Công thức tính toán cách nhiệt phòng lạnh

Tính bề dày lớp cách nhiệt

Tính bề dày lớp cách nhiệt của tường phẳng nhiều lớp (tường ngoài, vách ngăn, sàn và trần của nhà lạnh nhiều tầng), không dùng cho loại nền và trần của nhà lạnh 1 tầng từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k:

Ta rút ra được bề dày lớp cách nhiệt (δ_is) là:

Trước tiên và quan trọng hơn cả là phải tính hay chọn đúng các hệ số cấp nhiệt (α_e, α_f) và hệ số truyền nhiệt (k).

Để tính hệ số cấp nhiệt α_e phía không khí vào mặt ngoài của tường, ngoài công thức của Mikheev, có thể dùng một số công thức thực nghiệm theo một số tài liệu của Mỹ như sau:

• Bề mặt rất nhẵn: α_e =6,83 + 0,85v_kk, Kcal/m².h.độ
• Đá hay gỗ nhẵn: α_e = 7,8 + 0,91 v_kk, Kcal/m².h.độ
• Bê tông đúc: α_e = 9,75 + 1,21 v_kk, Kcal/m².h.độ
• Lớp vữa trát nhám: α_e =10,25 + 1,5 v_kk, Kcal/m².h.độ

Ngoài ra có thể chọn các hệ số cấp nhiệt về 2 phía của tường (α_e, α_f) theo tiêu chuẩn quy định. Ví dụ tiêu chuẩn Liên Xô cho α_e và α_f theo bảng 1.

Hệ số truyền nhiệt tổng quát (k) qua kết cấu bao che phòng lạnh và chênh lệch nhiệt độ tính toán (Δt) thường được chọn theo bảng 2 và 3 (Tiêu chuẩn Liên Xô).

Bảng 2

Bảng 3: Hệ số k giữa 2 phòng lạnh kề nhau (Tiêu chuẩn Liên Xô) – Kcal/m².h.độ

Hiện nay ở Việt Nam ta chưa có những thực nghiệm khoa học để xây dựng những tiêu chuẩn và quy phạm thiết kế cách nhiệt – cách ẩm cho phòng lạnh nên tạm dùng tiêu chuẩn Liên Xô với sự hiệu chỉnh thích hợp về hệ số cấp nhiệt (α_e, α_f): Do nhiệt độ không khí tính toán bên ngoài (t_e) của ta khá cao, bức xạ mặt trời nhiều nên có thể chọn α_e theo tiêu chuẩn cho phép của các vùng miền Nam Liên Xô và tăng lên chừng 10-20% tùy điều kiện gió và năng lượng bức xạ mặt trời (địa phương, phương hướng…).

Về hệ số truyền nhiệt tổng quát k: đối với những đối tượng tính mà khi chọn k không có liên quan trực tiếp tới điều kiện khí hậu bên ngoài thì đề nghị chọn theo các tiêu chuẩn Liên Xô, còn đối với tường ngoài, trần, mái và nền phòng lạnh thì đề nghị giảm k từ 15-20% so với vùng miền Nam Liên Xô.

Chú ý: Δt_e – chênh lệch giữa nhiệt độ không khí ngoài trời (t_e) và không khí trong phòng lạnh (t_f): Δ t_fc = t_e – t_f.

Tính bề dày của đường ống dẫn môi chất lạnh

Bỏ qua trở nhiệt do sự cấp nhiệt về phía mặt trong của ống và trở nhiệt của ống thép truyền qua 1m ống có cách nhiệt trong trường hợp truyền nhiệt ổn định là:

Từ đó ta rút ra được:

Để thỏa mãn điều kiện tránh ngưng tụ ẩm ở bề mặt ống dẫn thì t_f > t_p.f (t_p.f là điểm sương của không khí ở t_f và φ).

hay là lấy:

Bề dày lớp cách nhiệt δ_is = ½ (D-d) phải tính bằng cách giải gần đúng hệ thức trên.

Đặt B = D/d thì ta được:

Có thể giải phương trình này theo B bằng phương pháp đồ thị dựa vào hàm y = xLnx.

Tính bề dày lớp cho sàn và nền

Nói chung việc cách nhiệt cho các sàn và nền phòng lạnh phải phối hợp với các biện pháp thi công xây dựng để tránh nhiệt độ nền dưới phòng lạnh giảm dưới 0°c.

Có thể có mấy phương án cơ bản:

• Đối với những phòng lạnh có nhiệt độ t_f > 0°c thì có thể không cần cách nhiệt;
• Đối với những phòng lạnh có nhiệt độ t_f < 0°c thì nhất thiết phải có cách nhiệt kèm theo biện pháp thi công nền móng thích hợp.
• Đối với phòng làm lạnh đông (“phòng cấp đông”) mà thời gian làm việc ngắn hạn, nền đất tương đối ẩm thấp (nhưng nền không nứt nẻ) thì có thể cách nhiệt nền băng một lớp than xỉ;
• Nếu nền nhà lạnh là cát khô và đầm kỹ thì có thể không cần thêm lớp xỉ nhưng bề dày lớp cát đủ dày, có tóc dụng cách nhiệt;
• Nâng sàn phòng lạnh lên khỏi nền đất bằng các biện pháp xử lý như dùng ống bê tông cốt thép, hầm nền, kiểu sàn trên trụ bê tông… Nói chung là phải dùng các phương pháp thông gió (tự nhiên hay cường bức) hoặc sưởi ấm (bằng không khí tự nhiên hay bằng thiết bị sưởi ấm chuyên dùng) để làm cho nhiệt độ nền đất trên 0°c (nhưng không nóng quá sẽ làm tăng tổn thất lạnh qua nền).

Với những biện pháp xử lý nền móng như vậy, ta có thể tính cách nhiệt cho một số loại nền như sau:

Sàn không cách nhiệt: Trong các trường hợp nhiệt độ phòng khoảng 10 – 20⁰C thì sàn phòng lạnh không cần cách nhiệt cũng được, đặt trực tiếp lên nền đất khô ráo và chắc chắn.

Tổn thất nhiệt qua nền sẽ là: Q₁ = Σ.Xk_qF. Δt

Sàn có lớp cách nhiệt: Bình thường các phòng lạnh có nhiệt độ t_f < 10°C đều có cách nhiệt sàn.

Về cơ bản cũng tính như trường hợp trên nhưng thêm hệ số m đặc trưng cho lớp vật liệu cách nhiệt:

Q = m.(ΣXk_qF).Δt

Với:

Thường m = 0,15 – 0,25

Khi thiết kế bề dày lớp cách nhiệt, ta phải chọn trước hệ số m và bề dày cách nhiệt δ_is sẽ được tính như sau:

• δ_is, δ_i bề dày các lớp vật liệu xây dựng và lớp vật liệu cách nhiệt;
• λ_i, λ_is hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu xây dựng và lớp vật liệu cách nhiệt.

Tính cách nhiệt cho trần

Đối với trần của phòng lạnh trong nhà máy lạnh nhiều tầng thì nó là sàn của phòng tầng trên nó. Khi tính thì tính như vách ngăn giữa hai phòng có nhiệt độ khác nhau.

Đối với trần (có hay không có hầm mái) của tầng trên cùng thì tính như sau:

• Có hầm mái: lấy hệ số truyền nhiệt k như đối với tường ngoài:
• Không có hầm mái (loại nhà lạnh có mái bằng); lấy hệ số truyền nhiệt k bằng 85% hệ số k của tường ngoài.

Từ hệ số truyền nhiệt k tính ra chiều dày lớp cách nhiệt (δ_is) như tính cho tường ngoài.

Tính truyền nhiệt khi có cầu nhiệt

Trong nhiều trường hợp tính cách nhiệt cho tường các phòng lạnh mà có các cầu nhiệt xen kẽ vào thì bắt buộc ta phải tính hệ số truyền nhiệt k trung bình cho toàn bề mặt truyền nhiệt.

Người ta thường dùng hai phương pháp tính hệ số truyền nhiệt k trung bình như sau:

Phương pháp 1: Người ta chia vật (tường) thành những vùng song song nhau bằng những bề mặt ngăn cách lý tưởng tuyệt đối không dẫn nhiệt và rất mỏng, vuông góc với bề mặt vật. Trong mỗi vùng thì các mặt đẳng nhiệt song song nhau và song song với bề mặt vật nhưng giữa các vùng với nhau thì các mặt đẳng nhiệt ấy lệch nhau.

Như vậy:

• Trong vùng 1 ta có: Q₁ = k₁F₁Δt
• Trong vùng 2 ta có: Q₂ = k₂F₂Δt
• Trong vùng n ta có: Q_k = k_nF_nΔt

Tổng nhiệt lượng truyền qua vật sẽ là:

Trong đó:

• k_1f – hệ số truyền nhiệt trung bình của vật tính theo phương pháp 1;
• F – diện tích bề mặt truyền nhiệt tổng cộng của vật.

Phương pháp 2: Ta chia vật (tường) thành vô vàn những lớp mỏng song song bề mặt vật bằng những màng rất mỏng dẫn nhiệt tuyệt đối. Nhiệt sẽ truyền qua từ lớp này sang lớp khác.

Tổng nhiệt trở của vật gồm nhiều lớp như sau:

Trong đó: R_i – nhiệt trở của từng lớp i gồm nhiều vùng khác nhau (mỗi vùng có hệ số λ_i và diện tích F₁ hay L₁ khác nhau;

Như vậy nhiệt trở của lớp 1 tại các vùng là:

Nhiệt trở của lớp thứ 2 tại các vùng là:

Chú ý: Các vật có độ dẫn nhiệt khác nhau nằm cùng một lớp thì có tác dụng như các phụ tải điện mắc song song và độ dẫn tổng cộng của chúng bằng tổng độ dẫn các thành phần:

Với:

• R₁ – nhiệt trở của lớp 1 vùng 1
• R₂ – nhiệt trở của lớp 1 vùng 2
• R’₂ – nhiệt trở của lớp 2 vùng 1
• R”₂ – nhiệt trở của lớp 2 vùng 2
• R’_n – nhiệt trở của lớp 1 vùng n
• R”_n – nhiệt trở của lớp 2 vùng n…

Do đó trong nội dung của phương pháp 2 này vẫn có ý bao hàm của phương pháp 1 (tức chia vùng theo độ dẫn)

Nhận xét:

• Phương pháp 1 cho kết quả bé vì giả thiết các màng ngăn cách tuyệt đối;
• Phương pháp 2 cho kết quả trội hơn vì giả thiết màng ngăn dẫn nhiệt tuyệt đối.