Hướng Dẫn Tính Toán Hệ Thống Làm Lạnh Kho Lạnh | Môn Kỹ thuật lạnh - Đại học Xây Dựng Hà Nội

THUYẾT MINH KĨ THUẬT LẠNH
Tính toán, thiết kế hệ thống làm lạnh phục vụ cho một kho lạnh bảo quản
I. CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
I.1. Nhiệt độ và độ ẩm
■ Nhiệt độ ngoài trời tính toán : tN = (1- x).ttbmax+x.tmax
Nguồn tài liệu tham khảo: 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều
kiện tự nhiên dùng trong xây dựng
■ Nhiệt độ trung bình cực đại của tháng cao nhất (tháng 6, 7) : ttbmax = °C (bảng 2.3)
■ Nhiệt độ cực đại tuyệt đối (tháng 6, 7) : tmax = C (bảng 2.5) x : hệ số an toàn quyết
định đến thời gian bảo đảm chế nhiệt phòng dưới tác động của sự biến đổi không
khí ngoài nhà. Lấy x = (0 - 0.4)
■ Độ ẩm trung bình của tháng nóng nhất (tháng 6, 7) : φ = (bảng 2.10) 13 φ
■ Độ ẩm trung bình lúc 13h của tháng nóng nhất: tb = % (bảng 2.13)
■ Nhiệt độ không khí tính toán bên trong phòng máy: t pm TG pm T
= tN + (1 – 3) oC và tT 35 oC Trong đó ● t pm T
: Nhiệt độ tính toán bên trong phòng máy ( oC) ● t TG N
: Nhiệt độ tính toán của không khi ngoài trời lấy theo hướng dẫn tính toán tổ chức thông gió ( oC)
I.2.Thông số kích thước kho lạnh Bản g 1.1. Diệ n 2 tích Phòng lạnh
Chiều dài (m) Chiều rộng (m) Chiều cao (m) Diện tích (m ) các phò ngX Stt 1 Phòng lạnh 1 2 Phòng lạnh 2 3 Phòng lạnh 3 4 Phòng đệm X
■ Diện tích các cửa: Cửa ngoài và cửa trong bằng nhau:
FCng= FCtr=2.2 2.8= 6.16 (m2)
■ Để tránh tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời chiếu trực tiếp vào phòng lạnh làm tiêu tốn
thêm công suất lạnh, ta chọn vị trí đặt phòng máy ở sát tường hướng Tây của kho lạnh
1.3. Chọn vật phẩm và các thông số tương ứng
Bảng 1.2. Các thông số của vật phẩm đã chọn STT Phòng lạnh Sản phẩm Nhiệt độ bảo Độ ẩm Thời gian bảo quản ( o C) quản 1 Phòng 1 2 Phòng 2 3 Phòng 3
Thông số nhiệt độ bảo quản, độ ẩm và thời gian bảo quản tra trong Bảng 1.2 và 1.4 trong
“ Hướng dẫn thiết kế HTL – Nguyễn Đức Lợi ”
1.4. Thể tích chất tải
V = F hi h (m3). Trong đó :
● h : chiều cao chất tải (m) h = 5.4 – 0.9 = 4.5 (m)
( 0.9m là chiều cao của dàn lạnh, lớp cách nhiệt và khoảng không gian cần thiết để
không khí lưu thông và đỡ chất hàng ) F
● F hi : diện tích chất tải hữu ích. F hi = F XD
X D : diện tích XD của kho bao gồm diện tích chất tải và toàn bộ diện tích còn lại Page 2 F
F : hệ số sử dụng diện tích cho vật phẩm bảo quản.
F < 1, giá trị phụ thuộc vào diện tích các phòng
■ Phòng 1,2 và 3 có 100 < F < 400 (m2 ) nên ta chọn =0.8 (Theo bảng 2-5 trong F
“Hướng dẫn thiết kế HTL – Nguyễn Đức Lợi”) Diện tích
Diện tích chất tải Chiều cao Phòn Hệ số sử dụng Thể tích chất tải chất tải h g lạnh hữu ích hi F F V(m 3 ). XD (m 2) diện tích F ( m2) (m ) 1 2 3
Bảng 1.3. Tính toán thể tích chất tải (m 3 ). 1.5. Dung tích kho E=gv V ( tấn ) Trong đó :
● E : dung tích kho (tấn).
● V : thể tích chất tải của kho (m3).
● gv : tiêu chuẩn chất tải (tấn/m3) không hoặc có kể đến bao bì tùy theo loại mặt
hàng – thông số tra “ Bảng 2.4 trang 32 Hướng dẫn thiết kế HTL – Nguyễn Đức Lợi” Bảng 1.4. Tính toán dung tích Tên vật phẩm chứa g v ( tấn/m 3 ) V(m 3 ) Dung tích E (tấn) kho
( tấn ) XPhò ng lạnh 1 2 3
II. TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT
■ Khi tính toán chiều dày cách nhiệt cho các kết cấu của kho cần đảm bảo các yêu cầu sau:
● Đảm bảo được độ bền lâu dài.
● Chống được ẩm đọng lại trong lòng kết cấu.● Tránh được đọng sương trên bề mặt kết cấu.
● Đảm bảo quy tắc phòng cháy nổ, an toàn cho người, hàng bảo quản.
● Thuận tiện cho việc bóc dỡ hàng cơ giới.
● Đảm bảo tối ưu về kinh tế.
II.1. Chọn kết cấu cách nhiệt và cách ẩm
■ Kết cấu và các thông số lựa chọn tương ứng ( , , ) được thể hiện trong bảng 2.1 Trong đó :
● : độ dày lớp kết cấu (m).
● : hệ số truyền nhiệt của lớp kết cấu (W/m.K). ● :
hệ số khuyếch tán ẩm của vật liệu (g/ m.h.MPa) n i R = i i (m2.K/W)
Lớp cách nhiệt chọn là polystirol.
Các số liệu , tra theo bảng 3.1 và 3.2 trang 81, 83 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống
lạnh – Nguyễn Đức Lợi”; phụ lục 2 _Trang 377 ÷ 379 _ sách ‘‘ Kĩ thuật Thông
gió_GS.Trần Ngọc Chấn’’ và phụ lục VII_sách “Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam’’.
Bảng 2.1 Kết cấu và thông số lựa chọn kết cấu II.2.
Tính chiều dày cách nhiệt kết cấu bao che
■ Chiều dày cách nhiệt cho tường và mái:
Chiều dày lớp cách nhiệt : 1 1 n i 1 cn cn Khl 1 1 i 2 (m)
Trong đó : cn : chiều dày lớp cách nhiệt yêu cầu (m). ●
cn : Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt (W/m K). ●
i : chiều dày lớp vật liệu thứ i (m). ●
i : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i (W/m K). ●
● : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài và trong (W/m2.oK) – thông số tra
bảng 3.7 trang 86 “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” Khl : hệ
số truyền nhiệt hợp lý của toàn bộ kết cấu (W/m2.oK). ● ■ Từ
nhiệt độ phòng tra ra Khl
Khl: được tính toán dựa vào độ chênh nhiệt độ ∆t = (tN - tT) × Ψ
Ψ: hệ số kể đến ảnh hưởng của kết cấu bao che. (Tra bảng 3.7_SGT Thông gió) ■ Dựa vào bảng sau:
Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của Khl vào ∆t ∆t (°C) 50 ÷ 35
35 ÷ 30 30 ÷ 25 25 ÷ 20 20 ÷ 15 15 ÷ 10 < 10 Khl (W/m2.K) 0,23 ÷0,35 0,41 0,49 0,58 0,63 0,72 0,78
Bảng 2.3. Xác định Khl cho tường và mái của các phòng lạnh Tây 1(giáp phòng lạnh 2) 3 Tây 2(giáp phòng đệm) Nam Bắc Mái Nền Cửa
■ Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu: Kth 1
i 0 i cn 2 (W/m2.K).
Dựa vào công thức tính toán ta đi xác định chiều dày cách nhiệt và hệ số truyền nhiệt
thực cho các phòng lạnh và cửa như sau:
(Lưu ý chọn chiều dày cách nhiệt bao giờ cũng phải bằng hoặc lớn hơn chiều dày tính toán
được .Nếu sử dụng tấm polystirol thì nên chọn chiều dày cách nhiệt theo bội số của chiều
dày cách nhiệt cơ bản 0,05;0,10;0,15;0,20;0,25 m.)
Bảng 2.4.Tính toán chiều dày cách nhiệt và hệ số truyền nhiệt thực của KCBC ■ Đối với nền:
Chiều dày cách nhiệt cho nền được tính theo công thức:
cnnen cn ( 1nen n iicn ) (m) Khl i 1 cn
Nhận xét: Khl của các lớp kết cấu ≥ Kthực nên chọn chiều dày lớp cách nhiệt như sau:
Từ đây, ta có bảng chọn chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt trong kết cấu là:
Bảng 2.5. Chiều dày cách nhiệt cho kết cấu. STT Kết cấu chon K cn ( m ) th 1 Tường ngoài 2
Tường ngăn giữa các phòng lạnh 3
Tường ngăn giữa phòng lạnh và phòng đệm 4 Mái 5 Cửa 6 Nền
II.3. Kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu
■ Tiến hành kiểm tra như sau: chọn kết cấu bề mặt tường nguy hiểm nhất để kiểm tra, nếu đảm
bảo an toàn thì các mặt tường khác cũng an toàn.
■ Để tránh đọng sương trên bề mặt kết cấu cần đảm bảo :
Kth 0.95 tN ts Ks
tN tp Trong đó:
Ks : hệ số truyền nhiệt của kết cấu khi sảy ra hiện tượng đọng sương ●
● : hệ số trao đổi nhiệt ở bề mặt có nhiệt độ cao hơn
● 0,95 : hệ số an toàn tN : nhiệt độ ngoài ; tN = 33,9oC ●
tP : nhiệt độ bảo quản lạnh ●
tS : nhiệt độ điểm sương ●
■ Từ các thông số tN = oC , φ = , dựa vào biểu đồ i-d ta xác định được ts = oC ■
Kiểm tra đọng sương đối với phòng lạnh 1 : ● Tường ngoài ● Mái
II.4. Kiểm tra đọng ẩm trong lòng kết cấu
■ Điều kiện để ẩm không đọng lại làm ướt cơ cấu cách nhiệt là áp suất riêng phần hơi nước
thực tế luôn luôn phải nhỏ hơn phân áp suất bão hòa hơi nước ở mọi điểm trong cơ cấu cách nhiệt: px phmax
■ Nghĩa là đường px không được cắt phmax mà mà phải luôn nằm phía dưới đường phmax .
Đường áp suất riêng phần hơi nước px và đường phân áp suất bão hòa phmax có thể xác định
được nhờ trường nhiệt độ ổn định trong vách cách nhiệt. Trường nhiệt độ trong vách được
xác định từ nhiệt độ của các lớp vách nhờ các biểu thức xác định mật độ dòng nhiệt khác nhau: t i i t f tw q = Kth i
Kiểm tra đọng sương đọng ẩm bên trong kết cấu của tường bao và mái ở phòng có
nhiệt độ thấp nhất là tt = 00C.
a. Đối với tường ngoài q = Kth t =Kth (t f 1 t f 2) (W/m2)
■ Nhiệt độ các dòng nhiệt truyền qua các lớp vách: q t1 t f 1
q = n (t f 1 t1) → n q 1 t2 t1 → 1
Tương tự ta có : q 2 t3 t2 2 q 3 t4 t3 3 q 4 t5 t4 4 q 5 t6 t5 5 q 6 t7 t6 6
Dựa vào các giá trị nhiết độ vừa tính toán để xác định áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên
kết cấu của tường ngoài. (Tra đồ thị i_d ) ta có :
Bảng 2.6.Áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên kết cấu tường bao Lớp kết cấu 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ bề mặt ( 0 C ) Áp suất : P hmax ( Pa ) ■ Tính toán p
hân áp suất thực của hơi nước:
Dòng hơi ẩm thẩm thấu qua kết cấu bao che: Trong đó:
● Ph1 và Ph2 là phân áp suất hơi của không khí ngoài và trong phòng.
● H là trở kháng thấm hơi qua kết cấu bao che, .
Với: là chiều dày của lớp vật liệu thứ i là hệ số xuyên ẩm (Bảng
3.2 trang 83 Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh) Ta có:
ph1 hmaxng t1 32.5oC . tb13 3300 66% 2178
(Pa) ph2 hmaxtr t2 0o C . 450 77.8% 350 (Pa) i
0.015 0.02 0.01 0.003 0.1 0.02 0.0193 H = i = 90 105 90 0.86 7.5 98 (m2.h.MPa/g) Ph1 Ph2 2178 350 10 6 0.095 H 0.0193 (g/m2.h)
Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt : 0.015
px1 ph1 . 1 2178 0.095 106 2162.17 1 90 (Pa)
Tương tự như trên ta tính được phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt khác theo công thức:
Sau đây ta có bảng thông kê áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt kết cấu:
Bảng 2.7: Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt kết cấu tường bao P xi STT Vách ( g/ m 2 .h ) ( m ) ( g/mh.Pa ) (Pa) 1 2 3 4 5 6
b. Kiểm tra đọng ẩm đối với mái
III. TÍNH NHIỆT CHO KHO LẠNH
Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q được xác định bằng biểu thức: (W)
: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh
: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh
: dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh
: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh
: dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp ( thở ) – kho lạnh bảo quản rau quả , hoa quả
III.1. Tính toán tải trọng lạnh
III.1.1. Tính tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu bao che
a. Tính tổng tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu tường và máiCông thức tính:
QBC = Kthực F t (W) Trong đó :
● F: Diện tích bề mặt của từng kết cấu bao che, m2
● t : Độ chênh nhiệt độ giữa bên trong và ngoài nhà, oC t = (tn – tp )
● Kthực: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu, W/m2.K
● : Hệ số kể đến vị trí của kết cấu bao che
Từ đó ta có bảng thống kê tổn thất lạnh như sau
Bảng 3.1: Tính tổng tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu tường và mái
b. Tính tổng tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu nền
Do hệ số cách nhiệt λ =0.047 < 1.163 nên nền của kho lạnh là nền cách nhiệt
+ Lượng lạnh mất mát qua nền được xác định như sau: 4
QNen (tN tp )
Ki0CN Fi m i 1 (W)
+Ki0CN : Là hệ số truyền nhiệt của dải nền thứ i, (Tính cho VL không cách nhiệt):
K10CN = 0.45 (W/m2.K) K20CN = 0.23 (W/m2.K) K30CN = 0.12 (W/m2.K) K40CN = 0.07 (W/m2.K)
+ m: Hệ số hiệu chỉnh kể đến cách nhiệt của nền 1 1 m 0.24 n 1 1.25
i 1 ii cncn 1 1.25 0.47 0.0470.1
+KiCN : Là hệ số truyền nhiệt của dải nền thứ i (Tính cho vật liệu có cách nhiệt)
+ Fi: Diện tích thuộc dải nền thứ i, m2.
Bảng 3.2: Tính tổng tổn thất lạnh qua nền của các phòng lạnh.
c. Tính tổng tổn thất lạnh mất mát để khử bức xạ mặt trời Công thức xác định:
QBX = Kthực × Fbx × ∆tbx (W) Trong đó:
● Kthực: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che; (W/m2.°K)
● Fbx: Diện tích của kết cấu chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; (m2)
(Với mỗi phòng lạnh người ta chỉ tính dòng nhiệt do bức xạ mặt trời qua mái và một
bức tường nào đó có có tổn thất bức xạ lớn nhất _ví dụ có hiệu nhiệt độ dư lớn nhất hoặc
có diện tích lớn nhất_Trang 108_ Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh –Nguyễn Đức Lợi)
∆tbx: Hiệu nhiêt độ dư, đặ c trưng cho ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào mùa h攃, (°C)̣
(∆tbx Tra bảng 4-1_Trang 108_ Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh –Nguyễn Đức Lợi)
Mái: Làm vât liệu có màu sáng nên ta lấy ∆ṭbx = 16 (°C)
Tường: Bên ngoài quét vôi trắng, địa điểm xây dựng là Nha Trang
Từ đó ta có bảng thống kê tổn thất lạnh mất mát để khử bức xạ măt trời.̣
Bảng 3.3: Tính tổn thất lạnh mất mát để khử bức xạ măt trời.̣ Phòng lạnh Kết cấu K thực F bx ∆t bx Q BX ( W/m 2 .°K ( m 2 ) ( °C ) ( W ) ) 1 Mái 2 Mái 3 Tường Đông Mái Q BX
d) Tổng tổn thất lạnh truyền qua kết cấu bao che
Bảng 3.4 :Tổng tổn thất nhiệt do kết cấu bao che
Phòng lạnh Q truyền nhiệt qua tường, mái Q truyền nhiệt qua nền Q bức xạ ( W ) ( W ) ( W) ( W ) 1 2 3 Q 1
III.1.2. Tính tổn thất lạnh để bảo quản vật phẩm = Qvp + Qbb (W)
a. Lượng lạnh mất mát để hạ nhiệt độ vật phẩm (Qvp) QVP 1000 Mvp hđ hc 1000 24 3600 (W) Trong đó:
● Mvp : Lượng vật phẩm bảo quản trong 1 ngày đêm, (tấn/ngày).
● hđ, hc : Entanpy của vật phẩm ở trạng thái đầu và cuối, (kJ/Kg).
(Bảng 4.2 – Trang 110 – Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi)
Thường thì: tđ = tN – (58)=28; tc = tT M
● Xác định VP :
Đối với thực phẩm: (thường lấy theo dung tích của kho, E)
Với: E < 200 tấn→ Mvp = 8 % E (tấn/ngày).
E > 200 tấn→ Mvp = 6 % E (tấn/ngày).
Do đó: Đối với phòng lạnh 1 và phòng lạnh 2 ta lấy Mvp = 6 % E (tấn/ngày) Vậy ta có bảng sau: