Giáo trình Thiết kế và lắp đặt hệ thống máy lạnh cung cấp các kiến thức về tính toán thiết kế hệ thống lạnh, tính toán các chu trình lạnh, tính chọn máy nén, các thiết bị phụ, xây dựng, lắp đặt các thiết bị trong hệ thống lạnh. Mời các bạn cùng tham khảo!
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI LẠNH
XÁC ĐỊNH KẾT CẤU HỘ DÙNG LẠNH, ĐỐI TƯỢNG CẦN LÀM LẠNH VÀ KIỂU LÀM LẠNH
Kho lạnh là một dạng trong những hộ dùng lạnh được phân tích trong tài liệu này
1.1 Xác định diện tích, kết cấu ngăn che
* Xác định thể tích kho lạnh
Thể tích kho được xác định theo công thức sau:
E - Năng suất kho lạnh, (Tấn sản phẩm) gv - Định mức chất tải của các loại kho lạnh, (Tấn sản phẩm/m 3 )
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn chất tải của các loại sản phẩm
TT Sản phẩm bảo quản Tiêu chuẩn chất tải g v
Thịt bò đông lạnh 1/4 con
4 Gia cầm đông lạnh trong hòm gỗ 0,38
5 Cá đông lạnh trong hòm gỗ hoặc cactông 0,45
6 Thịt thân, cá đông lạnh trong hòm, cactông 0,70
9 Đồ hộp trong các hòm gỗ hoặc cactông 0,60 ÷0,65
10 Cam, quýt trong các ngăn gỗ mỏng 0,45
KHI SĂP XẾP TRÊN GÍA
11 Mỡ trong các hộp cactông 0,70
12 Trứng trong các ngăn cactông 0,26
13 Thịt trong các ngăn gỗ 0,38
14 Giò trong các ngăn gỗ 0,30
15 Thịt gia cầm đông lạnh trong các ngăn gỗ 0,44
16 Nho và cà chua ở khay 0,30
17 Táo và lê trong ngăn gỗ 0,31
18 Cam, quýt trong hộp mỏng 0,32
19 Cam, quýt trong ngăn gỗ, cactông 0,30
24 Thịt gia lạnh hoặc kết đông bằng giá treo trong công ten nơ 0,20
Tiêu chuẩn chất tải xác định khối lượng không bì nếu sản phẩm không có bao bì và là khối lượng cả bao bì nếu sản phẩm có bao bì Để tính thể tích buồng cấp đông, có thể dùng tiêu chuẩn chất tải theo một mét chiều dài giá treo là 0,25 t/m Nếu dùng xe đẩy có giá treo, có thể dùng chất tải theo diện tích m2, mỗi 1 m2 có thể sắp xếp được 0,6 đến 0,7 t, tương đương 0,17 t/m3.
Tiêu chuẩn chất tải trên các thiết bị lạnh và kho lạnh dành cho mục đích thương mại và tiêu dùng thấp hơn đáng kể so với các kho lạnh được nhắc ở trên Thực tế, tải trọng thường dao động từ 100 đến 300 kg/m² diện tích kho lạnh, phụ thuộc vào loại hàng, cách đóng gói và cách sắp xếp hàng trên giá Do đó, khi thiết kế và vận hành kho lạnh thương mại, cần cân nhắc kỹ các yếu tố này để tối ưu hóa không gian lưu trữ và đảm bảo an toàn cho hàng hóa.
* Xác định diện tích chất tải
Diện tích chất tải của các kho lạnh được xác định theo công thức sau:
F - Diện tích chất tải, (m 2 ) h - Chiều cao chất tải của kho lạnh, (m)
Chiều cao chất tải của kho lạnh phụ thuộc vào chiều cao thực tế h1 của kho lạnh Chiều cao h1 được xác định bằng chiều cao phủ bì của kho lạnh H, trừ đi hai lần chiều dày cách nhiệt δ.
Chiều cao chất tải được xác định bằng chiều cao thực tế của h1 trừ đi khoảng hở cần thiết để không khí lưu thông phía trên, và khoảng hở này phụ thuộc vào chiều dài của kho: kho càng dài thì cần để khoảng hở lớn để gió lưu thông Khoảng hở tối thiểu phải đạt từ 500 đến 800 mm Chiều cao chất tải còn phụ thuộc vào cách sắp xếp hàng trong kho: nếu hàng hóa được đặt trên giá thì khả năng chất tải sẽ lớn, nhưng nếu không đặt trên giá thì chiều cao chất tải không thể lớn.
Chiều cao phủ bì H của kho lạnh hiện nay được thiết kế theo các kích thước tiêu chuẩn là 3000mm, 3600mm, 4800mm và 6000mm; tuy nhiên khi cần thay đổi, chiều cao này có thể được điều chỉnh theo yêu cầu thực tế.
Chiều dày xíchma của kho lạnh nằm trong khoảng xíchma = 50 đến 200mm, tuỳ thuộc nhiệt độ bảo quản và tính chất của tường (tường bao, tường ngăn)
* Xác định tải trọng của nền và của trần
Tải trọng của nền và của trần được tính toán theo định mức chất tải và chiều cao chất tải của nền, cũng như tải trọng từ giá treo hoặc móc treo tác động lên trần Quá trình tính toán này nhằm đảm bảo sự an toàn, ổn định và tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế khi lắp đặt hệ thống treo trên nền và trần.
Để xác định tải trọng nền và trần, công thức được sử dụng là gf ≥ gv.h, trong đó gf là tải trọng của nền và trần (tấn/m²), gv là định mức chất tải (tấn/m³) và h là chiều cao chất tải (m) Nói cách khác, gf phải bằng hoặc lớn hơn tích gv và h để đảm bảo an toàn cho kết cấu.
* Xác định diện tích cần xây dựng
Diện tích kho lạnh thực tế phải tính toán đầy đủ, bao gồm đường đi bên trong kho, khoảng hở giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh và các yếu tố phụ trợ khác; vì vậy diện tích xây dựng phải lớn hơn diện tích tính toán ban đầu và được xác định theo một công thức cụ thể để đảm bảo tối ưu không gian lưu trữ, luồng hàng hóa và hiệu quả làm lạnh.
FXD - Diện tích cần xây dựng, (m 2 )
5 βT – Hệ số sử dụng diện tích được tính dựa trên các yếu tố như diện tích dành cho đường đi lại, khoảng hở giữa các lô hàng và diện tích lắp đặt dàn lạnh, cùng các yếu tố liên quan khác Hệ số này được xác định theo bảng 1.2 để phản ánh mức độ tối ưu hóa khai thác không gian và hỗ trợ đánh giá hiệu quả bố trí trong kho và các khu vực liên quan.
Bảng 1.2: Hệ số sử dụng diện tích
Diện tích buồng lạnh, m 2 F Đến 20 0,5 0,6
Qua bảng 1.2 cho thấy buồng lạnh càng rộng thì hệ số sử dụng diện tích càng cao do có thể bố trí hợp lý hơn các lối đi, lô hàng và thiết bị Việc tối ưu hóa không gian lưu trữ lạnh phụ thuộc vào kích thước buồng và cách bố trí lối đi, pallet và thiết bị, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng diện tích và cải thiện năng suất kho lạnh.
* Xác định số phòng lạnh cần xây dựng:
Số lượng phòng lạnh cần xây dựng được xác định qua công thức sau: f
Fl - diện tích lạnh cần xây dựng, m 2
Z - số phòng lạnh tính toán xây dựng f - là diện tích buồng lạnh quy chuẩn, m 2
Diện tích buồng lạnh quy chuẩn được tính theo hàng cột cách nhau 6 m, nên diện tích cơ sở là 36 m² Các quy chuẩn khác nhau là bội số của 36 m² Trong quá trình tính toán, diện tích lạnh có thể lớn hơn diện tích ban đầu khoảng 10–15% khi chọn Z là số nguyên.
* Xác định dung tích thực tế của kho lạnh:
Nếu số buồng lạnh nhận được khi thiết kế mặt bằng, khác với tính toán thì xác định dung tích quy ước thực của kho lạnh theo biểu thức
Et - Dung tích thực của kho lạnh, tấn
Zt - Số phòng lạnh thực tế xây dựng
E - Dung tích kho lý thuyết, tấn
Z - Số phòng lạnh lý thuyết cần xây dựng
Khi thiết kế mặt bằng kho lạnh cần phải tính toán thêm các diện tích lạnh phụ trợ chưa nằm trong các tính toán ở trên Ví dụ như hành lang, buồng chất tải, tháo tải, kiểm nghiệm sản phẩm, buồng chứa phế phẩm và kể cả buồng kết đông của kho lạnh phân phối
Bảng 1.3: Kích thước kho bảo quản tiêu chuẩn Năng suất kho
Kích thước ngoài Dài x Rộng x Cao (mm)
1.2 Xác định nhiệt độ cần làm lạnh
Kho lạnh chuyên dùng chỉ có một buồng với một chế độ nhiệt độ duy nhất Nhưng trong kho lạnh thường có nhiều phòng với các chế độ nhiệt độ khác nhau để bảo quản các sản phẩm khác nhau Ngay trong tủ lạnh gia đình cũng có ba ngăn riêng với ba chế độ nhiệt độ: ngăn đông nhiệt độ là -6 0 C, -12 0 C hoặc -18 0 C để bảo quản đông; ngăn lạnh nhiệt độ (0 ÷ 5) 0 C để bảo quản lạnh và ngăn rau quả nhiệt độ (7 ÷ 10) 0 C để bảo quản rau tươi Sau đây là đặc trưng các phòng lạnh khác nhau có thể có trong kho lạnh
Nhiệt độ bảo quản thường dao động từ -1,5°C đến 0°C và độ ẩm tương đối 90–95% RH Các sản phẩm bảo quản như thịt, cá được đóng gói trong bao bì và xếp lên giá trong phòng lạnh Dàn lạnh có thể là dàn tĩnh hoặc dàn quạt.
Dùng để bảo quản các loại thịt, cá, rau, quả… đã được kết đông, nhiệt độ từ (-18 ÷ -20) 0 C, nhiều khi đến -23 0 C theo yêu cầu đặc biệt, độ ẩm (80 ÷ 90) %
RH Dàn lạnh có thể là dàn tĩnh hoạc dàn quạt
- Phòng đa năng (-12 0 C): Được thiết kế có nhiệt độ là -12 0 C nhưng khi cần có thể đưa lên 0 0 C để bảo quản lạnh hoặc đưa xuống -18 °C để bảo quản đông
Có thể dùng phòng đa năng để gia lạnh cho sản phẩm Dàn lạnh có thể là dàn tĩnh hoặc dàn quạt
Thiết bị này được dùng để gia lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống mức nhiệt độ bảo quản lạnh cần thiết, nhằm thực hiện quá trình làm lạnh sơ bộ cho các sản phẩm đông lạnh theo phương pháp kết đông hai pha.
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH
Việc tính cân bằng nhiệt là bước xác định phụ tải nhiệt cần thiết cho hệ thống lạnh, từ đó làm cơ sở để chọn máy nén lạnh phù hợp với quy mô và yêu cầu vận hành của kho lạnh Quá trình ước lượng phụ tải dựa trên sự cân bằng giữa nhiệt lượng vào và nhiệt lượng bị mất do truyền qua vách, cửa và các yếu tố cách nhiệt, nhằm đảm bảo hệ thống có công suất phù hợp và vận hành ổn định Đối với kho lạnh, các tổn thất nhiệt chủ yếu bao gồm tổn thất qua vỏ kho lạnh, qua cửa mở/đóng, và các đường rò nhiệt nơi tiếp xúc giữa không gian lưu trữ và môi trường bên ngoài, cùng với nhiệt sinh ra từ dụng cụ lưu trữ, người vận hành và hệ thống chiếu sáng Việc xác định đúng phụ tải giúp tối ưu hiệu suất hệ thống lạnh, giảm chi phí vận hành và đảm bảo nhiệt độ lưu trữ được duy trì ở mức yêu cầu.
Nhiệt phát ra từ các nguồn nhiệt nội tại, bao gồm nhiệt từ động cơ điện, từ đèn điện, từ cơ thể con người, từ các sản phẩm tỏa ra và từ quá trình hô hấp của sản phẩm.
Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che, do bức xạ nhiệt, do mở cửa, do bức xạ và do lọt không khí vào phòng
Tổng tổn thất nhiệt kho lạnh được xác định:
Q1 - Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của kho lạnh
Q2 - Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh
Q3 - Dòng nhiệt do không khí bên ngoài mang vào khi thông gió buồng lạnh
Q4 - Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh
Q5 - Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp (thở) chỉ có ở các kho lạnh bảo quản rau quả
2.1 Tính toán dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q 1
Dòng nhiệt truyền qua cấu trúc bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền 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 tường bao và trần.
Q11- dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ;
Q12- dòng nhiệt qua tường bao và trần do bức xạ mặt trời
Thông thường nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che được cho là bằng 0 trong các kho lạnh hiện nay Hầu hết kho lạnh là kho panel được lắp đặt bên trong nhà xưởng, cách ly với nhiệt từ môi trường bên ngoài nên không có nhiệt bức xạ tác động lên hệ thống lạnh.
2.1.1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ
Q11 = kt.F.(t1 - t2) (2-3) Trong đó: kt- hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m 2 K
F - diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m 2 t1- nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0 C; t2- nhiệt độ trong buồng lạnh, 0 C
+ Xác định diện tích bề mặt kết cấu bao che F
Diện tích bề mặt kết cấu bao che được xác định từ diện tích mặt ngoài của kho Để tính diện tích này, ta dựa vào các kích thước chiều rộng, chiều dài và chiều cao của kho Khi áp dụng, ta sử dụng công thức phù hợp với hình dạng của kho (ví dụ với hình hộp chữ nhật diện tích bề mặt được tính bằng 2 × [chiều dài × chiều rộng + chiều dài × chiều cao + chiều rộng × chiều cao]).
Ft = Chiều dài x Chiều cao
Kích thước chiều dài tường ngoài được xác định như sau: với buồng ở góc kho, đo từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn (chiều dài l1, l3) Với buồng ở giữa, chiều dài được tính là khoảng cách giữa các trục tường ngăn (chiều dài l2) Đối với tường ngoài hoàn toàn, chiều dài được tính từ mép tường ngoài này đến mép tường ngoài kia (chiều dài l4).
Kích thước chiều dài tường ngăn được xác định như sau: đối với buồng ngoài, chiều dài được tính từ mặt trong của tường ngoài đến tâm tường ngăn (ký hiệu chiều dài là l5); đối với buồng trong, chiều dài được tính từ tâm tường ngăn này đến tâm tường ngăn kia (ký hiệu chiều dài là l6).
Đối với kho cấp đông (panel chôn một phần dưới đất), chiều cao được tính từ mặt nền đến mặt trên của trần; đối với kho lạnh (panel đặt trên hệ thống thông gió), chiều cao được tính từ đáy panel nền đến mặt trên của panel trần.
Hình 1-1: Cách xác định chiều dài của tường
- Tính diện tích trần và nền
Diện tích của trần và của nền được xác định từ chiều dài và chiều rộng
Tường ngăn với tường ngăn: Chiều dài và chiều rộng lấy từ tâm của các tường ngăn
Tương ngoài với tường ngăn: Mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn
- Xác định nhiệt độ trong phòng và ngoài trời
Nhiệt độ không khí bên trong t2 buồng lạnh lấy theo yêu cầu thiết kế, theo yêu cầu công nghệ
Nhiệt độ ngoài trời t1 được định nghĩa là giá trị trung bình cộng của hai yếu tố nhiệt độ: nhiệt độ trung bình cực đại của tháng nóng nhất và nhiệt độ tối đa được ghi nhận trong vòng 100 năm gần đây, tham khảo phụ lục 1 Cách xác định này giúp chuẩn hóa dữ liệu nhiệt độ ngoài trời và tăng khả năng so sánh biến đổi nhiệt độ theo thời gian.
Lưu ý: Đối với các tường ngăn mở ra hành lang buồng đệm, nhiệt độ bên ngoài không cần xác định; hiệu nhiệt giữa hai bên vách được dùng làm căn cứ định hướng cho thiết kế và vận hành, và các giá trị tham khảo liên quan sẽ được trình bày ở phần sau.
- Nếu hành lang có cửa thông với bên ngoài: Δt = 0,7 (t1 – t2)
- Nếu hành lang không có cửa thông với bên ngoài
- Dòng nhiệt qua sàn lửng tính như dòng nhiệt qua vách ngoài
- Dòng nhiệt qua sàn bố trí trên nền đất xác định theo biểu thức:
+ Nếu nền đất có sưởi xác định theo biểu thức:
Q11 = kt F (tn – t2), W (2-4) tn - nhiệt độ trung bình của nền khi có sưởi
+ Nếu nền không có sưởi có thể xác định theo biểu thức:
𝑄 11 = ∑ 𝑘 𝑞 𝐹 𝑖 (𝑡 1 − 𝑡 2 ) 𝑚 (2-5) kq- hệ số truyền nhiệt quy ước tương ứng với từng vùng nền;
Hình 1.2: Phân dãi nền kho lạnh
F là diện tích tương ứng với từng vùng nền, m^2; t1 là nhiệt độ không khí bên ngoài, 0°C; t2 là nhiệt độ không khí bên trong buồng lạnh, 0°C; m là hệ số tính đến sự gia tăng tương đối trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt Để tính dòng nhiệt vào qua sàn, người ta chia sàn thành các vùng khác nhau, mỗi vùng có chiều rộng 2 m, tính từ bề mặt tường bao vào giữa buồng (hình 21-2) Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước kq, đơn vị W/m^2K, được lấy theo từng vùng, là các giá trị tương ứng với từng vùng.
- Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tường bao: kI= 0,47 W/m 2 K; FI =4.(a+b)
- Vùng rộng 2m tiếp theo về phía tâm buồng: kII = 0,23 W/m 2 K; FII = 4.(a+b) - 48
- Vùng rộng 2m tiếp theo: kIII =0,12 W/m 2 K; FIII =4.(a+b) - 80
- Vùng còn lại ở giữa buồng lạnh: kIV = 0,07 W/m 2 K; FIV =(a - 12).(b - 12)
Đối với vùng một, diện tích rộng 2 m tại góc của tường bao được tính hai lần do giả thiết có dòng nhiệt đi vào từ hai phía Vì vậy, công suất nhiệt F được tính bằng công thức F = 4(a + b), trong đó a và b là hai cạnh của buồng lạnh.
Khi diện tích kho nhỏ hơn 50 m 2 thì coi toàn bộ là vùng I
Trong quy trình phân chia thành vùng, nếu chỉ có thể chia thành 1, 2 hoặc 3 vùng mà không thể chia thành 4 vùng thì ta bắt đầu đánh số từ vùng 1 trở đi Ví dụ, khi chỉ chia được 2 vùng, vùng ngoài được đánh số là vùng I và vùng trong được đánh số là vùng II.
Hệ số m đặc trưng cho sự tăng trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt:
𝜆 𝑛 ) (2-6) δi - Chiều dày của từng lớp của kết cấu nền; λi - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K;
Nếu nền không có cách nhiệt thì m = 1
2.1.2 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do bức xạ Q 12
Hầu hết các kho lạnh và kho cấp đông hiện nay được lắp đặt trong nhà kiên cố nên thực tế không chịu ảnh hưởng của nhiệt bức xạ từ môi trường bên ngoài, giúp duy trì điều kiện bảo quản và tối ưu hóa hiệu suất năng lượng cho quá trình vận hành Trong các trường hợp đặc biệt, có thể tính nhiệt bức xạ mặt trời trực tiếp tác động lên kho lạnh bằng các phương pháp chuẩn, tùy thuộc vào vị trí địa lý, hướng công trình và thời gian chiếu sáng.
Q12 = kt.F.Δt12 (2-7) kt - hệ số truyền nhiệt thực của vách ngoài, W/m 2 K
F - diện tích nhận bức xạ trực tiếp của mặt trời, m 2 ;
17 Δt12- hiệu nhiệt độ dư, đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào mùa hè,
Nhiệt lượng nhập từ bức xạ mặt trời vào kho lạnh phụ thuộc vào vị trí địa lý của kho, cụ thể là vĩ độ Mức bức xạ mặt trời và tải nhiệt mà kho nhận được thay đổi theo vĩ độ, khiến lượng làm lạnh cần thiết tăng hoặc giảm Hướng của các tường ngoài và diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh nắng cũng ảnh hưởng đáng kể đến lượng nhiệt nhập vào kho lạnh Vì vậy, để tối ưu hiệu quả cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng, thiết kế kho lạnh nên xem xét kỹ vị trí địa lý, hướng tường và diện tích bề mặt tiếp xúc với tia nắng mặt trời.
TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM, KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG, ĐỌNG ẨM CỦA VÁCH
3.1 Tính chiều dày cách nhiệt
Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo 02 yêu cầu cơ bản:
1- Vách ngoài của kết cấu bao che không được phép đọng sương, nghĩa là chiều dầy lớp cách nhiệt đủ lớn
2- Chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành trên một đơn vị lạnh là rẻ nhất Để tính chiều dầy cách nhiệt cần xác định hệ số truyền nhiệt k Hệ số truyền nhiệt k được chọn theo bảng tra theo giá trị kinh nghiệm
Chiều dày của lớp cách nhiệt được xác định theo phương trình:
CN - độ dày yêu cầu lớp cách nhiệt, m
CN là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, đơn vị W/(m·K); tra bảng 1.12 để tham khảo giá trị k là hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, đơn vị W/(m^2·K) α1 là hệ số toả nhiệt bên ngoài bể đá, thể hiện sự trao đổi nhiệt từ không khí lên tường bể muối, đơn vị W/(m^2·K) α2 là hệ số toả nhiệt bên trong bể đá, mô tả sự toả nhiệt khi nước muối chuyển động ngang qua vách đứng, đơn vị W/(m^2·K).
28 δi - Chiều dày của các lớp còn lại của tường bể đá (bảng 1-12), mm λi - Hệ số dẫn nhiệt của các lớp còn lại, W/m.K
Bảng 1.12 Vật liệu cách nhiệt, cách ẩm và xây dựng
Vật liệu Khối lượng riêng, kg/m 3
Hệ số dẫn nhiệt , W/m.K Ứng dụng
Vật liệu cách nhiệt được dùng để cách nhiệt cho tường ba, tường ngăn, cột và lớp phủ, trần; đồng thời phù hợp với các tấm bê tông cốt thép định hình, đường ống, thiết bị và dụng cụ, cũng như các tấm ngăn và khung giá, nhằm tăng hiệu quả cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng.
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 fibrô ximăng 300 400 0,15 0,19 Cách nhiệt tường bao, tường ngăn, kết cấu tấm ngăn, khung giá
Trong hệ thống cách nhiệt và chống cháy cho mái và nền, tấm cách nhiệt bê tông xốp có độ dày 400–500 mm và hệ số truyền nhiệt khoảng 0,15 được dùng cho mái kết cấu tấm ngăn và vành chống cháy Tấm lợp từ hạt perlit có độ dày 200–250 mm, hệ số truyền nhiệt 0,076–0,087, thích hợp cho kết cấu cửa vành chống cháy, cùng với việc cách nhiệt trần và kết cấu nền Đất sét và sỏi có độ dày 300–350 mm, hệ số truyền nhiệt 0,17–0,23, được dùng để cách nhiệt cho trần nền.
Vật liệu chịu lửa xốp 100 200 0,08 0,098
Các tấm cách nhiệt bê tông amiăng
Các tấm bê tông amiăng 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
Bảng 1.13 - Hệ số truyền nhiệt k vách ngoài phụ thuộc nhiệt độ buồng lạnh,
Bảng 1.14 - Hệ số k của tường ngăn với hành lang, buồng đệm:
Nhiệt độ không khí trong buồng lạnh ( 0 C) -30 -20 -10 -4 4 12 k, W/m 2 K 0,27 0,28 0,33 0,35 0,52 0,64
Bảng 1.15 - Hệ số k của tường ngăn giữa các buồng lạnh:
Vách ngăn giữa các buồng lạnh k, W/m 2 K
Kết đông / bảo quản lạnh 0,26
Kết đông / bảo quản đông 0,47
Bảo quản lạnh / bảo quản đông 0,28
Gia lạnh / bảo quản đông 0,33
Gia lạnh / bảo quản lạnh 0,52
Các buồng có cùng nhiệt độ 0,58
Có thể dùng phương pháp nội suy để suy ra các hệ số truyền nhiệt cho các nhiệt độ không nêu trong bảng
Bảng 1.16 - Hệ số tỏa nhiệt 1 và 2 :
Bề mặt vách Hệ số tỏa nhiệt , W/m 2 K
Bề mặt ngoài của vách (tường bao) và mái 23,3
Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên Tường 8
Bề mặt trong buồng lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải
Bề mặt trong buồng đối lưu cưỡng bức mạnh (buồng gia lạnh và kết đông) 10,5
3.2 Kiểm tra điều kiện đọng sương trên vách
Sau khi xác định chiều dày của lớp cách nhiệt, tiến hành chọn chiều dày theo các kích thước tiêu chuẩn Các mức chiều dày tiêu chuẩn của lớp cách nhiệt thường là 25 mm, 50 mm và 75 mm, giúp tối ưu hiệu quả cách nhiệt đồng thời kiểm soát chi phí thi công.
Sau khi chọn chiều dày cách nhiệt theo các bề dày tiêu chuẩn, cần xác định hệ số truyền nhiệt thực của tường dựa trên kích thước đã chọn để đánh giá khả năng đọng sương Thông tin này làm cơ sở tính toán tổn thất nhiệt do truyền nhiệt và hỗ trợ tối ưu hiệu quả cách nhiệt cho công trình.
𝛼 2 Để không đọng sương trên bề mặt bên ngoài bể đá, hệ số truyền nhiệt thực của vách có k ≤ ks
Trong hệ thống tường kho, α1 là hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài bề mặt tường kho, được biểu diễn với đơn vị W/(m²·K) Nhiệt độ không khí bên ngoài tường được ký hiệu t1 và đo bằng °C Nhiệt độ nước muối trong bể được ký hiệu t2 và đo bằng °C Nhiệt độ đọng sương, ký hiệu tS, tương ứng với trạng thái không khí bên ngoài tường, cũng đo bằng °C Các tham số này đóng vai trò quan trọng trong mô hình trao đổi nhiệt và ảnh hưởng tới hiệu suất cách nhiệt của tường kho.
3.3 Kiểm tra đọng ẩm trong vách: Điều kiện để ẩm không đọng lại trong cơ cấu cách nhiệt là áp suất riêng hơi nước thực tế luôn phải nhỏ hơn áp suất bão hoà hơi nước ở mọi điểm trong cơ cấu cách nhiệt px < px”
Đường áp suất riêng phần hơi nước px và đường phân áp suất bão hòa px không giao nhau mà luôn nằm ở phía dưới đường tham chiếu px Hai đường này có thể được xác định nhờ trường nhiệt độ ổn định trong vách cách nhiệt Trường nhiệt độ trong vách được xác định từ nhiệt độ của các lớp vách nhờ các biểu thức xác định mật độ dòng nhiệt khác nhau.
1,3 – Lớp vữa xi măng; 2 – Tường gạch; 4 – Lớp cách ẩm; 5 – Lớp cách nhiệt; 6 – Lớp vữa trát và lưới thép
Hình 1.3 Cấu trúc tường bao kho lạnh
Ví dụ: Tính kiểm tra đọng ẩm tường bao kho lạnh như hình 1.3
Biết: Nhiệt độ tf1 = 37,2 0 C, φ = 83%; tf2 = 0 0 C, φ = 85% ; hệ số truyền nhiệt k = 0,274W/m 2 K:
STT Vật liệu Bề dày
Hệ số khuyếch tán ẩm phụ g/mhMPa
6 Vữa trát xi măng lưới thép 0,01 0,92 90
Vì mật độ dòng qua mọi điểm trong vách là như nhau và bằng mật độ dòng nhiệt qua tường bao ta có:
Mật độ dòng nhiệt qua tường bao là: q = k.t = 0,274.(37,2 - 0) = 10,1928 (W/m 2 ) Mật độ dòng nhiệt qua vách thứ nhất là:
Ta có t = -0,0025 là sai số nhỏ nhất do chọn k = 0,274W/m 2 K:
* Xác định phân áp suất thực của hơi nước:
- Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che
𝐻 Với: ph1: phân áp suất thực của hơi nước bên ngoài ph2: Phân áp suất thực của hơi nước bên trong
Ta có: nhiệt độ bên ngoài tổng đài = 37,2 0 C độ ẩm = 83%
ph1 = px” (t7,2 0 C) (%) = 6361.0,83 = 5279,63 , Pa Với nhiệt độ bên trong t0 = 0 0 C độ ẩm = 85%
ph2 = px” (t=0 0 ). (= 85%) = 610.0.85 = 518, 5 , Pa H: Hệ số trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che
Vậy với kết cấu của tường bao ta có:
Vậy phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt các lớp vật lý
Như vậy, trong cơ cấu cách nhiệt này không xảy ra hiện tượng đọng ẩm Nguyên nhân là toàn bộ áp suất thực của hơi nước trong hệ thống nhỏ hơn phân áp suất hơi nước bão hòa tại nhiệt độ tương ứng, nên hơi nước không đạt ngưỡng ngưng tụ Do đó, không gian bên trong lớp cách nhiệt được duy trì ở trạng thái khô ráo, giảm rủi ro ẩm ướt và tăng hiệu quả cách nhiệt.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1 – Trình bày các yêu cầu khi quy hoạch mặt bằng kho lạnh?
2 – Giải thích trình tự xác định kết cấu kho lạnh?
3 – Trình bày các lượng nhiệt tổn thất của kho lạnh? Nêu công thức và giải thích cách ứng dụng?
4 - Xác định dòng nhiệt khi thông gió buồng bảo quản hoa quả, có kích thước xây dựng: dài 18,4 m, rộng 12,4 m, cao (tính cả rầ trần) 7,2 m
Kho lạnh đặt ở Đồng Tháp, nhiệt độ tính toán cho không khí bên ngoài t1 36,6 0 C, độ ẩm tương đối φ1 = 70% Nhiệt độ không khí trong buồng t2 = 0 0 C, độ ẩm tương đối φ2%
5- Hãy xác định dòng nhiệt qua nền cách nhiệt của buồng bảo quản lạnh kho tại Tp Hồ Chí Minh, Buồng lạnh ở góc kho lạnh, kích thước dài 24m, rộng 12m
THIẾT KẾ LẮP ĐẶT SƠ BỘ HỆ THỐNG MÁY LẠNH
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI, CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ PHỤ
1.1 Tính phụ tải máy nén
Do các tổn thất trong các kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất lạnh yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng của các tổn thất nhiệt Để tránh cho máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén được tính toán từ các tải nhiệt thành phần, nhưng tùy theo từng loại kho lạnh có thể chỉ lấy một phần tổng của tải nhiệt đó.
Theo tiêu chuẩn của Nga, chúng ta lấy các giá trị định hướng như sau:
- Dòng nhiệt Q1 không phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh lấy bằng 80% của giá trị cao nhất đối với kho lạnh một tầng
- Dòng nhiệt Q2 do sản phẩm tỏa ra nhiệt tải máy nén lấy 100%Q2
- Dòng nhiệt do vận hành tính bằng 60% giá trị lớn nhất
Nhiệt tải của máy nén:
Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ sôi giống nhau xác định theo biểu thức: b
QMN là tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi nhất định Bên cạnh đó, hệ số b mô tả thời gian làm việc của máy nén, thường được lấy bằng 0,9 để dự tính máy nén làm việc 22 giờ mỗi ngày Hệ số k được dùng để tính toán các tổn thất trên đường ống và trong thiết bị của hệ thống làm lạnh trực tiếp, phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong dàn làm lạnh không khí và được xác định theo bảng 2.1.
Bảng 2.1 - Hệ số dự trữ k t 0 , 0 C - 40 - 30 - 10 k 1,1 1,07 1,05 Đối với hệ thống lạnh gián tiếp (qua nước muối) lấy k = 1,12
Hệ số thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh lớn (dự tính là làm việc 22h trong ngày đêm) b = 0,9
Đối với các thiết bị lạnh nhỏ, hệ số thời gian làm việc không vượt quá 0,7 Đối với các kho lạnh nhỏ phục vụ thương mại và đời sống, nhiệt tải thành phần của máy nén được lấy bằng 100% tổng các dòng nhiệt thành phần tính toán được.
1.2 Tính phụ tải dàn lạnh:
Phụ tải nhiệt của thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi, từ đó xác định công suất giải nhiệt yêu cầu Công suất giải nhiệt của thiết bị luôn lớn hơn công suất của máy nén, nên phải có hệ số dự trữ để tránh biến động trong quá trình vận hành Vì vậy tải nhiệt của thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt của kho lạnh.
1.3 Xây dựng và tính toán chu trình lạnh:
1.3.1 Chọn phương pháp làm lạnh:
Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý sản phẩm Theo môi chất trong dàn bay hơi có làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp
Theo cách đối lưu khi có đối lưu tự nhiên (dàn tĩnh) và đối lưu cưỡng bức (dàn quạt)
Làm lạnh trực tiếp là môi chất sôi trực tiếp trong dàn lạnh Môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường buồng lạnh Dàn bay hơi có thể là các loại dàn đối lưu không khí tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt gió
1.Máy nén, 2 Bình ngưng tụ, 3 Tiết lưu, 4 Dàn bay hơi
Hình 2.1 - Hệ thống làm lạnh trực tiếp
* Ưu điểm của thống làm lạnh trực tiếp:
- Thiết bị đơn giản vì không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ
- Tuổi thọ cao, tính kinh tế cao hơn vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất gây han gỉ, ăn mòn rất mạnh
- Ít tổn thất năng lượng về mặt nhiệt động Vì hiệu nhiệt độ giữa buồng lạnh và dàn bay hơi trực tiếp bao giờ cũng nhỏ hơn hiệu nhiệt độ giữa buồng với nhiệt độ bay hơi gián tiếp qua nước muối
- Tổn hao lạnh khi khởi động máy nhỏ, tức là thời gian từ khi mở máy đến khi buồng đạt nhiệt độ yêu cầu là ngắn hơn
Nhiệt độ của buồng được giám sát thông qua nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Nhiệt độ sôi này có thể xác định dễ dàng bằng cách đọc áp kế ở đầu hút máy nén.
- Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ bằng cách đóng và ngắt máy nén (đối với loại máy nén nhỏ và trung bình)
* Nhược điểm của hệ thống làm lạnh trực tiếp:
Hệ thống lạnh trực tiếp cũng có một số nhược điểm trong từng trường hợp cụ thể sau :
Trong hệ thống lạnh trung tâm có nhiều dàn lạnh, lượng môi chất nạp vào máy lớn khiến rò rỉ môi chất diễn ra nhiều và khó khăn trong việc dò tìm để xử lý Việc hồi dầu cho máy nén khi dùng môi chất Freon gặp khó khăn khi dàn lạnh được đặt xa và ở vị trí thấp hơn máy nén Khi quy mô có nhiều dàn lạnh, việc phân phối môi chất đồng đều cho từng dàn lạnh gặp thách thức và có thể khiến máy nén rơi vào tình trạng ẩm.
- Việc trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém hơn do đó khi máy nén ngừng hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng
Làm lạnh buồng gián tiếp là làm lạnh buồng bằng các dàn nước muối lạnh
1 Máy nén, 2 Bình ngưng tụ, 3 Bình bay hơi, 4 Van tiết lưu,
5 Bơm nước muối, 6 Dàn lạnh nước muối, 7 Bình dãn nở
Hình 2.2 - Hệ thống làm lạnh gián tiếp
Thiết bị bay hơi đặt ngoài buồng lạnh Môi chất lạnh lỏng sôi để làm lạnh nước muối
* Ưu điểm của làm lạnh gián tiếp qua môi chất lạnh:
Chất tải lạnh bằng nước muối có độ an toàn cao, không cháy nổ và không độc hại đối với cơ thể, đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa được bảo quản Đây là giải pháp an toàn và tin cậy cho quá trình bảo quản hàng hóa nhạy cảm, giúp duy trì chất lượng và sự tươi mới của sản phẩm.
Khi áp dụng vòng tuần hoàn nước muối cho hệ làm lạnh, máy lạnh có cấu tạo đơn giản hơn và đường ống dẫn môi chất ngắn, giúp giảm chi phí lắp đặt và thời gian thi công Quá trình lắp đặt, hiệu chỉnh, thử bền, thử kín, nạp gas, vận hành và bảo dưỡng được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng hơn, tăng độ tin cậy vận hành đồng thời tối ưu hóa công tác bảo dưỡng định kỳ.
Hệ thống dung dịch muối có khả năng trữ lạnh lớn, giúp buồng lạnh duy trì nhiệt độ ổn định trong thời gian dài sau khi máy lạnh ngừng vận hành Với khả năng lưu trữ lạnh hiệu quả, nhiệt độ buồng lạnh ít bị biến động và vẫn ở mức an toàn cho thực phẩm và hàng hóa, mang lại bảo quản lâu dài và tối ưu cho hệ thống làm lạnh.
* Nhược điểm của hệ thống lạnh gián tiếp:
- Năng suất lạnh của máy bị giảm (tổn thất lạnh lớn)
Hệ thống thiết bị cồng kềnh do yêu cầu bổ sung vòng tuần hoàn nước muối, gồm bơm, bình giản nở, đường ống và bình bay hơi để làm lạnh nước muối Quá trình này làm tăng khối lượng lắp đặt và độ phức tạp của hệ thống, khiến chi phí vận hành và bảo trì cao hơn Vì nước muối có tính ăn mòn, các thành phần kim loại và lớp phủ tiếp xúc với vòng tuần hoàn dễ bị ăn mòn, làm giảm tuổi thọ thiết bị và hiệu suất làm lạnh.
Dựa trên phân tích ưu nhược điểm của hai phương pháp làm lạnh, tôi chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp có dàn quạt cho kho lạnh đang thiết kế Phương án này cho phép kiểm soát lưu lượng không khí và nhiệt độ nhanh chóng, phân bổ lạnh đồng đều khắp kho và tối ưu hóa quá trình làm lạnh hàng hóa Việc sử dụng dàn quạt trong hệ thống làm lạnh trực tiếp giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt, cải thiện độ đồng nhất nhiệt độ và giảm thời gian làm lạnh so với các phương án gián tiếp Đồng thời, hệ thống này mang lại hiệu quả năng lượng cao hơn và chi phí vận hành, bảo trì hợp lý cho dự án thiết kế kho lạnh, đáp ứng yêu cầu an toàn và chất lượng của hàng hóa.
1.3.4 Chọn môi chất làm lạnh:
Môi chất lạnh, còn gọi là tác nhân lạnh, là chất môi giới tham gia chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thụ nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt vào môi trường có nhiệt độ cao hơn Môi chất lạnh được tuần hoàn trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén Trong máy lạnh nén hơi, quá trình hấp thụ nhiệt diễn ra ở môi trường có nhiệt độ thấp nhờ sự bay hơi ở áp suất và nhiệt độ thấp, còn quá trình thải nhiệt diễn ra ở môi trường có nhiệt độ cao nhờ sự ngưng tụ ở áp suất và nhiệt độ cao Quá trình nén làm tăng áp suất và nhiệt độ của môi chất, và quá trình giãn nở hay tiết lưu làm giảm áp suất để bắt đầu chu trình lại.
Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Môi chất cần bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân huỷ, không được polyme hoá
- Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm
- An toàn, không dễ cháy, nổ
Áp suất ngưng tụ không được vượt quá mức cho phép; nếu áp suất ngưng tụ quá cao, yêu cầu về độ bền và thiết kế chi tiết của vách thiết bị sẽ tăng lên, khiến vách thiết bị phải dày hơn để chịu được áp lực và dễ rò rỉ môi chất nếu không được gia cố đúng chuẩn Vì vậy, kiểm soát nghiêm ngặt áp suất ngưng tụ là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn vận hành, tăng hiệu quả hệ thống và giảm thiểu rủi ro rò rỉ trong quá trình vận hành.
BỐ TRÍ CỤM MÁY NÉN, THIẾT BỊ VÀ VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỤM MÁY, THIẾT BỊ VÀ TOÀN HỆ THỐNG
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, công suất động cơ lắp đặt phải lớn hơn Nel Tùy theo tình hình cụ thể, có thể chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán từ 1,1 đến 2,1 lần để tối ưu vận hành và đảm bảo độ tin cậy của hệ thống.
11 Số máy nén cần chọn
2 BỐ TRÍ CỤM MÁY NÉN, THIẾT BỊ VÀ VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỤM MÁY, THIẾT BỊ VÀ TOÀN HỆ THỐNG
2.1 Bố trí máy và các thiết bị của hệ thống
Việc lựa chọn phương pháp cấp dịch cho dàn lạnh là yếu tố then chốt trong xây dựng sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh, ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế đường ống, vị trí thiết bị và chế độ vận hành Phương pháp cấp dịch phù hợp sẽ tăng hiệu quả làm việc của dàn lạnh, tối ưu quá trình trao đổi nhiệt và nâng cao độ tin cậy của toàn bộ hệ thống Đồng thời, quyết định này còn tăng khả năng thu hồi dầu, giảm lãng phí năng lượng và tối ưu chi phí vận hành Việc đánh giá đặc tính khí lạnh, áp suất và tải lạnh là bước cần thiết để xác định phương pháp cấp dịch phù hợp cho dàn lạnh và đảm bảo sơ đồ nguyên lý phản ánh đúng thực tế vận hành Vì thế, chọn đúng phương pháp cấp dịch cho dàn lạnh là yếu tố then chốt giúp hệ thống lạnh vận hành ổn định, an toàn và hiệu quả về mặt kinh tế.
Có ba phương pháp cấp dịch chủ yếu như sau:
- Cấp dịch bằng tiết lưu trực tiếp
- Cấp dịch bằng độ chênh cột lỏng tĩnh (bình giữ mức đặt cao hơn dàn lạnh)
- Cấp dịch bằng bơm cấp dịch
2.1.1 Phương pháp cấp dịch tiết lưu trực tiếp:
Phương pháp cấp dịch tiết lưu trực tiếp là phương pháp cấp dịch trong đó môi chất làm lạnh sau quá trình tiết lưu đi trực tiếp vào dàn lạnh mà không qua bất kỳ khâu trung gian nào Với cấu hình này, sự giãn nở của môi chất diễn ra ngay tại dàn lạnh, tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt và giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống Ưu điểm nổi bật của cấp dịch tiết lưu trực tiếp gồm sự đơn giản về thiết kế, khả năng kiểm soát nhiệt độ nhanh hơn và tiết kiệm chi phí vận hành do giảm lượng thành phần trung gian Ứng dụng của phương pháp này rất phổ biến trong hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí, nơi yêu cầu dung lượng làm lạnh ổn định và hiệu suất cao.
1- Dàn lạnh; 2- Quạt dàn lạnh; 3- Tiết lưu nhiệt; 4- Đường xả nước ngưng
Hình 2.6 - Sơ đồ cấp lỏng trực tiếp
Phương pháp cấp dịch này là đơn giản nhất, không đòi hỏi thiết bị đi kèm, tổn thất nhiệt thấp và chi phí đầu tư tối thiểu.
Để điều chỉnh lưu lượng hợp lý theo phụ tải thực tế, chỉ nên dùng van tiết lưu tự động với công suất của van được điều chỉnh sao cho tương ứng với phụ tải nhiệt của hệ thống Việc sử dụng van tiết lưu tay hoặc van tiết lưu tự động có công suất lớn hơn phụ tải khi phụ tải nhiệt thay đổi sẽ rất nguy hiểm Khi phụ tải nhiệt giảm, rất dễ gây ngập lỏng máy nén Ứng dụng: các hệ thống lạnh, điều hòa và các ứng dụng liên quan yêu cầu kiểm soát lưu lượng chính xác để đảm bảo an toàn và hiệu suất.
Phương pháp tiết lưu trực tiếp được sử dụng cho hệ thống lạnh có công suất nhỏ, phụ tải nhiệt nhỏ
2.1.2 Phương pháp cấp dịch kiểu ngập lỏng từ bình giữ mức:
Phương pháp cấp dịch ngập lỏng từ bình giữ mức là kỹ thuật được ứng dụng cho các thiết bị bay hơi khi yêu cầu lưu lượng môi chất lớn và phụ tải nhiệt cao, nhằm đạt thời gian làm lạnh nhanh và ổn định Kỹ thuật này đảm bảo ngập lỏng liên tục và cải thiện khả năng trao đổi nhiệt, giúp làm lạnh nhanh hơn và đồng nhất hơn so với các phương pháp cấp dịch khác Vì vậy, hiệu suất làm lạnh, độ ổn định của hệ thống và kiểm soát nhiệt độ được cải thiện khi áp dụng phương pháp cấp dịch ngập lỏng trong các hệ thống làm lạnh công nghiệp và thiết bị bay hơi công suất lớn Việc tối ưu hóa thiết kế bình giữ mức và cơ chế cấp dịch là yếu tố then chốt để đạt lưu lượng mong muốn và đảm bảo quá trình cấp dịch diễn ra trơn tru.
1 Dàn lạnh; 2- Bình giữ mức
Hình 2.2 - Sơ đồ cấp lỏng bằng bình giữ mức
Trong phương pháp này, thiết bị bay hơi là kiểu ngập lỏng Môi chất lỏng được cấp trực tiếp từ bình giữ mức xuống dàn lạnh nhờ cột áp thủy tĩnh, đảm bảo cung cấp môi chất lỏng liên tục cho dàn lạnh Để duy trì hoạt động ổn định và đầy đủ môi chất cho quá trình bay hơi, mức lỏng tối thiểu trong bình giữ mức phải được duy trì.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm sau:
Việc bổ sung bình giữ mức và các thiết bị đi kèm như van phao, van an toàn, đồng hồ áp suất và van chặn sẽ làm tăng chi phí đầu tư cho hệ thống.
- Lượng môi chất sử dụng cho hệ thống tăng do quá trình hoạt động phải có một lượng lớn môi chất được giữ trong bình giữ mức
Trong dàn lạnh, sự di chuyển của môi chất diễn ra ở tốc độ khá chậm do quá trình cấp lạnh nhờ cột áp tĩnh Điều này khiến hiệu quả trao đổi nhiệt không đạt mức tối ưu và thời gian làm lạnh kéo dài.
Vòng tuần hoàn môi chất giữa dàn lạnh và bình giữ mức là phần riêng biệt so với toàn bộ hệ thống, hầu như không chịu tác động từ máy nén mà phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ hóa hơi ở dàn lạnh Vì vậy, vòng tuần hoàn này khó bị can thiệp để thay đổi tốc độ, và lưu lượng môi chất sẽ bị giới hạn bởi quá trình hóa hơi tại dàn lạnh Khi tốc độ làm lạnh chậm, vòng luân chuyển của môi chất sẽ chậm theo, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành của hệ thống.
Phương pháp cấp dịch này phù hợp với các hệ thống máy đá cây, đá vẩy, máy đá viên, hệ thống tủ đông tiếp xúc
2.1.3 Phương pháp cấp dịch băng bơm cấp dịch Để tăng tốc độ chuyển động của môi chất lỏng tuần hoàn trong dàn lạnh, nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, giảm thời gian làm lạnh, chúng ta sử dụng phương pháp cấp dịch bằng bơm
Hình 2.8 - Sơ đồ cấp dịch bằng bơm 2.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý cụm máy thiết bị và toàn hệ thống
Khi thiết kế sơ đồ mặt bằng xây dựng kho lạnh, chúng ta cần đặc biệt quan tâm tới tiêu chí sau:
- Phải tiêu chuẩn hóa các dạng kho lạnh
- Đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của sản phẩm xuất khẩu
- Có khả năng cơ giới hóa cao trong khâu bốc dỡ và xếp hàng
- Phải kinh tế, vốn đầu tư nhỏ, có thể sử dụng máy móc, trang thiết bị trong nước
Hình 2.3 - Sơ đồ cấp dịch bằng bơm
Đôi khi các yêu cầu đặt ra đối lập với nhau, đặc biệt ở góc độ kinh tế Với vai trò là người tính toán và thiết kế kho lạnh, chúng ta cần nhận diện và lựa chọn các yếu tố quan trọng, đồng thời đáp ứng những yếu tố này để đạt được sự cân bằng giữa hiệu quả vận hành và chi phí Việc xác định đúng các yếu tố kỹ thuật và kinh tế sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành kho lạnh.
2.2.1 Yêu cầu chung đối với quy hoạch mặt bằng kho lạnh:
Quy hoạch mặt bằng kho lạnh là quá trình bố trí các khu vực sản xuất, xử lý lạnh, bảo quản và các khu vực phụ trợ phù hợp với dây chuyền công nghệ, nhằm tối ưu luồng vật tư, tăng hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn, chất lượng sản phẩm Để đạt mục tiêu này, cần tuân thủ các nguyên tắc cơ bản như phân khu chức năng rõ ràng, bố trí luồng di chuyển hàng hóa và nhân sự hợp lý, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và môi trường làm việc, đồng thời liên kết chặt chẽ với hoạt động bảo trì, quản lý kho và an ninh Việc thiết kế kho lạnh hợp lý giúp giảm thiểu rủi ro, tối ưu chi phí, tăng hiệu suất sử dụng không gian và đảm bảo chất lượng từ khi nhập kho đến khi xuất hàng.
Để tối ưu vận hành, cần bố trí buồng lạnh phù hợp với dây chuyền công nghệ, đảm bảo sản phẩm đi theo luồng sản xuất và không gặp nhau hay đan chéo trên tuyến dây chuyền Các cửa ra vào buồng chứa nên quay ra hành lang để thuận tiện cho vận chuyển, kiểm soát và vệ sinh Có thể thiết kế mà không cần hành lang, miễn sao luồng sản phẩm trên dây chuyền vẫn đi đúng hướng và không bị ngược lại.
Quy hoạch cần hướng tới chi phí đầu tư thấp nhất bằng cách sử dụng rộng rãi các cấu kiện tiêu chuẩn, nhằm giảm tối đa diện tích phụ nhưng vẫn đảm bảo tiện nghi cho người dùng Đồng thời, cần giảm công suất thiết bị ở mức tối thiểu có thể mà vẫn đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả của hệ thống Việc áp dụng chuẩn hóa và tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp tối ưu chi phí, nâng cao tính khả thi của dự án và cải thiện hiệu suất tổng thể.
- Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và chi phí thấp
+ Quy hoạch phải đảm bảo lối đi và đường vận chuyển thuận lợi cho việc bốc xếp thủ công hoặc cơ giới đã thiết kế