Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa ngành nông nghiệp, năng suất chăn nuôi và chế biến thực phẩm ngày càng gia tăng. Sự phát triển này tạo ra lượng sản phẩm thực phẩm lớn, vượt quá nhu cầu tiêu thụ tức thời tại thị trường nội địa, dẫn đến sự cần thiết của các giải pháp bảo quản dài hạn phục vụ điều hòa phân phối và xuất khẩu. Thịt bò là loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, giàu protein, sắt, kali, kẽm, magie, axit linoleic cùng các vitamin nhóm B (B6, B12) và hợp chất carnitine hỗ trợ phát triển cơ bắp và hệ miễn dịch. Tuy nhiên, thịt bò rất dễ bị suy giảm chất lượng và biến tính sinh hóa nếu không được kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt. Phương pháp làm lạnh và lạnh đông bằng kho lạnh công nghiệp là giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm duy trì giá trị dinh dưỡng, khối lượng và độ tươi ngon của sản phẩm qua thời gian dài.

Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế hệ thống nhiệt lạnh hoàn chỉnh cho kho phân phối thịt bò, hướng tới các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:

  1. Xác định quy mô dung tích, kích thước hình học và cơ cấu phân chia mặt bằng các buồng lạnh chức năng (bảo quản lạnh, bảo quản đông, kết đông).
  2. Thiết kế cấu trúc bao che, tính toán chiều dày các lớp cách nhiệt, cách ẩm và kiểm tra điều kiện chống đọng sương cho tường, trần, nền kho lạnh.
  3. Tính toán 5 thành phần dòng nhiệt tổn thất ($Q_1, Q_2, Q_3, Q_4, Q_5$) và xác định phụ tải nhiệt thực tế cho thiết bị bay hơi và máy nén.
  4. Lựa chọn môi chất lạnh R507, phân tích chu trình nhiệt động (1 cấp có hồi nhiệt và 2 cấp làm mát trung gian không hoàn toàn), ứng dụng phần mềm EES và Bitzer để tính toán, chọn lựa và kiểm tra công suất máy nén.
  5. Tính chọn các thiết bị trao đổi nhiệt chính (bình ngưng, dàn bay hơi), tháp giải nhiệt, các thiết bị phụ trợ (bình tách dầu, bình chứa cao áp, bình tuần hoàn, van tiết lưu, thiết bị hồi nhiệt) và hệ thống đường ống, bơm môi chất lạnh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống lạnh công nghiệp phục vụ kho bảo quản và phân phối thịt bò (dạng sản phẩm 1/4 con bò) sử dụng môi chất làm lạnh R507.
  • Phạm vi không gian: Địa điểm xây dựng tại huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định. Thông số khí hậu ngoài trời được xác định theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687:2010 với nhiệt độ mùa hè $t_n = 37{,}8^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi = 53{,}4%$, nhiệt độ nhiệt kế ướt $t_ư = 29{,}1^\circ\text{C}$ và nhiệt độ đọng sương $t_s = 26{,}87^\circ\text{C}$.
  • Phạm vi công suất và chế độ nhiệt: Tổng dung tích bảo quản 2.000 tấn, bao gồm 1.250 tấn bảo quản lạnh ở nhiệt độ $t_{buồng} = 2^\circ\text{C}$, 750 tấn bảo quản đông ở nhiệt độ $t_{buồng} = -19^\circ\text{C}$, cùng buồng cấp đông hầm năng suất 14 tấn/mẻ với thời gian cấp đông 18 giờ/mẻ ở nhiệt độ $t_{buồng} = -33^\circ\text{C}$. Hệ thống sử dụng bơm môi chất tuần hoàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

  • Tiêu chuẩn tính toán: Áp dụng TCVN 5687:2010 về thông số khí hậu dùng trong thiết kế thông gió, điều hòa không khí và kho lạnh tại Việt Nam.
  • Lý thuyết nhiệt lạnh công nghiệp: Sử dụng hệ thống lý thuyết truyền nhiệt, cân bằng nhiệt động và nguyên lý kỹ thuật lạnh từ tài liệu chuyên ngành "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của PGS. TS. Nguyễn Đức Lợi.
  • Tính chất nhiệt vật lý môi chất R507 (R507A): Là hỗn hợp azeotropic không chứa clo, thân thiện với tầng ozone, có áp suất bay hơi và hiệu suất nhiệt phù hợp cho các dải nhiệt độ từ trung bình đến âm sâu.
  • Công thức tính toán nhiệt động và truyền nhiệt:
    • Xác định thể tích và diện tích chất tải: $V = \frac{E}{g_v}$, $F = \frac{V}{h}$, trong đó định mức chất tải cho thịt bò 1/4 con là $g_v = 0{,}40\text{ tấn/m}^3$, chiều cao chất tải $h = 4{,}8\text{ m}$.
    • Xác định chiều dày lớp cách nhiệt: $\delta_{cn} = \lambda_{cn} \left[ \frac{1}{K} - \left( \frac{1}{\alpha_n} + \sum \frac{\delta_i}{\lambda_i} + \frac{1}{\alpha_{tr}} \right) \right]$.
    • Điều kiện kiểm tra đọng sương: $k_{tt} < k_s = 0{,}95 \cdot \alpha_n \frac{t_1 - t_s}{t_1 - t_2}$.
    • Cân bằng nhiệt tổng kho: $\sum Q = \sum Q_1 + \sum Q_2 + \sum Q_3 + \sum Q_4 + \sum Q_5$.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

  • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Tính toán nhiệt tải phân đoạn theo 5 nguồn phát nhiệt; xác định tải nhiệt máy nén $Q_{mn} = 0{,}8 Q_1 + Q_2 + 0{,}6 Q_4$ và tải nhiệt thiết bị $Q_{tb} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5$.
  • Phương pháp mô phỏng và tính toán trạng thái nhiệt động: Sử dụng phần mềm EES (Engineering Equation Solver) để thiết lập chu trình lạnh 1 cấp có thiết bị hồi nhiệt cho khu bảo quản lạnh và khu bảo quản đông, chu trình 2 cấp làm mát trung gian không hoàn toàn cho buồng kết đông; truy xuất chính xác các thông số entanpi ($h$), áp suất ($p$), thể tích riêng ($v$), entropy ($s$) tại các điểm nút.
  • Phương pháp tra cứu và chọn thiết bị theo phần mềm chuyên dụng: Sử dụng phần mềm Bitzer Software để lựa chọn các model máy nén trục vít bán kín (Semi-hermetic screw compressors) và máy nén piston 2 cấp phù hợp với công suất lạnh yêu cầu $Q_0$.

Nguồn dữ liệu

  • Dữ liệu khí hậu tỉnh Nam Định từ TCVN 5687:2010.
  • Số liệu định mức tải trọng, entanpi của thịt bò theo các mức nhiệt độ từ tài liệu hướng dẫn thiết kế nhiệt lạnh.
  • Catalogue thông số kỹ thuật của các nhà sản xuất thiết bị lạnh: Bitzer (máy nén), Henry (bình tách dầu), Danfoss (van tiết lưu), hãng chế tạo tháp giải nhiệt FRK, bình ngưng MKTHP.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về đề tài

Chương này thiết lập cơ sở dữ liệu đầu vào cho đề tài. Tác giả tổng hợp đặc điểm sinh hóa của thịt bò, phân tích nhu cầu bảo quản tươi và bảo quản đông, so sánh ưu thế vượt trội của kho lạnh công nghiệp so với tủ lạnh thương nghiệp. Phân tích vị trí địa lý của huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định – khu vực thuận lợi về giao thông kết nối Hà Nội và cảng Hải Phòng, nguồn điện ổn định. Dựa theo TCVN 5687:2010, tác giả trích xuất bảng thông số tính toán ngoài trời: $t_n = 37{,}8^\circ\text{C}$, độ ẩm $53{,}4%$, nhiệt độ nhiệt kế ướt $29{,}1^\circ\text{C}$.

Chương 2. Tính toán cấu trúc kho lạnh

Tác giả phân loại các mô hình kho lạnh và quyết định chọn phương án kho lạnh lắp ghép bằng panel Polyurethane (PU) tiền chế, liên kết mộng âm dương hoặc khóa camlock. Với hệ số sử dụng diện tích xây dựng $\beta_F = 0{,}75$, tác giả tính toán chi tiết:

  • Khu bảo quản lạnh (1.250 tấn): Thể tích $V = 3.125\text{ m}^3$, diện tích chất tải $F = 651{,}042\text{ m}^2$, diện tích xây dựng $F_{xd} = 868{,}056\text{ m}^2$. Chọn 3 buồng kích thước $18\text{ m} \times 18\text{ m} = 324\text{ m}^2$, dung tích thực đạt $1.399{,}7\text{ tấn}$. Phụ tải sàn tính toán $g_F = 1{,}92\text{ tấn/m}^2$, nhỏ hơn phụ tải cho phép ($4{,}0\text{ tấn/m}^2$).
  • Khu bảo quản lạnh đông (750 tấn): Thể tích $V = 1.875\text{ m}^3$, diện tích chất tải $F = 390{,}62\text{ m}^2$, diện tích xây dựng $F_{xd} = 520{,}833\text{ m}^2$. Chọn 2 buồng kích thước $18\text{ m} \times 15\text{ m} = 270\text{ m}^2$, dung tích thực đạt $777{,}6\text{ tấn}$.
  • Buồng kết đông (14 tấn/mẻ, 18h): Diện tích tính toán $50{,}4\text{ m}^2$, chọn 1 buồng kích thước $12\text{ m} \times 5\text{ m} = 60\text{ m}^2$.
  • Quy cách lắp đặt và xếp kho: Khoảng cách xếp sản phẩm cách sàn 100–150 mm, cách tường 200–800 mm, cách trần 500 mm, cách dàn lạnh 300 mm. Lối đi cho xe nâng cơ giới hóa rộng $\ge 2.500\text{ mm}$. Nền kho bố trí hệ thống con lươn thông gió bằng bê tông cao 100–200 mm, bước cách 300–500 mm để ngăn đóng băng nền.
Loại phòng Kích thước Dài $\times$ Rộng (m) Diện tích ($m^2$) Số lượng buồng Diện tích xây dựng ($m^2$) Dung tích thực tế (tấn)
Bảo quản lạnh ($2^\circ\text{C}$) $18 \times 18$ 324 3 868,056 1399,7
Bảo quản lạnh đông ($-19^\circ\text{C}$) $18 \times 15$ 270 2 520,833 777,6
Buồng kết đông ($-33^\circ\text{C}$) $12 \times 5$ 60 1 60,000 14 tấn/mẻ

Chương 3. Tính toán cách nhiệt - cách ẩm - tính nhiệt cho kho lạnh

Tác giả lựa chọn chiều dày panel PU cho tường và trần: 75 mm ($K = 0{,}30\text{ W/m}^2\text{K}$) cho buồng lạnh; 125 mm ($K = 0{,}22\text{ W/m}^2\text{K}$) cho buồng đông; 175 mm ($K = 0{,}13\text{ W/m}^2\text{K}$) cho buồng kết đông. Lớp cách nhiệt nền bằng PU có chiều dày thực tế lần lượt là 50 mm ($K = 0{,}3865$), 95 mm ($K = 0{,}215$), và 100 mm ($K = 0{,}206\text{ W/m}^2\text{K}$). Kết quả kiểm tra đọng sương cho thấy $k_{tt} < k_s$ ở tất cả các bề mặt, đảm bảo không ngưng tụ ẩm.

Tính toán tổn thất nhiệt cho toàn bộ kho lạnh:

  • $Q_1$ (kết cấu bao che): $35{,}851\text{ kW}$.
  • $Q_2$ (sản phẩm tỏa ra): $95{,}480\text{ kW}$ (trong đó buồng kết đông chiếm $71{,}08\text{ kW}$).
  • $Q_3$ (thông gió): $0\text{ kW}$ (thịt bò không phải sản phẩm hô hấp).
  • $Q_4$ (vận hành): $35{,}650\text{ kW}$ (chiếu sáng $Q_{41} = 1{,}886\text{ kW}$, người làm việc $Q_{42} = 5{,}060\text{ kW}$, động cơ $Q_{43} = 12{,}000\text{ kW}$, mở cửa $Q_{44} = 16{,}704\text{ kW}$).
  • $Q_5$ (hô hấp): $0\text{ kW}$.
  • Tổng tổn thất nhiệt toàn kho: $\sum Q = 166{,}976\text{ kW}$.
Phân khu chức năng Tải nhiệt thiết bị $Q_{tb}$ (W) Tải nhiệt máy nén $Q_{mn}$ (W)
Khu bảo quản lạnh (3 buồng) 49.640 37.074,00
Khu bảo quản đông (2 buồng) 40.967 33.811,92
Buồng kết đông (1 buồng) 76.373 76.373,00

Chương 4. Tính toán chu trình và chọn máy nén

Các thông số chung được chọn: nhiệt độ ngưng tụ $t_k = 43{,}1^\circ\text{C}$ ($p_k = 20{,}16\text{ bar}$), nhiệt độ nước vào bình ngưng $t_{w1} = 33{,}1^\circ\text{C}$, nước ra $t_{w2} = 38{,}1^\circ\text{C}$, độ quá nhiệt hơi hút $\Delta t_{qn} = 20^\circ\text{C}$, hệ số thời gian làm việc $b = 0{,}9$.

  • Khu bảo quản lạnh ($t_0 = -8^\circ\text{C}, p_0 = 4{,}852\text{ bar}$): Tỉ số nén $\pi = 4{,}15 < 12$, chọn chu trình 1 cấp có hồi nhiệt. Năng suất lạnh yêu cầu $Q_0 = 42{,}841\text{ kW}$. EES xác định $q_0 = 113{,}34\text{ kJ/kg}$, công nén riêng $l = 31{,}4\text{ kJ/kg}$, lưu lượng hơi $m_{tt} = 0{,}378\text{ kg/s}$. Chọn 01 máy nén trục vít Bitzer HSK5343-30-40P ($Q_0 = 57{,}7\text{ kW}$, công suất điện $N_{el} = 23{,}8\text{ kW}$, lưu lượng $m'_{tt} = 0{,}51\text{ kg/s} > 0{,}378\text{ kg/s}$ – đạt).
  • Khu bảo quản đông ($t_0 = -29^\circ\text{C}, p_0 = 2{,}246\text{ bar}$): Tỉ số nén $\pi = 9{,}0 < 12$, chọn chu trình 1 cấp có hồi nhiệt. Năng suất lạnh yêu cầu $Q_0 = 39{,}07\text{ kW}$. EES tính được $q_0 = 99{,}94\text{ kJ/kg}$, $l = 48{,}7\text{ kJ/kg}$, lưu lượng $m_{tt} = 0{,}39\text{ kg/s}$. Chọn 01 máy nén trục vít Bitzer HSN6451-40-40P ($Q_0 = 40{,}1\text{ kW}$, $N_{el} = 31{,}1\text{ kW}$, lưu lượng $m'_{tt} = 0{,}401\text{ kg/s} > 0{,}39\text{ kg/s}$ – đạt).
  • Buồng kết đông: Áp dụng chu trình 2 cấp làm mát trung gian không hoàn toàn, tính chọn máy nén piston 2 cấp Bitzer S66F-60.

Chương 5. Tính toán và lựa chọn thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi

  • Thiết bị ngưng tụ: Căn cứ tổng phụ tải nhiệt thải ngưng tụ $Q_k$, tác giả lựa chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang giải nhiệt bằng nước tuần hoàn model MKTHP-50.
  • Dàn bay hơi: Tính chọn các cụm dàn lạnh đối lưu cưỡng bức gắn quạt chuyên dụng cho từng buồng lạnh, buồng đông và buồng cấp đông hầm.

Chương 6. Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ

  • Tháp giải nhiệt: Chọn tháp giải nhiệt kiểu đối lưu cưỡng bức model FRK-80 tương thích lưu lượng nước làm mát bình ngưng.
  • Bình tách dầu và hồi dầu: Chọn bình tách dầu hãng Henry hiệu suất cao cùng bình thu hồi dầu chuyên dụng cho Freon.
  • Bình chứa: Tính chọn bình chứa cao áp, bình chứa thu hồi và bình chứa tuần hoàn môi chất R507 cho từng phân khu.
  • Van tiết lưu và thiết bị hồi nhiệt: Chọn van tiết lưu Danfoss model REG 15-B cho buồng lạnh, buồng đông và buồng kết đông; chọn thiết bị hồi nhiệt kiểu ống lồng ống HE 4.0 cho khu bảo quản lạnh/đông và HE 8.0 cho buồng kết đông.

Chương 7. Tính toán và lựa chọn đường ống

Tính toán đường kính trong và đường kính danh định cho các đoạn ống hút, ống đẩy, ống lỏng cấp dịch dựa theo giới hạn vận tốc dòng chảy tiêu chuẩn. Xác định hệ số trở kháng cục bộ của phụ kiện đường ống ($B_{QĐ}, B_{QL}, B_{KĐ}$) và tính chọn bơm cấp dịch môi chất lỏng R507 cho dàn bay hơi.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Bố trí tổng mặt bằng và kết cấu xây dựng

Hệ thống kho lạnh phân phối gồm 3 phân khu chức năng độc lập đặt bên trong nhà xưởng:

  1. Phân khu bảo quản lạnh: 3 buồng độc lập ($18\text{ m} \times 18\text{ m} \times 4{,}8\text{ m}$), trần và tường bọc panel PU dày 75 mm, nền PU 50 mm.
  2. Phân khu bảo quản đông: 2 buồng độc lập ($18\text{ m} \times 15\text{ m} \times 4{,}8\text{ m}$), panel tường/trần PU dày 125 mm, nền PU 95 mm.
  3. Buồng cấp đông hầm: 1 buồng ($12\text{ m} \times 5\text{ m} \times 4{,}8\text{ m}$), panel PU dày 175 mm, nền PU 100 mm.

Hạ tầng nền móng sử dụng lớp bê tông cốt thép chịu tải trọng xe nâng, đặt trên hệ thống con lươn thông gió cao 100–200 mm nhằm tận dụng lưu thông không khí tự nhiên chống hiện tượng đông đá nền. Toàn bộ cửa kho là cửa trượt cách nhiệt đệm kín cao su nhiều ngăn, phù hợp lưu thông cơ giới hóa qua hành lang rộng $\ge 2{,}5\text{ m}$.

Sơ đồ nguyên lý chu trình nhiệt động và công nghệ thiết bị

Hệ thống lạnh phân chia thành 3 hệ thống chu trình nhiệt riêng biệt phù hợp dải bay hơi:

  • Hệ thống bảo quản lạnh ($t_0 = -8^\circ\text{C}$): Chu trình 1 cấp có hồi nhiệt, sử dụng 01 máy nén trục vít bán kín Bitzer HSK5343-30-40P, thiết bị hồi nhiệt HE 4.0, van tiết lưu REG 15-B.
  • Hệ thống bảo quản đông ($t_0 = -29^\circ\text{C}$): Chu trình 1 cấp có hồi nhiệt, sử dụng 01 máy nén trục vít bán kín Bitzer HSN6451-40-40P, thiết bị hồi nhiệt HE 4.0, van tiết lưu REG 15-B.
  • Hệ thống cấp đông hầm ($t_0 = -43^\circ\text{C}$): Chu trình 2 cấp làm mát trung gian không hoàn toàn, sử dụng máy nén Bitzer S66F-60, thiết bị hồi nhiệt HE 8.0, van tiết lưu REG 15-B.

Hệ thống giải nhiệt và cấp dịch

Môi chất R507 được ngưng tụ tại bình ngưng ống chùm nằm ngang MKTHP-50, giải nhiệt bằng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt FRK-80. Môi chất lỏng cao áp qua bình chứa, được làm mát quá lạnh trong thiết bị hồi nhiệt, sau đó đưa qua bình chứa tuần hoàn và dùng bơm môi chất đẩy dịch lỏng tới các dàn bay hơi, đảm bảo hiệu quả trao đổi nhiệt bề mặt cao nhất và tránh hiện tượng búa thủy lực cho máy nén.

Kết quả và thông số thiết kế chính

Thông số thiết kế Phân khu bảo quản lạnh Phân khu bảo quản đông Buồng cấp đông hầm
Nhiệt độ buồng ($t_{buồng}$) $2^\circ\text{C}$ $-19^\circ\text{C}$ $-33^\circ\text{C}$
Nhiệt độ sôi môi chất ($t_0$) $-8^\circ\text{C}$ $-29^\circ\text{C}$ $-43^\circ\text{C}$
Áp suất bay hơi ($p_0$) $4{,}852\text{ bar}$ $2{,}246\text{ bar}$ Theo chu trình 2 cấp
Nhiệt độ ngưng tụ ($t_k$) $43{,}1^\circ\text{C}$ $43{,}1^\circ\text{C}$ $43{,}1^\circ\text{C}$
Áp suất ngưng tụ ($p_k$) $20{,}16\text{ bar}$ $20{,}16\text{ bar}$ $20{,}16\text{ bar}$
Tổn thất nhiệt bao che $Q_1$ $19{,}650\text{ kW}$ (3 buồng) $14{,}159\text{ kW}$ (2 buồng) $2{,}041\text{ kW}$
Nhiệt tỏa ra từ sản phẩm $Q_2$ $8{,}400\text{ kW}$ (3 buồng) $16{,}000\text{ kW}$ (2 buồng) $71{,}080\text{ kW}$
Phụ tải nhiệt máy nén $Q_{mn}$ $37{,}074\text{ kW}$ $33{,}812\text{ kW}$ $76{,}373\text{ kW}$
Phụ tải nhiệt thiết bị $Q_{tb}$ $49{,}640\text{ kW}$ $40{,}967\text{ kW}$ $76{,}373\text{ kW}$
Chu trình nhiệt động 1 cấp có hồi nhiệt 1 cấp có hồi nhiệt 2 cấp làm mát TG không hoàn toàn
Model máy nén lựa chọn Bitzer HSK5343-30-40P Bitzer HSN6451-40-40P Bitzer S66F-60
Năng suất lạnh máy nén ($Q_0$) $57{,}7\text{ kW}$ $40{,}1\text{ kW}$ Phù hợp tải kết đông
Công suất điện máy nén ($N_{el}$) $23{,}8\text{ kW}$ $31{,}1\text{ kW}$ Phù hợp tải kết đông
Chiều dày cách nhiệt tường/trần $75\text{ mm}$ PU $125\text{ mm}$ PU $175\text{ mm}$ PU
Chiều dày cách nhiệt nền $50\text{ mm}$ PU $95\text{ mm}$ PU $100\text{ mm}$ PU

Các đóng góp và giải pháp kỹ thuật chính:

  • Đề xuất hoàn chỉnh phương án xây dựng kho panel lắp ghép tiêu chuẩn kết hợp nền bê tông có con lươn thông gió tự nhiên, giải quyết triệt để rủi ro đọng sương và đông đá phá hủy móng kho.
  • Ứng dụng thành công phần mềm nhiệt động EES và phần mềm chọn thiết bị Bitzer trong việc tính toán chính xác chu trình R507A, thay thế hoàn toàn các phương pháp tra bảng thủ công truyền thống.
  • Thiết lập cấu hình hệ thống đồng bộ từ máy nén trục vít, bình ngưng ống chùm MKTHP-50, tháp giải nhiệt FRK-80, bình tách dầu Henry, thiết bị hồi nhiệt HE và van tiết lưu Danfoss REG 15-B.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế

  • Đồ án chưa thực hiện phân tích tài chính và hạch toán kinh tế năng lượng chi tiết (chi phí đầu tư thiết bị ban đầu CAPEX, chi phí điện năng tiêu thụ hàng năm OPEX).
  • Phần tính toán nhiệt tải bỏ qua thành phần bức xạ mặt trời trực tiếp qua mái và tường do giả định kho lạnh được đặt hoàn toàn trong nhà xưởng che chắn sẵn.
  • Đồ án chưa thiết kế chi tiết hệ thống tủ điện điều khiển động lực, mạch điều khiển logic PLC hoặc hệ thống điều khiển tự động giám sát từ xa (SCADA).

Hướng phát triển

  • Nghiên cứu giải pháp thu hồi nhiệt thải từ bình ngưng để phục vụ sấy nóng chống đóng băng nền kho hoặc cung cấp nước nóng sinh hoạt cho khu chế biến.
  • Bổ sung ứng dụng biến tần (VFD) điều khiển vô cấp tốc độ quay cho máy nén trục vít nhằm tối ưu hóa điện năng tiêu thụ khi phụ tải bảo quản dao động theo mùa.
  • Thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển tự động hóa điều khiển van tiết lưu điện tử và giám sát nhiệt độ, độ ẩm buồng qua mạng IoT.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Lạnh và Điều hòa không khí làm đồ án môn học "Thiết kế hệ thống lạnh", đồ án tốt nghiệp hoặc các học phần liên quan đến truyền nhiệt, nhiệt động lực học.
  • Kỹ sư thiết kế nhiệt lạnh: Cung cấp quy trình tính toán nhiệt tải chuẩn mực cho kho lạnh bảo quản thực phẩm quy mô lớn theo giáo trình PGS. TS. Nguyễn Đức Lợi và TCVN 5687:2010.
  • Nội dung nổi bật có thể tham khảo trực tiếp:
    • Bảng tính chi tiết 5 thành phần dòng nhiệt tổn thất ($Q_1$ đến $Q_5$) và cách xác định hệ số an toàn cho phụ tải máy nén.
    • Mã lệnh và phương pháp thiết lập chu trình nhiệt động môi chất lạnh R507 trên phần mềm EES.
    • Trình tự tra cứu và lựa chọn máy nén Bitzer, van tiết lưu Danfoss, tháp giải nhiệt FRK và đường kính ống dẫn môi chất.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô công suất và phân bố các buồng chức năng trong kho lạnh được thiết kế như thế nào?

Kho lạnh được thiết kế cho tổng dung tích bảo quản 2.000 tấn thịt bò tại huyện Nam Trực, Nam Định. Mặt bằng gồm 3 buồng bảo quản lạnh ($18\text{ m} \times 18\text{ m} \times 4{,}8\text{ m}$, dung tích thực $1.399{,}7\text{ tấn}$, nhiệt độ $2^\circ\text{C}$), 2 buồng bảo quản đông ($18\text{ m} \times 15\text{ m} \times 4{,}8\text{ m}$, dung tích thực $777{,}6\text{ tấn}$, nhiệt độ $-19^\circ\text{C}$), và 1 buồng cấp đông hầm ($12\text{ m} \times 5\text{ m} \times 4{,}8\text{ m}$, năng suất 14 tấn/mẻ trong 18 giờ, nhiệt độ $-33^\circ\text{C}$).

2. Tại sao dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh $Q_3$ và dòng nhiệt hô hấp $Q_5$ lại có giá trị bằng 0?

Dòng nhiệt $Q_3$ (thông gió) và $Q_5$ (hô hấp) chỉ xuất hiện ở các kho bảo quản nông sản sống (hoa, quả, rau củ, trứng) cần trao đổi khí để duy trì quá trình hô hấp tế bào. Do sản phẩm bảo quản của đồ án là thịt bò (thực phẩm động vật đã qua giết mổ, không có quá trình hô hấp sinh hóa tạo khí $CO_2$ và nhiệt), nên $Q_3 = 0$ và $Q_5 = 0$.

3. Những model máy nén nào được lựa chọn cho khu bảo quản lạnh và bảo quản đông?

Khu bảo quản lạnh sử dụng 01 máy nén trục vít bán kín Bitzer model HSK5343-30-40P ($Q_0 = 57{,}7\text{ kW}, N_{el} = 23{,}8\text{ kW}$). Khu bảo quản đông sử dụng 01 máy nén trục vít bán kín Bitzer model HSN6451-40-40P ($Q_0 = 40{,}1\text{ kW}, N_{el} = 31{,}1\text{ kW}$). Buồng kết đông sử dụng máy nén piston 2 cấp Bitzer S66F-60.

4. Giải pháp kết cấu nào được áp dụng để chống hiện tượng đóng băng phá hủy nền kho lạnh?

Tác giả thiết kế kết cấu nền đa lớp gồm vữa lát nền (40 mm), bê tông chịu lực (250 mm), lớp cách nhiệt Polyurethane (50–100 mm tùy buồng), lớp cách ẩm giấy dầu/perganin và bitum, lớp bê tông cốt thép (150 mm). Phía dưới cùng của các buồng đông và buồng kết đông được xây dựng hệ thống con lươn thông gió bằng bê tông/gạch thẻ cao 100–200 mm, cách nhau 300–500 mm để thông gió tự nhiên, ngăn nhiệt độ âm thẩm thấu làm đông đá đất nền.

5. Chu trình nhiệt động và các thông số trạng thái chính của khu bảo quản lạnh được xác định ra sao?

Khu bảo quản lạnh áp dụng chu trình 1 cấp có thiết bị hồi nhiệt với môi chất R507A. Nhiệt độ sôi $t_0 = -8^\circ\text{C}$ ($p_0 = 4{,}852\text{ bar}$), nhiệt độ ngưng tụ $t_k = 43{,}1^\circ\text{C}$ ($p_k = 20{,}16\text{ bar}$), tỉ số nén $\pi = 4{,}15$. Phần mềm EES xác định năng suất lạnh riêng $q_0 = 113{,}34\text{ kJ/kg}$, công nén riêng $l = 31{,}4\text{ kJ/kg}$, lưu lượng hơi qua máy nén $m_{tt} = 0{,}378\text{ kg/s}$, đáp ứng năng suất lạnh yêu cầu $Q_0 = 42{,}841\text{ kW}$.

Kết luận

Đồ án môn học của tác giả Trần Hữu Thắng đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ tính toán và thiết kế kỹ thuật hệ thống lạnh cho kho phân phối thịt bò quy mô 2.000 tấn tại tỉnh Nam Định sử dụng môi chất R507. Công trình xác lập đầy đủ kích thước mặt bằng các buồng lạnh, tính toán kết cấu panel cách nhiệt Polyurethane chống đọng sương, xác định chính xác tổng tổn thất nhiệt $166{,}976\text{ kW}$ và lựa chọn tối ưu hệ thống máy nén Bitzer, thiết bị ngưng tụ MKTHP-50 cùng tháp giải nhiệt FRK-80. Đồ án thể hiện phương pháp tính toán kỹ thuật mạch lạc, kết hợp hiệu quả giữa lý thuyết truyền nhiệt truyền thống với các phần mềm chuyên ngành EES và Bitzer Software, tạo nên tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh.