Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ

Q11 - được xác định từ biểu thức:

Q11 = k.F.(t1-t2) (2-6)

kt- hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m2.K

F - diện tích bề mặt của kết cấu bao che, ­m2.

t1- nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C;

t2- nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C.

Xác định diện tích bề mặt kết cấu bao che

Diện tích bề mặt kết cấu bao che được xác định theo diện tích bên ngoài của kho. Để xác định diện tích này chúng ta căn cứ vào các kích thước chiều rộng, dài và cao như sau:

* Tính diện tích tường

Ft = Chiều dài x Chiều cao

Xác định chiều dài:

- Kích thước chiều dài tường ngoài:

+ Đối với buồng ở góc kho: lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn (chiều dài l1, l3 hình 2-11 ).

+ Đối với buồng ở giữa chiều dài được tính là khoảng cách giữa các trục tường ngăn (chiều dài l2 hình 2-11)

+ Đối với tường ngoài hoàn toàn: Tính từ mép tường ngoài này đến mép tường ngoài khác (chiều dài l4 hình 2-11 ).

- Kích thước chiều dài tường ngăn:

+ Đối với buồng ngoài lấy từ mặt trong tường ngoài đến tâm tường ngăn (chiều dài l5 hình 2-11)

+ Đối với buồng trong lấy từ tâm tường ngăn tới tâm tường ngăn (chiều dài l6 hình 2-11)

Kích thước chiều cao

+ 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 con lươn thông gió ): Chiều cao được tính từ đáy panel nền đến mặt trên panel trần.

* Tính diện tích trần và nền

Diện tích của trần và của nền được xác định từ chiều dài và chiều rộng. Chiều dài và chiều rộng lấy từ tâm của các tường ngăn hoặc từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn.

Hình 2-11: Cách xác định chiều dài của tường

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 hoặc tham khảo ở các bảng 1-3 và 1-4.

- Nhiệt độ bên ngoài t1 là nhiệt độ trung bình cộng của nhiệt độ trung bình cực đại tháng nóng nhất và nhiệt độ cực đại ghi nhận được trong vòng 100 năm gần đây, (ở đây đã tính toán sẵn và cho ở phụ lục 1).

Lưu ý:

- Đối với các tường ngăn mở ra hành lang buồng đệm vv... không cần xác định nhiệt độ bên ngoài. Hiệu nhiệt độ giữa hai bên vách lấy định hướng như sau:

+ delta t = 0,7 (t1–t2) Nếu hành lang có cửa thông với bên ngoài

+ delta t = 0,6(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 có sưởi xác định theo biểu thức:

tn - nhiệt độ trung bình của nền khi có sưởi.

Nếu nền không có sưởi, dòng nhiệt qua sàn có thể xác định theo biểu thức:

kq- hệ số truyền nhiệt quy ước tương ứng với từng vùng nền;

Hình 2-12: Phân dãi nền kho lạnh

F - Diện tích tương ứng với từng vùng nền, m2 ;

t1- Nhiệt độ không khí bên ngoài, 0C;

t2 - Nhiệt độ không khí bên trong buồng lạnh, 0C;

m - Hệ số tính đến sự gia tăng tương đối trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt.

Để tính toán dòng nhiệt vào qua sàn, người ta chia sàn ra các vùng khác nhau có chiều rộng 2m mỗi vùng tính từ bề mặt tường bao vào giữa buồng (hình 2-12).

Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước kq,W/m2K, lấy theo từng vùng là:

- Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tường bao:

kI= 0,47 W/m2.K, FI =4(a+b)

- Vùng rộng 2m tiếp theo về phía tâm buồng:

kII = 0,23 W/m2.K, FII =4(a+b)-48

- Vùng rộng 2m tiếp theo:

kIII =0,12 W/m2.K, FIII =4(a+b)-80

- Vùng còn lại ở giữa buồng lạnh:

kIV = 0,07 W/m2.K, FIV =(a-12)(b-12)

Riêng diện tích của vùng một rộng 2m cho góc của tường bao được tính hai lần, vì được coi là có dòng nhiệt đi vào từ hai phía: F =4(a + b) trong đó a, b là hai cạnh của buồng lạnh.

Cần lưu ý:

- Khi diện tích kho nhỏ hơn 50 m2 thì coi toàn bộ là vùng I

- Nếu chỉ chia được 1,2,3 vùng mà không phải là 4 vùng thì tính bắt đầu từ vùng 1 trở đi. Ví dụ nếu chỉ chia được 2 vùng thì vùng ngoài là vùng I, vùng trong là vùng II.

Hệ số m đặc trưng cho sự tăng trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt:

xíchmai - Chiều dày của từng lớp của kết cấu nền, m;

alphai - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K;

Nếu nền không có cách nhiệt thì m = 1.

Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do bức xạ

Hầu hết các kho lạnh, kho cấp đông hiện nay đều được lắp đặt trong nhà kiên cố vì thế thực tế không có nhiệt bức xạ. Trong trường hợp đặc biệt có thể tính nhiệt bức xạ mặt trời trực tiếp như sau:

Q12 = kt.F.delta t12 (2-10)

kt - hệ số truyền nhiệt thực của vách ngoài, W/m2.K

F - diện tích nhận bức xạ trực tiếp của mặt trời, m2;

delta t12- hiệu nhiệt độ dư, đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào mùa hè, 0C.

Dòng nhiệt do bức xạ mặt trời phụ thuộc vào vị trí của kho lạnh nằm ở vĩ độ địa lý nào, hướng của các tường ngoài cũng như diện tích của nó.

Hiện nay chưa có những nghiên cứu về dòng nhiệt do bức xạ mặt trời đối với các buồng lạnh ở Việt Nam, vĩ độ địa lý từ 10 đến 150 vĩ Bắc. Trong tính toán có thể lấy một số giá trị định hướng sau đây:

- Đối với trần: màu xám (bêtông ximăng hoặc lớp phủ) lấy delta t12= 190C;

- Đối với các tường: hiệu nhiệt độ lấy định hướng theo bảng 2-9.

Tổn thất nhiệt bức xạ phụ thuộc thời gian trong ngày, do cường độ bức xạ thay đổi và diện tích chịu bức xạ cũng thay đổi theo. Tuy nhiên tại một thời điểm nhất định thường chỉ có mái và một hướng nào đó chịu bức xạ. Vì vậy để tính tổn thất nhiệt bức xạ khi chọn máy nén người ta chỉ tính dòng nhiệt do bức xạ mặt trời qua mái và qua một bức tường nào đó có tổn thất bức xạ lớn nhất (thí dụ có hiệu nhiệt độ dư hoặc có diện tích lớn nhất), bỏ qua các bề mặt tường còn lại. Thông thường hướng đông và tây sẽ có tổn thất lớn nhất.

Bảng 2-9. Hiệu nhiệt độ dư phụ thuộc hướng và tính chất bề mặt

Một vấn đề cần lưu ý nữa là trong hệ thống có nhiều buồng lạnh cần tính tổn thất bức xạ riêng cho từng buồng để làm cơ sở chọn thiết bị, mỗi buồng lấy tổn thất bức xạ lớn nhất của buồng đó trong ngày.

Mỗi buồng được xác định dòng tổng thể và sau đó đưa vào bảng tổng hợp. Số liệu này là một bộ phận của Q1, dùng để xác định nhiệt tải của thiết bị và máy nén.

Trong kho lạnh có nhiều buồng có nhiệt độ khác nhau bố trí cạnh nhau. Khi tính nhiệt cho buồng có nhiệt độ cao bố trí ngay cạnh buồng có nhiệt độ thấp hơn thì dòng nhiệt tổn thất là âm vì nhiệt truyền từ buồng đó sang buồng có nhiệt độ thấp hơn. Trong trường hợp này ta lấy tổn thất nhiệt của vách bằng 0 để tính phụ tải nhiệt của thiết bị và lấy đúng giá trị âm để tính phụ tải cho máy nén. Như vậy dàn bay hơi vẫn đủ diện tích để làm lạnh buồng trong khi buồng bên lạnh hơn ngừng hoạt động.

Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra

Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra buồng bảo quản

i1, i2 - entanpi SP ở nhiệt độ vào và ở nhiệt độ bảo quản, J/kg

Cần lưu ý rằng đối với kho bảo quản đông, các sản phẩm khi đưa vào kho bảo quản đã được cấp đông đến nhiệt độ bảo quản. Tuy nhiên trong quá trình xử lý đóng gói và vận chuyển nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều, nên đối với sản phẩm bảo quản đông lấy nhiệt độ vào là -12oC.

M - công suất buồng gia lạnh hoặc khối lượng hàng nhập kho bảo quản trong một ngày đêm, tấn/ngày đêm.

1000/(24.3600) - hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm ra đơn vị kg/s;

- Đối với kho lạnh bảo quản khối lượng M chiếm cỡ 10 đến 15% dung tích kho lạnh: M = (10 đến 15%) E

- Đối với kho bảo quản rau quả. Vì hoa quả có thời vụ, nên đối với kho lạnh xử lý và bảo quản hoa quả, khối lượng hàng nhập vào trong một ngày đêm tính theo biểu thức:

M- lượng hàng nhập vào trong một ngày đêm, t/24h;

E- dung tích kho lạnh, Tấn;

B - hệ số quay vòng hàng, B = 810;

m - hệ số nhập hàng không đồng đều, m =22,5;

120 - số ngày nhập hàng trong một năm.

- Khi tính Q2 cho phụ tải thiết bị, lấy khối lượng hàng nhập trong một ngày đêm vào buồng bảo quản lạnh và buồng bảo quản đông bằng 8% dung tích buồng nếu dung tích buồng nhỏ hơn 200T và bằng 6% nếu dung tích buồng lớn hơn 200T [1].

Dòng nhiệt do bao bì toả ra

Khi tính toán dòng nhiệt do sản phẩm toả ra, cần phải lưu ý một điều là rất nhiều sản phẩm được bảo quản trong bao bì, do đó phải tính cả tải nhiệt do bao bì toả ra khi làm lạnh sản phẩm.

Dòng nhiệt toả ra từ bao bì:

Cb - nhiệt dung riêng của bao bì, J/kg.K

1000/(24.3600)=0,0116 - hệ số chuyển đổi từ t/24h sang kg/s;

t1 và t2 - nhiệt độ trước và sau khi làm lạnh của bao bì, 0C;

Khối lượng bao bì chiếm tới 1030% khối lượng hàng đặc biệt bao bì thuỷ tinh chiếm tới 100%. Bao bì gỗ chiếm 20% khối lượng hoa quả (cứ 100 kg hoa quả cần 20kg bao bì gỗ).

Nhiệt dung riêng Cb của bao bì lấy như sau:

- Bao bì gỗ : 2500 J/kgK

- Bìa cactông :1460 J/kgK

- Kim loại : 450 J/kgK

- Thuỷ tinh : 835 J/kgK

Bảng 2-10. Entanpi của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, 0 C, kJ/kg

Bảng 2-11. Nhiệt dung riêng của một số sản phẩm.

Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng Q41

Q41 được tính theo biểu thức:

F - diện tích của buồng, m2;

A- nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng hay diện tích nền, W/m2, Đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m2;

Đối với buồng chế biến a = 4,5 W/m2.

Dòng nhiệt do người toả ra Q42

Dòng nhiệt do người toả ra được xác định theo biểu thức:

n - số người làm việc trong buồng.

350 - nhiệt lượng do một người thải ra khi làm công việc nặng nhọc, 350 W/người.

Số người làm việc trong buồng phụ thuộc vào công nghệ gia công, chế biến, vận chuyển, bốc xếp. Thực tế số lượng người làm việc trong buồng rất khó xác định và thường không ổn định. Nếu không có số liệu cụ thể có thể lấy các số liệu định hướng sau đây theo diện tích buồng.

Nếu buồng nhỏ hơn 200m2 : n = 2 3 người

Nếu buồng lớn hơn 200m2 : n = 3  4 người

Dòng nhiệt do các động cơ điện Q43

Dòng nhiệt do các động cơ điện làm việc trong buồng lạnh (động cơ quạt dàn lạnh, động cơ quạt thông gió, động cơ các máy móc gia công chế biến, xe nâng vận chuyển...) có thể xác định theo biểu thức:

Q43 = 1000.N ; W (2-20)

N - Công suất động cơ điện (công suất đầu vào), kW.

1000 - hệ số chuyển đổi từ kW ra W.

Tổng công suất của động cơ điện lắp đặt trong buồng lạnh lấy theo thực tế thiết kế. Có thể tham khảo công suất quạt của các dàn lạnh Friga-Bohn nêu trong bảng 2-28. Tổng công suất quạt phụ thuộc năng suất buồng, loại dàn lạnh, hãng thiết bị vv..

Nếu không có các số liệu trên có thể lấy giá trị định hướng sau đây:

Buồng bảo quản lạnh : N = 1  4 kW.

Buồng gia lạnh : N = 38 kW.

Buồng kết đông : N = 816 kW.

Buồng có diện tích nhỏ lấy giá trị nhỏ và buồng có diện tích lớn lấy giá trị lớn.

Khi bố trí động cơ ngoài buồng lạnh (quạt thông gió, quạt dàn lạnh đặt ở ngoài có ống gió vv...) tính theo biểu thức:

Dòng nhiệt khi mở cửa Q44

Để tính toán dòng nhiệt khi mở cửa, sử dụng biểu thức:

B - dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2;

F - diện tích buồng, m2.

Dòng nhiệt riêng khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng 6 m lấy theo bảng dưới đây:

Bảng 2-12. Dòng nhiệt riêng do mở cửa

Dòng nhiệt B ở bảng trên cho buồng có chiều cao 6m. Nếu chiều cao buồng khác đi, B cũng phải lấy khác đi cho phù hợp. Đối với kho lạnh nhỏ thường độ cao chỉ 3m, nên cần hiệu chỉnh lại cho phù hợp.

Dòng nhiệt do mở cửa buồng không chỉ phụ thuộc vào tính chất của buồng và diện tích buồng mà còn phụ thuộc vào vận hành thực tế của con người. Nhiều kho mở cửa xuất hàng thường xuyên khi đó tổn thất khá lớn.

Dòng nhiệt do xả băng Q45

Sau khi xả băng nhiệt độ của kho lạnh tăng lên đáng kể, đặc biệt trường hợp xả băng bằng nước, điều đó chứng tỏ có một phần nhiệt lượng dùng xả băng đã trao đổi với không khí và các thiết bị trong phòng. Nhiệt dùng xả băng đại bộ phận làm tan băng trên dàn lạnh và được đưa ra ngoài cùng với nước đá tan, một phần truyền cho không khí và các thiết bị trong kho lạnh, gây nên tổn thất.

Để xác định tổn thất do xả băng có thể tính theo tỷ lệ phần trăm tổng dòng nhiệt xả băng mang vào hoặc có thể xác định theo mức độ tăng nhiệt độ không khí trong phòng sau khi xả băng. Mức độ tăng nhiệt độ của phòng phụ thuộc nhiều vào dung tích kho lạnh. Thông thường, nhiệt độ không khí sau xả băng tăng 4đến 7oC. Dung tích kho càng lớn thì độ tăng nhiệt độ nhỏ và ngược lại.

Xác định theo tỷ lệ nhiệt xả băng mang vào

Tổn thất nhiệt do xả băng được tính theo biểu thức sau :

Trong đó :

a- Là tỷ lệ nhiệt truyền cho không khí,

QXB - Tổng lượng nhiệt xả băng, J

24x3600 - Thời gian một ngày đêm, giây

Tổng lượng nhiệt do xả băng QXB phụ thuộc hình thức xả băng

* Xả băng bằng điện trở

n – Số lần xả băng trong một ngày đêm.

Số lần xả băng trong ngày đêm phụ thuộc tốc độ đóng băng dàn lạnh, tức là phụ thuộc tình trạng xuất nhập hàng, loại hàng và khối lượng hàng. Nói chung trong một ngày đêm số lần xả băng từ 2đến 4 lần.

t1 - Thời gian của mỗi lần xả băng, giây

Thời gian xả băng mỗi lần khoảng 30 phút.

N - Công suất điện trở xả băng, W

* Xả băng bằng nước

Gn - Lưu lượng nước xả băng, kg/s

Cp - Nhiệt dung riêng của nước, Cp = 4186 J/kg.K

delta tn - Độ chênh nhiệt độ nước vào xả băng và sau khi tan băng

* Xả băng bằng gas nóng

QXB = n.Qk.τ1 (2-26)

Qk - Công suất nhiệt xả băng, kW

Xác định theo độ tăng nhiệt độ phòng

Trong trường hợp biết độ tăng nhiệt độ phòng, có thể xác định tổn thất nhiệt do xả băng như sau:

n – Số lần xả băg trong một ngày đêm;

ρKK – Khối lượng riêng của không khí, ρKK ≈ 1,2 kg/m3

V- Dung tích kho lạnh, m3

CpKK – Nhiệt dung riêng của không khí, J/kg.K

delta t - Độ tăng nhiệt độ không khí trong kho lạnh sau xả băng, oC

delta t lấy theo kinh nghiệm thực tế

Tổng nhiệt vận hành

Dòng nhiệt vận hành Q4 là tổng các dòng nhiệt vận hành thành phần:

Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 + Q45 (2-28)

Đối với các kho lạnh thương nghiệp và đời sống, dòng nhiệt vận hành Q4 có thể lấy như sau:

- Đối với các buồng bảo quản thịt, gia cầm, đồ ăn chín, mỡ, sữa, rau quả, cá, đồ uống, phế phẩm thực phẩm lấy 11,6 W/m2.

- Đối với các buồng bảo quản thức ăn chế biến sẵn, đồ ăn, bánh kẹo là 29 W/m2.

Trong một số trường hợp, đối với các kho lạnh thương nghiệp và đời sống người ta tính gần đúng dòng nhiệt vận hành bằng 1040% dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 và dòng nhiệt do thông gió Q3

Q4 = (0,1 đến 0,4)(Q1 + Q3) (2-29)