Thiết kế kho lạnh cấp đông trữ thịt heo 2 tấn/mẻ tại thành phố Vinh

[m] λ [W/m2K] 1 Vữa trát xi măng 0,02 0,9 2 Bê tông cốt thép 0,1 1,5 3 Vữa trát xi măng 0,02 0,9 4 Bitum 0,003 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Polystiron ? 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Lưới mắt cáo,vữa mắc cao 0,02 0,9 9 Móc sắt 2. Tính toán a Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có : α1= 23,3 W/m2K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có: α2=9 W/m2K - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18 0C. Tra bảng 3-3 trang 63 tài liệu[1] với nhiệt độ phòng -18 0C tính cho mái bằng. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,218 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn=λcn , [m] δcn = 0,047[ = 0,199 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,2 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktd = ktư = 0,218 W/m2K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 86,tài liệu[1] có : α1= 23,3 W/m2K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 86,tài liệu[1] có: α2= 10,5 W/m2K Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0C. Tra bảng 3-3 trang 84 tài liệu[1] với nhiệt độ phòng -35 0C tính cho mái bằng. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,17 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn=λcn , [m] δcn = 0,047[ = 0,26 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,3 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktư = kcd = = 0,15W/m2K 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt. Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường. Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 86 tài liệu [1]. k ≤ ks = 0,95.α1, [W/m2K] Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m2K] - ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m2K] - α1= 23,3 W/m2K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che - tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C - tn= 380C : nhiệt độ môi trường ngoài - ts = 32,60C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị h-x-trang 9- tài liệu [1].với nhiệt độ môi trường t1=380C và độ ẩm φ=74% a. Phòng trữ đông Phòng trữ đông có tf = -180C Suy ra: ks = 0,95.23,3. = 2,13 W/m2K Mà có ktđ = 0,218 < ks = 2,13 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng trữ đông b. Phòng cấp đông Phòng cấp đông có tf= -350C Suy ra: ks= 0,95.23,3.= 1,6 W/m2K Mà có kcđ= 0,15< ks = 1,6 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng cấp đông. §2.3 Tính cách nhiệt nền kho lạnh Kết cấu và các số liệu của nó Lớp Vật liệu δ [m] λ [W/m2K] 1 Đất nền 2 Bê tông sỏi 0,1 1,4 3 Vữa trát xi măng 0,02 0,9 4 Bitum 0,003 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Polystiron ? 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Bê tông cốt thép 0,1 1,5 9 Vữa trát 0,02 0,9 10 Ống PVC 11 Ụ đỡ bê tông Tính toán Đối với nền có sưởi thì ta chỉ cần tính các lớp phía trên lớp có sưởi. Cụ thể ở đây trong lớp bê tông sỏi thường nguời ta thi công với chiều dày 300 mm. Nhưng do có sưởi nền bằng khí trời nên chiều dày tính toán khoảng 100 mm tính từ mép trên ống thông gió đến lớp vữa trát (3) do đó xem α1= ∞ a. Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 86 tài liệu [1] có: α2=9 W/m2K - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18 0C. Tra bảng 3-6 trang 84 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -18 0C tính cho nền có sưởi. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua nền có sưởi: ktư = 0,226 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn = 0,047[ = 0,19 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,2 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktd = = 0,217 W/m2K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có: α2= 10,5 W/m2K - Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0C. Tra bảng 3-6 trang 84 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -35 0C tính cho mái bằng. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,17 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng cấp đông: δcn = 0,047[ = 0,26 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,3 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: kcd = = 0,15W/m2K §2.4 Bố trí cách nhiệt cho kho lạnh Đối với tường ngăn giữa 2 phòng lạnh có nhiệt độ âm như nhau vẫn phải cách nhiệt với chiều dày như tường bao ngoài. Nhưng phải phân lớp cách nhiệt ra 2 bên như hình dưới: CHƯƠNG 3: TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH Mục đích: tính tổng tổn thất nhiệt của kho lạnh . Để từ đó tính ra công suất yêu cầu của máy lạnh. - Tổn thất lạnh từ kho lạnh ra môi trường được xác định theo biểu thức: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , [W] Trong đó: Q1: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che, [W] Q2: Tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm và bao bì, [W] Q3: Tổn thất lạnh do thông gió. Tổn thất này chỉ có đối với các phòng lạnh có phát sinh nguồn hôi thối hoặc các chất độc hại. Ở đây sản phẩm bảo quản là thịt heo đã qua chế biến nên không cần phải thông gió buồng lạnh => Q3=0 Q4: Tổn thất lạnh do vận hành , [W] Q5: Tổn thất lạnh do sản phẩm thở (Rau, hoa quả…), ở đây sản phẩm là thịt heo => Q5 = 0 => Tổn thất lạnh của kho lạnh thiết kế dược tính theo công thức: Q = Q1 + Q2 + Q4 , [W] - Các số liệu và cách bố trí buồng §3.1 Tính nhiệt cho phòng cấp đông Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q Trong đó: Q : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Q: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do bức xạ mặt trời. Vì kho lạnh có thiết kế thêm 1 mái che nắng mưa ở phía trên trần kho lạnh do đó bức xạ từ mặt trời vào kho lạnh là không có => Q= 0 Vậy: Q1 = Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với: - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa buồng cấp đông và trữ đông có: kBC=0,47 - Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2] - ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong. Độ chênh nhiệt độ giữa các vách ngăn được tính theo nhiệt độ định hướng. Cụ thể độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với phòng đệm: ∆tDC = 0,7( tn-tf) = 0,7(38 + 35) = 510C - Chiều cao tính toán phòng lạnh là: htt = 3,6 m Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Kết cấu Kích thước, [m x m] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường AB 4,5 x 3,6 0,145 73 172 Tường AD 4,5 x 3,6 0,145 73 172 Tường BC 4,0 x 3,6 0,47 17 115 Tường CD 4,0 x 3,6 0,265* 51 195 Nền 4,0 x 4,0 0,15 73 175 Trần 4,0 x 4,0 0,15 73 175 Tổng 1043 2. Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2 Ta có : Q2 = Q+ Q, [W] Trong đó: Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì Tính Q: Ta có công thức tính Q: Q= , [kW] Với : - G: Công suất cấp đông, [t] - i1: Entanpi của thịt Heo khi đưa vào. Ở nhiệt độ 180C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] ta có : i1 = 266,2 kJ/kg  - i2: Entanpi của thịt Heo khi đưa ra. Ở nhiệt độ -150C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] ta có : i2 = 12,2 kJ/kg - τ =11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ thịt => Q= = 12,828 kW = 12828 W b. Tính Q: Ta có công thức tính tổn thất lạnh do bao bì: Q= , [kW] Với: - Gb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm,[t]. Do khối lượng bao bì chiếm tới (10 ÷ 30)% khối lượng hàng (trang 84 tài liệu [1]) và bao bì bằng kim loại nên lấy bằng 30% khối lượng sản phẩm Gb=30%G. Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì, đối với bao bì bằng kim loại thì Cb = 45kJ/kg.K (trang 84 tài liệu [1]) t1: Nhiệt độ đầu vào của bao bì lấy bằng nhiệt đầu vào của sản phẩm t2: Nhiệt độ đầu ra của bao bì lấy bằng nhiệt độ của phòng cấp đông τ = 11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ sản phẩm => Q= = 0,361 kW Vậy tổng tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì là: Q2= 12,828 + 0,361 = 13,189 kW 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qđược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 4x4=16 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .16 = 19,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng . Vì phòng có diện tích chọn n = 2 Q= 350.2 = 700 W Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần: + 1phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh. + Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…). Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh. Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ + = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng + = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng cấp đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=2 tấn/mẻ là : N = 4x2,2 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đông với công suất là 2,5tán/mẻ là: N= = 8.8kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= η.N= 1.11= 8,8kW ( η=1 chọn đông cơ đặt trong phòng ) Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B- dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4-4) trang 87 đối với phòng cấp đông có diện tích F= 6×6=36 m2 < 50 m2 ta có: B = 32 m2 F= 4x4m2: diện tích buồng => Q= 16.32 = 512 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 19,2 + 700 + 8800 + 512 = 10031,2 W 4. Tính nhiệt kho lạnh Đối với hệ thống lạnh cấp đông thì tổng tổn thất nhiệt cấp cho phòng này là: Q = Q1 + Q2 + Q4 = 1043 + 13189 + 10031,2 = 24263,2 W = 24,2632 kW 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho phòng Q. Nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống. Bên cạnh đó thì máy nén không thể vận hành liên tục 24h trong 1 ngày được vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất mỏi làm hỏng máy nén. Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau: Q0 = Trong đó: k- hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là -350C nên nhiệt độ dàn bay hơi ta chọn t0= - 400C , vậy chọn k = 1,1 (trang 92 tài liệu [1]) b- hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q0 = = 29665 W §3.1 Tính nhiệt cho phòng trữ đông 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q= Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với: - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa 2 buồng trữ đông có: kGF = 0,58 W/m2K - Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2] - ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong. Độ chênh nhiệt độ giữa các vách ngăn được tính theo nhiệt độ định hướng. + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với phòng đệm: ∆tEF = 0,7( tn-tf) = 0,7(38 + 18) = 39,20C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa 2 phòng trữ đông : ∆tEF = 0,6( tn-tf) = 0,6(38 + 18) = 33,60C - Chiều cao tính toán phòng lạnh là: htt = 3,6 m Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Phòng trữ đông : BEFG Kết cấu Kích thước, [m x m] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường BG 6 x 3,6 0,2 56 240 Tường GF 6 x 3,6 0,58 33,6 420 Tường EF 6 x 3,6 0,2 39,2 170 Tường EC 2,25 x 3,6 0,2 39,2 64 Tường BC 4x3,6 0,47 -17 -115 Nền 6 x 6 0,218 56 440 Trần 6x6 0,218 56 440 Tổng 1660 Phòng trữ đông : BEFG Kết cấu Kích thước, [m x m] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường GH 6,5 x 3,6 0,2 56 260 Tường GF 6 x 3,6 0,58 33,6 420 Tường HI 6,5 x 3,6 0,2 56 260 Tường FI 6,5 x 3,6 0,2 39,2 180 Nền 6 x 6 0,218 56 440 Trần 6x6 0,218 56 440 Tổng 2000 2. Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì Q2: Đối với phòng trữ đông thì Q2 = 0 đó là do nhiệt độ thịt đưa vào phòng trữ đông là – 150C nhiệt độ thịt khi ra khỏi phòng là -120C, như vậy còn 30C ta dùng để làm lạnh cho bao bì 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qdược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 6x6 = 36 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .36 = 43,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng ,vì phòng có diện tích chọn n = 2 Q= 350.2 = 700 W Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần: + 1phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh. + Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…). Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh. Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ + = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng + = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng trữ đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=20 tấn/mẻ là : N = 4 x 0,75 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đôngvới công suất là 45 tán/mẻ là: N= = 1,7 kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= η.N= 1.1,7= 17kW ( η=1 chọn đông cơ đặt trong phòng ) Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4-4) trang 87 đối với phòng trữ đông có diện tích F= 36 m2 < 50 m2 ta có: B = 22 m2 F= 6x6m2: diện tích buồng => Q= 36.22 = 792 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 43,2+ 700 + 1700 + 792 = 3235,2W 4. Tính nhiệt kho lạnh. a. Đối phòng trữ đông BEFG Q = Q + Q4 = 1660 + 3235,2 = 4895,2 W b. Đối với phòng trữ đông FGHI Q = Q + Q4 = 2000 + 3235,2 =5235,2 W 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Ta thấy rằng ở 2 phòng trữ đông І và ІІ đều có cùng 1 chế độ làm việc. Về nguyên tắc ta có thể sử dụng mỗi phòng một 1 hệ thống lạnh riêng biệt. Tuy nhiên làm như thế là tốn kém thêm 1 máy nén, tốn thêm nhiều thiết bị hơn, không tiện trong việc vận hành. Vậy ta chọn 1 hệ thống lanh chung cho cả 2 phòng trữ đông. Tổn thất nhiệt của hệ thống là: = ++ 0,7. Ta lấy 0,7.là do có sự không dồng thời về vận hành. Mà ở đây chỉ có 2 phòng trữ đông nên chọn 0,7.. => = + 0,7. = (Q + Q) + 0,7.2.Q4 = 1660 + 2000 + 0,7.2. 3235,2 = 8189,28 W Vậy công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là: Q0 = Trong đó: k- hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là -180C nên nhiệt độ dàn bay hơi ta chọn t0= - 230C , vậy chọn k = 1,063 (trang 92 tài liệu [1]) b- hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q0 = = 9672,4W CHƯƠNG 4: LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN Chương này nhằm tính toán chu trình lạnh của hệ thống để từ đó tính ra công suất nhiệt yêu cầu của các thiết bị trong hệ thống. §4.1 Chọn môi chất Muûc âêch: Tæì caïc tham säú khi tênh toaïn âãø ta choün maïy neïn mäüt cáúp hay hai cáúp vaì choün cäng suáút cuía âäüng cå maïy neïn vaì nàng suáút laûnh. Mäi cháút laûnh R22( CHClF2) coï æu âiãøm: + Khäng âäüc haûi. + Khäng gáy chaïy näø. + Khäng àn moìn kim loaûi âen vaì maìu. + Khi roì rè khäng laìm hoíng saín pháøm laûnh + Nàng suáút laûnh riãng låïn nãn thiãút bë trao âäøi nhiãût goün nheû. + Nhiãût âäü hoaï ràõn tháúp hån so våïi NH3. + Dãø váûn chuyãøn, baío quaín +Coï aïp suáút trung bçnh giäúng nhæ NH3 nhæng coï tè säú neïn tháúp hån nãn våïi maïy neïn hai cáúp coï thãø âaût nhiãût âäü âãún 600 âãún 700C Nhæåüc âiãøm: + Âàõt tiãön hån NH3. + Khäng hoaì tan våïi næåïc. + Gây ô nhiễm môi trường ( phá hủy tầng ô zôn và gây hiệu ứng nhà kính) Tuy nhiãn hiãûn nay chæa tçm âæåüc mäi cháút thay thãú hiãûu quaí nãn R22 coìn âæåüc sæí duûng âãún 1/1/ 2010 .R22 se duoc thay the bang R407C va R410A §4.2 Hệ thống lạnh cho phòng trữ đông І. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu Q0 = 9672,4W = 9,6724 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 180C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình là: t = tư + (3÷4)0C Với: tư- là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn= 380C và độ ẩm φ = 74% ,ta có: tư = 32,60C => t = 32,6 + (3÷4)0C = 360C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = t + 40C = 36 + 4 = 400C ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -18 – (4 ÷10) = - (22÷28)0C Chọn to = -250C tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 366 tài liệu [1] ta có áp suát bay hơi là : p0 = 2,02 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷10)0C = (36+40)/2 + 4= 420C Chọn ∆tk = 420C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 366 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,06bar 3. Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = t0 + Dtqn = -25 + 25 = 00C - Chọn độ quá nhiệt ∆tqn = 250C do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút rất cao 4. Nhiệt độ quá lạnh tql = tw1 +Dtql = 36 + 4 = 40 0C - Chọn độ quá lạnh ∆tql = 40C 5. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 7,9 < 12 Vậy chọn chu trình máy nén 1 cấp 6. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình lạnh cho phòng trữ là chu trình máy lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt. Mặc dù là chu trình này bị lệch ra khỏi chu trình Cacno làm cho hệ số lạnh giảm xuống. Nhưng ngược lại nó tránh được hiện tượng ẩm về máy nén gây ra hiện tượng thuỷ kích làm hỏng máy nén. Đối với freon có thể dùng bình tác lỏng hoặc thiết bị hồi nhiệt nhưng dùng thiết bị hồi nhiệt nhiều hơn.Do nhiệt độ cuối tầm nén của chu trình hồi nhiệt lớn hơn bình tách lỏng 7. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút a. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 1 cấp dùng bình tách lỏng Chú thích: MN: Máy nén NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi HN: Thiết bị Hồi nhiệt b. Đồ thị Chú thích: 1-2 :quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén 2-3’ :quá trình ngưng tụ đẳng áp ở bình ngưng 3’-3 :quá trình quá lạnh trong bình hồi nhiệt 3-4 :quá trình tiết lưu trong van tiết lưu nhiệt 4-1’ :quá trình bay hơi đẳng áp ở dàn bay hơi 1’-1 :quá trình hồi nhiệt trong bình hồi nhiệt c. Nguyên lý làm việc: Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt đẳng áp của lỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt (1’) rồi được hút về máy nén nén đoạn nhiệt lên áp suất cao (2), sau đó qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (3) rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ áp trở thành lỏng quá lạnh (4) qua van tiết lưu giảm áp xuống áp suất bay hơi (5) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt đẳng áp đẳng nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, hoá hơi và chu trình cứ thế tiếp tục. d . Lập bảng thông số các điểm nút Điểm Nhiệt độ t0C Ap suất P(bar) Entanpi i(kJ/kg) Entropi s(kJ/kgK) Thể tích v(m3/kg) Chú thích 1’ -25 2,02 594 4,79 0,1113 Hơi bão hoà khô 1 0 2,02 610,57 4,85 0,1259 Hơi quá nhiệt 2 105 15,3 670,87 4,85 0,0218 Hơi quá nhiệt 3’ 42 16,06 452 4,174 0,089 Lỏng bão hoà 3 40 15,3 449,36 4,16 0,8829.10-3 Lỏng bão hoà 4 -25 2,02 440,32 3,89 0,7319.10-3 Hơi bão hòa ẩm Xác định lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống G = = = = 0,06kg/s 8. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk = G.qk = G.(i2 – i3) = 0,06.(670,87- 449,36) = 13,296 kW 9. Xác định công của máy nén L = G.l = G.(i2 – i1) = 0,06.( 670,87 – 610,57) = 3,3kW 10. Tính chọn công suất lạnh - Công suất lạnh phòng trữ đông: Q = 4,8kW Q= 5,2kW - Công suất lạnh của máy nén lạnh trong phòng trữ đông Q0 = 9672,4W = 9,6724 kW 11. Hệ số làm lạnh ε = = = 2,5 Ш. Chọn máy nén 1.Chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế Vtt = G. v1 = 0,06. 0,1259 = 0,007m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 7,9. Tra đồ thị hình 7- 6 trang 221 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,61 c. Thể tích hút lý thuyết Vlt = = = 0,018 m3/s Chọn máy nén piston MYCOM 1 cấp có ký hiệu F2WA2( hãng Mayekawa Nhật), với các số liệu cho trong bảng 7-6 trang 221 tài liệu [1] như sau: Số xi lanh: 2 Thể tích hút lý thuyết: Vlt = 0,0197 m3/s Loại xy lanh kiểu đứng, máy nén hở d. Số lượng máy nén ZMN = = 0,9 Chọn Z= 1 máy 2. Chọn động cơ kéo máy Công suất động cơ điện kéo máy nén được tính theo công thức (7-25) trang 171 tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η- Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với: ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 217 tài liệu [1] : ηi = + 0,001.t0 = + 0.001.(-25) = 0,77 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,92 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 217 tài liệu [1] Suy ra : η = 0,77.0,95.0,98.0,9 = 0,65 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 1,6.= 8,085 kW §4.3 Hệ thống lạnh cho phòng cấp đông І. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu Q0 = 29665 W= 29,665 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 350C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình là: t = tư + (3÷4)0C Với: tư- là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn= 380C và độ ẩm φ = 74%, ta có: tư = 32,60C => t = 32,6+ (3÷4)0C = 360C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = t + 40C = 36 + 4 = 400C ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -35 – (4 ÷10) = - (39÷45)0C Chọn to = -45 0C tra bảng hơi bão hoà của R22 ta có áp suất bay hơi là :p0 = 0,83 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷10)0C = (36+40)/2 +4= 420C Chọn ∆tk = 40C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 367 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,06 bar 3. Nhiệt độ quá lạnh tql : Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu ,tql càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn vì thế người ta cố gắng hạn chế nhiệt độ quá lạnh càng thấp càng tốt tql = tw1 + 40C = 36 + 4 0C = 400C 4. Nhiệt độ quá nhiệt: tqn = t0 + Dtqn Với : Dtqn :độ quá nhiệt hơi hút , đối với môi chất lạnh R22 thì : Dtqn=250C tqn = -45 + 25 = -200C Là nhiệt độ của hơi nước trước khi đi vào máy nén .Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất .Để đảm bảo máy nén không hút lỏng để gây hiện tượng thủy kích thì người ta bố trí thiết bị hồi nhiệt trước khi môi chất lỏng vào máy nén .Độ quá nhiệt của từng loại máy nén đối với từng loại máy nén tùy thuộc vào từng loại môi chất khác nhau 5. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 19,3> 12 Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp, với áp suất trung gian được chọn tối ưu sao cho tỉ số nén bằng nhau giữa các cấp. Vậy áp suất trung gian của chu trình: Ptg = = = 13,32 bar 6. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình cho phòng cấp đông là chu trình lạnh 2 cấp dùng bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt. Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong phòng cấp đông khá lớn (> 0,3kg/cm2). Nếu dùng bình trung gian làm mát hoàn toàn thì có thể hệ số làm lanh cao hơn nhưng áp suất trung gian không đủ mạnh để cấp đủ lỏng cho dàn bay hơi 7. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút a. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh NCA: Máy nén cao áp NHA: Máy nén hạ áp NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi BTG: Bình trung gian HN: Hồi nhiệt b. Đồ thị c. Lập bảng thông số các điểm nút Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] S [kJ/kg.K] 1’ Hơi bão hoà khô -45 0,83 585,1 1 Hơi quá nhiệt -20 0,83 0,315 600,6 4,9 2 Hơi quá nhiệt 55 3,56 646,4 4,9 3 Hơi bão hoà khô -10 3,56 0,0651 600,4 4,8 4 Hơi quá nhiệt 70 15,3 641,8 4,8 5 Lỏng sôi 40 15,3 449,4 5’ Hơi bão hoà ẩm -10 3,56 440,3 7 Lỏng sôi -10 3,56 388,3 6 Lỏng chưa sôi -7 15,3 391,8 6’ Hơi bão hoà ẩm -45 0,83 391,8 7. Tính toán chu trình a. Xét 1kg môi chất qua thiết bị bay hơi - Tính lượng hơi tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp đi trong ống trao đổi nhiệt γ = = = 0,21 kg - Tính lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn 1kg hơi trung áp β = = = 0,22kg - Lượng hơi tạo thành khi đi qua van tiết lưu α = (γ +β ).() = (0,21 + 0,22) . = 0,14 kg b. Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp GHA = = = 0,15 kg/s c. Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp GCA = ( 1+ α + γ +β ). GHA = (1+ 0,14+ 0,21 + 0,22). 0,15 = 0,23 kg/s Nhiãût thaíi ra åí bçnh ngæng: Qk = GCA (i4 - i5) = 0,23 (641,8- 449,4) = 44,252 [kW] d. Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi q0 = i1’ – i6’ = 585,1- 391,8 = 193,3 kJ/kg c. Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ: qk = ( 1+ α + γ +β ). ( i4- i5) = (1+ 0,14 + 0,21 + 0,22).( 641,8 – 449,4) = 302,1 kJ/kg f. Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình quá lạnh ống trao đổi nhiệt qql = i5 – i6 = 449,4 – 391,6= 57,8 kJ/kg g. Công nén máy hạ áp LNHA = GHA.( i2 – i1 ) = 0,15.( 646,4 – 600,6) = 6,8 kW h. Công nén máy cao áp LNCA = GCA.( i4 – i3 ) = 0,23.( 641,8–600,4) = 9,5 kW i. Công nén cho cả chu trình L = LNHA +LNCA = 6,8 + 9,5 = 16,3 kW k. Hệ số làm lạnh ε = = = 1,8 Ш. Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó 1. Tính chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp và cao áp V = GHA .v1 = 0,15. 0,315 = 0,087 m3/s V = GCA .v3 = 0,23.0,0651 = 0,028 m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 4,3 . Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ1 = λ2 = 0,85 c. Thể tích hút lý thuyết V = = = 0,102 m3/s V = = = 0,03 m3/s Chọn 1 máy nén 2 cấp như vậy ta không thể biết được thể tích hút lý thuyết của loại máy nén này là bao nhiêu, mà chỉ biết thể tích hút lý thuyết trong từng cấp của máy nén. Do đó ta chọn chu trình lạnh quy chuẩn và xác định máy nén cho chu trình lạnh quy chuẩn đó làm máy nén chạy trong hệ thống lạnh thực tế. - Xác định chu trình lanh tiêu chuẩn : Theo bảng (7-1) trang 172 tài liệu [1] chọn chế độ lạnh đông 2 cấp R22 thì có các thông số sau: t0 = -350C => p0 = 1,325bar tk = 300C => pk = 11,9 bar tqn = - 200C tql = 250C Suy ra áp suất trung gian của chu trình: Ptg = = = 3,97 bar => ttg = - 70C Bảng thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn: Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] 1’ Bão hoà khô -35 1,325 0,17 589,5 5 Lỏng sôi 30 11,9 594 6 Lỏng chưa sôi -8 11,9 410 6’ Hơi bão hoà ẩm -35 1,325 410 - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q0tc = i- i= 589,5 – 410= 179,5 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn qVtc = = = 1056 kJ/kg - Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Có tỉ số nén : Л = = = 3. Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,87 - Năng suất lạnh tiêu chẩn Q0tc Q0tc = Q0 . = 53,2. = 93,6 kW Chọn máy nén pitton MYCOM R22 F62B2 có năng suất lạnh tiêu chuẩn Q = 99,8 kW > Q0tc lắp đặt - Số máy nén lắp đặt: Z = = = 0,9 => Chọn Z = 1 máy 2.Chọn động cơ cho máy nén Công suất động cơ điện kéo máy nén được tính theo công thức (7-25) trang 171tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η- Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với: ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 170 tài liệu[1] : ηi = + 0,001.t0 = + 0.001.(-45) = 0,7 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,92 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 171 tài liệu[1] Suy ra : η = 0,7.0,95.0,98.0,9 = 0,59 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 2,1.= 108 kW CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ §5.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 1. Chọn thiết bị ngưng tụ Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang có nước làm mát tuần hoàn. Bởi vì loại thiết bị này có phụ tải nhiệt lớn( khoảng 4500÷5500 W/m2) nên nó ít tiêu hao kim loại, thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn. 2. Mục đích của thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ dùng để ngưng hơi nén từ máy nén thành lỏng cao áp trước khi qua van tiết lưu vào dàn bay hơi 3. Cấu tạo 1. Áp kế 2. Van an toàn 3. Đường cân bằng 4. Đường vào hơi cao áp 5.Đường dự trữ hoặc đường xả khí không ngưng 6,7. Đường xả khí và xả bẩn về phía nước làm mát 8. Rốn dầu 9. Đường xả dầu 10. Đường ra của lỏng cao áp 11. Ống thép trao đổi nhiệt 12, 13. Đường ra và vào của nước làm mát 4. Nguyên lý làm việc Hơi cao áp đi vào bình từ phía trên theo đường 4, chiếm đầy không gian thể tích bình. Tại đây nó nhả nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức bên trong ống, ngưng tụ thành lỏng qua đường 10 đi ra ngoài. 5. Tính chọn thiết bị ngưng tụ - Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ : Qk = Q+ Q= 13,296 + 44,252 = 57,548kW - Nhiệt độ nước vào: t = 360C - Nhiệt độ nước ra: t= 400C - Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 420C - Hiệu nhiệt độ : ∆tmax = tk - t = 42- 36= 60C ∆tmin = tk - t = 42- 40 = 20C - Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb = = = 40C Đối với hệ số truyền nhiệt k ta tra bảng 8-3 trang 250 tài liệu [1] với bình ngưng ống vỏ nằm ngang Freon, chọn k = 700 W/m2K - Diện tích bề mặt truyền nhiệt F: Fk = = = 20,5m2 Theo bảng 8-3 trang 250 tài liệu [1] chọn bình ngưng KTP-18 với các thông số: Âæåìng kênh äúng voí : D = 377 mm Chiãöu daìi äúng : L = 1800 mm Số ống : n =86 ống Số lối : 4;2 Diện tích bề mặt ngoài F = 40 m2 - Lượng nước tiêu tốn làm mát bình ngưng Vn = Với: C- Nhiệt dung riêng của nước C = 4,19 kJ/kg.K ρ- Khối lượng riêng của nước ρ = 1000 kg/m3 ∆tw – Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ ∆tw = t w2- t w1 = 48- 34 = 40C Suy ra : Vn = = 0,0034 m3/s §5.1 Tính chọn thiết bị bay hơi 1. Chọn thiết bị bay hơi Do Frêon hòa tan dầu nên nếu dùng dàn thông thường thì khi môi chất bay hơi sẽ còn lại một lớp dầu ở trên bề mặt thoáng của lỏng môi chất ở trong ống trao đổi nhiệt làm ngăn cản quá trình bay hơi của môi chất dẫn đến ngăn cản quá trình trao đổi nhiệt. Do đó dàn bay hơi Frêon phải chấp nhận đi từ trên xuống để tránh hiện tượng trên và dể dầu về lại cacte của máy nén. Ta chọn dàn bay hơi kiểu không ngập làm lạnh chất lỏng. Có ưu điểm sau: Đơn giản, dễ chế tạo, phụ tải nhiệt tương đối cao. Dễ vệ sinh về phía môi trường cần làm lạnh. 2. Mục đích của thiết bị bay hơi Dùng dể tải nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh ra ngoài 3. Cấu tạo 1. Đường lỏng tiết lưu vào dàn 2. Chúp chia 3. Ống chia 4. Các vĩ ống trao đổi nhiệt 5. Ống góp dưới 6. Bẩy dầu 7. Đường ra của hơi hạ áp 8. Dàn phun nước 4. Nguyên lý làm việc. Lỏng Freon được tiết lưu vào dàn từ phía trên nhờ búp chia và các ống chia nên lỏng Freon được chia đều cho các vĩ ống nhận nhiệt của chất lỏng hoặc chất khí đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức hóa hơi. Chiều dài vĩ ống phải được tính toán sao cho freon đi đến đoạn cuối của ống phải được hoàn toàn thành hơi và đi vào ống góp dưới ra ngoài 5. Tính chọn thiết bị bay hơi a.Hệ thống dàn bay hơi cho phòng cấp đông Phòng cấp đông có Q0 = 29,6 kW Nhiệt độ phòng : tf = - 350C Lấy nhiệt độ vào dàn lạnh là : tf1 = -340C Lấy nhiệt độ ra dàn lạnh là : tf2 = -360C Diện tích bề mặt trao đổi nhịêt của dàn được xác định theo công thức F = Với: k- Hệ số truyền nhiệt của dàn quạt phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất R22, được xác định theo bảng 8-7 trang 282 tài liệu [1] với nhiệt độ sôi của R22 là t0 = -450C. Ta có k = 400 W/m2K ∆t-Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb = = = 40C Hiệu nhiệt độ : ∆tmax = tf1 - t0 = -34 + 45 = 110C ∆tmin = tf2- t0 = - 36 + 45 = 90C Suy ra: ∆ttb = = 9,96 0C Suy ra: Diãûn têch caïc bãö màût trao âäøi nhiãût: F = = 7,4 m2 Tra bảng 8-14 trang 297 tài liệu [1] chọn quạt kiểu 2B09 có diện tích bề mặt Fd = 9,6 m2 - Tải nhiệt: 1160W - Số lượng quạt: 1 - Công suất quạt: 50W - Kích thước phủ bì: l = 530mm R =445mm H =465mm b.Hệ thống dàn bay hơi cho phòng trữ đông Phòng trữ đông 1 có: Q = 4895,2 W Phòng trữ đông 2 có: Q = 5235,2 W Nhiệt độ phòng : tf = - 180C Lấy nhiệt độ vào dàn lạnh là : tf1 = -170C Lấy nhiệt độ ra dàn lạnh là : tf2 = -190C Diện tích bề mặt trao đổi nhịêt của dàn được xác định theo công thức F = Với: k- Hệ số truyền nhiệt của dàn quạt phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất NH3, được xác định theo bảng trang 251 tài liệu [1] với nhiệt độ sôi của R22 là t0 = -250C. Ta có k = 350W/m2K ∆t-Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb = Hiệu nhiệt độ : ∆tmax = tf1 - t0 = -17 + 25 = 80C ∆tmin = tf2- t0 = - 19 + 25 = 60C Suy ra: ∆ttb = = 50C Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh đặt trong phòng lạnh 1: FІ = = = 2,8 m2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh đặt trong phòng lạnh 1: FІІ = = = 2,9 m2 Ta thấy FІ ≈ FІІ Nên chọn 1 loại dàn quạt có ký hiệu là 2B07 với các thông số được chọn như trên Diện tích bề mặt ngoài: F = 6 [m2] Số lượng quạt: 1 Công suất quạt: 50[W] Dài x rộng x cao = 555 x 445 x 465 [mm]. §5.3 Tính chọn thiết bị phụ 1. Bình chứa cao áp a. Mục đích - Bình chứa cao áp mục đích để cấp lỏng ổn định cho van tiết lưu. Chỉ có trong hệ thống lạnh trung bình và lớn - Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ chứa lỏng từ các thiết bị khác về khi sửa chữa hệ thống b. Cấu tạo 1. Áp kế 2. Van an toàn 3. Đường vào của lỏng cao áp 4. Đường cân bằng 5. Đường dự trữ 6. Ống thuỷ sáng 7. Đường lỏng cao áp tới van tiết lưu c. Tính chọn bình chứa cao áp Bình chứa cao áp đặt dưới thấp cấp lỏng cho các dàn ở trên cao. Nên theo công thức 8 – 14 trang 306 tài liệu [1] ta có VCA = = 1,54. Vd Với : 1,2 – Hệ số an toàn VCA – Thể tích bình chứa cao áp Vd – Thể tích hệ thống dàn bay hơi Vd = Vtd + Vkk Vtd =L.V : Thể tích täø daìn Vkk : Thể tích daìn laûnh khäng khê Vd = 3. 0,06 + 0,022 = 0,202 Suy ra : VCA = 1,54. Vd = 1,54. 0,202 = 0,3 m3 Chọn Bình chứa cao áp chuẩn theo bảng 8-17 trang 310 tài liệu [1], ta chọn bình 0,4PB với các thông số Thể tích bình V= 0,4 m3 Đường kính trong Di= 406 mm Đường kính ngoài Da= 426 mm Chiều dài L = 3620 mm Chiều cao H = 570 mm 2. Bình tách dầu a. Mục đích -Để tránh dầu bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt ( thiết bị ngưng tụ ,bay hơi….) làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. -Vị trí của bình tách dầu: đặt sau máy nén và trước bình ngưng tụ b. Cấu tạo Có 2 loại: * Bình tách dầu kiểu ướt * Bình tách dầu kiểu khô Bình tách dầu kiểu khô Bình tách dầu kiểu ướt 1.Hơi vào từ đầu đẩy máy nén 2. Van an toàn 3. Đường ra hơi cao áp 4,5. Nón chắn 6. Phao 7. Đường xả dầu c.Nguyên lý làm việc: Dầu Dầu được tách nhờ 3 nguyên nhân: - Giảm vận tốc của dòng khi đi từ ống nhỏ ra ống to làm lực quán tính giảm và dưới tác dụng của trọng lực các hạt dầu nặng rơi xuống - Do lực ly tâm khi ngoặt dòng các hạt dầu nặng bị văng ra va đập vào thành bình rơi xuống -Do sự mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn. Các hạt dầu nặng được giữ lại và rơi xuống đáy bình d. Tính chọn bình tách dầu. Chỉ tính chọn bình tách dầu kiểu ướt Bình tách lỏng kiểu ướt được sử dụng trong các dàn bay hơi ở phòng cấc đông vì loại này có thể khống chế được mức lỏng trong dàn bay hơi làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt Theo tài liệu [2] trang 222 ta có: d w :tốc độ môi chất ở ống nối vào bình tách dầu Chọn w = 18 [m/s] (theo tài liệu [2] trang 222) V :thể tích riêng thực tế của môi chất ra khỏi máy nén m:Lưu lượng hơi[kg/s] Vd = VHCA + Vtd = 0,0276+0,0083= 0,0359[kg/s] m = m = mCA + mtd = 0,23+0,06= 0,29[kg/s] Þ d m = 0,0115m=11,5 [mm] Chọn loại bình 65.MO. Số 65 chỉ đường kính ống nối vào đường đẩy máy nén,MO chỉ loại bình 3. Thiết bị tách khí không ngưng: a. Mục đích: Nhằm loại khí không ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ để tăng diện tích trao đổi nhiệt. b. Cấu tạo: 4 3 5 2 1 1 - Đường ra của hơi hạ áp. Trước khi về máy nén phải qua bình hồi nhiệt hoặc bình tách lỏng để tránh hiện tượng thuỷ kích. 2- Đường vào của hỗn hợp khí không ngưng và hơi cao áp. 3- Đường tiết lưu của lỏng cao áp ngưng tụ. 4 -Đường lỏng cao áp tiết lưu vào ống trong. 5 -Đường xả khí không ngưng. c. Nguyên lý làm việc: Hỗn hợp hơi cao áp và khí không ngưng được trích từ vị trí trên cùng của phần cao áp đi vào không gian giữa hai ống nhận nhiệt nhận lạnh của lỏng cao áp tiết lưu qua đường (4),hơi cao áp được ngưng lại thành lỏng chảy xuống dưới và qua van tiết lưu (3) vô lại ống trong. Khí không ngưng tụ lại phía trên qua đường (5) xả ra ngoài. 4.Bình hồi nhiệt: a. Mục đích: Dùng đểp quá nhiệt dòng hơi hút về máy nén nhằm tránh hiện tượng thủy kích. Ngoài ra còn có tác dụng quá lạnh lỏng cao áp trước khi tiết lưu nhằm giảm tổn thất lạnh do tiết lưu. Thiết bị được đặt sau thiết bị bay hơi,trước máy nén. Cấu tạo: 1&3: Đường ra và vào của hơi hạ áp 2 : Lõi sắt bịt hai đầu nhằm để hướng đường đi của dòng hơi tiếp xúc với ống xoắn(6) và vừa làm tăng tốc độ của dòng hơi nhằm tăng cường quá trình trao đổi nhiệt. 4&5: Đường ra và vào của lỏng cao áp. 6 : Ống xoắn. c. Nguyên lý làm việc: Hơi hạ áp đi vào phía trên của bình trao đổi nhiệt với lỏng cao áp đi trong ống xoắn trở thành hơi quá nhiệt được hút về máy nén.Hơi ra phải được lấy từ phía dưới để hút dầu về máy nén.Lỏng cao áp đi trong ống xoắn ngược với chiều dòng hơi để tăng cường úa trình trao đổi nhiệt.Bình này được bọc cách nhiệt. 5. Bình gom dầu a. Mục đích Để tránh nguy hiểm khi xả dầu từ các thiết bị có áp suất quá cao ra ngoài. Và để dễ thao tác thu hồi dầu từ các thiết bị có áp suất chân không b. Cấu tạo 1. Đường vào của dầu; 2. Đường cân bằng; 3. Áp kế 4. Đường xả dầu c. Nguyên lý làm việc - Để xả dầu từ 1 thiết bị nào đó về bình gom thì chúng ta thao tác sao cho áp suất trong bình gom dầu thấp hơn áp suất của thiết bị cần xả bằng cách mở van 2 - Để xả dầu từ bình gom ra ngoài có 2 trường hợp: + Áp suất trong bình gom quá cao: Mở van 2 để áp suất trong bình chỉ cao hơn khí quyển 1chút + Áp suất trong bình chân không: Thì ta mở van xả dầu ở bình tách dầu để nâng cao áp suất trong bình lên cao hơn áp suất khí quyển 1 chút - Bình này chỉ làm nhiệm vụ trung gian để xả dầu ra ngoài cho thuận tiện và an toàn nên không cần ống thuỷ để xem mức dầu d. Tính toán bình chứa dầu Chọn bình chứa dầu có ký hiệu 150CM ( là loại bình tiêu chuẩn bé nhất trong phạm vi tài liệu [1] ở bảng 8-20 trang 313 ) với các thông số sau : DxS = 159 x 4,5 mm B = 600 mm H = 770 mm 6. Bình trung gian a. Mục đích Mục đích của bình trung gian là để làm mát trung gian hoàn toàn hơi trung áp giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh nhiều cấp, đồng thời tách lỏng, tách dầu ra khỏi hơi trung áp và quá lạnh lỏng trước trước khi tiết lưu b. Cấu tạo 1.Đường vào của hơi nén trung áp 2. Đường lỏng cao áp tiết lưu vào bình 3. Đường ra của hơi trung áp 4. Các nón chắn 5. Ống thuỷ tối và van phao 6. Phin lọc 7. Ống xoắn TĐN 8. Đường xả dầu 9. Đường tháo lỏng ra khỏi bình 10. Đường ra lỏng cao áp 11. Van an toàn 12. Áp kế 13. Lỗ cân bằng Tính chọn bình trung gian Ta có thể tính chọn bình trung gian theo các bước được trích ở mục 8.2.1.4 trang 306÷308 tài liệu [3]: -Diện tích truyền nhiệt của thiết bị trung gian Ftg = Với : Qtg – Công suất nhiệt trao đổi ở bình trung gian Qtg = Qql + Qlm Qql : Công suất nhiệt quá lạnh của môi chất trước tiết lưu Qql = GHA.( i5 - i6 ) = 0,15.(449,4 – 391,8) = 8,6 kW Qlm : Công suất nhiệt làm mát trung gian Qlm = GCA.( i2 - i3 ) = 0,23.(646,4 – 600,4) = 10,58 kW Suy ra: Qtg = 8,6 + 10,58 = 19,18 kW qF – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ qF = i4 – i5 = 641,8 – 449,4 = 192,4 W/ m2 Suy ra Ftg = == 99,68 m2 - Đường kính trong bình trung gian Di = Trong đó: V- Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút của cấp nén cao áp V = GCA. v3 = 0,23.0,0651 = 0,014 m3/s ω – Tốc độ gas trong bình, chọn ω = 0,6 m/s Suy ra: Di = = = 0,17 m Chọn bình trung gian đã được chế tạo sẵn, (Tra bảng 8-19 trang 266-Tài liệu [1] ) Chọn loại 100C3 có ký hiệu 100C3 với các thông số kỹ thuật + Đường kính trung bình: D x S = 1000 x 10[mm] + Đường kính ống xoắn: d = 200 [mm] + Chiều cao: H = 2940 [mm] + Diện tích bề mặt ống xoắn: F = 8,6 [m2] + Thể tích bình: V = 1,85 [m3] + Khối lượng: m = 1230 [kg] 7. Tính chọn tháp giải nhiệt a. Mục đích: Để giải nhiệt cho nước làm mát thiết bị ngưng tụ và máy nén b. Cấu tạo Tháp giải nhiệt 1. Quạt hút ; 2. Bộ phận tách nước ; 3. Dàn tưới nước ; 4. Bộ phận làm tơi nước 5. Vỏ bảo vệ ; 6. Máng chứa nước; 7. Phao cấp nước bổ sung; 8. Đường dẫn nước c. Nguyên lý làm việc: Nước nóng từ thiết bị ngưng tụ đi vào tháp và được tưới đều trên toàn bộ diện tích tháp nhờ ống tưới nước 3. Sau đó nước làm tơi nhờ bộ phận làm tơi nứơc 4 nhả nhiệt cho gió chuyển động cưỡng bức từ dưới lên, nguội về trở lại nhiệt độ ban đầu chảy xuống máng và được bơm trở lại thiết bị ngưng tụ Lượng nước hao hụt do cuốn theo gió và 1 phần nước bốc hơi được bổ sung qua đường van phao 5 Tính chọn tháp giải nhiệt: Ta có phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk = 57,548 kW. Ta quy năng suất lạnh ra ton . Theo tiêu chuẩn CTI 1 ton nhiệt tương đương 3900 kcal/h Qk =57,548 kW Þ V = = = 0,0034 [m3 /s] = 3,4[l/s] Tra bảng 8- 22 trang 318 tài liệu [1] chọn tháp giải nhiệt FRK20 với các thông số : + Lưu lượng nước định mức 4,4 l/s + Chiều cao tháp 1845 mm + Đường kính tháp 1170 mm + Đường kính ống nối dẫn vào 50 mm + Đường kính ống nối dẫn ra 50 mm + Đường chảy tràn 25 mm + Đường kính ống van phao 15 mm + Lưu lượng quạt gió 170 m3/ph + Đường kính quạt gió 760 mm + Mô tơ quạt 0,37 kW + Khối lượng tĩnh 58kg 7. Các thiết bị khác Chọn các thiết bị khác bao gồm: Van 1 chiều, van chặn, van tiết lưu, van diện từ ta có thể chọn theo đường kính của hệ thống đường ống nối chúng CHƯƠNG 6: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LẠNH Nhæîng váún âãö chung : §6.1 Nhiãûm vuû váûn haình maïy laûnh : Duy trç sæû laìm viãûc bçnh thæåìng cuía hãû thäúng âãø âaût âæåüc nhæîng chãú âäü nhiãût âäü vaì âäü áøm theo yãu cáöu sæí duûng , âaím baío caïc chè tiãu kinh tãú vaì kyî thuáût . Âäöng thåìi phaït hiãûn nhæîng hæ hoíng , sæû cäú âãø khàõc phuûc trong nhæîng âiãöu kiãûn coï thãø âæåüc qui âënh trong qui trçnh váûn haình vaì kyî thuáût an toaìn vãû sinh . Caïc chè tiãu kinh tãú vaì kyî thuáût chuí yãúu : Âaím baío chãú âäü laìm viãûc håüp lyï an toaìn theo âuïng tiãu chuáøn kinh tãú kyî thuáût. Âaût âæåüc caïc chè tiãu vãö âënh mæïc , tiãu hao âiãûn , næåïc , dáöu , ga . Caïc chè tiãu naìy coï liãn quan máût thiãút våïi caïc chè tiãu kyî thuáût nhæ : haû nhiãût âäü næåïc laìm maït , laìm quaï laûnh loíng , xaí khê , xaí håüp lyï vaì thu häöi dáöu , cung cáúp laûnh håüp lyï vãö säú læåüng , cháút læåüng ( nhiãût âäü ) ... seî giaím caïc chi phê saín xuáút vaì váûn haình . §6.2 Đặc điểm vận hành của hệ thống lạnh Freon 1.Dấu hiệu làm việc bình thường. -Trong khoang lạnh đạt được nhiệt độ yêu cầu: -Dàn ống bay hơi có bề mặt sạch hay được phủ một lớp tuyết đều đặn -Ống hút lạnh nhưng không phủ tuyết -Phần trên của máy nén nóng vừa phải,nhiệt độ không quá 60-700C -Máy không rung không chảy dầu,không có tiếng gõ lạ -Nhiệt độ phòng máy không lớn quá 400C -Ở tổ hợp truyền động bằng dây đai,độ căng của dây đai vừa phải ,khi dùng ngón tay ấn độ võng ở đoạn ở giữa dây không quá 20mm -Nhiệt độ bề mặt động cơ không quá 70-800C 2.Khởi động máy -Trước tiên phải xem xét đặc điểm lắp ráp tổ hợp và các thiết bị ,kiểm tra sơ đồ điện ,quay tay thử quạt gió -Kiểm tra độ căng dây đai các máy hở,quay tay thử máy nén,đóng điện kiểm tra chiều quay của quạt -Mở các van trên máy nén và bình chứa.Khởi động máy 3.Ngừng máy -Thường có hệ thống điều chỉnh tự động ,chỉ cần bấm nút ”dừng máy’’ -Khi máy nghĩ lâu thì đóng van trên bình chứa và hút hơi trên dàn bay hơi về cho đến khi tan giá ở dan bay hơi.Sau đó đóng van hút ,ngắt mạch động cơ máy nén và đóng van đẩy. -Kiểm tra trạng thái các van ,các vòng bít và các răc-co 4.Điều chỉnh chế độ làm việc -Chế độ làm việc của hệ thống lạnh Freon được điều khiển bằng các thiết bị tự động như rơle nhiệt độ ,rơ le áp suất ,van tiết lưu nhiệt ,van điều chỉnh nước -Rơle áp suất thấp được điều chỉnh phù hợp với nhiệt độ yêu cầu trong khoang lạnh theo các giá trị của nhiệt kế trong khoang lạnh và của áp kế đầu hút. §6.3 Bảo dưỡng và sữa chữa hệ thống lạnh -Hệ thống lạnh phải được bảo dưỡng (đối với từng thiết bị) và sữa chữa(nếu cần thiết) theo định kỳ để hệ thống lạnh làm việc trong điều kiện tốt nhất Tài liệu tham khảo 1-Nguyễn Đức Lợi-Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh -NXB Khoa học Kỷ thuật,2006(in lần thứ 6 có bổ sung và sữa chữa) 2- Nguyễn Đức lợi, Phạm Văn Tuỳ - Bài tập kỹ thuật Lạnh 3- Võ Chí Chính - Hệ thống máy và thiết bị lạnh-NXB Khoa học kỷ thuật -2005 4 - Nguyễn Đức lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận - Kỹ thuật lạnh ứng dụng-NXB Giáo dục,2007(in lần thứ 4 có sữa chữa bổ sung) 5.Nguyễn Văn Tài-Kỷ thuật điện lạnh-NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh ,2006 6.Nguyễn Đức Lợi –Dạy nghề sữa chữa Tủ lạnh –Máy điều hòa dân dụng-NXB Giáo dục ,2007