình ảnh thịt bò ........................................................................................... 9
Hình 1.12 Quy trình sơ chế bò [5] ............................................................................. 10
Hình 1.13 Bò nửa con được đưa vào kho lạnh bảo quản ........................................... 10
Hình 1.14 Số liệu về thời nhiệt độ & thời gian bảo quản thịt bò [6] ......................... 11
Hình 1.15 Buồng lạnh được làm lạnh bằng dàn bay hơi trực tiếp [2] ...................... 11
Hình 1.16 Dung tích định hướng các buồng trong kho lạnh [1] ................................ 12
Hình 1.17 Định mức chất tải với từng sản phẩm bảo quản [1] .................................. 12
Hình 1.18 Sơ đồ bố trí mặt bằng kho lạnh ................................................................. 15
Hình 2.1 Cấu tạo kho lạnh panel lắp ghép ................................................................. 16
Hình 2.2 Cấu tạo của tấm panel ................................................................................. 17
Hình 2.3 Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của khóa cam [1] ................................... 18
Hình 2.4 Mộng âm dương cho panel [1] .................................................................... 18
Hình 2.5 Các chi tiết lắp ghép khác [1]...................................................................... 18
Hình 2.6 Cửa lùa ........................................................................................................ 19
Hình 2.7 Cửa bản lề.................................................................................................... 19
Hình 2.8 Cấu trúc nền bảo quản lạnh [1] ................................................................... 23
Hình 2.9 Phương án kết cấu cho buồng bảo quản đông [1] ....................................... 24
Hình 2.10 Cấu trúc nền kho bảo quản đông dùng con lươn [1] ................................. 24
Hình 2.11 Bố trí con lươn dưới nền ........................................................................... 25
Hình 3.1 Vị trí 4 vách của của buồng bảo quản đông ................................................ 28
Hình 3.2 Móc treo Inox .............................................................................................. 31
Hình 3.3 Vị trí 4 vách buồng bảo quản lạnh .............................................................. 33
Hình 4.1 Chu chình lạnh 1 cấp hồi nhiệt.................................................................... 40
Hình 4.2 Thông số của máy nén cho buồng bảo quản lạnh được chọn bằng phần mềm
Bitzer .......................................................................................................................... 43
Hình 4.3 Kích thước chi tiết máy nén 4NES-12Y ..................................................... 44
v
Hình 4.4 Thông số kỹ thuật của máy nén 4NES-12Y ................................................ 44
Hình 4.5 Sơ đồ chu trình 2 cấp có quá lạnh lỏng và hồi nhiệt môi chất Freon [2] .... 46
Hình 4.6 Thông số của máy nén cho buồng bảo quản đông được chọn bằng phần
mềm Bitzer ................................................................................................................. 52
Hình 4.7 Kích thước chi tiết máy nén S66F-60.2Y-40P ............................................ 52
Hình 4.8 Thông số kỹ thuật máy nén S66F-60.2Y-40P ............................................. 53
Hình 5.1 Thông số dàn bày hơi cho buồng bảo quản lạnh ......................................... 55
Hình 5.2 Thông số dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông........................................ 56
Hình 5.3 Thông số của thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo quản lạnh được chọn bằng
phần mềm Bitzer ........................................................................................................ 58
Hình 5.4 Kích thước chi tiết thiết bị ngưng tụ K313 ................................................. 58
Hình 5.5 Thông số kỹ thuật của thiết bị ngưng tụ K313 ............................................ 59
Hình 5.6 Thông số của thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo quản đông được chọn bằng
phần mềm Bitzer ........................................................................................................ 60
Hình 5.7 Kích thước chi tiết thiết bị ngưng tụ K1053 ............................................... 60
Hình 5.8 Thông số kỹ thuật của thiết bị ngưng tụ K1053 .......................................... 61
Hình 5.9 Cấu tạo của tháp giải nhiệt .......................................................................... 61
Hình 5.10 Đồ thị tra hệ số k2 theo hiệu nhiệt độ ướt [2] ........................................... 62
Hình 5.11 Catalog tháp giải nhiệt của hãng Alpha Tower [14] ................................. 63
Hình 5.12 Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong [13] ...................................................... 64
Hình 5.13 Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài [13] ...................................................... 64
Hình 5.14 Thống số van tiết lưu chọn bằng phần mềm Coolselector-2 .................... 65
Hình 5.15 Thống số van tiết lưu chọn bằng phần mềm Coolselector-2 .................... 66
Hình 5.16 Catalog bình chứa cao áp của Varem [15] ................................................ 67
Hình 5.17 Catalog bình chứa tuần hoàn của hãng Bitzer [16] ................................... 69
Hình 5.18 Bình tách dầu............................................................................................. 69
Hình 5.19 Catalog bình tách dầu của hãng Bitzer [17] .............................................. 70
Hình 5.20 Thiết bị hồi nhiệt trong Coolselector-2 ..................................................... 71
Hình 5.21 Thiết bị hồi nhiệt Model HE 1.5 cho hệ thống bảo quản lạnh .................. 72
Hình 5.22 Thiết bị hồi nhiệt Model HE 8.0 cho hệ thống bảo quản đông ................. 72
Hình 5.23 Bình trung gian .......................................................................................... 72
Hình 5.24 Phin sấy lọc Danfoss ................................................................................. 73
Hình 5.25 Catalog ống đồng loại K của hãng Winland [18] cho buồng bảo quản lạnh
.................................................................................................................................... 75
Hình 5.26 Tổn thất áp suất trên một mét ống thép biểu 40, [19] ............................... 78
Hình 5.27 Gia diện ban đầu của Pipe Checker Pro .................................................... 78
Hình 5.28 Hình ảnh các đoạn ống và các phụ kiện của đường ống nước tháp giải
nhiệt ............................................................................................................................ 79
vi
Hình 5.29 Giao diện của Web tính toán tổn thất qua các phụ kiện ............................ 80
Hình 5.30 Đồ thị chọn bơm hãng Ebara, [20] ............................................................ 82
Hình 5.31 Catalog máy bơm hãng Ebara, [20] .......................................................... 82
Hình 5.32 Đường đặc tính của bơm Ebara 3LS 40 125/1.5, [20] ............................. 83
Hình 6.1 Đóng băng tuyết trong dàn lạnh công nghiệp, [21] .................................... 84
Hình 6.2 Phân loại các phương pháp xả băng dàn lạnh, [2] ...................................... 85
Hình 6.3 Xả băng thủ công bằng phun nước cho dàn lạnh, [2] ................................. 86
Hình 6.4 Xả băng bằng điện trở, [22] ........................................................................ 87
Hình 6.5 Xả băng thủ công bằng hơi nóng cho dàn lạnh công nghiệp, [2] ............... 87
Hình 6.6 Đồng hồ xả băng của hãng RANCO, [2] .................................................... 88
Hình 6.7 Sơ đồ điện máy lạnh đơn giản với đồng hồ xả băng bằng điện trở, [2] ...... 89
Hình 6.8 Sơ đồ điện máy lạnh đơn giản với đồng hồ xả băng bằng hơi nóng, [2] .... 89
Hình 6.9 Xả băng bằng gas nóng, [22] ...................................................................... 90
Hình 6.10 Sơ đồ phương pháp xả băng bằng gas nóng, [22] ..................................... 90
Hình 6.11 Bình tách lỏng và máy lạnh freon xả băng bằng hơi nóng có bình tách
lỏng, [2] ...................................................................................................................... 91
vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Chế độ bảo quản thịt bò .............................................................................. 11
Bảng 2.1 Bảng định hướng hệ số truyền nhiệt [1] ..................................................... 20
Bảng 2.2 Thông số các lớp của tấm panel ................................................................. 21
Bảng 2.3 Bảng hệ số tỏa nhiệt .................................................................................... 21
Bảng 2.4 Bảng tổng hợp tính toán kiểm tra động sương vào mùa hè: ....................... 22
Bảng 2.5 Bảng tổng hợp tính toán kiểm tra động sương vào mùa đông: .................. 23
Bảng 2.6 Cấu trúc nền bảo quản lạnh [1] ................................................................... 23
Bảng 2.7 Thông số các lớp của nền buồng bảo quản đông [1] .................................. 25
Bảng 3.1 Các thông số của 2 đại điện buồng bảo quản đông .................................... 29
Bảng 3.2 Tổng hợp tính toán tải lạnh và năng suất lạnh của tất cả các buồng bảo quản
đông ............................................................................................................................ 33
Bảng 3.3 Thông số 2 đại diện buồng bảo quản lạnh .................................................. 34
Bảng 3.4 Tổng hợp tính toán tải lạnh và năng suất lạnh của tất cả các buồng bảo quản
lạnh ............................................................................................................................. 37
Bảng 4.1 Thông số nhiệt động các điểm nút của chu trình một cấp .......................... 40
Bảng 4.2 Thông số tính toán và thông số chọn bằng phần mềm Bitzer của máy nén 1
cấp .............................................................................................................................. 45
Bảng 4.3 Thông số nhiệt động các điểm nút của chu trình lạnh 2 cấp ...................... 47
Bảng 4.4 Thông số tính toán và thông số chọn bằng phần mềm Bitzer của máy nén 2
cấp .............................................................................................................................. 53
Bảng 5.1 Kết quả tính toán thể tích bình chứa cao áp ............................................... 67
Bảng 5.2 Kết quả tính toán thể tích bình chứa tuần hoàn .......................................... 68
Bảng 5.3 Thông số đầu vào của thiết bị hồi nhiệt ...................................................... 71
Bảng 5.4 Tính toán kích thước đường ống cho hệ thống bảo quản lạnh ................... 74
Bảng 5.5 Chọn đường ống theo Catalog cho hệ thống buồng bảo quản lạnh ............ 75
Bảng 5.6 Tính toán kích thước đường ống cho hệ thống bảo quản đông .................. 76
Bảng 5.7 Chọn đường ống theo Catalog cho hệ thống bảo quản đông ...................... 76
Bảng 5.8 Bảng chọn kích thước ống bằng Pipe Checker Pro .................................... 79
Bảng 5.9 Bảng tính tổn thất ma sát trên toàn bộ đường ống ...................................... 80
Bảng 5.10 Kết quả tính toán tổn thất cục bộ trên đường ống (nhánh ống dài nhất) .. 81
viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về kho lạnh
Khái niệm kho lạnh
Kho lạnh là một không gian hoặc phòng được thiết kế đặc biệt để bảo quản
thực phẩm, dược phẩm, và các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ ở nhiệt độ thấp
hơn so với nhiệt độ môi trường xung quanh. Kho lạnh giúp duy trì nhiệt độ ổn
định, độ ẩm phù hợp và các điều kiện bảo quản lý tưởng khác để kéo dài thời
gian sử dụng, đảm bảo chất lượng và an toàn của sản phẩm.
Phân loại kho lạnh
Có nhiều yếu tố để phân loại kho lạnh, thông thường kho lạnh được phân
loại như sau [1]:
a. Phân loại theo công dụng
- Kho lạnh sơ bộ: Dùng để làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực
phẩm trước khi chúng được chuyển qua khâu chế biến khác.
- Kho chế biến: Kho lạnh này thường có dung tích lớn, phụ tải của
kho lạnh luôn thay đổi do phải vận chuyển ra vào hàng hóa thường
xuyên. Kho lạnh chế biến thường được đặt tại các nhà máy chế biến
thực phẩm.
- Kho phân phối: Kho được sử dụng để cung cấp thực phẩm, hàng
hóa cho các khu dân cư và để dự trữ lâu dài. Kho phân phối thường
được thiết kế với dung tích lớn để có thể trữ nhiều mặt hàng.
- Kho thương nghiệp: Là loại kho lạnh được dùng trong các hệ thống
thương nghiệp, nhằm bảo quản tạm thời các sản phẩm đang được bán
trên thị trường.
- Kho vận tải: Kho lạnh đặt trên các phương tiện vận chuyển như tàu
thủy, tàu hỏa,…
- Kho sinh hoạt: Là loại kho lạnh nhỏ, thường được dùng trong nhà
hàng khách sạn, các hộ kinh doanh nhỏ.
b. Phân loại theo nhiệt độ bảo quản
- Kho bảo quản lạnh: Sản phẩm thường được bảo quản trong khoảng
nhiệt độ từ -2℃ đến -5℃. Kho lạnh thường dùng để bảo quản các
mặt hàng nông sản.
- Kho bảo quản đông: Là kho lạnh được sử dụng để bảo quản sản
phẩm đã qua cấp đông; tùy loại thực phẩm mà sẽ có nhiệt độ bảo
quản khác khau. Tuy vậy nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng phải đạt 18℃.
- Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản sản phẩm của kho ở -12℃.
- Kho gia lạnh: Dùng để gia lạnh thực phẩm trước khi chuyển qua các
khâu bảo quản hay chế biến khác. Thường có nhiệt độ 0℃.
- Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ thấp nhất được định hướng là 4℃.
1
c. Phân loại theo dung tích chứa
Đối với dung tích hoặc diện tích của kho lạnh được thiết kế theo yêu cầu
của từng trường hợp hay từng loại thực phẩm bảo quản cụ thể. Đối với kho lạnh
bảo quản thịt, phân loại kho lạnh theo dung tích hay diện tích người ta thường
quy ra đơn vị là tấn thịt.
Hình 1.1 Phân loại kho lạnh theo dung tích chứa, [2]
d. Phân loại theo đặc điểm chế tạo
- Kho xây: Là kho có kiến trúc xây dựng và được bọc cách nhiệt bên
trong. Loại kho này chiếm diện tích lớn, cùng với giá thành xây dựng
cao. Ngoài ra kho xây không thể di chuyển và khó vệ sinh. Chính vì
vậy kho xây thường không được sử dụng để bảo quản thực phẩm.
Hình 1.2 Kho lạnh xây
-
Kho lắp ghép panel: Là loại kho được ghép nối từ nhiều tấm panel;
các tấm panel thường có một lớp cách nhiệt làm từ polyurethan và
hai tấm kim loại ốp hai bên. Kho panel dễ vẫn chuyển, lắp đặt đơn
giản, giá thành hợp lý. Các khu công nghiệp thực phẩm ngày nay
thường sử dụng kho panel để bảo quản sản phẩm sau chế biến.
2
Hình 1.3 Kho lạnh panel
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi bảo quản
trong kho lạnh
a. Ảnh hưởng của những yếu tố bên ngoài
- Môi trường: Những yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm của môi trường gây
ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bảo quản sản phẩm.
- Cấu trúc kho: Nếu kho lạnh được xây dựng, lắp đặt không hợp lý sẽ
dễ làm kho xảy ra tình trạng dao động nhiệt độ gây tan chảy và tái
kết tinh các tinh thể nước trên bề mặt sản phẩm, làm giảm chất lượng
sản phẩm.
- Chế độ vận hành máy: Nếu vận hành máy không hợp lý sẽ làm hệ
thống máy lạnh hoạt động không ổn định, dẫn tới ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm bảo quản.
- Thời gian bảo quản: Thời gian bảo quản của mỗi sản phẩm là khác
nhau, chất lượng sản phẩm sẽ giảm nếu thời gian bảo quản sản phẩm
quá lâu.
b. Ảnh hưởng của những yếu tố bên trong
Để có sản phẩm chất lượng tốt nhất cần đảm bảo môi trường trong kho ổn
định theo đúng quy trình công nghệ đề ra:
- Nhiệt độ bảo quản: nhiệt độ bảo quản phải dựa theo tùy loại sản
phẩm cần được bảo quản. Với thực phẩm đặc biệt là các loại thịt cá,
bảo quản trong thời gian càng dài thì đòi hỏi nhiệt độ bảo quản càng
thấp.
- Độ ẩm của không khí trong kho lạnh: độ ẩm ảnh hưởng lớn tới
chất lượng sản phẩm, vì độ ẩm liên quan mật thiết tới hiện tượng
thăng hoa của nước đá trong sản phẩm. Với mỗi loại sản phẩm cụ thể
mà ta chọn độ ẩm phù hợp với nó.
- Tốc độ không khí trong kho lạnh: có tác dụng mang lượng nhiệt
của sản phẩm tỏa ra trong kho ra ngoài, và các nguồn nhiệt không
mong muốn khác đem lại khi mở cửa, khi có người lao động trong
kho, do thiết bị máy móc vận hành,... Ngoài ra nó còn đảm bảo duy
trì sự đồng đều về nhiệt độ và độ ẩm trong kho, hạn chế nấm mốc tồn
tại trong kho bảo quản.
3
Một số vấn đề khi thiết kế, lắp đặt, vận hành kho lạnh
a. Hiện tượng lọt ẩm
Không khí trong kho lạnh có nhiệt độ thấp, khi tuần hoàn qua dàn lạnh một
lượng nước đáng kể đã kết ngưng lại, vì vậy phân áp suất hơi nước trong buồng
nhỏ hơn bên ngoài. Kết quả hơi ẩm có xu hướng thẩm thấu vào phòng qua kết
cấu bao che Đối với kho xây, hơi ẩm xâm nhập làm ướt lớp cách nhiệt làm mất
tính chất cách nhiệt. Vì vậy cần quét hắc ín và lót giấy dầu chống thấm.
Đối với kho Panel bên ngoài và trong có các lớp tôn nên không có khả năng
lọt ẩm. Tuy nhiên cần tránh các vật nhọn làm thủng vỏ Panel. Vì thế trong kho
lạnh thường có hệ thống palet gỗ để tránh xe đẩy và vật nhọn làm thủng các tấm
Panel. Các khe hở trong quá trình lắp ráp đều được bịt kín bằng silicol.
Hình 1.4 Keo ướt kho lạnh
b. Hiện tượng cơi nền do băng
Kho lạnh bảo quản lâu ngày, nhiệt độ nền đất xuống thấp nước kết tinh
thành đá, quá trình này tích tụ lâu ngày tạo các khối đá lớn làm cơi nền, gây phá
huỷ kết cấu. Để tránh hiện tượng trên người ta sử dụng một số biện pháp sau:
- Tạo khoảng chống phía dưới để thông gió: Lắp đặt kho lạnh trên con
lươn hoặc hệ thống khung đỡ. Các con lươn được xây bằng bê tông
hoặc gạch, cao từ 100-200mm đảm bảo thông gió tốt, khoảng cách
giữa các con lươn tối đa 400mm. Bề mặt các con lươn dốc về 2 phía
2% để tránh đọng nước. Hình 1.5 là các con lươn ở dưới nền của kho
lạnh.
Hình 1.5 Khoảng trống dưới nền kho lạnh
4
-
Dùng điện trở sấy nền: Biện pháp dùng điện trở rất đơn giản, dễ lắp
đặt nhưng chi phí vận hành khá cao, đặc biệt là với kho lạnh có kích
thước vì vậy biện pháp này ít được sử dụng.
Hình 1.6 Điện trở bố trí dưới nền
-
Dùng các ống gió thông nền: Ổng tản nhiệt, dẫn nhiệt được đặt cách
nhau khoảng 1000mm, đường ống đi theo đường zic zac. Hai đầu
ống đưa lên khỏi mặt nền để gió bên ngoài có thể ra vào ống tạo
đường thông gió cho khu vực kho lạnh. Điều này sẽ giúp ngăn ngừa
tình trạng sản phẩm được bảo quản bị đóng băng hoặc đóng băng,
tuyết trên nền kho, tường kho. Hệ thống đường ống bên dưới nền bê
tông phải được nghiên cứu, thiết kế để bố trí lắp đặt hợp lý đảm bảo
mặt nền được bằng phẳng và hạn chế tối đa tình trạng đóng đá. Vật
liệu sử dụng cho các loại ống chủ yếu là PVC.
Hình 1.7 Ống gió thông nền
c. Hiện tượng lọt không khí
Khi xuất nhập hàng hoặc mở cửa kiểm tra, không khí bên ngoài sẽ xâm
nhập gây tổn thất nhiệt đáng kể và ảnh hưởng tới chế độ bảo quản. Lúc này gió
nóng bên ngoài chuyển động vào kho lạnh từ phía trên cửa gió và gió lạnh bên
trong ùa ra từ dưới nền. Quá trình này không những làm mất lạnh của phòng mà
còn mang theo một lượng ẩm vào tích tụ trên dàn lạnh làm ảnh hưởng đến hiệu
quả làm việc của hệ thống. Để ngăn hiện tượng đó người ta sử dụng nhiều biện
pháp:
-
Sử dụng quạt tạo màn khí ngăn sự trao đổi không khí giữa bên ngoài
và bên trong
5
Làm cửa đôi để ngăn không khí bên trong thông với bên ngoài. Một
số kho lạnh lớn có thể làm một kho đệm, có tác dụng như 1 lớp đệm
tránh không khí bên ngoài xâm nhập vào kho. Tuy nhiên những biện
pháp này bất tiện vì chiếm diện tích, xuất nhập hàng khó khăn, giảm
mĩ quan nên ít sử dụng.
- Lắp đặt cửa sổ nhỏ để ra vào hàng. Các cửa sổ này lắp trên tường và
có độ cao thích hợp và kích cỡ 680mm x 680mm. Tuy nhiên cách
này chỉ phù hợp với những kho lạnh năng suất nhỏ, hạn chế khả năng
xuất nhập hàng.
- Sử dụng rèm nhựa: treo ở cửa ra vào một tấm rèm nhựa được ghép từ
nhiều mảnh nhỏ. Phương pháp này hiệu quả cao, không ảnh hưởng
tới đi lại
d. Tuần hoàn gió trong kho lạnh
Để thuận lợi cho việc tuần hoàn gió trong kho lạnh, cần chú ý những yêu
cầu sau:
❖ Sắp xếp hàng hợp lý
Việc sắp xếp hàng phải tuân thủ điều kiện sau:
- Thuận lợi thông gió để các khối hàng đều được làm lạnh tốt
- Thuận lợi kiểm tra, xem xét
- Đảm bảo nguyên tắc nhập hàng trước xuất hàng sau
- Bố trí theo từng khối hạn chế khả năng bay hơi làm giảm chất lượng
sản phẩm;
Khi sắp xếp hàng, phải chú ý khoảng cách giữa các lô hàng với nhau và các
lô hàng với trần, nền và tường giúp không khí lưu thông và cũng để sản phẩm
không tựa vào tường có thể khiến bung các tấm panel. Theo[3], khoảng các tối
thiểu khi xếp hàng tối thiểu đối với sàn là từ 100-150mm, với tường là 200800mm và với trần là 500mm. Phía dưới dàn lạnh không nên bố trí hàng để
người vận hành dễ dàng theo tác.
❖ Sử dụng hệ thống kênh gió để phân phối khí
Đối với kho lạnh có dung tích lớn, cần phải sử dụng các kênh gió để phân
phối gió đều trong kho. Nhờ hệ thống kênh gió hợp lý gió sẽ được phân bố đều
đến các vị trí trong kho.
e. Xả băng dàn lạnh
Khi đi qua dàn lạnh, hơi nước trong không khí sẽ có một phần ngưng trên
bề mặt dàn, lâu dần nó sẽ bám thành lớp tuyết dày. Việc này dẫn đến nhiều sự cố
cho hệ thống: Nhiệt độ kho lạnh không đạt yêu cầu, thời gian làm lạnh lâu, ngập
dịch, cháy động cơ điện,… Để xả băng cho dàn lạnh người ta thường sử dụng ba
phương pháp sau:
-
• Dùng gas nóng: Phương pháp này khá hiệu quả vì quá trình cấp nhiệt xả
băng diễn ra từ bên trong. Tuy nhiên vì được thực hiện khi hệ thống vẫn
còn hoạt động nên cần lưu ý tuyệt đối không để môi chất lỏng đi vào máy
6
nén. Phương pháp này chỉ nên sử dụng trong hệ thống nhỏ hoặc có thiết bị
có thể tách môi chất lỏng.
Hình 1.8 Xả băng bằng gas nóng
• Dùng điện trở: Phương pháp này không sợ ngập lỏng tuy nhiên sẽ làm
tăng chi phí điện năng lớn và không dễ thực hiện.
Hình 1.9 Xả băng bằng điện trở
• Xả băng bằng nước: phương pháp này hiệu quả cao, dễ thực hiện. Khi sử
dụng phương pháp này cần hút kiệt gas và dừng máy nén trước khi xả
băng. Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này nước có thể bắn lên sản
phẩm trong buồng, làm tăng độ ẩm, lượng ẩm này tiếp tục bám lại trên
dàn lạnh trong quá trình vận hành kế tiếp. Với hệ thống kho bảo quản cần
thiết kế, ta lựa chọn phương thức xả băng như sau:
• Xả băng cho buồng bảo quản lạnh: Với buồng lạnh có nhiệt độ 0℃ trở
lên, dàn lạnh đóng băng không quá nghiêm trọng. Tiến hành tắt máy nén
nhưng vẫn duy trì quạt của dàn lạnh hoạt động cho tới khi băng bám trên
dàn tan hết thì tiến hành xả nước băng tan khỏi dàn lạnh; khởi động máy
nén và buồng hoạt động lại như bình thường.
• Xả băng cho buồng bảo quản đông: Sử dụng phương pháp dùng gas
nóng để phá băng dàn lạnh. Van điện từ trước dàn bay hơi được đóng lại
ngăn môi chất từ bình ngưng tụ đi vào dàn; lúc này đưa hơi môi chất nóng
từ đầu đẩy máy nén vào dàn lạnh. Lúc này hơi môi chất sẽ làm tan băng
7
trên dàn, nước băng tan được xả ra ngoài. Hơi môi chất sau khi xả băng sẽ
được đưa vào bình chứa trung gian.
1.2 Vị trí lắp đặt kho lạnh
Hình 1.10 Vị trí của Vĩnh Phúc
Tỉnh Vĩnh Phúc nằm ở phía Bắc của Việt Nam, thuộc vùng đồng bằng sông
Hồng. Vĩnh Phúc nằm trong khu vực tam giác kinh tế trọng điểm phía Bắc, có
vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế - xã hội của vùng.
Lợi thế về vị trí địa lý
-
-
-
-
Gần thủ đô Hà Nội: Vĩnh Phúc chỉ cách trung tâm Hà Nội khoảng
60 km, thuận lợi trong việc giao thương và tiếp cận các dịch vụ, thị
trường của thủ đô. Điều này tạo điều kiện cho Vĩnh Phúc thu hút các
nhà đầu tư và phát triển công nghiệp, dịch vụ.
Nằm trong tam giác kinh tế trọng điểm phía Bắc: Vĩnh Phúc nằm
trong vùng tam giác kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh, khu
vực phát triển kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam. Điều này mang lại
nhiều cơ hội hợp tác, phát triển công nghiệp, thương mại và dịch vụ
cho tỉnh.
Giao thông thuận tiện: Tỉnh có mạng lưới giao thông đường bộ
phát triển, với các tuyến đường quốc lộ quan trọng như quốc lộ 2,
quốc lộ 2B, quốc lộ 23 giúp kết nối Vĩnh Phúc với các tỉnh lân cận
và thủ đô Hà Nội. Ngoài ra, tỉnh gần sân bay quốc tế Nội Bài (cách
khoảng 25 km), thuận lợi cho việc giao thương quốc tế.
Kết nối với các tỉnh Tây Bắc: Vị trí tiếp giáp với các tỉnh Thái
Nguyên, Tuyên Quang, Phú Thọ tạo điều kiện cho Vĩnh Phúc giao
thương, phát triển kinh tế với các tỉnh miền núi phía Bắc. Điều này
cũng hỗ trợ việc phát triển thị trường tiêu thụ sản phẩm công nghiệp
và nông nghiệp của tỉnh.
Điều kiện khí hậu
Vĩnh Phúc có khí hậu nhiệt đới gió mùa, chia làm hai mùa rõ rệt: mùa hè
nóng ẩm mưa nhiều (tháng 5 - tháng 10) và mùa đông khô lạnh (tháng 11 - tháng
4 năm sau). Nhiệt độ trung bình năm dao động từ 23°C - 29°C, với lượng mưa
8
trung bình khoảng 1.400 - 1.600 mm/năm. Khí hậu thuận lợi cho phát triển nông
nghiệp.
Các thông số khí hậu tỉnh Vĩnh Phúc
Với kho lạnh bảo quản được thiết kế tại Vĩnh Phúc, ở đây ta coi công trình
có công dụng thông thường. Thông số tính toán được dùng là cấp II với số giờ
cho phép không đảm bảo m=150 ÷200 h/năm [4].
Ta chọn m=150 h/năm tương ứng với hệ số đảm bảo Kbđ=0,983. Từ đó ta tra
được nhiệt độ tại Vĩnh Phúc theo [4] như sau:
-
Mùa hè: thè = 35,8℃ và φ = 55,5%
Mùa đông: tđông = 10,3℃ và φ = 89,5%
1.3 Tổng quan về sản phẩm bảo quản lạnh
Thịt bò có giá trị dinh dưỡng cao, giàu protein, sắt, kẽm, vitamin B12 và các
dưỡng chất cần thiết cho cơ thể. Thịt bò có thể được chế biến thành nhiều món ăn
đa dạng như bò nướng, bò kho, bò hầm, bò xào, bít tết, phở bò, và nhiều món
khác.
Hình 1.11 Hình ảnh thịt bò
Tình hình bò tại Vĩnh Phúc
Theo số liệu thống kê của BaoVinhPhuc.VN đến cuối năm 2021 đàn bò của
toàn tỉnh đã đạt 103.200 con bò (chủ yếu là bỏ thịt). Dự kiến sẽ đi vào hoạt động
trong năm 2023 tại tỉnh Vĩnh Phúc có công suất khai thác, giết mổ khoảng
20.000 bò thịt/năm.
Về nguyên tắc và phương pháp giết mổ trâu, bò cũng tương tự như giết mổ
lợn. Tuy nhiên, có một số khác biệt như sau: Trong giết mổ lợn người ta thực
hiện nhúng nước cạo lông, công đoạn này không thực hiện trong giết mổ trâu bò,
thay vào đó người ta tiến hành lột hết da của đại gia súc.
9
Hình 1.12 Quy trình sơ chế bò [5]
Hình 1.13 Bò nửa con được đưa vào kho lạnh bảo quản
Chế độ bảo quản thịt bò
Chế độ bảo quản sản phẩm luôn thay đổi tùy thuộc vào từng loại thực phẩm,
phương pháp làm lạnh khác nhau. Việc chọn đúng chế độ bảo quản sản phẩm sẽ
giúp sản phẩm có thời gian bảo quản lâu và vẫn đảm bảo được chất lượng sản
phẩm.
Ta có chế độ bảo quản thịt bò được khuyến cáo như sau [1]:
10
Bảng 1.1 Chế độ bảo quản thịt bò
Sản
phẩm
Thịt bò
Chế độ
bảo quản
Lạnh
Đông
Nhiệt độ
bảo quản
-0,5÷0,5 oC
-18 oC
Thời gian bảo
quản
10÷15 ngày
6-18 tháng
TLTK
[1]
[6]
Hình 1.14 Số liệu về thời nhiệt độ & thời gian bảo quản thịt bò [6]
1.4 Lựa chọn sơ bộ phương án thiết kế
Phương án làm lạnh
Mục đích của việc xác định phương pháp làm lạnh là để tăng thời gian bảo
quản sản phẩm nhằm đảm bảo cung cấp đầy đủ về nhu cầu nguyên liệu thực
phẩm cho sản xuất và tiêu dùng. Ngăn ngừa sự biến đổi hóa sinh gây hư hỏng sản
phẩm, bảo đảm tối đa tính chất ban đầu của sản phẩm.
Phương pháp làm lạnh: Chọn phương pháp làm lạnh buồng trực tiếp:
làm lạnh buồng bằng dàn bay hơi đặt trong buồng lạnh. Môi chất lạnh lỏng sôi
thu nhiệt từ môi trường. Hình 1.15 giới thiệu một buồng lạnh được làm lạnh trực
tiếp bằng dàn ngưng giải nhiệt gió [2]
Hình 1.15 Buồng lạnh được làm lạnh bằng dàn bay hơi trực tiếp [2]
Quy trình xử lý lạnh sản phẩm: Xử lý lạnh trực tiếp: gia lạnh sản phẩm hoặc
kết đông sản phẩm trực tiếp bằng dàn quạt hoặc bằng cách bố trí tunel có quạt
gió cưỡng bức mạnh. Chọn dàn bay hơi đối lưu cưỡng bức: ưu điểm của thiết bị
này là sự phân bố nhiệt độ đồng đều khắp thể tích phòng. Tăng sự trao đổi nhiệt
giữa không khí và dàn lạnh, cũng như với sản phẩm. Giảm diện tích bề mặt trao
11
đổi nhiệt, giảm tiêu tốn nguyên vật liệu, dàn gọn nhẹ và khả năng điều chỉnh
nhiệt độ buồng cũng cao hơn
Lựa chọn môi chất
Môi chất được lựa chọn là R404A. R404A là hỗn hợp ga lạnh gần đồng sôi
với nhiệt độ sôi thường là – 46,4℃ và nhiệt độ ngưng tụ – 45,7℃. R404A
thường được sử dụng trong thiết bị lạnh thương nghiệp nhiệt độ thấp (−20 ÷
−50℃), các máy lạnh có nhiệt độ trung bình hoặc trong điều hòa không khí.
R404A không cháy, bền vững hóa học, không ăn mòn vật liệu chế tạo, không hòa
tan dầu khoáng mà chỉ hòa tan dầu PO [7].
1.5 Tính dung tích kho lạnh và bố trí mặt bằng
Hình 1.16 Dung tích định hướng các buồng trong kho lạnh [1]
Kho lạnh đang thiết kế là 1000 tấn thịt bò; với hình thức bảo quản là bảo
quản thịt bò nửa con đã qua chế biến. Với kho lạnh bảo quản thịt lợn với khối
lượng thịt bò cần bảo quản là 1000 tấn, khối lượng sản phẩm cần bảo quản lạnh
là 250 tấn và khối lượng sản phẩm cần bảo quản đông là 750 tấn [1]
Tính dung tích buồng bảo quản lạnh
Dung tích kho lạnh có thể được hiểu là khối lượng hàng hóa có thể bảo
quản đồng thời trong kho. Ta có công thức tính dung tích kho lạnh như sau:
E = gv × V
Trong đó:
E: Dung tích kho lạnh [Tấn];
V: Thể tích kho lạnh [m3];
g v : Định mức chất tải thể tích [t/m3], Với bảo quản thịt bò nửa con
g v = 0,3 [t / m3] theo [1];
Hình 1.17 Định mức chất tải với từng sản phẩm bảo quản [1]
Thể tích kho bảo quản lạnh bằng:
E
250
V=
=
= 833,33 [m3 ]
gv
0,3
Diện tích chất tải:
12
F=
V
[m2 ]
h
Trong đó:
F: Diện tích chất tải [m2];
V: Thể tích kho lạnh [m3];
h: Chiều cao chất tải của kho lạnh [m],
Theo [8]Chiều cao thực tế của kho lạnh được tính bằng công thức:
ht = H − 2δ
Đối với kho lạnh bảo quản thịt bò (nửa con) thì chiều cao chất tải được tính
như sau [8]:
h = H − 2δ − h1 − h2
Trong đó:
H: Chiều cao phủ bì của kho lạnh (thiết kế theo các kích thước
tiêu chuẩn: 3000mm, 3600mm, 4800mm, 6000mm, chọn H =
4800mm)
δ: Chiều dày cách nhiệt của buồng lạnh (đông)
h1 : Khoảng hở lưu chuyển không khí (500÷800mm);
h2 : Khoảng cách giữa vật liệu và nền, chọn h2 = 200mm.
Như vậy chiều cao chất tải đối với buồng bảo quản lạnh là:
h = 3,6 − 2 × 0,075 − 0,5 − 0,2 = 2,75 [m]
Diện tích chất tải là:
833,2
= 303,03 [m2 ]
2,75
Diện tích kho lạnh bảo quản cần xây dựng:
F
FXD =
[m2 ]
βT
Trong đó:
F: Diện tích chất tải [m2];
F=
βT : Hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, Theo [1] βT = 0,8.
Diện tích kho bảo quản lạnh cần xây dựng là :
303,03
FXD =
= 378,79 [m2 ]
0,8
Số lượng buồng bảo quản lạnh được tính bằng công thức:
FXD
Z=
[Buồng]
f
Trong đó:
FXD : Diện tích kho lạnh bảo quản cần xây dựng [m2];
f: Diện tích buồng lạnh quy chuẩn [m2].
13
Diện tích buồng lạnh quy chuẩn là f = 36 m2 và các bội số của 36 m2 [1].
Chọn diện tích buồng lạnh quy chuẩn là f = 12 × 9 = 108 m2 . Vậy số buồng bảo
quản lạnh bằng:
378,79
Z=
= 3,51 [Buồng]
108
=> Chọn số buồng lạnh bằng: Zt = 4 buồng
Dung tích thực của kho lạnh:
Zt
4
Et = E × = 250 ×
= 285,12 [Tấn]
Z
3,51
Tính dung tích buồng bảo quản đông
Thể tích kho bảo quản đông bằng:
E
750
V=
=
= 2500 [m3 ]
gv
0,3
Chiều cao chất tải đối với buồng bảo quản lạnh là:
h = 3,6 − 2 × 0,100 − 0,5 − 0,2 = 2,7 [m]
Diện tích chất tải:
2500
= 925,93 [m2 ]
2,7
Diện tích kho bảo quản đông cần xây dựng:
925,93
FXD =
= 1157,41 [m2 ]
0,8
Với diện tích kho tính được, số lượng buồng bảo quản đông cần xây dựng.
Diện tích buồng đông quy chuẩn là f = 36 m2 và các bội số của 36 m2 [1]. Chọn
diện tích buồng đông quy chuẩn là f = 12 × 21 = 252 m2 .
F=
Số lượng buồng bảo quản đông được tính bằng công thức:
1157,41
Z=
= 4,59 [Buồng]
252
=> Chọn số buồng đông bằng: Zt = 5 buồng
Dung tích thực của các buồng bảo quản đông:
Zt
5
Et = E × = 750 ×
= 816,48 [Tấn]
Z
4,59
1.6 Bố trí mặt bằng kho lạnh bảo quản thịt bò
Sau khi tính toán, em đưa ra sơ đồ bố trí mặt bằng kho lạnh bảo quản thịt bò
(nửa con) ở hình 1.18
14
Hình 1.18 Sơ đồ bố trí mặt bằng kho lạnh
15
CHƯƠNG 2. TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO KHO LẠNH
2.1 Đặc điểm của tấm panel
Ngày nay, kho lạnh lắp ghép được sử dụng rất rông rãi do kết cấu đơn giản,
có thể lắp ráp nhanh chóng và khi cần có thể tháo ra di chuyển đến địa điểm
khác. Kho lạnh lắp ghép đến ngày nay đa dạng từ một vài mét khối đến hàng
chục ngàn mét khối, chứa được một vài tấn hàng đến chục ngàn tấn hàng [2].
Hình 2.1 Cấu tạo kho lạnh panel lắp ghép
Về kết cấu, kho lạnh được lắp từ các tấm panel tiêu chuẩn:
- Tấm sàn
- Tấm trần
- Tấm sườn
- Tấm góc
- Tấm cửa
Các tấm này có kích thước và chiều dày tiêu chuẩn do nhà sản xuất quy
định để có thể đáp ứng được nhu cầu rất đa dạng về kích cỡ cũng như nhiệt độ
trong kho của các ngành kinh tế khác nhau.
Đặc điểm
Đặc điểm của các tấm panel thường có 3 lớp: hai lớp vật liệu bề mặt dày
0,5÷0,8 mm, ở giữa là lớp polyurethan cách nhiệt có dộ dày tùy thuộc vào tính
toán cách nhiệt và nhiệt độ làm việc của kho [1].
Các tấm panel tiêu chuẩn được sử dụng để lắp ghép kho lạnh. Với panel nền
kho lạnh thì cần phải chú ý đến khả năng chịu nén tốt để có thể chịu được tải
trọng của hàng hóa trong kho. Tấm panel được liên kết bằng khóa cam được gắn
ở góc panel kết hợp với mộng âm dương. Sau khi ghép xong thì cần phun silicon
hoặc sealant để đảm bảo độ kín giữa các tấm.
16
Hình 2.2 Cấu tạo của tấm panel
Do trong kho luôn có sự thay đổi về nhiệt độ áp suất nến để cân bằng với áp
suất phía bên trong và phía bên ngoài ta sẽ cần lắp trên tường các van thông áp.
Nếu không có các van thông áp thì áp suất thay đổi sẽ làm cho việc mở cửa khó
khăn hơn.
Đặc điểm của tấm panel cách nhiệt được sản xuất tại Việt Nam [1]:
❖ Vật liệu bề mặt:
- Tôn mạ màu (Color Bond Steel Sheet ) dày 0,5÷0,8 mm
- Tôn phủ PVC (PVC Coatef Steel Sheet) dày 0,5÷0,8 mm
- Tôn Inox (Stainless Steel Sheet) dày 0,5÷0,8 mm.
❖ Vật liệu cách nhiệt polyurethan (PU):
- Khối lượng riêng: 38 ÷ 40 kg/m3.
- Khả năng chịu nén: 0,2÷0,29 MPa.
- Tỷ lệ điền đầy bọt trong panel: 95%.
- Chiều dài tối đa: 12 m
- Chiều rộng tối đa: 1,2 m với các chiều rộng tiêu chuẩn là 300, 600,
900, 1200 mm.
- Chiều dày tiêu chuẩn: 50, 75, 100, 125, 150 và 175 mm.
Các chi tiết lắp ghép
a. Khóa cam (cam lock)
Cơ cấu móc bên trái nằm ở mép của panel, chốt ngang nằm ở vị trí tương
ứng ở mép panel cần ghép nối. Khi đặt 2 panel cạnh nhau, dùng chìa khóa
(thường là loại khóa chìm 6 cạnh) quay theo chiều kim đồng hồ ¼ vòng thì móc
đã ăn khớp vào chốt của panel đối diện (quay đến khi chặt) thì cơ cấu cam kéo
chốt về bên trái siết chặt 2 tấm panel vào với nhau [1].
17
Hình 2.3 Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của khóa cam [1]
b. Mông âm dương
Mộng âm dương thường được sử dụng kết hợp với khóa cam để tăng hiệu
quả cách nhiệt. Nguyên tắc cấu tạo là một panel bố trí lõm khe còn cạnh tương
ứng của panel ghép có vấu lồi để ăn khớp hoàn toàn với nhau, qua đó tránh được
khe hở ở mối ghép panel với nhau, với trần, nền…
Hình 2.4 Mộng âm dương cho panel [1]
c. Các chi tiết lắp ghép khác
Các chi tiết lắp ghép khác như: 1- Tán rive, 2-Thanh nhôm , 3-Thanh nhựa,
4-Miếng che thép, 5-Khung dầm, 6-Tấm treo, 7-Thanh treo trần tăng đơ, 8-Tấm
nhựa ốp chữ T, 9-Tấm đệm treo, 10-Khóa cam, 11-Nút che lỗ khóa cam, 12-Nền
bê tông kho lạnh, 13-Cách nhiệt nền kho, 14-Lớp cách nhiệt ẩm, 15-Ống thông
nền kho, 16-lớp bê tông lót, 17-Thanh ghép chữ U định vị [1].
Hình 2.5 Các chi tiết lắp ghép khác [1]
18
Cửa kho lạnh
Cửa kho lạnh là một chi tiết có nhiều yêu cầu đặc biệt [1]:
-
Cần phải có cách nhiệt đủ dày để bề mặt ngoài không bị đọng sương;
Cần phải đóng mở nhẹ nhàng, kính khít;
Cần phải giữ được lạnh, không để cho khí nóng lọt vào và tổn thất
khi mở cửa;
Khóa cửa và tay nắm phải làm việc tốt, nhẹ nhàng, không han rỉ và
phải mở được cả phía trong;
Cần phải đóng mở nhẹ nhàng ngay cả khi có băng giá đóng vào cửa.
Thường người ta bố trị sợi đốt điện để sưởi của đề phòng băng dính mặt. Để
chống tổn thất nhiệt, nhiều khi người ta làm cửa khổ lớn chùm lên lối vào và còn
bố trí thêm của treo phía trong.
Ba loại cửa buồng lạnh: Cửa lắc, cửa lùa và cửa có bản lề, nhưng thông
dụng nhất là cửa có bản lề với kiểu bản lề tự đóng. Khi mở cửa ra cửa bị nâng lên
theo chiều vít xoắn lên. Khi thả cửa ra, do sức nặng cửa tự trượt xuống và tự
đóng lại.
Hình 2.6 Cửa lùa
Hình 2.7 Cửa bản lề
2.2 Tính cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh
Chọn panel theo nhiệt độ bảo quản
Theo [1]có bảng độ dày panel theo nhiệt độ:
19
Bảng 2.1 Bảng định hướng hệ số truyền nhiệt [1]
STT
1
2
3
4
5
Chiều dày
[mm]
Ứng dụng của kho
Hệ số truyền nhiệt k
[W/m2K]
Điều hòa không khí ở các khu vực
công nghiệp,
50
0,43
nhiệt độ trong phòng 20 oC
Kho lạnh nhiệt độ dương 0 oC đến 5 oC
75
0,3
Vách ngăn kho lạnh -18 oC
Kho lạnh -18 oC
100
0,22
Vách ngăn kho lạnh -25 oC
Kho lạnh -20 oC đến -25 oC
125
0,18
Vách ngăn kho lạnh -35 oC
Kho lạnh -25 oC đến -30 oC
150
0,15
Vách ngăn kho lạnh -40 oC
Với nhiệt độ của buồng bảo quản lạnh là 0 oC chọn panel có độ dày 75mm.
Với nhiệt độ của buồng bảo quản đông là -18 oC chọn panel có độ dày
100mm.
Kiểm tra chiều dày và hệ số truyền nhiệt của panel
Công thức tính hệ số truyền nhiệt qua vách phẳng [1]
1
k=
[W/m2 K]
δ
1
δ
1
+ ∑ni=1 i + cn +
α1
λi λcn α2
=> Chiều dày lớp cách nhiệt được tính:
n
1
1
δi 1
δcn = λcn [ − ( + ∑ + )]
k
α1
λ i α2
[ m]
i=1
Trong đó:
δcn : Độ dày yêu cầu của lơp cách nhiệt [m];
λcn : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt [W/mK], hệ số dẫn
nhiệt của polyurethane là 0,018 ÷ 0,020 W/mK;
δi : Chiều dày yêu cầu của lớp vật liệu thứ i [m];
λi : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i [W/mK];
k: Hệ số truyền nhiệt [W/m2 K];
α1 : Hệ số trao đổi nhiệt của môi trường bên ngoài [W/m2 K];
α2 : Hệ số trao đổi nhiệt phía trong phía trong buồng [W/m2 K];
20
Bảng 2.2 Thông số các lớp của tấm panel
Lớp
Tôn Inox 304
Lớp cách nhiệt
Polyurathane
Chiều dày [mm]
0,6
Hệ số dẫn nhiệt [W/mK]
16,2
δcn =?
0,02
Bảng 2.3 Bảng hệ số tỏa nhiệt
Hệ số trao đổi nhiệt
α [W/m2 K]
23,3
Bề mặt vách
Bề mặt vách ngoài và mái
Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên
Tường
8
Nền – Trần
6-7
Bề mặt trong của buồng bảo quản hàng
9
lạnh
Bề mặt trong của buồng kết đông và buồng
10,5
gia lạnh
Theo bảng 2.1, với buồng bảo quản lạnh nhiệt độ -0,5÷0,5oC, panel có độ
dày 75mm và hệ số truyền nhiệt định hướng bằng 0,3 W/m2K. Từ hệ số truyền
nhiệt định hướng, tính kiểm tra chiều dày tấm panel.
δcn_l = 0,02 [
1
1
0,6 × 10−3 1
−(
+2×
+ )] = 0,064 [m]
0,3
23,3
16,2
9
Vậy chiều dày tấm panel theo hệ số truyền nhiệt định hướng là 0,065m. Kết
quả tính được cho thấy chọn panel dày 75mm cho buồng bảo quản lạnh là phù
hợp.
Tương tự như vậy với buồng bảo quản đông nhiệt độ -18℃, panel có độ dày
100mm và hệ số truyền nhiệt định hướng bằng 0,22 W/m2K. Từ hệ số truyền
nhiệt định hướng, tính kiểm tra chiều dày tấm panel.
1
1
0,6 × 10−3
1
δcn_đ = 0,02 [
−(
+2×
+
)] = 0,088 [m]
0,22
23,3
16,2
10,5
Vậy chiều dày panel theo hệ số truyền nhiệt định hướng là 0,089m. Kết quả
tính toán được cho thấy chọn panel dày 100mm cho buồng bảo quản đông là phù
hợp.
Với bố trí mặt bằng sơ bộ kho lạnh như hình 1.18, chỉ có bốn loại vách
buồng lạnh: giữa hai buồng bảo quản lạnh, giữa hai buồng bảo quản đông, giữa
buồng bảo quản lạnh với môi trường bên ngoài, giữa buồng bảo quản đông với
môi trường bên ngoài (hành lang, buồng đệm,…). Với chiều dày của panel là
75mm và 100mm và hệ số tỏa nhiệt tương ứng với từng tấm, sử dụng công thức
ta tính được hệ số truyền nhiệt thực tế bằng:
-
Với các tấm panel giữa các buồng bảo quản lạnh:
21
1
= 0,256 [W/m2 K]
1
0,6 × 10−3 0,0738 1
+2×
+
+
9
16,2
0,02
9
- Với các tấm panel còn lại của buồng bảo quản lạnh:
1
k 𝑙_𝑚𝑡 =
= 0,260 [W/m2 K]
1
0,6 × 10−3 0,0738 1
+2×
+
+
23,3
16,2
0,02
9
- Với các tấm panel giữa các buồng bảo quản đông:
1
k đ_đ =
= 0,195 [W/m2 K]
1
0,6 × 10−3 0,0988
1
+2×
+
+
10,5
16,2
0,02
10,5
- Với các tấm panel còn lại của buồng bảo quản đông (vách buồng bảo
quản đông tiếp xúc với môi trường):
1
k đ_𝑚𝑡 =
= 0,197 [W/m2 K]
1
0,6 × 10−3 0,0988
1
+2×
+
+
23,3
16,2
0,02
10,5
k 𝑙_𝑙 =
Kiểm tra đọng sương động ẩm của tấm panel
a. Kiểm tra đọng sương
Kiểm tra đọng sương vào mùa Hè:
Với thông số khí hậu được chọn theo số giờ không đảm bảo ở mục 1.2 ta có
thè=35,8 oC và φ = 55,5% ta tra được nhiệt độ điểm sương của không khí ngoài
trời tại Vĩnh Phúc là ts_hè=25,5 oC. Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép được tính
bằng công thức:
tn − ts
k ≤ k s = 0,95 × α1 ×
tn − tf
Trong đó:
k: hệ số truyền nhiệt thực tế qua panel [W/mK];
k s : Hệ số truyền nhiệt thực tế qua panel khi bề mặt ngoài là nhiệt
độ đọng sương [W/mK];
α1 : Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của panel [W/m2K];
t n : Nhiệt độ ngoài tấm panel [oC];
t s : Nhiệt độ đọng sương [oC];
t f : Nhiệt độ trong buồng bảo quản [oC].
Bảng 2.4 Bảng tổng hợp tính toán kiểm tra động sương vào mùa hè:
tf
t s_hè
tn
α1
k s_hè
[oC]
[oC]
[W/m2K]
[oC]
[W/m2K]
Bảo quản lạnh
0
25,5
35,8
23,3
6,37
Bảo quản đông
-18
25,5
35,8
23,3
4,24
Từ kết quả trên có thể thấy hệ số truyền nhiệt của panel đã tính ở mục 2.2.2
đều nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt cực đại ks_hè nên không xảy ra hiện tượng đọng
sương.
Phòng
22
Kiểm tra đọng sương vào mùa Đông:
Với thông số khí hậu được chọn theo số giờ không đảm bảo ở mục 1.2 ta có
tđông=10,3 oC và φ = 89,5% ta tra được nhiệt độ điểm sương của không khí ngoài
trời tại Vĩnh Phúc là ts_đông=9,4 oC. Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép được
tính bằng công thức:
Bảng 2.5 Bảng tổng hợp tính toán kiểm tra động sương vào mùa đông:
Phòng
tf
[ C]
o
t s_đông
tn
[ C]
o
o
α1
[W/m2K]
k s_đông
[ C]
[W/mK]
Bảo quản lạnh
0
9,4
10,3
23,3
1,93
Bảo quản đông
-18
9,4
10,3
23,3
0,70
Từ kết quả trên có thể thấy hệ số truyền nhiệt của panel đã tính ở mục 2.2.2
đều nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt cực đại ks_đông nên không xảy ra hiện tượng đọng
sương.
b. Kiểm tra đọng ẩm
Kết cấu panel gồm ba lớp như hình 2.2, với vật liệu của hai lớp bên ngoài
panel là vật liệu hoàn toàn cách ẩm. Vì vậy có thể kết luận rằng panel không xảy
ra hiện tượng đọng ẩm.
2.3 Chọn kết cấu nền kho lạnh
Kết cầu nền cho buồng bảo quản lạnh
Yêu cầu của nền phải có độ vững chắc cần thiết, tuổi thọ cao, sạch sẽ, dễ
dàng vệ sinh,không thấm ẩm và phải có bố trí thoát nước để dễ dàng rửa dọn và
vệ sinh. Tham khảo tài liệu [1] và một số thiết kế thực tế thấy được nền kho lạnh
thường được cấu tạo từ những lớp như hình 2.8.
Hình 2.8 Cấu trúc nền bảo quản lạnh [1]
Thông số của các lớp vật liệu buồng bảo quản lạnh [1]:
Bảng 2.6 Cấu trúc nền bảo quản lạnh [1]
STT
1
2
3
Chiều dày
[mm]
10
100
δcn
Lớp
Gạch lát
Bê tông giằng
Cách nhiệt Polyurethan
23
Hệ số dẫn nhiệt
λ [W/mK]
2,91
1,2
0,02
4
5
6
Perganin và giấy dầu cách
ẩm
Bê tông cốt thép
Lớp xỉ
2
0,16
150
200
1,5
0,29
Đối với buồng lạnh có nhiệt độ -0,5℃ ÷ 0,5℃ có sưởi nền thì hệ số truyền
nhiệt k của nền theo thông số định hưởng trong bảng 3.6, trang 84, tài liệu [1]
bằng 0,41 W/m2K. Chiều dày lớp cách nhiệt của nền buồng bảo quản lạnh bằng:
1
1 0,01 0,1 0,002 0,15 0,2
δcn = 0,02 [
−( +
+
+
+
+
)] = 0,029 [m]
0,41
9 2,91 1,2 0,16
1,5 0,29
Ta chọn chiều dày thực của lớp cách nhiệt là 0,03 [m].
Hệ số truyền nhiệt thực tế của nền buồng bảo quản lạnh bằng:
1
k t_l =
= 0,40 [W/m2 K]
0,03 0,01 0,1 0,002 0,15 0,2 1
+
+
+
+
+
+
0,02 2,91 1,2 0,16
1,5 0,29 9
Kết cấu nền cho buồng bảo quản đông
Kết cấu của nền buồng bảo quản đông có yêu cầu phức tạp để đảm bảo
không có hiện tưởng ẩm dưới nền ngưng đọng bị đóng băng gây phá huỷ nền.
Hình 2.9 Phương án kết cấu cho buồng bảo quản đông [1]
Hình 2.10 Cấu trúc nền kho bảo quản đông dùng con lươn [1]
Đối với những kho lạnh có dung tích lớn, phương án dùng điện trở hoặc ống
dẫn dầu nóng gia nhiệt cho nền không hợp lý do giá thành cao. Vì vậy đối với
những kho lạnh này nền thường không được đặt trực tiếp trên mặt đất mà sẽ được
24
đặt trên các kết cấu như hầm rỗng, hầm cuốn, hệ cọc dầm hoặc con lươn. Đối với
kho lạnh này, phương án được lựa chọn đó là sử dụng các hệ con lươn do phương
án này đơn giản, dễ thi công và chi phí thấp hơn so với phương án xây hầm rỗng
hoặc hệ cọc dầm. Hình 2.10 là hình nền kho lạnh được đặt trên hệ con lươn.
Thông số các lớp nền của buồng bảo quản đông [1]:
Bảng 2.7 Thông số các lớp của nền buồng bảo quản đông [1]
STT
Chiều dày
[mm]
10
100
δcn
Lớp
1
2
3
Hệ số dẫn nhiệt
λ [W/mK]
2,91
1,2
0,02
Gạch lát
Bê tông
Cách nhiệt Polyurethan
Perganin và giấy dầu cách
4
2
0,16
ẩm
5
Bê tông cốt thép
150
0,5
Đối với buồng bảo quản đông, không khí dưới nền được lưu thông thông
thoáng trong khoảng hở giữa các con lươn từ đó tránh được hiện tưởng ẩm ngưng
tụ và đóng băng gây cơi nền. Lúc này hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của nền các
buồng đông có thể coi tương đương đối với việc trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức
bên trong những ống dẫn hình chứ nhật. Lựa chọn cách bố trí sắp xếp các con
lươn với kích thước như hình 2.4:
Hình 2.11 Bố trí con lươn dưới nền
Khoảng hở lưu thông gió giữa các con lươn có kích thước 0,2m x 0,2m.
Như vậy đường kính tương đương của khe gió được tính:
4F 4 × 0,2 × 0,2
dtđ =
=
= 0,2 [m]
U
4 × 0,2
Để đảm bảo không khí dưới nền được lưu thông, có thể bố trí thêm quạt
thông gió cho nền. Giả thiết tốc độ không khí trong các khe gió bằng 3m/s, lúc
này có thể coi chế độ trao đổi nhiệt trong khe là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức
trong ống. Hệ số Renold được tính:
w. d
Re =
𝑣
Trong đó:
25
w: Tốc độ của không khí trong các khe gió, w = 3m/s;
d: Đường kính tương đương của khe gió;
𝑣: Độ nhớt đọng học.
Tra thống số nhiệt vật lý của không khí tại nhiệt độ trung bình 35,8oC theo
tài liệu [9] ta được:
𝑣 = 16,56 × 10−6 [m2 /s]
𝜆 = 2,72 × 10−2 [W/mK]
Suy ra:
3 × 0,2
= 36232
16,56 × 10−6
Do Reynold của dòng không khí trong khe lớn hơn 2300 nên chuyển động
trong khe của dòng khí là dòng chảy rối.Với dòng không khí chảy rối, theo bài
giảng Truyền nhiệt, tiêu chuẩn Nusselt được tính [10]:
Re =
Nu = 0,018 × Re0,8 = 0,018 × 362320,8 = 79,90
Hệ số trao đổi nhiệt qua khe dẫn khí bằng:
Nu × λ 79,90 × 2,72 × 10−2
=
= 10,87 [W/m2 K]
dtđ
0,2
Như vậy độ dày của lớp cách nhiệt trong cấu trúc nền buổng bảo quản đông
là (hệ số truyền nhiệt định hướng qua nền buồng đông -18oC nội suy theo bảng
tài liệu[1] bằng 0,25 W/m2K):
1
1
0,01 0,1 0,002 0,15
1
δcn = 0,02 [
−(
+
+
+
+
+
)] = 0,072 [m]
0,25
10,5 2,91 1,2 0,16
1,5 10,87
Chọn chiều dày lớp cách nhiệt nền buồng bảo quản đông: δcn = 0,08 [m]
α=
Vậy hệ số truyền nhiệt thực tế bằng:
1
k t_đ =
= 0,23 [W/m2 K]
0,08 0,01 0,1 0,002 0,15
1
1
+
+
+
+
+
+
0,02 2,91 1,2 0,16
1,5 10,87 10,5
2.4 Kết luận
Đối với mỗi chức năng bảo bảo quản của từng khu vực trong kho lạnh, yêu
cầu về thiết kế và kỹ thuật của từng khu vực là khác nhau để đảm bảo cho kho
lạnh có thể hoạt động hiệu quả trong việc bảo quản lâu dài thực phẩm. Ở chương
2 này cũng đã chỉ ra được những ưu điểm của kho lạnh lắp ghép đối với kho lạnh
kiểu truyền thống đông thời cũng đưa ra những phướng án tính toán xây dựng và
lựa chọn vật liệu cách nhiệt, cách ẩm cho từng nhóm buồng có chức năng bảo
quản khác nhau.
26
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN TỔN THẤT NHIỆT CHO KHO LẠNH
3.1 Tổng quan về tính toán tổn thất nhiệt
Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài vào
kho lạnh, chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải thải nó trở lại môi trường
nóng, duy trì sự chênh lệch nhiệt độ giữa buồng lạnh với không khí bên ngoài.
Việc tính toán này nhằm mục đích tìm được năng suất lạnh của máy lạnh
cần lắp đặt trong kho.
Q = Q 1 + Q 2 + Q 2 + Q 3 + Q 4 [W ]
(3.1)
Trong đó:
Q1 : Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che của buồng lạnh;
Q 2 : Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra;
Q 3 : Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh;
Q 4 : Dòng nhiệt do vận hành kho lạnh;
Q 5 : Dòng nhiệt tỏa ra do sản phẩm hô hấp.
Dòng nhiệt tổn thất Q = ∑Qi tại một thời điểm nhất định gọi là phụ tải nhiệt
của thiết bị lạnh. Đặc điểm của các dòng nhiệt này là chúng thay đổi liên tục theo
thời gian. Q1 phụ thuộc theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm, Q2 phụ thuộc
vào thời vụ. Q3 phụ thuộc vào loại hàng bảo quản (sản phẩm không hô hấp hoặc
sản phẩm sống có hô hấp). Q4 phụ thuộc vào quy trình công nghệ và Q5 phụ
thuộc vào biến đổi hoá sinh của thực phẩm.
Sản phẩm bảo quản ở đây là thịt bò, không cần thông gió buồng lạnh và
không có sự hô hấp từ sản phẩm. Nên có thể bỏ qua dòng nhiệt Q3 và Q5.
❖ Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che
Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của kho lạnh bằng tổng tổn thất nhiệt do
bức xạ mặt trời qua panel và tổn thất nhiệt do sự chêch nhiệt độ phía trong với
phía ngoài panel gây ra.
Q1 = Q11 + Q12
(3.2)
Trong đó:
Q11 : Dòng nhiệt qua vách, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ;
Q12 : Dòng nhiệt qua vách và trần do bức xạ mặt trời.
Đối với các kho lạnh lớn được thiết kế nằm trong các tường bao che khác
nên tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời có thể được bỏ qua. Tổn thất do chênh lệch
nhiệt độ của vách và trần được tính: [1]:
Q11 = k. F. (t1 − t 2 ) (3.3)
Trong đó:
k: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che [W/m2K];
F: Diện tích bề mặt bao che [m2];
t1 , t 2 : Nhiệt độ trong và ngoài vách [oC];
27
Theo [1]với những vách ngăn tiếp xúc với hành lang và buồng đệm có cửa
thông ra ngoài thì hiệu nhiệt độ chỉ bằng 70% hiệu nhiệt nhiệt độ giữa buồng
lạnh với bên ngoài, vì vậy:
Δt_hành lang = 0,7. (t1 − t 2 ) (3.4)
Đối với sàn không được sưởi hoặc thông gió, dòng nhiệt tổn thất có thể tính
như sau:
Q nền = m. k. F. (t1 − t 2 )
(3.5)
Trong đó m là hệ số đặc trưng cho sự tăng trở nhiệt của nền:
1
m=
(3.6)
δi
1 + 1,25. (Σ )
λi
Kho lạnh được đặt trong kết cấu nhà xưởng và được thông gió nên nhiệt độ
bên ngoài buồng lạnh t1 lấy bằng nhiệt độ môi trường mùa hè (thời điểm có mức
chênh nhiệt độ lớn nhất để đảm bảo yêu cầu thiết kế)
3.2 Tính toán nhiệt cho buồng bảo quản đông
Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của buồng bảo quản
đông
a) Tổn thất qua tường và trần
Nhìn vào sơ đồ mặt bằng của kho lạnh hình 1.15, Các buồng bảo quản đông
đều bảo quản với nhiệt độ -18oC, tổn thất qua tường và trần của buồng đông 1,5
là như nhau và buồng 2,3,4 là như nhau. Vì vậy chỉ cần tính 2 buồng là BQĐ-1
và BQĐ-2 đại diện cho của 2 nhóm buồng đông giống nhau.
Hình 3.1 Vị trí 4 vách của của buồng bảo quản đông
Tổn thất nhiệt qua vách (1) của buồng BQĐ-1 theo công thức 3.4 là:
Q v1_T = k t . Fv1 . 0,7. (t1 − t 2 ) = 0,197 × (12 × 3,6) × 0,7 × (35,8 − (−18))
= 322,12 W = 0,32 [kW]
Tổn thất nhiệt qua vách (2) của buồng BQĐ-1 theo công thức 3.3 là:
Q v2_T = k t . Fv1 . (t1 − t 2 ) = 0,195 × (21 × 3,6) × ((−18) − (−18))
= 0,00 [kW]
Tổn thất nhiệt qua vách (3) của buồng BQĐ-1 theo công thức 3.3 là:
Q v3_T = k t . Fv1 . (t1 − t 2 ) = 0,197 × (12 × 3,6) × (35,8 − (−18))
28
= 460,18 [W] = 0,46 [kW]
Tổn thất nhiệt qua vách (4) của buồng BQĐ-1 theo công thức 3.3 là:
Q v4_T = k t . Fv1 . (t1 − t 2 ) = 0,197 × (21 × 3,6) × (35,8 − (−18))
= 800,32 [W] = 0,80 [kW]
Tính toán tương tự ta được bảng tổn thất nhiệt qua tường và cửa của các
buồng bảo quản đông (lưu ý các mặt không phải phái hành lang thì không nhân
với 0,7):
Bảng 3.1 Các thông số của 2 đại điện buồng bảo quản đông
Q11
[kW]
1
0,32
2
0,00
3
0,46
BQĐ-1
4
0,80
Trần
2,67
Tổng
4,25
1
12x3,6=43,2
0,197
35,8
-18
0,32
2
21x3,6=75,6
0,195
-18
-18
0,00
3
12x3,6=43,2
0,197
35,8
-18
0,46
BQĐ-2
4
21x3,6=75,6
0,195
-18
-18
0,00
Trần
12x21=252
0,197
35,8
-18
2,67
Tổng
3,45
Vậy tổng tổn thất qua tường và trần của tất cả các buồng bảo quản đông là:
STT
Số
vách
F
[m2]
12x3,6=43,2
21x3,6=75,6
12x3,6=43,2
21x3,6=75,6
12x21=252
k
[W/m2K]
0,197
0,195
0,197
0,197
0,197
t1
[oC]
35,8
-18
35,8
35,8
35,8
t2
[oC]
-18
-18
-18
-18
-18
Q Đ_T = 2 × Q BQĐ1_T + 3 × Q BQĐ2_T = 2 × 4,25 + 3 × 3,45 = 18,84 [kW]
b) Tổn thất qua nền
Nền của buồng bảo quản đông được thiết kế với các con lươn thông gió
phía dưới nên có thể coi dòng nhiệt qua nền như dòng nhiệt qua vách. Vì vậy,
tính nhiệt tổn thất qua nền vuồng bảo quản đông theo công thức (3.5)
Q Đ_nền = k nền . F. (t1 − t 2 ) = 0,23 × 252 × (35,8 − (−18)) = 3,09 [kW]
Như vậy tổng tổn thất qua kết cấu bao che của tất cả các buồng bảo quản
đông bằng:
Q1 = Q11_Đ = Q Đ_T + nĐ Q Đ_nền = 18,84 + 3,09 × 5 = 34,29 [kW]
Trong đó:
nĐ : Số buồng bảo quản đông.
Nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong buồng bảo quản đông
a. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra được tính theo công thức [1]:
1000
Q 21 = M. (h1 − h2 ).
(3.7)
24.3600
29
Trong đó:
M: Năng suất buồng gia lạnh, với buồng đông:
Eđ . ψ. B. m
M=
= (0,027 ÷ 0.035)Eđ
365
h1 , h2 : Lần lượt là entanpy của thịt bò trước và sau khi xử lý lạnh.
Theo [1]đối với kho lạnh phân phối, nhiệt độ hàng nhập
vào buồng đông bằng -8oC÷-10oC, chọn -10oC. Vậy tra
bảng entanpy đối với thịt bò tại -10oC và -18oC là 30,2
kJ/kg và 4,6 kJ/kg
1000
24.3600
: Hệ số chuyển đổi từ t/24h ra kg/s.
Với:
Ψ: Tỉ lệ nhập hàng có nhiệt độ không bao hơn -8oC, ψ =
(0,65 ÷ 0,85); Chọn ψ = 0,85
m: Hệ số nhập hàng không đồng đều, m = 2,5;
B: Hệ số quay vòng hàng, B = 5 ÷ 6 lần/năm, chọn B = 6.
Vậy M bằng:
750 × 0,85 × 6 × 2,5
= 26,2 [tấn/24h]
365
Vậy dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra theo công thức (3.7):
1000
Q 21 = 26,2 × (30,2 − 4,6) ×
= 7,76 [kW]
24 × 3600
b. Dòng nhiệt do móc treo sản phẩm tỏa ra
Với kho lạnh mà đồ án này em đang thiết kế thì thịt bò được xử lý và xẻ nửa
sau đó được treo trên các ray móc bảo quản trong buồng. Móc thép này được làm
bằng Inox không gỉ. Lượng móc này trong các buồng bảo quản cũng khá lớn nên
dòng nhiệt do móc treo được tính như sau:
1000
Q 22 = Mb . Cb . (t1 − t 2 ).
(3.8)
24.3600
Trong đó:
M=
Cb : Nhiệt dung riêng của móc treo Inox, Cb = 0,45 [kJ/kgK];
t1 , t 2 : Là nhiệt độ của móc treo trước và sau khi xử lý lạnh (lấy
như nhiệt độ trước và sau khi xử lý lạnh của thịt bò);
Mb : Khối lượng móc treo được đưa vào cùng với sản phẩm,
Theo [11]khối lượng của bò thịt tại Việt Nam là từ 160÷250 kg/con, vì vậy
khối lượng của bò nửa con để bảo quản lạnh sẽ khoảng từ 70÷120 kg/nửa con
(Coi trung bình 100kg/nửa con). Từ những dữ kiện đó chọn theo [12] được móc
kim loại có kích thước như hình 3.2 nặng 210 g và chịu tải lên đến 150 kg.
30
Hình 3.2 Móc treo Inox
Số móc treo ứng với nửa con bò bảo quản trong buồng đông được tính như
sau:
26,2 × 1000
= 262 [cái móc]
100
Khối lượng móc treo là: 262 × 0,21 = 55,02 [kg/24h]
n=
Vậy nhiệt tỏa ra do móc treo theo công thức 3.8 là:
1000
Q 22 = 55,02 × 0,45 × (−10 + 18) ×
= 0,0023 [kW]
24 × 3600
Tổng nhiệt tỏa ra do sản phẩm của tất cả các buồng bảo quản đông là:
Q 2 = Q 21 + Q 22 = 7,76 + 0,0023 = 7,76 [kW]
Nhiệt khi vận hành buồng bảo quản đông
Theo [1] Dòng nhiệt vận hành Q4 bao gồm:
- Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng Q41
- Nhiệt tỏa do người làm việc Q42
- Nhiệt tỏa do động cơ Q43
- Dòng nhiệt do mở cửa Q44
Q 4 = Q 41 + Q 42 + Q 43 + Q 44
(3.9)
a. Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41
Q 41 = A. F
Trong đó:
F: Diện tích buồng;
A: Nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng, A=1,2
W/m2 đối với buồng bảo quản.
Dòng nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng tính cho một buồng đông là:
Q 41 = 1,2 × 252 = 0,3 [kW]
b. Nhiệt tỏa do người làm việc Q42
31
Q 42 = 350. n
Trong đó:
350: nhiệt lượng do môt người tỏa ra [W/người];
n: Số người làm việc trong buồng, đối với phòng có diện tích trên
200m2 số người là 3÷4 người, chọn n = 4
Nhiệt tỏa do người làm việc Q 42 tính cho một buồng đông là:
Q 42 = 350 × 4 = 1,4 [kW]
c. Nhiệt lượng tỏa ra do động cơ Q43
Q 43 = N
Công suất của động cơ điện ( quạt trong dàn lạnh, quạt thông gió, xe nâng
vận chuyển,…) định hướng cho buồng lạnh và đông là N = 1 ÷ 4 [kW],
Chọn N = 2 [kW].
Nhiệt lượng do động cơ điện tỏa ra tính cho một buồng đông là:
Q 43 = 2 [kW]
d. Dòng nhiệt do mở cửa Q44
Q 44 = B. F
Trong đó:
B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, tra bảng 4.4 tài liệu [1] đối với
buồng đông có diện tích trên 150 m2 , B = 8 W/m2
F: Diện tích buồng.
Dòng nhiệt do mở cửa Q44 tính cho một buồng đông là:
Q 44 = 8 × 252 = 2,02 [kW]
Vậy tổng lượng nhiệt tỏa do vận hành tất cả các buồng bảo quản đông theo
công thức (3.9) là:
Q 4 = (0,3 + 1,4 + 2 + 2,02) × 5 = 28,59 [kW]
Tính toán nhiệt cho thiết bị và công suất máy nén cho buồng
bảo quản đông
Công suất của máy nén được tính bằng tổng các dòng nhiệt thành phần.
Theo [1], công suất này tính bằng công thức (3.1).
Tải lạnh của máy nén của buồng bảo quản đông theo [1] như sau:
QĐMN = aQ1 + Q 2 + bQ 4 [W]
-
Đối với kho lạnh nhiệt độ -18°C÷-25°C, (a = 0,8);
Đối với kho có kích thước lớn (b = 0,6)
Tải lạnh của máy nén của buồng bảo quản đông:
QĐMN = 0,8Q1 + Q 2 + 0,6Q 4 [W]
32
Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ sôi giống
nhau là:
Qo =
k. ΣQĐMN
b
(3.10)
Trong đó:
k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ
thống lạnh. Tham khảo tài liệu [1] lấy k=1,05 đối với buồng lạnh
và k=1,07 với buồng bảo quản đông;
b: Hệ số thời gian làm việc, tham khảo tài liệu [1] lấy b=0,9;
Bảng 3.2 Tổng hợp tính toán tải lạnh và năng suất lạnh của tất cả các buồng bảo quản
đông
Buồng
đông
BQĐ
Q1
[kW]
34,29
Q2
[kW]
7,76
Q4
[kW]
28,59
ΣQĐMN
[kW]
52,36
ΣQ o
[kW]
62,25
3.3 Tính toán nhiệt cho buồng bảo quản lạnh
Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của buồng bảo quản
lạnh
a. Tổn thất qua tường và trần
Nhìn vào sơ đồ mặt bằng của kho lạnh hình 1.18, các buồng bảo quản lạnh
đều bảo quản với nhiệt độ 0oC, tổn thất qua tường và trần của buồng lạnh 1,4 là
như nhau và buồng 2,3 là như nhau. Vì vậy chỉ cần tính 2 buồng là BQL-1 và
BQL-2 đại diện của 2 nhóm buồng lạnh giống nhau.
Hình 3.3 Vị trí 4 vách buồng bảo quản lạnh
Tổn thất nhiệt qua vách (1) của buồng BQL-1 theo công thức 3.4 là:
Q v1_T = k t . Fv1 . (t1 − t 2 ) = 0,260 × (12 × 3,6) × (35,8 − 0)
= 400,56 [W] = 0,4 [kW]
Tổn thất nhiệt qua vách (2) của buồng BQL-1 theo công thức 3.3 là:
Q v2_T = k t . Fv1 . (t1 − t 2 ) = 0,256 × (9 × 3,6) × (0 − 0)
= 0,00 [kW]
Tổn thất nhiệt qua vách (3) của buồng BQL-1 theo công thức 3.3 là:
Q v3_T = k t . Fv1 . 0,7. (t1 − t 2 ) = 0,260 × (12 × 3,6) × 0,7 × (35,8 − 0)
= 280,39 W = 0,28 [kW]
Tổn thất nhiệt qua vách (4) của buồng BQL-1 theo công thức 3.3 là:
33
Q v4_T = k t . Fv1 . (t1 − t 2 ) = 0,260 × (9 × 3,6) × (35,8 − 0)
= 300,42 [W] = 0,3 [kW]
Tính toán tương tự ta được bảng tổn thất nhiệt qua tường và cửa của các
buồng bảo quản đông (lưu ý các mặt không phải phái hành lang thì không nhân
với 0,7):
Bảng 3.3 Thông số 2 đại diện buồng bảo quản lạnh
Q11
[kW]
1
0,4
2
0,00
3
0,28
BQL-1
4
0,30
Trần
1,01
Tổng
1,99
1
12x3,6=43,2
0,260
35,8
0
0,4
2
9x3,6=32,4
0,256
0
0
0,00
3
12x3,6=43,2
0,260
35,8
0
0,28
BQL-2
4
9x3,6=32,4
0,256
0
0
0,00
Trần
12x9=108
0,260
35,8
0
1,01
Tổng
1,69
Vậy tổng tổn thất qua tường và trần của tất cả các buồng bảo quản lạnh là:
STT
Số
vách
F
[m2]
12x3,6=43,2
9x3,6=32,4
12x3,6=43,2
9x3,6=32,4
12x9=108
k
[W/m2K]
0,260
0,256
0,260
0,260
0,260
t1
[ C]
35,8
0
35,8
35,8
35,8
o
t2
[ C]
0
0
0
0
0
o
Q L_T = 2 × Q BQL1_T + 2 × Q BQL2_T = 2 × 1,99 + 2 × 1,69 = 7,36 [kW]
c) Tổn thất qua nền
Nền của buồng bảo quản lạnh theo công thức (3.5)
Q L_nền = k nền . F. (t1 − t 2 ) = 0,40 × 108 × (35,8 − 0) = 1,55 [kW]
Như vậy tổng tổn thất qua kết cấu bao che của tất cả các buồng bảo quản
lạnh bằng:
Q1 = Q11_L = Q L_T + nL Q L_nền = 7,36 + 1,55 × 4 = 13,55 [kW]
Trong đó:
nL : Số buồng bảo quản lạnh.
Nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong buồng bảo quản lạnh
a. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra được tính theo công thức [1]:
1000
Q 21 = M. (h1 − h2 ).
(3.7)
24.3600
Trong đó:
M: Năng suất buồng gia lạnh, với buồng lạnh:
El . B. m
M=
= (0,027 ÷ 0.035)Eđ
365
34
h1 , h2 : Lần lượt là entanpy của thịt bò trước và sau khi xử lý lạnh.
Theo [1]đối với kho lạnh phân phối, nhiệt độ hàng nhập
vào buồng lạnh bằng 5oC÷6oC, chọn 6oC. Vậy tra bảng
entanpy đối với thịt bò tại 6oC và 0oC là 246,85 kJ/kg và
232,2 kJ/kg
1000
24.3600
: Hệ số chuyển đổi từ t/24h ra kg/s.
Với:
m: Hệ số nhập hàng không đồng đều, m = 1,5;
B: Hệ số quay vòng hàng, B = 5 ÷ 6 lần/năm, chọn B = 6.
Vậy M bằng:
250 × 6 × 1,5
= 6,16 [tấn/24h]
365
Vậy dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra theo công thức (3.7):
1000
Q 21 = 6,16 × (246,85 − 232,2) ×
= 1,05 [kW]
24 × 3600
b. Dòng nhiệt do móc treo sản phẩm tỏa ra
Lượng móc treo được tính như sau:
1000
Q 22 = Mb . Cb . (t1 − t 2 ).
(3.8)
24.3600
Trong đó:
M=
Cb : Nhiệt dung riêng của móc treo Inox, Cb = 0,45 [kJ/kgK];
t1 , t 2 : Là nhiệt độ của móc treo trước và sau khi xử lý lạnh (lấy
như nhiệt độ trước và sau khi xử lý lạnh của thịt bò);
Mb : Khối lượng móc treo được đưa vào cùng với sản phẩm,
Số móc treo ứng với nửa con bò bảo quản trong buồng lạnh được tính như
sau:
6,16 × 1000
= 62 [cái móc]
100
Khối lượng móc treo là: 62 × 0,21 = 13,02 [kg]
n=
Vậy nhiệt tỏa ra do móc treo theo công thức 3.8 là:
1000
Q 22 = 13,02 × 0,45 × (6 − 0) ×
= 0,0004 [kW]
24 × 3600
Tổng nhiệt tỏa ra do sản phẩm của tất cả các buồng bảo quản lạnh là:
Q 2 = Q 21 + Q 22 = 1,05 + 0,0004 = 1,05 [kW]
Nhiệt khi vận hành buồng bảo quản lạnh
a. Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41
Q 41 = A. F
Trong đó:
35
F: Diện tích buồng;
A: Nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng, A=1,2
W/m2 đối với buồng bảo quản.
Dòng nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng tính cho một buồng lạnh là:
Q 41 = 1,2 × 108 = 0,13 [kW]
b. Nhiệt tỏa do người làm việc Q42
Q 42 = 350. n
Trong đó:
350: nhiệt lượng do môt người tỏa ra [W/người];
n: Số người làm việc trong buồng, đối với phòng có diện tích trên
100m2 số người là 1÷2 người, chọn n = 2
Nhiệt tỏa do người làm việc Q 42 tính cho một buồng lạnh là:
Q 42 = 350 × 2 = 0,7 [kW]
c. Nhiệt lượng tỏa ra do động cơ Q43
Q 43 = N
Công suất của động cơ điện ( quạt trong dàn lạnh, quạt thông gió, xe nâng
vận chuyển,…) định hướng cho buồng lạnh và đông là N = 1 ÷ 4 [kW],
Chọn N = 2 [kW].
Nhiệt lượng do động cơ điện tỏa ra tính cho một buồng lạnh là:
Q 43 = 2 [kW]
d. Dòng nhiệt do mở cửa Q44
Q 44 = B. F
Trong đó:
B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, tra bảng 4.4 tài liệu [1] đối với
buồng lạnh có diện tích 50÷150 m2 , B = 15 W/m2
F: Diện tích buồng.
Dòng nhiệt do mở cửa Q44 tính cho một buồng lạnh là:
Q 44 = 15 × 108 = 1,62 [kW]
Vậy tổng lượng nhiệt tỏa do vận hành tất cả các buồng bảo quản lạnh theo
công thức (3.9) là:
Q 4 = (0,13 + 0,7 + 2 + 1,62) × 4 = 17,80 [kW]
Tính toán nhiệt cho thiết bị và công suất máy nén cho buồng
bảo quản lạnh
Công suất của máy nén được tính bằng tổng các dòng nhiệt thành phần.
Theo [1], công suất này tính bằng công thức (3.1).
Tải lạnh của máy nén của buồng bảo quản lạnh theo [1] như sau:
QLMN = aQ1 + Q 2 + bQ 4 [W]
36
-
Đối với kho lạnh nhiệt độ 0°C, (a = 0,6);
Đối với kho có kích thước lớn (b = 0,6)
Tải lạnh của máy nén của buồng bảo quản lạnh:
QLMN = 0,6Q1 + Q 2 + 0,6Q 4 [W]
Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ sôi giống
nhau là:
Qo =
k. ΣQLMN
b
(3.10)
Trong đó:
k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ
thống lạnh. Tham khảo tài liệu [1] lấy k=1,05 đối với buồng lạnh
và k=1,07 với buồng bảo quản đông;
b: Hệ số thời gian làm việc, tham khảo tài liệu [1] lấy b=0,9;
Bảng 3.4 Tổng hợp tính toán tải lạnh và năng suất lạnh của tất cả các buồng bảo quản
lạnh
Buồng lạnh
BQL
Q1
[kW]
13,55
Q2
[kW]
1,05
Q4
[kW]
17,80
37
ΣQLMN
[kW]
19,85
ΣQ o
[kW]
23,16
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY
NÉN
4.1 Chọn thông số của chế độ làm việc
Chọn thông số của chế độ làm việc để từ đó xây dựng chu trình lạnh và tính
toán lựa chọn máy nén và các thiết bị phụ trợ khác. Thông số đặc trưng cho chế
độ làm việc của một hệ thống lạnh là các thông số nhiệt độ của môi chất lạnh (ở
đây là môi chất R404A):
-
Nhiệt độ sôi to;
Nhiệt độ ngưng tụ tk;
Nhiệt độ quá lạnh t ql ;
Nhiệt độ hơi hút (Độ quá nhiệt) th
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh được xác định như sau:
(4.1)
t o = t b − Δt o
Trong đó:
t b : Nhiệt độ buồng bảo quản;
Δt o : Hiệu nhiệt độ theo yêu cầu, hiệu nhiệt độ tối ưu theo tài liệu
[1] là Δt o = 8 ÷ 13℃. Chọn Δt o = 10K.
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh ở buồng bảo quản lạnh là:
t Lo = 0 − 10 = −10 [℃]
Nhiệt độ của môi chất lạnh ở buồng bảo quản đông là:
t Đo = −18 − 10 = −28 [℃]
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh
Nhiệt độ ngưng tụ khi thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước là:
(4.2)
t k = t w2 + Δt k
Trong đó:
t w2 : Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng;
Δt k : Hiệu nhiệt độ ngưng tụ theo yêu cầu, hiệu nhiệt độ định
hướng theo tài liệu [1] là Δt k = 3 ÷ 5℃. Chọn Δt k = 5K.
Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là:
t w2 = t w1 + Δt k
Trong đó:
t w1 : Nhiệt độ nước vào bình ngưng, nhiệt độ của nước vào bình
ngưng chính là nước đi ra khỏi tháp giải nhiệt, thông thường nhiệt
độ của nước này sẽ cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt 3÷4oC. Tra tại
thông số nhiệt độ mùa hè (mục 2.2.3) ở 35,8oC và độ ẩm 55,5%
được tư=28,4oC
38
Nhiệt độ nước vào bình ngưng là:
t w1 = t ư + 3 = 28,4 + 3 = 31,4 [℃]
Δt w : Với thiết bị ngưng tụ ống vỏ nằm ngang. Δt w = 5K.
Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là:
t w2 = 31,4 + 5 = 36,4 [℃]
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh là:
t k = 36,4 + 5 = 41,4 [℃]
Nhiệt độ quá lạnh của môi chất
Nhiệt độ quá lạnh tql là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu;
môi chất được cho đi qua thiết bị quá lạnh rồi sau đó mới được đưa vào thiết bị
tiết lưu.Với hệ thống có nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn.
(4.3)
t ql = t k − Δt ql
Trong đó:
t ql : Nhiệt độ quá lạnh [℃];
t k : Nhiệt độ ngưng tụ [℃];
Δt ql : Độ quá lạnh lỏng [K];
Đối với bình ngưng giải nhiệt nước nằm ngang, chọn Δt ql = 5K;
Nhiệt độ quá lạnh là:
t ql = 41,4 − 5 = 36,4 [℃]
Nhiệt độ hơi hút của môi chất
Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ hơi môi chất trước khi đi vào máy nén, nhiệt độ
này luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Hệ thống phải đảm bảo hơi hút về
máy nén là hơi quá nhiệt và tránh lỏng lọt vào máy nén gây nên hiện tượng thủy
kích. Máy nén freon do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có
thể chọn rất cao; độ quá nhiệt hơi hút của hệ thống đạt được là do có thiết bị hồi
nhiệt và nằm trong khoảng 10K÷25K [1].
4.2 Tính toán chu trình và tính chọn máy nén cho buồng bảo quản lạnh
Tính chu trình lạnh cho máy nén buồng bảo quản lạnh
Sử dụng phần mềm Coolpack, với nhiệt độ sôi của môi chất t Lo = −10 [℃]
và nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t k = 41,4 [℃].
Tra độ thị logP-h của R404A được: Po = 4,3 bar và Pk = 18,7 bar.
Tỉ số nén:
π=
Pk 18,7
=
= 4,35
Po
4,3
Do π < 12 đối với freon nên chọn máy nén 1 cấp hồi nhiệt:
39
Hình 4.1 Chu chình lạnh 1 cấp hồi nhiệt
Như đã trình bày ở phần 4.1.3 chọn độ quá lạnh Δt ql = 5K.
Đối với hồi nhiệt giả sử bỏ qua tổn thất trao đổi nhiệt nên:
h1-h1’=h3’-h3
Tiếp tục sử dụng phần mềm Coolpack tra được các thông số điểm nút như
sau:
Bảng 4.1 Thông số nhiệt động các điểm nút của chu trình một cấp
Điểm nút
1’
1
2
3’
3
4
t [oC]
-10
2
57
41.4
36.4
-10
p [bar]
4,3
4,3
18,7
18,7
18,7
4,3
h [kJ/kg]
362,87
372,31
404,26
266,09
256,65
256,65
s [kJ/kgK]
1,621
1,658
1,658
-
Năng suất lạnh riêng là:
qo = h1′ − h4 = 362,87 − 256,65 = 106,22 [kJ/kg]
40
v [m3/kg]
0,046
0,049
0,011
0,0012
0,019
Công nén riêng là:
l = h2 − h1 = 404,26 − 372,31 = 31,95 [kJ/kg]
Năng suất nhiệt riêng là:
qk = h2 − h3′ = 404,26 − 266,09 = 138,17 [kJ/kg]
Hệ số lạnh COP là:
COP =
qo 106,22
=
= 3,32
l
31,95
Lựa chọn máy nén
Với năng suất lạnh của máy nén đối với buồng bảo quản Qo= 22,39 kW tính
được ở trên, ta tính được lưu lượng môi chất nén qua máy nén bằng:
Qo
23,16
m=
=
= 0,22 [kg/s]
qo 106,22
Công nén đoạn nhiệt:
Ns = m. l = m. (h2 − h1 ) = 0,22 × 31,95 = 6,97 [kW]
Năng suất nhiệt Qk:
Q k = m. qk = 0,22 × 138,17 = 30,13 [kW]
Năng suất thể tích thực tế:
Vtt = m. v1 = 0,22 × 0,049 = 0,01 [m3 /s]
Hiệu số thể tích λ của máy nén là tỉ số giữa thể tích hút thực Vtt và thể tích
hút lý thuyết Vlt của máy máy nén. λ là giá trị đặc trưng cho các tổn thất của quá
trình nén thực so với quá trình nén lý thuyết. Hiệu số thể tích λ được xác định
theo tổn thất các thành phần theo [13]:
λ = λc . λtl . λk . λw . λr
(4.5)
Trong đó:
λc : Hệ số tính đến thể tích chết;
λtl : Hệ số tính tới tổn thất do tiết lưu;
λk : Hệ số tính đến các tổn thất khác (thường lấy λk = 1);
λw : Tổn thất do hơi hút vào xilanh bị đốt nóng;
λr : Hệ số tính đến tổn thất do rò rỉ môi chất.
Theo [13] hiệu suất thể tích λ được xác định bằng công thức:
1
po − Δpo
pk − Δpk m po − Δpo
To
]} .
λ={
− c. [(
) −
po
po
po
Tk
Trong đó:
po : Áp suất bay hơi [bar];
pk : Áp suất ngưng tụ [bar];
41
(4.6)
Δpo : Tổn thất tiết lưu ở clape hút (Δpo = 0,3 ÷ 0,6bar), chọn Δpo =
0,5 [bar];
Δpk : Tổn thất tiết lưu ở clape đẩy (Δpo = 0,8 ÷ 1,2bar), chọn Δpk =
1 [𝑏𝑎𝑟];
c: Hệ số thể tích chết, c =
Vc
Vlt
= 2 ÷ 6%, chọn c = 4%;
m: Đối với freon (m = 0,9 ÷ 1,05), chọn m = 1;
To , Tk : Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ, [K].
Thay số vào phương trình (4.6) ta được:
1
4,3 − 0,5
18,7 − 1 1 4,3 − 0,5
(−10 + 273)
]} .
λ={
− 0,04. [(
) −
= 0,63
4,3
4,3
4,3
(41,4 + 273)
Thể tích hút lý thuyết bằng:
Vtt 0,01
Vlt =
=
= 0,017 [m3 /s]
λ
0,63
Theo [1] công nén chỉ thị được tính bằng công thức:
Ns
Ni =
(4.7)
ηi
Với ηi : Hệ số chỉ thị được tính bằng công thức theo [13]:
To
ηi =
+ b. t o (4.8)
Tk
Đối với môi chất Freon, b = 0,0025, thay vào công thức (4.8) được:
(−10 + 273)
ηi =
+ 0,0025 × (−10) = 0,81
(41,4 + 273)
Thay vào công thức (4.7) được:
6,97
Ni =
= 8,59 [kW]
0,81
Công nén hữu ích là công đo được trên trục khuỷu máy nén, bao gồm công
nén chỉ thị và công do ma sát. Công nén hữu ích được tính bằng công thức sau:
Ne = Ni + Nms = Ni + pms . Vtt (4.9)
Trong đó:
pms là áp suất riêng phụ thuộc vào loại môi chất và cấu tạo của máy nén.
Theo tài liệu [1] giá trị của pms bằng:
-
Máy nén NH3 thẳng dòng: pms = 49 ÷ 69 kPa
Máy nén Freon thẳng dòng: pms = 39 ÷ 69 kPa
Máy nén Freon ngược dòng: pms = 19 ÷ 34 kPa
Máy nén thẳng dòng có lực quán tính và ma sát lớn, khó tăng tốc độ vòng
quay dẫn đến máy nén có cấu tạo cồng kềnh. Vì vậy ở đây ta chọn máy nén freon
ngược dòng [13], chọn pms = 30 kPa:
Thay vào công thức (4.9) được:
42
Ne = 8,59 + 30 × 0,01 = 8,91 [𝑘𝑊]
Công suất điện tiêu thụ Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện của
dộng cơ. Công thức tính công suất động cơ điện theo [1] là:
Ne
Nel =
(4.10)
ηel
Hiệu suất động cơ ηel = 0,8 ÷ 0,95, chọn ηel = 0,9 , Thay vào công thức
(4.10) được:
8,91
Nel =
= 9,90 [kW]
0,9
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, theo tài liệu [1]đối với những kho
lạnh lớn ta cần lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn 10% công suất điện đã
tính toán. Vậy công suất động cơ của máy nén:
Nđc = 1,1Nel = 1,1 × 9,90 = 10,89 [kW]
Hình 4.2 Thông số của máy nén cho buồng bảo quản lạnh được chọn bằng phần mềm
Bitzer
43
Hình 4.3 Kích thước chi tiết máy nén 4NES-12Y
Hình 4.4 Thông số kỹ thuật của máy nén 4NES-12Y
Từ các thông số đã tính toán được ở trên, sử dụng phần mềm Bitzer lựa
chọn máy nén với những thông số đầu vào như sau:
44
-
Loại máy nén: Piston bán kín
Môi chất: R404A
Nhiệt độ bay hơi: t o = −10℃;
Nhiệt độ ngưng tụ: t k = 41,4℃;
Độ quá lạnh: Δt ql = 5K;
Độ quá nhiệt: Δt qn = 12K
Năng suất lạnh: Q o = 23,16 kW
Năng suất nhiệt: Q k = 30,13 kW
Lưu lượng môi chất: m = 0,22 kg/s.
Một số thông số tính toán máy nén và thông số chọn máy nén bằng phần
mềm Bitzer được thể hiện ở bảng dưới đây:
Bảng 4.2 Thông số tính toán và thông số chọn bằng phần mềm Bitzer của máy nén 1
cấp
Thông số
Thông số tính toán
Năng suất lạnh Qo
Năng suất nhiệt Qk
Công suất động cơ
Lưu lượng môi chất
23,16 kW
30,13 kW
10,89 kW
0,22 kg/s
Thống số chọn từ phần
mềm
30,7 kW
42,5 kW
11,80 kW
940 kg/h = 0,26 kg/s
Từ kết quả các thông số của máy nén được lựa chọn bằng phần mềm Bitzer
cho thấy giá trị của các thông số lựa chọn đều lớn hơn so với kết quả tính toán.
Điều này cho thấy việc lựa chọn máy nén 4NES-20Y là phù hợp với yêu cầu của
buồng bảo quản lạnh.
4.3 Tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông
Tính toán chu trình lạnh máy nén của buồng bảo quản đông
Sử dụng phần mềm Coolpack, với nhiệt độ sôi của môi chất t Đo = −28 [℃]
và nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t k = 41,4 [℃].
Tra độ thị logP-h của R404A được: po = 2,2 bar và pk = 18,7 bar.
Tỉ số nén:
π=
pk 18,7
=
= 8,5
po
2,2
Có thể thấy tỉ số nén nhỏ hơn 12 (π < 12), về nguyên tắc ta nên lựa chọn
chu trình 1 cấp. Tuy nhiên hệ thống lạnh ở đây được sử dụng trong buồng bảo
quản đông vận hành liên tục quanh năm vì vậy nên lựa chọn máy lạnh hai cấp để
đảm bảo giữ cho nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao, giá vận hành rẻ tối ưu về
kinh tế lâu dài [13].
45
Hình 4.5 Sơ đồ chu trình 2 cấp có quá lạnh lỏng và hồi nhiệt môi chất Freon [2]
Nguyên lý hoạt động:
-
1’: hơi ra khỏi thiết bị bay hơi (điểm 1’ ở trạng thái bão hòa khô)
1’-1: Hơi bão hòa khô được quá nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt.
1-2:Hơi nén đoạn nhiệt trong máy nén hạ áp.
2-4 và 10-4: Hơi nén hạ áp ở điểm 2 hòa trộn với hơi bão hòa ở điểm
10 từ bình quá lạnh được trạng thái điểm 4.
4-5: Hơi ở trạng thái 4 nén đoạn nhiệt trong máy nén cao áp.
5-6: Làm mát hơi quá nhiệt và ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ.
6-7: Môi chất lỏng được quá lạnh trong thiết bị hồi nhiệt.
7-8: Môi chất tiếp tục được quá lạnh ở bình quá lạnh.
8-9: Một phần lỏng được tiết lưu xuống áp suất trung gian và quay
trở lại bình quá lạnh.
9-10: Môi chất bay hơi để quá lạnh môi chất trong ống xoắn.
8-11: Tiết lưu từ pk xuống po để vào thiết bị bay hơi
11-1’: Môi chất bay hơi trong thiết bị bay hơi.
Môi chất lỏng từ thiết bị ngưng tụ ở nhiệt độ t6 được đưa qua thiết bị hồi
nhiệt giảm về nhiệt độ t7. Coi như tổn thất ở thiết bị hồi nhiệt là không đang kể,
ta có biểu thức (các lưu lượng không bằng nhau):
m1 (h1 − h1′ ) = m4 (h6 − h7 )
(∗)
Áp suất nén trung gian của chu trình:
ptg = √pk . po = √18,7 × 2,2 = 6,41 [𝑏𝑎𝑟]
Xét cân bằng vật chất ở điểm hòa trộn 4 và cân bằng năng lượng ở bình
trung gian ta được hai phương trình sau:
m4 = m10 + m1
m4 . h7 + (m4 − m1 ). h9 = (m4 − m1 ). h10 + m4 . h8
h8 = h9
Thế vào các phương trình được:
46
m4 h10 − h9
=
(∗∗)
m1 h10 − h7
Xét cân bằng năng lượng tại điểm hòa trộn 4:
(m4 − m1 ). h10 + m1 . h2 = m4 . h4
Từ ptg = 6,41bar tra đồ thị Logp-h của môi chất R404a được t tg = 2℃.
Nhiệt độ điểm 8 theo tài liệu [2] có thể lấy bằng t tg + (2 ÷ 5℃),
t 8 = 2 + 5 = 7℃
Chọn độ quá nhiệt Δt qn = 15K, tra đồ thị kết hợp tính toán được số liệu
dưới đây:
Bảng 4.3 Thông số nhiệt động các điểm nút của chu trình lạnh 2 cấp
Điểm
1’
1
2
4
5
6
7
8
9
10
11
t [℃]
-28
-13
22,3
15,5
57,9
41,4
36
7
2
p [Bar]
2,2
2,2
6,41
6,41
18,7
18,7
18,7
18,7
6,41
6,41
2,2
h [kJ/kg]
351,30
363,48
386,91
381,78
404,87
266,09
257,90
210,09
210,09
369,26
210,09
s [kJ/kg]
1,63
1,68
1,68
1,66
1,66
v (m3/kg)
0,088
0,096
0,034
0,033
0,011
0,0012
1,62
0,03
0,023
Năng suất lạnh riêng:
qo = h1′ − h11 = 351,3 − 210,09 = 141,21 [kJ/kg]
Lưu lượng khối lượng của môi chất qua dàn bay hơi:
Qo
62,25
m1 =
=
= 0,44 [kg/s]
qo 141,21
Lưu lượng khối lượng của môi chất qua dàn ngưng tụ, ta có hệ phương trình
kết hợp giữa phương trình (*) và (**):
m1 (h1 − h1′ ) = m4 (h6 − h7 )
m4 h10 − h9
{
=
m1 h10 − h7
=>
m4 = 0,63 [kg/s]
h7 = 257,90 [kJ/kg]
Năng suất nhiệt riêng:
qk = h5 − h6 = 404,87 − 266,09 = 138,78 [kJ/kg]
Năng suất nhiệt:
47
Q k = m4 . qk = 0,63 × 138,78 = 87,44 [kW]
Công nén riêng:
m4
0,63
𝑙 = 𝑙1 +
. 𝑙2 = (h2 − h1 ) +
. (h5 − h4 ) = 56,43 [kJ/kg]
m1
0,44
Hệ số lạnh:
qo 141,21
COP =
=
= 2,50
𝑙
56,43
Tính chọn máy nén
4.3.2.1. Tính cấp hạ áp
Thể tích hút thực tế máy nén hạ áp”
VttHA = m1 . v1 = 0,44 × 0,096 = 0,042 [m3 /s]
Hệ số cấp máy nén hạ áp:
1
ptg − Δptg m po − Δpo
po − Δpo
To
]} .
λHA = {
− c. [(
) −
po
po
po
Ttg
(4.11)
Trong đó:
po : Áp suất bay hơi [bar];
ptg : Áp suất trung gian [bar];
Δpo : Tổn thất tiết lưu ở clape hút (Δpo = 0,3 ÷ 0,6bar), chọn Δpo =
0,5 [bar];
Δptg : Tổn thất tiết lưu ở clape đẩy (Δpo = 0,8 ÷ 1,2bar), chọn Δptg =
1 [bar];
c: Hệ số thể tích chết, c =
Vc
Vlt
= 2 ÷ 6%, chọn 𝑐 = 4%;
m: Đối với freon (m = 0,9 ÷ 1,05), chọn m = 1;
To , Ttg : Nhiệt độ bay hơi và trung gian, [K].
Thay vào công thức ta được:
1
2,2 − 0,5
6,41 − 1 1 2,2 − 0,5
(−28 + 273)
]} .
λHA = {
− 0,04 × [(
) −
= 0,62
2,2
2,2
2,2
(2 + 273)
Thể tích hút lý thuyết hạ áp:
VttHA 0,042
=
= 0,068 [m3 /s]
λHA
0,62
Công nén đoạn nhiệt hạ áp:
VltHA =
NsHA = m1 . 𝑙1 = 0,44 × (386,91 − 363,48) = 10,33 [kW]
Công nén chỉ thị hạ áp:
NiHA =
48
NsHA
η1
Với ηi : Hệ số chỉ thị được tính bằng công thức:
To
ηi =
+ b. t o
Ttg
Đối với môi chất Freon, b = 0,0025, thay vào công thức được:
(−28 + 273)
ηi =
+ 0,0025 × (−28) = 0,82
(2 + 273)
Thay vào công thức được:
NiHA =
10,33
= 12,58 [kW]
0,82
Công do ma sát:
HA
Nms
= VttHA . pms
Trong đó pms là áp suất riêng phụ thuộc vào loại môi chất và cấu tạo của
máy nén. Do hiện nay đa số máy nén đều là loại ngược dòng nên hệ số ma sát
riêng pms có thể lấy bằng 30kPa. Từ đó ta tính được công ma sát:
HA
Nms
= 0,042 × 30 = 1,27 [kW]
Công nén hiệu dụng là công nén đã gồm tổn thất ma sát cơ khí của các chi
tiết máy như piston-xilanh, tay biên trục khuỷu,…Đây chính là công đo được trên
trục khuỷu máy nén và được tính bằng công thức:
HA
NeHA = NiHA + Nms
= 12,58 + 1,27 = 13,58 [kW]
Công suất điện tiêu thụ Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện của
dộng cơ. Công thức tính công suất động cơ điện theo [1] là:
HA
Nel
=
NeHA
ηel
Hiệu suất động cơ ηel = 0,8 ÷ 0,95, chọn ηel = 0,9 , Thay vào công thức
được:
13,58
HA
Nel
=
= 15,39 [kW]
0,9
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, theo tài liệu [1]đối với những kho
lạnh lớn ta cần lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn 10% công suất điện đã
tính toán. Vậy công suất động cơ của máy nén:
HA
HA
Nđc
= 1,1. Nel
= 1,1 × 15,39 = 16,93 [kW]
4.3.2.2. Tính cấp cao áp
Thể tích hút thực tế máy nén cao áp:
VttCA = m4 . v4 = 0,63 × 0,033 = 0,021 [m3 /s]
Hệ số cấp máy nén hạ áp:
1
ptg − Δptg
Ttg
pk − Δpk m ptg − Δptg
]} .
λCA = {
− c. [(
) −
ptg
ptg
ptg
Tk
Trong đó:
49
(4.12)
pk : Áp suất ngưng tụ [bar];
ptg : Áp suất trung gian [bar];
Δptg : Tổn thất tiết lưu ở clape hút (Δpo = 0,3 ÷ 0,6bar), chọn Δptg =
0,5 [bar];
Δpk : Tổn thất tiết lưu ở clape đẩy (Δpo = 0,8 ÷ 1,2bar), chọn Δpk =
1 [bar];
c: Hệ số thể tích chết, c =
Vc
Vlt
= 2 ÷ 6%, chọn c = 4%;
m: Đối với freon (m = 0,9 ÷ 1,05), chọn m = 1;
Tk , Ttg : Nhiệt độ ngưng tụ và trung gian, [K].
Thay vào công thức ta được:
1
6,41 − 0,5
18,7 − 1 1 6,41 − 0,5
(2 + 273)
]} .
λCA = {
− 0,04 × [(
) −
= 0,74
6,41
6,41
6,41
(41,4 + 273)
Thể tích hút lý thuyết cao áp:
VttCA 0,021
=
= 0,028 [m3 /s]
λCA
0,74
Công nén đoạn nhiệt cao áp:
VltCA =
NsCA = m4 . 𝑙2 = 0,63 × (404,87 − 381,78) = 14,55 [kW]
Công nén chỉ thị hạ áp:
NiCA =
NsCA
η1
Với ηi : Hệ số chỉ thị được tính bằng công thức:
Ttg
ηi =
+ b. t tg
Tk
Đối với môi chất Freon, b = 0,0025, thay vào công thức được:
(2 + 273)
ηi =
+ 0,0025 × 2 = 0,88
(41,4 + 273)
Thay vào công thức được:
NiCA =
14,55
= 16,54 [kW]
0,88
Công do ma sát:
HA
Nms
= VttCA . pms
Trong đó pms là áp suất áp suất riêng phụ thuộc vào loại môi chất và cấu
tạo của máy nén. Do hiện nay đa số máy nén đều là loại ngược dòng nên hệ số
ma sát riêng pms có thể lấy bằng 30kPa. Từ đó ta tính được công ma sát:
CA
Nms
= 0,021 × 30 = 0,62 [kW]
50
Công nén hiệu dụng là công nén đã gồm tổn thất ma sát cơ khí của các chi
tiết máy như piston-xilanh, tay biên trục khuỷu,…Đây chính là công đo được trên
trục khuỷu máy nén và được tính bằng công thức:
CA
NeCA = NiCA + Nms
= 16,54 + 0,62 = 17,16 [kW]
Công suất điện tiêu thụ Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện của
dộng cơ. Công thức tính công suất động cơ điện theo [1] là:
CA
Nel
=
NeCA
ηel
Hiệu suất động cơ ηel = 0,8 ÷ 0,95, chọn ηel = 0,9 , Thay vào công thức
được:
17,16
CA
Nel
=
= 19,07 [kW]
0,9
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, theo tài liệu [1]đối với những kho
lạnh lớn ta cần lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn 10% công suất điện đã
tính toán. Vậy công suất động cơ của máy nén:
CA
CA
Nđc
= 1,1. Nel
= 1,1 × 19,07 = 20,97 [kW]
4.3.2.3. Lựa chọn máy nén cho buồng bảo quản đông
Thiết lập tỉ số:
VltCA 0,028
=
= 0,41
VltHA 0,068
Tỉ số 0,41 này tương đương với tỉ lệ 1 xilanh cao áp : 3 xilanh hạ áp.
Tổng thể tích hút lý thuyết :
Vlt = VltCA + VltHA = 0,028 + 0,068 = 0,096 [m3 /s] = 345,6 [m3 /h]
Tổng công nén hữu ích:
Ne = NeCA + NeHA = 17,16 + 13,85 = 31,01 [kW]
Tổng công suất động cơ:
CA
HA
Nđc = Nđc
+ Nđc
= 20,97 + 16,93 = 37,90 [kW]
Sử dụng phần mềm Bitzer để chọn máy nén 2 cấp cho buồng bảo quản đông
với các thông số như sau:
- Loại máy nén: Piston bán kín 2 cấp
- Môi chất: R404A
- Nhiệt độ bay hơi: -28oC
- Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
- Độ quá nhiệt: 15K
- Năng suất lạnh: 62,25 kW
Kết quả lựa chọn như sau:
51
Hình 4.6 Thông số của máy nén cho buồng bảo quản đông được chọn bằng phần mềm
Bitzer
Hình 4.7 Kích thước chi tiết máy nén S66F-60.2Y-40P
52
Hình 4.8 Thông số kỹ thuật máy nén S66F-60.2Y-40P
Một số thông số tính toán máy nén và thông số chọn máy nén bằng phần
mềm Bitzer được thể hiện ở bảng dưới đây:
Bảng 4.4 Thông số tính toán và thông số chọn bằng phần mềm Bitzer của máy nén 2
cấp
Thông số
Năng suất lạnh Qo
Năng suất nhiệt Qk
Công suất động cơ
Lưu lượng môi chất hạ áp
Lưu lượng môi chất cao áp
Thông số tính toán
62,25 kW
87,44 kW
37,90 kW
0,44 kg/s
0,63 kg/s
Thống số chọn từ phần
mềm
71,8 kW
120,4 kW
48,6 kW
1897 kg/h = 0,53 kg/s
2498 kg/h = 0,69 kg/s
Từ kết quả các thông số của máy nén được lựa chọn bằng phần mềm Bitzer
cho thấy giá trị của các thông số lựa chọn đều lớn hơn so với kết quả tính toán.
53
Điều này cho thấy việc lựa chọn máy nén 2 cấp S66F-60.2Y-40P là phù hợp với
yêu cầu của buồng bảo quản đông.
4.4 Kết luận
Đối với các hệ thống lạnh, việc lựa chọn được chu trình cũng với máy nén
phù hợp không chỉ giúp hệ thống hoạt động ổn định lâu dài mà còn giúp tối ưu
chi phí khi vận hành bảo dưỡng. Đối với máy nén cần được lựa chọn và tính toán
kĩ lưỡng để hạn chế các sự cố khi vận hành đặc biệt là với những hệ thống vận
hành liên tục như kho lạnh. Qua chương 4 này, em cũng phần nào hiểu được cách
tính chọn cũng như những thông số quan trọng khi khi lựa chọn máy nén.
54
CHƯƠNG 5. TÍNH CHỌN DÀN BAY HƠI, DÀN NGƯNG TỤ VÀ CÁC
THIẾT BỊ KHÁC
5.1 Tính chọn dàn bay hơi
Chọn dàn bay hơi cho buồng bảo quản lạnh
Như đã tính toán ở chương 3, số buồng bảo quản lạnh là 4. Đối với 4 buồng
bảo quản lạnh này ta sẽ chọn dàn bay hơi cho từng buồng. Nhận thấy tải nhiệt
của từng buồng chênh nhau không đáng kể, vì vậy để đảm bảo về công suất ta sẽ
lấy tải nhiệt lớn nhất trong 4 buồng để làm thống số chọn chung. Từ số liệu tính
toán mục 3.3:
1,05 17,80
Q TB_BQL = Q1 + Q 2 + Q 4 = (1,99 + 1,55) +
+
= 8,25 [kW]
4
4
Với số liệu đã tính, ta lựa chọn 2 dàn bay hơi cho mỗi buồng, năng suất lạnh
cho mỗi dàn là:
Q TB_BQL 8,25
Q1 Dàn_L =
=
= 4,12 [kW]
2
2
Hình 5.1 Thông số dàn bày hơi cho buồng bảo quản lạnh
Sử dụng phần mềm Guntner để chọn dàn bay hơi hình 5.1 với các thông số
như sau:
- Môi chất: R404A
55
-
Năng suất lạnh: 4,12 kW
Nhiệt độ bay hơi: -10oC
Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
Nhiệt độ trong buồng: 0 oC
Độ quá nhiệt: 1K
Chọn dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông
Như đã tính toán ở chương 3, số buồng bảo quản lạnh là 5. Đối với 5 buồng
bảo quản lạnh này ta sẽ chọn dàn bay hơi cho từng buồng. Nhận thấy tải nhiệt
của từng buồng chênh nhau không đáng kể, vì vậy để đảm bảo về công suất ta sẽ
lấy tải nhiệt lớn nhất trong 5 buồng để làm thống số chọn chung. Từ số liệu tính
toán mục 3.2:
7,76 28,59
Q TB_BQĐ = Q1 + Q 2 + Q 4 = (4,25 + 3,09) +
+
= 14,61 [kW]
5
5
Với diện tích mỗi buồng bảo quản đông là 252 m2, ta lựa chọn 3 dàn bay
hơi cho mỗi buồng, năng suất lạnh cho mỗi dàn là:
Q TB_BQĐ 14,61
Q1 Dàn_Đ =
=
= 4,87 [kW]
3
3
Hình 5.2 Thông số dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông
56
Sử dụng phần mềm Guntner để chọn dàn bay hơi hình 5.2 với các thông số
như sau:
-
Môi chất: R404A
Năng suất lạnh: 4,87 kW
Nhiệt độ bay hơi: -28oC
Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
Nhiệt độ trong buồng: -18 oC
Độ quá nhiệt: 1K
5.2 Tính chọn thiết ngưng tụ
Với kho lạnh đang thiết kế, thiết bị ngưng tụ được lựa chọn là loại ống vỏ
nằm ngang. Kiểu thiết bị ngưng tụ này có ưu điểm nhỏ gọn, chắc chắn, dễ dàng
tháo lắp sửa chữa bảo dưỡng và hệ số truyền nhiệt lớn.
Lưu lượng nước làm mát cấp cho thiết bị ngưng tụ được tính theo công
thức:
Vn =
Qk
C. ρ. Δt w
(5.1)
Trong đó:
Q k : Năng suất nhiệt [kW];
Δt w : Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, Δt w = t w2 −
t w1 = 36,4 − 31,4 = 5K (mục 4.1.2);
C: Nhiệt dung riêng của nước, C = 4,18 [kJ/kgK];
ρ: Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình, Tra bảng
thông số nhiệt vật lý của nước ở nhiệt độ:
t
t tb = w2
+tw1
2
=
36,4+31,4
2
= 33,9 [℃] được ρ = 994,34 [kg/m3 ].
Tính chọn thiết ngưng tụ cho buồng bảo quản lạnh
Lưu lượng nước làm mát cấp cho thiết bị ngưng tụ của buồng bảo quản lạnh
theo công thức (5.1) là:
42,5
Vn_L =
= 0,002 [m3 /s] = 7,36 [m3 /h]
4,18 × 994,34 × 5
Sử dụng phần phềm Bitzer để lựa chọn thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo
quản lạnh với các thông số đầu vào như sau:
- Môi chất lạnh: R404A
- Công suất ngưng tụ: 42,5 kW
- Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
- Nhiệt độ nước vào: 31,4 oC
- Độ quá lạnh: 1K
- Lưu lượng nước làm mát: 7,36 m3/h.
57
Hình 5.3 Thông số của thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo quản lạnh được chọn bằng
phần mềm Bitzer
Hình 5.4 Kích thước chi tiết thiết bị ngưng tụ K313
58
Hình 5.5 Thông số kỹ thuật của thiết bị ngưng tụ K313
Tính chọn thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo quản đông
Lưu lượng nước làm mát cấp cho thiết bị ngưng tụ cảu buồng bảo quản
đông theo công thức (5.1) là:
120,4
Vn_Đ =
= 0,006 [m3 /s] = 20,86 [m3 /h]
4,18 × 994,34 × 5
Sử dụng phần phềm Bitzer để lựa chọn thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo
quản đông với các thông số đầu vào như sau:
- Môi chất lạnh: R404A
- Công suất ngưng tụ: 120,4 kW
- Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
- Nhiệt độ nước vào: 31,4 oC
- Độ quá lạnh: 1K
- Lưu lượng nước làm mát: 20,86 m3/h.
59
Hình 5.6 Thông số của thiết bị ngưng tụ cho buồng bảo quản đông được chọn bằng
phần mềm Bitzer
Hình 5.7 Kích thước chi tiết thiết bị ngưng tụ K1053
60
Hình 5.8 Thông số kỹ thuật của thiết bị ngưng tụ K1053
5.3 Tính chọn tháp giải nhiệt
Hình 5.9 Cấu tạo của tháp giải nhiệt
61
Tháp giải nhiệt có nhiệm vụ hấp thụ lượng nhiệt do môi chất ngưng tụ tỏa ra
bằng chất tải nhiệt trung gian là nước. Nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt cũng là
nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tw2, lượng nước này được đưa vào tháp giải
nhiệt bằng cách phun thành giọt nhỏ, chảy theo khối đệm xuống và trao đổi nhiệt
với không khí được quạt thổi cưỡng bức đi ngược chiều từ dưới lên. Quá trình
trao đổi nhiệt chủ yếu là quá trình bay hơi một phần của nước vào không khí,
nhiệt độ nước ra khỏi tháp giải nhiệt lúc này giảm 4÷5℃ và bằng nhiệt độ nước
vào bình ngưng tw1. Cấu tạo tháp giải nhiệt được thể hiện ở hình 5.9.
Tổng nhiệt thải của toàn kho lạnh là:
∑ Q k = 45,4 + 126,6 = 172 [kW]
Lưu lượng nước làm mát của tháp giải nhiệt theo công thức (5.1):
172
Vn_T =
= 0,008 [m3 /s]
4,18 × 994,34 × (36,4 − 31,4)
Theo [2] năng suất lạnh tiêu chuẩn của tháp được tính theo công thức:
Q o_TC = Q o . k1 . k 2 (5.2)
Trong đó:
Q o : Năng suất lạnh vận hành [kW];
k1 : Hệ số hiệu chỉnh theo hệ số lạnh ε,tham khảo đồ thì hình 7.8 trang 116
tài liệu [2], với việc sử dụng tháp giải nhiệt cho 2 bình ngưng lấy k1 ≈ 1;
k 2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ướt. Nhiệt độ ướt tra theo thông số mùa
hè ở Vĩnh Phúc được t ư = 28,4 ℃, suy ra Δt ư = 31,4 − 28,4 = 3K. Tra đồ thị
hình 5.10 được k 2 = 1,36.
Hình 5.10 Đồ thị tra hệ số k2 theo hiệu nhiệt độ ướt [2]
Năng suất lạnh tiêu chuẩn của tháp giải nhiệt theo công thức (5.2) là:
Q o_TC = (30,7 + 71,8) × 1 × 1,15 = 139,4 [kW]
62
Chọn tháp giải nhiệt theo catalog của hãng Alpha Tower [14] với những
thống số đầu vào sau:
-
Lưu lượng nước làm mát: Vn_T = 0,008 [m3 /s] = 497 [l/min]
-
Năng suất lạnh tiêu chuẩn: Q o_TC = 112,12 [kW] =
139,4
3,517
= 39,64 RT
Từ Catalog của tháp giải nhiệt hình 5.11 ta chọn được tháp giải nhiệt APC40 với các thông số:
- Lưu lượng nước làm mát: 520 [l/min] (>487 l/min)
- Năng suất lạnh tiêu chuẩn: 40 [RT] (>39,64 RT)
Ở đồ án này, để đảm bảo cho việc vận hành kho lạnh được liên tục cũng
như bảo trì bảo dưỡng, ta bố trí 2 tháp giải nhiệt với cùng Model trên cho hệ
thống.
Hình 5.11 Catalog tháp giải nhiệt của hãng Alpha Tower [14]
5.4 Tính chọn thiết bị tiết lưu
Thiết bị tiết lưu hay còn gọi là thiết bị dãn nở, là một trong bốn thiết bị
chính của hệ thống lạnh, thiết bị tiết lưu có nhiệm vụ điều tiết lưu lượng, duy trì
áp suất và nhiệt độ của môi chất lỏng cấp cho thiết bị bay hơi.
Tổng quan về các loại thiết bị tiết lưu
Theo [13] có các loại tiết lưu sau:
a. Van tiết lưu nhiệt
63
Van tiết lưu nhiệt TEV còn được gọi là van dãn nở tĩnh nhiệt hay van tiết
lưu tĩnh nhiệt. Van tiết lưu nhiệt chia làm hai loại:
- Van tiết lưu cân bằng trong:
Ứng dụng rộng rãi cho các loại dàn bay hơi nhỏ và trung bình trong nhiều
lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Nguyên tắc làm việc của van tiết lưu cân bằng
trong là giữ một độ quá nhiệt ổn định hơi hút sau dàn bay hơi, điều này đảm bảo
cho dàn bay hơi luôn được cung cấp đủ lỏng từ van tiết lưu để làm việc hiểu quả,
đồng thời đảm bảo máy nén không hút phải lỏng.
Hình 5.12 Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong [13]
Nhược điểm của loại van này là dễ gây quá tải máy nén và trản lỏng về máy
nén. “Ở chu kỳ máy nghỉ, nếu bầu cảm cố định ở vị trí tương đối ấm so với
buồng lạnh thì áp suất bầu cảm đủ cao để mở van làm lỏng ngập dàn lạnh dẫn
đến quá tải và tràn lỏng về máy nén”
- Van tiết lưu cân bằng ngoài:
Với những dàn bay hơi lớn với tổn thất áp suất lớn, ta sử dụng van tiết lưu
cân bằng ngoài. Đối với các dàn có nhiều lối cần dùng đầu chia lỏng thì phải
dùng van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài vì tổn thất áp suất của riêng đầu chia lỏng
đã rất lớn.
Hình 5.13 Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài [13]
b. Van tiết lưu điện tử
Van tiết lưu điện tủ EEV hay còn gọi là van dãn nở điện tử. Nhiệm vụ của
thiết bị này là điều tiết lưu lượng ga lỏng phun vào dàn bay hơi theo độ quá nhiệt
hơi hút. Khác với TEV, van EEV sử dụng một tín hiệu điện tử nhờ đầu cảm biến
64
độ quá nhiệt hơi hút từ bộ vi xử lý. Với cùng một nguyên lý cấu tạo nhưng với
mỗi hãng sẽ có một thiết kế khác nhau, có hai dạng van làm việc theo hai nguyên
tắc khác nhau:
- Loại làm việc gần như vô cấp
- Loại làm việc theo hai vị trí ON-OFF.
c. Van tiết lưu tự đông AEV
Là loại van tiết lưu tự động theo áp suất bay hơi. Nhược điểm của loại van
này là hiệu suất kém và không thể tự điều chỉnh phù hợp với tải lạnh yêu cầu của
dàn bay hơi. Loại van này ít được sử dụng trong thực tế.
d. Van tiết lưu tay
Là loại van điều chỉnh hoàn toàn bằng tay. Loại van này chỉ phù hợp với hệ
thống ổn định, không thể tự thích ứng với điều kiện thay đổi tải liên tục ở dàn
bay hơi. Ưu điểm của loại van này là rẻ tiền, dễ sử dụng, đơn giản, có thể điều
chỉnh bằng tay.
e. Van tiết lưu nhiệt điện
Có ưu điểm là khả năng cảm nhận chính xác sự có mặt của ga lỏng, vì vậy
nếu đặt gần đầu máy nén, van có khả năng làm mát máy nén tốt và an toàn hơn
so với các loại van tiết lưu khác
=> Với kho lạnh đang thiết kế, ta lựa chọn van tiết lưu nhiệt cân bằng
ngoài.
Lựa chọn van tiết lưu cho buồng bảo quản lạnh
Hình 5.14 Thống số van tiết lưu chọn bằng phần mềm Coolselector-2
Sử dụng phần mềm Coolselector-2 để lựa chọn van tiết lưu hình 5.14 cho
mỗi buồng bảo quản lạnh với các thông số đầu vào như sau:
-
Môi chất: R404A
65
-
Năng suất lạnh (theo thiết bị bay hơi đã chọn): 4,5 kW
Nhiệt độ bay hơi: -10oC
Áp suất bay hơi: 4,3 bar
Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
Áp suất ngưng tụ: 18,7 bar
Độ quá lạnh: 5K
Độ quá nhiệt: 12K
Chọn van tiết lưu nhiệt TU-8 là phù hợp vì đảm bảo Q o = 6,02 kW > 4,5 KW
Lựa chọn van tiết lưu cho buồng bảo quản đông
Hình 5.15 Thống số van tiết lưu chọn bằng phần mềm Coolselector-2
Sử dụng phần mềm Coolselector-2 để lựa chọn van tiết lưu hình 5.15 cho
mỗi buồng bảo quản đông với các thông số đầu vào như sau:
- Môi chất: R404A
- Năng suất lạnh (theo thiết bị bay hơi đã chọn): 5 kW
- Nhiệt độ bay hơi: -28oC
- Áp suất bay hơi: 2,2 bar
- Nhiệt độ ngưng tụ: 41,4oC
- Áp suất ngưng tụ: 18,7 bar
- Độ quá lạnh: 34,4K
- Độ quá nhiệt: 15K
Chọn van tiết lưu nhiệt TU-8 là phù hợp vì đảm bảo Q o = 5,2 kW > 5 KW
5.5 Bình chứa cao áp
Bình chứa cao áp thường được đặt bên dưới bình ngưng với nhiệm vụ là
chứa môi chất lỏng đã ngưng tụ và giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị
ngưng tụ. Khi hệ thống hoạt động , mức môi chất lỏng trong bình chỉ được choán
50% thể tích của bình [1].
66
Thể tích chứa của bình chứa cao áp được tính theo công thức tài liệu [1]:
0,3. Vd
VCA =
. 1,2 = 0,7. Vd (5.3)
0.5
Trong đó:
Vd : Thể tích các dàn bay hơi [m3], (xem phần 5.1 tính chọn thiết bị
bay hơi )
Sử dụng công thức 5.3 để tính toán thể tích chứa của bình chứa cao áp đối
với buồng bảo quản lạnh và buồng bảo quản đông được thể hiện bằng bảng dưới
đây:
Bảng 5.1 Kết quả tính toán thể tích bình chứa cao áp
Hệ thống bảo
quản lạnh
Hệ thống bảo
quản đông
Thể tích
một dàn
bay hơi,
[lít]
Số dàn bay
hơi trong
một buồng
Số buồng
Tổng thể
tích dàn
bay hơi,
[lít]
Thể tích
bình chứa
cao áp,
[lít]
8,5
2
4
68
47,6
5,8
3
5
87
60,9
Hình 5.16 Catalog bình chứa cao áp của Varem [15]
67
Dựa vào thông số thể tích bình chứa cao áp trên bảng 5.1 và Catalog bình
chứa cao áp dùng trong hệ thống lạnh của hãng Varem [15] được:
-
-
Đối với hệ thống bảo quản lạnh với thể tích bình chứa cao áp tính
được là 47,6 [lít], chọn được bình chứa Model US051361CS000000
thể tích 60 [lít].
Đối với hệ thống bảo quản đông với thể tích bình chứa cao áp tính
được là 60,9 [lít], chọn được bình chứa Model US081361CS000000
thể tích 80 [lít].
5.6 Bình chứa tuần hoàn
Bình chứa tuần hoàn có nhiệm vụ chứa môi chất lỏng ở áp suất bay hơi, có
bơm tuần hoàn để cấp môi chất cho các dàn bay hơi. Bình tuần hoàn còn đóng
vai trò là bình tách lỏng tách phần lỏng chưa bay hơi hết từ dàn bay hơi.
Thể tích bình chứa tuần hoàn được xác định như sau [1]:
VTH = (Vdt . k1 + Vdq . k 2 ). k 3 . k 4 . k 5 . k 6 . k 7
(5.4)
Trong đó:
Vdt : Thể tích dàn tĩnh;
Vdq : Thể tích dàn quạt;
k: Các hệ số hiệu chỉnh.
Với bình chứa tuần hoàn dạng thẳng đứng và có bơm cấp lỏng, các hệ số k
theo bảng 8-16 tài liệu [1], và tổng hợp kết quả tổng hợp tính toán được thể hiện
bên dưới bẳng sau:
Bảng 5.2 Kết quả tính toán thể tích bình chứa tuần hoàn
Các buồng
bảo quản
lạnh
0
68
Thể tích dàn tĩnh Vdt [lít]
Thể tích dàn quạt Vdq [lít]
Các buồng
bảo quản
đông
0
87
0,7
0,7
Hệ số tự điền đầy dàn tĩnh k1
0,7
0,7
Hệ số tự điền đầy dàn quạt k 2
0,3
0,3
Hệ số lượng lỏng tràn khỏi dàn k 3
1,2
1,2
Hệ số sức chứa ống góp và đường ống k 4
1,55
1,55
Hệ số tự điền đầy lỏng khi làm việc k 5
1,45
1,45
Hệ số mức lỏng cho phép k 6
1,2
1,2
Hệ số an toàn k 7
46,22
59,13
Thể tích bình chứa tuần hoàn VTH [lít]
Dựa vào thông số thể tích bình chứa cao áp trên bảng 5.2 và Catalog bình
chứa tuần hoàn dùng trong hệ thống lạnh của hãng Bitzer [16] được:
68
-
-
Đối với hệ thống bảo quản lạnh với thể tích bình chứa tuần hoàn tính
được là 46,22 [lít], chọn được bình chứa Model F552T thể tích 54
[lít].
Đối với hệ thống bảo quản đông với thể tích bình chứa tuần hoàn
tính được là 59,13 [lít], chọn được bình chứa Model F732N thể tích
73 [lít].
Hình 5.17 Catalog bình chứa tuần hoàn của hãng Bitzer [16]
5.7 Bình tách dầu
Hình 5.18 Bình tách dầu
Máy nén khi hoạt động cần có dầu bôi trơn để hạn chế ma sát giữa các chi
tiết tiết cơ khí khi chúng cọ sát với nhau như xianh, pitston,…Khi máy nén làm
69
việc luôn có một lượng dầu bôi trơn bị cuốn theo hơi nén vào đường đẩy rồi vào
bình ngưng tạo một lớp trở nhiệt làm giảm khả năng trao đổi nhiệt, đồng thời
cũng khiến máy nén bị hao hụt dầu và không đủ dầu bôi trơn cho máy nén gây ra
hỏng hóc. Vì vậy cần bố trí bình tách dầu đặt trên đường hơi nén từ máy nén đến
bình ngưng.
Đối với hệ thống Freon, nguyên tắc của bình tách dầu chủ yếu là giảm tốc
độ hơi từ 18÷25m/s xuống 0,5÷1m/s, khi đó các giọt dầu mất động năng và rơi
xuống. Nguyên tắc tiếp theo của bình tách dầu là thay đổi hướng chuyển động
bằng cách bố trí các tấm chặn, khối đệm vuông góc với dòng chảy hoặc xoắn
kiểu cyclon để các bụi dầu mất động năng và rơi xuống đáy bình.
Chọn bình tách dầu theo hai thống số môi chất lạnh và năng suất lạnh của
máy nén:
- Buồng bảo quản lạnh: R404A, Qo = 30,7 kW;
- Buồng bảo quản đông: R404A, Qo = 71,8 kW.
Hình 5.19 Catalog bình tách dầu của hãng Bitzer [17]
Theo Catalog chọn được:
- Cho hệ thống bảo quản lạnh: bình tách dầu Model A-F58889 Với
năng suất 30,1 kW ÷ 38,0 kW.
- Cho hệ thống bảo quản đông: bình tách dầu Model A-F589213 Với
năng suất 62,0 kW ÷ 81 kW
70
5.8 Thiết bị hồi nhiệt
Thiết bị hồi nhiệt dùng để quá lạnh môi chất lỏng sau ngưng tụ trước khi
đưa vào van tiết lưu bằng hơi lạnh từ dàn bay hơi trước khi về máy nén trong các
máy lạnh Freon nhằm tăng hiệu quả của chu trình.
Thiết bị trao đổi nhiệt có nhiều dạng khác nhau nưng đều có chung nguyên
tắc đó là một thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng với hơi - môi chất đi ngoài ống
xoắn là lỏng - môi chất đi trong ống xoắn.
Các thông số đầu vào của thiết bị hồi nhiệt của hệ thống bảo quản lạnh và
bảo quản đông:
Bảng 5.3 Thông số đầu vào của thiết bị hồi nhiệt
Môi chất
Áp suất bay hơi [bar]
Áp suất ngưng tụ [bar]
Năng suất lạnh [kW]
Độ quá nhiệt [K]
Độ quá lạnh [K]
Buồng lạnh
R404A
4,3
18,7
30,7
12
5
Buồng đông
R404A
2,2
18,7
71,8
15
34,4
Hình 5.20 Thiết bị hồi nhiệt trong Coolselector-2
Sử dụng phần mềm Coolselector-2 chọn được các thiết bị hồi nhiệt như sau:
71
Hình 5.21 Thiết bị hồi nhiệt Model HE 1.5 cho hệ thống bảo quản lạnh
Hình 5.22 Thiết bị hồi nhiệt Model HE 8.0 cho hệ thống bảo quản đông
5.9 Bình trung gian
Bình trung gian trong hệ thống lạnh có nhiệm vụ làm mát hơi môi chất sau
khi nó ra khỏi cấp nén hạ áp, ngoài ra còn để quá lạnh lỏng môi chất trước khi
vào van tiết lưu. Thiết bị này được sử dụng trong máy lạnh từ hai cấp trở lên.
Hình 5.23 Bình trung gian
72
Theo [1] bình chứa trung gian được chia thành:
-
Loại có ống xoắn
Loại không có ống xoắn
5.10 Phin sấy lọc
Phin sấy lọc có nhiệm vụ loại trừ cặn bẩn cơ học và tạp chất hóa học ra khỏi
môi chất lạnh. Phin sấy lọc được lắp cả trên đường lỏng và đường hơi của hệ
thống lạnh. Các cặn bẩn cơ học (đất cát, mạt kim loại, vảy hàn,…) gây nguy
hiểm cho van tiết lưu, máy nén khi chúng lọt vào các chi tiết chuyển động, còn
tạp chất hóa học (nước và các axit) có thể làm han rỉ chi tiết máy.
Phin sấy lọc được lắp đặt ngay đầu hút của máy nén, trên đường lọc thường
lắp trước các van điện từ, van tiết lưu
Hình 5.24 Phin sấy lọc Danfoss
5.11 Ống mềm
Khi máy nén hoạt động, sẽ có sự rung lắc nhất định, tuy nhiên các thiết bị
khác lại không có sự rung động này. Để tránh xảy ra sự nứt gãy của đường ống,
người ta lắp ống mềm ở đầu hút và đầu đẩy của máy nén.
Cấu tạo của ống mềm gồm có phía bên trong của đường ống là ống thép
inox dạng sóng hay dạng hộp xếp, bên ngoài là lưới thép inox hoặc đồng, hai đầu
là đầu nối bằng đồng để hàn vào các đầu ống.
5.12 Mắt gas
Mắt ga có nhiệm vụ như kính quan sát lắp trên đường lỏng (đặt trước va tiết
lưu và đặt sau phin sấy lọc) để quan sát dòng chảy của môi chất lạnh. Ngoài ra nó
còn có nhiệm vụ báo hiệu lượng ga còn trong hệ thống:
- Đủ ga khi dòng ga không bị sủi bọt.
- Thiếu ga khi dòng ga bị sủi bọt mạnh.
- Hết ga khi thấy xuất hiện các vệt dầu trên kính.
- Báo độ ẩm môi chất qua sự biến đổi màu của chấm màu trên mắt ga.
Nếu ga bị ẩm, phải thay phin sấy mới.
5.13 Van một chiều
Van một chiều được thiết kế để môi chất sau khi đi qua không thể quay
ngược lại đề phòng xảy ra sự cố máy nén, bơm hỏng đột ngột. Van một chiều
làm việc dựa trên nguyên tắc chênh lệch áp suất. Khi áp suất đầu vào lớn hơn,
73
van mở cho môi chất chảy qua nhưng khi áp suất đầu vào nhỏ hơn đầu ra van sẽ
đóng lại.
5.14 Van khóa, van chặn
Van khóa, van chặn có nhiệm vụ cô lập một bộ phận nào đó của hệ thống
(dàn bay hơi, dàn ngưng, …) để tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa. Van khóa có thể
chia làm nhiều loại:
- Theo ga lạnh chia ra ga freon và amoniac
- Theo dòng chảy chia ra van thẳng và van góc
- Theo phương pháp giữ kín khoang môi chất chia ra hai loại van
màng và van có đệm chèn kín
- Theo phương pháp chế tạo chia ra van hàn, van đúc.
- Theo vật liệu có thể là thép, gang, đồng, …
5.15 Tính chọn đường ống
Lựa chọn đường ống là một việc rất quan trọng trong thiết kế hệ thống lạnh
vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền. Nếu đường ống quá nhỏ sẽ
làm tăng tổn thất áp suất, nếu đường ống quá lớn thì sẽ tốn chi phí hơn.
Đường kính của từng đoạn ống được tính bằng công thức sau:
di = √4.
V
m. v
= √4.
π. w
π. w
(5.5)
Trong đó:
V: Lưu lượng thể tích môi chất trong ống [m3/s];
m: Lưu lượng khối lượng môi chất [kg/s];
v: Thể tích riêng của môi chất [m3/kg];
w: Tốc độ môi chất trong ống [m/s].
Tốc độ của môi chất trong ống theo bảng 10-1 tài liệu [1] như sau:
- Đường hút của máy lạnh nén hơi: 10 [m/s];
- Đướng đẩy của máy lạnh nén hơi: 12 [m/s];
- Đường dẫn lỏng của máy lạnh nén hơi: 1 [m/s].
Chọn đường ống cho hệ thống buồng bảo quản lạnh
Dựa vào công thức (5.5) và các thống số trong chu trình lạnh đã các định ở
mục 4.2 ta có bảng tổng hợp tính toán kích thước đường ống sau:
Bảng 5.4 Tính toán kích thước đường ống cho hệ thống bảo quản lạnh
m
v
w
3
[kg/s] [m /kg] [m/s]
Đường ống hút về máy nén
0,26
0,049
10
Đường ổng đẩy của máy nén
0,26
0,011
12
Đường ống dẫn môi chất lỏng cao áp
0,26 0,0012
1
Đường ống chính dẫn môi chất vào 8 dàn bay 0,26
0,019
1
Đường ống
74
di
[mm]
40.36
17.46
19.97
79.48
hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất vào từng dàn
0,033
bay hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất ra khỏi từng
0,033
dàn bay hơi
Đường ống chính dẫn môi chất từ 8 dàn bay
0,26
hơi tới thiết bị hồi nhiệt
0,019
1
28.10
0,046
1
43.72
0,046
1
123.66
Dựa vào đường kính tính toán của các đoạn ống được tính trên bảng 5.3,
chọn theo Catalog ống đồng (quy chuẩn ASTM B280) của hãng WINLAND
[18]. Chọn ống đồng loại K vì là loại ống đồng tiêu chuẩn dày nhất, có khả năng
chịu áp lực cao, phù hợp cho các hệ thống lạnh với quy mô công nghiệp.
Hình 5.25 Catalog ống đồng loại K của hãng Winland [18] cho buồng bảo quản lạnh
Bảng 5.5 Chọn đường ống theo Catalog cho hệ thống buồng bảo quản lạnh
Đường ống
Đường ống hút về máy nén
Đường ổng đẩy của máy nén
di
[mm]
40,36
17,46
75
do TC
[mm]
53,98
19,05
Độ dày
[mm]
1,829
1,245
Mã ống
B280ZGK53
B280ZGK19
Đường ống dẫn môi chất lỏng cao
19,97
áp
Đường ống chính dẫn môi chất
79,48
vào 8 dàn bay hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất
28,10
vào từng dàn bay hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất ra
43,72
khỏi từng dàn bay hơi
Đường ống chính dẫn môi chất từ
123,66
8 dàn bay hơi tới thiết bị hồi nhiệt
28,58
1,651
B280ZGK28
92,08
3,048
B280ZGK92
34,93
1,651
B280ZGK34
53,98
1,829
B280ZGK53
130,18
4,064
B280ZGK130
Chọn đường ống cho hệ thống buồng bảo quản đông
Bảng 5.6 Tính toán kích thước đường ống cho hệ thống bảo quản đông
Đường ống
m
v
w
3
[kg/s] [m /kg] [m/s]
0,53
0,096
10
0,69
0,011
12
di
[mm]
80.26
28.46
0,0012
1
32.56
0,03
10
25.25
0,023
1
124.22
0,023
1
32.07
0,088
1
62.74
0,088
1
80.26
Đường ống hút về máy nén hạ áp
Đường ổng đẩy của máy nén cao áp
Đường ống dẫn môi chất lỏng cao áp sau bình
0,69
ngưng
Đường hòa trộn từ bình trung gian tới đầu hút
0,16
của máy nén cao áp
Đường ống chính dẫn môi chất vào 15 dàn bay
0,53
hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất vào từng dàn
0,035
bay hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất ra khỏi từng
0,035
dàn bay hơi
Đường ống chính dẫn môi chất từ dàn bay hơi
0,53
tới thiết bị hồi nhiệt
Dựa vào đường kính tính toán của các đoạn ống được tính trên bảng 5.4,
chọn theo Catalog ống đồng (quy chuẩn ASTM B280) của hãng WINLAND
[18]. Chọn ống đồng loại K vì là loại ống đồng tiêu chuẩn dày nhất, có khả năng
chịu áp lực cao, phù hợp cho các hệ thống lạnh với quy mô công nghiệp:
Bảng 5.7 Chọn đường ống theo Catalog cho hệ thống bảo quản đông
Đường ống
Đường ống hút về máy nén hạ áp
Đường ổng đẩy của máy nén cao
di
[mm]
80,26
28,46
76
do TC
[mm]
92,08
34,93
Độ dày
[mm]
3,048
1,651
Mã ống
B280ZGK92
B280ZGK34
áp
Đường ống dẫn môi chất lỏng
cao áp sau bình ngưng
Đường hòa trộn từ bình trung
gian tới đầu hút của máy nén cao
áp
Đường ống chính dẫn môi chất
vào 15 dàn bay hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất
vào từng dàn bay hơi
Đường ống nhánh dẫn môi chất
ra khỏi từng dàn bay hơi
Đường ống chính dẫn môi chất từ
dàn bay hơi tới thiết bị hồi nhiệt
32,56
41,28
1,829
B280ZGK41
25,25
28,58
1,651
B280ZGK28
124,22
130,18
4,064
B280ZGK130
32,07
41,28
1,829
B280ZGK41
62,74
79,38
2,769
B280ZGK79
80,26
92,08
3,048
B280ZGK92
5.16 Tính toán bơm nước cho tháp giải nhiệt
Để nước có thể đi từ tháp giải nhiệt đến bình ngưng tụ thực hiện nhiệm vụ
làm mát cho môi chất thì người ta phải bố trí máy bơm nước. Để chọn bơm nước
cho tháp giải nhiệt thì ta cần có hai thông số đó là cột áp và lưu lượng.
Cột áp của bơm được xác định theo công thức sau:
Δp = (Δpms + Δpcb + Δphh + Δpbn ). k
(5.6)
Trong đó:
Δpms : Tổn thất ma sát [Pa];
Δpcb : Tổn thất cục bộ [Pa];
Δphh : Tổn thất hình học [Pa];
Δpbn : Tổn thất qua bình ngưng [Pa];
k: Hệ số an toàn, k=1,2 [1]
Tổn thất ma sát
Tổn thất ma sát của nước đi trong ống được xác định bằng công thức [19]
Δpms = L. Δp1
(5.7)
Trong đó:
Δp1 : Tổn thất áp suất trên một mét chiều dài ống [Pa/m],
L: Tổng chiều dài các đoạn ống thẳng của nhánh ống dài nhất [m],
xem hình 5.27
Trong mục 5.3 theo Catalog của hãng Alpha Tower, ta đã chọn được tháp
giải nhiệt APC – 40 với các thông số phục vụ cho việc tính chọn bơm như sau:
- Lưu lượng nước làm mát: 520 l/min = 8,67 l/s= 31,2 m3/h
- Đường kính trong của ống inlet: 80 mm
- Đường kính trong của ống outlet: 80 mm
(Lấy bằng đường kính của ống kết nối ống nước giải nhiệt tới tháp giải
nhiệt như hình 5.11)
77
Ta chọn loại ống thép biểu 40 theo tài liệu [19], tra tổn thất trên một mét
ống theo hình 5.26 được: Δp1 = 415 [Pa/m]
Hình 5.26 Tổn thất áp suất trên một mét ống thép biểu 40, [19]
Phương pháp này khá đơn giản tuy nhiên cần nhiều đồ thi để có thể tính
toán các đoạn ống ứng với nhiệt độ nước khác nhau. Vì vậy dựa trên các phương
pháp xác định tổn thất ma sát bằng đồ thị truyền thống, trong đồ án này em sử
dụng phần mềm “Pipe Checker Pro” để tính chọn kích thước của các đoạn ống
của hệ thống giải nhiệt nước cho bình ngưng này một cách chính xác và chi tiết
hơn.
Hình 5.27 Gia diện ban đầu của Pipe Checker Pro
5.16.1.1. Các thông số ban đầu phục vụ cho việc chọn kích thước ống
bằng phần mềm:
- Nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt (ra khỏi các bình ngưng tụ), theo
catalog chọn tháp giải nhiệt hình 5.11 : t1=32oC
- Nhiệt độ nước ra khỏi tháp giải nhiệt (vào các bình ngưng tụ), theo
catalog chọn tháp giải nhiệt hình 5.11 : t1=37oC
- Lưu lượng nước làm mát của tháp giải nhiệt, theo catalog chọn tháp
giải nhiệt hình 5.11 : V=520 [lít/phút]
- Lưu lượng nước làm mát bình ngưng tụ của hệ thống bảo quản lạnh,
theo model bình ngưng được chọn bằng phần mềm Bitzer hình 5.3:
Vbn_L = 10,71 [m3/h] = 178,5 [lít/phút]
78
-
Lưu lượng nước làm mát bình ngưng tụ của hệ thống bảo quản đông,
theo model bình ngưng được chọn bằng phần mềm Bitzer hình :
Vbn_Đ = 22.7 [m3/h] = 378,3 [lít/phút]
Hình 5.28 Hình ảnh các đoạn ống và các phụ kiện của đường ống nước tháp giải nhiệt
5.16.1.2. Chọn kích thước ống bằng phần mềm Pipe Checker Pro:
Các đoạn ống trong hệ thống đường ống giải nhiệt được ký hiệu trên hình
5.28. Dựa vào mác thép của ống nước hay được sử dụng bên ngoài thực thế, chọn
ống thép SCH-40 trong phần mềm Pipe Checker Pro. Bảng chọn kích thước của
các đoạn ống được thể hiện bên dưới bảng sau:
Bảng 5.8 Bảng chọn kích thước ống bằng Pipe Checker Pro
Đoạn ống
Đ-1
Đ-2
Đ-3
Đ-4
Đ-5
Đ-6
Đ-7
Đ-8
Lưu
lượng
[l/phút]
520
520
556.8
556.8
178.5
178.5
378.3
378.3
ΔPp
Dy
[mm]
do
[mm]
di
[mm]
s
[mm]
[Pa/m]
90
90
90
90
65
65
80
80
101.6
101.6
101.6
101.6
76.3
76.3
89.1
89.1
90.2
90.2
90.2
90.2
65.9
65.9
78.1
78.1
5.7
5.7
5.7
5.7
5.2
5.2
5.5
5.5
240.4
238.2
274.7
272.3
151.9
149.9
271.9
269.4
5.16.1.3. Tính toán tổn thất ma sát trên toàn bộ đường ống
Kết quả tính toán tổn thất ma sát trên toàn bộ đường ống được thể hiện dưới
bảng sau:
79
Bảng 5.9 Bảng tính tổn thất ma sát trên toàn bộ đường ống
Đoạn ống
Đ-1
Đ-2
Đ-3
Đ-4
Đ-7
Đ-8
Tổng
Δp
[Pa/m]
240.4
238.2
274.7
272.3
151.9
149.9
Chiều dài L
[m]
Tổn thất ma sát ΔP𝑚𝑠
[Pa]
2.99
3.2
5.5
4.3
1.7
2.1
718.80
762.24
1510.85
1170.89
462.23
377.16
5002.17
Tổn thất cục bộ
Tổn thất cục bộ của nước đi trong ống được xác định bằng công thức [19]
Δpcb = Ltđ . Δp1
(5.8)
Trong đó:
Δp1 : Tổn thất áp suất trên một mét chiều dài ống [Pa/m],
Ltđ : Chiều dài tương đương của các phụ kiện[m].
Tuy nhiên thì theo tài liệu [19] không đủ hết các loại phụ kiện đường ống.
Vậy nên trong đồ án này em sử dụng trang web: “https://www.pressuredrop.com/Online-Calculator/” để tính toán tổn thất cục bộ của các loại phụ kiện
trên đường ống nước.
Hình 5.29 Giao diện của Web tính toán tổn thất qua các phụ kiện
Kết quả tính toán tổn thất cục bộ dựa vào đường kính danh nghĩa của ống
được thể hiện dưới bảng sau:
80
Bảng 5.10 Kết quả tính toán tổn thất cục bộ trên đường ống (nhánh ống dài nhất)
Tên
phụ
kiện
Cút
nối
Cút
nối
Tê
Cút
90o
Cút
90o
Van
cổng
Van
cổng
Van
cổng
Y lọc
Tổng
Số
Số
lượng lượng
trên
trên
đường đường
ra
về
Dy
[mm]
Lưu
lượng
[l/phút]
Trở lực
trên 1
phụ
kiện
[Pa/cái]
Tổng
trở lực
trên
đường
ra [Pa]
Tổng
trở lực
trên
đường
về [Pa]
1
1
90
520
463
463
463
1
1
65
178.5
201
201
201
4
2
90
556.8
743
2972
1486
90
556.8
1551
7755
0
5
1
1
90
520
1352
1352
1352
1
1
90
520
729
729
729
90
556.8
863
863
0
65
178.5
321
321
321
90
556.8
2055
2055
17032
0
4873
1
2
1
2
Tổng tổn thất cục bộ của đường ống ra khỏi tháp giải nhiệt là:
Δpcb_ra = 17032 [Pa]
Tổng tổn thất cục bộ của đường ống về tháp giải nhiệt là:
Δpcb_về = 4873 [Pa]
Tổng tổn thất cục bộ của toàn bộ đường ống là:
Δpcb = Δpcb_ra + Δpcb_về = 21905 [Pa]
Tổn thất qua bình ngưng
Ở mục 5.2 chọn bình ngưng cho hệ thống bảo quản lạnh và bảo quản đông
bằng phần mềm Bitzer ta có:
- Độ sụt áp cho bình ngưng hệ thống bảo quản lạnh:
Δpbn L = 0,21 bar = 21 000 Pa
- Độ sụt áp cho bình ngưng hệ thống bảo quản đông:
Δpbn Đ = 0,34 bar = 34 000 Pa
Tổn tổn thất của nước đi qua của bình ngưng là (lấy tổn thất lớn hơn):
Δpbn = Δpbn Đ = 34 000 [Pa]
81
Chọn bơm
Cột áp của bơm theo công thức (5.6) là:
Δp = (5002,17 + 21905 + 0 + 34 000) × 1,2 = 73089 [Pa] = 7,46 [mH2 O]
Lưu lượng nước làm mát cần bơm theo ( Lưu lượng tối đa trong bảng 5.8):
Vn = 556,8 [l/min] = 33,4 [m3 /h]
Sử dụng Catalog hãng Ebara [20] chọn được bơm Model 3LS 40-125/1.5.
Kết quả lựa chọn bơm được thể hiện trong trong hình 5.30, 5.31 và 5.32:
Hình 5.30 Đồ thị chọn bơm hãng Ebara, [20]
Hình 5.31 Catalog máy bơm hãng Ebara, [20]
82
Để có thể quan sát được đường đặc tính của bơm thì trong đồ án này em sử
dụng web chọn bơm của hãng Ebara:
https://ezfinder.ebara.com/PumpProdConfig.aspx
Đường đồ thị đặc tính bơm của Model 3LS 40-125/1.5 được thể hiển ở hình
5.32:
Hình 5.32 Đường đặc tính của bơm Ebara 3LS 40 125/1.5, [20]
83
CHƯƠNG 6. XẢ BĂNG DÀN LẠNH
6.1 Tại sao phải xả băng trong hệ thống kho lạnh
Kho lạnh với ưu điểm dữ gìn và bảo vệ sản phẩm & hàng hóa trong thời hạn
dài mà không làm mất đi chất lượng cũng như hình dáng của loại sản phẩm. Nên
đang được sử dụng thông dụng trong việc dữ gìn và bảo vệ thực phẩm trong cả
nông nghiệp và công nghiệp.
Nhưng trong thời gian bảo quản kéo dài việc này sẽ ảnh hưởng tới thời gian
xả đá của dàn lạnh công nghiệp. Việc xả đá dàn lạnh luôn là công việc cần thiết
đối với mỗi kho lạnh. Giúp kho lạnh luôn hoạt động ở nhiệt độ hiệu quả nhất
[21].
Hình 6.1 Đóng băng tuyết trong dàn lạnh công nghiệp, [21]
6.2 Những ảnh hưởng của việc đóng băng, tuyết trong dàn lạnh công
nghiệp
Khi không khí lưu chuyển qua dàn lạnh (dàn bay hơi) công nghiệp ngưng tụ
một phần hơi nước ở trên dàn. Sau một thời gian hoạt động liên tục và kéo dài
lớp băng (lớp tuyết) này sẽ trở nên ngày càng dày hơn. Việc này sẽ dẫn đến
những sự cố cho mạng lưới hệ thống lạnh theo [21] như:
- Nhiệt độ trong kho lạnh không đạt yêu cầu
- Thời gian làm lạnh lâu
- Ảnh hưởng đến hoạt động của máy nén
- Cháy động cơ điện của quạt trong dàn lạnh
- Lớp băng quá dày sẽ làm cong cánh của dàn lạnh công nghiệp
Từ đó có thể gây nên hậu quả lớn đối với kho lạnh là chất lượng của sản
phẩm bảo quản lạnh sẽ không đạt yêu cầu.
6.3 Nguyên nhân gây ra những sự cố khi đóng băng trong dàn lạnh
Lớp băng tuyết bám bên ngoài dàn lạnh công nghiệp tạo thành lớp cách
nhiệt. Ngăn cản quy trình trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh và không khí trong
84
kho lạnh tại dàn lạnh làm hiệu quả trao đổi nhiệt giảm. Do đó nhiệt độ kho lạnh
không đạt yêu cầu.
Khi môi chất lạnh trong dàn lạnh công nghiệp không hấp thụ nhiệt để hóa
hơi nên một lượng lớn hơi ẩm được hút về máy nén gây ra ngập lỏng trong máy
nén. Khi băng (tuyết) bám nhiều ở dàn lạnh công nghiệp, đường tuần hoàn của
gió trong dàn lạnh sẽ bị cản trở, làm cho lưu lượng gió qua dàn giảm, hiệu quả
trao đổi nhiệt cũng giảm theo và cột áp của quạt tăng lên làm cho motor điện của
quạt phải hoạt động quá tải, trong thời gian dài sẽ gây ra cháy quạt.
Một số trường hợp băng (tuyết) bám ở dàn lạnh quá dày làm cho cánh trao
đổi nhiệt bị cong vênh [21].
6.4 Các phương pháp xả băng dàn lạnh
Trước khi xả đá cần kiểm tra lại dàn lạnh như kiểm tra rò rỉ gas, nhớt, kiểm
tra tất cả các cảm biến,… Sau đó kiểm tra các nguyên nhân gây ra hiện tượng
đông đá của dàn lạnh.
Theo các phương pháp xả băng dàn lạnh hiện tại [2] [21] có thể phân chia ra
xả băng thủ công, xả băng bán tự động và xả băng tự động. Theo nguồn nhiệt
dùng để xả băng phân ra xả băng bằng nước hoặc không khí môi trường, xả băng
bằng điện trở và xả băng bằng hơi nóng theo môi chất trong dàn xả băng dàn
NH3, freon hoặc nước muối,…
Hình 6.2 Phân loại các phương pháp xả băng dàn lạnh, [2]
85
Xả băng thủ công
Xả băng thủ công là công việc xả băng được tiến hành hoàn toàn thủ công, nghĩa
là khi thấy dàn lạnh đóng băng tuyết quá dày thì tiến hành xả băng bằng tay. Đối
với phòng lạnh có nhiệt độ dương (trên 0oC), có dàn lạnh quạt thì đơn giản là tắt
máy nén, nhưng cứ để quạt gió hoạt động trong một thời gian 30 phút đến 1 hoặc
2 giờ cho đến khi nào băng tan hết thì lại cho máy nén hoạt động trở lại. Đối với
những loại máy nén nhỏ, dàn lạnh tĩnh nhiệt độ thấp đôi khi cũng chỉ dùng
phương pháp ngắt máy nén trong một thời gian đủ để băng tuyết tan hết [2].
a. Xả băng thủ công bằng nước môi trường
Đối với dàn lạnh công nghiệp có thể dùng nước môi trường để xả băng. Ở
các dàn lạnh này người ta bố trí sẵn một dàn phun nước phía trên dàn ống xoắn,
hệ thống thống bơm và bể nước dùng cho xả băng bên ngoài phòng lạnh.
Hình 6.3 Xả băng thủ công bằng phun nước cho dàn lạnh, [2]
Khi cần xả băng, người ta ngừng cấp lỏng cho dàn lạnh, sau đó cho bơm
hoạt động để phun nước cho dàn, nước phun và nước xả băng được hứng và xả ra
ngoài.
b. Xả băng thủ công bằng điện trở
Đối với các dàn lạnh công nghiệp cũng có thể xả băng thủ công bằng điện
trở. Ví dụ, ở một kho lạnh có nhiều dàn lạnh thì khi xả băng bằng điện trở người
ta chỉ cần tắt quạt dàn lạnh, cô lập dàn lạnh (ngừng cấp lỏng) khỏi hệ thống, sau
đó có thể bật điện trở xả băng .
Sau một thời gian nhất định, khi đã xả hết băng ta lại cho dàn hoạt động trở
lại bằng cách ngắt điện trở xả băng, nối điện lại cho quạt dàn lạnh và cấp lỏng lại
cho dàn. Phương pháp này không cần có bình chứa thu hồi [2].
86
Hình 6.4 Xả băng bằng điện trở, [22]
c. Xả băng thủ công bằng hơi nóng
Phương pháp này cũng chỉ dùng cho các dàn lạnh công nghiệp, các kho lạnh
hoặc hệ thống lạnh lớn có nhiều dàn lạnh. Khi sử dụng phương pháp này cần có
bình chứa thu hồi. Tuy nhiên có thể xả trực tiếp lỏng ngưng nhờ van một chiều (
kí hiệu là 4 trong hình 6.5) thẳng về bình chứa cao áp.
Hình 6.5 Xả băng thủ công bằng hơi nóng cho dàn lạnh công nghiệp, [2]
Mỗi dàn lạnh được trang bị 4 van chặn hoặc van điện từ để chặn đường ga
lạnh vào ra (1,2) và đường hơi nóng xả băng (3,4). Khi làm lạnh bình thường
(1,2) mở còn (3,4) đóng. Khi xả băng (1,2) đóng còn (3,4) mở. Hơi nóng đi vào
dàn lạnh, lỏng ngưng trong dàn được đẩy qua van 4 về bình chứa cao áp. Khi xả
băng xong, van (3,4) được đóng lại và van (1,2) được mở ra đưa dàn lạnh trở về
chế độ làm lạnh bình thường.
Xả băng bán tự động
Xả băng bán tự động là đóng mạch xả băng bằng tay (thủ công) và ngắt
mạch xả băng tự động nhờ role nhiệt độ xả băng.
87
Xả băng bán tự động thường được thực hiện bằng điện trở hoặc hơi nóng
[2]:
Nếu là xả băng bằng điện trở, khi thấy băng tuyết bám dày trên dàn lạnh,
người vận hành nút ấn xả băng, máy lạnh ngừng hoạt động (động cơ máy nén,
quạt dàn ngưng, quạt dàn lạnh ngừng), chuyển mạch tiếp điện cho điện trở xả
băng làm việc. Dàn lạnh dần nóng lên và băng tan ra. Khi nhiệt độ dàn lạnh đạt
7÷10oC, role nhiệt độ xả băng tự động ngắt điện trở xả băng được set ở 7÷10oC
(vì ở nhiệt độ này băng tuyết được coi như đã được xả hết) và quá trình xả băng
kết thúc.
Phương pháp xả băng này thường được xử dụng cho các loại máy lạnh cỡ
nhỏ và trung bình có một dàn lạnh, ví dụ các tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương
nghiệp kiểu cũ, các loại máy lạnh trên ô tô, buồng lạnh lắp ghép,…
Xả băng tự động
Xả băng tự động là phương pháp xả băng hoàn toàn tự động. Đóng mạch
bằng đồng hồ xả băng và kết thúc bằng role nhiệt độ xả băng. Ngoài phương
pháp đóng mạch xả băng bằng đồng hồ xả băng, người ta còn phát triển đầu dò
chiều dày lớp băng để đóng mạch xả băng. Phương pháp này rất tiết kiệm năng
lượng vì dàn chỉ xả băng khi cần [2].
Hình 6.6 Đồng hồ xả băng của hãng RANCO, [2]
Nguyên lý hoạt động của đồng hồ xả băng là trong đồ hồ sẽ có một động cơ
nhỏ với hộp giảm truyền động cho các bánh cam, trên bánh cam thì gắn các cam
với nhiệm vụ nâng lên hạ xuống để di chuyển công tắc điện và từ đó tác động
đến tác động đóng mạch xả băng.
Thời gian đóng mạch này có thể điều chỉnh được. Ít nhất trong một ngày
đêm phải xả băng một lần và cũng có thể 2 lần 3 lần…
Sơ đồ xả băng bằng điện trở hoạt động như sau:
88
Hình 6.7 Sơ đồ điện máy lạnh đơn giản với đồng hồ xả băng bằng điện trở, [2]
Ở chế độ làm lạnh: Đồng hồ xả băng ở trạng thái như hình 6.7, tiếp
điểm 2 nối với 3, K2 có điện, máy nén và quạt dàn bay hơi làm việc.
Khi đủ lạnh B1 ngắt, máy nén và quạt dừng, khi thiếu lạnh B1 đóng
lại cho máy nén và quạt chạy. Nếu áp suất cao vượt mức cho phép,
F2 ngắt mạch để bảo vệ máy nén.
- Ở chế độ xả băng: Khi đến chu kỳ xả băng, đồng hồ xả băng chuyển
mạch 2-1. Máy nén dừng, điện trở xả băng làm việc. Khi nhiệt độ
dàn đạt 7÷10oC, F1 ngắt điện trở. Khi thời gian đặt xả băng trôi qua,
đồng hồ xả băng chuyển mạch 2-3 và máy nén trở lại chu kỳ làm
lạnh.
Sơ đồ xả băng bằng điện trở hoạt động như sau:
-
Hình 6.8 Sơ đồ điện máy lạnh đơn giản với đồng hồ xả băng bằng hơi nóng, [2]
-
Chế độ làm lạnh: Máy lạnh làm việc không phụ thuộc vào đồng hồ
xả băng.
Chế độ xả băng: Đến chu kỳ xả băng, đồng hồ xả băng chuyển mạch
2-1, van điện từ mở, hơi nóng đi trực tiếp vào dàn lạnh để xả băng.
Khi nhiệt độ dàn đạt 7÷10oC role nhiệt độ F1 ngắt mạch van điện từ.
Khi thời gian đặt trôi qua, đồng hồ xả băng chuyển mạch 2-3 về vị trí
89
cũ. Đặc điểm của quá trình xả băng này là máy nén vẫn làm việc
trong khi xả băng cho dàn.
Xả băng bằng gas nóng
Đối với phương pháp xả đá bằng gas nóng, yêu cầu có thêm hệ thống đường
ống gas nóng từ máy nén đến dàn lạnh. Công nghệ này khá phức tạp và yêu cầu
đơn vị thiết kế và lắp đặt phải có kỹ thuật cao hơn [22].
Hình 6.9 Xả băng bằng gas nóng, [22]
Hình 6.10 Sơ đồ phương pháp xả băng bằng gas nóng, [22]
Một ưu điểm của phương pháp xả băng bằng gas nóng là nó khai thác năng
lượng nhiệt của chính hệ thống . Do đó, phương pháp này có hiệu suất năng
lượng cao và không phụ thuộc vào nguồn cung cấp năng lượng bên ngoài, từ đó
tiết kiệm điện hơn.
6.5 Bảo vệ tràn lỏng về máy nén khi xả băng
90
Khi xả băng, đặc biệt khi xả băng bằng hơi nóng, nguy cơ tràn lỏng về máy
nén rất lớn. Để tránh nguy cơ này người ta phải bố trí bình chứa thu hồi cho các
dàn lạnh công nghiệp [2].
Hình 6.11 Bình tách lỏng và máy lạnh freon xả băng bằng hơi nóng có bình tách lỏng,
[2]
Riêng đối với hệ thống lạnh freon nhỏ và trung bình người ta có một số giải
pháp như sau:
- Sử dụng bình tích lỏng: ở sau dàn bay hơi để tích trữ lỏng và dầu
phun ra ở dàn khi xả băng và tiết lưu dần dần về máy nén.
- Sử dụng van tiết lưu một chiều: trong hệ thống có nhiều dàn bay hơi.
Trong hệ thống nhiều dàn bay hơi có thể bố trí van một chiều để lỏng
ra từ dàn bay hơi, khi xả băng được đẩy trở lại bình chứa cao áp.
91
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
[2]
[3]
[4]
“Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật Hà Nội 2005.”.
“Nguyễn Đức Lợi - Tính toán thiết kế hệ thống lạnh, 2021.”.
“PGS.TS Đinh Văn Thuận, TS. Võ Chí Chính , Hệ thống máy và thiết bị
lạnh. Hà Nội Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2004.”.
“TCVN-5687-2010-Tiêu-chuẩn-thiết-kế.”
[5]
[6]
“CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỊT.”
R. L. Contreras, “Factors Determining Meat Quality and Cold Preservation
Methods to Extend Shelf Life,” Open Access Journal of Biomedical
Science, vol. 4, no. 1, Jan. 2022, doi: 10.38125/oajbs.000377.
[7]
[8]
[9]
“PGS.TS Nguyễn Đức Lợi - Gas dầu và chất tải lạnh, 2008.”.
“https://dienlanhmiennam.com/cach-tinh-toan-dung-tich-kho-lanh/.”
“Slide bài giảng Thiết bị trao đổi nhiệt - TS. Nguyễn Đức Quang”.
[10] Slide bài giảng Truyền Nhiệt - TS. Lê Kiều Hiệp.
[11] “https://trungtambocobavi.com/mot-giong-bo-thit-o-viet-nam/.”
[12] “https://www.ebuy7.com/vi/stainless-steel-meat-hook-extra-thick-sslaughterhouse-hanging-pork-cold-storage-beef-shopping-mallhook.html.”
[13] “Giáo trình Kỹ thuật lạnh (Cơ sở và ứng dụng) - Thầy Nguyễn Đức Lợi”.
[14] “https://thegioicongnghiep.org/datafiles/3/2022-0927/16642453925319_ALPHA-COOLING-TOWER-CATALOGUE.pdf.”
[15] “https://thaihungphat.vn/catalog-binh-tich-ap-varem-binh-gian-no-varemcac-loai/.”
[16] “https://www.bitzer.de/shared_media/documentation/dp-300-7.pdf.”
[17] “https://www.bitzer.de/shared_media/documentation/dp-503-2.pdf.”
[18] “https://www.winlandmetal.com/sites/default/files/ASTM%20B280.pdf.”
[19] “PGS.TS Nguyễn Đức Lợi - Giáo trình thiết kế hệ thống điều hòa không
khí 2009”.
[20] “EBARA_General_Catalogue_2007”.
[21] “https://dichvubachkhoa.vn/dien-tro-xa-bang-dan-lanh-1665969077/.”
[22] “https://vietnhatree.com/xa-da-bang-gas-nong-va-van-de-tiet-kiem-dientrong-he-thong-lanh/.”
92
DANH MỤC BẢN VẼ
Số bản vẽ
ĐA-01
ĐA-02
ĐA-03
ĐA-04
ĐA-05
ĐA-06
Tên bản vẽ
Sơ đồ mặt bằng kho lạnh
Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
Sơ đồ bố trí thiết bị hệ thống lạnh
Mặt bằng hệ thống đường ống nước giải nhiệt
Mặt chiếu đứng hệ thống đường ống nước giải nhiệt
Sơ đồ một nét hệ thống đường ống nước giải nhiệt
93
1
2
3
4
5
6