Kho lạnh bảo quản là một cách bảo quản khá phổ biến đối với ngành công nghiệp xuất nhập khẩu, mục đíchthường dùng để bảo quản thực phẩm, hoa quả,… để sản phẩm giữ được độ tươi ngon và gi
TỔNG QUAN
Sơ lược ngành lạnh
Ngành công nghiệp lạnh đóng vai trò quan trọng trong bảo quản và vận chuyển thực phẩm, dược phẩm và hàng hóa dễ hư hỏng, nhờ duy trì nhiệt độ thích hợp, đảm bảo chất lượng và kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm.
Ngành công nghiệp lạnh ra đời vào cuối thế kỷ XIX tại Mỹ và Châu Âu, ban đầu dựa trên phương pháp làm lạnh tự nhiên như sử dụng hang đá Năm 1834, phát minh máy nén khí của Jacob Perkins đánh dấu bước ngoặt quan trọng, thúc đẩy sự phát triển vượt bậc của ngành.
Máy lạnh ra đời đầu thế kỷ XX, nhanh chóng trở thành thiết bị thiết yếu nhờ ứng dụng rộng rãi trong đời sống và thương mại Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp lạnh giữa thế kỷ XX đã mở rộng việc sử dụng hệ thống làm lạnh trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, y tế và hóa chất.
Từ những năm 1970, ngành công nghiệp lạnh tập trung phát triển công nghệ làm lạnh hiệu quả, thân thiện môi trường, giảm thiểu tác động tiêu cực đến tầng ozon và tiết kiệm năng lượng.
Ngành công nghiệp lạnh không ngừng phát triển, từ công nghệ thô sơ ban đầu đến các giải pháp tiên tiến hiện nay, luôn chú trọng bảo vệ môi trường.
1.1.2 Điểm nổi bật ngành lạnh
Ngành lạnh bao gồm thiết kế, lắp đặt, bảo trì và vận hành hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí, ứng dụng rộng rãi từ hộ gia đình đến quy mô công nghiệp và thương mại.
Dưới đây là một số điểm đáng chú ý về lĩnh vực ngành lạnh:
Ngành công nghệ lạnh đòi hỏi kiến thức vững chắc về nhiệt động lực học, trao đổi nhiệt và quy trình làm lạnh.
Hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp, thương mại, y tế đến hộ gia đình.
Công nghệ làm lạnh hiện đại không ngừng phát triển với hệ thống làm lạnh hiệu suất cao, điều khiển thông minh và giải pháp tiết kiệm năng lượng.
Ngành công nghiệp lạnh đang chuyển đổi sang các giải pháp thân thiện với môi trường, sử dụng chất làm lạnh không gây hại tầng ozon và tiết kiệm năng lượng, đáp ứng nhu cầu bảo vệ môi trường và giảm biến đổi khí hậu.
Ngành lạnh đang thiếu hụt nguồn nhân lực trầm trọng do nhu cầu hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí gia tăng mạnh mẽ.
Ngành công nghiệp lạnh đóng vai trò thiết yếu, mang lại sự thoải mái và an toàn cho con người, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp khác.
1.1.3 Ngành công nghiệp lạnh Việt Nam
Ngành công nghiệp lạnh Việt Nam phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội hiện đại Một số phân khúc nổi bật đang được chú trọng phát triển.
Ngành lạnh Việt Nam tập trung vào sản xuất và lắp đặt hệ thống điều hòa không khí và làm lạnh, cung cấp đa dạng sản phẩm và dịch vụ từ quy mô hộ gia đình đến doanh nghiệp lớn.
Kho lạnh đóng vai trò quan trọng trong ngành thực phẩm, cung cấp giải pháp lưu trữ tối ưu cho mọi loại thực phẩm, từ nguyên liệu đến sản phẩm chế biến, đặc biệt trong bối cảnh ngành này đang phát triển mạnh mẽ.
Sơ lược về nguyên liệu bảo quản
1.2.1 Nguồn gốc, phân bố và phân loại của nguyên liệu
Quả bơ (Persea americana), thuộc họ Lauraceae, có nguồn gốc Trung và Nam Mỹ, hiện được trồng rộng rãi tại Việt Nam, chủ yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ với điều kiện khí hậu lý tưởng Bơ được du nhập vào Việt Nam từ những năm 1940, phát triển mạnh mẽ từ thập niên 1960, thịnh hành ở các tỉnh như Đắk Lắk, Đắk Nông, Gia Lai, Kon Tum, Đồng Nai, Lâm Đồng và Bà Rịa - Vũng Tàu.
Cây bơ bắt đầu cho trái sau 3 năm, đạt năng suất 50-200kg/cây (5-10 năm tuổi), tăng lên 200-300kg (10-25 năm tuổi) rồi giảm về 100-200kg (trên 25 năm tuổi) Thu hoạch bơ từ tháng 5 đến tháng 10 Các giống bơ phổ biến tại Việt Nam gồm bơ sáp, bơ tím, bơ nước, bơ xanh, bơ nếp, bơ mỡ và các giống lai như Hass, Booth 7, Reed, Fuerte, Ettinger, và các giống TA.
Hàm lượng dầu trong các loại bơ khác nhau (5-30%), với bơ sáp và bơ mỡ có hàm lượng cao nhất, vượt trội so với bơ nước Cấu trúc quả bơ gồm vỏ, thịt và hạt (10-25% trọng lượng quả), với hình dáng và màu sắc vỏ đa dạng (xanh vàng đến tím đậm) Thịt quả có màu vàng kem đến vàng đậm Giống bơ Booth, được nghiên cứu bởi Công ty Eakmat, là một giống bơ nổi bật hiện nay.
Bơ Booth sở hữu hàm lượng chất béo cao (15%), vượt trội so với các giống khác (5%), kết hợp hương vị thơm ngon và vỏ dày giúp bảo quản đến 10 ngày, lý tưởng cho xuất khẩu.
- Giá trị sử dụng: Quả bơ thường được coi là một loại thực phẩm siêu dinh dưỡng, chứa từ
Bơ chứa 5-36% chất béo, chủ yếu là axit béo đơn bão hòa như axit oleic và palmitoleic Hàm lượng axit béo đa bão hòa thấp hơn Bơ cũng cung cấp axit α-linolenic (Omega-3), quan trọng cho hệ miễn dịch, thị lực, tế bào và tổng hợp eicosanoids.
Quả bơ, giàu chất béo đơn bão hòa và phytosterol lành mạnh, giúp giảm nguy cơ bệnh tim mạch và có thể thay thế mỡ sữa trong sản xuất kem, tăng độ nhớt và độ cứng (Ervina et al., 2017) Hàm lượng đường thấp, giàu protein và chất xơ hỗ trợ tiêu hóa, ổn định đường huyết và tạo cảm giác no lâu.
Quả bơ giàu hợp chất phenolic như axit gallic, flavonoid, anthocyanin và tocopherol, phân bố trong thịt quả, vỏ và hạt Thịt quả chứa nhiều axit gallic, axit vanillic, axit ferulic và quercetin; vỏ bơ giàu polyphenol, catechin, epicatechin và flavonoid khác Quả bơ cũng chứa carotenoid (lutein, zeaxanthin, neoxanthin, violaxanthin), tuy hàm lượng thấp [1]
Bơ giàu khoáng chất (sắt, phốt pho, magiê, kali, natri, mangan, canxi, selenium, kẽm, đồng) và vitamin (E, nhóm B, C), giúp ngăn ngừa bệnh tim mạch, đột quỵ, xơ vữa động mạch, tăng cholesterol HDL và giảm oxy hóa lipid Phytosterols trong bơ còn hỗ trợ phòng ngừa tiểu đường type 2, bệnh tim mạch và một số loại ung thư.
Bơ, với giá trị dinh dưỡng cao và hương vị độc đáo, là nguyên liệu phổ biến trong nhiều món tráng miệng Việt Nam như sinh tố, kem, đồng thời được dùng kèm món mặn như cơm, các món cuốn với tôm, thịt nướng, cá hồi, làm tăng thêm hương vị đặc biệt cho món ăn.
Bơ, với giá trị dinh dưỡng cao, mang lại lợi ích kinh tế bền vững cho nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam Sự đa dạng sản phẩm và tiềm năng xuất khẩu lớn giúp bơ tạo ra nguồn thu nhập đáng kể cho nông dân và doanh nghiệp, khẳng định giá trị kinh tế quan trọng của cây trồng này.
Bơ, sản phẩm nông nghiệp giá trị cao, được xuất khẩu rộng rãi từ Việt Nam, Mexico, Peru và nhiều quốc gia khác sang các thị trường quốc tế, đặc biệt là các nước phát triển Nhu cầu toàn cầu về thực phẩm lành mạnh thúc đẩy sự mở rộng thị trường bơ đầy tiềm năng.
Bơ mang lại giá trị gia tăng đáng kể thông qua chế biến thành dầu, mỹ phẩm và sản phẩm đông lạnh Năng suất cao, vòng đời dài, và chi phí sản xuất thấp giúp bơ tối ưu hiệu quả kinh tế, đem lại thu nhập ổn định cho nông dân và thúc đẩy kinh tế nông thôn.
Kem bơ Đà Lạt nổi tiếng là sản phẩm du lịch đặc trưng, thu hút khách tham quan nhờ hương vị thơm ngon, béo ngậy từ sự kết hợp giữa bơ xay mịn, kem tươi và đậu phộng rang Việc sử dụng bơ đa dạng trong ẩm thực, từ sinh tố, kem đến các món ăn cao cấp, thúc đẩy phát triển ngành du lịch và nhà hàng.
Kho lạnh 1 Khái niệm kho lạnh
Kho lạnh là hệ thống bảo quản thực phẩm và hàng hóa bằng cách duy trì nhiệt độ thấp, kéo dài tuổi thọ và đảm bảo chất lượng sản phẩm Ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, dược phẩm và nhiều lĩnh vực khác cần bảo quản sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ Kho lạnh giữ vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng, giảm thiểu tổn thất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 1.3.1 Hình ảnh sơ bộ về kho lạnh
Dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau mà sẽ có nhiều kiểu kho lạnh bảo quản
- Phân loại theo công dụng:
Kho lạnh sơ bộ dùng để làm lạnh và bảo quản tạm thời thực phẩm tại nhà máy chế biến trước khi sang giai đoạn chế biến tiếp theo.
+ Kho chế biến: Được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực phẩm (nhà máy sữa,….)
Kho phân phối là nơi trung chuyển hàng hóa từ sản xuất đến bán lẻ/người tiêu dùng, tối ưu hóa việc cung cấp và đáp ứng nhanh nhu cầu thị trường.
Kho trung chuyển (cross-docking) là không gian tiếp nhận và phân phối hàng hóa tức thời, loại bỏ lưu kho dài hạn, tối ưu chi phí và thời gian vận chuyển, đặc biệt hiệu quả với chuỗi cung ứng quy mô lớn.
Kho thương nghiệp là không gian lưu trữ hàng hóa phục vụ tiêu thụ và bán buôn, chức năng chính là bảo quản hàng hóa trước khi phân phối đến người tiêu dùng hoặc nhà bán lẻ.
Kho vận tải, bao gồm kho trên tàu thủy, đường sắt và đường bộ, là nơi lưu trữ hàng hóa tạm thời, tối ưu hóa quá trình giao nhận, đảm bảo vận chuyển nhanh chóng và hiệu quả.
Kho sinh hoạt là nơi chứa các hàng hóa thiết yếu phục vụ nhu cầu tiêu dùng hàng ngày của cá nhân và hộ gia đình, bao gồm thực phẩm, đồ dùng gia đình và các sản phẩm tiêu dùng khác.
- Phân loại theo nhiệt độ:
+ Kho bảo quản nước đá
- Theo dung tích chứa: Kho 50 tấn, 100 tấn,……
- Theo đặc điểm cách nhiệt:
Kho xây, với cấu trúc bê tông cốt thép và lớp cách nhiệt bên trong, tốn diện tích, chi phí cao, thiếu thẩm mỹ, khó đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và khó di dời, nên ít được sử dụng hiện nay.
Kho lạnh panel, được cấu tạo từ các tấm panel polyurethane ghép nối bằng khóa camlocking, được ưa chuộng nhờ giá thành hợp lý, thiết kế thẩm mỹ, lắp đặt và tháo dỡ dễ dàng, hiệu quả bảo quản thực phẩm cao Do đó, loại kho này được nhiều xí nghiệp lựa chọn.
1.3.3 Ưu điểm, nhược điểm của kho lạnh bảo quản
Hệ thống kho lạnh bảo quản đóng vai trò thiết yếu trong ngành thực phẩm và logistics, đảm bảo chất lượng sản phẩm bằng kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm Tuy mang lại nhiều lợi ích, hoạt động kho lạnh cũng tiềm ẩn khó khăn cần doanh nghiệp cân nhắc để khai thác hiệu quả và bền vững.
Kho lạnh giúp bảo quản thực phẩm và hàng hóa dễ hỏng lâu hơn, giảm thiểu lãng phí.
+ Giữ gìn chất lượng: Kiểm soát nhiệt độ giúp bảo toàn hương vị, giá trị dinh dưỡng và độ tươi mới của sản phẩm.
Kho lạnh giúp mở rộng khả năng phân phối sản phẩm đến nhiều thị trường, tăng cơ hội tiêu thụ.
Hệ thống kho lạnh hiện đại giúp doanh nghiệp đáp ứng linh hoạt nhu cầu thị trường, đặc biệt trong mùa cao điểm, nhờ khả năng điều chỉnh nhanh chóng theo biến động tiêu dùng.
Kho lạnh đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì lớn, gây ảnh hưởng đáng kể đến ngân sách doanh nghiệp.
Hệ thống kho lạnh tiêu thụ điện năng cao, gây tốn kém và ảnh hưởng môi trường.
Các loại panel thông dụng
Panel kho lạnh, vật liệu nhẹ, cách nhiệt tốt, giá thành rẻ hơn polyurethane (PU), dễ lắp đặt và vận chuyển, độ bền cao, chịu va đập và chịu nhiệt tốt, phù hợp với các dự án ngân sách hạn chế.
Panel EPS, hay panel tôn xốp, là vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống nóng, chống ẩm hiệu quả, được cấu tạo từ lõi EPS và hai lớp tôn mạ màu nhôm kẽm bền chắc Ứng dụng rộng rãi nhờ chất lượng cao và tính năng vượt trội.
Panel EPS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều công trình, từ vách ngăn, trần nhà xưởng đến phòng sạch, kho lạnh, kho bảo quản, kho bãi và các môi trường đặc thù như sản xuất thiết bị điện tử hay chiết xuất nước hoa.
Hình 1.4.2 Cấu tạo của tấm panel EPS
Panel PU, vật liệu xây dựng từ polyurethane, nổi bật với khả năng cách nhiệt cao nhờ hệ số dẫn nhiệt thấp, lý tưởng cho kho lạnh, tường cách âm và mái nhà Độ bền cao, chịu lực tốt, cùng tính linh hoạt và trọng lượng nhẹ giúp dễ vận chuyển, lắp đặt và tạo hình đa dạng, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnh, ô tô và nội thất.
Hình 1.4.3 Tấm cách nhiệt PU
Nội dung và yêu cầu thiết kế
1.5.1 Bảo quản bằng kho lạnh
- Sản phẩm bảo quản: bơ nguyên trái
- Nhiệt độ kho lạnh bảo quản: 4℃
Chọn địa điểm đặt là ở Thành Phố Hồ Chí Minh:
Nhiệt độ, ℃ Độ ẩm tương đối,%
TB cả năm Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông
Bảng 1.5.2 Thông số nhiệt độ và độ ẩm tương đối
R22 (CHClF2) là môi chất lạnh khí không màu, mùi thơm nhẹ, áp suất bay hơi cao, hiệu suất làm lạnh lớn hơn R12, dễ lưu thông trong đường ống nhỏ và có khả năng làm sạch hệ thống An toàn với kim loại và phi kim loại nhưng hòa tan chất hữu cơ Không độc hại, không cháy nổ, không làm hỏng thực phẩm, dễ bảo quản và vận chuyển, tuy giá cao Tuy nhiên, R22 gây hiệu ứng nhà kính, cần cân nhắc tác động môi trường dù mức độ phá hủy tầng ozon thấp R22 được dùng rộng rãi trong các hệ thống điều hòa không khí công suất trung bình, lớn và rất lớn.
TÍNH TOÁN KHO LẠNH
Bơ được chứa trong các khay nhựa có kích thước 560x370x280mm
Hình 2.1 Hình ảnh và kích thước của khay nhựa
Mỗi chồng xếp được 9 khay cao : 0.28 x 9 = 2.52m Chọn chiều cao chất tải là 2,52m, chiều cao kho là 3m
Tính thể tích kho lạnh theo công thức:
E: dung tích kho lạnh ( tấn ) mv: định mức chất tải ( t/m 3 )
2.3 Tính diện tích thô yêu cầu
Trong đó: h : chiều cao xếp hàng (m) βF : hệ số sử dụng diện tích
2.4 Số lượng buồng lạnh z=F th f [2]
Trong đó: f : là kích thước buồng lạnh theo quy chuẩn 6x6m 2 z = 58 36 ,08 = 1 ,61 → Chọn zc= 2 buồng lạnh
2.6 Dung lương thực của kho
Tải trọng nền được tính theo công thức: mf = mv.h [2]
Trong đó: mf : Định mức chất tải theo diện tích (t/m 2 ) ị mf = 0,911.2,52= 2,29 (t/m 2 )
Hình 2.7 Hình 3D mô phỏng bố trí của kho lạnh
CHƯƠNG 3: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM – KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG
Ta có công thức chung tính chiều dày lớp cách nhiệt của kho lạnh như sau:
cn : Độ dày yêu cầu của lớp vật liệu cách nhiệt, m
cn : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt, W/m.K k : Hệ số truyền nhiệt, W/m 2 K
1 = 23,3 W/m 2 K: Hệ số toả nhiệt của bề mặt ngoài của vách ngoài (tường bao) và mái (Phụ lục 3) [3]
2 = 9 W/m 2 K: Hệ số tỏa nhiệt của bề mặt trong buồng lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải(bảo quản hàng lạnh) (Phụ lục 3) [3]
i : Bề dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i, m
i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i, W/m.K
Chọn vật liệu cách nhiệt là tấm cách nhiệt polyurethane cứng, có hệ số dẫn nhiệt cn 0,041 W/m.K (Phụ lục 1) [3]
3.1 Tính chiều lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương cho vách
3.1.1 Tính chiều dày lớp cách nhiệt của vách
Ta có hệ số truyền nhiệt k qua vách bao ngoài ở nhiệt độ buồng lạnh 4°C = 0,35 W/m 2 K
STT Tên vật liệu Chiều dày , m Hệ số dẫn nhiệt
1 Lớp vữa trát xi măng 0,02 0,92
3 Lớp vữa trát xi măng 0,02 0,92
5 Lớp vật liệu cách nhiệt polyurethane cứng
6 Lớp vữa trát xi măng lưới thép 0,02 0,92
Bảng 3.1.1 Bảng kết cấu vật liệu của vách [3]
Từ số liệu trong bảng ta có thể tính chiều dày lớp cách nhiệt của vách như sau:
=> Chọn chiều dày lớp cách nhiệt là 100 mm.
3.1.2 Kiểm tra đọng sương cho vách
Hệ số truyền nhiệt thực tế của vách: kt 1 1 α 1 +∑ i=1 n ❑ δ i i + ❑ δ cn cn + α 1
Với kt là hệ số truyền nhiệt thực tế của vách, W/m 2 K
= 0,2936 W/m 2 K Để vách không bị đọng sương ta phải thỏa mãn điều kiện kt ≤ ks với kt = kmax
Ta có công thức tính ks như sau: ks = 0,95 α1 t t 1−t s
Hệ số truyền nhiệt đọng sương (ks, W/m².K), nhiệt độ ngoài kho lạnh (t1, °C), nhiệt độ đọng sương ngoài trời (ts, °C), nhiệt độ trong kho (t2, °C) và hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài vách và mái (α1) là các thông số quan trọng trong tính toán truyền nhiệt của kho lạnh.
W/m 2 K 0,95 là hệ số an toàn
Với nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất là 34°C , độ ẩm tương đối là 74% tra đồ thị I – d ta được ts = 28,7°C
Từ kết quả tính được ta thấy kt < ks => Vách không bị đọng sương.
3.2 Tính chiều dày lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương cho trần kho
3.2.1 Tính chiều dày cách nhiệt của trần kho
Chọn trần kho có kết cấu như sau:
STT Tên vật liệu Chiều dày , m Hệ số dẫn nhiệt ,
1 Lớp vữa trát xi măng 0,01 0,92
4 Lớp cách nhiệt polyurethane cứng ? 0,041
5 Lớp bê tông cốt thép 0,2 1,5
6 Lớp vữa trát xi măng 0,01 0,92
Bảng 3.2.1 Bảng kết cấu trần kho
Với nhiệt độ trong buồng lạnh là 4°C ta có hệ số truyền nhiệt k qua trần kho = 0,33 W/m 2 K [3]
Từ số liệu đã có ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt của trần kho như sau:
=> Chọn chiều dày lớp cách nhiệt là 125 mm
3.2.2 Kiểm tra đọng sương cho trần kho
Hệ số truyền nhiệt thực tế của trần kho: ktt 1 1 α 1 +∑ i=1 n δ i
Với ktt là hệ số truyền nhiệt thực tế của trần kho, W/m 2 K ị k tt 1 1
= 0,331 W/m 2 K Để trần kho không bị đọng sương ta phải thỏa mãn điều kiện ktt ≤ ks, với ktt = kmax
=> Từ kết quả tính được ta thấy ktt < ks => Trần kho không bị đọng sương
3.3 Tính chiều dày cách nhiệt và kiểm tra đọng sương cho nền kho
3.3.1 Tính chiều dày lớp cách nhiệt của nền kho
Ta có bảng kết cấu nền kho như sau:
STT Tên vật liệu xây dựng Chiều dày
3 Lớp cách nhiệt polyurethane cứng ? 0,041
Bảng 3.3 Bảng kết cấu của nền kho
Hệ số truyền nhiệt k của nền kho ở nhiệt độ buồng lạnh 4°C là 0,41 W/m 2 K (Phụ lục 2)
Ta sử dụng công thức tính chiều dày lớp cách nhiệt của nền kho như sau:
=> Chọn chiều dày lớp cách nhiệt của nền kho là 100 mm
3.3.2 Kiểm tra đọng sương cho nền kho
Hệ số truyền nhiệt thực tế của nền kho: ktn 1 1 α 1 +∑ i=1 n δ i
Với ktn là hệ số truyền nhiệt thực tế của nền kho, W/m 2 K ị k tn 1 1
= 0,41006 W/m 2 K Để nền kho không bị đọng sương thì phải thỏa mãn điều kiện ktn ≤ ks và ktn = kmax
=> Từ kết quả tính được ta thấy ktn < ks => Nền kho không bị đọng sương
Tính tải nhiệt cho kho lạnh
Tải nhiệt kho lạnh được tính theo công thức:
Q1: Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che của buồng lạnh
Q2 : Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
Q3 : Dòng nhiệt do vận hành buồng lạnh
Q4 : Dòng nhiệt do vận hành buồng lạnh
Q5 : Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp (rau, quả)
4.1 Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q 1
Chọn chiều dày cách nhiệt tường ngoài:
Bảng 4.1 Hệ số truyền nhiệt k vách ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh, W/m 3 K [3]
Diện tích xung quanh : Fxq = 3.2.(9 + 16) = 150 m 2
Hiệu nhiệt độ t = 34 – 4= 30 o K ị Tổng Q1 của toàn kho lạnh: Q 1 = k.F t = 0,35.474.30 = 4,977 kW
4.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q 2
Q21 : Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
Q22: Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra
4.2.1 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q 21
Mái bằng 0,17 0,2 0,23 0,26 0,29 0,33 0,47 m: năng suất buồn lạnh,tấn/24h h1- h2: entanpy của sản phẩm trước và sau khi đưa vào buồng lạnh (kJ/kg)
1000 24.3600 : là hệ số tính chuyển đổi từ tấn/24h sang (kg/s) m = 30 (tấn/24h)
Nhiệt độ của bơ trước khi đưa vào buồng lạnh: t1 o C
Nhiệt độ của bơ sau khi đưa vào buồng lạnh: t2 =4 o C
Tra bảng 4.1 Entanpy của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, o C,kJ/kg [2]
Từ t1 => h1 = 308,8 kJ/kg t2 => h2 = 286,7 kJ/kg
4.2.2 Tính dòng nhiệt bao bì tỏa ra Q 22
Mb : khối lượng bao bì Đưa vào thùng sản phẩm, ta có Mb = 30.0,1= 3 (t/24h)
Cb: nhiệt dung riêng của bao bì, Cb khay nhựa =1,9 (kJ/kg.k) t1, t2: Nhiệt độ nước và sau khi đưa vào buồng lạnh, o C
4.3.Tính dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q 3
Trong đó: Mk _ lưu lượng không khí của quạt, kg/s
1 24.3600 là hệ số chuyển đổi 24h ra giây
Vậy ta có: Q3 = Mk.(h1- h2) = 0,0076.(91 - 14) =0,58 kW
Trong đó: h1: entanpy môi trường bên ngoài kho lạnh h2: entanpy môi trường bên trong kho lạnh
4.4 Các dòng nhiệt do vận hành Q 4
4.4.1 Nhiệt tỏa ra do chiếu sáng Q 41
A: Nhiệt tỏa ra chiếu sang 1m2,buồng lạnh A =1,2 W/m 2
F: Diện tích sàn buồng lạnh hoặc kho lạnh, m 2 ị Q41= A.F = 72 1,2= 86,4 (W)
4.4.2 Dòng nhiệt tỏa ra do người làm việc Q 42
Mỗi người lao động tỏa ra 350W nhiệt lượng Hai buồng làm việc, mỗi buồng 36m², mỗi buồng 2 người, tổng cộng 4 người Do đó, tổng nhiệt lượng tỏa ra là 1400W (350W/người x 4 người).
4.4.3 Dòng nhiệt tỏa ra từ động cơ điện Q 43
: Hiệu suất động cơ với máy nén để bên ngoài nên =0,8
4.4.4 Dòng nhiệt do mở cửa Q 44
B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m 2
Tên buồng B, W/m 2 đối với F, m 2 Đến 50 m 2 50 ÷ 150 m 2 > 150 m 2
Gia lạnh, trữ lạnh và bảo quản lạnh cá 23 12 10
Bảng 4.2 Dòng nhiệt riêng khi mở cửa theo chiều cao của buồng là 6m và diện tích buồng [2] ị Q 44 = B.F = 2.(29.36) = 2088 W
4.4.5 Tổn thất nhiệt do xả băng Q 45
Chọn xả băng bằng phương pháp điện trở: Q45 = n.N., W [2]
Trong đó: n là số lần xả băng 2 lần/ngày đêm
N là công suất điện trở xả băng
là thời gian xả bang, phút/ lần ị Q45 = n.N. = 2 1,5.1800 = 5400 W
Vậy dòng nhiệt tỏa ra đi vào buồng lạnh:
4.5 Tính nhiệt độ toả ra do hô hấp Q5
E: dung lượng kho lạnh (tấn) qn: Nhiệt toả hô hấp ở nhiệt độ nhập vào buồng lạnh, W/tấn qbq: Nhiệt toả hô hấp ở nhiệt độ bảo quản lạnh, W/tấn
4.6 Xác định tải lạnh cho dàn bay hơi và máy nén
4.6.1 Tải lạnh cho dàn bay hơi
4.6.2 Tải lạnh cho máy nén
Công suất nhiệt cần thiết Qmn được tính toán dựa trên công thức: Qmn = (a × 4,6) + 8,07 + 0,58 + (b × 11,374) + 3,92, với hệ số hiệu chỉnh nhiệt toả từ kết cấu bao che a = 0,5 và hệ số hiệu chỉnh nhiệt toả do vận hành b = 0,75 Kết quả tính toán cho thấy Qmn = 23,4 kW.
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN
Hình 5.1 Chu trình một cấp freôn có hồi nhiệt
5.1 Tính chọn chu trình 1 cấp R22
Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 45 o C
Nhiệt độ quá nhiệt: tqn = 25 o C
Nhiệt độ quá lạnh: t ql = 10 o C
Từ số liệu trên ta sử dụng phần mềm Coolpack [4] để tính toán được các thông số sau:
Bảng 5.1 Thông số các điểm nút trên đồ thị lgp-h Điểm nút 1’ 1 2 3’ 3 4 Áp suất 4,213 4,213 17,29 17,29 17,29 4,213
Hình 5.1.1 Biễu diễn các điểm nút trên phần mềm coolpack [4]
Từ bảng số liệu trên, ta có:
- Năng suất lạnh riêng khối lượng: qo = h1 + h4 = 421,07 - 234,1 = 177,97 (kJ/kg)
- Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = 0,06234 177 , 97 = 2854,8 (kJ/m3)
- Công nén riêng: l = h2 - h1 = 461,285 - 421,07 = 40,215 (kJ/kg)
- Năng suất nhiệt riêng: qk = h2 -h3’ = 461,285 - 253,5 = 207,788 (kJ/kg)
- Hệ số lạnh COP của chu trình: e = q l o = 177 40,215 , 97 = 44
5.2 Tính chọn máy nén một cấp R22
Từ phần mềm Bitzer [5] ta chọn máy nén như sau:
Hình 5.2 Tính chọn máy nén trên phần mềm bitzer [5]
Từ phần tính toán trên ta có các input như sau:
- Công suất lạnh: Qo = 23,4 kW
- Nhiệt độ bay hơi: to = -5 o C
- Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 45 o C
- Nhiệt độ gas đầu hút: th = 20 o C
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI, THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
6.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ
- Năng suất thực tế của máy nén: mtt = Q q o o
- Công nén đoạn nhiệt của chu trình:
30.10 = 99 m 2 ị Chọn dàn ngưng: (Tra phụ lục 5) [2]
Thông số chủ yếu Thông số quạt gió Năng suất
Công suất Điện Đường kính Đường kính
Ký hiệu thải nhiệt trao đổi nhiệt lượng quạt không khí động cơ áp ống vào ống ra
Bảng 6.1 Thông số dàn ngưng được chọn
Hình 6.1 Hình ảnh thiết bị ngưng tụ
6.2 Tính chọn thiết bị bay hơi
- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết:
F = k t Q o o [3] k: là hệ số truyền nhiệt, ( Tra bảng 8.7, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của Nguyễn Đức Lợi) [3] k = 400 W/m 2 k
t tb = 10 o C đối với bình bay hơi ống xoắn freon sôi trong ống ị F = 23 400.10 , 4 1000 = 5,85 m 2
Theo bảng 8.9 tr 283 (phụ lục 4) [3], ta chọn thiết bị bay hơi ống vỏ freon sôi trong ống:
TBBH Diện tích bề mặt Đường kính Chiều dài Số ống Sức chứa m 2 mm mm m 3
Bảng 6.2 Thông số thiết bị bay hơi được chọn
Hình 6.2 Thiết bị bay hơi trong kho lạnh
6.3 Tính chọn van tiết lưu
Van tiết lưu trong hệ thống lạnh giảm áp suất và nhiệt độ môi chất lạnh từ trạng thái cao xuống thấp, đồng thời điều tiết lưu lượng môi chất vào thiết bị bay hơi.
Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài tự động điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh vào dàn bay hơi dựa trên độ quá nhiệt hơi hút, tối ưu hiệu suất hệ thống.
+ Máy lạnh một cấp freon, sử dụng môi chất R22
Tra bảng phụ lục 6 [2] : tk = 45 o C → pk = 17,2 bar to = -5 o C → po = 4,2 bar Lấy Sp i = 2 bar, vậy hiệu áp qua van tiết lưu là:
Tra catalogue của van tiết lưu nhiêt kiểu T (phụ lục 7):
Ta được:+ Ký hiệu loại van: TEX 5-4.5
Phụ lục 1: Vật liệu cách nhiệt, cách ẩm và xây dựng [3]
Vật liệu Khối lượng riêng, kg/m 3
Tấm polystirol 25 – 40 0,047 Dùng để cách nhiệt tường bao, tường ngăn, cột; lớp phủ; trần; các tấm bê tông cốt thép định hình; đường ống; thiết bị và dụng cụ
0,058 0,058 Các tấm khoáng tẩm bitum 250 – 350 0,08 – 0,093
Các tấm cách nhiệt than bùn 170 – 220 0,08 – 0,093 Ống, thiết bị, tường ngăn Tấm lợp fibro xi măng
Cách nhiệt tường bao, tường ngăn, kết cấu tấm ngăn, khung giá
Tấm cách nhiệt bê tông xốp (400-500kg/m³, 0.15W/mK) dùng cho mái, vách ngăn và chống cháy; tấm lợp perlit (200-250kg/m³, 0.076-0.087W/mK) ứng dụng trong chống cháy, cách nhiệt trần và nền; và đất sét, sỏi (300-350kg/m³, 0.17-0.23W/mK) dùng để cách nhiệt trần, nền.
Vật liệu chịu lửa xốp 100 – 200 0,08 – 0,098
Cách ẩm nền, trần, tường và thiết bị, đường ống
Các tấm cách nhiệt bê tông amiang 350 – 500 0,093 – 0,13
Xây dựng kho lạnh kiểu truyền thống
Các tấm bê tông amiang 1900 0,35
Tường xây đá hộc 1800 – 2200 0,93 – 1,3 Đá vôi vỏ sò 1000 – 1500 0,46 – 0,7 Đá túp 1100 – 1300 0,46 – 0,58
Vữa trát khô từ tấm xơ gỗ 700 0,21
Phụ lục 2: Hệ số k của nền có sưởi [3]
Nhiệt độ của không khí trong buồng lạnh, °C Từ -4 đến 4 -10 Từ -20 đến -30
Phụ lục 3: Hệ số tỏa nhiệt α1 và α2 [3]
Bề mặt vách Hệ số tỏa nhiệt α, W/m 2 K
Bề mặt ngoài của vách ngoài (tường bao) và mái 23,3
Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên tường 8 nền và trần 6 - 7
Bề mặt trong buồng lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải (bảo quản hàng lạnh) 9
Bề mặt trong buồng đối lưu cưỡng bức mạnh (buồng gia 10,5 lạnh và kết đông)
Phụ lục 4: Bình bay hơi ống vỏ nằm ngang amoniac và freon
Phụ lục 5: Dàn ngưng quạt thổi ngang kiểu FNH của hãng Gao Xiang Trung Quốc
Thiết bị bay hơi Diện tích bề mặt, m 2 Đường kính, mm
Kích thước phủ bì, mm Số lượng ống
Thể tích không gian giữa các ống, m 3
Thông số chủ yếu Thông số quạt gió Đường kính ống vào Đường kính ống ra
Diện tích trao đổi nhiệt
Số lượng Đường kính quạt
Công suất động cơ Điện áp
Phụ lục 6: Bảng hơi ẩm của R22 t P p’ p’’ v’ v’’ h’ h’’ r s’ s’ ’
℃ bar Kg/dm 3 Kg/m 3 dm 3 /kg m 3 /kg kJ/kg KJ/kg KJ/kg Kj/kg.K Kj/kg.K
Phụ lục 7 trình bày năng suất lạnh (kW) của van tiết lưu kiểu T, TE và PHT sử dụng gas R22 Năng suất lạnh phụ thuộc vào hiệu áp qua van (bar), nhiệt độ bốc hơi, và độ quá lạnh lỏng 4K.
Hiệu áp qua van Hiệu áp qua van Dp, bar
Nhiệt độ bay hơi +10℃ Nhiệt độ bay hơi 0℃