Bài tập lớn kỹ thuật lạnh tính toán, thiết kế hệ thống làm lạnh phục vụ cho một kho lạnh bảo quản

TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT Khi tính toán chiều dày cách nhiệt cho các kết cấu của kho cần đảm bảo các yêu cầusau: - Đảm bảo được độ bền lâu dài.. Bảng 2.4.Tính toán chiều dày cách n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BỘ MÔN VI KHÍ HẬU – MTXD MÔN HỌC: KĨ THUẬT LẠNH

BÀI TẬP LỚN

KỸ THUẬT LẠNH

Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC I CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 4

1.1 Nhiệt độ và độ ẩm 4

1.2 Thông số kích thước kho lạnh 4

1.3 Chọn vật phẩm và các thông số tương ứng 5

1.4 Thể tích chất tải 5

II TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT 6

2.1 Chọn kết cấu cách nhiệt và cách ẩm 6

2.2 Tính chiều dày cách nhiệt kết cấu bao che 9

2.3 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu 12

2.4 Kiểm tra đọng ẩm trong lòng kết cấu 12

a Đối với tường ngoài 13

b Kiểm tra đọng ẩm đối với mái 16

III TÍNH NHIỆT CHO KHO LẠNH 19

3.1 Tính toán tải trọng lạnh 19

3.1.1 Tính tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu bao che 19

3.1.2 Tính tổn thất lạnh để bảo quản vật phẩm 22

3.1.3 Lượng lạnh mất mát do thông gió 24

3.1.4 Tính tổn thất lạnh mất mát do quá trDnh vâ Fn hành 24

3.2 Tổng kết dòng nhiệt tải của thiết bị và máy nén 26

IV CHỌN PHƯƠNG ÁN, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 26 4.1 Chọn phương án 26

4.2 Tính toán chu trDnh và chọn thiết bị 26

4.2.1 Chọn các thông số và chế độ làm việc 26

4.2.2 Tính toán chu trDnh 27

4.2.3 Chọn máy nén 31

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 2

a) Cơ sở lựa chọn 31

V TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ 33

5.1 Thiết bị ngưng tụ 33

5.2 Thiết bị bay hơi 34

5.3 Tính chọn tháp giải nhiệt 37

5.4 Tính chọn thiết bị hồi nhiệt 39

VI TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 40

6.1 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BÌNH CHỨA CAO ÁP 40

6.2 Tính chọn bơm máy cho hệ thống 41

6.3 Tính chọn thiết bị phin lọc 42

6.4 Các loại van 43

VII TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐƯỜNG ỐNG 43

7.1 Tính chọn đường ống dẫn môi chất lạnh 43

1 Tính toán chọn đường ống đẩy 44

2 Tính toán chọn đường ống hút 46

3 Tính chọn đường ống dẫn nước làm mát thiết bị ngưng tụ 48

THUYẾT MINH BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT LẠNH Tính toán, thiết kế hệ thống làm lạnh phục vụ cho một kho lạnh bảo quản BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 3

I CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

I.1 Nhiệt độ và độ ẩm

 Nhiệt độ ngoài trời tính toán : t = (1- x).tN tbmax+x.tmax = 34,6

Nguồn tài liệu tham khảo: 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều kiện

tự nhiên dùng trong xây dựng

Địa điểm xây dựng tại Hải Phòng nên theo QCVN 02:2009/BXD ta lấy thông số nhiệt độtheo trạm Phù Liễn ( Hải Phòng

 Nhiệt độ trung bình cực đại của tháng cao nhất (tháng 6, 7) : ttb = 32.1°C (bảng

max

2.3)

 Nhiệt độ cực đại tuyệt đối (tháng 6, 7) : t = 38,5 max C (bảng 2.5)

x : hệ số an toàn quyết định đến thời gian bảo đảm chế nhiệt phòng dưới tác động của

sự biến đổi không khí ngoài nhà Lấy x = (0 - 0.4) = 0,4

- tTpm: Nhiệt độ tính toán bên trong phòng máy ( oC)

- tNTG: Nhiệt độ tính toán của không khi ngoài trời lấy theo hướng dẫn tính toán tổchức thông gió ( C) o

I.2 Thông số kích thước kho lạnh

Phòng lạnh Chiều dài (m) Chiều rộng (m) Chiều cao (m) Diện tích (m )2

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 4

Stt

X Diện tích các cửa: Cửa ngoài và cửa trong bằng nhau:

Thông số nhiệt độ bảo quản, độ ẩm và thời gian bảo quản tra trong Bảng 1.2 và 1.4 - trong

“ Hướng dẫn thiết kế HTL – Nguyễn Đức Lợi ”

: hệ số sử dụng diện tích cho vật phẩm bảo quản

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 5

F

< 1, giá trị phụ thuộc vào diện tích các phòng

Phòng lạnh có 100 < F < 400 (m ) nên ta chọn 2 F =0.85 (Theo bảng 2-5 trong “Hướng dẫn thiết kế HTL – Nguyễn Đức Lợi”)

Diện tích chấttải hữu ích hi

( m2)

Chiều caochất tải h(m)

Thể tích chấttải V(m3)

- V : thể tích chất tải của kho (m3)

- g : tiêu chuẩn chất tải (tấn/m ) không hoặc có kể đến bao bì tùy theo loại mặt hàngv 3

– thông số tra “ Bảng 2.4 trang 32 Hướng dẫn thiết kế HTL – Nguyễn Đức Lợi”

II TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CÁCH NHIỆT

Khi tính toán chiều dày cách nhiệt cho các kết cấu của kho cần đảm bảo các yêu cầusau:

- Đảm bảo được độ bền lâu dài

- Chống được ẩm đọng lại trong lòng kết cấu

- Tránh được đọng sương trên bề mặt kết cấu

- Đảm bảo quy tắc phòng cháy nổ, an toàn cho người, hàng bảo quản

- Thuận tiện cho việc bóc dỡ hàng cơ giới

- Đảm bảo tối ưu về kinh tế

II.1 Chọn kết cấu cách nhiệt và cách ẩm

Kết cấu và các thông số lựa chọn tương ứng ( , , ) được thể hiện trong    bảng 2.1 Trong đó :

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 6

- : độ dày lớp kết cấu (m).

- : hệ số truyền nhiệt của lớp kết cấu (W/m.K).

- : hệ số khuyếch tán ẩm của vật liệu (g/ m.h.MPa)

R =

n i





 (m2.K/W)

Lớp cách nhiệt chọn là polystirol

Các số liệu  ,  tra theo bảng 3.1 và 3.2 trang 81, 83 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống

lạnh – Nguyễn Đức Lợi”; phụ lục 2 _Trang 377 ÷ 379 _ sách ‘‘ Kĩ thuật Thông

gió_GS.Trần Ngọc Chấn’’ và phụ lục VII_sách “Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam’’

Bảng 2.1 Kết cấu và thông số lựa chọn kết cấu

(m)

(W/m

Chiều dày cách nhiệt cho tường và mái:

Chiều dày lớp cách nhiệt :

 cn : chiều dày lớp cách nhiệt yêu cầu (m).

  : Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt (W/mK).cn

  : chiều dày lớp vật liệu thứ i (m) i

  : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i (W/mK).i

 : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài và trong (W/m K) – thông số tra2.o

bảng 3.7 trang 86 “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi”

 K : hệ số truyền nhiệt hợp lý của toàn bộ kết cấu (W/m hl 2 K).o

Từ nhiệt độ phòng tra ra Khl

K : được tính toán dựa vào độ chênh nhiệt độhl

∆t = (t - t ) × Ψ N T

Ψ: hệ số kể đến ảnh hưởng của kết cấu bao che (Tra bảng 3.7_SGT Thông gió)

Dựa vào bảng sau:

Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của K vào ∆t hl

 Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu:

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 10

Bảng 2.4.Tính toán chiều dày cách nhiệt và hệ số truyền nhiệt thực của KCBC

Từ đây, ta có bảng chọn chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt trong kết cấu là:

Bảng 2.5 Chiều dày cách nhiệt cho kết cấu.

II.3 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu

Tiến hành kiểm tra như sau: chọn kết cấu bề mặt tường nguy hiểm nhất để kiểm tra, nếu đảm bảo

an toàn thì các mặt tường khác cũng an toàn

Để tránh đọng sương trên bề mặt kết cấu cần đảm bảo :

K : hệ số truyền nhiệt của kết cấu khi sảy ra hiện tượng đọng sương

: hệ số trao đổi nhiệt ở bề mặt có nhiệt độ cao hơn

0,95 : hệ số an toàn

N

t : nhiệt độ ngoài ; tN = 34,6oC

P

t : nhiệt độ bảo quản lạnh

t : nhiệt độ điểm sương S

Từ các thông số t = 34,6 C , φ = 85,8 , dựa vào biểu đồ i-d ta xác định được t = N o  s 30oC

Kiểm tra đọng sương đối với phòng lạnh 1 :

 Tường ngoài

kS = 0,9523,3 x = 2,94 (W/m K )2

 Mái

Ta có kStường > kthuctường= 0,383

k > ksmái thucmái = 0,293Như vậy trên bề mặt kết cấu tường ngoài và mái không có hiện tượng đọng sương Đạt yêu cầu

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 12

II.4 Kiểm tra đọng ẩm trong lòng kết cấu

Điều kiện để ẩm không đọng lại làm ướt cơ cấu cách nhiệt là áp suất riêng phần hơi nướcthực tế luôn luôn phải nhỏ hơn phân áp suất bão hòa hơi nước ở mọi điểm trong cơ cấu cáchnhiệt:

p px hmax

Nghĩa là đường p không được cắt px hmax mà mà phải luôn nằm phía dưới đường phmax Đường

áp suất riêng phần hơi nước p và đường phân áp suất bão hòa px hmax có thể xác định được nhờtrường nhiệt độ ổn định trong vách cách nhiệt Trường nhiệt độ trong vách được xác định từnhiệt độ của các lớp vách nhờ các biểu thức xác định mật độ dòng nhiệt khác nhau:

Nhiệt độ các dòng nhiệt truyền qua các lớp vách:

Dựa vào các giá trị nhiết độ vừa tính toán để xác định áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên

kết cấu của tường ngoài (Tra đồ thị i_d ) ta có :

Bảng 2.6.Áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên kết cấu tường bao

Tính toán phân áp suất thực của hơi nước:

Dòng hơi ẩm thẩm thấu qua kết cấu bao che:

Trong đó:

P và P là phân áp suất hơi của không khí ngoài và trong phòng.h1 h2

H là trở kháng thấm hơi qua kết cấu bao che,

Với: là chiều dày của lớp vật liệu thứ i

là hệ số xuyên ẩm (Bảng 3.2 trang 83 Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh)

Ta có:

4238,9 (Pa)

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 14

Sau đây ta có bảng thông kê áp suất hực của hơi nước trên các bề mặt kết cấu:

Bảng 2.7: Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt kết cấu tường bao

Từ bảng tính toán trên ta có bảng so sánh các giá trị áp suất trên các bề mặt của vách :

Bảng 2.8 : So sánh các giá trị áp suất hơi nước bão hòa và hơi nước thực

trên các bề mặt vách của tường bao

STT Lớp kết cấu P (Pa)xi Phmax (Pa)

b Kiểm tra đọng ẩm đối với mái

- Đối với mái ta cũng tính hoàn toàn tương tự như đối với tường

=> Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu là:

Dựa vào các giá trị nhiệt độ vừa tính toán để xác định áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên

kết cấu của tường ngoài

(Tra đồ thị i_d trên phần mềm http://www.flycarpet.net/en/psyonline ) ta có :

Bảng 2.9 : Áp suất hơi bão hòa tại các điểm trên kết cấu mái nhà

Nhiệt

độ (0C) 34,2 33,9 33,8 33,5 33,4 32,8 25,9 25,4 25,1 3,6 3,3Áp

suất

Phmax

(Pa)

5384 5294 5264 5177 5148 4978 3343 3245 3188 791 774

* Tính toán phân áp suất thực của hơi nước:

- Dòng hơi ẩm thấu qua kết cấu bao che:

Trong đó:

+Ph1 và P là phân áp suất hơi của không khí ngoài và trong phòng.h2

+H là trở kháng thấm hơi qua kết cấu bao che,

Với: là chiều dày của lớp vật liệu thứ i

là hệ số xuyên ẩm (Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – bảng 3.2 – trang 83 )

Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt :

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 17

4204 (Pa)Tương tự như dòng nhiệt ta cũng tính được dòng hơi ẩm Từ đó xác định được các phân ápsuất thực của hơi nước trên bề mặt theo công thức:

Bảng 2.10 : Phân áp suất thực của hơi nước trên bề mặt kết cấu mái nhà

(g/m.h.MPa )

p i ( Pa )

Từ các bảng đã được tra và tính toán ở trên ta lập bảng so sánh phân áp suất bão hòa và phân

áp suất thực của hơi nước trên bề mặt kết cấu như bảng sau:

Bảng 2.11: So sánh áp suất hơi nước bão hòa và hơi nước thực trên các bề mặt vách của

III TÍNH NHIỆT CHO KHO LẠNH

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q được xác định bằng biểu thức:

(W)

: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh

: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh

: dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh

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

: dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp ( thở ) – kho lạnh bảo quản rau quả ,

hoa quả

III.1 Tính toán tải trọng lạnh

III.1.1 Tính tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu bao che

a Tính tổng tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu tường và mái

Công thức tính:

QBC = Kthực     F t (W)

Trong đó :

F: Diện tích bề mặt của từng kết cấu bao che, m2

t: Độ chênh nhiệt độ giữa bên trong và ngoài nhà, Co

t = (t – t ) n p

K : Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu, W/mthực 2.K

: Hệ số kể đến vị trí của kết cấu bao che

• Kho một tầng được xây dựng tại Hải Phòng , chiều cao từ nền đến mép dưới trần:

H = 5,1 m

• Tường bao ngoài: 220 mm

• Tường ngăn giữa các kho: 110mm

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 19

Từ đó ta có bảng thống kê tổn thất lạnh như sau

Bảng 3.1: Tính tổng tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu tường và mái

b Tính tổng tổn thất lạnh do truyền qua kết cấu nền

Do hệ số cách nhiệt λ =0.047 < 1.163 nên nền của kho lạnh là nền cách nhiệt

+ Lượng lạnh mất mát qua nền được xác định như sau:

4 0 1

Nen Q

K : Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che; (W/mthực 2.°K)

F : Diện tích của kết cấu chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; (m )bx 2

(Với mỗi phòng lạnh người ta chỉ tính dòng nhiệt do bức xạ mặt trời qua mái và một bức tường nào đó có có tổn thất bức xạ lớn nhất _ví dụ có hiệu nhiệt độ dư lớn nhất hoặc có diện tích lớn nhất_Trang 108_ Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh –Nguyễn Đức Lợi)

∆t : Hiệu nhiêbx •t đô • dư, đă •c trưng cho ảnh hưởng của bức xạ mă •t trời vào mùa h‘, (°C)

(∆tbx Tra bảng 4-1_Trang 108_ Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh –Nguyễn Đức Lợi)

Mái: Làm vâ •t liê •u có màu sáng nên ta lấy ∆t = 16 (°C)bx

Tường: Bên ngoài quét vôi trắng, địa điểm xây dựng là Hải Phòng

Từ đó ta có bảng thống kê tổn thất lạnh mất mát để khử bức xạ mă •t trời

d) Tổng tổn thất lạnh truyền qua kết cấu bao che

Bảng 3.4 :Tổng tổn thất nhiệt do kết cấu bao che

Phòng Q truyền nhiệt qua tường, mái

Trong đó:

M : Lượng vật phẩm bảo quản trong 1 ngày đêm, (tấn/ngày).vp

h , h : Entanpy của vật phẩm ở trạng thái đầu và cuối, (kJ/Kg) đ c

(Bảng 4.2 – Trang 110 – Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi)

- M : Khối lượng của bao bì, tấn/ngàybb

- C : Tỷ nhiệt của bao bì (kJ/kg K)bb o

-

1000

24 3600 : hệ số chuyển đổi từ t/24h sang kg/s

- t , t : Nhiệt độ của bao bì trước và sau khi hạ nhiệt độ, Kđ c o

Thường lấy: t = t , t = tđ N c T

+ Đối với phòng 1 ta bảo quản thịt nên bao bì bảo quản là bao bì kim loại:

C = 0,45 (kJ/kg.K) ;bb

Lấy khối lượng bao bì m lấy bằng 30% khối lượng hàng nhập kho hay:bb

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 23

M = 30% Mbb vp (tấn/ngày)+ Đối với phòng lạnh 2 bảo nước giải khát nên bao bì là thủy tinh:

- a: bội số tuần hoàn (số lần trao đổi không khí/một ngày đêm, lấy bằng lần/24h)

- V: thể tích buồng bảo quản cần thông gió,

-  : khối lượng riêng của không khí.kk

- entanpi của không khí ngoài và trong buồng, kJ/kg

Do chỉ có phòng bảo quản thịt mới sử dụng thông gió nên ta có bảng sau:

Bảng 3.8 : Lượng lạnh mất mát do thông gió

)

a) Dòng nhiê F t do chiếu sáng buồng

350 (W/người).: Nhiê •t lượng do mô •t người thải ra khi làm công viê •c nă •ng nhọc

Bảng 3.10: Dòng nhiê F t do người tỏa ra.

(m )2

n(người)

QN

(W)

c) Dòng nhiê F t do các đô Fng cơ điê Fn

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 25

(Phòng có diê Fn tích nhỏ lấy giá trị nhỏ, lớn lấy giá trị lớn)

- 1000: Hê • số chuyển đổi từ (kW) sang (W)

-  : hiệu suất của động cơ

Bảng 3.11: Dòng nhiê F t sinh ra do các đô Fng cơ.

(m )2

N(kW)

- B: Dòng nhiê •t riêng khi mở cửa; (W/m2)

(Dòng nhiêt B phụ thuô F c vào diê Fn tích buồng và chiều cao buồng Tra bảng 4-4Trang_

117_ Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh –Nguyễn Đức Lợi).

 Chọn phương thức trao đổi nhiệt tại các dàn trao đổi nhiệt là đối lưu cưỡng bức.

 Môi chất lạnh là R134A Ta lựa chọn chu trình làm lạnh 1 cấp, 1 chế độ bay hơi cóthiết bị hồi nhiệt và máy nén dùng chung

 Để kinh tế ta sử dụng nước làm mát tuần hoàn, tức là bình ngưng có tháp giải nhiệt

4.2.1 Chọn các thông số và chế độ làm việc

a Nhiệt độ sôi (t ) của môi chất lạnh o

 Nhiệt độ sôi của MCL dùng trong tính toán thiết kế có thể lấy như sau:

 t ra n: nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng; = + Δt với Δt = 2 ÷ 6 °Cn n

 Δt : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu; Δt = 3 ÷ 5 C; chọn Δt = 3 Ck k 0 k 0

Vì là sơ đồ cấp nước tuần hoàn nên ta có:

BTL-KTL-Nguyễn Kiều Trang 27

= = + (3 ÷ 4) °C = 30,8 + 3,2 = 34 °C Với nhiệt độ tính toán ngoài môi trường là t = 34,6 C và độ ẩm = 77 %, tra trên biểuN 0 n

đồ i – d của không khí ẩm ta có nhiệt độ ướt của không khí là: = 30,8 °C

ra

n

t = 34 + 3 = 37 °C

Vậy nhiệt độ ngưng tụ: t = 37 + 3 = 40 °C.k

b Nhiệt độ hơi quá nhiệt hút về máy nén

Sơ đồ thiết bị nguyên lý làm việc và đồ thị lg (h-P)

Bảng 4.1: Các thông số tại các điểm nút của chu trDnh