Tính cách nhiệt kho lạnh: độ dày, kiểm tra đọng sương-ẩm

Xác định chiều dày cách nhiệt

Yêu cầu

Vách ngoài của kết cấu bao che không được đọng sương. Vách ngoài đọng sương khi nhiệt độ của bề mặt vách nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương, nhiệt độ vách càng nhỏ khi chiều dày lớp cách nhiệt nhỏ vì vậy chiều dày của lớp vật liệu cách nhiệt phải đủ lớn.
Giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất. Giá thành một đơn vị lạnh bao gồm nhiều yếu tố, trong đó có chi phí cho công tác cách nhiệt, giá thành vật liệu cách nhiệt khá cao, thường chiếm tới 20 – 40% giá thành xây dựng nén không thể thiết kế kho với chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt quá lớn.

Tính toán chiều dày cách nhiệt

Để tính chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt phải biết hệ số truyền nhiệt k. Hệ số k xác định từ hai yêu cầu trên và có thể được chọn theo tiêu chuẩn của Nga trong bảng sau:

Bảng 1 – Hệ số truyền nhiệt k của vách ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh, w/m².K

Vách / ^oC	-40 ÷ -30	-25 ÷ -20	-15 ÷ -10	-4	0	4	12
Vách bao ngoài	0,19	0,21	0,23	0,28	0,3	0,35	0,52
Mái bằng	0,17	0,2	0,23	0,26	0,29	0,33	0,47

Nếu trần kho lạnh có mái che thì hệ số k lấy tăng 10% so với mái bằng. Hệ số k của các vách trong ngăn cách với các không gian không làm lạnh như hành lang, buồng đệm lấy theo nhiệt độ không khí trong buồng (tra trong bảng 2) của các tường ngăn giữa các buồng lạnh cũng như giữa các tầng của kho nhiều tầng (lấy theo bảng 3). Đối với nền có sưởi trên nền đất lấy theo nhiệt độ không khí trong buồng lạnh (tra bảng 4).

Bảng 2 – Hệ số k của tường ngăn với hành lang, buồng đệm

Nhiệt độ của không khí trong buồng lạnh ^oC	-30	-20	-10	-4	4	12
k, w/m².K	0,27	0,28	0,33	0,35	0,52	0,64

Bảng 3 – Hệ số k của tường ngăn giữa các buồng lạnh

Vách ngăn giữa các buồng lạnh	k, w/m².K
Kết đông / Gia lạnh	0,23
Kết đông / Bảo quản lạnh	0,26
Kết đông / Bảo quản đông	0,47
Bảo quản lạnh / Bảo quản đông	0,28
Gia lạnh / Bảo quản đông	0,33
Gia lạnh / Bảo quản lạnh	0,52
Các buồng có cùng nhiệt độ	0,58

Bảng 4 – Hệ số k của nền có sưởi

Nhiệt độ của không khí trong buồng lạnh	-4 ÷ 4	-10	– 20 ÷ – 30
k, W/m²,K	0,41	0,29	0,21

Với các giá trị của hệ số truyền nhiệt k không nằm trong giới hạn nhiệt độ đã cho trong bảng có thể dùng phương pháp nội suy để xác định.

Từ giá trị của hệ số truyền nhiệt k đã chọn, tính chiều dày cách nhiệt theo công thức:

Trong đó:

σ_cn – Độ dày của lớp cách nhiệt, m
λ_cn – Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt. W/m².K (tra bảng 5)
α₁ – Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách cách nhiệt, W/m²K
α₂ – Hệ số tỏa nhiệt của vách cách nhiệt yào trong buồng lạnh, W/m²K
σ_i – Độ dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i, m
λ_i – Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i, W/m².K (tra bảng 5)

Bảng 5 – Vật liệu cách nhiệt, cách ẩm và xây dựng

Vật liệu	Khối lượng riêng, kg/m³	Hệ số dẫn nhiệt,W/m².K
Vật liệu cách nhiệt
Tấm polystyrol	25 – 40	0,047
Tâm polyurethane cứng	100	0,041
Tấm polyurethane rót ngập	50	0,047
Chất dẻo xốp	70 – 100	0,035
Polyvinilclorit	100 – 130	0,047
Bọt xốp phenolphormadehit	70 – 100	0,058
Các tấm khoáng tấm bitum	250 – 350	0,08 – 0,093
Các tấm cách nhiệt than bùn	170 – 220	0,08 – 0,093
Tấm lợp fibro xi măng	300 – 400	0,15 – 0,19
Tấm cách nhiệt bê tông xốp	400 – 500	0,15
Tấm lợp từ hạt perlit	200 – 250	0,076 – 0,087
Đất sét, sỏi	300 – 350	0,17 – 0,23
Hạt perlit xốp	100 – 250	0,058 – 0,08
Vật liệu chịu lứa xốp	100 – 200	0,08 – 0,098
Xỉ lò cao	500	0,19
Xỉ nói chung	700	0,29
Vật liệu cách ẩm
Nhựa đường	1800 – 2000	0,75 – 0,87
Bitum dầu lửa	1050	0,18
Bôrulin	700 – 900	0,29 – 0,35
Bìa Amiăng	700 – 900	029 – 0,35
Perganin và giấy dầu	600 – 800	0,14 – 0,18
Vật liệu xây dựng
Tấm cách nhiệt bêtông Amiăng	350 – 500	0,093 – 0,13
Tấm bêtông Amiăng	1900	0,35
Bêtông	2000 – 2200	1,0 – 1,4
Bê tông cốt thép	2300 – 2400	1,4 – 1,6
Tường gạch xây	1800	0,82
Tường đá hộc	1800 – 2200	0,93 – 1,3
Đá vôi vỏ sò	1000 – 1500	0,46 – 0,7
Đá túp	1100 – 1300	0,46 – 0,58
Bêtông xi	1200 – 1500	0,46 – 0,7
Vữa trát ximăng	1700-1800	0,88 – 0,93
Vữa trát kho từ tấm xơ gỗ	700	0,21

Hệ số toả nhiệt bên ngoài vách (phía nóng) ký hiệu là α₁và bên trong vách (phía lạnh) là α₂ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, được chọn theo bảng 6.

Bảng 6 – Hệ số tỏa nhiệt α₁, α₂

Bề mặt vách	Hệ số tỏa nhiệt α W/m².K
Bề mặt ngoài của vách ngoài (tường bao, mái)	23,3
Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên: Tường Nền và trần	8 6-7
Bề mặt trong của buồng lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải (Bảo quản lạnh)	9
Bề mặt trong của buồng lưu thông không khí cưỡng bức mạnh (Gia lạnh và kết đông)	10,5

Sau khi tính được chiều dày cách nhiệt σ_cn , ta phải chọn độ dày cách nhiệt đã được tiêu chuẩn. Độ dày cách nhiệt được chọn bao giờ cũng phải bằng hoặc lớn hơn độ dày cách nhiệt đã tính toán được.

Tính kiểm tra đọng sương

Mật độ dòng nhiệt có thể tính theo nhiều cách, trong đó có hai cách sau:

q = k(t₁ – t₂)
q = α₁(t₁ – t_w1)

Suy ra ta có:

t_w1 – Nhiệt độ vách ngoài
t_w2 – Nhiệt độ vách trong
t₁ – Nhiệt độ không khí bên ngoài
t₂– Nhiệt độ không khí trong buồng lạnh

Điều kiện không đọng sương là t_w1 phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương t_s nghĩa là k phải đủ nhỏ để cách nhiệt, thay t_s vào công thức ta sẽ tính được giá trị hệ số truyền nhiệt đọng sương k_s

Nhiệt độ đọng sương sẽ được tra trên đồ thị. Trong thực tế, để an toàn người ta lấy hệ số truyền nhiệt đọng sương k_s là:

Như vậy, điều kiện để vách ngoài không đọng sương là: k ≤ ks

Giá trị lớn nhất của hệ số truyền nhiệt sẽ là k_s, khi đó chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt sẽ là nhỏ nhất.

Tính kiểm tra đọng ẩm

Điều kiện để ẩm không đọng lại trong cơ cấu cách nhiệt là áp suất riêng, phần thực tế của hơi nước p_x luôn luôn phải nhỏ hơn phân áp suất bão hoà p_x” tại mọi điểm trong cơ cấu.

P_x < P_x”

Phân áp suất bão hoà của hơi nước p_x” phụ thuộc nhiệt độ tra theo bảng. Áp suất riêng phần của hơi nước p_x tại một điểm phụ thuộc phân áp suất hơi của không khí và trở kháng thấm hơi H của kết cấu.

Bảng 7 – Hệ số khuếch tán ẩm μ của một số vật liệu

Vật liệu	Hệ số thẩm ẩm μ
Vật liệu	g/mh mmHg	g/mh MPa
Vật liệu xây dựng
Bêtông	0,004	30
Gạch	0,014	105
Vữa thường	0,018	135
Vữa ximãng	0,012	90
Vật liệu cách nhiệt
Tấm xơ gỗ thông	0,0082	62
Bông khoáng	0,025	188
Mipora	0,075	563
Bông thuỷ tinh	0,065	48
Bêtông bọt	0,0325	244
Polystyrol	0,001	7,5
Polyurethane bọt	0,006	45
Lie	0,0055	41
Vật liệu cách ẩm
Màng nhôm	0,00000072	0,0054
Bitum	0,000115	0,86
Borulin	0,000114	1,08
Pergamin	0,00016	1,2
Màng polyetylen	0,00000024	18
Isol, Brisol	0,000165	1
Giấy dầu	0,00018	1,35
Isol chống ẩm	0,000183	1,375

Ví dụ:

Xác định chiều dày cách nhiệt của nền buồng kết đông thịt trong kho lạnh một tầng. Nhiệt độ không khí trong buồng -30^oC, không khí lưu thông cưỡng bức mạnh. Cấu trúc nền buồng biểu diễn trên hình.