Xem mẫu
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
PHẦN 2: VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH
Chương 6: VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM
6.1 Ý nghĩa việc cách nhiệt, cách ẩm
6.2 Một số VL cách nhiệt, cách ẩm thông dụng
6.3 Tính toán bề dày lớp cách nhiệt
6.4 Tính toán kiểm tra đọng sương
p.1
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
6.1 Ý nghĩa việc cách nhiệt, cách ẩm
¾ Tầm quan trọng càng tăng khi nhiệt độ làm lạnh càng thấp
- Ví dụ: KHO TRỮ ĐÔNG
-18oC - NHIỆT
- ẨM
30oC
Khi to làm lạnh càng thấp:
- Tổn thất nhiệt càng lớn
- Ẩm càng dễ thâm nhập vào phòng
p.2
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
Giải thích:
¾ Quá trình TRUYỀN NHIỆT qua vách:
T1: nhiệt
ΔT T1 − T2
độ KK bên q= = (W / m 2 )
ngoài Rλ Rλ
Để giảm tổn thất nhiệt
T2: nhiệt Phải chọn VL có nhiệt
độ KK trở dẫn nhiệt Rλ lớn (hệ
trong số dẫn nhiệt λ nhỏ)
phòng lạnh
¾ Quá trình TRUYỀN ẨM qua vách:
Do nhiệt độ KK bên ngoài T1 > nhiệt độ KK bên trong T2
Phân áp suất hơi nước trong KK bên ngoài > phân áp suất hơi nước
trong KK bên trong phòng lạnh
Hơi nước (ẩm) luôn có xu hướng
Vách phải có lớp cách ẩm
thâm nhập qua vách vào bên trong
p.3
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
Một số kết cấu cách nhiệt, cách ẩm trong thực tế
VÁCH
và Cấu trúc và hình ảnh thực tế Panel lõi kim loại dạng tổ ong
TRẦN
Cấu trúc và hình ảnh thực tế Panel lõi bông khoáng
p.4
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
SÀN
1. Vữa tráng nền
2. Bê tông cốt thép
3. Hắc ín
4. Giấy dầu cách ẩm
5. Lớp cách nhiệt
6. Giấy dầu cách ẩm
7. Bê tông cốt thép
8. Lớp đất dầm
p.5
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
Cách nhiệt các ống dẫn, kết cấu tường ngăn
p.6
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
6.2 Một số VL cách nhiệt, cách ẩm thông dụng
6.2.1 Vật liệu cách nhiệt
- Thường có giá thành khá cao:
VD: đối với các kho đông lạnh từ -10oC đến –40oC
Æ chi phí cách nhiệt chiếm đến 25% - 40% tổng giá thành
Chi phí đầu tư ban đầu TĂNG
+ Nếu cách nhiệt dày
Chi phí vận hành GIẢM
Chi phí đầu tư ban đầu GIẢM
+ Nếu cách nhiệt mỏng
Chi phí vận hành TĂNG
Phải chọn ra BỀ DÀY CÁCH NHIỆT TỐI ƯU:
bề dày cách nhiệt dẫn đến tổng chi phí cho 1 đơn vị lạnh nhỏ nhất.
p.7
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Yêu cầu đối với VL cách nhiệt lạnh lý tưởng
- Có hệ số dẫn nhiệt λ nhỏ (Nhiệt trở Rλ lớn)
- Độ thấm hơi nước nhỏ
- Khối lượng riêng nhỏ
- Có độ bền cơ học đủ lớn, độ dẻo dai cao
- Không ăn mòn các vật liệu xây dựng tiếp xúc với nó
- Không cháy hoặc không dễ cháy
- Không bắt mùi và không có mùi lạ
- Không phát triển kí sinh trùng, nấm mốc, vi trùng
- Tuổi thọ bền lâu, không bị lão hóa, thối, mục, vv…
- Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ gia công, vận chuyển, lắp ráp, không cần chế độ
bảo dưỡng đặc biệt, vv…
Tùy theo từng trường hợp cụ thể để chọn loại VL cách nhiệt phù hợp
p.8
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Yêu cầu quan trọng nhất đối với VL cách nhiệt là:
Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.độ) phải nhỏ
Bảng giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu
Loại vật liệu λ (W/m.độ) ở 20oC
Kim loại 10 … 400
Các loại đá 2…6 VL cách
VL xây dựng 0,17 … 3 nhiệt là các
VL dạng
Nước 0,6
xốp ngậm
VL chất dẻo 0,15 … 0,5 các bọt
VL cách nhiệt 0,025 … 0,15 không khí
hoặc bọt
Không khí (ở p = 1 bar) 0,025
khí nào đó
p.9
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Hệ số dẫn nhiệt λ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
1) Khối lượng riêng: Khối lượng riêng càng nhỏ Æ độ rỗng,
xốp càng lớn Æ λ càng nhỏ
2) Cấu trúc của bọt xốp: Lỗ ngậm khí càng nhỏ, mịn Æ λ
càng nhỏ do dòng nhiệt do đối lưu
không khí trong các lỗ giảm
3) Nhiệt độ: Nhiệt độ giảm Æ λ giảm
4) Áp suất và chất khí ngậm trong bọt xốp:
Áp suất chất khí trong bọt xốp càng nhỏ Æ λ càng nhỏ
5) Độ ẩm và độ khuyếch tán hơi nước vào bọt xốp:
Khi VL bị nhiễm ẩm Æ λ tăng lên rõ rệt do nước có hệ số dẫn nhiệt lớn
p.10
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Một số VL cách nhiệt thông dụng:
A. Nhóm các VL xây dựng có thể dùng đồng thời để cách nhiệt:
Vật liệu xây dựng λ (W/m.độ)
- Các tấm/bản ximăng amiăng 0,09 … 0,35
- Các loại bêtông 0,15 … 1,55
- Các tấm/miếng thạch cao 0,37 … 0,41
- Vật liệu đất và vật liệu nhét đầy 0,07 … 1,16
- Vật liệu gạch 0,52 … 0,87
- Vật liệu trát, vữa 0,23 … 0,93
- Vật liệu cuộn: giấy cáctông, thảm bông khoáng, vv.. 0,06 … 0,23
- Vật liệu gỗ 0,06 … 0,35
- Vật liệu thủy tinh 0,06 … 0,76
p.11
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
B. Nhóm các VL cách nhiệt chuyên dùng :
- Các VL cách nhiệt gốc vô cơ: λ = 0,035 – 0,08 (W/m.độ)
+ Các loại bông khoáng: bông thủy tinh, bông đá, bông xỉ, vv…
+ Các sợi Amiăng, thủy tinh bọt, vv…
- Các VL cách nhiệt gốc hữu cơ nhân tạo : hiện nay được sử dụng rất nhiều
Các tấm bọt xốp cách nhiệt như:
Vật liệu cách nhiệt λ (W/m.độ)
Bọt xốp polystyrol 0,03 ... 0,04
Bọt xốp polyurethane 0,023 ... 0,03
Bọt xốp PVC 0,03 ... 0,04
Bọt xốp polyethylene 0,033
p.12
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Xu hướng hiện nay:
Sử dụng các tấm panel cách nhiệt để tiện lắp ghép
p.13
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
6.2.2 Vật liệu cách ẩm
Do nhiệt độ KK bên ngoài T1 > nhiệt độ KK bên trong T2
Phân áp suất hơi nước trong KK bên ngoài > phân áp suất hơi nước
trong KK bên trong phòng lạnh
Hơi nước (ẩm) luôn có xu hướng thâm nhập qua vách vào bên trong
Ngưng đọng trong kết cấu cách nhiệt Æ làm giảm hệ số dẫn nhiệt, gây nấm
mốc, hư hỏng kết cấu cách nhiệt
¾ Vật liệu cách ẩm sử dụng chủ yếu hiện nay là BITUM (hắc ín, nhựa
đường, vv…), ngoài ra còn sử dụng GIẤY NHÔM, GIẤY DẦU
¾ Nguyên tắc bố trí lớp cách ẩm:
- Lớp cách ẩm phải bố trí phía ngoài cùng về phía nhiệt độ nóng
- Không được bố trí bất kỳ lớp cách ẩm nào phía trong lớp cách nhiệt
- Lớp vữa trát trong cùng phía lạnh phải có độ xốp để dễ dàng cho ẩm
nếu đọng trong vách có thể dễ dàng thoát vào trong buồng lạnh.
p.14
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
6.3 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT
a) Tính toán cách nhiệt cho VÁCH PHẲNG
Xét vách phẳng 1 lớp, dày δ, HSDN λ
Môi chất nóng có tf1, α1 ; Môi chất lạnh có tf2, α2
Q Cần tìm:
- Phân bố nhiệt độ trong vách ?
- Q truyền qua vách ?
Bài toán kết hợp vừa đối lưu và dẫn nhiệt
Q = k (t f 1 − t f 2 ) F (W) hay q = k (t f 1 − t f 2 ) (W/m2)
p.15
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Tính hệ số truyền nhiệt k
Áp dụng định luật Ohm cho bài toán truyền nhiệt:
ΔU Δt
I= q= với : Rtđ = Rα 1 + Rλ + Rα 2
Rtđ Rtđ
δ 1
1
= + + (m2.độ/W)
Hệ số truyền nhiệt α1 λ α 2
Q = k (t f 1 − t f 2 ) F (W)
1
k= (W/m2.độ)
1 / α1 + δ / λ + 1 / α 2
t f 1 − t w1 t w1 − t w 2 t w 2 − tα 2
¾ Tính nhiệt độ bề mặt vách Do: q = = =
Rα 1 Rλ Rα 2
q ⎛1 δ⎞ 1
t w1 = t f 1 − và tw2 = t f 1 − q⎜⎜ + ⎟⎟ = t f 2 + q
α1 ⎝ α1 λ ⎠ α2
p.16
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp
tf1
α1
Q
tf2
α2
tf1 −tf 2 tf1 −tf 2
q= = (W/m2)
n
1 n
δi 1
Rα 1 + ∑ Rλi + Rα 2 +∑ +
i =1 α1 i =1 λi α2
p.17
- Ví dụ : Vaùch phaúng buoàng laïnh F = 120 m2 ; goàm 3 lôùp δ1 = δ3 = 5 mm; λ1
= λ3 = 0,5 W/mK, λ2 = 0,04 W/mK; t1 = - 18oC; t 4 = 28 oC; Q ≤ 8640 kJ/h
Tính δ2 , t2 , t3
Giaûi: MÑDN: Q 8640 ⋅ 10 3
q= = = 20 W/ m2
F 120 ⋅ 3600
t 4 − t 1 28 − (− 18)
Toång nhieät trôû R= = = 2,3 m 2K / W
q 20
0,005
Nhieät trôû lôùp thöù 2: R2 = R – (R1 + R3) = 2,3 − 2 ⋅ 0,5 = 2,28 m 2K / W
Beà daøy nhoû nhaát cuûa lôùp caùch nhieät: δ2 = R2λ2 = 2,28 x 0,04 = 0,0912 m = 91,2 mm
Nhieät ñoä caùc beà maët tieáp xuùc:
δ1 0,005
t 2 = t1 + q = −18 + 20 = −18 + 0,2 = −17,8 o C
λ1 0,5
δ3
t3 = t4 − q = 28 − 0,2 = 27,8 o C
λ3
Ghi chuù: coù theå giaûi baøy naøy theo trình töï:
Tính q, t2 vaø t3 λ2
Sau ñoù tính δ2 theo CT: δ 2 = (t3 − t 2 )
q
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
b) Tính toán cách nhiệt cho VÁCH TRỤ
Xét vách trụ có chiều dài L, đường kính d1/d2.
Môi chất nóng trong ống có tf1, HSTN α1
Môi chất lạnh bên ngoài có tf2, HSTN α2
Q
- Xác định Q truyền qua vách ?
- Phân bố nhiệt độ trong vách ?
Nhiệt lượng truyền cho 1m chiều dài ống là:
Δt tf1 −tf 2 tf1 −tf 2
qL = = = (W/m)
Rtđ Rα 1 + Rλ + Rα 2 1 ⎛ d2 ⎞
1 1
+ ln⎜⎜ ⎟⎟ +
α1πd1 2πλ ⎝ d1 ⎠ α 2πd 2
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 2/2010
ĐHBK tp HCM
¾ Tính nhiệt độ tw1 : Xét dòng nhiệt đi qua lớp nhiệt trở thứ nhất Rα1
t f 1 − t w1 t f 1 − t w1
qL = = (W/m) tw1
Rα 1 1
α1πd1
¾ Tính nhiệt độ tw2 : Xét dòng nhiệt đi qua lớp nhiệt trở thứ 3 Rα2
tw2 − t f 2 tw2 − t f 2
qL = = (W/m) tw2
Rα 2 1
α 2πd 2
Đối với bài toán VÁCH NHIỀU LỚP
Δt tf1 −tf 2 tf1 −tf 2
qL = = = (W/m)
Rtđ n
1 n
1⎛ d i +1 ⎞ 1
Rα 1 + ∑ Rλi + Rα 2 +∑ ln⎜⎜ ⎟⎟ +
i =1 α1πd1 i =1 2πλi ⎝ d i ⎠ α 2πd 2
nguon tai.lieu . vn
