đồ án môn học kỹ thuật lạnh thiết kế hệ thống lạnh

KHOA KỸ THUẬT MÔITRƯỜNGBỘ MÔN VI KHÍ HẬU &Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống lạnhSố liệu ban đầu:- Các số liệu về kiến trúc, mặt bằng và mặt cắt đề số: 6- Các số liệu bảo quản+ Vật phẩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNGKHOA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌCKỸ THUẬT LẠNHTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH

Giảng viên hướng dẫn: ThS HOÀNG TUẤN VIỆTSinh viên thực hiện: BÙI HOÀNG ANH MSSV: 963

LỚP: 63HK1

Hà Nội, 05/2021

KHOA KỸ THUẬT MÔITRƯỜNGBỘ MÔN VI KHÍ HẬU &

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống lạnh

Số liệu ban đầu:

- Các số liệu về kiến trúc, mặt bằng và mặt cắt đề số: 6

- Các số liệu bảo quản

+ Vật phẩm bảo quản 1: thịt+ Vật phẩm bảo quản 2: hoa quả- Môi chất lạnh : R134

- Địa điểm xây dựng : Lai Châu

Trình tự tính toán, thiết kế:

- Chọn thông số tính toán của không khí bên ngoài và bên trong công trình.- Tính toán kiểm tra hiện tượng đọng sương trên bề mặt và trong lòng kết cấu của kết cấu bao che.

- Tính toán truyền nhiệt qua kết cấu bao che, tỏa nhiệt, thu nhiệt và xác định năng suất lạnh của hệ thống.

- Lựa chọn phương án làm lạnh.

2

- Tính toán chọn thiết bị máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, tháp làm mát,bơm v.v của hệ thống lạnh.

- Tính toán đường kính ống dẫn môi chất lạnh và chất tải lạnh.

Khối lượng bản vẽ: (2 - 3 bản vẽ A1)

- Mặt bằng hệ thống kho lạnh.- Mặt cắt hệ thống kho lạnh.

- Mặt bằng, mặt cắt gian máy hệ thống kho lạnh.- Sơ đồ không gian của hệ thống.

- Các yêu cầu khác: chi tiết, hệ thống phụ trợ của hệ thống.

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 16/04/2021Ngày hoàn thành và bảo vệ đồ án: 15/06/2021

Cán bộ hướng dẫn thiết kế

Hoàng Tuấn Việt

MỤC LỤC NỘI DUNG

3

CHƯƠNG I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 6

2.2 Tính chiều dày cách nhiệt của kết cấu bao che 16

2.3 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu 25

2.4 Kiểm tra đọng ẩm trong lòng kết cấu 26

CHƯƠNG III TÍNH NHIỆT CHO KHO LẠNH 30

3.1.5 Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp tạo ra 41

CHƯƠNG IV CHỌN PHƯƠNG ÁN, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 43

4.1 Chọn phương án 43

4

4.2 Tính toán chu trình và chọn thiết bị 43

5.4 Tính chọn thiết bị hồi nhiệt 56

CHƯƠNG VI TINH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 56

6.1 Tính chọn thiết bị bình chứa cao áp 57

6.2 Tính chọn bơm máy cho hệ thống 57

7.2 Tính chọn đường ống dẫn nước làm mát thiết bị ngưng tụ 58

CHƯƠNG I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN1.1.Nhiệt độ và độ ẩm

5

■ Nhiệt độ ngoài trời tính toán là nhiệt đô trung bình công của nhiệt độ tối đa ghi nhận được và nhiệt độ trung bình cực đại của tháng nóng nhất được xác định bằng công thức:

Trong đó:

t: Nhiệt độ ngoài trời tính toán, C;

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 trời, lấy (0 – 0,4)

t : Nhiệt độ trung bình cực đại của tháng cao nhất (tháng 6, 7), C;

t : Nhiệt độ cực đại tuyệt đối (tháng 6, 7), C;

Dựa vào nguồn tài liệu tham khảo: QCVN 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia sốliệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, ta có:

Nhiệt độ trung bình cực đại của tháng cao nhất (tháng 6, 7), max

Nhiệt độ cực đại tuyệt đối (tháng 6, 7), tmax= 42,5 C

Hệ số an toàn quyết định đến thời gian bảo đảm chế nhiệt phòng dưới tác động của

sự biến đổi không khí ngoài trời, x = 0,1

Với các thông số bên trên vừa tra được, áp dụng công thức (1), ta được:

t = (1- 0,1)x32,7 + 0,1x42,5 = 33,68 C

■ Độ ẩm trung bình của tháng nóng nhất (tháng 6,7) φ được xác định theo bảng 2.10 QCVN 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng , với địa điểm Lai Châu.

φ = 81,6

6

■ Độ ẩm trung bình lúc 13h của tháng nóng nhất được xác định theo bảng 2.13 QCVN 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng , với địa điểm Lai Châu.

t : nhiệt độ tính toán bên trong phòng máy, C;

t : nhiệt độ tính toán của không khí ngoài trời lấy theo hướng dẫn tính toán tổ

1.2 Thông số kích thước kho lạnh

■ Các thông số chiều dài, chều rộng, chiều cao, diện tích của các kho lạnh, phòng đệm sẽ được liệt kê trong bảng 1.1 sau đây:

Độ ẩm(%)

Thời gian bảoquản (ngày)

h : chiều cao chất tải, m;

F : diện tích chất tải hữu ích, m ;2

Diện tích chất tải hữu ích được tính toán theo công thức: FhiFF (m ) (1.4) XD 2

■ Tính toán thể tích chất tải và các hệ số của các phòng lạnh được liệt kê trong bảng 1.3

dưới đây:

Bảng 1.3 Tính toán thể tích chất tải

Tên phòngl nh ạ

Di n tchệ(m )2

(Lấấy theob ng 1.1ả )

H sốấ sệ ửd ng ụdi n tchệ

Di n tchệchấất t i h u ích,ả ữ

F (m2) (Sửd ng CT4)ụ

Chiêều caochấất t i,ảh (m), (Lấấytheo b ngả

Th tchểchấất t iả

V (m )3

(S d ngử ụCT3)

Trong đó:

E : dung tích kho lạnh, tấn;V : thể tích chất tải của kho, m ;3

g: tiêu chuẩn chất tải không hoặc có kể đến bao bì tùy theo loại mặt hàng,

(tấn/m3) - thông số được tra tại “ bảng 2.4, trang 32 Hướng dẫn thiết kế hệ thống

lạnh – thầy Nguyễn Đức Lợi”

Các chức năng bảo quản và các thông số như thể tích chất tải của kho (V ), giá trị tra

được của tiêu chuẩn chất tải gv, dung tích kho E được liệt kê dưới bảng 1.4 dưới đây:

Bảng 1.4 Tính toán dung tích kho

phẩm chứa gv (tấn/m3)

V(m3)(Lấy theo

bảng 1.3)

E (tấn)(sử dụng CT

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT

Chọn lớp cách nhiệt là polistirol, khi tính toán thiết kế lớp cách nhiệt cho kho lạnh bằng vật liệu này cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Đảm bảo được độ bền lâu dài của công trình.Chống được ẩm đọng lại trang lòng kết cấu.Tránh được đọng sương trên bề mặt kết cấu.

10

Đảm bảo được quy tắc phòng chống cháy nổ, an toàn cho người, hàng hóa bảo quản.

Thuận tiện cho việc bốc dỡ hàng cơ giới.Đảm bảo tối ưu về kinh tế.

2.1 Chọn kết cấu cách nhiệt và cách ẩm 2.1.1 Các kết cấu cách nhiệt phòng lạnh

Các lớp vật liệu của mỗi kết cấu được thể hiện trong hình 2.1, như sau:

i: hệ số truyền nhiệt của lớp kết cấu, (W/m.K);

Để chọn kết cấu cách nhiệt và cách ẩm, ta cần quan tâm thêm hệ số tán ẩm của vật liệu(g/m.h.MPa) Hệ số truyền nhiệt của kết cấu i, hệ số tán ấm của vật liệu được tra trong bảng 3.1 và 3.2 trang 81, 83 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- của Thầy Nguyễn Đức Lợi” 2 ; phụ lục II trang 377 đến 379, “sách Kĩ thuật thông gió” 2 , và phụlục VII sách “Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam” 3 Các thông số này được tổng hợp trong bảng 2.1 sau đây:

Kết cấu

Độ dày lớpkết cấu,

i (m)

Hệ sô truyềnnhiệt,

i (W/m.K)

Hệ số khuếchtán ẩm,(g/m.h.Mpa)

Nhiệt trở của kết cấu,

R (m2.K/W)

(xác định qua CT 6) Tường ngoài

0.0422 Gạch xây

13

1.7232 Lớp cách

3 Tôn dày

Mái nhà (độ dốc i=2%)1 Gạch lá

0.0552 Vữa xi

2.2 Tính chiều dày cách nhiệt của kết cấu bao che

Chiều dày của lớp cách nhiệt được xác định theo yêu cầu cơ bản:

Vách ngoài của kết cấu bao che không được phép đọng sương nghĩa là độ dày của lớp cách nhiệt phải đủ lớn để nhiệt độ bề mặt vách ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sươngChiều dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:

(2.2)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/m K) – thông số tra 2.o

bảng 3.7 trang 86 “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” 1

15

K : hệ số truyền nhiệt hợp lý của toàn bộ kết cấu, (W/m2.oK);

Khl được xác định dựa vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong và ngoài

phòng lạnh, trong đó, độ chênh lệch nhiệt độ được tính theo công thức: t (tNtT) (°C) (2.3)

t : nhiệt độ tính toán bên trong phòng lạnh, °C;

: hệ số kể đến ảnh hưởng của kết cấu bao che;

được tra trong Bảng 3.7 sách giáo trình Thông gió của thầy Trần Ngọc Chấn.■ Sự phụ thuộc của hệ số truyền nhiệt hợp lý Khl vào độ chênh nhiệt độ t được thể

hiện trong bảng 2.2 dưới đây:

Phònglạnh 1

tường phía Bắc (giáp không khí bên

16

tường phía Tây (giáp phòng lạnh 1) 0 0 0.7 0 0.78

tường phía Bắc (giáp không khí bên

Phònglạnh 3

tường phía Đông (giáp không khí bên

tường phía Bắc(giáp với không khí bên

K hl(W/m K)2

17

■ Hệ số truyền nhiệt hợp lý Khl của các kết câu tường và mái của các phòng lạnh phụ

thuộc vào độ chênh nhiệt độ t được thể hiện trong bảng 2.3 dưới đây:

Bảng 2.3 Xác định Khlcho tường và mái của các phòng lạnh

■ Ta sẽ tính toán hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu

Hê số truyền nhiệt thực của kết cấu được xác định trong công thức sau:

(W/m K) (2.4)2

Trong đó:

K : hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu, W/m K;2

1; 2: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài và trong, W/m K, được tra 2

tại bảng 3.7 trang 86 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh” của Thầy Nguyễn Đức Lợi;

i: chiều dày lớp vật liệu thứ i, m;

i: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ I, W/m2.K;

cn: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/m K; 2

cn : chiều dày lớp cách nhiệt được chọn, m;

Đối với nền, chiều dày cách nhiệt được tính toán theo công thức sau:

cnn

i : chiều dày lớp vật liệu thứ i, m;

cn: chiều dày lớp cách nhiệt nền, m;

K : hệ số truyền nhiệt hợp lý của nền, W/m2 K;o

Dựa vào công thức tính toán (9) (10) ta đi xác định chiều dày cách nhiệt và hệ số truyền nhiệt thực cho các phòng lạnh và cửa trên căn cứ như sau: Chọn chiều dày cách nhiệt baogiờ 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.

Kết quả tính toán chiều dày cách nhiệtvà hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che được thể hiện trong bảng 2.4 dưới đây:

,W/m2.Ktường phía Đông 1

tường phía Đông

Phònglạnh số1

tường phía Tây (giáp

19

hành lang)tường phía Bắc (giáp

tường phía Đông (giáp

tường phía Tây (giáp

Phònglạnh số2

tường phía Nam (giáp

tường phía Bắc (giáp

tường phía Đông (giáp

Phònglạnh số3

tường phía Tây 1(giáp

tường phía Tây 2(giáp

20

tường phía Nam (giáp

phòng đệm

21

5 Cửa 0.1 0.039

2.3 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu

■ Tiến hành kiểm tra đọng sương 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 :

K: 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, = 23.30,95 : hệ số an toàn

t: nhiệt độ điểm sương

■ Từ các thông số t = 33.68 C , φ = 81.6 , dựa vào biểu đồ i-d ta xác định được t qua cách làmN o s

sau đây:

Từ các thông số trên t = 33.68 C và φ=81.6% , dựa vào N o biểu đồ i-d ta xác định được t =30.2 Cs o

t = 16 C và φ=81.6%, dựa vào biểu đồ i – d ta xác định được t =12.7 CN o s o

t = 35 C và φ=81.6%, dựa vào biểu đồ i – d ta xác định được t =31.3 CN o s o

Ts được xác định như sau : Từ nhiệt độ t dóng với đường φ=81.6% tại một điểm 1, rồi dóng N

điểm 1 xuống đường d=const cắt φ=100% điểm tại điểm A Từ A dóng với đường t=const ta được nhiệt độ điểm sương t 30.2 c Dưới đây là s = o hình 2.1 tính t trên biểu đồ I-d:s

22

Hình 2.2 Tính toán ts trên biểu đồ I-d

■ Kiểm tra đọng sương đối với các phòng lạnh được liệt kê trong bảng 2.6 sau đây:

Phònglạnh 1

Tường phía đông giáp

Tường phía tây giáp

Tường phía nam giáp

Tường phía bắc giáp

Phònglạnh 2

tường phía nam giáp

Tường phía bắc giáp

Không đọngsươngPhòng

lạnh 3

tường phía đông giáp

tường phía tây giáp

23

tường phía nam giáp

Tường phía bắc giáp

2.4 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:

p pxhmax (2.7)Trong đó:

px: áp suất riêng phần hơi nước thực tếphmax: áp suất bão hòa hơi nước

■ Nghĩa là đường p không được cắt pxhmax mà mà phải luôn nằm phía dưới đường phmax Đường áp suất riêng phần hơi nước p và đường phân áp suất bão hòa pxhmax có thể xác định được nhờ trường nhiệt độ ổn định trong vách cách nhiệt Trường nhiệt độ trong váchđược xác định từ nhiệt độ của các lớp vách nhờ các biểu thức xác định mật độ dòng nhiệt khác nhau:

tf1 , t : lần lượt là nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trongf2

q : mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt

■ Kiểm tra đọng sương đọng ẩm bên trong kết cấu của tường bao và mái ở phòng có nhiệt độ thấp nhất là t = 0t 0C.

a Đối với tường ngoài

24

Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiêt:q = (W/m2)=

= 0,039 × (33,68 – 0) = 1.32 (W/m2)Nhiệt độ các dòng nhiệt truyền qua các lớp vách:q = →

Trong đó :

tf1 , t : lần lượt là nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trongf2

t1, t t t t t t lần lượt là nhiệt độ dòng nhiệt truyền qua các lớp vách2, 3, 4, 5, 6, 7 :

q : mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt

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 2.7 như sau:

Bảng 2.7 Áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên kết cấu tường bao

25

lớp kết cấu 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000chiều dày lớp

● P và P là phân áp suất hơi của không khí ngoài và trong phòng.h1h2

● 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 sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh)

Ta có: (Pa) (Pa)

H = = (m2.h.MPa/g)(g/m h)2

Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt : (Pa)

26

5.3 Tính chọn tháp giải nhiệt

- Ta chọn số tháp làm mát bằng số máy nén để thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa cho tháp giải nhiệt, cũng như tính kính tế trong quá trình sử dụng Ta chọn 2 tháp làm mát.

- Năng suất lạnh của hệ thống tháp làm mát nước là: Q = Q = thápk 328 (kW)

- Năng suất lạnh của 1 tháp làm mát nước là:

nrnvQV =

C × ρ × (t -t ) (m3/h).Trong đó:

C: Nhiệt dung riêng của nước, C = 4,18 kJ/kg.0C;62

- Từ các thông số: t = 31 C, t = 40 C, t = 35 C, tra trên biểu đồ Hình 8-29_ Trang ư 0 nr 0 nv 0

320 Sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của Thầy Nguyễn Đức Lợi, ta tra được k = 1.1.

- Năng suất nhiệt để chọn tháp:

1áp1chon tháp

- Tính đổi từ kW => ton: 1ton(nhiệt) = 3900 (kcal/h), 1(kW) = 860 (kcal/h).

Từ đây ta đổi đơn vị: Q1chon tháp= 149 (kW) = 149 × 8603900 = 32.8 (ton).

-Tra bảng 8-22_ Trang 318_Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, ta chọn được tháp của

hãng RINKI_ kiểu FRK125 Với các thông số kĩ thuật thể hiện trong bảng 4.5 sau: Lưu

Kích thước(mm)

tơ quạt

Khối lượng(kg)

h∅ mm

Chú thích:

63

H - Chiều cao tháp (cả mô tơ) in – Đường nước vào.D – Đường kính ngoài của tháp out – Đường nước ra.of – Đường chảy tràn dr – Đường xả.fv – Van phao qs –Cấp nước nhanh Lưu lượng nước là lưu lượng định mức Với tháp FRK125 lưu lượng định mức là 27.1 (l/s) cho 1 tôn lạnh

Chi tiết cấu tạo của tháp giải nhiệt:

1 Động cơ quạt gió; 2 Vỏ tháp; 3 Chắn bụi nước; 4.Dàn phun nước; 5.Khối đệm ; 6.Cửakhông khí vào; 7.Bể nước; 8.Đường nước lạnh cấp để làm mát bình ngưng; 9.Đường nước nóng từ bình ngưng ra đưa vào dàn phun để làm mát xuống nhờ không khí đi ngượcchiều từ dưới lên; 10 Phin lọc nước; 11.Phễu chảy tràn; 12 Van xả đáy; 13 Đường cấp nước với van phao; 14 Bơm nước; PI – Áp kế; TI – Nhiệt kế.

5.4 Tính chọn thiết bị hồi nhiệt

Dòng nhiệt thiết bị hồi nhiệt có thể xác định bằng công thức:

Q = Q = Q = m (h -h ) 10 = m (h -h ) 10 , (W)Trong đó:

Qhn : Dòng nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt, (W);h1, h1’ : Entanpy của hơi vào và ra khỏi thiết bị hồi nhiệt;m : Lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống, m = 2,9 (kg/s);

ngưng

h3, h3’ : Entanpy của lỏng vào và ra khỏi thiết bị hồi nhiệt;

Từ các thông số trên, ta tính toán được dòng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt như sau:3

Q = 1.3 (405 - 390) 10 = 19500(W)Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị hồi nhiệt được tính toán theo công thức:

Trong đó:

F: Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị hồi nhiệt, m ;2

k : Hệ số truyền nhiệt k của thiết bị hồi nhiệt nằm trong khoảng 120 ÷ 180

(W/m2.K) Chọn k = 180 (W/m2.K).

Q : Dòng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt, W;

t : Hiệu nhiệt độ trung bình, 0C;

Hiệu nhiệt độ trung bình t được tính toán như sau:

F=

180 × 42.1

Từ đây, ta lựa chọn thiết bị hồi nhiệt của hãng SEC Heat Exchangers.

Dựa vào catalog của thiết bị hồi nhiệt ta chọn thiết bị hồi nhiệt model C.73.41.50

Mã thiết bị: C.73.41.50

Loại: Trao đổi nhiệt ngược dòng 65