Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài với tiềm năng khai thác và nuôi trồng thủy hải sản rất lớn. Mạng lưới các xí nghiệp chế biến và kinh doanh đông lạnh hiện diện rộng khắp cả nước. Tuy nhiên, để sản phẩm thủy sản đông lạnh giữ vững vị thế trên thị trường nội địa cũng như đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu quốc tế khắt khe, việc đổi mới công nghệ làm lạnh và nâng cao chất lượng bảo quản là yêu cầu cấp thiết. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống lạnh kho bảo quản đông" do sinh viên Nguyễn Thành Ghin thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Đại Tiến (tháng 6 năm 2010 tại Nha Trang) được xây dựng nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một cơ sở bảo quản thủy sản quy mô công nghiệp.

Nhiệm vụ và mục tiêu thiết kế được xác định gồm các nội dung trọng tâm:

  1. Khảo sát điều kiện khí hậu, địa điểm xây dựng và xác định chế độ công nghệ bảo quản đông cho mặt hàng cá béo.
  2. Tính toán quy hoạch mặt bằng, xác định kích thước buồng lạnh và các hạng mục phụ trợ (buồng kết đông phụ, hầm bảo quản đá cây, hành lang lạnh).
  3. Tính toán kết cấu cách nhiệt, cách ẩm cho kho lạnh lắp ghép và kiểm tra điều kiện chống đọng sương trên bề mặt vách.
  4. Tính toán phụ tải nhiệt, xác định năng suất lạnh yêu cầu và thiết lập chu trình nhiệt động lực học máy lạnh sử dụng môi chất R404a.
  5. Lựa chọn tổ hợp máy nén trục vít, thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang, dàn bay hơi và van tiết lưu tự động từ catalogue thương mại.
  6. Xây dựng quy trình lắp đặt, thử nghiệm áp lực, thử kín, nạp gas, trang bị hệ thống điều khiển tự động hóa an toàn và khái toán sơ bộ giá thành công trình.

Đối tượng và phạm vi thiết kế:

  • Đối tượng thiết kế: Hệ thống kho lạnh bảo quản đông sản phẩm cá béo đóng gói trong thùng carton, dung tích thiết kế 1500 tấn, sử dụng phương pháp xả tuyết bằng điện trở.
  • Phạm vi không gian: Công trình được thiết kế xây dựng tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa.
  • Phạm vi thông số vận hành: Nhiệt độ bảo quản buồng lạnh duy trì ở mức $-25 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối không khí $\varphi > 80%$, vận tốc gió đối lưu cưỡng bức $v = 3\text{ m/s}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Đồ án áp dụng hệ thống cơ sở lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật và kỹ thuật truyền nhiệt ứng dụng trong ngành nhiệt - lạnh, dựa trên các tài liệu quy chuẩn chuyên ngành:

  • Khung lý thuyết và mô hình tính toán: Lý thuyết truyền nhiệt qua kết cấu bao che nhiều lớp phẳng; lý thuyết cân bằng nhiệt buồng lạnh theo 5 thành phần dòng nhiệt tổn thất; chu trình nhiệt động máy lạnh nén hơi 1 cấp có quá nhiệt hơi hút và quá lạnh môi chất lỏng trước van tiết lưu; đồ thị trạng thái $\lg p - i$ của môi chất lạnh R404a và đồ thị không khí ẩm $h - x$.
  • Tài liệu quy chuẩn tham khảo: Sách "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của tác giả Nguyễn Đức Lợi cùng các tài liệu quy chuẩn kỹ thuật thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp.
  • Phương pháp tính toán thực tế:
    • Phương pháp tính cách nhiệt: Xác định chiều dày lớp cách nhiệt Polyurethane ($\delta_{cn}$) theo hệ số truyền nhiệt quy chuẩn $K$, sau đó kiểm tra hiện tượng đọng sương theo điều kiện $K_t < 0,95 K_s$.
    • Phương pháp cân bằng nhiệt: Tính toán chi tiết các dòng nhiệt thành phần gồm nhiệt qua kết cấu bao che ($Q_1$), nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra ($Q_2$), nhiệt do thông gió ($Q_3 = 0$), nhiệt do vận hành ($Q_4$), và nhiệt do hô hấp của sản phẩm ($Q_5 = 0$).
    • Phương pháp nhiệt động chu trình lạnh: Tính toán các thông số trạng thái tại các điểm nút, xác định lưu lượng môi chất qua máy nén, công nén đoạn nhiệt, công nén chỉ thị, tổn thất ma sát, công suất hữu ích, công suất điện và công suất động cơ lắp đặt.
  • Nguồn dữ liệu đầu vào: Số liệu khí tượng thủy văn nhiều năm tại thành phố Nha Trang (nhiệt độ trung bình năm $26,5^\circ\text{C}$; mùa hè $36,6^\circ\text{C}$, độ ẩm $79%$; mùa đông $17,7^\circ\text{C}$, độ ẩm $78%$); các thông số nhiệt vật lý của môi chất R404a; thông số kỹ thuật từ catalogue nhà sản xuất Bitzer, Danfoss và Thermokey.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về kỹ thuật lạnh

Chương này tổng kết lịch sử phát triển của kỹ thuật nhiệt lạnh từ các phương pháp sơ khai sử dụng băng tuyết tự nhiên, nước ngầm, các thí nghiệm làm lạnh bay hơi ở áp suất thấp (thế kỷ XVIII của Black, Clouet, Monge) đến các mốc phát minh máy nén hơi của Jacob Perkins (1834), máy lạnh hấp thụ của Carres, Gerppt, Platen và Munter, máy ejector của Leiblane (1910) và sự ra đời của môi chất Freon (1930). Tác giả trình bày các yêu cầu bắt buộc khi quy hoạch mặt bằng kho lạnh: đảm bảo dây chuyền công nghệ một chiều, không giao cắt dòng hàng, tối ưu hóa chi phí vận hành bằng cách giảm thiểu diện tích bề mặt bao che tiếp xúc ngoài, bố trí màn khí hoặc quạt gió tại cửa để ngăn không khí nóng ẩm xâm nhập. Chương I cũng nhấn mạnh giải pháp xử lý đóng băng nền đất (cơi nền) khi kho vận hành ở nhiệt độ âm sâu ($-25^\circ\text{C}$) thông qua việc tôn cao sàn, lắp đặt các con lươn/ống thông gió đường kính $200 - 300\text{ mm}$ cách nhau $1 - 1,5\text{ m}$ hoặc bố trí dây điện trở sưởi ấm sàn hoạt động ở điện áp $24 - 26\text{ V}$.

Chương II: Thiết kế kho lạnh bảo quản đông

Tác giả xác định địa điểm xây dựng tại Nha Trang với thông số tính toán khắc nghiệt vào mùa hè ($t_1 = 37^\circ\text{C}$, $\varphi = 79%$). Chế độ bảo quản cá béo yêu cầu nhiệt độ $-25 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm $> 80%$ nhằm hạn chế hiện tượng thăng hoa của nước đá trong sản phẩm đóng gói carton, tốc độ gió cưỡng bức $3\text{ m/s}$. Với dung tích thiết kế $E = 1500\text{ tấn}$ và định mức chất tải thể tích $g_v = 0,45\text{ tấn/m}^3$, thể tích kho được tính toán tương ứng. Chiều cao phòng lạnh chọn $6\text{ m}$, chiều cao chất tải $h = 5\text{ m}$, diện tích chất tải $F = 666,67\text{ m}^2$. Với hệ số sử dụng diện tích $\beta_F = 0,80$, diện tích lạnh cần xây dựng là $F_l = 833,34\text{ m}^2$. Tác giả quy hoạch kho thành 8 buồng lạnh tiêu chuẩn, mỗi buồng có diện tích $f = 108\text{ m}^2$ (kích thước $18\text{ m} \times 6\text{ m} \times 6\text{ m}$). Các hạng mục phụ trợ gồm:

  • Buồng kết đông phụ dung tích $E_{kđ} = 104\text{ tấn}$ để xử lý $15%$ lượng hàng bị tăng nhiệt lên trên $-8^\circ\text{C}$ trong quá trình bốc dỡ vận chuyển trước khi đưa vào kho bảo quản.
  • Hầm bảo quản đá cây diện tích $F = 25\text{ m}^2$ (kích thước $5\text{ m} \times 5\text{ m} \times 2,4\text{ m}$) chứa 200 cây đá (tương đương 10 tấn) phục vụ ướp bảo quản khi vận chuyển đường dài và dự phòng sự cố.
  • Hành lang lạnh rộng $4\text{ m}$, nền cao $1,4\text{ m}$ so với mặt sân, trang bị đệm khí ép sát thùng xe tải khi bốc xếp hàng để hạn chế thất thoát nhiệt.

Chương III: Tính cách nhiệt, cách ẩm kho lạnh

Tác giả phân tích ưu - nhược điểm giữa phương án kho xây và kho lắp ghép, từ đó chọn phương án kho lạnh lắp ghép panel Polyurethane (PU). Panel có tỷ trọng $30 - 40\text{ kg/m}^3$, độ chịu nén $0,2 - 0,29\text{ MPa}$, hệ số dẫn nhiệt $\lambda = 0,018\text{ W/mK}$, hai mặt bọc tôn lá dày $1,2\text{ mm}$ ($\lambda = 45,36\text{ W/mK}$) và phủ sơn bảo vệ dày $0,5\text{ mm}$ ($\lambda = 0,291\text{ W/mK}$), liên kết bằng khóa camlocking hoặc mộng âm dương.

  • Tính toán chiều dày lớp cách nhiệt cho vách, trần và nền với hệ số truyền nhiệt yêu cầu $K = 0,21\text{ W/m}^2\text{K}$, hệ số tỏa nhiệt ngoài $\alpha_1 = 23,3\text{ W/m}^2\text{K}$, hệ số tỏa nhiệt trong $\alpha_2 = 9\text{ W/m}^2\text{K}$. Chiều dày tính toán được quy chuẩn chọn $\delta_{cn} = 125\text{ mm}$, cho hệ số truyền nhiệt thực tế $K_t = 0,2014\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Kiểm tra đọng sương ngoài vách với nhiệt độ đọng sương $t_s = 32^\circ\text{C}$ (tra theo $t_1 = 37^\circ\text{C}, \varphi = 79%$). Hệ số truyền nhiệt đọng sương tính được $K_s = 2,63\text{ W/m}^2\text{K}$. Điều kiện kiểm tra $K_t = 0,2014 < 0,95 \times 2,63 = 2,499\text{ W/m}^2\text{K}$ hoàn toàn thỏa mãn.
  • Cửa kho gồm 1 cửa lớn ($1500 \times 2000 \times 150\text{ mm}$) và 2 cửa nhỏ bản lề, trang bị gioăng cao su, dải nam châm hít kín và màn nhựa PVC Stripcurtain bản rộng $200\text{ mm}$ chồng mí $50\text{ mm}$. Nền kho đặt trên các con lươn bê tông thông gió để chống ẩm và ngăn cơi nền; mái dốc tối thiểu $2%$ lợp tôn màu xanh lá cây khung thép.

Chương IV: Tính phụ tải máy nén

Tác giả tiến hành tính toán chi tiết 5 thành phần dòng nhiệt xâm nhập vào kho:

  • Dòng nhiệt qua kết cấu bao che $Q_1 = 30.634,1\text{ W}$ (trong đó qua vách $Q_{1v} = 10.573,4\text{ W}$; qua trần $Q_{1t} = 11.409,8\text{ W}$; qua nền $Q_{1n} = 5.336,8\text{ W}$; do bức xạ mặt trời $Q_{1bx} = 3.314,1\text{ W}$ với vách hướng Tây $\Delta t_{bx} = 16^\circ\text{C}$).
  • Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra $Q_2 = 7.901,75\text{ W}$ (với lượng hàng nhập $M = 150\text{ tấn/ngày đêm}$, entanpi hạ từ $i_1 = 5\text{ kJ/kg}$ ở $-18^\circ\text{C}$ xuống $i_2 = 0\text{ kJ/kg}$ ở $-25^\circ\text{C}$ cho $Q_{12} = 6.127,45\text{ W}$; nhiệt tỏa từ 15 tấn bao bì carton $Q_{22} = 1.774,3\text{ W}$).
  • Dòng nhiệt do thông gió $Q_3 = 0$ và dòng nhiệt hô hấp $Q_5 = 0$ (do đặc thù hàng thủy sản đông lạnh).
  • Dòng nhiệt vận hành $Q_4 = 28.606,9\text{ W}$ (chiếu sáng $Q_{41} = 1.051,6\text{ W}$; 16 công nhân làm việc $Q_{42} = 5.600\text{ W}$; động cơ điện $2\text{ kW}$ tỏa nhiệt $Q_{43} = 1.800\text{ W}$; mở cửa $Q_{44} = 10.515,8\text{ W}$; xả tuyết điện trở $Q_{45} = 9.639,5\text{ W}$).
  • Tổng dòng nhiệt tổn thất $Q = 67.142,75\text{ W}$.
  • Phụ tải nhiệt máy nén tính theo hệ số đồng thời: $Q_{MN} = 0,85 Q_1 + 1,00 Q_2 + 0,75 Q_4 = 55.395,9\text{ W} = 55,4\text{ kW}$.
  • Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén (tính với hệ số tổn thất đường ống $k = 1,07$, hệ số thời gian làm việc $b = 0,9$): $Q_0 = 65,86\text{ kW}$.

Chu trình nhiệt động lựa chọn là chu trình nén hơi 1 cấp có hồi nhiệt, sử dụng môi chất R404a ($ODP = 0, GWP = 0,94$) với các thông số: nhiệt độ bay hơi $t_0 = -35^\circ\text{C}$ ($p_0 = 0,162\text{ MPa}$), nhiệt độ ngưng tụ $t_k = 35^\circ\text{C}$ ($p_k = 1,616\text{ MPa}$), tỷ số nén $\Pi = 9,975$, nhiệt độ quá nhiệt hơi hút $t_{qn} = -15^\circ\text{C}$, nhiệt độ quá lạnh lỏng $t_{ql} = 26^\circ\text{C}$. Kết quả tính toán chu trình:

  • Năng suất lạnh riêng khối lượng: $q_0 = 106,5\text{ kJ/kg}$.
  • Lưu lượng môi chất: $G = 0,618\text{ kg/s}$.
  • Năng suất thể tích thực tế: $V_{tt} = 0,0834\text{ m}^3\text{s}$; thể tích lý thuyết $V_{lt} = 0,152\text{ m}^3\text{/s}$ (với hệ số cấp $\lambda = 0,55$).
  • Công nén đoạn nhiệt $N_s = 31,97\text{ kW}$; công nén chỉ thị $N_i = 43,34\text{ kW}$ (hiệu suất chỉ thị $\eta_i = 0,7377$).
  • Công suất ma sát $N_{ms} = 2,085\text{ kW}$; công suất hữu ích $N_e = 45,425\text{ kW}$.
  • Công suất điện tiêu thụ $N_{el} = 50,33\text{ kW}$; công suất động cơ lắp đặt $N_{đ/c} = 60,4\text{ kW}$ (hệ số an toàn 1,2).
  • Phụ tải nhiệt dàn ngưng: $Q_k = 97,77\text{ kW}$.

Tác giả lựa chọn tổ hợp 2 cụm máy nén trục vít Bitzer model HSK 5353-25, 2 bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang Bitzer model KTP-12 (diện tích trao đổi nhiệt $18\text{ m}^2$/bình, làm mát bằng nguồn nước ngầm đã qua xử lý giải nhiệt từ $40 - 45^\circ\text{C}$ xuống $26^\circ\text{C}$ qua tháp giải nhiệt), 8 dàn lạnh Thermokey model ILT 350 (công suất nhiệt $21,4\text{ kW}$, diện tích trao đổi nhiệt $87\text{ m}^2$, tầm thổi xa $35\text{ m}$) và van tiết lưu màng cân bằng ngoài Danfoss model TE22WO ($Q_0 = 22\text{ kW}$, $\Delta p = 12\text{ bar}$).

Chương V: Lắp đặt hệ thống lạnh

Chương này mô tả trình tự lắp đặt cơ khí và thiết bị hệ thống lạnh: định vị và lắp đặt tổ hợp máy nén, bình ngưng, tháp giải nhiệt, dàn bay hơi trần buồng lạnh, hệ thống van chặn, van điện từ và đường ống dẫn gas/dầu. Tiếp đó là quy trình kiểm tra thử nghiệm bao gồm: thử bền áp lực đường ống và thiết bị bằng khí trơ, thử kín hệ thống bằng phương pháp tạo áp suất khí kết hợp bôi bọt xà phòng và thử chân không sâu nhằm loại bỏ ẩm, khí không ngưng trước khi tiến hành nạp gas lỏng R404a vào hệ thống.

Chương VI: Trang bị tự động hóa và vận hành hệ thống lạnh

Nội dung chương bao gồm thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển tự động cho hệ thống lạnh: bố trí tủ điện phân phối, hệ thống rơle áp suất cao/áp suất thấp bảo vệ máy nén, rơle nhiệt bảo vệ quá tải động cơ, van by-pass điều chỉnh công suất (100/75/50%), rơle phao kiểm soát mức dịch, công tắc dòng chảy và mắt thăm dầu bôi trơn. Tác giả cũng thiết lập quy trình khởi động, theo dõi các thông số nhiệt - áp trong quá trình vận hành thường nhật, quy trình điều khiển chu kỳ xả tuyết dàn lạnh bằng điện trở và các phương án xử lý sự cố khẩn cấp.

Chương VII: Tính toán sơ bộ giá thành xây dựng hệ thống lạnh

Chương cuối cùng lập bảng dự toán khái toán tổng mức đầu tư xây dựng công trình, phân tách thành các hạng mục: chi phí cung cấp và lắp ghép vỏ kho panel PU, chi phí tổ hợp 2 cụm máy nén trục vít Bitzer, chi phí bình ngưng và tháp giải nhiệt, chi phí dàn lạnh Thermokey, hệ thống van và phụ kiện đường ống Danfoss, hệ thống tủ điện - khí cụ điều khiển tự động hóa, cùng chi phí nhân công thi công, chạy thử và bàn giao hệ thống.

Thiết kế kỹ thuật và thông số thiết bị hệ thống

Thành phần phụ tải nhiệt Ký hiệu Giá trị tính toán (W) Tỷ trọng / Ghi chú
Tổn thất qua kết cấu bao che $Q_1$ 30.634,10 Vách: 10.573,4 W; Trần: 11.409,8 W; Nền: 5.336,8 W; Bức xạ: 3.314,1 W
Nhiệt do sản phẩm và bao bì $Q_2$ 7.901,75 Sản phẩm (150 t/ngđ): 6.127,45 W; Bao bì carton (15 t): 1.774,3 W
Nhiệt do thông gió buồng $Q_3$ 0,00 Không áp dụng cho kho bảo quản đông cá béo
Nhiệt do vận hành kho $Q_4$ 28.606,90 Chiếu sáng: 1.051,6 W; Người: 5.600 W; Động cơ: 1.800 W; Mở cửa: 10.515,8 W; Xả tuyết: 9.639,5 W
Nhiệt do sản phẩm hô hấp $Q_5$ 0,00 Không áp dụng cho thủy sản
Tổng dòng nhiệt tổn thất $Q$ 67.142,75 Tổng cộng 5 thành phần dòng nhiệt
Phụ tải nhiệt máy nén $Q_{MN}$ 55.395,90 Tính theo $0,85 Q_1 + 1,00 Q_2 + 0,75 Q_4$ (tương đương $55,4\text{ kW}$)
Năng suất lạnh yêu cầu $Q_0$ 65.860,00 Hệ số đường ống $k = 1,07$, thời gian làm việc $b = 0,9$ ($65,86\text{ kW}$)

Bảng 1: Bảng tổng hợp các thành phần phụ tải nhiệt kho lạnh

Điểm nút chu trình Trạng thái môi chất R404a Nhiệt độ $t$ ($^\circ\text{C}$) Áp suất $p$ (MPa) Entanpi $i$ (kJ/kg) Thể tích riêng $v$ ($\text{m}^3\text{/kg}$)
1' Hơi bão hòa khô ra khỏi dàn bay hơi -35 0,162 347,00 0,11842
1 Hơi quá nhiệt vào máy nén -15 0,162 362,77 0,13000
2 Hơi quá nhiệt sau quá trình nén 63 1,616 414,50 0,01423
2' Hơi bão hòa khô bắt đầu ngưng tụ 35 1,616 384,00 -
3 Lỏng bão hòa sau ngưng tụ 35 1,616 256,30 -
3' Lỏng quá lạnh trước van tiết lưu 26 1,616 240,50 -
4 Hỗn hợp hơi - lỏng sau tiết lưu -35 0,162 240,50 -

Bảng 2: Thông số nhiệt động tại các điểm nút của chu trình lạnh R404a

Thiết bị Hãng sản xuất / Model Số lượng Thông số kỹ thuật lựa chọn từ catalogue
Cụm máy nén trục vít Bitzer / HSK 5353-25 2 cụm Năng suất lạnh tiêu chuẩn $35\text{ kW}$, công suất động cơ $35\text{ kW}$, lưu lượng hút $100\text{ m}^3\text{/h}$, nguồn điện $400\text{V}/3\text{P}/50\text{Hz}$, điều khiển công suất 100/75/50%
Thiết bị ngưng tụ ống chùm Bitzer / KTP-12 2 bình Diện tích trao đổi nhiệt $18\text{ m}^2$/bình, tải nhiệt cho phép $62,8\text{ kW}$ (yêu cầu $48,885\text{ kW}$), đường kính vỏ $377\text{ mm}$, 86 ống, 4 pass
Dàn bay hơi đối lưu cưỡng bức Thermokey / ILT 350 8 dàn Công suất nhiệt $21,4\text{ kW}$/dàn, diện tích trao đổi nhiệt $87\text{ m}^2$, tầm thổi xa quạt gió $35\text{ m}$, xả tuyết điện trở
Van tiết lưu màng cân bằng ngoài Danfoss / TE22WO 8 bộ Năng suất định mức $22\text{ kW}$ tại $t_0 = -35^\circ\text{C}$, độ giáng áp $\Delta p = 12\text{ bar}$ (tổn thất tính toán $12,54\text{ bar}$)

Bảng 3: Danh mục và quy số kỹ thuật các thiết bị chính được lựa chọn

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật cho kho lạnh bảo quản đông thủy sản quy mô 1500 tấn với các kết quả cụ thể:

  • Xác định cấu trúc mặt bằng gồm 8 buồng bảo quản độc lập diện tích $108\text{ m}^2$ ($18\text{ m} \times 6\text{ m} \times 6\text{ m}$), tích hợp buồng kết đông phụ dung tích 104 tấn và hầm trữ đá cây 25 tấn/ngày nhằm chủ động kiểm soát chất lượng nhiệt độ chuỗi cung ứng thủy sản.
  • Tính toán và kiểm chứng thành công phương án vỏ kho lắp ghép panel Polyurethane dày $125\text{ mm}$, đạt hệ số truyền nhiệt thực tế $K_t = 0,2014\text{ W/m}^2\text{K}$, nhỏ hơn rất nhiều so với ngưỡng đọng sương $0,95 K_s = 2,499\text{ W/m}^2\text{K}$, loại trừ nguy cơ đọng sương bề mặt và tổn thất nhiệt do truyền dẫn.
  • Lựa chọn giải pháp công nghệ làm lạnh trực tiếp sử dụng môi chất HFC R404a thân thiện với tầng ozone ($ODP = 0$), thay thế hoàn toàn môi chất R502 truyền thống; chu trình nén 1 cấp có hồi nhiệt cho năng suất lạnh $Q_0 = 65,86\text{ kW}$ với công suất lắp đặt $60,4\text{ kW}$.
  • Đề xuất giải pháp xử lý kỹ thuật thực tế cho điều kiện địa phương tại Nha Trang: xử lý làm mát nước giếng khoan giải nhiệt từ $40 - 45^\circ\text{C}$ xuống $26^\circ\text{C}$ qua tháp giải nhiệt trước khi cấp vào bình ngưng KTP-12; bố trí hành lang lạnh rộng 4m với đệm khí ép sát thùng xe và hệ thống con lươn bê tông thông gió chống đóng băng phá hủy nền móng.
  • Đóng góp học thuật tự nêu của tác giả: Đồ án là công trình tổng hợp và củng cố toàn diện hệ thống kiến thức chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh, nâng cao năng lực tính toán cân bằng nhiệt công nghiệp và kỹ năng tra cứu, lựa chọn thiết bị cơ - điện - lạnh từ catalogue các hãng sản xuất uy tín trên thế giới.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản, đồ án tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

  • Chu trình lạnh được thiết kế theo sơ đồ 1 cấp nén với tỷ số nén khá cao ($\Pi = 9,975$), dẫn đến hệ số cấp thể tích của máy nén giảm xuống mức $\lambda = 0,55$ và làm tăng công nén riêng cũng như nhiệt độ cuối quá trình nén.
  • Tính toán phụ tải nhiệt mới thực hiện dựa trên chế độ vận hành khắc nghiệt nhất vào mùa hè tại Nha Trang ($t_1 = 37^\circ\text{C}$), chưa mô phỏng chi tiết sự dao động của phụ tải nhiệt theo từng thời điểm trong ngày và các mùa trong năm để tối ưu hóa việc điều khiển phân cấp tải.
  • Phần tính toán kinh tế ở Chương VII mới dừng ở mức khái toán sơ bộ chi phí thiết bị và xây lắp, chưa đi sâu phân tích thời gian hoàn vốn đầu tư hay phân tích hiệu quả tiết kiệm năng lượng chi tiết.

Hướng mở rộng và nghiên cứu phát triển:

  • Nghiên cứu ứng dụng sơ đồ chu trình máy lạnh 2 cấp nén hoặc chu trình ghép tầng (cascade) nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng (COP), giảm tỷ số nén trên từng cấp khi nhiệt độ sôi của môi chất xuống sâu ($-35^\circ\text{C}$).
  • Khảo sát tích hợp công nghệ biến tần điều khiển vô cấp tốc độ động cơ máy nén trục vít kết hợp van tiết lưu điện tử tự động để tối ưu hóa điện năng tiêu thụ theo phụ tải thực tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật thực tiễn và tính học thuật cao, phục vụ cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Lạnh và Điều hòa không khí: Sử dụng làm tài liệu mẫu hoàn chỉnh về cấu trúc, phương pháp tính toán nhiệt tải kho lạnh, quy trình tra đồ thị $\lg p - i$, tính chu trình nhiệt động và các bước lựa chọn thiết bị từ catalogue thực tế trong các đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế và tư vấn cơ điện lạnh (HVACR): Tham khảo các giải pháp thực tế về tính toán kết cấu cách nhiệt panel PU, giải pháp xử lý chống đọng sương vách, chống đóng băng cơi nền móng bằng con lươn/điện trở sưởi, và phương án giải nhiệt nước ngầm bằng tháp giải nhiệt tuần hoàn.
  • Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các nhà máy chế biến thủy sản: Tham khảo quy trình vận hành, bảo dưỡng, hệ thống tự động hóa an toàn và các định mức chất tải, xả tuyết điện trở cho kho bảo quản đông cá béo.

Câu hỏi thường gặp

1. Đối tượng bảo quản và các thông số môi trường yêu cầu trong kho lạnh là gì?
Kho lạnh được thiết kế chuyên dụng để bảo quản đông cá béo đóng trong bao bì carton với tổng dung tích 1500 tấn. Các thông số môi trường công nghệ trong kho gồm: nhiệt độ duy trì ở mức $-25 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối không khí $\varphi > 80%$, vận tốc gió đối lưu cưỡng bức $v = 3\text{ m/s}$.

2. Kết cấu vỏ kho và chiều dày lớp cách nhiệt được lựa chọn như thế nào?
Kho sử dụng vỏ lắp ghép bằng các tấm panel Polyurethane (PU) tiêu chuẩn có tỷ trọng $30 - 40\text{ kg/m}^3$, hệ số dẫn nhiệt $\lambda = 0,018\text{ W/mK}$, hai mặt bọc tôn lá dày $1,2\text{ mm}$ và sơn bảo vệ $0,5\text{ mm}$. Chiều dày panel cho cả vách, trần và nền được tính toán và quy chuẩn chọn là $\delta_{cn} = 125\text{ mm}$ ($K_t = 0,2014\text{ W/m}^2\text{K}$), thỏa mãn điều kiện chống đọng sương ($K_t < 0,95 K_s = 2,499\text{ W/m}^2\text{K}$).

3. Phụ tải nhiệt máy nén và năng suất lạnh yêu cầu của hệ thống là bao nhiêu?
Tổng dòng nhiệt tổn thất xâm nhập vào kho là $Q = 67.142,75\text{ W}$ (gồm nhiệt bao che $Q_1 = 30.634,1\text{ W}$, nhiệt sản phẩm $Q_2 = 7.901,75\text{ W}$, nhiệt vận hành $Q_4 = 28.606,9\text{ W}$). Phụ tải nhiệt máy nén tính toán là $Q_{MN} = 55,4\text{ kW}$ và năng suất lạnh yêu cầu của tổ hợp máy nén sau khi tính đến hệ số đường ống ($k = 1,07$) và thời gian làm việc ($b = 0,9$) là $Q_0 = 65,86\text{ kW}$.

4. Vì sao đồ án lựa chọn môi chất R404a và chu trình nhiệt động nào được áp dụng?
Môi chất R404a được chọn vì là môi chất thay thế tối ưu cho R502, có chỉ số phá hủy tầng ozone $ODP = 0$, $GWP = 0,94$, nhiệt độ cuối tầm nén thấp hơn R502 đến $90^\circ\text{C}$ giúp tăng tuổi thọ dầu bôi trơn và chi tiết máy nén. Hệ thống sử dụng chu trình nén hơi 1 cấp có hồi nhiệt ($t_0 = -35^\circ\text{C}, t_k = 35^\circ\text{C}, t_{qn} = -15^\circ\text{C}, t_{ql} = 26^\circ\text{C}$), tỷ số nén $\Pi = 9,975$.

5. Giải pháp xử lý nhiệt độ nước làm mát ngưng tụ tại địa phương Nha Trang được thực hiện ra sao?
Do đặc điểm địa chất tại khu vực xây dựng ở Nha Trang, nước giếng khoan bơm lên có nhiệt độ cao ($40 - 45^\circ\text{C}$). Tác giả đưa ra giải pháp dẫn nguồn nước ngầm này qua hệ thống xử lý và làm mát tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt để hạ nhiệt độ nước cấp vào bình ngưng ống chùm xuống mức ổn định $t_{w1} = 26^\circ\text{C}$ (nước ra $t_{w2} = 31^\circ\text{C}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thành Ghin là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, chuẩn xác và mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho hệ thống kho lạnh bảo quản đông thủy sản 1500 tấn tại Nha Trang. Bản thuyết minh đã giải quyết thấu đáo các nội dung từ khảo sát mặt bằng, tính toán cách nhiệt chống đọng sương, cân bằng phụ tải nhiệt đến thiết lập chu trình nhiệt động R404a và lựa chọn đồng bộ thiết bị công nghiệp hiện đại từ các hãng Bitzer, Thermokey, Danfoss. Các giải pháp kỹ thuật đề xuất như xử lý nước làm mát qua tháp giải nhiệt, kết cấu con lươn thông gió chống cơi nền móng và xả tuyết điện trở tự động hoàn toàn phù hợp với điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực hành tin cậy cho sinh viên, kỹ sư và cán bộ kỹ thuật thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh.