Các thiết bị làm lạnh không khí và cách bố trí
Để làm lạnh không khí trong buồng người ta có thể sử dụng các thiết bị làm lạnh không khí sau:
- Các dàn lạnh tĩnh, không khí đối lưu tự nhiên
- Các dàn quạt, không khí đối lưu cưỡng bức
Sau đây là một số các thiết bị được bố trí trong buồng lạnh.
Dàn lạnh tĩnh
Các dàn lạnh tĩnh là các dàn trần, dàn tường không khí đối lưu tự nhiên. Các dàn thường là dàn ống xoắn trơn hoặc có cánh gắn cách bề mặt tường khoảng 150 – 200 mm, hoặc gắn trên trần. Các dàn cũng có thể có dạng tấm.
Ưu điểm
- Không dùng quạt nên không ồn, không tổn thất điện năng do chạy quạt, không tổn thất nhiệt do quạt tỏa ra.
- Độ ẩm không khí cao, tốc độ không khí nhỏ nên độ khô hao sản phẩm do bảo quản nhỏ hơn nhiều so với dàn quạt không khí cưỡng bức.
Nhược điểm
- Nhiệt độ trong buồng không đồng đều do tốc độ lưu thông không khí nhỏ.
- Khó bố trí hệ thống thoát nước khi phá băng, phá băng khó và thời gian phá băng lâu.
- Tiêu tốn vật liệu lớn vì hệ số tỏa nhiệt phía không khí nhỏ nên yêu cầu diện tích trao đổi nhiệt phải lớn.
Do khó khăn phá băng, đặc biệt với dàn cánh nên người ta hay sử dụng ống trơn lắp trên toàn bộ diện tích trần để vừa dễ phá băng, vừa để phân phối đều nhiệt độ.
Tuy nhiên, việc hứng và dẫn nước thải khi phá băng gặp khá nhiều khó khăn, hơn nữa làm giảm đáng kể chiều cao chất tải của buồng. Bởi vậy, dàn treo trần thường được bố trí vào các hành lang dùng cho vận chuyển, chở hàng là chính. Khi đó phá băng không cần có tấm bao phủ hàng. Thường người ta phải bố trí các máng ở dưới dàn lạnh để hứng nước và thải ra ngoài.
Trong những buồng có nhiệt độ thấp, tải nhiệt lớn, người ta phải lắp đặt dàn trần và dàn tường trên tất cả các tường của buồng lạnh. Trong các buồng có nhiệt độ gần 0oc không nên lắp dàn trần.
Khi lắp đặt các dàn trần cần chú ý các yêu cầu sau: chiều rộng dàn bố trí ở các hành lang đi lại không vượt quá 1,2 – 1,4m, khoảng cách từ trần đến các trục ống trên cùng là 250mm, không quá 400mm.
Các dàn lạnh gắn tường được gắn vào phía trên gần sát trần, không khí lạnh khi tỏa từ dàn xuống sẽ tạo ra một màn không khí lạnh để bảo vệ hàng hóa cần bảo quản, chống dòng nhiệt đi qua tường vào buồng.
Khoảng cách từ trần xuống đến trục của hàng ống trên cùng vào khoảng 150 – 200mm.
Khi làm lạnh không khí trong buồng bằng các dàn lạnh, xảy ra sự đối lưu không khí tự nhiên do chênh lệch mật độ không khí. Không khí sau khi thải nhiệt cho dàn lạnh sẽ có mật độ lớn hơn và chuyển động xuống phía dưới. Khi tiếp xúc với sản phẩm hoặc bề mặt tường có nhiệt độ cao hơn lại chuyển động lên phía trên và quay lại phía dàn lạnh.
Khi thải nhiệt cho dàn, không khí lạnh đi, nhiệt độ hạ xuống dưới điểm đọng sương nước trong không khí sẽ đọng lại lên dàn và bị đóng băng làm cho không khí bị khô đi, khi tiếp xúc với sản phẩm, nước từ sản phẩm bay hơi vào không khí và theo không khí đến bám vào dàn lạnh. Đó là quá trình vận chuyển hơi ẩm rất đặc trưng trong buồng lạnh, làm cho sản phẩm khô hao và mất nước.
Để giảm độ khô hao sản phẩm đối với các mặt hàng không có bao gói, người ta sử dụng các kết cấu bao che đặc biệt và thiết bị làm lạnh không khí ngăn chặn được dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng như vách ngăn có áo bảo vệ nhiệt, bố trí dọc theo chu vi buồng kho lạnh, cũng như màng chắn bằng nước đá.
Áo bảo vệ nhiệt nằm giữa hai lớp bảo vệ ngoài, bố trí ở khoảng cách 500 – 600mm. Lớp ngoài và lớp trong của vách mà ở giữa là không khí được cách nhiệt bằng một lớp cách nhiệt. Trong lớp áo cách nhiệt người ta bố trí dàn lạnh để lấy đi dòng nhiệt tổn thất qua vách ngoài.
Khi đó dàn lạnh trong buồng chỉ dùng để hạ nhiệt độ của sản phẩm bảo quản nên diện tích dàn còn rất nhỏ. Độ khô hao sản phẩm cũng giảm đi từ 1,5 đến 2,5 lần so với khi sử dụng các dàn lạnh thông thường.
Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng các màn chắn bằng một lớp băng dày một vài milimet bố trí trên các lớp vải hoặc bao tải bọc lên tường hoặc bọc trực tiếp lên sản phẩm để giảm độ khô hao của các hàng thực phẩm đông lạnh không bao gói như thịt lợn nửa con…
Với màn chắn băng người ta có thể đạt độ ẩm tương đối trong buồng bảo quản đến 98 – 99%. Sự khô hao sản phẩm giảm từ 1,5 đến 2 lần so với phương pháp bảo quản thông thường.
Lớp áo giữ nhiệt cũng có thể gắn lên dàn trần và các dàn tường như hình vẽ. Màn chắn là tấm thép mỏng hàn trực tiếp lên bề mặt ống hoặc cánh. Nếu dàn là kiểu panel thì màn chắn phải đặt cách bề mặt panel khoảng 200 mm. Màn chắn phải bố trí sao cho không khí và ẩm không thể lọt qua.
1. Màn chắn bằng thép tấm; 2. Dàn ống; 3. Lớp không khí
Dàn quạt
Các dàn lạnh quạt là các dàn ống xoắn có cánh tản nhiệt đối lưu không khí cưỡng bức bằng quạt gió, bên trong ống là môi chất lạnh sôi hoặc chất tải lạnh. Khi làm lạnh trực tiếp, sự trao đổi nhiệt giữa không khí và môi chất chỉ thực hiện qua vách ống.
Khi làm lạnh gián tiếp có thể thực hiện theo hai phương pháp:
- Phương pháp khô: Chất tải lạnh và không khí trao đổi nhiệt qua vách ống.
- Phương pháp ướt: Chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với không khí. Quá trình trao đổi nhiệt kèm theo cả quá trình trao đổi chất. Bề mặt trao đổi nhiệt và chất phụ thuộc rất lớn vào thiết bị phun nước muối trong buồng phun.
a) Hệ thống hai kênh gió
1. Đường ống hồi; 2. Đường ống thổi; 3. Dàn lạnh; 4. Quạt gió
b) Hệ thống một kênh gió
c) Hệ thống ống phun
1. Dàn lạnh; 2. Cửa hút gió; 3. Ống xoắn; 4. Quạt gió; 5. Miệng phun
d) Dàn quạt treo
1. Ống xoắn; 2. Máng nước; 3. Quạt gió
Sự tuần hoàn không khí trong buồng có thể có dẫn hướng hoặc không.
Hệ thống làm lạnh không khí kiểu khô có hai kênh phân phối và thu hồi không khí tuần hoàn. Không khí từ buồng vào bộ thu hồi không khí theo ống dẫn khí qua dàn lạnh đi vào ống phân phối và trở lại buồng lạnh khép kín vòng tuần hoàn nhờ quạt gió. Cần phải bố trí miệng thổi gió lạnh và miệng hút gió nóng sao cho không khí lạnh được phân phối đều trong toàn bộ thể tích buồng.
Miệng thổi của kênh phân phối có thể hướng xuống dưới. Miệng hút có thể quay xuống dưới, quay ngang hoặc hướng lên trên sao cho sự phân phối không khí là hợp lý nhất, kết hợp được cả với các dòng đối lưu không khí tự nhiên. Trên kênh phân phối không khí còn có cơ cấu điều chỉnh lưu lượng gió dạng clape.
Hệ thống một kênh gió có cửa lấy gió bố trí phía dưới dàn quạt, các hành lang vận chuyển hàng và các khe hở giữa các đống hàng làm thêm nhiệm vụ của kênh gió phân phối phía trên để phân phối cho toàn bộ diện tích buồng qua các cửa gió ở dưới hoặc hai bên sườn của kênh giới.
Hệ thống ống phun làm lạnh không có kênh gió. Không khí được hút vào phía dưới dàn lạnh và được đẩy qua ống phụ trở lại buồng sau khi đã được làm lạnh. Tốc độ gió ở ống phun khá lớn khoảng 15-20 m/s. Do không có kênh phân phối nên tốc độ gió phải lớn để đảm bảo phân phối gió đều hơn cho các buồng lớn. Tuy nhiên phương pháp làm lạnh này người ta cũng không sử dụng cho các buồng lớn do khả năng phân phối không khí lạnh không tốt.
Hệ thống làm lạnh không khí kiểu dàn quạt treo trần có ưu điểm là sự phân phối không khí lạnh tương đối đồng đều.
Sử dụng dàn quạt có ưu điểm chính là sự lưu thông không khí đồng đều trong toàn bộ thể tích buồng lạnh. Quá trình trao đổi nhiệt giữa không khí, dàn lạnh và sản phẩm tăng, diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm, tiêu tốn nguyên vật liệu giảm, thể tích dàn nhỏ gọn, ít chiếm không gian buồng. Khả năng điều chỉnh nhiệt độ buồng lạnh cao hơn.
Nhược điểm của hệ thống là độ ổn cao, tiêu tốn năng lượng cho quạt, tiêu tốn năng lượng để thái nhiệt độ quạt thải ra, độ khô hao sản phẩm tăng, nếu muốn giảm độ khô hao phải áp dụng các biện pháp khá tốn kém và phức tạp.
