Chương này mục đích nhằm tính tổng tổn thất nhiệt của kho lạnh. Để từ đó ta tìm ra được cơng suất yêu cầu của máy lạnh
► Tổng nhiệt của kho được tính theo cơng thức:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Trong đó:
Q1: Nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che Q2: Nhiệt do sản phẩm tỏa ra
Q3: Nhiệt do thơng gió buồng lạnh Q4: Nhiệt do vận hành
Q5: Nhiệt do hoa quả hô hấp
Hệ thống kho lạnh gồm 6 buồng có kích thước như đã tính tốn ở chương 3 là (7,2; 7,2; 3,6) (m) (dài, rộng, cao)
4.1 Dòng nhiệt tổn thất qua bao che
Nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che bao gồm nhiệt lượng tổn thất qua tường trần, bao do sự chênh lệch nhiệt độ bên ngồi phịng lạnh và nhiệt độ bên trong buồng lạnh và nhiệt lượng tổn thất do bức xạ mặt trời.
Do kho lạnh được đạt trong nhà máy, xung quanh có hệ thống tường bao nên tránh được bức xạ mặt trời, vậy nên ra coi nhiệt lượng tổn thất do bức xạ mặt trời bằng không.
Nhiệt lượng tổn thất qua tường, trần, bao do sự chênh lệch nhiệt độ bên ngồi phịng lạnh và nhiệt độ bên trong phịng lạnh, được tính theo cơng thức:
Q1= QV+QN Trong đó: QV: Nhiệt tổn thất qua vách và trần QN: Nhiệt tổn thất qua nền
(Do các buồng được đặt trong nhà xưởng nên bỏ qua nhiệt do bức xạ mặt trời).
4.1.1 Tổn thất qua vách và trần kho bảo quản lạnh đông
Qv = k1.F1.(tkk - tld) Trong đó:
k1: Hệ số truyền nhiệt qua vách và trần F1: Diện tích vách và trần
tkk: Nhiệt độ ngồi trời tld: Nhiệt độ lạnh đơng
- Vách và trần của kho lạnh được cấu tạo bởi các tấm Panel có độ dày 100 mm có k1 = 0,21 W/m2 K
- Diện tích trần là: Ft = 7, 2 x 7, 2 x 6 = 311,04 (m2)
- Diện tích tường bao là: Fv = 3,6 x 7, 2 x 20 = 518,4 (m2) F1 = Ft + Fv = 311,04 + 518,4 = 829,44 (m2)
QV = 0,21 x 829,44 x ( 37,2 + 20 ) = 9963,2 (W) = 9,9632 (kW)
4.1.2 Tổn thất qua nền kho bảo quản lạnh đông
QN = kn.Fn.(tkk - tld) Trong đó:
kn: Hệ số truyền nhiệt qua nền Fn: Diện tích nền
tkk: Nhiệt độ ngồi trời tld: Nhiệt độ lạnh đơng
- Nền được xây bằng bê tơng có cách nhiệt, cách ẩm có hệ số truyền nhiệt: kn = 0,143(W/m2. K)
- Diện tích nền:
Fn = 7,2 x 7,2 x 6 = 311,04 (m2)
QN = 0,143 x 311,04 x ( 37,2 + 20 ) = 2544,2 (W) = 2,5442 (kW) Vậy tổng nhiệt tổn thất qua bao che kho bảo quản lạnh đông là:
Q1 = 9,9632 + 2,5442 = 12,507 (kW) 4.2 Nhiệt lượng do sản phẩm tỏa ra
Nhiệt lượng do sản phẩm tỏa ra bao gồm dịng nhiệt tỏa ra khi xử lí lạnh và dịng nhiệt tỏa ra từ bao bì.
4.2.1 Dịng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lí lạnh
Q2a = M .(h1−h2).24.36001000 (kW) Trong đó:
h1: Entanpy của sản phẩm trước khi xử lý lạnh (kJ/kg) h2: Entanpy của sản phẩm sau khi xử lý lạnh (kJ/kg) M: Công suất buồng gia lạnh (tấn/ngày đêm)
Các thông số được tra theo bảng 4-2 trang 81, sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi:
- Chọn nhiệt độ của sản phẩm trước khi đưa vào buồng lạnh đông bằng với nhiệt độ môi trường vào mùa hè là t1= 37,2°C, vậy h1=410,92 kJ/kg
- Nhiệt độ sản phẩm sau khi đưa vào buồng lạnh là t2= -20°C, vậy h2=0 kJ/kg
Do kho lạnh là kho lạnh phân phối nên lượng sản phẩm ra vào kho trong 1 ngày được tính 10% dung tích kho lạnh đơng. Mỗi kho bảo quản 210 tấn/ngày:
M = 0,1× 210 = 21 tấn
Q2a = 21 x (410,92 - 0 ) x 24.36001000 = 99,88 (kW)
4.2.2 Dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì
Q2b = Mb . Cb .(t1 -t2 ).24.36001000 Trong đó:
Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì (kJ/kg)
Mb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (tấn/24h) Bao bì thường: Mb = (10-30)% ×M
Bao bì gỗ: Mb = 20% ×M
- Nhiệt dung riêng của bao bì cát tơng: Cb = 1,46 kJ/kg - Khối lượng của bao bì:
Mb = 0,2×21 = 4,2 (tấn/ngày)
Q2b = 4,2 x 1,46 x ( 37,2 + 20 ) x 24.36001000 = 4,06 (kW) - Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh là:
Q2 = Q2a +Q2b = 99,88 + 4,06 = 103,94 (kW) 4.3 Dịng nhiệt do thơng gió buồng lạnh
Q3 = Mk . (h1 – h2) (kW) Trong đó:
h1: Entanpy của sản phẩm ngoài buồng lạnh (kJ/kg) h2: Entanpy của sản phẩm trong buồng lạnh (kJ/kg) Mk: Lưu lượng khơng khí của quạt thơng gió (kg/s)
Mk = V. a. 24.3600ρk Trong đó:
V: Thể tích buồng bảo quản cần thơng gió (m3)
a: Bội số tuần hồn khơng khí trong 1 ngày đêm (lần/24h) ρk: Khối lượng riêng khơng khí trong buồng bảo quản (kg/ m3)
Theo sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2002”, dòng nhiệt tổn thất do thơng gió chỉ tính cho các buồng lạnh đặc biệt bảo quản rau quả và các sản phẩm hơ hấp có thiết kế hệ thơng gió nhằm đảm bảo sự hơ hấp của các sản phẩm bảo quản. Trong phạm vi bài tập, nguyên liệu cần bảo quản là dứa lạnh đơng (khơng có sự hơ hấp), nên khơng thiết kế hệ thống thơng gió, nên dịng nhiệt tổn thất do thơng gió buồng lạnh Q3 = 0
4.4 Dòng nhiệt do vận hành
4.4.1 Dòng nhiệt do vận hành chiếu sáng
Q41 = A x F (kW) Trong đó:
F: Diện tích của buồng (m2)
A: Nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng - Đối với buồng bảo quản, chọn A=1,2 W/m2
Q41 = 1,2 . 7,2 .7,2 . 6 = 373,25 (W) = 0,37325 (kW)
4.4.2 Dòng nhiệt do người tỏa ra
Q42 = 350 x n (kW) Trong đó:
350: Nhiệt lượng do một người thải ra khi làm công việc nặng nhọc (W/người) n: Số người làm việc
- Do buồng có diện tích < 200 m2 nên ta chọn số người làm việc cho cả kho là 4 Q42 = 350 x 4 = 1400 = 1,4 (kW)
4.4.3 Dòng nhiệt do động cơ điện tỏa ra
Q43 = 1000 x N x η (kW) Trong đó:
N: Cơng suất của động cơ điện (kW)
η: Hiệu suất động cơ (động cơ đặt ngoài buồng lạnh)
→ Q43 = 1000 x 2 x 0,96 x 6 = 11,52 (kW)
4.4.4 Dòng nhiệt khi mở cửa
Q44 = B x F (W) Trong đó:
B: Dịng nhiệt khi mở cửa (W/m2) F: Diện tích buồng (m2)
- Do chiều cao buồng lạnh là 3,6m, diện tích 6 phịng bảo quản là 311,04 m2 ta chọn B= 8 W/m2
→ Q44 = 8 x 7,2 x 7,2 x 6 = 2488,32 (W) = 2,48832 (kW) - Do vậy, dòng nhiệt do vận hành là:
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 0,37325 + 1,4 + 11,52 + 2,48832 = 15,782 (kW) 4.5 Công suất lạnh yêu cầu của máy nén
Theo sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2002, trang 120”, tồn bộ dịng nhiệt qua cấu trúc bao che Q1, dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra được tính đầy đủ tải nhiệt cho máy nén, riêng nhiệt tải của q trình vận hành của máy được tính bằng 50-70% Q4. Ta chọn nhiệt tải của máy nén bằng 70% Q4. Từ đó, ta có bảng sau:
Nhiệt
độ Q1 Q2 Q4 Q
-20°C Thiết
bị Máynén Thiếtbị Máynén Thiếtbị Máynén Thiết bị Máynén 12,507 12,507 103,94 103,94 15,782 11,01 132,229 127,457
- Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén:
Q0 = k X∑Q b
Trong đó:
k: Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh b: Hệ số thời gian làm việc
Q: Tổng nhiệt tải của máy nén
- Theo sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2002, trang 92”, ta chọn k=1,06 và b = 0,9
- Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén là: