Tài liệu thiết kế hệ thống lạnh, chương 5 doc

C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G
V
V
T
T
Í
Í
N
N
H
H
T
T
O
O
Á
Á
N
N
C

C
Â
Â
N
N
B
B
Ằ
Ằ
N
N
G
G
N
N
H
H
I
I
Ệ
Ệ
T
T
Mục đích là xác định các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào các
buồng lạnh. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để
thải nó lại môi trường nóng. Đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng
lạnh và không khí bên ngoài.
Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định theo biểu thức
Q = Q
1

+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
, W (TL1 trang 75)
Trong đó :
Q
1
: Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che.
Q
2
: Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý.
Q
3
: Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh : Q
3
= 0.
Q
4
: Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành.
Q
5
: Dòng nhiệt khi sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp : Q
5
= 0.
Đặc điểm của dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian. Do vậy

năng suất lạnh của hệ thống được thiết kế theo phụ tải nhiệt lớn nhất Q
max
ta ghi
nh
ận ở thời điểm nào đó trong cả năm
5.1.Tính nhiệt cho tủ đông tiếp xúc 1000Kg/mẻ
5.1.1.Dòng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài
Q
1
=Q
11
+Q
12
(KW) (TL1 trang 77)
Trong đó :
Q
11
: Dòng nhiệt qua tường , trần , nền do chênh lệch nhiệt độ
Q
12
: Dòng nhiệt qua tường , trần do bức xạ mặt trời
*Tính Q
11
:
Q
11
=k
t
F.(t
1

-t
2
) (KW) (TL1 trang 77)
Trong đó
k
t
:Hệ số truyền nhiệt thực tế qua kết cấu bao che đã xác định ở chương 4
F :Diện tích bề mặt của kết cấu bao che
t
1
:Nhiệt độ bên ngoài phòng t =25C
t
2
: nhiệt độ bên trong phòng t
2
=-35C
Theo các ph
ần tính toán trước ta có :
k
t
=0,162W/m
2
.K
F
NTRT ,,
=2(3,3+1,8).1,8+2.3,3.1,8=30,24m
2
Q
11
=k

t
F.(t
1
-t
2
)=0,162.30,24.(25+35)=293,9 (W)
Q
11
=0,29(KW)
* Tính Q
12
: Do tủ đặt trong nên không bị bức xạ mặt trời Q
12
=0
V
ậy Q
1
=0,29(KW)
5.1.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra
Q
2
=Q
sp2
+Q
bb2
(TL1 trang 78)
Trong đó :
Q
sp2
: Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm

Q
bb2
: Lượng nhiệt cấp cho bao bì
5.1.2.1.Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm
Q
sp2
=G
sp2
.(i
sp
-i
sp
)/
Với i
sp
: Entanpi của sản phẩm trước khi gia lạnh
i
sp
: Entanpi của sản phẩm sau khi gia lạnh
Tra bảng (4-2) trang 81 TL1 ta có
i

sp
=314,4KJ/Kg
i

sp
=5,0 KJ/Kg
 : thời gian cấp đông  =2h
G

sp2
=1000kg :khối lượng sản phẩm
Vậy Q
sp2
= 97,42
3600
.
2
)54,314.(1000


(KW)
5.1.2.2.Lượng nhiệt cấp cho bao bì
Lượng nhiệt cấp cho bao bì bao gồm các tấm plate và các khay nhôm
Q
bb2
=(M
khay
.C
Al
+M
plate
. C
Al
)(t-t)/
Với t : nhiệt độ trước khi làm lạnh của bao bì 15C
t
 : nhiệt độ sau khi làm lạnh của bao bì -18C
C
Al

=0,22kcal=0,921kj/kg :Nhiệt dung riêng của nhôm
=2670 kg/m
3
Khối lượng riêng của nhôm
M
plate
=V
plate
.
Mà V
plate
=2,2.1,25.0,022m
3
 M
plate
=11.(2,2.1,25.0,022).2670=1776,8kg
S
ố khay trên 1 tấm plate là 36 khay mỗi khay 2 kg
M
khay
=V
khay
. 
V
khay
=0,29.0,21.0,06.0,5=1,827.10
-3
m
3
 M

khay
=1,827.10
-3
.2670=4,87kg
Do đó lượng nhiệt cấp cho bao bì :
Q
bb2
=(4,87.0,921+1776,8.0,921)(15+18)/2.3600
Q
bb2
=7,52(KW)
V
ậy lượng nhiệt cấp cho bao bì và sản phẩm là :
Q
2
= Q
sp2
+ Q
bb2
= 42,97+7,52=50,5(KW)
5.1.3.Tổn thất nhiệt do thông gió
Tủ đông tiếp xúc không có thông gió nên Q
3
=0
5.1.4.Tổn thất do vận hành
Q
4
=Q
41
+Q

42
+Q
43
+Q
44
(KW) (TL1 trang 87)
5.1.4.1.Tổn thất do chiếu sáng tủ
Q
41
=0
5.1.4.2. Dòng nhiệt do người toả ra
Q
42
=0
5.1.4.3.Dòng nhiệt do các động cơ điện
Q
43
=0
5.1.4.4.Dòng nhiệt do mở cửa
Q
44
=B.F (W)
B : dòng nhi
ệt tổn thất khi mở cửa Tra bảng (4-4)TL1

 B=32W/m
2
F : Diện tích nền tủ
F=1,8.3,3=5,94m
2

 Q
44
=32.5,94=0,19(KW)
V
ậy Q
4
=0,19(KW)
5.1.5.Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén
5.1.5.1. Xác định tải nhiệt cho thiết bị
Tải nhiệt cho thiết bị nhằm mục đích để tính toán diện tích bề mặt trao đổi
nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt trong buồng ở những
điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị l
à tổng các giá
trị thành phần có giá trị cao nhất.
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
4
, KW
 Q = 0,29+50,5+0,19 = 50,98K W
5.1.5.2. Xác định tải nhiệt cho máy nén
Q
MN
= 80%Q
1
+ 100%Q
2
+ 75%Q

4
 Q
MN
= 0,8.0,29 + 50,5 + 0,75.0,19 = 50,8(KW)
5.1.5.3Năng suất lạnh của máy nén : được xác định theo biểu thức (4-24)TL1
b
Qk
Q
MN


0
, W
Trong đó:
k = 1,1 Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết
bị của hệ thống lạnh
b= 0,9: Hệ số thời gian làm việc.
Q
MN
: Tổng tải nhiệt của máy nén đối với một nhiệt độ bay
hơi.

9,0
8,50.1,1
o
Q 62,1 KW
5.2.Tính nhiệt cho tủ cấp đông gió 250 Kg/mẻ
5.2.1.Dòng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài
Q
1

=Q
11
+Q
12
(KW) (TL1 trang 77)
Trong đó :
Q
11
: Dòng nhiệt qua tường , trần , nền do chênh lệch nhiệt độ
Q
12
: Dòng nhiệt qua tường , trần do bức xạ mặt trời
*Tính Q
11
:
Q
11
=k
t
F.(t
1
-t
2
) (KW) (TL1 trang 77)
Trong đó
k
t
:Hệ số truyền nhiệt thực tế qua kết cấu bao che đã xác định ở chương 4
F :Diện tích bề mặt của kết cấu bao che
t

1
:Nhiệt độ bên ngoài phòng t =25C
t
2
: nhiệt độ bên trong phòng t
2
=-35C
Theo các ph
ần tính toán trước ta có :
k
t
=0,162W/m
2
.K
F
NTRT ,,
=2(5,6+2,2).2,4+2.5,6.2,2=62,08m
2
Q
11
=k
t
F.(t
1
-t
2
)=0,162.62,08.(25+35)=603,4 (W)
Q
11
=0,6(KW)

*Tính Q
12
: Do tủ đặt trong nên không bị bức xạ mặt trời Q
12
=0
V
ậy Q
1
=0,6(KW)
5.2.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra
Q
2
=Q
sp2
+Q
bb2
Trong đó :
Q
sp2
: Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm
Q
bb2
: Lượng nhiệt cấp cho bao bì
5.2.2.1.Lượng nhiệt cấp cho sản phẩm
Q
sp2
=G
sp2
.(i
sp

-i
sp
)/
Với i
sp
: Entanpi của sản phẩm trước khi gia lạnh
i
sp
: Entanpi của sản phẩm sau khi gia lạnh
Tra bảng (4-2) trang 81 TL1 ta có
i

sp
=314,4KJ/Kg
i

sp
=5,0 KJ/Kg
 : thời gian cấp đông  =2h
G
sp2
=250kg :khối lượng sản phẩm
Vậy Q
sp2
=
74,10
3600
.
2
)54,314.(250



(KW)
5.2.2.2.Lượng nhiệt cấp cho bao bì
Lượng nhiệt cấp cho bao bì bao gồm các 4 giá và các khay nhôm
Q
bb2
=1000(M
khay
.C
Al
+M
gia
. C
Al
)(t-t)/24.3600
V
ới t : nhiệt độ trước khi làm lạnh của bao bì 15C
t
 : nhiệt độ sau khi làm lạnh của bao bì -18C
C
Al
=0,22kcal=0,921kj/kg :nhiệt dung riêng của nhôm
=2670 kg/m
3
Khối lượng riêng của nhôm
Khay 810 x 500 x50mm
 M
gia
=4.(0,5.0,81.1.75).2670=7569,4kg

T
ủ đông gió 250kg/mẻ ta chọn 4 giá mỗi giá
4
250
=62,5kg
M
ỗi giá đặt 25 khay nên mỗi khay sẽ chứa 5,2
25
5,62
 kg
M
khay
=V
khay
.
mà V
khay
=0,5.0,81.0,002
 M
khay
=0,5.0,81.0,002.2670=2,16kg
Do đó lượng nhiệt cấp cho bao bì :
Q
bb2
=(7569,4+2,16).0,921.(15+18)/2.3600
Q
bb2
=3,19(KW)
V
ậy lượng nhiệt cấp cho bao bì và sản phẩm là :

Q
2
= Q
sp2
+ Q
bb2
=10,74+3,8=14,54(KW)
5.2.3.Tổn thất nhiệt do thông gió
Tủ đông gió không có thông gió nên Q
3
=0
5.2.4.Tổn thất do vận hành
Q
4
=Q
41
+Q
42
+Q
43
+Q
44
(KW) (4-21)TL1
5.2.4.1.Tổn thất do chiếu sáng tủ
Q
41
=0
5.2.4.2. Dòng nhiệt do người toả ra
Q
42

=0
5.2.4.3.Dòng nhiệt do các động cơ điện
Q
43
=1000.N (W)
Với N công suất của động cơ điện (KW)
1000 hệ số chuyển đổi từ KW ra W
Trong tủ đông gió có 4 quạt công suất mỗi quạt 0,78KW
Vậy N = 4.0,78=3,12(KW)
 Q
43
=1000.3,12=3120W
5.2.4.4.Dòng nhiệt do mở cửa
Q
44
=B.F (W)
B : dòng nhi
ệt tổn thất khi mở cửa Tra bảng (4-4)TL1
B=32W/m
2
F : Diện tích nền tủ
F=2,2.5,6=12,32m
2
 Q
44
=32.12,32=0,394(KW)
V
ậy Q
4
=3,12+0,394=3,514(KW)

5.2.5.Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén
5.2.5.1. Xác định tải nhiệt cho thiết bị
Tải nhiệt cho thiết bị nhằm mục đích để tính toán diện tích bề mặt trao đổi
nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt trong buồng ở những
điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị l
à tổng các giá
trị thành phần có giá trị cao nhất.
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
4
, KW
 Q = 0,6+14,54+3,514=18,69 KW
5.2.5.2. Xác định tải nhiệt cho máy nén
Q
MN
= 80%Q
1
+ 100%Q
2
+ 75%Q
4
 Q
MN
= 0,8.0,6 + 14,54 + 0,75.3,514 = 17,65(KW)
5.2.5.3Năng suất lạnh của máy nén : được xác định theo biểu thức (4-24)TL1
b
Qk

Q
MN


0
, W
Trong đó:
k = 1,1 Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của
hệ thống lạnh
b= 0,9 Hệ số thời gian làm việc.
Q
MN
Tổng tải nhiệt của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi.

9,0
65,17.1,1
MN
Q 21,58 KW
5.3.Tính nhiệt cho máy đá vảy
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
4
, kW.
Q
1
:Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che
Q

2
:Dòng nhiệt để làm đông nước từ 28C đến -5C
Q
3
: Dòng nhiệt tổn thất do vận hành
5.3.1.Dòng nhiệt để làm đông đá Q
2






212
00. tCqtCMQ
rpw

pâ
, kW.
M :Công su
ất máy đá vảy với
skgM /116,0
3600
.
24
10000

C
pw
:Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước C

pw
=4,18 kj/kg
q
r
: Nhiệt đông đặc của nước đá q
r
=333,6kj/kg
C
pd
: Nhiệt dung riêng của nước đá C
pd
=2,09kj/kg
t
1
= 28C : nhiệt độ nước cấp.
t
2
= -5C : nhiệt độ nước đá.
Vậy :








486,535009,26,33302818,4.116,0
2
Q kW.

5.3.2.Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q
1
Q
1
= 10%Q
2
= 10%.53,486 = 5,348 kW.
5.3.3.Dòng nhiệt tổn thất do vận hành Q
4
Q
4
= N
i
, kW.
Các động cơ bên trong máy đá vảy gồm : dao cắt đá, bơm nước với công suất
như đ
ã trình bày ở trên, nên :
Q
4
= 370 + 100 = 470 W = 0,47 KW.
Như vậy tổng phụ tải nhiệt cho thiết bị là :
Q
TB
= 53,486 + 5,349 + 0,47 = 59,305 kW.
T
ải nhiệt cho máy nén
Q
MN
= 80%Q
1

+ Q
2
+ 75%Q
4
= 0,8.5,348 + 53,486 + 0,75.0,47 = 58,1169 kW.
Năng suất lạnh của máy nén :


b
k
QQ
MN
.
0
, W
Trong đó : k = 1,06 : hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ
thống lạnh.
b = 1 : hệ số thời gian làm việc.
Như vậy :
604,61
1
06,1.1169,58
0
Q kW.
5.4. Tính nhiệt cho thiết bị cấp đông IQF
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q

3
+ Q
4
, W.
5.4.1.Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q
1
a) Tổn thất do chênh lệch nhiệt độ Q
11
Q
11
= k
t
.F.(t
1
-t
2
) , W.
k
t
: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày
cách nhi
ệt thực, k
t
= 0,1629 W/m
2
.K
F : diện tích bề mặt của kết cấu bao che , m
2
.
F = 2.(5,4 + 2,4).2,7 +2.5,4.2,4 = 68,04 m

2
.
t
1
: nhiệt độ môi trường bên ngoài ; t
1
= 25C (vì đặt trong phòng có điều
hoà)
t
2
: nhiệt độ trong buồng t
2
= -40C.
V
ậy tổn thất dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ
là :
Q
11
= 0,1629.68,04.(25-(-40)) = 720,44 W.
b) Tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời :
Vì thiết bị đặt trong nhà kín nên xem như Q
12
= 0.
V
ậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che :
Q
1
= 514,6 W.
5.4.2.Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q
2

Q
2
= Q
2sp
+ Q
2bc
.
a) Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q
2sp
Q
2sp
= M
đ
(i
2
-i
1
) , kW.
Trong đó :
 M
đ
: công suất cấp đông ; M
đ
= 500 kg/h =0,14 kg/s.
 Nhiệt độ tôm trước và sau khi xử lý lạnh :
t
sp vào
= 37C  i
1
= 390 kj/kg.

t
sp ra
= -18C  i
2
= 5kj/kg.
V
ậy : Q
2sp
= 0,14.(390-5) = 53,9 kW.
b) Dòng nhiệt do thiết bị vận chuyển (băng chuyền) mang vào Q
2bc
 Phần bên trong tủ dài : 156,3 m.
 Phần bên ngoài tủ dài : 2,8m
Ph
ần băng chuyền ở bên ngoài nhận được nhiệt của môi trường và khi
chuy
ển động vào bên trong nhả nhiệt cho không khí lạnh, làm tổn thất đi một
lượng nhiệt :
Q
2bc
= M
bc
. C.(t
1
-t
2
) , kW.
Trong đó :
 C = 0,45 kj/kg : nhiệt dung riêng của lưới thép.
 M

bc
khối lượng băng chuyền đi vào tủ , kg/s
M
bc
=(1030)%M=20%M=0,2.0,14=0,028 kg/s
+ t
1
= 5C nhiệt độ vào của băng chuyền
 t
2
=-25C nhiệt độ ra của băng chuyền
 Thay số Q
2bc
=0,028.0,45.(5-(-25)) = 0,38 kW.
V
ậy Q
2
= 53,9 + 0,38 = 54,27 kW.
5.4.3.Dòng nhiệt do thông gió Q
3
Dòng nhiệt do gió lọt được tính ở đầu vào và ra sản phẩm :
Q
3
= G
kk
.C
kk
.(t
1
-t

2
) , kW.
Trong đó
 G
kk
: khối lượng không khí lọt vào thiết bị ; G
kk
= 0,16 kg/s.
 C
kk
: nhiệt dung riêng của không khí : C
kk
= 1, 0036 kj/kg.độ.
 t
1
: nhiệt độ không khí trước khi lọt vào thiết bị : t
1
= 25C.
 t
2
: nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị : t
2
= -15C.
V
ậy : Q
3
= 0,16.1,0036.(25-(-15)) = 6,423 kW.
5.4.4.Dòng nhiệt do vận hành Q
4
Q

4
= Q
41
+ Q
42
+ Q
43
+ Q
44
, W.
 Q
41
: Tổn thất nhiệt do chiếu sáng , W.
 Q
42
: Tổn thất nhiệt do người toả ra , W.
 Q
43
: Tổn thất nhiệt do các động cơ , W.
 Q
44
: Tổn thất nhiệt do mở cửa, W.
Vì buồng cấp đông IQF kín do đó có thể bỏ qua các tổn thất nhiệt Q
41
, Q
42
,
Q
44
. Như vậy : Q

4
= Q
43
.
Q
43
= N
i
, kW.
N
i
: công suất của động cơ điện , kW.
N
i
= N
bc
+ N
quạt
= 12 kW.
V
ậy tổn thất nhiệt do vận hành :
Q
4
= 12 kW.
 Tải nhiệt cho thiết bị :
Q
TB
= Q
1
+ Q

2
+ Q
3
+ Q
4
=0,514 + 54,27 + 6,423 + 12 = 73,2 kW.
 Tải nhiệt cho máy nén :
Q
MN
= 80%Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ 75%Q
4
= 0,8.0,514 + 54,27 + 6,423 + 0,75.12 =70,1kW
 Năng suất lạnh của máy nén


b
k
QQ
MN
.
0
, kW
Trong đó : k = 1,1 : hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ
thống lạnh.

b = 1 : hệ số thời gian làm việc.
Như vậy :
1,77
1
1,1.1,70
0
Q KW
5.5.Bảng kết quả phụ tải máy nén và thiết bị
HỆ THỐNG
Q
1
(KW)
Q
2
(KW)
Q
3
(KW)
Q
4
(KW)
Q
TB
(KW)
Q
0MN
(KW)
Tủ đông tiếp xúc 0,29 50,5 0 0,19 50,9 50,8
Tủ đông gió 0,6 14,54 0 3,514 18,69 17,65
Cấp đông IQF 500kg/h 0,515 54,27 6,4 12 73,2 70,1

Máy đá vảy 10T/24h 5,348 53,48 0 0,47 59,3 58,1