Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và nông nghiệp hiện đại, kỹ thuật bảo quản lạnh và làm lạnh đông đóng vai trò thiết yếu nhằm duy trì chất lượng dinh dưỡng, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và giải quyết tình trạng dư thừa nông sản theo thời vụ phục vụ tiêu thụ nội địa cũng như xuất khẩu. Tuy nhiên, hạ tầng kho lạnh bảo quản công nghiệp tại Việt Nam hiện vẫn còn hạn chế về số lượng và quy mô, chưa đáp ứng đồng bộ nhu cầu thực tế của chuỗi cung ứng thực phẩm tươi sống, đặc biệt là nguồn thịt gia súc.

Đồ án môn học Kỹ thuật lạnh của nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt (Chuyên ngành Điện Lạnh, Khoa Công nghệ Năng lượng, Trường Đại học Điện lực) tập trung giải quyết bài toán tính toán và thiết kế sơ bộ một công trình kho lạnh thương nghiệp bảo quản thịt bò đặt tại tỉnh Hưng Yên.

Mục tiêu và các yêu cầu/nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể theo 6 nội dung kỹ thuật trong văn bản:

  1. Tính toán dung tích kho lạnh và bố trí quy hoạch mặt bằng kho lạnh.
  2. Tính toán cách nhiệt và cách ẩm cho kết cấu bao che kho lạnh, kiểm tra hiện tượng đọng sương bề mặt.
  3. Xác định phụ tải nhiệt và tính toán phụ tải lạnh toàn phần cho công trình.
  4. Lựa chọn chu trình nhiệt động, tính toán và chọn máy nén lạnh.
  5. Tính toán và lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt (bình ngưng tụ, dàn bay hơi, thiết bị tiết lưu).
  6. Lựa chọn hệ thống thiết bị phụ trợ phục vụ chu trình lạnh (bình tách dầu, bình tách lỏng, bình trung gian, bình chứa cao áp, tháp giải nhiệt).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng bảo quản: Thịt bò tươi (dạng 1/4 con sau giết mổ).
  • Tổng công suất bảo quản thiết kế: 650 tấn, bao gồm 500 tấn bảo quản đông (ở nhiệt độ $-18^\circ\text{C}$), 150 tấn bảo quản lạnh (ở nhiệt độ $1^\circ\text{C}$), cùng buồng cấp đông trực tiếp năng suất 10 tấn/mẻ với thời gian cấp đông 15 giờ/mẻ (nhiệt độ phòng cấp đông $-30^\circ\text{C}$).
  • Phạm vi không gian và địa bàn xây dựng: Tỉnh Hưng Yên (khu vực trung tâm Đồng bằng Bắc Bộ, điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình mùa hè $37,4^\circ\text{C}$, độ ẩm mùa hè $82%$, độ ẩm mùa đông $85%$).
  • Phạm vi môi chất: Sử dụng amoniac ($\text{NH}_3$ / $\text{R717}$) làm môi chất lạnh chính cho toàn bộ hệ thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật, truyền nhiệt và công nghệ lạnh công nghiệp:

  • Khung lý thuyết và công thức tính toán:
    • Lý thuyết truyền nhiệt qua kết cấu bao che phẳng nhiều lớp: Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát $k$ ($\text{W/m}^2\text{K}$) và chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt yêu cầu $\delta_{cn}$ theo công thức: $$\delta_{cn} = \lambda_{cn} \left[ \frac{1}{k} - \left( \frac{1}{\alpha_1} + \sum_{i=1}^n \frac{\delta_i}{\lambda_i} + \frac{1}{\alpha_2} \right) \right]$$
    • Phương pháp tính toán phụ tải nhiệt theo 5 thành phần tổn thất nhiệt: Dòng nhiệt qua kết cấu bao che ($Q_1 = Q_{11} + Q_{12}$), dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra ($Q_2$), dòng nhiệt do thông gió ($Q_3$), dòng nhiệt do vận hành ($Q_4 = Q_{41} + Q_{42} + Q_{43} + Q_{44}$), và dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp ($Q_5$).
    • Lý thuyết chu trình máy lạnh nén hơi 1 cấp và 2 cấp có làm mát trung gian bằng bình trung gian ống xoắn sử dụng môi chất $\text{NH}_3$, biểu diễn trên đồ thị $\log p - h$.
    • Phương pháp kiểm tra hiện tượng đọng sương bề mặt ngoài kết cấu bao che dựa trên nhiệt độ điểm sương $t_s$ tra từ đồ thị không khí ẩm $i-d$.
  • Văn bản, giáo trình chuẩn tham chiếu:
    • Giáo trình "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" và "Kỹ thuật lạnh ứng dụng" của PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi.
    • Số liệu khí tượng thủy văn của tỉnh Hưng Yên và tiêu chuẩn kỹ thuật chế độ bảo quản thịt bò thương phẩm.
  • Phương pháp thực hiện:
    • Phương pháp giải tích toán học kết hợp tra bảng nhiệt động và đồ thị trạng thái môi chất ($\text{NH}_3$, không khí ẩm).
    • Phương pháp chọn thiết bị tiêu chuẩn công nghiệp dựa trên các thông số tính toán lý thuyết và hệ số hiệu chỉnh thực tế.
  • Nguồn dữ liệu:
    • Thông số khí hậu tỉnh Hưng Yên (nhiệt độ trung bình năm $23,3^\circ\text{C}$, nhiệt độ tính toán mùa hè $37,4^\circ\text{C}$, độ ẩm $82%$).
    • Dữ liệu entanpy của thịt bò qua các khoảng nhiệt độ bảo quản và cấp đông.
    • Các hệ số dẫn nhiệt $\lambda$, hệ số tỏa nhiệt $\alpha$, hệ số sử dụng diện tích $\beta_T$, hệ số thời gian làm việc của máy nén ($b = 0,9$).

Thiết kế kỹ thuật và tính chọn hệ thống

Hệ thống kho lạnh 650 tấn tại Hưng Yên được định hình chi tiết qua các giải pháp kỹ thuật và kết cấu đồng bộ:

1. Phương án kết cấu xây dựng và giải pháp công nghệ

  • Phương án kho xây truyền thống: Công trình sử dụng kết cấu gạch, bê tông kết hợp lớp cách nhiệt Polystirol ($\lambda = 0,047\text{ W/mK}$) cho tường bao và trần; lớp cách nhiệt bê tông bọt ($\lambda = 0,15\text{ W/mK}$) cho nền.
  • Chống lọt ẩm: Bề mặt vách và nền được quét hắc ín kết hợp lót 2 lớp giấy dầu chống thấm dán băng keo kín mí nhằm ngăn chặn hơi ẩm từ môi trường thẩm thấu vào lớp vật liệu cách nhiệt.
  • Chống cơi nền do đóng băng: Hệ thống nền buồng đông và buồng cấp đông được thiết kế các đường ống thông gió tự nhiên bằng ống nhựa PVC đường kính $100\text{ mm}$, bố trí ziczac dưới lớp bê tông đệm với bước đặt cách nhau $1000 \div 1500\text{ mm}$, hai đầu thông lên khí trời để tận dụng nhiệt không khí sưởi ấm nền.
  • Chống lọt không khí: Lắp đặt màn nhựa PVC dải rộng $200\text{ mm}$ (mép chồng mí tối thiểu $50\text{ mm}$) tại các cửa ra vào, kết hợp quạt màn khí và bố trí cửa sổ nhỏ kích thước $600 \times 600\text{ mm}$ để phục vụ bốc dỡ hàng nhẹ.
  • Phương pháp xả băng: Dàn lạnh buồng cấp đông và bảo quản sử dụng kết hợp giải pháp xả băng bằng nước và gas nóng.

2. Quy trình công nghệ xử lý thịt bò

Dây chuyền xử lý lạnh được chuẩn hóa qua 17 bước công nghệ: $$\text{Nhận bò} \rightarrow \text{Tắm sạch} \rightarrow \text{Gây mê} \rightarrow \text{Cắt tiết} \rightarrow \text{Lên băng tải} \rightarrow \text{Cắt CQ sinh dục} \rightarrow \text{Lột da} \rightarrow \text{Cắt đầu} \rightarrow \text{Lấy nội tạng} \rightarrow \text{Rửa sơ} \rightarrow \text{Xé 4} \rightarrow \text{Kiểm tra} \rightarrow \text{Pha lóc} \rightarrow \text{Phân loại} \rightarrow \text{Làm lạnh sơ bộ} \rightarrow \text{Làm đông} \rightarrow \text{Bao gói} \rightarrow \text{Trữ đông}$$

  • Cấp đông nhanh: Nhiệt độ buồng $-30^\circ\text{C}$ cho đến khi tâm khối thịt đạt $-10^\circ\text{C}$.
  • Bảo quản đông: Đưa vào kho trữ đông duy trì liên tục ở nhiệt độ $-18^\circ\text{C}$.

3. Thông số chu trình và lựa chọn thiết bị

  • Chế độ nhiệt độ chu trình:
    • Nhiệt độ ngưng tụ: $t_k = 47^\circ\text{C}$ ($p_k = 18,838\text{ bar}$).
    • Nhiệt độ quá lạnh: $t_{ql} = 43^\circ\text{C}$.
    • Nhiệt độ sôi môi chất: Buồng kết đông $t_0 = -40^\circ\text{C}$ ($p_0 = 0,717\text{ bar}$); Buồng bảo quản đông $t_0 = -28^\circ\text{C}$ ($p_0 = 1,41\text{ bar}$); Buồng bảo quản lạnh $t_0 = -9^\circ\text{C}$ ($p_0 = 3,08\text{ bar}$).
  • Lựa chọn chu trình nhiệt động:
    • Buồng kết đông có tỷ số nén $\pi = 18,838 / 0,717 = 26,27 > 9$: Sử dụng chu trình nén 2 cấp có bình trung gian làm mát trung gian một phần với áp suất trung gian $p_{tg} = \sqrt{p_0 \cdot p_k} = 3,68\text{ bar}$ ($t_{tg} = -1,24^\circ\text{C}$).
    • Buồng bảo quản đông có tỷ số nén $\pi = 18,838 / 1,41 = 13,36 > 9$: Sử dụng chu trình nén 2 cấp với áp suất trung gian $p_{tg} = 4,97\text{ bar}$ ($t_{tg} = 3,93^\circ\text{C}$).
    • Buồng bảo quản lạnh có tỷ số nén $\pi = 18,838 / 3,08 = 6,11 \le 9$: Sử dụng chu trình nén 1 cấp.
  • Thiết bị chính: Máy nén piston amoniac thẳng dòng; bình ngưng tụ ống vỏ nằm ngang giải nhiệt bằng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt; dàn bay hơi đối lưu không khí cưỡng bức treo trong buồng; bình trung gian đặt đứng có ống xoắn ruột gà; bình chứa cao áp; bình tách lỏng và bình tách dầu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan đề tài và quy hoạch mặt bằng

Chương I phân tích đặc điểm địa lý, khí hậu Hưng Yên và cơ sở công nghệ kho lạnh. Tác giả so sánh hai phương án xây dựng (kho xây truyền thống và kho panel lắp ghép), quyết định lựa chọn phương án kho xây do tối ưu chi phí đầu tư và khả năng tận dụng vật liệu địa phương. Chương này tính toán quy mô dung tích, kích thước hình học và diện tích các khối buồng lạnh dựa trên định mức chất tải thể tích $g_v = 0,4\text{ tấn/m}^3$ (đối với thịt bò treo dạng $1/4$ con, giá treo 2 tầng, chiều cao buồng $H = 3,6\text{ m}$, chiều cao chất tải $h = 3,3\text{ m}$).

Tên buồng chức năng Số lượng buồng Kích thước ô tiêu chuẩn ($m$) Diện tích xây dựng thực tế ($m^2$) Năng suất / Dung tích thực tế
Buồng kết đông 1 $5 \times 10$ 50 $17\text{ tấn/ngày}$
Buồng bảo quản đông 6 $8,5 \times 10$ 510 $538,56\text{ tấn}$
Buồng bảo quản lạnh 2 $8 \times 10$ 160 $158,40\text{ tấn}$

Quy hoạch mặt bằng tổng thể được bố trí theo nguyên tắc dây chuyền công nghệ một chiều, không giao cắt luồng hàng xuất - nhập, nhóm các buồng cùng nhiệt độ vào cùng một khối; buồng máy và phòng thiết bị được bố trí sát tường kho lạnh, chiếm khoảng $5% \div 10%$ tổng diện tích công trình để rút ngắn tối đa chiều dài đường ống dẫn gas.

Chương II: Tính toán cân bằng nhiệt ẩm

Chương II tập trung xác định chiều dày tối ưu của lớp vật liệu cách nhiệt cho tường bao, trần và nền của từng phân khu buồng lạnh dựa trên hệ số truyền nhiệt tiêu chuẩn $k$ ($0,33\text{ W/m}^2\text{K}$ cho bảo quản lạnh $1^\circ\text{C}$; $0,23\text{ W/m}^2\text{K}$ cho bảo quản đông $-18^\circ\text{C}$; $0,15\text{ W/m}^2\text{K}$ cho buồng kết đông $-30^\circ\text{C}$).

Kết quả tính toán chiều dày cách nhiệt thực tế:

  • Tường bao: Lớp Polystirol có chiều dày $\delta = 0,12\text{ m}$ ($120\text{ mm}$), hệ số truyền nhiệt thực qua tường đạt $k = 0,326\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Trần kho: Lớp Polystirol có chiều dày $\delta = 0,104\text{ m}$ ($104\text{ mm}$), hệ số truyền nhiệt thực qua trần đạt $k = 0,329\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Nền kho: Lớp bê tông bọt có chiều dày $\delta = 0,366\text{ m}$ ($366\text{ mm}$).

Phần kiểm tra đọng sương bề mặt ngoài kết cấu bao che được thực hiện trong điều kiện khắc nghiệt nhất (tháng nóng nhất tại Hưng Yên với nhiệt độ không khí ngoài trời $37,4^\circ\text{C}$, độ ẩm $82%$, tương ứng nhiệt độ đọng sương $t_s = 34^\circ\text{C}$). Kết quả tính toán nhiệt độ bề mặt ngoài kết cấu vách, trần và nền đều lớn hơn $t_s$, khẳng định kết cấu bao che cách nhiệt không xảy ra hiện tượng đọng sương ẩm bề mặt.

Chương III: Tính nhiệt kho lạnh

Chương III xác định tổng dòng nhiệt tổn thất đi vào các buồng lạnh để làm căn cứ tính chọn phụ tải cho máy nén và dàn bay hơi:

  • Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che $Q_1$: Được tính toán theo hiệu nhiệt độ giữa môi trường ngoài và không gian trong buồng (bỏ qua $Q_{12}$ bức xạ mặt trời do kho nằm trọn trong nhà che).
  • Tổn thất do sản phẩm tỏa ra $Q_2$: Tính toán dựa trên độ biến thiên entanpy của thịt bò tươi ($h_1 = 329\text{ kJ/kg}$ ở $30^\circ\text{C}$) chuyển sang thịt bò đông lạnh ($h_2 = 43\text{ kJ/kg}$ ở $-18^\circ\text{C}$).
  • Tổn thất do vận hành $Q_4$: Bao gồm nhiệt chiếu sáng ($A = 1,2\text{ W/m}^2$), nhiệt tỏa ra từ công nhân vận hành ($350\text{ W/người}$ với 2 người ở buồng kết đông, 3 người ở buồng bảo quản), nhiệt động cơ quạt dàn lạnh ($Q_{43} = 1000N$) và nhiệt lọt do mở cửa ($B = 12\text{ W/m}^2$).

Phụ tải máy nén được tổng hợp theo công thức: $Q_{MN} = 0,85 Q_1 + 1,00 Q_2 + 0,60 Q_4$. Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén xác định qua biểu thức $Q_0 = (k \cdot Q_{MN}) / b$ (với $b = 0,9$):

  • Buồng kết đông: Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén $Q_0 = 89\text{ kW}$.
  • Buồng bảo quản đông: Năng suất lạnh yêu cầu $Q_0 = 62,88\text{ kW}$.

Chương IV: Tính toán chu trình lạnh và tính chọn máy nén

Chương IV phân tích chi tiết các đặc tính nhiệt động và an toàn của amoniac ($\text{NH}_3$ / $\text{R717}$): Không ăn mòn kim loại đen, nhiệt ẩn hóa hơi lớn, hòa tan nước (không gây tắc ẩm), không tan trong dầu bôi trơn, áp suất cuối tầm nén cao.

Tác giả lập bảng thông số trạng thái tại tất cả các điểm nút chu trình, từ đó tính toán nhiệt động chi tiết máy nén:

  • Buồng kết đông (Chu trình nén 2 cấp):
    • Cấp hạ áp: Lưu lượng hơi thực tế $m_1 = 0,052\text{ kg/s}$; năng suất lạnh riêng $q_0 = 1706,7\text{ kJ/kg}$; thể tích hút lý thuyết $V_{ltHA} = 0,166\text{ m}^3\text{/s}$ ($597,6\text{ m}^3\text{/h}$); công nén đoạn nhiệt $N_s = 14,72\text{ kW}$; công suất điện tiếp nhận $N_{el} = 28,71\text{ kW}$.
    • Cấp cao áp: Lưu lượng hơi thực tế $m_3 = 0,068\text{ kg/s}$; thể tích hút thực tế $V_{ttCA} = 0,035\text{ m}^3\text{/s}$; thể tích quét lý thuyết $V_{ltCA} = 0,052\text{ m}^3\text{/s}$ ($187\text{ m}^3\text{/h}$); công nén đoạn nhiệt $N_s = 16,4\text{ kW}$; công suất điện tiếp nhận $N_{el} = 35,32\text{ kW}$.
    • Lựa chọn tổ hợp gồm 2 cụm máy nén amoniac kiểu piston để đảm bảo phụ tải.
  • Buồng bảo quản đông: Thiết lập chu trình 2 cấp với áp suất trung gian $p_{tg} = 4,97\text{ bar}$, xác định đầy đủ các thông số nhiệt động của máy nén hạ áp và cao áp.
  • Buồng bảo quản lạnh: Thiết lập chu trình nén 1 cấp, xác định thông số điểm nút và tính chọn máy nén lạnh 1 cấp.

Chương V: Tính chọn bình ngưng, dàn bay hơi và các thiết bị phụ

Chương V hoàn thiện việc lựa chọn toàn bộ thiết bị trao đổi nhiệt và phụ trợ:

  • Thiết bị ngưng tụ: Chọn loại bình ngưng ống vỏ nằm ngang giải nhiệt bằng nước tuần hoàn môi chất $\text{NH}_3$ riêng cho buồng kết đông và cụm buồng bảo quản.
  • Thiết bị bay hơi: Chọn dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức gắn quạt gió công nghiệp chuyên dụng cho môi trường âm sâu.
  • Thiết bị phụ: Tính chọn bình trung gian làm mát dạng đặt đứng có ống xoắn ruột gà trao đổi nhiệt ngược chiều; bình chứa cao áp chứa lỏng sau bình ngưng; bình tách lỏng ngăn ngừa hiện tượng thủy kích máy nén; bình tách dầu và bình chứa dầu bảo vệ hệ thống bôi trơn; tháp giải nhiệt giải tỏa nhiệt lượng ngưng tụ ra môi trường.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật then chốt

Thông số thiết kế Giá trị tính toán Đơn vị
Tổng dung tích thiết kế / Thực tế $650\text{ / }696,96$ Tấn
Năng suất cấp đông thiết kế / Thực tế $10\text{ / }17$ Tấn/ngày
Nhiệt độ sôi buồng kết đông ($t_0$) $-40$ $^\circ\text{C}$
Nhiệt độ sôi buồng bảo quản đông ($t_0$) $-28$ $^\circ\text{C}$
Nhiệt độ sôi buồng bảo quản lạnh ($t_0$) $-9$ $^\circ\text{C}$
Nhiệt độ ngưng tụ ($t_k$) / Áp suất ngưng tụ ($p_k$) $47\text{ / }18,838$ $^\circ\text{C}$ / bar
Chiều dày cách nhiệt Polystirol tường bao $120$ mm
Chiều dày cách nhiệt Polystirol trần kho $104$ mm
Chiều dày cách nhiệt bê tông bọt nền kho $366$ mm
Năng suất lạnh máy nén buồng kết đông ($Q_0$) $89$ kW
Năng suất lạnh máy nén buồng BQ đông ($Q_0$) $62,88$ kW

2. Các giải pháp kỹ thuật đề xuất

  • Đề xuất mô hình kho xây kết hợp hệ thống cách nhiệt Polystirol và bê tông bọt tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật tại địa bàn Hưng Yên.
  • Ứng dụng chu trình nén 2 cấp có bình trung gian làm mát trung gian một phần cho các buồng âm sâu (kết đông $-30^\circ\text{C}$ và bảo quản đông $-18^\circ\text{C}$), giúp hạ nhiệt độ cuối tầm nén, tăng hệ số cấp và nâng cao hiệu suất năng lượng.
  • Thiết kế hệ thống thông gió nền tự nhiên bằng mạng ống PVC $100\text{ mm}$ ziczac, giải quyết triệt để nguy cơ đóng băng phá hủy nền móng kho lạnh mà không tốn điện năng sưởi nền.

3. Đóng góp của đề tài

Đồ án xây dựng một bộ hồ sơ tính toán hoàn chỉnh, logic từ khâu phân tích khí hậu địa phương, cân bằng nhiệt ẩm kết cấu xây dựng đến tính toán chu trình nhiệt động và lựa chọn thiết bị công nghiệp cho kho lạnh bảo quản thịt gia súc quy mô 650 tấn, đóng vai trò tài liệu kỹ thuật mẫu có tính ứng dụng thực tiễn cao cho chuyên ngành Điện Lạnh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án dừng lại ở mức độ tính toán và thiết kế sơ bộ theo yêu cầu môn học Kỹ thuật lạnh, chưa xây dựng bản vẽ thi công chi tiết hệ thống đường ống và sơ đồ đấu nối mạch điện động lực/điều khiển.
    • Các thông số tính toán phụ tải nhiệt được thực hiện tập trung cho chế độ làm việc mùa hè tải cực đại ($37,4^\circ\text{C}$, $82%$), chưa phân tích chi tiết hiệu quả năng lượng khi vận hành ở các chế độ tải non hoặc thời tiết mùa đông.
  • Hướng nghiên cứu mở rộng:
    • Thiết kế tích hợp hệ thống tự động hóa điều khiển máy nén và van tiết lưu điện tử thông qua biến tần và bộ điều khiển PLC/SCADA để tối ưu điện năng theo tải thực tế.
    • Tính toán chuyển đổi so sánh phương án kinh tế - kỹ thuật giữa kho xây truyền thống và kho panel cách nhiệt lắp ghép hiện đại.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Năng lượng, Điện Lạnh, và Công nghệ Thực phẩm làm đồ án môn học Kỹ thuật lạnh hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế kho lạnh công nghiệp.
    • Kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống lạnh tại các doanh nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm.
  • Nội dung giá trị nhất:
    • Phương pháp tính toán chiều dày cách nhiệt nhiều lớp và quy trình kiểm tra đọng sương bề mặt kết cấu bao che (Chương II).
    • Trình tự tính toán nhiệt động chu trình amoniac hai cấp có bình trung gian ống xoắn và phương pháp xác định thể tích quét chọn máy nén piston (Chương IV).

Câu hỏi thường gặp

1. Kho lạnh được phân chia dung tích và bố trí các phân khu chức năng như thế nào?
Kho có tổng dung tích thiết kế 650 tấn, gồm 3 phân khu: Buồng kết đông năng suất thực tế 17 tấn/ngày (1 buồng diện tích $50\text{ m}^2$); Buồng bảo quản đông nhiệt độ $-18^\circ\text{C}$ dung tích thực $538,56\text{ tấn}$ (6 buồng tiêu chuẩn $8,5 \times 10\text{ m}$, tổng diện tích $510\text{ m}^2$); Buồng bảo quản lạnh nhiệt độ $1^\circ\text{C}$ dung tích thực $158,4\text{ tấn}$ (2 buồng tiêu chuẩn $8 \times 10\text{ m}$, tổng diện tích $160\text{ m}^2$).

2. Tại sao nhóm tác giả sử dụng chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp cho buồng kết đông và buồng bảo quản đông?
Do nhiệt độ bay hơi của môi chất ở buồng kết đông ($t_0 = -40^\circ\text{C}$, $p_0 = 0,717\text{ bar}$) và buồng bảo quản đông ($t_0 = -28^\circ\text{C}$, $p_0 = 1,41\text{ bar}$) so với nhiệt độ ngưng tụ ($t_k = 47^\circ\text{C}$, $p_k = 18,838\text{ bar}$) tạo ra tỷ số nén lần lượt là $\pi = 26,27$ và $\pi = 13,36$. Do tỷ số nén đều vượt quá giới hạn cho phép của máy nén 1 cấp ($\pi > 9$), chu trình 2 cấp là bắt buộc nhằm cải thiện hệ số cấp và giữ nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao.

3. Môi chất lạnh $\text{NH}_3$ được lựa chọn có ưu điểm và lưu ý kỹ thuật gì trong quá trình tính chọn thiết bị?
$\text{NH}_3$ (R717) có nhiệt ẩn hóa hơi lớn, giá thành rẻ, hòa tan hoàn toàn với nước nên không gây tắc ẩm, không ăn mòn kim loại đen. Tuy nhiên, $\text{NH}_3$ ăn mòn đồng, độc hại, dễ cháy nổ và không hòa tan dầu bôi trơn, do đó hệ thống bắt buộc phải trang bị bình tách dầu hiệu quả cao và bình trung gian làm mát hơi nén.

4. Giải pháp nào được áp dụng để chống hiện tượng đóng băng cơi nền kho lạnh?
Nhóm tác giả lựa chọn giải pháp sử dụng mạng lưới ống nhựa PVC đường kính $100\text{ mm}$ đặt ziczac phía dưới lớp bê tông nền với khoảng cách $1000 \div 1500\text{ mm}$, hai đầu ống thông thẳng lên khí trời để đối lưu không khí tự nhiên sưởi ấm nền móng, ngăn ngừa triệt để hiện tượng đóng băng gây nứt phá kết cấu.

5. Chiều dày lớp cách nhiệt tường bao và trần của kho lạnh được tính ra là bao nhiêu?
Qua tính toán cân bằng nhiệt ẩm với vật liệu Polystirol ($\lambda = 0,047\text{ W/mK}$), chiều dày lớp cách nhiệt yêu cầu của tường bao là $120\text{ mm}$ ($0,12\text{ m}$) với hệ số truyền nhiệt $k = 0,326\text{ W/m}^2\text{K}$; chiều dày cách nhiệt trần kho là $104\text{ mm}$ ($0,104\text{ m}$) với hệ số truyền nhiệt $k = 0,329\text{ W/m}^2\text{K}$.

Kết luận

Đồ án môn học Kỹ thuật lạnh của nhóm sinh viên Trường Đại học Điện lực đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tính toán và thiết kế sơ bộ hệ thống kho lạnh thương nghiệp bảo quản thịt bò quy mô 650 tấn tại tỉnh Hưng Yên. Công trình thiết lập phương án xây dựng kho truyền thống hợp lý, ứng dụng chu trình nén amoniac hai cấp tối ưu năng lượng cho các buồng nhiệt độ âm sâu và tính chọn đồng bộ hệ thống máy nén piston cùng thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị phụ trợ. Toàn bộ các kết quả tính toán nhiệt ẩm, phụ tải lạnh và thông số nhiệt động đều bám sát lý thuyết chuyên ngành và số liệu khí hậu thực tế, mang lại giá trị tham khảo kỹ thuật tin cậy cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Nhiệt - Điện Lạnh.