Thiết kế kho lạnh thực phẩm: Tính cách ẩm và cách nhiệt

Tính cách nhiệt kho lạnh

Chọn kết cấu xây dựng 

Sự khác nhau kho lạnh với các nhà còng nghiệp khác là kho lạnh phải luôn luôn duy trì được nhiệt độ thấp, do vậy luôn luôn có dòng nhiệt và ẩm xâm nhập từ ngoài vào. Để hạn chế dòng nhiệt và ẩm này, kết cấu xây dựng và cách nhiệt kho lạnh phải đảm bảo các yêu cầu sau:

• Đảm bảo độ bền vững lâu dài (25 năm đối với kho lạnh nhỏ, 50 năm đối với kho lạnh trung bình và 100 năm đối với kho lạnh lớn và rất lớn).
• Chịu được tải trọng của bản thân và hàng hóa trong kho.
• Phải chống được ẩm xâm nhập từ ngoài vào và bề mặt bên ngoài của tường không được đọng sương.
• Phải đảm bảo cách nhiệt tốt để giảm chi phí đầu tư cho máy lạnh và vận hành.
• Thu án liên cho việc bốc dỡ.
• Phải đảm bảo an toàn, phòng chống cháy và vệ sinh môi trường.
• Hiệu quả kinh tế cao

Để đảm bảo các yêu cầu trên, kho lạnh thường là bêtông cốt thép, chịu tải đặc biệt là nền, cột, dầm. móng (đối với kho làm lạnh đông và báo quân lạnh đông nền phải có đệm không khí để chống tạo đá của đất, phá hỏng nền). Kết cấu tường bao, tường ngăn thường được xây bằng gạch, riêng tường ngăn giữa các phòng lạnh có thể dùng bê tông bọt.

Kết cấu tường bao và tường ngăn

Tường gạch chịu áp lực có hai lớp vữa trát hai bên cách nhiệt ở mặt tường phía trong phòng lạnh. Trước khi cách nhiệt phải có lớp cách ẩm (thường là lớp giấy dấu có quét bitum dày 2,5 – 3m) sau do dán cách nhiệt lên. Lớp cách nhiệt thường dán 2 – 3 lớp có mạch so le nhau để tránh cẩu nhiệt. Bên ngoài lớp cách nhiệt là lớp lưới thép đế giữ ổn định lớp cách nhiệt và trát môi lớp vữa xi măng phẳng.

a) tường bao bằng gạch có cách nhiệt 1- tường gạch; 2- lớp vữa xi măng, 3- lớp cách ẩm. 4- Iớp cách nhiệt; 5- thanh ốp bằng gỗ; 6- đinh móc; 7- chốt bằng gỗ; 8- lưới thép; 9- gạch men;
b) tường ngăn bằng bê tông bot 1- bêtông bọt; 2- vữa cách nhiệt: 3- tấm cách nhiệt. 4- lớp vữa trát

Kết cấu mái

Mái của nhà lạnh không được đọng và thấm nước. Đế thoát nước mái thường có độ dốc 2 – 5% . Kết cấu mái gần giống tường bao từ trên xuống thường là: lớp vữa, lớp bê tông cốt thép, lớp cách ẩm, lớp cách nhiệt, lớp Iưới thép và vữa xi măng.

Kết cấu nền

Kết cấu nền ngoài đảm bảo chống xâm nhập của nhiệt và ẩm còn phải chịu được tải trọng của hàng hoá. Thông thường nền kho lạnh và lạnh đông dược kết cấu như trong hình. 

a) Có dây điện trở đốt nóng cho kho lạnh từ-10 đến -40°C
b) kho lạnh từ -4 đến +4°C: 1- nền nhẵn; 2- lớp đệm bê tông; 3- lớp cách nhiệt. 4- lớp bê tông có dây điện trở đốt nóng; 5- lớp cách ẩm. 6- lớp đệm bê tông đà dăm để làm kín nền kho
c) Kết cấu nền kho và tường bao ờ kho lanh lớn hơn 0 độ C: 1- Nền nhẵn. 2- lớp bê tông tăng cứng. 3- lớp bê tông giằng; 4- cách nhiệt, 5- lớp cách ẩm; 6- lớp bê tông đệm; 7- lớp làm kín bằng đá dăm.
d) nền lửng trên cọc cho kho lạnh nhiệt độ ẩm 1- cọc bê tông cốt thép; 2- dầm bê tông cốt thép. 3- các tấm bê tông cốt thép tiêu chuẩn; 4- tấm cách nhiệt ; 5- vỏ có cột tăng cứng: 6- nhựa đường, 7- lớp cách ẩm.

Vật liệu cách nhiệt

Vật liệu cách nhiệt cho nhà lạnh phải đảm bảo các yêu cầu sau:

• Hệ số dẫn nhiệt λ nhỏ λ —> 0.
• Khối lượng riêng nhỏ.
• Độ thấm hơi nước nhỏ (p—> 0).
• Độ bền cơ học và độ dẻo cao.
• Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vật liệu xây dựng tiếp xúc với nó.
• Không cháy hoặc không dễ cháy.
• Không bốc mùi và không có mùi lạ.
• Không gây độc hại với con người với sân phẩm và không gãy mùi vị lạ cho sản phẩm.
• Dễ vận chuyển, lắp ráp, gia công và sửa chữa.

Trên thực tế không có vật liệu cách nhiệt lý tường nào đáp ứng được các yêu cầu trên, mỗi vật liệu có những ưu nhược điểm riêng, tuỳ điều kiện cụ thể mà ta chọn cho phù hợp. Hiện nay vật liệu cách nhiệt phổ biến nhất là từ các hợp chất hữu cơ nhân tạo. Chúng có tính cách nhiệt tốt, sản xuất với quy mô ổn định về chất lượng, kích thước để lắp đặt, sử dụng giá thành rẻ. Các loại cách nhiệt phổ biến hiện nay là polistiren (stiropo) poliuretan, polietylen, polivinyl clorua.

Hiện nay polistirol và poliurctan được sử dụng rộng rãi nhất để cách nhiệt. Riêng poliuretan có ưu điểm là khi tạo bọt không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗng bất kỳ (như cách nhiệt cho tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương nghiệp). 

Xác định chiều dày lớp cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định dựa vào hai yêu cầu cơ bản sau:

• Vách ngoài của kết cấu bao che không được phép đọng sương nghĩa là độ dày lớp cách nhiệt phải đủ lớn để nhiệt độ bề mặt ngoài phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương.
• Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh (1000 kcal/h) là rẻ nhất.

Để tính chiều dày lớp cách nhiệt ta phải biết hệ số truyền nhiệt K.

Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt K cho tường phẳng nhiều lớp

Trong đó

• δcn – chiều dày lớp cách nhiệt cần phải tính, m;
• λcn– hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, w/m².độ;
• K – hệ số truyền nhiệt của tường, w/m² độ;
• α₁, α₂ – hệ số cấp nhiệt của không khí ngoài vào bể mặt ngoài tường và từ mặt trong của tường vào không khí phòng (W/m2.độ);
• δi, λi – chiều dày và độ dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ δi, λi là do ta chọn và tra bảng.

Để tính được δcn ta phải xác định được K. α₁, α₂. Các thông số này ta có thể tra bàng 2.9 (theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ).

Bảng – Hệ số truyền nhiệt K của tường ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ phòng (v/m².độ)

Nếu trần kho lạnh có mái che thì hệ số K lấy tăng 10% so với giá trị K mái bằng trong bảng. Hệ số của tường ngăn với hành lang, buồng đệm phụ thuộc vào nhiệt độ của buồng lạnh.

Bảng – Hệ số K của tường ngăn với hành lang và buồng đệm

Hệ số K của tường ngăn giữa các buồng lạnh cũng như giữa các tầng của kho lạnh nhiều tầng có nhiệt độ khác nhau tra trong bảng.

Bảng – Hệ số K của tường ngăn giữa các buồng lạnh

Hệ số truyền nhiệt K đối với nền có sưởi thông gió nền lấy theo nhiệt độ buồng lạnh.

Bảng – Hệ số K của nền có sưởi (thông gió)

Trong một số trường hợp không biết được hệ số K ta có thể tính dựa vào α₁, α₂ (W/m².độ). Giá trị α₁, α₂ phụ thuộc vào nhiều yếu tố và có thể tra theo bảng.

Bảng – Hệ số cấp nhiệt α₁, α₂

Sau khi tính được δcn ta phải chọn δcn theo quy chuẩn phù hợp với tấm vật liệu có sẵn (đã quy chuẩn hóa).

Độ dày lớp cách nhiệt được chọn bao giờ cũng phải bằng và lớn hơn độ dày lớp cách nhiệt đã tính toán.

Tính cách ẩm của kho lạnh

Vật liệu cách ẩm

Nguyên nhân gây đọng ẩm trong vật liệu cách nhiệt: Do nhiệt độ môi trường bên ngoài và trong kho lạnh chênh lệch, nén áp suất của hơi nước ở môi trường bên ngoài luôn lớn hơn áp suất hơi nước trong buồng lạnh, dẫn đến luôn có một dòng ẩm đi từ ngoài vào buồng lạnh, khi gặp nhiệt độ thấp trong buồng lạnh, ẩm ngưng đọng lại trong kết cấu cách nhiệt làm giảm khả năng cách nhiệt, gây nấm mốc và thối rữa cho vật liệu cách nhiệt.

Nguyên tắc bố trí lớp cách ẩm

•  Để cách ẩm đạt hiệu quả cao nhất, người ta phải bố trí lớp cách ẩm ở vị trí hợp lý để nó phát huy được tác dụng.
• Nếu tính từ phía nóng vào phía lạnh thì vị trí lớp cách nhiệt ở trong và lớp cách ẩm bên ngoài.
• Lớp cách ẩm không cần quá dày, chỉ cần vài mm, nhưng phải liên tục, không nứt, đứt quãng tạo thành các cầu thấm ẩm.
• Không bố trí lớp cách ẩm nằm trong lớp cách nhiệt để ẩm trong lớp cách nhiệt (nếu có) có thể thoát vào buồng lạnh được dễ dàng. Trường hợp không thể ví dụ như đường ống có vách là vật liệu cách ẩm hoàn toàn thì việc bọc chống ẩm đòi hỏi phải thật nghiêm ngặt.

Vật liệu cách ẩm thường dùng: Bitum, giấy dầu, ni lóng, màng nhựa, màng nhôm, vải thuỷ tinh có sơn quét, tôn…

Kiểm tra đọng sương

Hình mô tả quá trình truyền nhiệt qua tường phẳng.

• t1, t2 là nhiệt độ không khí bên ngoài và trong phòng;
• α1, α2 là hệ số cấp nhiệt phía ngoài và trong tường;
• tw1, tw2 là nhiệt độ thành tường ngoài và trong.

Dòng nhiệt truyền qua tường là dòng liên tục và ta có khi cho 1m2

Q = K (t₁ – t₂) = α₁ (t₁-t_w1)
Từ đó suy ra: K = α₁ . ((t₁-t_w1)/(t₁ – t₂))