Tính toán thiết kế tủ cấp đông năng suất 1 tấn

Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh

TS.Trần Đình Anh Tuấn
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG
Ngành:

Cơng nghệ Nhiệt Lạnh

Năm học: 2016 - 2020

Tên đề tài

TÍNH TỐN THIẾT KẾ TỦ CẤP ĐƠNG
VỚI NĂNG SUẤT 1 TẤN
I/ Thơng tin thực hiện đề tài:
Số liệu cho trước:
Mơ hình tủ cấp đơng liên tục có tại khoa
Tủ cấp đơng
Năng suất: 1 tấn
Địa điểm lắp đặt: phịng thực hành thí nghiệm
II/ Nội dung đề tài:
1.
2.
3.
4.
5.

6.

Tổng quan về hệ thống lạnh.
Tính tốn thiết kế khơng gian phịng cấp đơng
Tính tốn cách nhiệt và cách ẩm cho hệ thống lạnh
Tính tốn nhiệt cho hệ thống lạnh
Lập chu trình và tính tốn chọn máy nén
Tính tốn thiết kế các thiết bị phụ tùy theo hệ thống lựa chọn(quạt, bơm, dàn
nóng, dàn lạnh....)
7. Các bản vẽ thiết bị và hệ thống, khổ A3.
III/ Ngày giao nhiệm vụ: 09/01/2018
IV/ Ngày hồn thành nhiệm vụ:
Bộ mơn

Nhóm 8

Giảng viên hướng dẫn

Trang 1


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn
MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN............................................................3
CHƯƠNG 1.....................................................................................................................9
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH.........................................................................9
1.1. Mục đích và ý nghĩa thực tế của hệ thống lạnh...............................................................9

1.2. Một số hệ thống lạnh cấp đông trữ đông thông dụng hiện nay......................................10
1.3. Thông số và yêu cầu thiết bị..........................................................................................11
1.3.1. Cấp đông.................................................................................................................11
1.3.2. Thông số môi trường...............................................................................................11

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ MẶT BẰNG KHO ĐƠNG......................................12
2.1. Kích thước tủ cấp đơng..................................................................................................12
2.1.1. Tính thể tích tủ cấp đơng: Vct..................................................................................12
2.1.2. Tính diện tích chất tải của tủ cấp đơng: Fct.............................................................12
2.1.3. Diện tích cần xây dựng của buồng tủ cấp đơng: Fxd...............................................12
2.1.4. Xác định xe đẩy hàng :............................................................................................13
2.1.5. Kích thước cửa tủ....................................................................................................13

TÍNH TỐN CÁCH NHIỆT CHO TỦ CẤP ĐƠNG...................................................14
3.1. Tính cách nhiệt cho tường bao, trần và nền tủ cấp đông...............................................14
3.1.2. Kết cấu và các số liệu..................................................................................................15
3.1.3. Kiểm tra nhiệt độ động sương.................................................................................16

CHƯƠNG 4...................................................................................................................17
TÍNH TỐN NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH...................................................................17
4.1. Tính tốn nhiệt cho phịng cấp đơng..............................................................................17
4.1.1. Tính tổn thật lạnh qua kết cấu bao che: Q1.............................................................17
4.1.2. Tính tổn thật lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2..........................................18
4.1.3. Tính tổn thật lạnh do vận hành Q3..........................................................................19
4.1.4. Phụ tải nhiệt thiết bị................................................................................................20
4.1.5. Công suất lạnh yêu của máy nén.............................................................................20

CHƯƠNG 5...................................................................................................................21
LỰA CHỌN VÀ TÍNH TỐN NHIỆT CỦA CHU TRÌNH LẠNH...........................21
CHỌN MÁY NÉN........................................................................................................21

1. Chọn môi chất lạnh dùng cho hệ thống cấp đông.............................................................21
2. Chọn các thông số của chế độ làm việc............................................................................21
2.1 Chọn nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh...........................................................................21
3.Tính tốn chu trình.............................................................................................................22
3.1. Chọn nhiệt độ bay hơi: .............................................................................................22
3.2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ:
......................................................................................22
3.3 Nhiệt độ quá lạnh:.......................................................................................................22
3.4. Nhiệt độ quá nhiệt:.....................................................................................................22
3.5. Tính cấp nén của chu trình:........................................................................................22
3.6. Chọn chu trình lạnh:...................................................................................................22
3.7. Xây dựng đồ thì và bảng thơng số các điểm nút:.......................................................23
3.8. Tính tốn chu trình:....................................................................................................24
4.Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó..............................................................................25
4.1. Chọn máy nén............................................................................................................25

CHƯƠNG 6...................................................................................................................27
TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT.....................................................27
VÀ THIẾT BỊ PHỤ.......................................................................................................27
6.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ.............................................................................................27
1. Chọn thiết bị ngưng tụ..................................................................................................27
2. Mục đích của thiết bị ngưng tụ.....................................................................................27

Nhóm 8

Trang 2


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

3. Nguyên lý làm việc.......................................................................................................28
4. Tính chọn thiết bị ngưng tụ...........................................................................................28
6.2Tính chọn thiết bị bay hơi................................................................................................29
1. Tính tốn dàn bay hơi...................................................................................................29
5. Cấu tạo..........................................................................................................................30

CHƯƠNG 7...................................................................................................................31
CÁC THIẾT BỊ PHỤ....................................................................................................31
1. Bình chứa cao áp...............................................................................................................31
2. Bình tách dầu....................................................................................................................32
3. Bình tách khí khơng ngưng...............................................................................................33
4. Bình hồi nhiệt....................................................................................................................34
5. Bình gom dầu....................................................................................................................34
6. Bình trung gian.................................................................................................................35
7. Tính chọn tháp giải nhiệt..................................................................................................37
8. Các thiết bị khác................................................................................................................39

SỞ ĐỒ NHIỆT..............................................................................................................40
SỞ ĐỒ HỆ THỐNG......................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................42

Nhóm 8

Trang 3


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Kích thước tủ cấp đơng..................................................................................13
Bảng 2.2 Bảng thông số khay........................................................................................13
Bảng 3.1 Bảng thông số pannel [2, Bảng 2.5,Tr35 ]..................................................... 12
Bảng 3.2 Bảng thông số pannel thực tế........................................................................ 13
Bảng 4.1 Thơng số tính tổn thất Q1............................................................................... 14
Bảng 5.1 Thơng số các điểm nút................................................................................... 21

Nhóm 8

Trang 4


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1 Vật liệu tấm panel.........................................................................................15
Hình 5.1 Đồ thị 2 cấp T-s.............................................................................................. 20
Hình 5.2 Đồ thị logp - i................................................................................................. 20
Hình 6.1 Thiết bị ngưng tụ............................................................................................27
Hình 6.2 Dàn bay hơi....................................................................................................30
Hình 6.3 Dàn bay hơi....................................................................................................30
Hình 7.1 Bình chứa cáo áp............................................................................................ 28
Hình 7.2 Bình tách dầu.................................................................................................. 30
Hình 7.3 Bình tách khí khơng ngưng............................................................................ 31
Hình 7.4 Bình tách khí khơng ngưng............................................................................ 32

Hình 7.5 Bình chứa dầu................................................................................................. 33
Hình 7.6 Bình trung gian............................................................................................... 34
Hình 7.7 Tháp giải nhiệt................................................................................................ 36

Nhóm 8

Trang 5


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

CHƯƠNG 1

TS.Trần Đình Anh Tuấn

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH

1.1 Mục đích và ý nghĩa thực tế của hệ thống lạnh
Kỹ thuật lạnh đã ra đời từ hàng trăm năm nay và được sử dụng rộng rãi trong nhiều
ngành kỹ thuật khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công
nghiệp hóa chất, cơng nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ thuật sấy nhiệt
độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo
máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao và nhiều lĩnh vực khác trên thế giới.
Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh và được ứng dụng với nhiều
mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng
quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống và trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật.
Với sự phát triển của toàn nhân loại, việc chú trọng cho sự phát triển của tương lai
nằm ở hai yếu tố quyết định hiện nay là xã hội và con người. Ở chủ đề này ta sẽ chú
trọng ở tầm vóc của lồi người từ giáo dục, đạo đức và đặc biệt là thể trạng và sức
khỏe. Một thể trạng, sức khỏe tốt là nằm ở chổ lượng dinh dưỡng cung cấp và nhu cầu

thể thao, đặt biệc là nguồn dinh dưỡng là yếu tố chính cung cấp năng lượng cho tồn
bộ q trình hoạt động của lồi người. Và vấn đề đặt ra là “nguồn gốc của thực phẩm
như thế nào?” trong xã hội phát triển này.
Với nhu cầu bức thiết đó, việc “bảo quản thực phẩm” được đặt lên hàng đầu trước
khi đến với người tiêu dùng.
Ở điều kiện bình thường bên trong các loại thực phẩm có nguồn gốc động vật và
thực vật đều diễn ra những biến đổi. Quá trình đó ln kèm theo việc giảm chất lượng
thực phẩm. Sự biến đổi của thực phẩm tăng nhanh ở nhiệt độ từ 40 oC đến 50oC vì ở
nhiệt độ này rất thích hợp cho các q trình hoạt động hóa men phân giải (enzym) của
bản thân thực phẩm và vi sinh vật.
Và nghiên cứu cho thấy rằng ở nhiệt độ thấp các phản ứng hóa sinh trong thực
phẩm bị ức chế. Trong phạm vi nhiệt độ bình thường, cứ giảm 10 oC thì tốc độ phản
ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần.
Khả năng chịu lạnh của mỗi loài sinh vật có khác nhau. Một số lồi chết ở nhiệt độ
o
20 C đến 0oC, một số khác lại chết ở những mức nhiệt độ thấp hơn.
Khi nhiệt độ hạ xuống thấp, nước ở trong tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng
tế bào sinh vật. Mặt khác, khi nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mất mơi trường
khuếch tán chất tan, gây biến tính nước làm cho vi sinh vật chết.
Từ những đặc diểm ấy ta thấy rằng với nhiệt độ càng thấp, ít nhất là -18 oC thì có
thể bảo quản thực phẩm lâu dài.
Để bảo quản thực phẩm ta có thể thực hiện với nhiều cách như: phơi, sấy khơ, đóng
hộp và bảo quản lạnh và với nhiều phương pháp tiên tiến: phóng xạ ion, chiếu tia tử
ngoại, sử dụng chất kháng sinh, sử dụng các chất khí ozon- cacbonic....Tuy nhiên bảo
quản lạnh bằng phương pháp cấp đơng có ưu điểm nổi bật hơn vì:
 Hầu hết thực phẩm, nơng sản đều thích hợp đối với phương pháp này
 Việc thực hiện bảo quản nhanh và hiệu quả phù hợp với tính chất mùa vụ của
nhiều loại thực phẩm, nông sản.
 Bảo tồn tối đa các thuộc tính tự nhiên của thực phẩm, giữ được hương vị, màu
sắc, các vi chất và dinh dưỡng trong thực phẩm.

Nhóm 8

Trang 6


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

1.2. Một số hệ thống lạnh cấp đông trữ đông thông dụng hiện nay
Với các loại kho lạnh thông dụng người ta thường dựa vào 4 yếu tố để phân loại đó
là dựa vào đặc điểm cách nhiệt, dung tích chứa của kho lạnh, theo nhiệt độ và cuối
cùng là theo cơng dụng. Sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu kĩ hơn các yếu tố trên.
 Kho lạnh theo công dụng
 Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm tại các
nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác.
 Kho lạnh chế biến: Được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực
phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy xuất
khẩu thịt vv..) Các kho lạnh loại này thường có dung tích lớn cần phải trang bị hệ
thống có cơng suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất nhập
hàng thường xuyên.
 Kho lạnh phân phối, kho trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho
các khu vực dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường có
dung tích lớn trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đến đời sống sinh hoạt của cả
một cộng đồng.
 Kho lạnh thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ
thống thương nghiệp. Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được doanh
nghiệp bán trên thị trường.
 Kho lạnh vận tải (trên tàu thuỷ, tầu hoả, xe ôtô ): Đặc điểm của kho là dung

tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này sang nơi khác.
 Kho lạnh sinh hoạt: Đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách
sạn, nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ.
 Kho lạnh theo nhiệt độ
 Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản thường nằm trong khoảng -2oC ÷ 5oC.
Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (chuối > 10oC,
chanh > 4oC). Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nông
sản.
 Kho lạnh bảo quản đông: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua
cấp đông. Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật. Nhiệt độ bảo quản tuỳ
thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản. Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu
cũng phải đạt -18oC để cho các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực
phẩm trong quá trình bảo quản.
 Kho lạnh đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12oC.
 Kho gia lạnh: Nhiệt độ 0 oC, dùng gia lạnh các sản phẩm trước khi chuyển sang
khâu chế biến khác.
 Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ kho tối thiểu -4oC.
 Kho lạnh theo dung tích chứa
 Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nó. Do
đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm có khác nhau nên thường qui
dung tích ra tấn thịt (MT-Meet Tons). Ví dụ kho 50MT, Kho 100MT, Kho 150 MT
vv.. là những kho có khả năng chứa 50, 100, 150 vv.. tấn thịt.
 Kho lạnh theo đặc điểm cách nhiệt
 Kho xây: Là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta tiến
hành bọc các lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, lắp đặt khó, giá thành
tương đối cao, khơng đẹp, khó tháo dỡ và di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và
Nhóm 8

Trang 7

Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

vệ sinh kho xây khơng đảm bảo tốt. Vì vậy hiện nay ở nước ta người ta ít sử dụng
kho xây để bảo quản thực phẩm.
 Kho panel: Được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyurethan và được lắp
ghép với nhau bằng các móc khố camlocking. Kho panel có hình thức đẹp, gọn và
giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ và bảo quản các mặt hàng
thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu vv… Hiện nay nhiều doanh nghiệp ở
nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao. Vì thế hầu hết các
xí nghiệp cơng nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảo quản hàng hoá.
1.3. Thông số và yêu cầu thiết bị
1.3.1. Cấp đông
 Sản phẩm bảo quản: Thủy Sản
 Công suất:

E = 1 Tấn

 Nhiệt độ thực phẩm vào:

12 oC

 Nhiệt độ thực phẩm ra:

-18oC

 Nhiệt độ phịng cấp đơng:

- 40oC

 Mơi chất lạnh :
1.3.2. Thông số môi trường

R22

 Địa điểm xây dựng :

Tp. Hồ Chí Minh

 Nhiệt độ mơi trường:

tn = 27oC

 Độ ẩm môi trường:

φn = 74%

Lấy theo thông số nhiệt độ trung bình năm của thành phố Hồ Chí Minh [1]

Nhóm 8

Trang 8


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

CHƯƠNG 2

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ MẶT BẰNG KHO ĐƠNG
2.1. Kích thước tủ cấp đông
Cho biết : Công suất : E = 1 Tấn/mẻ
Sản phẩm : Thủy sản (Tôm, cá, mực) đã qua chế biến
2.1.1. Tính thể tích tủ cấp đơng: Vct
(Theo [1], Tr 40)
Trong đó :
 E =1 tấn: Năng suất kho cấp đông (tấn)
 gv = 0,104 tấn/m3 : định mức chất tải theo thể tích ( tấn/m 3) – Theo bảng
4.4 – Tr132 – [1]
 Vct: thể tích tủ cấp đơng ( m3)
Suy ra:

2.1.2. Tính diện tích chất tải của tủ cấp đơng: Fct
(Theo [1], Tr 40)
Trong đó :
 hct (m): chiều cao chất tải (m) .
 hct = H - 2δ – a =2 – 2 . 0,15 – 0,1 = 1,6 (m)
Tủ cấp đông một tầng có chiều cao 2 m, chọn chiều dày của kho 0.15 m, chọn
khoảng hở tối thiểu là 0.1 m.
Suy ra
2.1.3. Diện tích cần xây dựng của buồng tủ cấp đơng: Fxd
(Theo [1], Tr 42)
Trong đó:
 Fxd: diện tích lạnh cần xây dựng, m2

: hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, được chọn theo bảng 2.7
([1], trang 42), T = 0.5

(Theo [1], Tr 42)
Trong đó:
 Fxd: diện tích lạnh cần xây dựng, m2
 Vì tủ sử dụng những xe đẩy hàng nên cần diện tích lớn hơn diện tích đã tính. Từ
diện tích xây dựng đó ta chọn kích thước tủ cấp đơng theo bảng 4.13 [1],
trang148.


Nhóm 8

Vậy ta chọn kích thước bên trong tủ như sau:

Trang 9


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng
Rộng
2600 mm

TS.Trần Đình Anh Tuấn
x
x

Sâu
3000 mm

x
x

Bảng 2.1 Kích thước tủ cấp đơng

Năng suất
1000 kg/mẻ

Kích thước ngồi
R x S x C, mm
2900x3300x2000

Dung tích
m3
13,26

Cao
1700 mm

Hệ số chất tải thực
gv, kg/m3
0,45

2.1.4. Xác định xe đẩy hàng :
 Ta có : E = 1000kg/mẻ
 Tủ cấp đơng sử dụng xe đẩy hàng với thống số:
 Số xe: 12
 Mỗi xe chứa : 50 đến 85 kg thủy sản
 Kích thước xe đẩy: Cao x Rộng x Dài :1600 x 570 x 800 (mm)
 Số kệ trong 1 xe : 17 kệ
 Khoảng cách giữa các kệ (bước kệ) :85mm
 Khoảng cách giữa các xe và 2 bên: 64 mm
 Mỗi kệ xe chứa : 3 khay với kích thước
Bảng 2.2 Bảng thơng số khay

Thơng số
Kích thước
Vật liệu
Khối lượng khay
Khối lượng thực phẩm

Giá trị
700 x 480 x 50
Nhôm tấm, dày 2mm
2,7 kg
5 kg

2.1.5. Kích thước cửa tủ
Đối với tủ cấp đơng sẽ có 1 cửa tủ. Cửa tủ có cấu tạo 2 mặt là tấm inox dày 0,6 mm,
được bọc cách nhiệt, ở giữa là lớp polyurethan dày 125mm. Cánh cửa tủ có trang bị
điện trở sấy chống đóng băng, bản lề, tay khóa bằng inox, và gioăng làm kín có khả
năng chịu lạnh cao.
Để đảm bảo làm kín và khơng có đọng sương trên bề mặt cửa, ta chọn sơ bộ kích
thước cửa:
Dày × Rộng × Cao = 125 × 2700 × 1800 (mm)

Nhóm 8

Trang 10


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

CHƯƠNG 3

TÍNH TỐN CÁCH NHIỆT CHO TỦ CẤP ĐƠNG

Do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và tủ cấp đông rất lớn. Do đó để giảm
tối đa tổn thất nhiệt ra mơi trường thì chúng ta phải bọc cách nhiệt. Biết rằng lớp
cách nhiệt càng dày thì tổn thất nhiệt càng ít. Nhưng chiều dầy của nó phải đảm bảo
tối ưu hóa giữa chi phí đầu tư và tiết kiệm năng lượng khi vận hành. Mục đích của
chương này là để giải quyết vấn đề đó.
Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo cơng thức tính hệ số truyền nhiệt k qua vách
phẳng nhiều lớp lấy từ công thức

Suy ra chiều dày lớp cách nhiệt:

Trong đó:
 cn: độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m.
 cn: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK.
 1: hệ số toả nhiệt của mơi trường bên ngồi tới tường cách nhiệt, W/m2K
 2: hệ số toả nhiệt của vách buồng, W/m2K.
 i: bề dày của lớp panel thứ i, mm.
 i: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i, W/mK.
 k : hệ số truyền nhiệt, W/m2K.
3.1. Tính cách nhiệt cho tường bao, trần và nền tủ cấp đơng
Chúng ta sẽ tính cách nhiệt chung cho các tường và tính cho các tường khắc
nghiệt. Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo 2 yêu cầu cơ bản:
 Vách ngồi kết cấu bao che khơng được phép đọng sương, nghĩa là độ dày của
lớp cách nhiệt phải đủ lớn để nhiệt độ bề mặt vách ngoài lớn hơn nhiệt độ đông
sương của môi trường ts.
 Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho tối ưu hóa giá thành là rẻ nhất.

Nhóm 8

Trang 11


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

3.1.1. Kết cấu và các số liệu

Hình 3. 1 Vật liệu tấm panel
Bảng 3.1 Bảng thông số pannel [2, Bảng 2.5,Tr35 ]
Độ dày panel

Hệ số dẫn nhiệt

 [mm]

 [W/mK]

Inox

0,5

22

2

Polyurethane (PU)

150

0.018 – 0.02

3

Inox

0,5

22

Lớp

Vật liệu

1

3.1.2. Kết cấu và các số liệu
Nhiệt độ không khí trong buồng cấp đơng - 400C và
Ta có:

Trong đó:
 cn: độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m.ơ
 cn: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK.
 1: hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt, W/m2K
 2: hệ số toả nhiệt của vách buồng, W/m2K.
 i: bề dày của lớp panel thứ i, mm.

 i: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i, W/mK.
Ta chọn: 1,2 theo bảng 3-7, trang 86, [3]
 1= 23.3 W/m2K
 2= 10.5 W/m2K
Thay số vào ta được:
Khi đó hệ số truyền nhiệt thực tế là:

=

Nhóm 8

(W/m2K )

Trang 12


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

3.1.3. Kiểm tra nhiệt độ động sương
Vì đây là các tấm panel tiêu chuẩn (đã được tính tốn và kiểm tra ) do đó ta cần
tính kiểm tra đọng sương
Nếu bề mặt ngồi của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá hủy
lớp cách nhiệt. Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề 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:
Trong








đó:
t1: nhiệt độ mơi trường bên ngồi tường
t2: nhiệt độ trong tủ cấp đông
ts: nhiệt độ đọng sương
1: hệ số toả nhiệt phía nóng
k: hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, W/m2K
kS: hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường ngồi khơng bị đọng
sương
Tủ cấp đơng được thiết kế tại TP.Hồ Chí Minh có nhiệt độ và độ ẩm mơi trường
khơng khí xung quanh là:
 t1= 270C
 =74%
 1= 23.3 W/m2K
 Tra trên đồ thị t-d ta được: ts=220C
 Thế 1, t1, t2, ts vào công thức, ta được:


(W/m2K)

 Vậy ks=1,65>k=1.0288  không xảy ra hiện tượng đọng sương bên ngồi
tường
Vì vậy ta chọn loại Panel có các thơng số phía dưới để thiết kế tủ cấp
đông.
Bảng 3.2 Bảng thông số pannel thực tế
Lớp

Vật liệu

1

Inox

2

Polyurethane (PU)

3

Inox

Nhóm 8

Độ dày panel

Hệ số truyền nhiệt

 [mm]

k [W/m2K]

150

0,15

Trang 13

Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

CHƯƠNG 4

TÍNH TỐN NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH

Mục đích: Tính tổng tổn thất nhiệt của tủ cấp đơng. Để từ đó tính ra công suất
yêu cầu của hệ thống lạnh cấp đông cho tủ
 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
Q2: Tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm và bao bì
Q3: Tổn thất lạnh do thơng gió
Q4: Tổn thất lạnh do vận hành
Q5: Tổn thất lạnh do sản phẩm thở (Rau, hoa quả...)
4.1. Tính tốn nhiệt cho phịng cấp đơng
4.1.1. Tính tổn thật lạnh qua kết cấu bao che: Q1
Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định định nghĩa là tổng các dòng tổn thất
qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mơi trường bên ngồi và
bên trong kho lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và
trần. Nhiệt độ trong phịng 240C
Q1= Q11+Q12
 Trong đó:
 Q11: là dịng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ.
 Q12: là dòng nhiệt qua tường bao và trần do bức xạ mặt trời.
 Vì kho lạnh đăt bên trong xưởng nên khơng có nhiệt bức xạ mặt trời, tức là:

Q12= 0
 Do đó:
 Trong đó:

Qv: dịng nhiệt qua vách tường bao tủ cấp đơng.

Qt: dịng nhiệt qua trần tủ cấp đơng.

Qn: dịng nhiệt qua nền tủ cấp đơng.

Bảng 4. 1 Thơng số tính tổn thất Q1
Kết cấu

Kích thước,
[m x m]

ki
[W/m2K]

ti
[°C]

Số lượng
tường bao

Qi
[W]

Vách tường sau

2,9 x 2

0,15

67

1

55,68

Vách tường 2 bên

3,3 x 2

0,15

67

2

127

Trần

2,9 x 3,3

0,15

67

1

92

Nền

2,9 x 3,3

0,15

67

1

92

Cửa

2,7 x 1,8

0,15

67

1

49

Nhóm 8

Trang 14


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

Vậy

4.1.2. Tính tổn thật lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2
 Tổn thất do làm lạnh sản phẩm Q2 được xá định theo công thức:
Q2= Q21+Q22 + Q23
 Trong đó:
 Q21: dịng nhiệt do sản phẩm toả ra khi xử lý lạnh.
 Q22: dòng nhiệt toả ra từ bao bì.
 Dịng nhiệt do sản phẩm toả ra: Q21
W

([2], trang 52)

 Trong đó:
 i1, i2: là enthanpy của sản phẩm lúc vào ( nhiệt độ sản phẩm vào là 12 0C) và
nhiệt độ sau khi xử lí lạnh (nhiệt độ ra khỏi tủ là -180C).
 Tra bảng 2.11, trang 54, [2] ta được:
 i1= 308 kJ/kg, i2=5 kJ/kg
 M: khối lượng sản phẩm đưa vào trong 1 mẻ, kg
Thay vào ta được:

 Tổn thất do làm lạnh khay Q22
Q22 = Mkh.cp.( t1 – t2 )/τ

Trong đó:
 Mkh: tổng khối lượng khay cấp đông, kg
 cp: nhiệt dung riêng của khay cấp đông, J/kgK
 t1 , t2: nhiệt khay trước và sau cấp đơng, oC
Đối với tủ đơng gió thường sử dụng khay loại 5 kg. Như vậy với 200 khay như đã tính
thì: Mkh = 2,7 .200 = 540 kg
Khay làm bằng nhơm có cp = 0,921 kJ/kg
Vậy
 Dịng nhiệt do xe cấp đơng tỏa ra Q23

Vậy

Nhóm 8

Trang 15


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

4.1.3. Tính tổn thật lạnh do vận hành Q3
4.1.3.1 Tổn thất nhiệt do mở cửa:
Để tính tốn dịng nhiệt khi mở cửa, ta sử dụng biểu thức:
Q31= B.F (W)
 B:dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2
 F:diện tích buồng, m2
Dịng nhiệt riêng phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng lấy theo bảng
2.13 [1] , trang 57 và có sự điều chỉnh với chiều cao buồng 2m.
Với diện tích F=4,86 m2, chọn B= 32W/m2

Q31= 4,86 x 32 = 155,52 (W)
4.1.3.2 Dòng nhiệt do xả băng:
Q32 = Q / τ

Trong đó:
 τ : thời gian xã băng, s = 30 phút=1800s
 Q:lượng nhiệt truyền cho khơng khí trong phịng lúc xả băng.
Q = ρkk .V.cpk.Δt
Với:
 ρkk : khối lượng riêng khơng khí, ρkk = 1,2 kg/m3.
 V : dung tích tủ đơng gió, m3, V = 13,26 m3.
 cpk : nhiệt dung riêng của khơng khí, J/kg , cpk = 1000 J/kgK.
 Δt : độ tăng nhiệt độ khơng khí trong tủ, oC.
Để đảm bảo băng tan thì nhiệt độ trong tủ sau khi xả băng phải > 0 oC , do đó ta
chọn Δt = 40oC  Q = 1,2. 13,26 .1000. 40 = 636480 J.
 Vậy tổn thất do xả băng: Q32= 353,6 W
4.1.3.3 Tổn thất nhiệt do chiếu sáng
Q33=A.F (W)
 A: nhiệt lương tỏa ra khi chiếu sáng 1m 2 diện tích nền. Chọn A=1.2
W/m2
 F: diện tích nền, F= 2,9.3,3 = 9,57 m2
Q33=1,2 . 9,57 =11,5 (W)
4.1.3.2 Tổn thất nhiệt do động cơ điện:
Dòng nhiệt do các động cơ điện làm việc trong buồng lạnh có thể xác định theo
công thức:
Q34 = N.n(kW)
 N: công suất của động cơ điện, kW. Đối với buồng cấp đông.
 Chọn N= 0,15 kW
Q34= 0,15.4 = 0,6 kW

Nhóm 8

Trang 16


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng



TS.Trần Đình Anh Tuấn

Vậy dòng nhiệt do vận hành:
Q3 = 155,52+353,6+11,5+600=1080,62 (W)=1,081kW

 Tổng tổn thất nhiệt của tủ đơng gió là:
Q = Q1 + Q2 + Q3 =0,416+44,93+1,081= 46,427 kW
4.1.4. Phụ tải nhiệt thiết bị
Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính tốn diện tích trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết
bị bay hơi. Để đảm bảo nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất, người
ta tính tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất. Như
vậy, tải nhiệt cho thiết bị bay hơi được tính như sau:
Qtb = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 46,427(kW)
4.1.5. Công suất lạnh yêu của máy nén
QoMN=Qtb=46,427 kW

Nhóm 8

Trang 17

Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

CHƯƠNG 5
LỰA CHỌN VÀ TÍNH TỐN NHIỆT CỦA CHU TRÌNH LẠNH
CHỌN MÁY NÉN
Để lựa chọn và tính tốn chu trình lạnh ta phải chọn được các thông số được thể
hiện trên chu trình lạnh như nhiệt độ và áp suất bay hơi, nhiệt độ và áp suất ngưng
tụ …của môi chất lạnh. Do đó trước hết ta phải chọn được mơi chất lạnh phù hợp
với hệ thống.
1. Chọn môi chất lạnh dùng cho hệ thống cấp đông
Môi chất lạnh là chất mơi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để
thu nhiệt của mơi trường có nhiệt độ thấp và thải ra mơi trường có nhiệt độ cao hơn.
Sự thu nhiệt ở mơi trường có nhiệt đơ thấp nhờ quá trình bay hơi ở áp suất thấp và
nhiệt độ thấp, sự thải nhiệt cho mơi trường có nhiệt độ cao nhờ qua trình ngưng tụ ở
áp suất cao nhiệt độ cao, sự tăng áp của quá trình nén hơi và sự giảm áp của quá
trình tiết lưu.
Hệ thống sử dụng Gas R22, Gas lạnh R22 thành phần chính là CHCIF2, độ tinh
khiết lên đến 99,6% , là một dạng chất lỏng không gây cháy nổ. Ở nhiệt độ thấpgas
lạnh R22 là một chất khí khơng màu, khơng mùi khơng gây ảnh hưởng tới sức khỏe
con người. 
2. Chọn các thông số của chế độ làm việc.
2.1 Chọn nhiệt độ sôi của môi chất lạnh.
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của buồng lạnh. Đối với hệ
thống cấp đơng nhiệt độ trung bình khơng khí trong buồng lạnh yêu cầu đạt -35C ÷
40C. Nhiệt độ trong tủ đông càng thấp thời gian cấp đông càng nhanh, do đó chọn
nhiệt độ khơg khí trong tủ đơng là - 40C.

Q0TB= Q= 46,427 kW

Năng suất lạnh:

,W

k: hệ số k tính đến tổn thất lạnh trên đường ống và trong thiết bị của hệ thống
lạnh làm lạnh trực tiếp, phụ thuốc vào nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong
dàn làm lạnh khơng khí, sử dụng mơi chất R22, tra bảng 2.6 ta được k= 1,1
= 46,427 kW
b: hệ số thời gian làm việc lấy bằng 0,9
kW
 Năng suất lạnh yêu cầu: Q0 = 56,744kW
 Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh: tf = -400C

Nhóm 8

Trang 18


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

Chọn mơi trường giải nhiệt là nước tuần hồn qua tháp giải nhiệt:
Nhiệt độ nước khi vào bình là:
Với tu là nhiệt độ bầu ướt của khơng khí được tra theo đồ thị i-d với tn = 270C và
%,ta có tu = 240C
 tw1 = 280C
Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: tw2 = tw1 +(2 : 5)0C
Ở đây ta chọn bình ngưng ống chum nằm ngang nên:
tw2 = tw1 + 50C = 330C

3. Tính tốn chu trình
3.1. Chọn nhiệt độ bay hơi: t0 = tf – (4:10)0C = (-44 : -50)0C
Chọn t0 = -450C, tra bảng hơi bão hòa của R22, ta có áp suất bay hơi là: p0 = 0,827 bar
3.2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ:
Chọn
. Tra bảng hơi bão hịa của R22 ta có pk = 14,6202 bar
3.3 Nhiệt độ quá lạnh:
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 = tk - 50C = 330C
3.4. Nhiệt độ quá nhiệt:
Với
Là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi đi vào máy nén,nhiệt độ của hơi hút bao giơ
cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất (R22 sôi ở nhiệt độ -33,40C). Để đảm bảo máy
nén k hút lỏng gây ra hiệt tượng va đập thủy lực thì người ta bố trí một bộ hồi nhiệt
trước khi mơi chất đi vào máy nén.
3.5. Tính cấp nén của chu trình:
Ta có tỷ số nén của chu trình:
bar
Vậy chọn chu trình máy nén hai cấp, với áp suất trung gian được chọn tối ưu sao cho
tỷ số nén bằng nhau giữa các cấp, vậy áp suất trung gian của chu trình là:
bar
3.6. Chọn chu trình lạnh:
Chọn chu trình cho phịng cấp đơng là chu trình lạnh hai cấp dùng bình trung gian có
ống xoắn trao đổi nhiệt. Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong tủ cấp đông
khá lớn, nếu dùng binh trung gian làm mát hoàn toàn thì có thể hệ số làm lạnh cao hơn
nhưng áp suất trung gian không đủ mạnh để cấp đủ lỏng cho dàn bay hơi.

Nhóm 8

Trang 19


Chuyên đề Kỹ thuật lạnh ứng dụng

TS.Trần Đình Anh Tuấn

3.7. Xây dựng đồ thì và bảng thơng số các điểm nút:
a) Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh:
NCA: Nén cao áp
NHA: Nén hạ áp
NT: Bình ngưng tụ
TL: Van tiết lưu
BH: Dàn bay hơi
BTG: Bình trung gian
b) Đồ thị :

Hình 5. 1 Đồ thị 2 cấp T-s

Hình 5. 2 Đồ thị logp - i

Nhóm 8

Trang 20