(TIỂU LUẬN) đồ án môn học thiết kế hệ thống lạnh

• Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và rẻ tiền • Mặt bằng kho lạnh phải phù hợp với hệ thống lạnh đã chọn • Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an toàn phòng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đồ án môn học Thiết kế hệ thống lạnh

TRẦN VĂN SÁNG

sang.tv172112@sis.hust.edu.vn

Ngành kỹ thuật nhiệt Chuyên ngành kỹ thuật lạnh và ĐHKK

Giảng viên hướng dẫn: ThS Hồ Hữu Phùng

Bộ môn: Kỹ thuật lạnh và ĐHKK

Viện: Khoa học và công nghệ nhiệt lạnh

Hà Nội

Nhiệt độ kho bảo quản sản phẩm đông lạnh : -19 °C

Nhiệt độ kho bảo quản sản phẩm lạnh : 3 °C

Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh : R507

Nền kho kết cấu bê tông, cách nhiệt, cách ẩm

Mục lục

Đề tài ………

Lời cảm ơn, tóm tắt đồ án ………

Chương 1: Quy hoạch mặt bằng kho lạnh ………

1.1 Xác định kích thước các buồng lạnh ………

1.1.1 Buồng bảo quản đông ………

a, Thể tích kho bảo quản đông ………

b, Diện tích chất tải F ………

c, Diện tích xây dựng kho bảo quản sản phẩm đông ………

d, Số lượng buồng bảo quản đông………

1.1.2 Buồng bảo quản lạnh ………

a, Thể tích kho bảo quản lạnh ………

b, Diện tích chất tải F ………

c, Diện tích xây dựng kho bảo quản lạnh ………

d, Số lượng buồng bảo quản lạnh ………

1.1.3 Buồng kết đông ………

a, Thể tích buồng kết đông ………

b, Sô lượng buồng kết đông ………

1.2 Thiết kế mặt bằng kho lạnh ………

Chương 2: Cấu trúc xây dựng và cách nhiệt cách ẩm kho lạnh ………

2.1 Đặc điểm yêu cầu về cấu trúc xây dựng và cách nhiệt kho lạnh …………

2.2 Chọn panel ………

2.2.1 Tổng quan về panel ………

2.2.2 Các thông số cơ bản của panel ………

2.2.3 Chọn độ dày panel cho buồng kết đông (-33°C) ………

2.2.4 Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản đông (-19°C) ………

2.2.5 Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản lạnh (3°C) ………

2.3 Kiểm tra thông số ………

2.4 Kiểm tra đọng sương ………

2.5 Tính toán cách nhiệt cách ẩm cho nền và kho ………

2.5.1 Kết cấu nền buồng bảo quản lạnh ………

2.5.2 Kết cấu nền buồng bảo quản đông và buồng kết đông …………

Chương 3: Tính nhiệt kho lạnh ………

3.1 Tính nhiệt cho các buồng ………

3.1.1 Tính dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 ………

a, Tính dòng nhiệt qua tường, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ Q11 ………

b, Tính dòng nhiệt qua tường bao, trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Q12 ………

3.1.2 Tính dòng nhiệt tỏa ra do quá trình xử lí lạnh Q2 ………

3.1.3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3 ………

3.1.4 Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành Q4 …………

a, Dòng nhiệt chiếu sáng buồng Q41 ………

b, Dòng nhiệt do người tỏa ra Q42 ………

c, Dòng nhiệt do động cơ Q43 ………

d, Dòng nhiệt do mở cửa Q44 ………

3.1.5 Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q5 ………

Chương 4: Tính toán chu trình lạnh

Tính chọn máy nén

Chương 1 : Quy hoạch mặt bằng kho lạnh

1.1 Xác định số lượng và kích thước các buồng lạnh

1.1.1 Buồng bảo quản đông

a, Thể tích kho bảo quản đông

+ Thể tích kho được xác định qua biểu thức V= Trong đó: V: thể tích kho m3

c, Diện tích xây dựng kho bảo quản sản phẩm đông

+ Từ Fct= 311,1 m2 ta tra bảng hệ số sử dụng diện tích theo buồng ta được βF = 0,75

=> Diện tích kho Fkho= = = 414,8 m2

d, Số lượng buồng bảo quản đông

+ Chọn diện tích mỗi buồng là f= 12x12= 144 m2 => Số buồng Z= = ≈ 2,88

+ Ta lấy Z= 3 buồng Như vậy diện tích buồng lạnh là 432 m2, lớn hơn diện tích banđầu 4,1% nên ta chấp nhận kết quả này

1.1.2 Buồng bảo quản lạnh

a, Thể tích kho bảo quản lạnh

+ Dung tích kho E= 1450 tấn, định mức chất tải gv= 0,45 t/m3 => Thể tích kho V= = ≈

3222,22 m3

b, Diện tích chất tải F

+ Chọn hct= 5 m => Diện tích chất tải Fct= = ≈ 644,4 m2

c, Diện tích xây dựng kho bảo quản sản phẩm lạnh

+ Từ Fct=644,4 ta tra bảng hệ số sử dụng diện tích theo buồng ta được βF = 0,85

=> Diện tích kho Fkho= = ≈ 758,2 m2

d, Số lượng buồng bảo quản lạnh

+ Chọn diện tích mỗi buồng f= 12x12= 144 m2 => Số buồng Z= =≈ 5,3

+ Ta lấy Z= 6 buồng Như vậy diện tích buồng lạnh là 864 m2, lớn hơn diện tích ban đầu

14 % nên ta chấp nhận kết quả này

1.1.3 Buồng kết đông

a, Diện tích buồng kết đông

+ Ta có năng suất cấp đông là 14 t/mẻ, thời gian cấp đông sản phẩm là 18 h/mẻ => công suất các buồng gia lạnh kết đông là M= 14.24

18 ≈18,67 t/24h+ Diện tích buồng kết đông: F1= k= 18,67

0,25.24181,2= 67,2 m2Trong đó: M là công suất các buồng gia lạnh và kết đông, t/24h

T là thời gian hoàn thành một mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lí lạnh,chất tải, tháo tải, phá băng cho dàn lạnh, h

g1 là tiêu chuẩn chất tải trên 1m chiều dài giá treo(t/m) tra bảng có g1=

0,25 t/m

k là hệ số tiêu chuẩn chuyển từ 1 m chiều dài ra 1 m2 diện tích cần

xây dựng: k=1,2

b, Số lượng buồng kết đông

+ Chọn diện tích buồng kết đông là f= 6x12= 72 m2 => Số buồng kết đông là Z= =67,2

+ Phải bố trí các buồng lạnh phù hợp giây chuyền công nghệ, sản phẩm đi theo dâychuyền không gặp nhau, không đan chéo nhau Các cửa ra vào của buồng phải quay rahành lang.

+ Quy hoạch phải đạt được chi phí đầu tư ít nhất, giảm công suất thiết bị đến mức thấp nhất

• Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và rẻ tiền

• Mặt bằng kho lạnh phải phù hợp với hệ thống lạnh đã chọn

• Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an toàn phòng cháy và chữa cháy

• Khi quy hoạch cần phải tính đến khả năng mở rộng kho lạnh Để kết hợp hài hòanhững yêu cầu trên cho mặt bằng kho lạnh ta lựa chọn phương án thiết kế như sau:

‣ Chọn hành lang rộng 6m để sao cho 2 làn xe ô tô có thể vào và ra dễ dàng, thuận lợi cho việc nhập và xuất kho

‣ Buồng chất và tháo tải diện tích

‣ Buồng chức năng, phòng hành chính diện tích 6x12=72 m2

‣ Trạm biến áp cung cấp điện cho toàn bộ kho diện tích 6x6= 36 m2

‣ Kho vật tư chứa các thiết bị cho việcvận hành và bảo dưỡng kho lạnh như chứa các dụng cụ, xe và máy nâng, … diện tích 6x12= 72 m2

Toàn bộ mặt bằng được bố trí như sau

Chương 2 Cấu trúc xây dựng và cách nhiệt cách ẩm kho lạnh

2.1 Đặc điểm yêu cầu về cấu trúc xây dựng và cách nhiệt kho lạnh

Cấu trúc về kho lạnh và cách nhiệt phải đảm bảo các yêu cầu sau:

• Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến Do kho lạnh là loại lớn nên ta xây dựng tính toán cho tuổi thọ làm việc của kho vào khoảng 100 năm

• Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng hóa bảo quản xếp trên nền hoặc treo trên trần

và tường vì vậy vị trí đặt kho lạnh cần phải được khảo sát kĩ lưỡng về mặt địa chất trước khitiến hành xây dựng

• Phải chống được ẩm thâm nhập từ bên ngoài vào và bề mặt tường bên ngoài không bị 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

• Thuận tiện cho việc bốc dỡ và sắp xếp hàng bằng cơ giới

• Phải kinh tế

2.2 Chọn panel

2.2.1 Tổng quan về panel

Cấu tạo của panel gồm: 2 bề mặt bên ngoài của panel được phủ một lớp hoàn toàn

cách ẩm có tuổi thọ và độ bền cao Những vật liệu thông dụng hiện nay là:

+ Tôn mạ màu (colorbond steel sheet) dày từ 0,5 mm

+ Tôn phủ lớp PVC (coated steel sheet) dày 0,6mm

+ Tôn inox (stainless steel sheet) dày từ 0,5mm

Vật liệu cách nhiệt là Polyurethane phun, khối lượng 38÷42 kg/m3, cường đọ chịu

nén 0,2 đến 0,2 Mpa, tỷ lệ điền đầy bọt trong panel là 95%, chất tạo bọt R141B

không phá hủy tầng ozon

2.2.2Các thông số cơ bản của panel

6 Kho lạnh có nhiệt độ đến -35°C 175 0.13

Bảng 2.1: Thông số độ dày panel tiêu chuẩn và hệ số truyền nhiệt

Các thông số về nhiệt độ của các buồng kho lạnh:

2.2.3 Chọn độ dày panel cho buồng cấp đông (nhiệt độ -33°C)

+ Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panle ứng với nhiệt độ của phòng là: δCN= 175

mm

2.2.4 Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản đông (nhiệt độ -19°C)

+ Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panle ứng với nhiệt độ của phòng là: δCN= 125

mm

2.2.5 Chọn độ dày cpanel cho buồng bảo quản lạnh (nhiệt độ 3°C)

+ Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panle ứng với nhiệt độ của phòng là: δCN= 75 mm

2.3 Kiểm tra đọng sương

Theo TCVN 5687:2010 ta tra được nhiệt độ ngoài trời tại Hưng Yên:

Bảng 2.2: Thông số tính toán nhiệt độ ngoài trời cho kho lạnh

tn nhiệt độ không khí bên ngoài °C

tt nhiệt độ không khí trong buồng °C

Kết luận: Từ kết quả trên ta thấy hệ số truyền nhiệt của panel tường, trần

và nền của các buồng bé hơn hệ số truyền nhiệt cực đại nên không xảy ra hiện

tượng đọng sương

2.4 Tính toán cách nhiệt cách ẩm cho nền và kho

Kết cấu của nền và kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Nhiệt độ trong phòng

+ Tải trong của kho hàng bảo quản

+ Dung tích kho lạnh

Kho lạnh theo yêu cầu có dung tích rất lớn (trên 1000 tấn), cần bốc dỡ bằng cơ

giới nên nền còn cần chịu được cả tải trọng của xe cơ giới bốc dỡ hàng.…

2.4.1 Kết cấu nền buồng bảo quản lạnh

Kho bảo quản lạnh có nhiệt độ 3°C

Bảng 2.3: Kết cấu nền buồng bảo quản lạnh (từ trên xuống dưới)

Trong đó: δcn – độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m

λcn – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/m

K k – Hệ số truyền nhiệt, W/m2K

α1 – Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới lớp cách nhiệt, W/

m2K α2 – Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2K δi

– Chiều dày lớp vật liệu thứ i

λi – Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ I, W/

m2K Theo bảng 3.7({1}- trang 86), ta tra được:

δ cn =0,0576 m

Ta chọn chiều dày thực của lớp cách nhiệt của buồng bảo quản lạnh δcn= 0,075 m Hệ

số truyền nhiệt thực tế của nền kho bảo quản lạnh được tính theo công thức 3.1:

+

0,005+

0,1+

0,002+

0,15+

0,3+

0,075+

1

2.4.2 Kết cấu nền buồng bảo quản đông và buồng kết đông

+ Buồng bảo quản đông nhiệt độ: -19°C

+ Buồng kết đông nhiệt độ: -33°C

Để tránh xảy ra đóng băng nền ta có thể sử dụng 2 phương pháp:

+ Sử dụng dòng chất lỏng nóng (glycol) đi trong ống hoặc sử dụng điện trở sưởi để gia

nhiệt cho nền

+ Xây kết cấu các con lươn thông gió

Ta chọn sử dụng phương pháp xây các con lươn thông gió theo block 120 theo

3 Cách nhiệt polyurethan 100 hoặc 175 0.024

Chọn tốc độ không khí trong kênh là: v air =3 m/ s Nhiệt

độ trung bình của không khí trong kênh là 20oC

Hệ số dẫn nhiệt của lớp thông gió là: λ=25.66 W /m K

Chiều dày lớp cách nhiệt polyurethan tối thiểu là:

(3.2)Trong đó: δcn: độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m

λcn: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/m K

k: Hệ số truyền nhiệt, W/m2K

α1: Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới lớp cách nhiệt, W/m2K

α2: Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2K

δi: Chiều dày lớp vật liệu thứ i

λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ I, W/m2K

Theo bảng 3.7 trang 86 tài liệu {1}, ta có

α1 = 23.3 W/m2K

α2 = 10.5 W/m2K – đối với buồng bảo quản đông và kết đông

Theo bảng 3.6 [1 tr.84] ta có:

W/m2K với nhiệt độ buồng bảo quản đông là -19oC

W/m2K với nhiệt độ buồng kết đông là

-33oC Thay số vào ra được:

=>

Ta chọn chiều dày thực của lớp cách nhiệt:

+ Buồng bảo quản đông: δcn-bqđ=0,1 m

Tương tự ta có chiều dày cách nhiệt PE cho các buồng là:

Bảng 2.7: Độ dày của các tấm PE theo từng buồng

Chương 3 Tính nhiệt kho lạnh

+ Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q được tính qua biểu thức:

∑Q = ∑Q1 + ∑Q2 + ∑Q3 + ∑Q4 + ∑Q5

Trong đó: ∑Q1: dòng nhiệt qua kết cấu bao che của buồng lạnh

∑Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lí lạnh

∑Q3: dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

∑Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh

3.1 Tính nhiệt cho các buồng

3.1.1 Tính dòng nhiệt qua kết cấu bao che

Q1= Q11+Q12

a, Tính dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt

độ + ∑Q11 được tính qua biểu thức

∑Q11= kt.F.(t1-tb)Trong đó: kt: hệ số truyền thực của tường W/m2K

F: diện tích của bề mặt tường m2

t1: nhiệt độ môi trường bên ngoài °C

tb: nhiệt độ trong buồng lạnh °C

b, Tính dòng nhiệt qua tường bao, trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời + ∑Q12 được tính qua biểu thức

∑Q12= kt.F.∆t12

Trong đó: kt: hệ số truyền thực của tường W/m2K

Do panel không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên Q12= 0 kW

Từ bảng trên ta tính được dòng nhiệt tổng truyền qua kết cấu bao che là:

Trong đó: M: năng suất nhập vào buồng bảo quản đông t/h, (6-8% dung tích kho)

h1: entanpy của sản phẩm trước khi được đưa vào buồng bảo quản đông

với nhiệt độ t1 °C có h1 kJ/kg

h2: entanpy của sản phẩm sau khi được đưa ra buồng bảo với nhiệt độ t2

°C có h2 kJ/kg (tra bảng 4.2 tài liệu {1})

+ Thay vào ta có bảng sau

BQL 6 14.5 10 3 283 259.3 24 3.98

Ta được

BKĐ Q2= 78.86 kW

BQĐ Q2= 10.65 kW

BQL Q2= 23.88 kW

3.1.3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3

Do không dùng thông gió nên toàn bộ dòng nhiệt này bằng

0 Vậy ta được Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3=0

3 1.4 Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành

Q4 a, Dòng nhiệt chiếu sáng buồng Q41

+ Q41 được tính theo biểu thức:

Q41= A.F, W

Trong đó F: diện tích của buồng m2

A: nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng hay diện tích nềnW/m2, đối với buồng bảo quản A= 1,2 W/m2

b, Dòng nhiệt do người tỏa ra Q42

Trong đó: n: số người làm việc trong buồng

350W/người

c, Dòng nhiệt do động cơ điện Q43

Q43 được xác định qua biểu thức:

Q43= 1000.N, WTrong đó: N: tổng công suất của động cơ điện kW

Tổng công suất của động cơ điện lắp đặt phụ thuộc vào giá trị thực tế khi thiết kế Ởđây ta lấy các giá trị định hướng sau:

Với buồng bảo quản lạnh: N= 1-4 kW

Buồng bảo quản đông: N= 3-8 kW

Buồng kết đông: N= 8-16 kW

d, Dòng nhiệt do mở cửa Q44

+ Để tính toán dòng nhiệt khi mở cửa ta sử dụng biểu thức: Q44= β.F, W

Trong đó: β: dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2

3.1.5 Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q5

Với sản phẩm là cá file thì dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q5= 0

3.2 Tính phụ tải của thiết bị và máy nén

Phụ tải của thiết bị: QTB= ∑Q

Phụ tải của máy nén

BKĐ: QMN= 80%Q1+Q2+Q4

BQĐ: QMN= 80%Q1+80%Q2+Q4

BQL: QMN= 80%Q1+90%Q2+Q4

Ta có bảng tính toán sau

Chương 4 Tính toán chu trình lạnh

4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc

Do kho lạnh được lắp đặt tại Hưng Yên nên ta có thông số độ về độ ẩm tương đối

và nhiệt độ của khu vực Hưng Yên mùa hè là

φ= 53,4%, Tư= 29,1°CChọn bình ngưng của hệ thống là loại ống vỏ nằm ngang, giải nhiệt nước, độ chênhnước đầu vào và đầu ra là ∆Tw= 5 °C Các thông số làm mát như sau:

Nhiệt độ nước vào bình ngưng: Tw1= Tư+3= 29,1+3= 32,1 °C

Nhiệt độ nước ra bình ngưng: Tw2= Tw1+∆Tw= 32,1+5=37,1 °C

Nhiệt độ ngưng tụ: Tk= Tw2+∆Tk= 37,1+5=42,1 °C

Trong đó: ∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆Tk=3÷5 °C có nghĩa là nhiệt độ

ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 đến 5°C (chọn 5 °C)

Nhiệt độ quá lạnh t ql là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu Ngày nay, do thiết bị quá lạnh làm cho máy thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng, giá

thành tăng mà hiệu quả đem lại không cao, các máy lạnh hầu như không còn trang

bị thiết bị quá lạnh nữa Việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập vài ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng ống chùm Nước cấp vào bình sẽ đi qua ống này trước để quá lạnh sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất

Nhiệt độ hút hơi t h là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ này bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt Với môi chất R507, độ quá nhiệt hơi hút ∆Th khoảng 25 °C sẽ đảm bảo an toàn cho máy nén

Th= T0+∆Th

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh:

T0= Tb-∆T0

Trong đó: Tb – nhiệt độ buồng lạnh

∆T0 - hiệu nhiệt độ yêu cầu, đối với dàn bay hơi trực tiếp, nhiệt độ

bay hơi lấy thấp hơn hơn nhiệt độ buồng 8÷13 °C

Ở đây, ta chọn ∆T0= 10 °C ứng với kho lạnh mà ta đang thiết kế Với buồng kết đông ta chọn ∆T0= 5 °C

4.2 Tính toán, lựa chọn, kiểm tra máy nén cho các phòng của kho lạnh

4.2.1 Buồng kết đông

a, Tính toán chế độ làm việc cho máy nén

Theo số liệu đề bài, nhiệt độ buồng kết đông là Tb= -33 °C

Nhiệt độ sôi của môi chất là:

T0= Tb - ∆T0= -33 - 5= -38 °C

Nhiệt độ hơi hút về máy nén là:

Th= T0 + ∆Th = -38+25= -13 °C

Từ đó, ta có nhiệt độ sôi của môi chất t0= -38 °C, nhiệt độ ngưng tụ tk= 42,1 °C

=> áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ là: