Đồ án kỹ thuật lạnh Thiết kế kho lạnh bảo quản

Chương này nhằm xác định chiều dày lớp cách nhiệt của kết cấu kho lạnh thỏa mãn điều kiện tối ưu về kinh tế và kĩ thuật thỏa mãn tối ưu lượng lạnh tiết kiệm được với vốn đầu tư và đảm b

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Ý NGHĨA CỦA LẠNH :

Từ xa xưa , loài người đã biết sử dụng lạnh để phục vụ cho đời sống , bằng cách

cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn như dùng băng tuyết để bảo quản sản phẩm mà họ săn bắt được …đó là phương pháp làm lạnh tự nhiên Nhưng muốn làm lạnh ở nhiệt độ tùy ý và giữ nhiệt độ đó trong một thời gian tùy ý thì cần dùng hệ thống làm lạnh nhân tạo.Cho đến nay kỹ thuật lạnh ngày càng phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó n hư:

- Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm

- Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc

- Trong y tế: chế biến và bảo quản các sản phẩm thuốc

- Trong công nghiệp hoá chất : điều khiển các phản ứng hóa học

- Trong lĩnh vực điều hoà không khí cho sản xuất và đời sống

2 MỤC ĐÍCH CẤP, TRỮ ĐÔNG

Để có thể giữ cho thực phẩm được lâu dài nhằm cung cấp, phân phối cho nền kinh

tế quốc dân,thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ cho thực phẩm ở một nhiệt độ thấp (-180C ÷ - 400C) Bởi vì ở nhiệt độ càng thấp thì các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài

TB cả năm Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông

4 Quy trình công nghệ :

Cá sau khi qua phân xưởng chế biến được đưa vào phòng cấp đông có nhiệt

độ là : t cd f = - 30 0C Sau đó qua đóng gói rồi đưa vào phòng trữ đông có nhiệt độ là :

suất lạnh yêu cầu và bố trí hợp lí mặt bằng kho lạnh.

- gv: là định mức chất tải thể tích ,[t/m3] Theo trang 29 , tài liệu [1] thì mỗi m2 có thể sắp xếp được 0,6 đến 0,7t (tươngđương 0,7t/m3) do đó ta có : gv = 0,17 [t/m3]

Suy ra: Fct= 8,8/2= 4,4 m2

3 Diện tích trong của phòng lạnh: F tr

Theo công thức (2-4)trang 30, tài liệu [1] :

Ftr=

F

Fct

 , [m2]

Ở dây ta chọn βF = 0,55 theo bảng 2-4, tài liệu[1]

Theo công thức (2-1)trang 29, tài liệu [1] :

- gv= 0,45 [t/m3] : định mức chất tải thể tích, tra theo bảng 2-3 tài liệu [1] đối

Suy ra: Fct= 111,11/2= 55,55 m2

3 Diện tích trong của phòng lạnh: F tr

Theo công thức (2-4)trang 30, tài liệu [1] :

Ftr=

F

Fct

 , [m2] Với : βF: là hệ số kể đến đường đi lại, diện tích chiếm chỗ của dàn bay hơi, quạt

Ở dây ta chọn theo bảng 2-4 tài liệu[1] với diện tích buồng lạnh từ 20÷100 m2 có βF=0,7

HAÌNH LANG CÂ

Chương này nhằm xác định chiều dày lớp cách nhiệt của kết cấu kho lạnh thỏa mãn điều kiện tối ưu về kinh tế và kĩ thuật (thỏa mãn tối ưu lượng lạnh tiết kiệm được với vốn đầu tư ) và đảm bảo tránh hiện tượng đọng sương

Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo công thức tính hệ số truyền nhiệt k qua vách phẳng nhiều lớp lấy từ (10-5) trang 181 sách truyền nhiệt

k =

2 1

1

1 1

11

Với: - δcn: Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, [m]

- λcn: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt , [W/mK]

- k : Hệ số truyền nhiệt, [W/m

- α1: hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt, [W/m2K]

- α2: hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh tới buồng lạnh, [W/m2K]

- δi: Bề dày yêu cầu của lớp vật liệu thứ i, [m]

- λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, [W/mK]

2.1 TÍNH CÁCH NHIỆT CHO TƯỜNG BAO KHO LẠNH :

Chúng ta sẽ tính cách nhiệt chung cho các tường và tính cho các tường khắc nghiệt Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo 2 yêu cầu cơ bản:

- Vách ngoài 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 ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường ts.

- Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất

1 Kết cấu và các số liệu của nó :

8 9

6 7

3 4 5 2

- Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải

tra theo bảng 3-7 trang 65, tài liệu [1] có: α2=9 W/m2K

- Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -20 0C Tra bảng 3-3 trang 63 tài

liệu [1] với nhiệt độ phòng -20 0C tính cho vách bao ngoài Ta có hệ số truyền nhiệt tối

ưu qua tường : ktư = 0,21 W/m2K

Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông:

0, 22 23,3 0,9 0,82 0,9  0,18  0,15  0,15  0,9 9 = 0,2 m

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt

- Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh

tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có: α2= 10,5 W/m2K

- Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -30 0C Tra bảng 3-3 trang 63 tài

liệu [1] với nhiệt độ phòng -30 0C tính cho vách bao ngoài Ta có hệ số truyền nhiệt tối

ưu qua tường : ktư = 0,19 W/m2K

Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng cấp đông:

3 Kiểm tra nhiệt độ đọng sương :

Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường Điều kiện để không xảy ra hiện tượng

đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66,tài liệu[1].

k ≤ ks = 0,95.α1 n f

s n

t t

t t



 , [W/m2K]

- ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng

- α1=23,3 W/m2K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che

- tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C

- tn= 37,70C : nhiệt độ môi trường ngoài

- ts = 300C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với

7 9 8

4

6 5 3 1

α1= 23,3 W/m2K

- Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải

tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có: α2= 9 W/m2K

- Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -20 0C Tra bảng 3-3 trang 63 tài

liệu[1] với nhiệt độ phòng -20 0C tính cho mái bằng Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,21 W/m2K

Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông:

- Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra

theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có: α2= 10,5 W/m2K

- Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -30 0C Tra bảng 3-3 trang 63 tài

liệu[1] với nhiệt độ phòng -30 0C tính cho mái bằng.Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,17 W/m2K

Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng cấp đông:

A A

11

987654321

Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường Điều kiện để không xảy ra hiện tượng

đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66 tài liệu [1].

k ≤ ks = 0,95.α1 n f

s n

t t

t t





, [W/m2K]

Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m2K]

- ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng

- α1= 23,3 W/m2K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che

- tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C

- tn= 37,70C : nhiệt độ môi trường ngoài

- ts = 300C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với

- Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải

tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có: α2=9 W/m2K

- Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -20 0C Tra bảng 3-6 trang 63 tài

liệu [1] với nhiệt độ phòng -20 0C tính cho nền có sưởi Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua nền có sưởi: ktư = 0,21 W/m2K

Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông:

0, 226 6 1, 2  0,9  0,18  0,15  0,15 1,5 0,9 9 = 0,2 m

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt

- Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra

theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có: α2= 10,5 W/m2K

- Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -30 0C Tra bảng 3-6 trang 64 tài

liệu [1] với nhiệt độ phòng -30 0C tính cho mái bằng Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,17 W/m2K

Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng cấp đông:

0,17 6 1, 2  0,9  0,18  0,15  0,15 1,5 0,9 10,5 = 0,26 m

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt

3 Kiểm tra nhiệt độ đọng sương :

Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp

cách nhiệt Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường Điều kiện để không xảy ra hiện tượng

đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66 tài liệu [1].

k ≤ ks = 0,95.α1 n f

s n

t t

t t





, [W/m2K]

Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m2K]

- ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng

- α1= 6 W/m2K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che

- tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C

- tn= 37,70C : nhiệt độ môi trường ngoài

- ts = 300C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với

Đối với tường ngăn giữa 2 phòng lạnh có nhiệt độ âm như nhau vẫn phải cách nhiệt với chiều dày như tường bao ngoài vì đề phòng trường hợp chỉ có một phòng làm việc

Để thuận tiện cho việc thi công thì chiều dày lớp cách nhiệt tường bao ngoài được dùng chung cho các tường còn lại

CHƯƠNG 3 : TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH.

A

TĐ (-20°C)

TĐ (-20°C)

CĐ (-30°C)

300

100

200 100

- Chương này nhằm tính tổng tổn thất nhiệt của kho lạnh Để từ đó tính ra công suất

yêu cầu của máy lạnh

- Tổn thất lạnh từ kho lạnh ra môi trường được xác định theo biểu thức 4-1, trang 75 ,

3.1 TÍNH NHIỆT CHO PHÒNG CẤP ĐÔNG :

Số liệu cho trước :E = 1,5t/ mẻ, t1 = 18 0C, t2 = −150C , tf = −300C

1 Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q 1

lạnh có thiết kế thêm 1 mái che nắng mưa ở phía trên trần kho lạnh do đó bức xạ từ mặt trời vào kho lạnh là không có => Qbx

1 = 0Vậy: Q1 = Qdl

1 = ∑ki Fi.∆ti , [W]

Với: - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i Đối với các vách bao bên ngoài,

lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1] Đối với tường ngăn giữa

m2K]

- Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2]

1.4 , trang 17, tài liệu [1] :

+ Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với môi trường ngoài :

∆tAB = ∆tAD = tn− tf = 37,7− (−30) = 67,7 0C

+ Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với phòng đệm:

∆tDC = 0,7( tn− tf) = 0,7[37,7− (−30)] = 47,4 0C + Độ chênh nhiệt độ giữa phòng cấp đông với phòng trữ đông qua tường ngăn là :

∆tBC = 0,6(tn – tf) = 0,6[37,7− (−30)] = 40,62 0C

- Chiều cao tính toán phòng lạnh là: tính từ mặt nền đến mặt trên của trần cấp đông :

htt = 3,6 m

- Kích thước chiều dài tường ngoài : theo mục a), trang 77, tài liệu [1]

+ Đối với buồng góc kho : lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn

=> chiều dài tường AB = AD = 4,5m

- Kích thước chiều dài tường ngăn : tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn

=> chiều dài tường BC = CD = 4m

Với : - E: Khối lượng sản phẩm đưa vào cấp đông 1 mẻ, [t]

- i1: Entanpi của cá khi đưa vào ở nhiệt độ 180C, tra bảng (4-2) trang 81 tài

liệu [1] , bằng nội suy ta có : i1 = 325,2 kJ/kg

- i2: Entanpi của cá khi đưa ra ở nhiệt độ −150C, tra bảng (4-2) trang 81

1000 ).

3 , 14 2 , 325 (

5 ,

chiếm tới (10 ÷ 30)% khối lượng hàng (trang 84 tài liệu [1]) và bao bì bằng kim loại nên

- Cbb: Nhiệt dung riêng của bao bì, đối với bao bì bằng kim loại thì : Cbb =

0,45kJ/kg.K (trang 84 tài liệu [1])

- t1: Nhiệt độ đầu vào của bao bì lấy bằng nhiệt đầu vào của sản phẩm

- t2: Nhiệt độ đầu ra của bao bì lấy bằng nhiệt độ của phòng cấp đông

- τ = 11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ sản phẩm

=> Qbb

2 =

3600 11

1000 )).

30 ( 18 (

45 , 0 5 , 1 3 ,

= 0,25 kWVậy tổng tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì là:

- n là số người làm việc trong phòng Vì phòng có diện tích < 200 m2 => chọn n = 2

Q2

c Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q3

4 :

Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần:

+ Một phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh

cơ quạt dàn bay hơi…) Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh.

Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức (4-19), trang 87, tài liệu [1]:

Q3

4 = i.Ni , [kW]

Với: - i :Hiệu suất của động cơ

+ i= dc : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnhĐối với phòng cấp đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=1,5 tấn/mẻ là : N = 4x2 kW

Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đông với công suất là 1,5 tấn/mẻ là:

Ndc

cd =

2

5 , 1 2 4

= 6 kW

=> Tổn thất lạnh do động cơ điện

( η=1 chọn đông cơ đặt trong phòng )

d Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q4

5 Công suất lạnh yêu cầu của máy nén :

Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho phòng

Nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống

và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống Bên cạnh đó thì máy nén không thể vận hành liên tục 24h trong 1 ngày được vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất mỏi làm hỏng máy nén

Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau:

Q0

MN

= Q. b k

Trong đó:

k : hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh

độ dàn bay hơi k = 1,07 (trang 92, tài liệu [1])

b : hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén Dự tính máy nén làm việc

khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92, tài liệu [1])

Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:

Q0

MN

= 1,07.214540,9 ,6 = 25507,14 W

3.1 TÍNH NHIỆT CHO PHÒNG TRỮ ĐÔNG :

Số liệu cho trước : E = 50 tấn , tf = -200C

Vì 2 phòng trữ đông có công suất như nhau nên ta chỉ tính cho phòng GHKF là phòng làm việc khắc nghiệt nhất

1 Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q 1

Ta có : Q1 = Qdl

1 + Qbx

1 = Qdl

1 = ∑ki Fi.∆ti , [W]

Với : - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i Đối với các vách bao bên ngoài,

lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1] Đối với tường ngăn giữa 2

buồng trữ đông có: kGF = 0,58 W/m2K

- Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2]

- ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với môi trường ngoài : ∆tGH = ( tn−tf) = 37,7 −(- 20) = 57,70C

+ Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với phòng đệm:

∆tFK = 0,7( tn−tf) = 0,7[37,3 -(- 20)] = 40,40C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa 2 phòng trữ đông :

∆tGF = 0,6( tn−tf) = 0,6[37,3 -(-20)] = 34,620C

- Chiều cao tính toán phòng lạnh là: htt = 3,6 m

- Kích thước chiều dài tường ngoài : theo mục a), trang 77, tài liệu [1]

+ Đối với buồng góc kho : lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn

=> chiều dài tường GH = HK = FK = 6,5m

- Kích thước chiều dài tường ngăn : tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn

=> chiều dài tường GF = 6m, EC = 2,25m,

- Kích thước chiều dài nền và trần tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn

=> chiều dài nền và trần = 6m

Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau:

Phòng trữ đông II: GHKF

[m x m]

Diện tích F,[m2]

làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa:

- n là số người làm việc trong phòng ,vì phòng có diện tích < 200 m2 => chọn n = 2

Với: - i :Hiệu suất của động cơ

+ i= 1 : Nếu động cơ đặt trong phòng+ i= dc : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng trữ đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng

có công suất E=50 tấn/mẻ là : N = 4 x 0,6 kW

Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng trữ đông với công suất là 50 tấn là:

Ndc

cd =

30

50 6 , 0 4

= 4 kW

=> Tổn thất lạnh do động cơ điện

( η=1 chọn đông cơ đặt trong phòng )

d.Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q4

5 Công suất lạnh yêu cầu của máy nén :

Công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là:

Q0 =

b



Trong đó:

k- hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh

tính được k = 1,06 (trang 92 tài liệu [1])

b- hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén Dự tính máy nén làm việc

khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1])

Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:

Q0

MN

= 1,06.117140,9 ,16 =13796, 68 W