2.7.1 Yêu cầu chung
Do sự chênh lệch nhiệt độ luôn có một dòng nhiệt và một dòng ẩm xâm nhập từ ngoài môi trường vào kho lạnh. Dòng nhiệt tổn thất ảnh hưởng đến việc chọn năng suất máy lạnh. Dòng ẩm có tác động xấu đến vật liệu xây dựng và cách nhiệt, làm giảm tuổi thọ vật liệu và cấu trúc xây dựng, làm hỏng cách nhiệt và làm mất khả năng cách nhiệt.Vì vậy cấu trúc xây dựng và cách nhiệt kho lạnh phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến của kho (25 năm đối với kho lạnh nhỏ, 50 năm đối với kho lạnh trung bình và 100 năm đối với kho lạnh lớn và rất lớn):
Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng bảo quản xếp trên nền hoặc treo trên giá treo ở tường hoặc trần. phải chống được ẩm thâm nhập từ ngoài vào và bề mặt tường bên ngoài không được đọng sương
Phải đảm bảo cách nhiệt tốt giảm chi phí đầu tư cho máy lạnh và vận hành. Phải chống được cháy nổ và đảm bảo an toàn.
33 Do các yêu cầu trên, các kho lạnh trung bình và lớn thường được xây dựng bằng các cấu kiện bê tông cốt thép để chịu tải, đặc biệt là nền, cột, dầm, xà đôi khi cả tường. Để tận dụng các vật liệu rẻ tiền, tường bao và tường ngăn thường được xây bằng gạch đỏ, gạch silicat.
2.7.2 Nền, móng và cột
Cấu trúc nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ trong kho, tải trọng của kho hàng bảo quản, dung tích kho lạnh. Do đặc thù của kho lạnh là bảo quản hàng hóa do đó phải có cấu trúc vững chắc, móng phải chịu tải trọng của toàn bộ kết cấu xây dựng, móng kho được xây dựng tùy thuộc vào kết cấu địa chấn của nơi xây dựng.
Móng phải chịu được toàn bộ tải trọng của kết cấu xây dựng và hàng hoá bảo quản, bởi vậy móng phải kiên cố, vững chắc và lâu bền. Móng có thể theo kiểu dầm móng, theo kiểu từng ô không liên tục, móng cọc hoặc móng bè giống như các toà nhà công nghiệp. Nếu sử dụng các cấu kiện bể tông đúc sẵn, khi đổ móng bê tông cốt thép, người ta phải chừa trước các lỗ để lắp cột chịu lực.
34 1. Nền nhẵn; 2. Lớp bê tông tăng cường; 3. Lớp cách nhiệt có dầm gỗ; 4. Lớp cách ẩm 5. Lớp bê tông cốt thép chịu lực; 6. Lớp bê tông gạch vỡ; 7. Lớp đất nền;
2.7.3 Tường bao và tường ngăn
Cách nhiệt ở phía trong phòng lạnh. Trước khi cách nhiệt phải phủ lên tường 1 lớp bitum dày 2,3 mm để cách ẩm sau đó dán cách nhiệt lên. Nếu lớp bitum đó chưa đủ dày theo tính toán phải cách ẩm bổ sung bằng các vật liệu cách ẩm hiệu quả hơn như giấy dầu, màng PVC hoặc giấy nhôm.
Hiện nay có rất nhiều cách xây tường bao và tường ngăn khác nhau. Tùy vào nhiệt độ, diện tích, dung tích… của kho thì sẽ tính toán được bề dày các lớp bê tông, cách nhiệt, cách ẩm.
Sau đây là ví dụ về tường bao và tường ngăn theo TL[1]:
Hình 2.5: Mặt cắt cấu trúc xây dựng tường bao và tường ngăn của kho lạnh truyền thống
a. Tường bao: 1. Lớp vữa trát dày 10 mm; 2. Tường gạch chịu lực 220 mm hoặc 360 mm;
3. lớp bitum 3 mm; 4. 2 lớp cách nhiệt bố trí so le; 5. lớp vữa trát có lưới thép 10 mm
b. Tường ngăn: 2. Tường gạch 100 mm; 4. 2 lớp cách nhiệt bố trí mạch so le có độ dày bằng 0,75 cách nhiệt tường bao, còn lại giống tường bao, lưu ý tường gạch nằm phía có nhiệt độ cao,
2.7.4 Mái, cửa và màn khí
Mái kho lạnh yêu cầu không được đọng nước, không thấm nước, ta có thể sử dụng bitum và giấy dầu làm vật liệu chống thấm nước. Ta bỏ qua dòng nhiệt qua bức xạ mặt trời
35 bởi vì phía trên kho truyền thống là hệ thống kho tự động lắp ghép bằng các tấm panel tiêu chuẩn. Về thứ tự cách nhiệt ta có thể xây theo cấu trúc của tường bao.
Về phần cửa thì hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cửa được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Ở đây ta sử dụng cửa lùa với chiều cao tối thiểu 3m để việc đưa hàng ra vào bằng máy móc được dễ dàng hơn. Phía trên cửa ta bố trí thiết bị tạo màn khí giúp giảm tổn thất nhiệt, khi mở cửa động cơ quạt tự động hoạt động, tạo ra một màn khí thổi từ trên xuống dưới ngăn cản đối lưu không khí nóng bên ngoài với không khí lạnh trong phòng. Ngoài ra đối với các phòng lạnh nhiệt độ dưới 00C thì có thêm các điện trở sưởi quanh cửa tránh hiện trạng đóng băng cửa.
2.7.5 Tính toán cách nhiệt, cách ẩm và kiểm tra động sương kho truyền thống
Việc tính toán cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh nhằm mục đích:
- Hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trường có nhiệt độ cao vào buồng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che.
- Tránh ngưng tụ ẩm trên bề mặt ngoài của các vách trong kho lạnh.
a. Vật liệu cách nhiệt, cách ẩm
Theo như yêu cầu thiết kế, công trình sử dụng vật liệu cách nhiệt, cách ẩm là Polyurethane Foam là nhựa tổng hợp được tạo thành từ hai thành phần hóa học chính là Polyol & Isocyanate. Sau khi khuấy trộn đều và tạo phản ứng hóa học, sản phẩm có tính đàn hồi, dẻo dai, không mối nối, hiệu quả cao trong việc chống thấm, chống nóng, cách nhiệt.
Chi phí đầu tư ban đầu cho phun polyurethane foam có thể lớn hơn so với các loại vật liệu cách nhiệt khác, nhưng nó sẽ tự hoàn vốn đầu tư nhờ khả năng làm giảm chi phí tiền điện, chi phí năng lượng, công suất hệ thống điều hòa không khí và thông gió, hệ thống sưởi ấm,…Nhưng chi phí và chu kỳ bảo dưỡng polyurethane foam rất thấp và dễ dàng.
Phương pháp cách nhiệt ở đây sử dụng máy phun sơn đặc biệt với tỉ lệ hòa trộn dung dịch là 1:1 được phun trực tiếp lên bề mặt vách, trần,… mà không bị chảy. Mỗi lớp phun yêu cầu dày từ 15mm – 30mm. Việc sử dụng phương pháp phun cũng đem lại một số ưu và nhược điểm nhất định:
36
+ Ưu điểm:
Phun polyurethane foam giúp tăng độ bền của vật liệu lên tới 300%.
Phun polyurethane foam lấp đầy các khe hở, các vết nứt, làm tăng tối đa khả năng chống thấm, giảm tiếng ồn từ bên trong và bên ngoài.
Phun polyurethane foam cung cấp một hệ thống cách nhiệt hoàn toàn liền mạch, không có mối nối giúp tiết kiệm lên tới 60% chi phí năng lượng.
Phun polyurethane foam giúp ngăn chặn sự lây lan của không khí bị ô nhiễm, côn trùng, sâu bọ.
+ Nhược điểm:
Thi công polyurethane foam( PU foam) yêu cầu hệ thống máy móc thi công và thiết bị thi công chuyên dụng, hiện đại
Cần thợ thi công lành nghề, tay nghề cao, được đào tạo bài bản và có trình độ chuyên môn. PU Foam Có nhiều ứng dụng khác nhau, đòi hỏi các phương án thi công khác nhau.
Phun polyurethane foam được sử dụng từ rất lâu trên thế giới, dễ dàng được nhận thấy trong các đồ dùng xung quanh chúng ta như: Vách tủ lạnh, bình nóng lạnh, bình nước nóng năng lượng mặt trời, thân máy bay... nhưng vẫn chưa được phổ biến nhiều tại Việt Nam.
Giá thành của polyurethane foam cao hơn so với các vật liệu cách nhiệt, chống thấm truyền thống khác trên thị trường.
b. Tính toán kiểm tra đọng sương kho truyền thống
Theo như xây dựng thì vật liệu xây kho truyền thống đều là bê-tông cốt thép với chiều dầy là 200mm. Tất cả 5 buồng lạnh đều được xây dựng như nhau. Sau khi xây xong công việc tiếp theo là tiến hành phun PU foam cách nhiệt lên bề mặt các vách và trần. Theo như thiết kế thì chiều dầy của lớp PU foam tại các vách ở 5 buồng lạnh là 200mm và trên mái là 100mm. Tại các vách sau khi tiến hành phun PU foam sẽ lợp bên ngoài 1 lớp tôn mạ bảo vệ dày từ 0,5 – 0,6 mm. Còn trên trần thì sẽ dán bitum chống ẩm 1 lớp rất mỏng. Như vậy ta có bảng thông số:
37
Bảng 2.1: Thông số vật liệu kho truyền thống
Vật liệu Chiều dầy, mm Hệ số dẫn nhiệt vật liệu ʎ, W/m.K
Bê-tông 200 1,5
Tôn mạ 0,5 45,36
Bitum 0,1 0,18
PU foam 200 0,025
Với chiều dầy cách nhiệt như vậy ta tính được hệ số truyền nhiệt thực của vách và trần bằng công thức: 𝐾 = 1 𝛿𝐶𝑁 ʎ𝐶𝑁 + ( 1 α1+ ∑ 𝛿𝑖 ʎ𝑖 𝑛 𝑖=1 +α1 2) Trong đó: 𝛿𝐶𝑁 – độ dày lớp cách nhiệt, mm
ʎ𝐶𝑁 – hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/m.K 𝐾 – hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, W/m2K
α1 – hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách, W/m2K α2 – hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2K 𝛿𝑖 – chiều dầy lớp vật liệu thứ i, mm
ʎ𝑖 – hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK
Dựa vào bảng 3.7 [TL1, tr.86] ta xác định được hệ số tỏa nhiệt: α1 = 23,3 𝑊/𝑚2𝐾
38 Như vậy ta tính được hệ số truyền nhiệt thực qua vách và trần lần lượt là:
Kết cấu Hệ số truyền nhiệt thực K, W/m2K
Vách ngoài 0,121
Mái 0,233
Điều kiện để vách ngoài không bị đọng sương là K ≤ Ks Ks = 0,95 . α1 .t1− ts
t1− t2 Trong đó:
α1 – hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách, W/m2K t1 – nhiệt độ không khí bên ngoài kho, 0C
t2 – nhiệt độ không khí bên trong kho, 0C ts – nhiệt độ đọng sương, 0C
Hệ số truyền nhiệt đọng sương của môi trường: Ks1 = 0,95 . 23,3. 37 − 34
37 − (−25)= 1,07
Hệ số truyền nhiệt đọng sương của phòng đệm (t1 = 50C, ɸ1 = 85%): Ks2 = 0,95 . 23,3. 5 − 2,72
5 − (−25) = 1,68 Ks1, Ks2 > K
39
2.8 Cấu trúc xây dựng và cách nhiệt kho lạnh tự động 2.8.1 Cấu tạo kho tự động 2.8.1 Cấu tạo kho tự động
Kho lạnh được tự động hóa bằng robot được xây dựng phía trên kho truyền thống với chiều cao 40m tính từ mái của kho truyền thống. Đây là bước ngoặt công nghệ trong lĩnh vực kho bảo quản.
Vì đây là kho lạnh lắp ghép nên ở đây sử dụng các tấm panel có diện tích L6m x W1m. Với quy mô diện tích như vậy ta có thể ước lượng số lượng panel sử dụng là rất lớn. Giá thành mỗi tấm panel rất mắc cho nên việc thi công lắp đặt phải rất kỹ lưỡng và cần đội ngũ nhân công kinh nghiệm.
Do nằm trên kho truyền thống cho nên về phía sàn kho tự động cũng sử dụng phương án xây bằng bê-tông cho thuận tiện. Các vách bên cạnh phòng đệm cũng được xây bằng bê- tông với chiều cao bằng chiều cao phòng đệm. Việc cách nhiệt các vách này cũng thực hiện phương pháp phun PU foam với chiều dầy thiết kế là 150mm.
Sau đây là ưu điểm và thông số kỹ thuật của các tấm panel :
+ Hiệu quả cách nhiệt cao, gấp đôi so với xốp trắng thông thường. + Kích thước ổn định khi nhiệt độ thay đổi.
+ Khả năng chống thấm nước và hơi nước cao.
+ Panel cách nhiệt có thể chống cháy và tự chống cháy khi có sự cố. + Độ bền trên 20 năm
Lớp cách nhiệt P.U bao gồm:
– Polyurethane foam có độ bền cao – Tỉ trọng: 40 – 42 kg/m³
– Cường độ chịu nén:0.20 – 0.29 MPa – Tỉ lệ bọt kín: > 90%
40
Vật liệu bề mặt:
– Tôn kẽm hoặc nhôm kẽm mạ màu, thép không rỉ hoặc tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng.
– Độ dày bề mặt: 0,45 – 0,50 – 0,60 – 0,70 (mm) – Mặt phẳng hoặc bề mặt lượn sóng (theo yêu cầu)
Kích thước của Panel:
– Chiều dài tối đa: 12.000 mm
– Chiều rộng tiêu chuẩn: 1.130 – 1.150 – 1.170 (mm)
– Chiều dày tiêu chuẩn: 50 – 75 – 100 – 125 – 150 – 175 – 200 (mm).
Ngàm liên kết:
– Khóa không có khóa cam-lock. – Khóa có khóa cam-lock.
Trên thực tế các tấm panel có chiều dầy là 𝛿𝐶𝑁 = 200𝑚𝑚 được phũ bên ngoài 2 lớp tôn mạ màu với chiều dầy mỗi lớp là 0,5 mm. Chi tiết lắp ghép các panel sử dụng kết hợp khóa camlock và mộng âm dương.
Theo bảng 4.5 [TL2, tr.159] ta có:
Bảng 2.2: Thông số vật liệu kho tự động
Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt vật liệu ʎ, W/m.K Chiều dầy, mm
Polyurethane 0,025 200
41
2.8.2 Tính toán kiểm tra đọng sương kho tự động
Dựa vào công thức ta tính được hệ số truyền nhiệt của panel:
𝐾 = 1 𝛿𝐶𝑁 ʎ𝐶𝑁 + ( 1 α1+ ∑ 𝛿𝑖 ʎ𝑖 𝑛 𝑖=1 +α1 2) = 1 0,2 0,025+ 1 23,3+ 2.0,0005 45,36 + 1 9 = 0,123 𝑊/𝑚2𝐾 Lại có: Ks = 0,95 . α1 .t1−ts t1−t2= 0,95.23,3. 37−34 37−(−25) = 1,07 > K Vì vậy vách ngoài panel không bị đọng sương.
2.8.3 Tính toán kiểm tra đọng sương hầm cấp đông
Dựa vào bảng 3.7 [TL1, tr.86] ta xác định được hệ số tỏa nhiệt: α1 = 23,3 𝑊/𝑚2𝐾
α2 = 10,5 𝑊/𝑚2𝐾 đối với buồng lưu thông không khí cưỡng bức mạnh.
Về kết cấu thì các vách của hầm cấp đông được cấu tạo giống như kho truyền thống, nhưng do đặc thù về nhiệt độ thấp cho nên mái của hầm cấp đông được thiết kế là 200mm thay vì 100mm như kho truyền thống. Vì thế ta có:
Bảng 2.3: Thông số vật liệu hầm cấp đông
Kết cấu Hệ số truyền nhiệt thực K, W/m2K
Vách ngoài 0,121
Mái 0,121
Như ta đã tính Ks1 và Ks2 ở trên thì có thể kết luận các vách và mái của hầm cấp đông không bị đọng sương.
42
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN – KIỂM TRA CHU TRÌNH LẠNH, CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐƯỜNG ỐNG CỦA HỆ THỐNG 3.1 Nguyên lí hoạt động (bản vẽ phần phụ lục)
3.1.1 Đối với hơi môi chất NH3
Hơi hạ áp được đầu hút máy nén hút về từ các dàn bay hơi tương ứng.
Từ đây, máy nén nén hơi hạ áp thành hơi quá nhiệt sang bình tách dầu được đính kèm với máy nén, đồng thời tại đây khí không ngưng được xả vào bể nước đặt trên tầng mái. Có tổng cộng 6 máy nén chạy tương ứng với 2 chu trình 2 cấp và 2 chu trình 1 cấp như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của chu trình 1 cấp và 2 cấp của hệ thống
1 máy nén chạy cho hệ nước muối với nhiệt độ bay hơi là -12oC sử dụng chu trình 1 cấp có quá lạnh, quá nhiệt.
1 máy nén chạy cho kho lạnh với nhiệt độ bay hơi là -2oC sử dụng chu trình 1 cấp có quá lạnh, quá nhiệt.
3 máy nén chạy cho kho lạnh với nhiệt độ bay hơi là -32oC sử dụng chu trình 2 cấp làm mát trung gian bằng bộ economizer.
1 máy nén chạy cho hầm đông gió với nhiệt độ bay hơi là -47oC sử dụng chu trình 2 cấp làm mát trung gian bằng bộ economizer.
Hơi quá nhiệt được nén đến 5 thiết bị ngưng tụ giải nhiệt kết hợp gió và nước, môi chất lạnh sau khi ngưng tụ sẽ đi qua bình chứa lỏng đến bình chứa cao áp.
43
Ngã 1 sẽ được tiết lưu -12oC vào bình tràn dịch để thực hiện quá trình bay hơi trao đổi nhiệt với nước muối thông qua bộ trao đổi nhiệt dạng tấm PHE. Sau khi bay hơi, hơi môi chất được hút về đầu hút của máy nén.
Ngã 2 được tiết lưu -2oC vào bình chưa hạ áp và được bơm dịch bơm đi đến các dàn