TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI CHO HỆ THỐNG KHO LẠNH

Việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường xâp nhập vào kho lạnh. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài.

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt. Nhiệt tải Q của kho lạnh sẽ được tính theo công thức sau:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅, W

Trong đó:

Q₁ – dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh.

Q₂ – dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh.

Q₃ – dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh, ở đây Q₃ = 0 do kho bảo quản sản phẩm thủy sản không thông gió buồng lạnh.

Q₄ – dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh.

Q₅ – dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, nó chỉ có ở kho lạnh bảo quản rau quả, Q₅ = 0.

 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q₁

Dòng nhiệt qua kết cấu 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 kho lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần.

Dòng nhiệt Q₁ được xác định theo công thức:

Q₁ = Q₁₁ + Q₁₂, W.

Trong đó:

Q₁₁ – dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ.

Q₁₂ – dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời.

Kho lạnh được thiết kế vách và trần kho đều có tường bao và mái che nên bỏ qua dòng nhiệt qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, Q₁₂ = 0.

Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ được xác định theo biểu thức:

Q₁₁ = K_t.F(t₁ – t₂), W

Trong đó:

K_t – hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dài cách nhiệt thực.

F – diện tích bề mặt kết cấu bao che.

t₁ – nhiệt độ môi trường bên ngoài kho, ⁰C.

t₂ – nhiệt độ không khí trong kho, ⁰C.

Chiều dài kho L₁ = 32 m

Chiều rộng kho L₂ = 12 + 2.0,125 = 12,25 m

Chiều cao H = 3,6 + 0,125 = 3,725 m

Bảng tổng hợp dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che

Do kho lạnh được đặt trong xưởng chế biến có tường bao xung quanh và có mái che nên nhiệt độ không khí xung quanh kho lạnh sẽ lấy bằng nhiệt độ của khu thành phẩm, t₁ = 26⁰C. Chỉ có trần kho lạnh có nhiệt độ cao hơn ta lấy nhiệt độ không khí phía trên trần là 30⁰C.

Vậy dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là Q₁ = Q₁₁ =10453,3W

Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra Q₂

Dòng nhiệt do bao bì và sản phẩm tạo ra xác định theo công thức:

Q₂ = Q₂₁ + Q₂₂, W

Trong đó:

Q₂₁ – dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra,W

Q₂₂ – dòng nhiệt do bao bì tỏa ra,W

Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q₂₁

Được xác định theo công thức:

Trong đó:

M – công suất buồng gia lạnh hay khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm, tấn/ngày đêm. Tại công ty TNHH Minh Đăng – Sóc Trăng khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm là M = 30 tấn/ngày đêm.

i₁, i₂ – enthalpy của sản phẩm vào kho và của sản phẩm ở nhiệt độ bảo quản, J/kg. Với sản phẩm mực, tôm, cá đông lạnh i₁ = 24600 J/kg, [TL-4,74].

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: t₁ = -12⁰C, [TL-4,74].

Thay số: 

Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra Q₂₂

Được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

M_b – khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm trong một ngày đêm, tấn/ngàyđêm. Ta lấy M_b = 10%.M = 3 tấn/ngày đêm.

C_b – nhiệt dung riêng của bao bì,J/kgK, với bao bì là bìa cactong thì C_b = 1460 J/kgK.

t₁,t₂ – nhiệt độ bao bì trước và sau khi làm lạnh bao bì,⁰C.

Ta lấy nhiệt độ bao bì trước khi đưa vào kho cùng sản phẩm bằng nhiệt độ của khu thành phẩm, t₁ = 26⁰C.

Vậy: Q₂ = Q₂₁ + Q₂₂ = 8402,7 + 2331,9 = 10734,6 W

Dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành Q₄

Các dòng nhiệt do vận hành bao gồm các dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q₄₁, do người làm việc trong buồng Q₄₂, do các động cơ điện Q₄₃, do mở cửa kho lạnh Q₄₄ và dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q₄₅.

Q₄ = Q₄₁ + Q₄₂  + Q₄₃ + Q₄₄ + Q₄₅, W

Dòng nhiệt do chiếu sáng Q₄₁

Được xác định theo biểu thức:

Q₄₁ = A.F = 384.1,2 = 460,8 W

Trong đó:

A – nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1 m² buồng hay nền, với buồng bảo quản đông A = 1,2 W/m².

F – diện tích của buồng, m².

Dòng nhiệt do người trong buồng làm việc tỏa ra Q₄₂

Được xác định theo biểu thức:

Q₄₂ = 350n = 350.7  = 2450 W

Trong đó:

350 – nhiệt lượng do một người tỏa ra trong khi làm công việc nặng nhọc 350 W/người.

n – số người làm việc trong buồng. Nó phụ thuộc vào công nghệ gia công, chế biến, vận chuyển, bốc xếp. Kho được thiết kế với phương thức bốc dỡ thủ công, ta chọn số người làm việc trong kho là: n = 7 người.

Dòng nhiệt do động cơ điện tỏa ra Q₄₃

Được xác định theo biểu thức:

Q₄₃ = N.1000 = 9.1,5.1000 =13500 W.

Động cơ điện làm việc trong kho là động cơ của quạt dàn lạnh, ta chọn 3 dàn lạnh hãng Guntner, mỗi dàn lạnh gồm 3 quạt, mỗi quạt động cơ 1,5 kW.

Dòng nhiệt do mở cửa kho lạnh Q₄₄

Được xác định theo biểu thức:

Q₄₄ = BF = 4,8.384 = 1843,2 W.

Trong đó:

F – diện tích của kho lạnh, m².

B – dòng nhiệt dung riêng khi mở cửa, W/m².

Dòng nhiệt khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng. Với chiều cao buồng 6m lấy theo bảng sau:

 Dòng nhiệt riêng khi mở cửa,[TL4,78].

Với chiều cao buồng h = 3,6 m, diện tích > 150 m². Sử dụng phương pháp nội suy ta có B = 4,8 W/m².

Dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q₄₅

Sau khi xả băng, nhiệt độ kho lạnh tăng lên đáng kể, điều đó chứng tỏ có một phần nhiệt lượng dùng xả băng đã trao đổi nhiệt 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 dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh ta 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 vào dung tích của kho lạnh. Thông thường nhiệt độ không khí sau khi xả băng tăng (4 ÷ 7) ⁰C. Dung tích càng lớn thì độ tăng nhiệt độ càng nhỏ và ngược lại. Dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q₄₅ được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

n – số lần xả băng trong một ngày đêm, chọn n = 3.

– khối lượng riêng của không khí,=1,2kg/m³.

V – thể tích của kho lạnh,m³.

C_Pkk – nhiệt dung riêng của không khí, C_Pkk =1009 J/kgK.

– độ tăng nhiệt độ không khí trong kho lạnh sau khi xả băng dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm), lấy =5⁰C.

Tính toán dòng nhiệt tổn thất do vận hành.

Tổng hợp các kết quả tính toán nhiệt tải kho lạnh.

 Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị và máy nén

Phụ tải nhiệt của thiết bị:

Phụ tải nhiệt của thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi. Công suất giải nhiệt yêu cầu của thiết bị bao giờ cũng lớn hơn công suất của máy nén, phải có hệ số dự trữ nhằm tránh những biến động có thể xảy ra trong quá trính vận hành. Vì thế tải nhiệt của thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt của kho lạnh.

Q₀^TB = Q₁ + Q₂ + Q₄ = 39558 W

Phụ tải nhiệt của máy nén:

Do các tổn thất trong các kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệt 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 máy nén cũng được tính toán từ các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh có thể chỉ lấy một phần tổng của nhiệt tải đó.

Với kho lạnh bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh thì:

Q_MN = 85%Q₁ + 100%Q₂ + 75%Q₄ = 33,4 kW

Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ sôi giống nhau xác định theo biểu thức:

Trong đó:

b – hệ số thời gian làm việc của máy nén, thường lấy b = 0,9 (máy nén làm việc 22 giờ/ngày do xả băng dàn lạnh và giảm tải cho máy nén).

k – hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, nó được xác đinh theo bảng sau:

Bảng 3-5 Hệ số dự trữ k, [TL-4,83]

Sử dụng phương pháp nội suy với t₀ = -28⁰C ta có k = 1,068

>> Xem thêm:

Vietnhatree.com