Mục đích cách ẩm: là để hạn chế sự xâm nhập ẩm vào kho lạnh sẽ làm hủy hoại vật liệu cách nhiệt. Do vậy sẽ làm tăng chi phí vận hành.
Việc cách ẩm được thực hiện nhờ lớp tôn bọc ngoài tấm panel cách nhiệt. Lớp tôn này có sẵn khi ta mua tấm panel cách nhiệt.
2.4. TÍNH TOÁN NHIỆT KHO LẠNH 2.4.1. ĐẠI CƯƠNG
Tính nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt khác nhau đi từ ngoài môi trường vào trong kho lạnh và các nguồn nhiệt khác nhau trong kho lạnh sinh ra. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra môi trường, để đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài.
Mục đích tính nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy nén. Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q, được xác định bằng biểu thức:
Q = 1 2 3 4 5 5 1 Q Q Q Q Q Qi = + + + + ∑ , (W) [1, tr75] (2.10) Trong đó:
Q1- dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh, (W).
Q2- dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra trong quá trình xử lý lạnh, (W). Q3- dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió buồng lạnh, (W).
Q4- dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành kho lạnh, (W).
Q5- dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, (W).
Do đây là kho lạnh bảo quản thịt heo đông lạnh nên Q3 = Q5 = 0. Dòng
nhiệt tổn thất Q chỉ còn các dòng nhiệt sau:
Q = Q1 + Q2 + Q4 (W).
2.4.2. DÒNG NHIỆT QUA KẾT CẤU BAO CHE, Q1
Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che, là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua vách, trần và nền kho, do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong, cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua vách kho.
Dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che xác định theo công thức: Q1 = Q11+ Q12; (W) (2.11) Trong đó :
Q11 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ; (W). Q12 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; (W). Kích thước tính toán:
Chiều dài của kho lạnh: L = 36 m. Chiều rộng của kho lạnh: R = 9 m. Chiều cao của kho lạnh: H = 3,6 m.
Do kho lạnh là kho được lắp ghép bằng các tấm panel được đặt trong phân xưởng nên bức xạ nhiệt là không đáng kể do đó ta có thể bỏ qua.
Q12 = 0 (W)
Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ được xác định theo biểu thức:
Q11 = kt.F(t1 – t2), (W) [1, tr78] (2.12) Trong đó:
kt: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày
cách nhiệt thực; kt = 0,194 (W/m²K).
t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài kho, 0C. t2: Nhiệt độ không khí trong kho, 0C.
Do kho lạnh được đặt trong xưởng chế biến có tường bao xung quanh và có mái che nên nhiệt độ không khí xung quanh kho lạnh sẽ lấy bằng nhiệt độ của khu thành phẩm, t1 = 260C. Chỉ có trần kho lạnh có nhiệt độ cao hơn ta lấy nhiệt độ không khí phía trên trần là 300C.
Từ biểu thức tính dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền thay số vào tính toán ta có được bảng sau:
Bảng 3-1. Bảng tổng hợp dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che
Bao che L (m) R (m) F (m2) Kt t1 (oC) t2 (oC) Q11 (W) Vách 1 36 3,6 129,6 0,194 26 -20,0 1156,55 Vách 2 9 3,6 32,4 0,194 26 -20,0 289,14 Vách 3 36 3,6 129,6 0,194 26 -20,0 1156,55 Vách 4 9 3,6 32,4 0,194 26 -20,0 289,14 Trần 36 9 324 0,194 30 -20,0 3142,8 Nền 36 9 324 0,194 26 -20,0 2891,38 Tổng Q11 8925,56
Vậy dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là: Q1 = Q11+ Q12 = 8925,56 + 0 = 8925,56 (W).
2.4.3. DÒNG NHIỆT DO SẢN PHẨM TỎA RA, Q2
Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra gồm có:
- Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra : Q21 (W). - Dòng nhiệt do bao bì mang vào: Q22 (W).
Ta có: Q2 = Q21 + Q22 (W).
2.4.3.1. Tính dòng nhiệt do sản phẩm toả ra
Ta có: Q21 = M.( h1 – h2 ). 1000
24.3600; (W) (2.13) Trong đó:
M = 0,06.Et: Lượng hàng nhập vào kho ngày và đêm;
Et: Dung tích buồng bảo quản lạnh. 1000
24.3600: Hệ số chuyển đổi từ tấn/24h sang kg/s. ⇒ Μ =321, 43.0,06 19, 29= (tấn/ngày đêm).
h1, h2: Entanpi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh; (kJ/kg) [1, tr81] Nhiệt độ sản phẩm trước khi vào kho bảo quản đông:
t1 = - 12oC suy ra h1 = 24,4 (kJ/kg). Nhiệt độ của sản phẩm trong kho bảo quản:
t2 = -20oC suy ra h2 = 0 (kJ/kg). Bảng 3-2. Tính dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Et (Tấn) M = 0,06Et (Tấn/ngày đêm) h1 (kJ/kg) h2 (kJ/kg) Q21 (w) 321,43 19,29 24,4 0,0 5447,64
2.4.3.2. Tính dòng nhiệt do bao bì toả ra
Do ta chọn phương pháp xếp hàng là đổ đống nên bỏ qua dòng nhiệt từ bao bì. Vậy dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra là : Q22 = 0
2.4.3.3. Kết quả
Bảng 3-4. Tổng dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
Q21(W) Q22 (W) Q2 (W)
5447,64 0 5447,64
2.4.4. DÒNG NHIỆT DO THÔNG GIÓ BUỒNG LẠNH, Q3
Vì đây là kho bảo quản sản phẩm thịt heo, không có sự hô hấp nên không cần thông gió. Do đó Q3 = 0.
2.4.5. DÒNG NHIỆT DO VẬN HÀNH, Q4
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 , (W) [1, tr86] (2.14) Trong đó :
Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41.
Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42. Dòng nhiệt do động cơ điện Q43.
2.4.5.1. Tính dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra, [1, tr86]
Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra xác định theo công thức:
Q41 = A . F; (W) (2.15) Trong đó:
F - là diện tích kho lạnh, F = 3.108 = 324 (m2)
A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng trên 1m2 diện tích, W/m2. Đối với
buồng bảo quản A = 1,2 W/m2; đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m2; đối với
buồng chế biến A = 4,5 W/m2. Chọn A = 1,2 (W/m2). Vậy Q41 = 1,2 .324 = 388,8 (W)
2.4.5.2. Dòng nhiệt do người toả ra
Tính theo biểu thức:
Q42 = 350.n; (W) (2.16) Trong đó:
350 :Nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc là 350 (W/người).
n : Là số người làm việc trong buồng:
• Nếu buồng nhỏ hơn 200m2, n = 2 ÷ 3 người.
• Nếu buồng lớn hơn 200m2, n = 3 ÷ 4 người.
Với F= 324m2. Chọn n = 4 người.
Vậy: Q42 = 350×4 = 1400 (W)
2.4.5.3. Dòng nhiệt do các động cơ điện toả ra [1, tr87]
Q43 = 1000.ΣN; (W) (2.17) Trong đó:
1000: Hệ số chuyển đổi từ kW ra W; N: Công suất động cơ điện (kW).
Dựa vào các số liệu định hướng: Buồng bảo quản lạnh N = 1 ÷ 4 kW. Buồng gia lạnh N = 3 ÷ 8 kW. Buồng kết đông N = 8 ÷ 16 kW.
Đề tài thiết kết buồng bảo quản lạnh đông nên chọn N = 4kW. ⇒ Q43 = 1000 × 4 = 4000 (W).
2.4.5.4. Dòng nhiệt do mở cửa
Trong đó: F – diện tích của kho lạnh, m2.
B – dòng nhiệt dung riêng khi mở cửa, W/m2.
Dòng nhiệt khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng. Với chiều cao buồng 6m lấy theo bảng sau:
Bảng 3-5. Dòng nhiệt riêng khi mở cửa [1, tr87]
Tên buồng B, W/m
2
< 50 m2 50 ÷150 m2 > 150 m2
Bảo quản đông 22 12 8
Với chiều cao buồng h = 3,6 m, diện tích > 150 m2. Sử dụng phương pháp nội suy ta có B = 4,8 W/m2. Suy ra : Q44 = 4,8.324 = 1555,2(W) 2.4.5.5. Kết quả Bảng 3-6. Dòng nhiệt do vận hành Q41 (W) Q42 (W) Q43 (W) Q44 (W) Q4 (W) 388,8 1400 4000 1555,2 7344
2.4.6. DÒNG NHIỆT TỎA RA TỪ SẢN PHẨM KHI SẢN PHẨM HÔHẤP: Q5=0. HẤP: Q5=0.
2.4.7. KẾT QUẢ TÍNH TỔNG DÒNG NHIỆT XÂM NHẬP VÀO KHO
Q = 1 2 3 4 5 5 1 Q Q Q Q Q Qi = + + + + ∑ ; (W)
Bảng 3-7. Tổng dòng nhiệt xâm nhập vào kho
Q1 (W) Q2 (W) Q3 (W) Q4 (W) Q5 (W) Q (W)
8925,56 5447,64 0 7344 0 21717,2
2.4.8. XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ, [1, tr90]
Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất, như biểu thức (3 - 1) đã nêu:
Q = 1 2 3 4 5 5 1 Q Q Q Q Q Qi = + + + + ∑ , (W)
Q3 và Q5 chỉ xuất hiện ở những kho lạnh bảo quản rau quả hoặc đối với các buồng bảo quản rau quả trong kho lạnh phân phối.
Tải nhiệt máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh có thể chỉ lấy một phần tổng của tải nhiệt đó.
- Đối với kho lạnh chế biến lấy 85% Q1.
- Nhiệt tải cho máy nén lấy 100% Q2 đã tính toán được đối với kho lạnh thịt. - Nhiệt tải của máy nén từ dòng nhiệt vận hành được tính bằng 75% Q4. Ta có: QMN = 85%.Q1 + 100%.Q2+ 75%.Q4
Bảng 3-8. Tổng dòng nhiệt cho máy nén
85%Q1(W) 100%Q2(W) 75%Q4(W) QMN(W)
7586,73 5447,64 5508 18542,37
Năng suất lạnh máy nén đối với nhóm buồng có nhiệt độ sôi giống nhau xác định theo biểu thức sau:
Q0 = k Q. MN
b
Σ
; (W) (2.19) 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;
MN
Q
Σ - tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi (lấy từ
bảng tổng hợp 3 – 8).
Hệ số thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh lớn lấy b = 0,9.
Hệ số tính đến tổn thất lạnh trên đường ống và trong thiết bị của hệ thống lạnh làm lạnh trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong dàn lạnh không khí, ta chọn k = 1,07.
Bảng 3-9. Năng suất lạnh máy nén
k b QMN(W) Q0(W)
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH VÀ MÁY NÉN 3.1. TÍNH CHỌN HỆ THỐNG LẠNH
3.1.1. Chọn phương pháp làm lạnh
Trong thực tế có nhiều phương pháp làm lạnh cho kho, nhưng có hai phương pháp thông dụng nhất là: làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp.
- Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau phù hợp với
yêu cầu thiết bị, công nghệ của từng trường hợp cụ thể. Đối với mỗi trường hợp đó người ta sẽ chọn phương pháp làm lạnh sao cho phát huy tối đa ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm. Ở đây thiết kế kho bảo quản lạnh đông thịt heo ta chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp. Vì nó phù hợp với điều kiện kho lạnh:
- Thiết bị đơn giản không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ.
- Tuổi thọ cao, kinh tế vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất
ăn mòn kim loại rất nhanh chóng.
- Đứng về mặt nhiệt động thì ít tổn thất năng lượng vì hiệu nhiệt độ giữa
kho lạnh và dàn bay hơi gián tiếp qua không khí.
- Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ nghĩa là khi làm lạnh trực tiếp thời
gian từ khi mở máy đến lúc kho lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu sẽ nhanh hơn.
- Nhiệt độ kho lạnh có thể giám sát theo nhiệt độ sôi của môi chất, nhiệt
độ sôi có thể xác định dễ dàng qua nhiệt kế của đầu hút máy nén.
- Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ bằng cách đóng ngắt máy nén (đối với
máy lạnh nhỏ và trung bình).
3.1.2. Chọn môi chất lạnh
Môi chất lạnh có tác dụng cung cấp lạnh (thu nhiệt của môi trường xung quanh) trong quá trình nó biến đổi trạng thái.
Môi chất lạnh được sử dụng phổ biến trong các hệ thống lạnh chủ yếu là Amoniac và Freon. Do đó vấn đề lựa chọn một trong hai môi chất lạnh còn tuỳ thuộc vào năng suất hệ thống lạnh, so sánh tính kinh tế kỹ thuật cùng với chế độ vận hành mà lựa chọn hợp lý.
Chọn môi chất lạnh tuần hoàn trong hệ thống là R22.
Việc chọn các thông số làm việc cho hệ thống lạnh là rất quan trọng vì nếu chọn được một chế độ làm việc hợp lý, đúng đắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất lạnh tăng trong khi điện năng tiêu tốn ít.
Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 yếu tố sau:
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, t0.
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất, tk.
- Nhiệt độ quá lạnh, tql.
- Nhiệt độ hơi hút về máy nén hay nhiệt độ quá nhiệt, tqn (th).
3.2.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh; t0 [1, tr 171]
Nhiệt độ sôi của môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh bảo quản. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau:
t0 = tb - ∆t0 = -20 - 10 = -300C (3.1) Trong đó :
tb: nhiệt độ kho bảo quản,0C.
∆t0: hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh và nhiệt độ không khí trong kho. Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp ∆t0 = 8 ÷ 130C.
Chọn ∆t0 = 100C.
3.2.2. Nhiệt độ ngưng tụ tk, [1, tr71]
Nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ.
Thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh có tác nhân làm mát là nước lấy từ nước thành phố được tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt. Và được xác định theo biểu thức:
tk = tw2 + ∆tk (3.2) Trong đó:
tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0C. ∆tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, 0C.
∆tk = 3 ÷ 50C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 ÷ 50C, chọn ∆tk = 50C.
Nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra chênh nhau 2÷ 60C và phụ thuộc vào
kiểu bình ngưng:
tw2 = tw1 + ( 2 ÷ 60C ) (3.3) Trong đó:
tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng, 0C.
Ở đây ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang nên chọn ∆tw = 50C, nghĩa là:
tw2 = tw1 + 50C
Do ta sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt ta lấy nhiệt độ nước vào bình ngưng cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ước 3 ÷ 40C, ta chọn 30C.
tw1 = tư + 30C
Kho lạnh được xây dựng ở Thừa Thiên Huế, nhiệt độ tính theo điều kiện khắc nghiệt nhất với t1 = 37,30C tra đồ thị h – x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển B = 760mmHg; với t1 = 37,3 oC, ϕ =73% được tư = 33oC.
Vậy : tw1 = 33 + 3 = 360C. tw2 = 36 + 5 = 410C. tk = 41 + 5 = 460C.
Vậy nhiệt độ ngưng tụ là : tk = 460C.
3.2.3. Nhiệt độ quá nhiệt tqn (nhiệt độ hơi hút)
Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của môi chất trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi.
Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút phải lỏng. Tùy từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau.
Nhiệt độ hơi hút được xác định theo biểu thức:
th = to+ Δtqn (3.4) Trong đó:
to: Nhiệt độ sôi của môi chất; 0C.
Δtqn:Nhiệt độ quá nhiệt hơi hút, với môi chất R22 thì: ∆tqn=20oC Suy ra: tqn = th = (-30) + 20 = -10oC
3.2.4. Nhiệt độ quá lạnh, tql
Nhiệt độ quá lạnh là nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng cao.
Đối với thiết bị Freon sự quá lạnh được thực hiện trong bình hồi nhiệt, giữa môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh ở bình bay hơi ra trước khi về máy nén.
Từ nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ quá nhiệt. Tra đồ thị lgp-I của môi chất R22 ta được: [ 1, tr340] 300 1 690 0 =− C⇒h′ = t (kJ/kg); 0 1 10 705 qn t = − C⇒ =h (kJ/kg);
tk =460C ⇒h3′ =558(kJ/kg);