Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort

Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống flamingo đại lải resort

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho bếp ăn công nghiệp tại hệ thống

Flamingo Đại Lải Resort

ĐỖ VĂN DŨNG

Dungdv.ltd@gmail.com

Ngành Kỹ thuật Nhiệt

Giảng viên hướng dẫn 1: TS Nguyễn Đình Vịnh

Bộ môn: Kỹ thuật Lạnh và Điều hòa Không khí

Giảng viên hướng dẫn 2: GS.TS Phạm Văn Tùy

Đơn vị: Hội KHKT Lạnh & ĐHKK Việt Nam

Chữ ký của GVHD

Chữ ký của GVHD

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam đoan rằng:

- Toàn bộ số tài liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, chưa

hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

- Mọi sự giúp đỡ cho quá trình thực hiện luận văn này tôi đã trân trọng cảm ơn

- Các tài liệu, thông tin khai thác để phục vụ cho việc nghiên cứu đề tài này, tôi đã chỉ rõ nguồn gốc tên tài liệu và tên tác giả

Tôi xin chịu trách nhiệm trước pháp luật về những lời cam đoan trên

Tác giả luận văn

Đỗ Văn Dũng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Lạnh và Điều hòa không khí, Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Khu du lịch nghỉ dưỡng Flamingo Đại Lải Resort, Vĩnh Phúc

Trước tiên, tôi xin gửi lời trân trọng cảm ơn đến TS Nguyễn Đình Vịnh, GS.TS Phạm Văn Tùy - Người đã trực tiếp dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn, cung cấp những thông tin quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin cảm ơn các thầy, cô đang công tác tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban giám hiệu, Lãnh đạo phòng Đào tạo và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ và vợ con gia đình tôi, luôn bên cạnh ủng

hộ và động viên tôi cả về vật chất lẫn tinh thần để tôi thành công trong ngày hôm này

Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên luận văn của tôi không thể tránh khỏi những hạn chế Tôi rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà nội, ngày 22 tháng 10 năm 2019

Tác giả luận văn

Đỗ Văn Dũng

MỤC LỤC

DANH MỤC BIỂU ĐỒ i

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC CÁC HÌNH iii

KÝ HIỆU SỬ DỤNG v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tình hình và chính sách sử dụng năng lượng chung tại các tòa nhà thương mại ………2

1.2 Tình trạng vận hành thực tế chung và các thiết bị thường được sử dụng trong bếp ăn công nghiệp tại Việt Nam 4

Hiện trạng thực tế vận hành bếp ăn công nghiệp tại Việt Nam 4

Các thiết bị chủ yếu trong bếp ăn công nghiệp điển hình nói chung ……….5

1.3 Tổng quan về Flamingo Đại Lải Resort 8

Tổng quát chung 9

Tình trạng sử dụng năng lượng tại bếp ăn công nghiệp 10

1.4 Các vấn đề tồn tại và phương pháp giải quyết 13

Hiện trạng bếp ăn trong thời gian hoạt động 13

Phương pháp giải quyết tồn tại 15

1.5 Giới hạn công việc nghiên cứu 16

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ SẤY BÁT SỬ DỤNG BƠM NHIỆT VÀ TÍNH TOÁN BỘ HẤP THU NHIỆT TRÊN BỀ MẶT BẾP 17

2.1 Bài toán tính toán thiết bị thu nhiệt từ mặt bếp dạng tấm phẳng – các đại lượng liên quan 17

2.2 Tính toán thiết kế, mô phỏng và chế tạo, chạy thử tủ sấy bát kết hợp bơm nhiệt tách ẩm 24

Hiện trạng tủ sấy 24

Giải pháp sấy kết hợp bơm nhiệt tách ẩm ở nhiệt độ môi trường 25 Xây dựng bài toán sấy bát đĩa dùng bơm nhiệt tách ẩm 2 dàn ngưng ……… 28

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ANSYS 35

3.1 Tổng quan về phần mềm Ansys 35

3.2 Mô hình hóa thiết bị hấp thu nhiệt bức xạ trên bề mặt bếp bằng phần mềm mô phỏng Ansys 36

Đối tượng nghiên cứu 36

Điều kiện biên 37

Thiết lập và chạy mô hình 38

Kết quả và thảo luận của mô hình hóa được mô phỏng bằng phần mềm Ansys 38

3.3 Mô phỏng mô hình hóa tủ sấy bát đĩa kết hợp bơm nhiệt 42

Lựa chọn mô hình tính toán 42

Xây dựng mô hình mô phỏng tính toán 43

Chia lưới cho mô hình 44

Thiết lập điều kiện biên và chạy mô hình 45

Kết quả sau khi chạy mô hình 45

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

4.1 Chế tạo và vận hành tủ sấy bát thực tế 50

Sản xuất chế tạo thực tế theo thiết kế và mô hình 51

Kết quả thực nghiệm 53

4.2 Kết quả thực tế ứng dụng tủ sấy bát kết hợp bơm nhiệt 57

Hiện trạng tủ sấy bát đĩa bằng điện trở 57

Sau khi lắp đặt hệ thống sấy bát đĩa dùng bơm nhiệt 58

4.3 Kết quả mô phỏng của bộ hấp thu bức xạ nhiệt trên bề mặt bếp ăn công nghiệp ……… 58

Thực tiễn bộ hấp thu nhiệt trên bề mặt bếp nấu 58

Kết quả mô phỏng 59

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 60

5.1 Kết luận 60

5.2 Đề xuất 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC … ……… 63

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.1 Biểu đồ về tỉ lệ chi phí năng lượng trong bếp ăn Flamingo Đại Lải 10 Biểu đồ 1.2 Tỉ lệ chi phí sử dụng năng lượng điện trong bếp ăn Flamingo Đại Lải

11

Biểu đồ 1.3 Tỉ lệ chi phí cho việc sử dụng ga khí hóa lỏng (LPG) tại bếp ăn Flamingo Đại Lải 12

Biểu đồ 1.4 Biểu đồ nhiệt độ phòng bếp ngày 11/9/2018 15

Biểu đồ 1.5 Biểu đồ độ ẩm trong phòng bếp ngày 11/9/2018 15

Biểu đồ 4.1 Biểu đồ hiển thị nhiệt độ trong tủ sấy 56

Biểu đồ 4.2 Biểu đồ độ ẩm của không khí trong tủ sấy 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê chi phí năng lượng trung bình của 1 tháng trong năm 13

Bảng 1.2 Nhiệt độ, độ ẩm đo thực tế tại các thời điểm khác nhau trong ngày 14

Bảng 1.3 Xác định các mốc nhiệt độ trung bình theo từng buổi trong ngày 14

Bảng 2.1 Bảng thông số trạng thái của không khí 31

Bảng 2.2 Bảng thông số trạng thái của chu trình bơm nhiệt sấy tách ẩm 32

Bảng 3.1 Bảng kết quả thông số thực đo trên mô hình 41

Bảng 3.2 Bảng thông số kết quả đo sau khi chạy mô phỏng đối với mô hình tủ sấy bát 46

Bảng 3.3 Bảng giá trị thông số đo tại mô hình sau khi chạy mô phỏng của tủ sấy bát 48

Bảng 4.1 Kết quả hệ thống tủ sấy kết hợp bơm nhiệt tách ẩm theo lý thuyết 53

Bảng 4.2 Thông số của máy nén phù hợp và được sử dụng lắp đặt thực tế 54

Bảng 4.3 Bảng kết quả chạy thử, đo 15 phút 1 lần trong vòng 2 giờ 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Bếp ăn công nghiệp điển hình 5

Hình 1.2 Bếp Á quạt thổi 6

Hình 1.3 Bếp Hầm đôi 7

Hình 1.4 Tủ sấy bát sử dụng điện trở 8

Hình 1.5 Tổng quan hệ thống Flamingo Đại Lải Resort 9

Hình 2.1 Mặt cắt tấm hấp thu đã được lắp trên bề mặt bếp 17

Hình 2.2 Biểu đồ đo nhiệt độ thực tế đối với bếp ga công nghiệp 18

Hình 2.3 Biểu đồ truyền nhiệt của bộ hấp thu và bức xạ nhiệt của ngọn lửa tới bộ hấp thu 19

Hình 2.4 Phân bố nhiệt độ trong tấm hấp thu 20

Hình 2.5 Hiện trạng tủ sấy bát bằng điện trở 24

Hình 2.6 Mặt cắt tủ sấy bát bằng điện trở 25

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt sấy/hút ẩm 26

Hình 2.8 Chu trình bơm nhiệt trên đồ thị lg p-i 27

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tủ sấy bơm nhiệt khử ẩm 28

Hình 2.10 Chu trình sấy trên đồ thị I - d 29

Hình 3.1 Mô phỏng chuyển động dòng nước trong guồng bơm ly tâm 36

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý bề mặt hấp thu bức xạ nhiệt 37

Hình 3.3 Mô hình sau khi chia lưới 38

Hình 3.4 Phân bố nhiệt độ của nước trong mô hình mô phỏng 39

Hình 3.5 Phân bố nhiệt độ của thành ống trong mô hình mô phỏng 39

Hình 3.6 Phân vùng nhiệt độ, Vector vận tốc nước 40

Hình 3.7 Phân vùng danh giới của vận tốc nước 40

Hình 3.8 Phân vùng áp suất nước trên toàn bộ ống 41

Hình 3.9 Kích thước và thông số mô phỏng tủ sấy bát 42

Hình 3.10 Chia block (khối độc lập) cho tủ sấy 44

Hình 3.11 Mô hình chia lưới khảng cách cánh gió là 5cm 44

Hình 3.12 Mô hình mô phỏng vùng vận tốc, vecter của dòng khí đối lưu trong tủ 45

Hình 3.13 Các vị trí lấy thông số đo sau khi chạy xong mô phỏng 46

Hình 3.14 Sau khi chia lưới mô hình có khoảng cách cánh gió là 15cm 47

Hình 3.15 Sau khi chạy xong mô hình xác định vận tốc vecter của dòng khí 47

Hình 3.16 Phân vùng nhiệt độ đối lưu bên trong tủ sấy 48

Hình 4.1 Tủ sấy bát đĩa dùng bơm nhiệt 50

Hình 4.2 Mô hình 3D về thiết kế tủ sấy bát kết hợp bơm nhiệt 51

Hình 4.3 Tủ sấy bát kết hợp bơm nhiệt sau khi hoàn thành chạy thử 52

Hình 4.4 Thiết bị đo sử dụng trong thí nghiệm thực tế 55

Hình 4.5 Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm 55

KÝ HIỆU SỬ DỤNG

Q Nhiệt lượng / công suất nhiệt, kJ/kW; W

Q0 Công suất lạnh, kW

a Hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s

P Áp suất đồng hồ, kPa; bar

G Lưu lượng khối lượng, kg/h; kg/s

η Hiệu suất nhiệt, %

M Khối lượng, lưu lượng khối lượng môi chất, m3, m3/s

Thời gian, s

LKT,lKT Công kỹ thuật, công kỹ thuật riêng, K ; kJ/kg

Ap Diện tích bề mặt hấp thu, m2

Di Đường kính trong của ống dẫn môi chất, m

Do Đường kính ngoài của ống dẫn môi chất, m

F' Hệ số hiệu quả của bộ thu

FR Hệ số lấy nhiệt của bộ thu

hf Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ở mặt trong của ống dẫn nước, W/m2.K

k Hệ số truyền nhiệt, W/m2.K

kl Hệ số truyền nhiệt trên mỗi mét dài, W/m.K

L1 Chiều dài của tấm hấp thu, m

L2 Chiều rộng của tấm hấp thu, m

L3 Chiều cao của vỏ bộ thu phẳng, m

Lưu lượng khối lượng, kg/s

N Số lượng ống dẫn môi chất của tấm hấp thu

qb Công suất nhiệt tổn thất qua đáy bộ thu, W

m

ql Công suất nhiệt tổn thất toàn phần, W

qs Công suất nhiệt tổn thất qua mặt bên bộ thu, W

qt Công suất nhiệt tổn thất qua mặt trên bộ thu, W

qu Công suất nhiệt lượng hữu ích, W

Re Tiêu chuẩn Reynolds

S Cường độ bức xạ của bếp lên bề mặt hấp thu, W/m2

T Nhiệt độ, K

T Chênh lệch nhiệt độ, K

Ta Nhiệt độ môi trường, K

Tf Nhiệt độ cục bộ của môi chất trong ống, K

Tfi Nhiệt độ môi chất khi vào bộ thu, K

Tfo Nhiệt độ môi chất khi ra khỏi bộ thu, K

Tp Nhiệt độ cục bộ của tấm hấp thu, K

Tpm Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thu, K

P0 Áp suất bay hơi, bar

Pk Áp suất ngưng tụ, bar

Up Hệ số tổn thất nhiệt qua đáy bộ thu, W/m2.K

Ul Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần của bộ thu, W/m2.K

Us Hệ số tổn thất nhiệt qua mặt bên bộ thu, W/m2.K

Ut Hệ số tổn thất nhiệt qua mặt trên bộ thu, W/m2.K

V Tốc độ dài, m/s

V Tốc độ gió, m/s

W Khoảng cách giữa các ống dẫn nước của tấm hấp thu, m

p Chiều dày của tấm hấp thu, m

El Bức xạ từ ngọn lửa , W/m2

Epx Nhiệt phản xạ từ tấm inox

Eht Nhiệt hấp thu của tấm inox

ℇl Độ đen ngọn lửa

LỜI NÓI ĐẦU Chính phủ đã ra văn bản hợp nhất số 01 ngày 29/6/2018 Luật sử dụng năng lượng hiệu quả [1] căn cứ theo luật sửa đổi [2] Luật này quy định về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; chính sách, biện pháp thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; quyền, nghĩa vụ, trách nhiệm của tổ chức, hộ gia đình, cá nhân trong sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Với sự phát triển của đời sống xã hội ngày một tăng cao kéo theo nhu cầu

về sử dụng các thiết bị tiêu thụ năng lượng cũng ngày một lớn hơn Để đáp ứng nhu cầu năng lượng, chúng ta cần phải đẩy mạnh khai thác các nguồn năng lượng sẵn có và phát triển nguồn năng lượng mới Bên cạnh đó, phải tìm cách sử dụng các nguồn năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả, nói gọn hơn là phải “tiết kiệm năng lượng” Tiết kiệm năng lượng góp phần giảm chi phí đầu tư phát triển

hệ thống cung cấp năng lượng, đồng thời góp một phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu toàn cầu

Tại Việt Nam, tỷ lệ sử dụng năng lượng trong các tòa nhà chiếm 15-20% tổng năng lượng sử dụng và dự kiến còn tăng cao hơn nữa Trên thực tế, khoảng 95% các công trình thương mại và nhà ở cao tầng tại Việt Nam không tích hợp tính hiệu quả sử dụng năng lượng vào khâu thiết kế cơ bản và vận hành công trình, trong khi tổng diện tích sàn của các công trình thương mại và nhà ở cao tầng tăng trưởng với tốc độ 6-7% mỗi năm Vì thế, nhu cầu “Giải pháp tối ưu hóa năng lượng – Tòa nhà Xanh”, “công trình xanh” trở nên cực kỳ bức thiết [3]

Luận văn tập trung nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các bếp ăn công nghiệp, nơi tiêu thu nhiều nguồn năng lượng khác nhau Trong đó, lần đầu tiên bơm nhiệt đã được ứng dụng trong thiết bị sấy bát công nghiệp, bộ thu hồi nhiệt thải cho bếp sử dụng ga khí hóa lỏng (LPG) cũng được áp dụng, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng cao, cải thiện điều kiện làm việc trong môi trường bếp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình và chính sách sử dụng năng lượng chung tại các tòa nhà thương mại

Việt Nam đang phải đối mặt với một thách thức lớn là nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao trong khi ràng buộc về môi trường lại ngày càng chặt chẽ hơn Nền kinh tế của chúng ta cũng như của thế giới liên tục tăng trưởng mạnh kéo theo nhu cầu năng lượng tăng lên không ngừng chính vì vậy sự leo thang của giá nhiên liệu cũng tăng theo

Quốc hội nước ta đã ban hành luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 50/2010/QH12 Đồng thời, Chính phủ đã cụ thể hóa bằng chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, ban hành theo Quyết định số 79/2006 QĐ-TTg ngày 14/04/2006 Trong đó [4], đưa ra mục tiêu phấn đấu tiết kiệm từ 3% - 5% tổng mức tiêu thu năng lượng toàn quốc giai đoạn 2006-

2010 và từ 5% - 8% tổng mức tiêu thu năng lượng giai đoạn 2011-2015

Thống kê cho thấy, trong tổng tiêu dùng năng lượng tại Việt Nam, các công trình tòa nhà cao tầng như: Khách sạn, tòa nhà thương mại… tiêu thu từ 35 đến 40% [5] Do vậy, nếu tiết kiệm được năng lượng trong khu vực này thì tổng lượng điện năng tiết kiệm được cho toàn xã hội là rất lớn

Tuy nhiên, thực tế hiện nay, khoảng 95% các công trình thương mại và nhà

ở cao tầng tại Việt Nam không tích hợp tính hiệu quả sử dụng năng lượng vào khâu thiết kế cơ bản và vận hành công trình Đây là một sự lãng phí rất lớn, đặc biệt khi nước ta đang có tốc độ tăng trưởng xây dựng cao, tổng diện tích sàn của các công trình thương mại và nhà ở cao tầng tăng trưởng với tốc độ 6- 7% mỗi năm

Theo các chuyên gia kinh tế, tiềm năng tiết kiệm năng lượng tại các tòa nhà tương đối lớn, có thể lên đến 30% Thực tế, các tòa nhà được xây dựng sau với quy

mô lớn thì việc thực hiện tiết kiệm năng lượng sẽ tốt hơn bởi các toà nhà này có

hệ thống nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời, hệ thống điều hòa không khí, cửa sổ dùng kính cách nhiệt… Trong một toà nhà, khách sạn thương mại, các thành phần sử dụng năng lượng bao gồm hệ thống điều hoà không khí, hệ thống chiếu

như bơm nước, thông gió, hệ thống thiết bị bếp công nghiệp (sử dụng năng lượng điện và khí hóa lỏng để gia nhiệt)… Cơ cấu sử dụng năng lượng của một toà nhà bao gồm: Năng lượng tiêu tốn cho hệ thống điều hoà không khí chiếm 40 – 50%,

hệ thống chiếu sáng chiếm khoảng 15-20%, các thiết bị văn phòng, hệ thống bếp công nghiệp chiếm 15 – 20% phần còn lại dành cho các thiết bị phụ trợ khác Mặt khác, hiện nay ngành du lịch khách sạn đang được coi là ngành công nghiệp không khói của Việt Nam, đang là mục tiêu phát triển góp phần cải thiện kinh tế Việt Nam là một quốc gia giàu tài nguyên thiên nhiên với đường bờ biển dài và đẹp Sự đa dạng về địa hình và phong phú về đời sống văn hoá, tôn giáo cũng là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của khách sạn và các khu nghỉ dưỡng

Hàng năm, ngành du lịch Việt Nam đón chào hàng chục triệu lượt khách trong và ngoài nước đến tham quan, nghỉ dưỡng Sự gia tăng về số lượng khách du lịch chính là yếu tố tiền đề thúc đẩy sự ra đời của các khu nghỉ dưỡng ven biển ở những thành phố tiềm năng, như: Hải Phòng, Đà Nẵng, Hội An, Nha Trang, Phú Quốc,…

Theo khảo sát và nhận xét của Cục du lịch hiện tại đã có tổng cộng khoảng 32.000 phòng khách sạn 5 sao, 31.000 phòng khách sạn 4 sao và 33.000 phòng khách sạn 3 sao Qua đó, phòng khách sạn từ 3-5 sao đã có những bước phát triển nhanh, mạnh và sắp chạm mốc 100.000 phòng tính từ ngày 30/4/2017, riêng Vingroup đã cung cấp 6.000 phòng khách sạn 5 sao ở Phú Quốc Và khoảng 2.000 phòng khách sạn 5 sao của các tập đoàn khác sẽ được khánh thành Qua đó, đưa tổng số phòng khách sạn 5 sao ở Phú Quốc lên 8.000 phòng, nhiều hơn bất kỳ một địa phương nào trên cả nước, nhiều gấp 1,5 lần Hà Nội, gấp 1,3 lần TP.HCM, nhiều hơn cả Nha Trang, Đà Nẵng [5] [3]

Ngoài ra, với nhu cầu học đường ngày càng cao, và phục vụ số lượng lớn công nhân trên cả nước, các bữa ăn ca thực sự là bài toán của các nhà cung cấp suất ăn

Chính vì sự phát triển cấp số nhân của các hệ thống khách sạn, số lượng công nhân, lượng học sinh bán trú nên nhu cầu sử dụng năng lượng trong bếp ăn công nghiệp trường học, khu công nghiệp và nhà hàng khách sạn cũng tăng theo

và sử dụng đa dạng thiết bị hơn

Hiện nay, để đạt chuẩn chung cho bếp ăn công nghiệp với quy mô tiêu chuẩn phù hợp tại Việt Nam tất cả các bếp ăn công nghiệp vẫn cơ bản cần sử dụng cả bếp điện và bếp sử dụng khí hóa lỏng (LPG)

1.2 Tình trạng vận hành thực tế chung và các thiết bị thường được sử dụng trong bếp ăn công nghiệp tại Việt Nam

Hiện trạng thực tế vận hành bếp ăn công nghiệp tại Việt Nam Bếp công nghiệp là nơi tiêu thu năng lượng lớn trong các nhà hàng, trường học, khách sạn, trung tâm thương mại mà chưa được quan tâm nghiên cứu Việc gia nhiệt nhanh cho thực phẩm để đạt được các món ăn ngon thì cần lượng gia nhiệt rất lớn kéo theo tổn thất nhiệt nhiều, gia tăng điều kiện làm việc khó khăn, nóng bức trong bếp Chính vì nhu cầu rất cao dẫn tới việc tiêu tốn năng lượng chủ yếu lên đến 40% chi phí năng lượng trong bếp

Nhiệt bức xạ và nhiệt thừa của bếp thải ra môi trường rất nóng Bán kính xung quanh các vị trí có bếp nấu làm cho nhiệt độ môi trường bếp có thể lên đến

40oC tạo ra không gian làm việc nóng bức, tăng áp lực hơn trong công việc và nếu làm việc kéo dài trong môi trường này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân viên bếp Ngoài việc bức xạ của ngọn lửa ra bên ngoài môi trường xung quanh thì lượng nhiệt đang bức xạ xuống bề mặt bếp gây hiện tượng rất nóng trên bề mặt, có thể lên đến 90oC Để khắc phục hiện tượng này hầu hết các bếp được nhân viên sử dụng nước xả tràn trên bề mặt

Hệ thống điều hòa trong bếp hoạt động hết công suất nhưng không thể loại

bỏ hoàn toàn bức xạ nhiệt trong bếp, dẫn tới sự tiêu thụ năng lượng của điều hòa lên cao

Trong các bếp ăn công nghiệp, mức độ phục vụ lượng lớn suất ăn nên việc

sử dụng quay vòng bát đĩa là một bài toán mà chủ đầu tư đang phải cân đối tính toán Hiện nay, để đáp ứng việc quay vòng thiết bị sử dụng ( bát đĩa, thìa khay, nồi….) đang được sử dụng hệ thống sấy bát bằng điện trở giúp quay vòng nhanh việc này Việc sử dụng sấy bằng điện trở cũng đang là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng tăng nhiệt độ và độ ẩm trong không gian bếp và ảnh hưởng tới môi trường làm việc của nhân viên vì tủ sấy bằng điện trở này hoạt động với nguyên lý

Các thiết bị chủ yếu trong bếp ăn công nghiệp điển hình nói chung

Trong bếp ăn công nghiệp hiện nay chiếm đa phần chính vẫn là các thiết bị bếp sử dụng bằng khí hóa lỏng (LPG)

Hình 1.1 Bếp ăn công nghiệp điển hình

 Ưu điểm: Tốc độ ngọn lửa mạnh hơn làm cho sản phẩm được gia nhiệt nhanh trong thời gian ngắn, đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm nấu của đầu bếp

 Nhược điểm: Lượng ga tiêu thụ nhiều, phát sinh thêm chi phí điện cho quạt thổi

Bếp Á có 2 họng được bao bọc bởi lớp đất chịu nhiệt, kiềng bếp được làm bằng hợp kim gang Họng đốt được thông với một nồi đựng nước và đồng thời sử dụng 1 phần nhiệt lượng để làm nóng nước trong khi nấu

Ngoài ra, phần khói bị quạt thổi thẳng lên miệng thoát số 2, phần nhiệt thừa còn lại bức xạ lên thành trên và bề mặt inox của bếp Hiện tại trong quá trình sử dụng bếp, các bếp trưởng đang phải xả nước chảy trên bề mặt bếp để làm mát giúp

an toàn trong vận hành

Bếp này muốn hoạt động phải có thiết bị mồi lửa, không tự động đánh lửa

 KT: 2000 x 1000 x 800/1150 mm

 Áp suất ga: 35-50 mbar (sử dụng van điều chỉnh áp suất thấp)

 Công suất bếp: 2 x 360000 kcal/h

 Điện áp : 220V/50 Hz

 Công suất quạt: 500 W

 Mặt bếp, thành sau, vỏ ngoài bằng inox chất lượng cao

 Vành kiềng bằng gang đúc chịu nhiệt, có đắp đất và gạch chịu nhiệt

 Nồi inox đựng nước tận dụng nhiệt từ họng bếp

 Có vòi cấp nước trên thành bếp

 Có rãnh thoát nước trên bề mặt tiện dụng trong quá trình sử dụng

 Chân bếp có bộ điều chỉnh tăng giảm chiều cao

 Cắt, gấp bằng máy thủy lực độ chính xác cao, hàn bằng khí Argon chống oxy hóa

Hình 1.2 Bếp Á quạt thổi 1- Thành bếp trên; 2- Họng thoát khí bếp; 3- Vòi nước cấp; 4- Kiềng bếp nấu; 5- Van điều chỉnh khí đốt; 6- Van điều chỉnh cấp gió tươi, tốc độ quạt; 7- Vị trí

1.2.2.2 Bếp hầm đơn, hầm đôi

Bếp hầm đơn hoặc hầm đôi là loại bếp ga được cấu tạo với miệng đốt và sử dụng van điều chỉnh áp suất thấp Đây là loại bếp được sử dụng và gia nhiệt từ từ vừa phải để ninh hầm các thực phẩm cần chín kỹ

Bếp hoạt động phải có thiết bị mồi lửa không có hệ thống tự đánh lửa

 KT: 1400x700x500/800mm

 Áp suất ga: 35-50 mbar (sử dụng van điều chỉnh áp suất thấp)

 Bếp hầm đôi

 Làm bằng inox 304 dày 1,2mm

 Có 2 kiềng gang đúc đặt trên mặt bếp

 Kèm vòi cấp nước cho bếp

 Công suất: 2 x 18.800 kcal/h

Hình 1.3 Bếp hầm đôi

1- Vòi nước cấp; 2- Thành bếp trên; 3- Kiềng bếp; 4- Thành bếp nấu; 5- Chân

bếp; 6- Thành bếp dưới; 7- Núm điều chỉnh nhiên liệu

1.2.2.3 Tủ sấy bát đĩa

Hệ thống tủ sấy bát đĩa được sử dụng bằng điện trở sinh ra nhiệt, sử dụng quạt để đối lưu không khí đi qua điện trở và nâng nhiệt độ không khí bên trong tủ lên Lượng không khí ẩm trong tủ xả ra môi trường bên ngoài bằng ống thông có

đường kính là 21mm, không khí vào trong tủ bằng cách lọt qua khe cửa vào để cân bằng áp suất với môi trường bên ngoài tủ sấy

Hệ thống sấy hoạt động liên tục để đảm bảo bát đĩa khô, sạch, tủ sấy bát sử dụng điện trở để gia nhiệt trực tiếp nên có khả năng gây ra cháy nổ rất cao, hệ thống quạt nhanh hỏng, lượng nhiệt thất thoát ra môi trường ngoài lớn, dẫn tới tiêu tốn điện năng lớn Làm cho nhiệt độ môi trường làm việc tăng lên đáng kể nhất là đối với những khu bếp công nghiệp với số lượng tủ sấy bát đĩa nhiều

 Kích thước: 1400 x 500 x 1500 mm

 Dung tích 1000 lít

 Công suất bộ gia nhiệt : 4 kW (điện)

 Bộ gia nhiệt: Điện 1P- 220V/50Hz

 Công suất quạt gió: 0.075 kW

 Vật liệu: Inox/ Thép/ Gang

 Kính cường lực chịu nhiệt

 Cảm biến nhiệt độ cơ trực tiếp

1.3 Tổng quan về Flamingo Đại Lải Resort

Hình 1.4 Tủ sấy bát sử dụng điện trở

Tổng quát chung

Hình 1.5 Tổng quan hệ thống Flamingo Đại Lải Resort Chỉ mất 45 phút di chuyển từ trung tâm Hà Nội để đến với Flamingo Đại Lải Resort – một chốn thiên nhiên tươi đẹp có khí hậu ôn hòa, không khí trong lành, hệ sinh thái đa dạng, cảnh quan hữu tình và những dịch vụ nghỉ dưỡng 5 sao đẳng cấp Resort sở hữu hàng trăm biệt thự nghỉ dưỡng sang trọng giữa thiên nhiên xanh bên hồ hay giữa đồi thông, các câu lạc bộ thể thao, làm đẹp, chăm sóc sức khỏe, golf, tennis, du thuyền,… Nơi đây đã được Quốc tế đánh giá cao thông qua 50 giải thưởng uy tín Trải dài trên diện tích 1,23 triệu m2, bao gồm 4 bán đảo, 2 hòn đảo cùng 100 triệu m2 núi và rừng thông bao quanh, Flamingo Đại Lải Resort là vùng đất đáng sống bậc nhất Việt Nam Không chỉ hoàn hảo về các dịch vụ tiện ích, quy hoạch cảnh quan, kiến trúc biệt thự Flamingo cũng được giới chuyên môn đánh giá cao [6] Với hệ thống có 9 nhà hàng nổi tiếng với các phong cách phục vụ đẳng cấp 5 sao, mỗi nhà hàng có một bếp theo tiêu chuẩn kèm theo có đầy đủ thiết bị phục vụ Dưới đây là một

số hình ảnh điển hình của bếp ăn công nghiệp tại hệ thống Flamingo Đại Lải Resort

Tình trạng sử dụng năng lượng tại bếp ăn công nghiệp

Trong bếp ăn công nghiệp, các dạng năng lượng được sử dụng phổ biến nhất là điện và ga khí hóa lỏng (LPG) Căn cứ theo phụ lục 2 và thời gian sử dụng bếp trung bình trong ngày ta có thể xác định được các tỉ lệ chi phí cho việc tiêu thụ năng lượng trong bếp

Biểu đồ 1.1 Biểu đồ về tỉ lệ chi phí năng lượng trong bếp ăn Flamingo Đại Lải

Theo biểu đồ 1.1 ta thấy rõ chi phí cho việc sử dụng năng lượng cụ thể theo từng loại năng lượng khác nhau

 Chi phí tiền điện chiếm 63% của tổng chi phí năng lượng trong bếp

 Chi phí tiền cho việc sử dụng ga khí hóa lỏng (LPG) chiếm 37% của tổng chi phí năng lượng trong bếp

1.3.2.1 Tỉ lệ về chi phí tiền điện trong bếp ăn Flamingo Đại Lải

Tổng chi phí tiền điện chiếm 63% so với tổng chi phí năng lượng trong bếp, mặt khác các chi phí này thuộc các nhóm thiết bị sử dụng điện khác nhau trong khu vực nhà bếp cụ thể các tỉ lệ được xác định như sau:

 Chi phí tiền điện hệ thống thiết bị lạnh 30% của tổng chi phí năng lượng điện

 Chi phí tiền điện của việc chiếu sáng và thiết bị văn phòng 2% tổng chi phí năng lượng điện

 Chi phí tiền điện của việc gia nhiệt cho thiết bị bếp sử dụng điện chiếm 21% tổng chi phí năng lượng điện

 Chi phí tiền điện cho việc gia nhiệt nước nóng chiếm 40% tổng chi phí năng lượng điện

 Chi phí tiền điện của hệ thống hút mùi thông gió chiếm 3% tổng chi phí năng lượng điện

 Chi phí tiền điện sử dụng cho thiết bị khác chiếm 4% tổng chi phí năng lượng điện

Biểu đồ 1.2 thể hiện các giá trị tỉ lệ chi phí điện của các thiết bị trong bếp

Biểu đồ 1.2 Tỉ lệ chi phí sử dụng năng lượng điện trong bếp ăn Flamingo Đại Lải

3% Hệ thống hút mùi thông gió 4% Hệ thống thiết bị khác

1.3.2.2 Tỉ lệ về chi phí của nhiên liệu ga khí hóa lỏng (LPG) trong bếp ăn Flamingo Đại Lải

Tổng chi phí cho phần nhiên liệu ga (LPG) là 37% trên tổng chi phí năng lượng của bếp, các chi phí này được xác định phát sinh từ các khu vực và các thiết bị như sau:

 Chi phí tiền ga (LPG) cho hệ thống bếp nấu chiếm 60% tổng chi phí ga

 Chi phí tiền ga (LPG) cho hệ thống hấp và tạo hơi chiếm 38% tổng chi phí

ga

 Chi phí tiền ga (LPG) cho việc khác chiếm 2% tổng chi phí ga

Đối với các thiết bị có mức độ tiêu tốn năng lượng nhiều chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu và tìm các giải pháp phù hợp đem lại lợi ích kinh tế và hiệu quả trong vận hành hơn, gồm các hệ thống sau:

 Hệ thống gia nhiệt cho nước nóng

 Hệ thống thiết bị lạnh

 Hệ thống thiết bị gia nhiệt cho bếp

Biểu đồ 1.3 Tỉ lệ chi phí cho việc sử dụng ga khí hóa lỏng (LPG) tại bếp ăn

Flamingo Đại Lải

Theo thống kê [7] chi phí cho năng lượng của bếp 1 tháng sử dụng trung bình cụ thể như bảng sau:

Nguồn năng

lượng

Lượng tiêu thụ ĐVT

Đơn giá (VNĐ)

Tổng tiền (VNĐ)

Tỉ lệ

% Điện 108.000 kW 2,500 270,000,000 63%

Ga 122 Bình 1,320,000 161,040,000 37%

Bảng 1.1 Thống kê chi phí năng lượng trung bình của 1 tháng trong năm

1.4 Các vấn đề tồn tại và phương pháp giải quyết

Hiện trạng bếp ăn trong thời gian hoạt động

 Bề mặt thiết bị bếp rất nóng ( đo thực tế mặt dưới tấm inox là 70- 80oC, mặt trên tấm inox là 80 - 90oC) Hiện tại, trên các bếp chính có trang bị hệ thống xả nước tràn để làm mát bếp, hệ thống xả tràn nước hoạt động cùng lúc khi mở van ga cho bếp nấu, dẫn tới việc thất thoát nước và tổn thất nhiệt của bếp là rất lớn Chính vì thế nên việc bức xạ nhiệt và làm nóng môi trường nhà bếp tăng lên rất nhanh

 Sử dụng điện trở để sấy bát đĩa công suất lớn dẫn tới chi phí vận hành lớn Mỗi tủ sấy sử dụng điện trở công suất 4 kw, thời gian sử dụng bình quân 4

 Nấu cơm bằng hơi sử dụng điện trở hoặc ga đun nước

( Nhiệt độ nước lạnh từ bể vào là 24- 26oC)

 Máy rửa bát, bình nóng lạnh đang sử dụng điện trở để nâng nhiệt độ nước nóng cho việc rửa bát và vệ sinh bếp

 Nhiệt độ trong phòng bếp cao

 Tổng khối lượng nước nóng sử dụng bình quân 1 ngày của 1 bếp là 6-8m3

 Nhiệt độ trên bề mặt bếp bình quân là 86oC

 Xác định nhiệt độ bếp vào các thời điểm khác nhau trong 1 ngày theo bảng 1.2 và cụ thể các giờ cao điểm 8h30 sáng, 11h30, 17h30 theo bảng 1.3

TT Mốc thời gian lấy kết quả đo

( Ngày 11/9/2018)

Nhiệt độ (toC)

Độ ẩm (%)

Bảng 1.2 Nhiệt độ, độ ẩm đo thực tế tại các thời điểm khác nhau trong ngày

8h30 Xung quanh bếp, lấy trung bình 35oC

11h30 Xung quanh bếp, lấy trung bình 38.5 oC

17h30 Xung quanh bếp, lấy trung bình 31 OC

Bảng 1.3 Xác định các mốc nhiệt độ trung bình theo từng buổi trong ngày

Biểu đồ 1.4 Biểu đồ nhiệt độ phòng bếp ngày 11/9/2018

Biểu đồ 1.5 Biểu đồ độ ẩm trong phòng bếp ngày 11/9/2018

Căn cứ thực tế và kết quả đo ta có thế đánh giá được nhiệt độ làm việc trong phòng bếp khá cao, bình quân là 35oC và thời điểm nhiệt độ cao nhất là 38.5oC nằm trong khung giờ từ 10h30 đến 12h30 trong ngày

Phương pháp giải quyết tồn tại

1.4.2.1 Xử lý bề mặt bếp nóng bằng bộ hấp thu nhiệt và chuyển hóa thành nhiệt cấp cho nước nóng

Sử dụng phương pháp hấp thu nhiệt trên bề mặt bếp nấu để chuyển hóa năng lượng này thành nhiệt nước nóng Phương pháp này giúp hạn chế được việc nhiệt bức xạ ra môi trường

1.4.2.2 Sử dụng hệ thống bơm nhiệt vào hệ thống tủ sấy bát đĩa

Phương án sử dụng bơm nhiệt để sấy bát, luồng không khí được tuần hoàn kín trong tủ, đảm bảo được tính an toàn vệ sinh thực phẩm

Nhiệt độ sấy của tủ sử dụng bơm nhiệt có nhiệt độ sấy là 35oC gần bằng môi trường không khí trong bếp nên hạn chế được việc tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh

Lượng ẩm thải ra bên ngoài như tủ hiện tại sẽ được hạn chế hoàn toàn sau khi sử dụng bơm nhiệt sẽ không còn lượng nhiệt ẩm này nữa

1.4.2.3 Các giải pháp tiết kiệm năng lượng khác

Các phương pháp tiết kiệm năng lượng như sử dụng bơm nhiệt, năng lượng mặt trời hoặc kết hợp cả hai để cung cấp nước nóng cho bếp

Phương án vệ sinh bảo trì đúng hạn, định kỳ cũng giúp được việc tiết kiệm chi phí năng lượng

Đặc biệt với thực tế các giải pháp tối ưu năng lượng và cải tạo đối với hệ thống lớn như điều hòa, hệ thống hút mùi, hệ thống xử lý kính chống nắng, chống nóng mái…cũng làm cho việc vận hành hiệu quả tối ưu hơn

1.5 Giới hạn công việc nghiên cứu

Với các ứng dụng giải pháp hoàn hảo trong mục 1.4.2.3 đều đã được rất nhiều

đề tài nghiên cứu và phát triển nên em xin phép sẽ không đề cập sâu trong luận văn này

Trong các giải pháp, có thể ứng dụng giải pháp công nghệ vượt trội và có khả năng cho hiệu quả cao giảm chi phí năng lượng cho bếp ăn tại đây

 Tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng bộ hấp thu nhiệt từ bề mặt bếp

 Sử dụng giải pháp bơm nhiệt để ứng dụng trong nghiên cứu thiết kế và chế tạo vận hành tủ sấy bát đĩa bằng bơm nhiệt

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ SẤY BÁT SỬ DỤNG BƠM NHIỆT VÀ TÍNH TOÁN BỘ HẤP THU NHIỆT TRÊN BỀ MẶT BẾP

2.1 Bài toán tính toán thiết bị thu nhiệt từ mặt bếp dạng tấm phẳng – các đại lượng liên quan

Bộ hấp thu nhiệt bức xạ của ngọn lửa truyền cho nước, cấu tạo và phương truyền bức xạ từ ngọn lửa xuống mặt bếp như hình 2.1

Hình 2.1 Mặt cắt tấm hấp thu đã được lắp trên bề mặt bếp

Với bề mặt phẳng là tấm inox, ống đồng tiếp xúc trực tiếp với bề mặt tấm hấp thu bằng keo dẫn nhiệt và được xử lý tăng diện tích tiếp xúc của ống và mặt Lượng nhiệt bức xạ xuống bề mặt tấm hấp thu là El sau đó một phần bị bề mặt inox phản

xạ lại Epx, còn lại sẽ bị hấp thu Eht vào bên trong tấm inox và truyền nhiệt qua vách cho nước Nước được cấp vào bên trong ống đồng với nhiệt độ tin= 26oC và Vin= 0.5 m/s

Kết quả đo nhiệt độ tại một số bếp nấu công nghiệp sử dụng ga (LPG) như trình bày ở hình 2.2, bề mặt bếp nấu rất nóng có thể lên tới trên 86oC, gây khó khăn cho vận hành bếp nấu và làm tăng chi phí năng lượng

Hình 2.2 Biểu đồ đo nhiệt độ thực tế đối với bếp ga công nghiệp

Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu về quá trình truyền và bức xạ nhiệt nhưng tập trung lại có thể chia làm 2 nhóm là: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong bộ thu năng lượng mặt trời phổ biến [8] và tập trung nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong bộ hấp thu năng lượng của thiết kế chế tạo mới, nghiên cứu sự tổn thất nhiệt từ bộ thu ra môi trường xung quanh bên ngoài

Trong thực tế, các hệ thống bếp nấu công nghiệp sử dụng ga khí hóa lỏng (LPG) Quá trình truyền nhiệt từ ngọn lửa tới các bề mặt bếp và không gian xung quanh là tổng hợp nhiều quá trình truyền nhiệt đồng thời: bức xạ, dẫn nhiệt, đối lưu và cả hòa trộn sản phẩm khói với môi trường xung quanh;

Theo [8] giả sử vật liệu bề mặt tấm hấp thu : Inox SU 304

- Hệ số truyền nhiệt trên mỗi md của tấm Kp : 16 W/m.K

- Khối lượng riêng tấm inox 304  : 7.7 kg/m3

- Đường kính trong ống dẫn nước Di : 12 mm

- Đường kính ngoài ống dẫn nước Do : 12.72 mm

- Nhiệt trở của liên kết hàn và gắn keo : bỏ qua

- Vận tốc nước vào ống V : 0.5 m/s

- Nhiệt dung riêng của nước Cp : 4.2 kJ/kg.K

- Nhiệt độ môi trường là ta : 35 oC

- Nhiệt độ trung bình bề mặt bếp tấm thu là t1 : 86oC

Xét một bộ thu có tấm hấp thu với chiều dài ống dẫn nước L1= 4 m và chiều rộng L2=0.4 m Giả thiết rằng tấm hấp thu có N ống dẫn, do đó khoảng cách giữa các ống (bước ống) là W ( = L2 / N) Ký hiệu Di và Do là đường kính bên trong và bên ngoài ống

Bài toán tính toán các thiết bị thu năng lượng nhiệt trên bề mặt bếp được xây dựng cho chế độ hoạt động ổn định bên trong có chứa môi chất là nước

Hình 2.3 Biểu đồ truyền nhiệt của bộ hấp thu và bức xạ nhiệt của ngọn lửa tới

qu Nhiệt hữu ích, nghĩa là lượng nhiệt truyền cho nước trong ống

E Cường độ bức xạ của bếp được hấp thu trên tấm hấp thu

Ap Diện tích tấm hấp thu

ql Lượng nhiệt tổn thất bởi dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ qua mặt trên, mặt đáy và cạnh bên của bộ thu

Nhiệt lượng tổn thất từ bộ hấp thu chỉ có thể xác định được khi biết nhiệt

độ trung bình tại bề mặt hấp thu Do đó, cần phải khảo sát dòng nhiệt trong tấm hấp thu rồi qua thành ống chứa nước để tới môi chất nước, từ đó thiết lập liên hệ giữa nhiệt độ trung bình của tấm hấp thu với nhiệt độ của nước khi vào thiết bị

Để đơn giản hoá bài toán, trong phạm vi sai số chấp nhận được, ta tiến hành một số phân tích cụ thể các vấn đề sau :

 Đầu tiên, dòng nhiệt một chiều trong tấm hấp thu theo hướng tới ống dẫn nước được xem xét

 Tiếp đó, ta nghiên cứu dòng nhiệt từ tấm hấp thu tới chất tải nhiệt qua vách của ống dẫn chất tải nhiệt

 Cuối cùng, tổng hợp các dòng nhiệt bức xạ từ ngọn lửa xuống và truyền nhiệt tới môi chất nước trong ống dẫn, sẽ được khảo sát và mô phỏng bằng phần mềm để xác định nhiệt độ và vận tốc nước đầu ra trong bộ hấp thu Xét phần mặt cắt của tấm hấp thu với hai ống kế tiếp nhau Nhiệt độ trên tấm (Tp) sẽ thay đổi theo phương x theo cách thể hiện như trên hình 2.4 Giả thiết rằng giữa những ống bất kỳ, phân bố nhiệt độ bề mặt tấm theo phương x cũng như vậy Phía trên mỗi ống, nhiệt độ tấm hấp thu không thay đổi, còn ở khoảng giữa các ống nhiệt độ sẽ đạt giá trị cực đại

Hình 2.4 Phân bố nhiệt độ trong tấm hấp thu

Trong hệ tọa độ XYZ hình 2.4 được sử dụng để phân tích tính toán quá trình truyền nhiệt và đối lưu nước trong ống Theo [8], [9], [10] các phương trình liên tục PT 2.2, phương trình bảo toàn năng lượng PT 2.3 và phương trình động lượng theo các phương x, y, z PT 2.4, PT 2.5, PT 2.6 được thể hiện viết dưới dạng sau: Phương trình liên tục:

Theo [11] thường trong thành phần cháy, các phần tử sinh ra sau khi cháy sẽ ảnh hưởng đến độ đen ngọn lửa là các thành phần có từ 3 nguyên tử trở lên vậy ta chỉ xác định phân áp suất của CO2 và H2O [11]:

 CO2 = 12 kN/m2

 H2O =15 kN/m2Theo [11] [12] [12] [13]Ta có độ đen ngọn lửa ℇl = 0.22 (trong đó, ℇl = ℇco2+ ℇH2O) vậy ta có bức xạ từ ngọn lửa xuống bề mặt hấp thu được xác định như sau :

El = ℇl.Co( ) , w/m2Với Tl nhiệt độ ngọn lửa cháy trong không gian bếp công nghiệp và nhiên liệu

là khí hóa lỏng (LPG) thì thường được xác định ở nhiệt độ Tl= 1500 K

Ta xác định được:

El= 63150 w/m2Bức xạ mà bề mặt hấp thu nhận được :

Etht= ℇtht.El = 7578 w/m2Trong đó : ℇtht = 0,12 với bề mặt vật liệu là inox [11]

Xác định lượng nhiệt bức xạ từ nồi xuống bề mặt tấm hấp thu:

En-ht= ℇnồi.Co( )4(1- ℇl) = 1100 w/m2Nhiệt hấp thu từ nồi của tấm hấp thu :

Eht từ nồi= En-ht ℇinox= 1320 w/m2

Từ đó, tổng lượng nhiệt hấp thu được của tấm hấp thu là :

Etht= Eht nồi+ Eht lửa= 8900 w/m2Ngoài ra, sự trao đổi nhiệt phức tạp trong không gian bếp gồm: truyền nhiệt từ kiềng bếp cho bề mặt, đối lưu khói trong không gian bếp, sự thất thoát nhiệt trên

bề mặt tấm hấp thu… Vậy phần nhiệt lượng mà tấm hấp thu nhận được xác định trong khoảng 10.000 w/m2 và kiểm nghiệm lại bằng kết quả thực tế

Tuy nhiên, toàn bộ ống có lượng tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường là ql[W/m2] phụ thuộc vào hệ số tổn thất nhiệt, nhiệt độ trung bình của bề mặt tấm hấp thu và nhiệt độ môi trường Nhiệt độ nước đầu vào (t ) của mô hình là 26oC, các

chế độ vận tốc nước đầu vào được mô phỏng là 0.5 m/s để chọn ra được vận tốc nước đầu vào tối ưu nhất trong cùng môi trường trao đổi nhiệt

Theo công thức (3-60) [8] ta có thể xác định nhiệt lượng có ích mà nước thu được theo:

Trong đó :

𝑘 𝛿

(PT 2.9)

Biểu thức PT 2.8 rất thuận tiện cho việc tính toán nhiệt lượng có ích thu được

từ bộ thu vì nhiệt độ chất tải nhiệt ở đầu vào bộ thu thường là đại lượng biết trước Với các thông số trên hệ số hiệu quả của bộ thu tính theo (3-54) [8] :

Khi nhiệt độ vào của môi chất tăng thì nhiệt độ trung bình của bề mặt hấp thu cũng tăng theo và do đó làm tăng lượng nhiệt tổn thất Quan hệ đó là tuyến tính

và phụ thuộc vào hệ số tổn thất toàn phần Ul Trong khi đó, lượng bức xạ hấp thu được không thay đổi vì nó phụ thuộc vào đặc tính truyền nhiệt của mỗi bộ thu và cường độ bức xạ của ngọn lửa, phương của bức xạ ngọn lửa, đó là những yếu tố không đổi trong quá trình khảo sát

Kết quả là lượng nhiệt hữu ích thu được giảm tuyến tính theo sự tăng nhiệt

độ đầu vào của nước và sẽ được kiểm chứng bằng mô phỏng

2.2 Tính toán thiết kế, mô phỏng và chế tạo, chạy thử tủ sấy bát kết hợp bơm nhiệt tách ẩm

Hiện trạng tủ sấy

 Tủ thiết bị sấy bát đĩa hiện trạng đang sử dụng là nâng nhiệt lên bằng điện trở, đối lưu bằng quạt và thải nhiệt, khí ẩm ra môi trường theo phương pháp đối lưu tự nhiên thoát ra ngoài qua đường ống phi 21mm

 Công suất quạt là 25 W ( KT 150 mm x 150 mm), lưu lượng 3 m3/h

 Tổng khối lượng trước khi sấy là 18 kg

 Tổng khối lượng sau khi sấy là 16.8 kg

 Thời gian sấy khô được bát đĩa trong 4 - 6 giờ (tùy vào từng sản phẩm sấy)

Hình 2.5 Hiện trạng tủ sấy bát bằng điện trở

 Trong hình 2.5, hình 2.6 ta thấy phần không khí đi qua điện trở nóng và được cấp xuống dưới tủ để không khí tuần hoàn trong buồng sấy theo phương thẳng đứng và đối lưu tự nhiên với các khay đựng bát đĩa Trong quá trình không khí trong tủ sấy được tuần hoàn quay vòng qua điện trở gia nhiệt thì lượng nhiệt

ẩm cũng được thoát tự nhiên ra bên ngoài bằng đường thông hơi có kích thước đường kính là 21mm

Hình 2.6 Mặt cắt tủ sấy bát bằng điện trở

1- Điện trở;2- Quạt đối lưu;3- Ống thoát hơi;4- Mặt điều khiển; 5-

Khay đựng bát;6- Ống dẫn hơi nóng xuống dưới Giải pháp sấy kết hợp bơm nhiệt tách ẩm ở nhiệt độ môi trường Bơm nhiệt về sơ đồ nguyên lý giống hoàn toàn hệ thống máy lạnh, nó được

sử dụng với mục đích khác nhau Ở đây, ta sử dụng lượng nhiệt tỏa ra ở thiết bị ngưng tụ còn nhiệt độ lạnh được tạo ra ở thiết bị bay hơi thì sử dụng làm mát cho môi trường bên trong bếp nấu

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt sấy/hút ẩm

Ở hình 2.7, hệ thống bơm nhiệt gồm có 4 bộ phận chính là: Dàn bay hơi, máy nén, dàn ngưng tụ và van tiết lưu (hoặc ống mao) Đây là hệ thống mà máy nén đóng vai trò như một bơm nhiệt vận chuyển nhiệt từ môi trường bên ngoài vào môi trường bên trong để nâng nhiệt độ lên Hệ thống này nó đã thực hiện sự chuyển hóa nhiệt liên tục theo một vòng tuần hoàn kín nhờ các quá trình biến đổi trạng thái của môi chất lạnh: Nén - Ngưng tụ - Tiết lưu – Bay hơi

Máy nén hút môi chất ở trạng thái hơi từ dàn bay hơi ( Po , To ) về rồi nén tới nhiệt độ và áp suất cao ( Pk , Tk ) Từ đó, hơi có nhiệt độ và áp suất cao đi vào dàn ngưng tụ và được giải nhiệt, truyền nhiệt cho môi trường làm mát môi chất được ngưng tụ lại thành lỏng một phần (Pk , Tk) Môi chất từ dàn ngưng đi ra qua van tiết lưu, giảm áp suất xuống thấp tạo sự chênh lệch áp suất dẫn tới sự chênh lệch nhiệt độ sau đó dịch lỏng tại dàn lạnh tiếp tục nhận nhiệt tại đây và bay hơi nhanh trong dàn bay hơi rồi được hút về máy nén bắt đầu một chu trình mới Nhiệt được sử dụng ở chu trình này là nhiệt dàn nóng ( ta sử dụng cho việc sấy) [14] [15] [16]

Chu trình nhiệt động của bơm nhiệt

Hình 2.8 Chu trình bơm nhiệt trên đồ thị lg p-i

 Chu trình nén đa biến 1-2; Quá trình ngưng tụ trong dàn ngưng 2-3; Trong đó 3’ – 3 là quá trình quá lạnh trong dàn ngưng; Quá trình tiết lưu đoạn nhiệt trong van tiết lưu 3- 4; Quá trình bay hơi trong dàn lạnh là 4 – 1; Môi chất nhận nhiệt của môi trường để bay hơi, quá trình 1’-1 là quá trình quá nhiệt trong dàn lạnh

 Từ chu trình nhiệt động của bơm nhiệt có thể xác định các đại lượng đặc trưng sau

- Công suất của dàn lạnh Q0:

mmc : Lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống, kg/s

i1, i2, i3, i4 : Entanpy của môi chất trong trạng thái đặc trưng 1,2,3,4, kJ/kg Năng suất nhiệt của bơm nhiệt là:

Hệ số nhiệt hay hệ số hiệu quả COPbn của bơm nhiệt chỉ sử dụng nhiệt nóng là:

để giải phóng lượng nhiệt thừa sinh ra từ quạt và máy nén ra bên ngoài

Khi hút ẩm bằng bơm nhiệt, dàn bay hơi có nhiệm vụ làm giảm dung ẩm

∆d của không khí (tách ẩm) và giảm nhiệt độ của không khí sau đó lượng không khí này sẽ được gia nhiệt nhờ dàn ngưng tụ rồi được đưa vào buồng sấy tiếp tục chu trình sấy

2.2.3.2 Xác định chu trình sấy bơm nhiệt tách ẩm theo lý thuyết của tủ sấy bát

Các điểm trạng thái của không khí trong tủ sấy bát thể hiện ở hình 2.9, C là điểm nhiệt độ sau khi sấy sản phẩm sấy xong, điểm O là điểm sau khi không khí sấy đã được tách ẩm và làm mát Điểm T là điểm sau khi đã được gia nhiệt để tiếp tục chu trình vào trong tủ sấy, tương ứng với mỗi điểm là nhiệt độ và độ ẩm Các điểm trạng thái này được xác định trên đồ thị I-d hình 2.10

Hình 2.10 Chu trình sấy trên đồ thị I - d

Các quá trình xử lý không khí trên đồ thị I – d hình 2.10 bao gồm:

- O – T là quá trình gia nhiệt của dàn ngưng tụ trong đưa nhiệt độ không khí lên đến nhiệt độ sấy (Điểm T là điểm trạng thái không khí nóng trước khi vào buồng sấy)

- T – C đây là quá trình trao đổi nhiệt giữa không khí khô và sản phẩm sấy

Do không khí sau khi qua dàn nóng có độ ẩm thấp, nhiệt độ cao tiếp xúc với vật sấy có độ ẩm cao làm cho hơi ẩm trên sản phẩm sấy bốc hơi và hòa trộn với không khí khô tạo nên hỗn hợp có độ ẩm cao hơn tại điểm C và mang ra khỏi buồng sấy

- C – O là quá trình làm lạnh không khí sấy đến nhiệt độ đọng sương và tách

ẩm tại đây

Trạng thái điểm O không nằm trên đường độ ẩm bảo hòa mà dâng cao hơn (nhiệt độ tại điểm O lớn hơn nhiệt độ đọng sương tương ứng với phân áp suất cuối