Xem mẫu
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1
9
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC
CÔNG SUẤT NHỎ ĐỂ LÀM LẠNH
STUDYING AND APPLYING WATER ENERGY WITH SMALL CAPACITY TO COOLING
Võ Chí Chính1, Vũ Huy Khuê2
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; vcchinh@dut.udn.vn
2
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; vukhuebk@gmail.com
1
Tóm tắt - Bài báo trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh sử dụng
sức nước để sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm, các cơ sở
lý thuyết, tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị, kết quả lắp đặt hệ
thống thiết bị và phân tích hiệu quả kinh tế của dự án ứng dụng
năng lượng tái tạo để làm lạnh đã được triển khai ứng dụng thực
tế tại Khu Du lịch Sinh thái Lái Thiêu – Đà Nẵng. Từ các kết quả
nghiên cứu và đánh giá cho thấy việc ứng dụng sức nước tại các
khu du lịch sinh thái là cần thiết, có thể sử dụng vào nhiều mục
đích khác nhau và mang lại hiệu quả thiết thực cho chủ đầu tư.
Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để triển khai các dự án sử dụng
nguồn nước tự nhiên công suất nhỏ để làm lạnh.
Abstract - This article presents the schematic diagram of the cooling
system using water power to produce ice cubes and preserve food,
the theoretical basis, the design calculation and the equipment
selection, the results of the equipment system installation. The article
also analyses the economic efficiency of renewable energy
application projects for refrigeration that have been applied to Lai
Thieu eco-tourism park of Da Nang city. The research and evaluation
results show that the application of water energy to eco-tourism parks
is necessary and can be used for many purposes to bring benefits to
investors. The research results are the basis for implementing
projects using small capacity natural water for cooling.
Từ khóa - năng lượng nước; du lịch sinh thái; đá viên; bảo quản
thực phẩm; ứng dụng sức nước
Key words - water energy; eco-tourism; ice cubes; food
preservation; water energy application
1. Đặt vấn đề
Khai thác và ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo là
một trong những ưu tiên của Đảng và Nhà nước ta trong
thời gian qua. Đối với các khu du lịch sinh thái miền núi
luôn có sẵn các nguồn năng lượng nước công suất nhỏ có
thể khai thác phục vụ cho khu du lịch như cung cấp điện
sinh hoạt, sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm. Do công
suất của nguồn nhỏ nên việc khai thác hầu như không ảnh
hưởng môi trường.
Trong bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu các kết quả
nghiên cứu, thiết kế và triển khai lắp đặt hệ thống lạnh sản
xuất đá viên và bảo quản thực phẩm sử dụng sức nước.
Điểm đặc biệt ở đây là nguồn nước được sử dụng trực tiếp
để chạy máy lạnh mà không thông qua điện năng. Giải pháp
này một mặt làm giảm chi phí đầu tư máy phát điện và tránh
được tổn thất năng lượng ở máy phát điện. Mặt khác, trong
quá trình vận hành, khi lưu lượng nước thay đổi theo mùa,
hệ thống vẫn hoạt động bình thường không hề bị ảnh hưởng
như trường hợp sử dụng mô tơ điện, chỉ khác là thời gian
làm lạnh có thể thay đổi.
2. Khảo sát nhu cầu sử dụng đá viên và bảo quản thực
phẩm của các khu du lịch sinh thái tại miền Trung
Khu vực miền Trung và Tây Nguyên có rất nhiều khu
du lịch sinh thái. Qua khảo sát lượng du khách tham quan
các cơ sở hằng năm trên các website và ước tính nhu cầu
về sử dụng đá viên, thực phẩm theo số lượng khách du lịch
hằng năm, nhóm tác giả đã xác lập được các kết quả ước
tính như Bảng 1 dưới đây.
2
Nghệ An
1,0
500
3
Hà Tĩnh
0,6
300
600
4
Quảng Bình
3
1.500
3.000
5
Quảng Trị
0,2
100
200
6
Thừa Thiên –
Huế
2
1.000
2.000
7
Đà Nẵng
2,5
1.250
2.500
8
Quảng Nam
1,2
600
1.200
9
Quảng Ngãi
0,2
100
200
10
Bình Định
0,7
350
700
11
Phú Yên
0,2
100
200
12
Khánh Hòa
1,0
500
1.000
13
Ninh Thuận
0,4
200
400
14
Bình Thuận
0,9
450
900
15
Kon Tum
0,1
50
100
16
Gia Lai
0,3
150
300
17
Đắk Lắk
0,3
150
300
18
Đắc Nông
0,1
50
100
19
Lâm Đồng
2
1.000
2.000
7.501
15.003
TỔNG
3. Sơ đồ nguyên lý
Bảng 1. Ước tính nhu cầu sử dụng đá viên và thực phẩm tại các
khu du lịch sinh thái các tỉnh miền Trung – Tây Nguyên
TT
1
Tỉnh, thành
Thanh Hóa
Nhu cầu (tấn/năm)
Du khách
(triệu
người/năm)
Đá viên
TP
0,8
400
800
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
1.000
Võ Chí Chính, Vũ Huy Khuê
10
Hệ thống sử dụng 01 máy nén lạnh kiểu hở chạy cho 03
phụ tải gồm: máy đá viên 1.000 kg/ngày, kho lạnh bảo quản
đá kích thước 15 m3, nhiệt độ -15°C, kho lạnh bảo quản rau
quả 20 m3, nhiệt độ 5°C. Máy nén lạnh được dẫn động trực
tiếp bằng một tua bin gáo. Nguồn nước có độ cao chừng
100m và lưu lượng cực đại có thể khai thác chừng 100 kg/s.
4. Tính toán công suất hệ thống thiết bị
4.1. Các thông số đầu thiết kế
- Máy đá viên năng suất: 1.000 kg/ngày;
- Kích cỡ đá viên: 38x38 mm;
- Thời gian làm đá của mỗi mẻ: 45 phút;
- Khối lượng mỗi mẻ : 50 kg/mẻ;
- Kho bảo quản đá: -15°C, 15 m3;
- Kho bảo quản thực phẩm (rau quả): 5°C, 20 m3.
4.2. Xác định phụ tải nhiệt máy đá viên
- Dòng nhiệt tổn thất do truyền nhiệt tại cối đá:
Q11 = k1 .F1 .t1
N=
(1)
t1: Độ chênh nhiệt độ bên trong và ngoài cối đá, K.
- Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra:
=
Gd
G
q o = d (Cpn .t n + r + Cpd t d )
Gd
(4186.tn + 333600 + 2090. t d )
(2)
: Thời gian sản xuất một mẻ đá, giây.
tn, td: Nhiệt độ nước vào làm đá và nhiệt độ đá thành
phẩm, °C;
Cpn, Cpd: Nhiệt dung riêng của nước và đá, J/kg.K;
R: Nhiệt hóa rắn nước đá, J/kg.
Trong một ngày máy sẽ chạy 20 mẻ, nên khối lượng
một mẻ sẽ là G d = 1.000 / 20 = 50 kg/mẻ.
Trong cối đá viên vẫn còn một số dòng nhiệt tổn thất
như: tổn thất nhiệt trên đường ống gas, tổn thất nhiệt do mở
cửa v.v... Tuy nhiên các tổn thất nhiệt này nhỏ, khó tính
toán nên được đưa vào trong hệ số dự trữ.
4.3. Xác định phụ tải kho lạnh
- Dòng nhiệt tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu kho lạnh:
: Hệ số lạnh chu trình máy lạnh.
- Lưu lượng và cột áp yêu cầu của nguồn nước:
2
2
Gn: Lưu lượng nguồn nước, kg/s;
H: Độ cao nguồn nước, m;
(6)
: Tốc độ chuyển động, m/s;
G: Gia tốc trọng trường, m/s2.
Công thức trên đây chưa tính đến tổn thất năng lượng
trên đường ống nước, tổn thất ở các van, các chỗ rẽ, tổn
thất ở tua bin v.v... Do đó, khi lựa chọn cần tính đến hệ số
dự trữ.
5. Kết quả tính toán, lựa chọn máy và triển khai ứng
dụng
Trên cơ sở các tính toán và có tính đến công suất dự
phòng, nhóm tác giả đã chọn các thiết bị triển khai như
Bảng 2 và 3 dưới đây.
Bảng 2. Kết quả tính toán
Phụ tải máy đá viên
Phun tải
kho lạnh
Tổng phụ tải
yêu cầu
8 kW
4
12 kW
Bảng 3. Kết quả lựa chọn máy và thiết bị của hệ thống
t2: Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài kho, K.
Ở đây có hai kho có độ chênh nhiệt độ khác nhau nên
tính phụ tải riêng biệt, tuy nhiên công thức thì giống nhau.
- Dòng nhiệt do sản phẩm mang vào kho lạnh bảo quản:
G2
.Cp .(t 2 − t1 )
24x3.600
Ns: Công suất nén đoạn nhiệt, W;
Qo: Năng suất lạnh yêu cầu của máy để đáp ứng các phụ
tải máy đá viên và kho lạnh, W;
(3)
k2: Hệ số dẫn nhiệt qua vách kho, W/m2.K;
F2: Diện tích trao đổi nhiệt của kho, m2;
Q22 =
(5)
N = G n gh = G n .
Gd: Khối lượng đá trong một mẻ, kg/mẻ;
qo: Nhiệt lượng làm đông 1 kg đá, J/kg;
Q12 = k 2 .F2 .t 2
Qo
Ns
=
,W
i e td i e td .
i, e, tđ: Hiệu suất tính đến do nén lệch đoạn nhiệt,
ma sát và truyền động của máy nén;
k1: Hệ số dẫn nhiệt của cối đá, W/m .K;
F1: Diện tích trao đổi nhiệt cối đá, m2;
2
Q21 =
G2: Lượng sản phẩm nhập vào kho lạnh trong một ngày
đêm, kg/ngày đêm. Ở đây có hai kho và sản phẩm bảo quản
khác nhau;
Cp: Nhiệt dung riêng sản phẩm, J/kg.K;
t1, t2: Nhiệt độ sản phẩm bảo quản và nhiệt độ sản phẩm
khi đưa vào kho bảo quản, °C.
Tương tự như máy đá viên, ở các kho lạnh, ngoài hai
dòng nhiệt kể trên, trong kho lạnh còn có các dòng tổn thất
như thông gió kho lạnh, do mở cửa, do quạt dàn lạnh tỏa ra
v.v... Tuy nhiên, các dòng nhiệt này không lớn và khó tính
toán nên đưa vào hệ số dự trữ của máy.
4.4. Xác định công suất yêu cầu của nguồn nước
- Công suất yêu cầu của nguồn nước:
(4)
Công suất
tua bin
Công suất
máy lạnh
Lưu lượng nước yêu cầu
(H = 100m)
3 kW
13,5 kW (18 HP)
4 kg/s
Trên cơ sở các kết quả tính toán, nhóm tác giả đã thiết
kế, lắp đặt hệ thống lạnh sử dụng nguồn năng lượng nước
chạy trực tiếp tại Khu Du lịch Sinh thái Lái Thiêu – Đà
Nẵng như Hình 2 và 3 dưới đây.
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1
11
- Tua bin hoạt động tốt, ổn định và rất phù hợp cho việc
dẫn động máy nén lạnh, hiệu suất làm việc cao, nguồn nước
sau tua bin có thể tận dụng giải nhiệt dàn ngưng và đưa vào
hồ nuôi cá;
- Hệ thống lạnh máy đá viên hoạt động hiệu quả, chất
lượng đá đạt chất lượng tốt;
- Hệ thống lạnh hoạt động tốt, ổn định do nguồn nước
đảm bảo, thời gian làm đá đạt yêu cầu là 45 phút;
- Các kho lạnh hoạt động tốt, nhiệt độ đạt yêu cầu.
Hình 2. Hệ thống máy lạnh
Hình 3. Thi công lắp đặt hệ thống
Bảng 4 là kết quả chạy thử 05 mẻ vận hành máy đá viên
mà nhóm tác giả đã thực hiện tại hiện trường. Từ các kết
quả này cho thấy hệ thống vận hành tốt, ổn định, đáp ứng
thời gian và năng suất yêu cầu của toàn hệ thống.
Bảng 4. Kết quả chạy thử
Thông số
Mẻ 1 Mẻ 2 Mẻ 3 Mẻ 4 Mẻ 5
Thời gian
45
45
45
45
45
Khối lượng đá, kg
55
54
55
52
53
Nhiệt độ đá, °C
-5
-4
-5
-5
-4
Qua kết quả lắp đặt và vận hành hệ thống tại thực tế
công trình, nhóm tác giả nhận thấy:
- Nguồn nước của khu du lịch ổn định, đáp ứng đầy đủ
phụ tải của hệ thống lạnh máy đá viên 1.000 kg/ngày và hai
kho lạnh bảo quản đá và thực phẩm ngay cả vào mùa hè;
6. Nhận xét và kết luận
Việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn năng lượng
nước công suất nhỏ để chạy các máy lạnh sản xuất đá viên
có nhiều thuận lợi, mang lại hiệu quả kinh tế cao và có
nhiều ưu điểm như:
- Không ảnh hưởng đến môi trường vì không cần xây
đập, ngăn sông mà chỉ tận dụng các nguồn nước công suất
nhỏ.
- Khi sử dụng nguồn nước chạy trực tiếp không qua
phát điện có ưu điểm là không cần trang bị thêm máy
phát điện, tránh tổn thất năng lượng do phát điện và khi
lượng nước thay đổi cũng không ảnh hưởng nhiều đến
hệ thống.
- Qua phân tích tính kinh tế của hệ thống, nhóm tác giả
đã xác định được thời gian hoàn vốn hệ thống là khoảng 3
năm. Sở dĩ như vậy là do năng lượng vận hành hệ thống
chủ yếu được tận dụng từ nguồn nước tự nhiên, nên không
tính vào chi phí vận hành.
- Việc sản xuất đá viên không những tạo ra giá trị cho
các cơ sở du lịch mà còn tăng tính chủ động trong kinh
doanh, tạo điểm nhấn cho du khách tham quan học hỏi.
- Đây là mô hình tốt mà các khu du lịch sinh thái miền
núi có các nguồn nước tự nhiên chảy quanh năm nên tham
khảo áp dụng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất
bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[2] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính. Hệ thống máy và Thiết bị lạnh, Nhà
xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[3] Nguyễn Đức Lợi. Hướng dẫn tính toán thiết kế hệ thống lạnh, Nhà
xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2001.
(BBT nhận bài: 06/4/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 15/4/2018)
nguon tai.lieu . vn
9
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC
CÔNG SUẤT NHỎ ĐỂ LÀM LẠNH
STUDYING AND APPLYING WATER ENERGY WITH SMALL CAPACITY TO COOLING
Võ Chí Chính1, Vũ Huy Khuê2
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; vcchinh@dut.udn.vn
2
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; vukhuebk@gmail.com
1
Tóm tắt - Bài báo trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh sử dụng
sức nước để sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm, các cơ sở
lý thuyết, tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị, kết quả lắp đặt hệ
thống thiết bị và phân tích hiệu quả kinh tế của dự án ứng dụng
năng lượng tái tạo để làm lạnh đã được triển khai ứng dụng thực
tế tại Khu Du lịch Sinh thái Lái Thiêu – Đà Nẵng. Từ các kết quả
nghiên cứu và đánh giá cho thấy việc ứng dụng sức nước tại các
khu du lịch sinh thái là cần thiết, có thể sử dụng vào nhiều mục
đích khác nhau và mang lại hiệu quả thiết thực cho chủ đầu tư.
Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để triển khai các dự án sử dụng
nguồn nước tự nhiên công suất nhỏ để làm lạnh.
Abstract - This article presents the schematic diagram of the cooling
system using water power to produce ice cubes and preserve food,
the theoretical basis, the design calculation and the equipment
selection, the results of the equipment system installation. The article
also analyses the economic efficiency of renewable energy
application projects for refrigeration that have been applied to Lai
Thieu eco-tourism park of Da Nang city. The research and evaluation
results show that the application of water energy to eco-tourism parks
is necessary and can be used for many purposes to bring benefits to
investors. The research results are the basis for implementing
projects using small capacity natural water for cooling.
Từ khóa - năng lượng nước; du lịch sinh thái; đá viên; bảo quản
thực phẩm; ứng dụng sức nước
Key words - water energy; eco-tourism; ice cubes; food
preservation; water energy application
1. Đặt vấn đề
Khai thác và ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo là
một trong những ưu tiên của Đảng và Nhà nước ta trong
thời gian qua. Đối với các khu du lịch sinh thái miền núi
luôn có sẵn các nguồn năng lượng nước công suất nhỏ có
thể khai thác phục vụ cho khu du lịch như cung cấp điện
sinh hoạt, sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm. Do công
suất của nguồn nhỏ nên việc khai thác hầu như không ảnh
hưởng môi trường.
Trong bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu các kết quả
nghiên cứu, thiết kế và triển khai lắp đặt hệ thống lạnh sản
xuất đá viên và bảo quản thực phẩm sử dụng sức nước.
Điểm đặc biệt ở đây là nguồn nước được sử dụng trực tiếp
để chạy máy lạnh mà không thông qua điện năng. Giải pháp
này một mặt làm giảm chi phí đầu tư máy phát điện và tránh
được tổn thất năng lượng ở máy phát điện. Mặt khác, trong
quá trình vận hành, khi lưu lượng nước thay đổi theo mùa,
hệ thống vẫn hoạt động bình thường không hề bị ảnh hưởng
như trường hợp sử dụng mô tơ điện, chỉ khác là thời gian
làm lạnh có thể thay đổi.
2. Khảo sát nhu cầu sử dụng đá viên và bảo quản thực
phẩm của các khu du lịch sinh thái tại miền Trung
Khu vực miền Trung và Tây Nguyên có rất nhiều khu
du lịch sinh thái. Qua khảo sát lượng du khách tham quan
các cơ sở hằng năm trên các website và ước tính nhu cầu
về sử dụng đá viên, thực phẩm theo số lượng khách du lịch
hằng năm, nhóm tác giả đã xác lập được các kết quả ước
tính như Bảng 1 dưới đây.
2
Nghệ An
1,0
500
3
Hà Tĩnh
0,6
300
600
4
Quảng Bình
3
1.500
3.000
5
Quảng Trị
0,2
100
200
6
Thừa Thiên –
Huế
2
1.000
2.000
7
Đà Nẵng
2,5
1.250
2.500
8
Quảng Nam
1,2
600
1.200
9
Quảng Ngãi
0,2
100
200
10
Bình Định
0,7
350
700
11
Phú Yên
0,2
100
200
12
Khánh Hòa
1,0
500
1.000
13
Ninh Thuận
0,4
200
400
14
Bình Thuận
0,9
450
900
15
Kon Tum
0,1
50
100
16
Gia Lai
0,3
150
300
17
Đắk Lắk
0,3
150
300
18
Đắc Nông
0,1
50
100
19
Lâm Đồng
2
1.000
2.000
7.501
15.003
TỔNG
3. Sơ đồ nguyên lý
Bảng 1. Ước tính nhu cầu sử dụng đá viên và thực phẩm tại các
khu du lịch sinh thái các tỉnh miền Trung – Tây Nguyên
TT
1
Tỉnh, thành
Thanh Hóa
Nhu cầu (tấn/năm)
Du khách
(triệu
người/năm)
Đá viên
TP
0,8
400
800
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
1.000
Võ Chí Chính, Vũ Huy Khuê
10
Hệ thống sử dụng 01 máy nén lạnh kiểu hở chạy cho 03
phụ tải gồm: máy đá viên 1.000 kg/ngày, kho lạnh bảo quản
đá kích thước 15 m3, nhiệt độ -15°C, kho lạnh bảo quản rau
quả 20 m3, nhiệt độ 5°C. Máy nén lạnh được dẫn động trực
tiếp bằng một tua bin gáo. Nguồn nước có độ cao chừng
100m và lưu lượng cực đại có thể khai thác chừng 100 kg/s.
4. Tính toán công suất hệ thống thiết bị
4.1. Các thông số đầu thiết kế
- Máy đá viên năng suất: 1.000 kg/ngày;
- Kích cỡ đá viên: 38x38 mm;
- Thời gian làm đá của mỗi mẻ: 45 phút;
- Khối lượng mỗi mẻ : 50 kg/mẻ;
- Kho bảo quản đá: -15°C, 15 m3;
- Kho bảo quản thực phẩm (rau quả): 5°C, 20 m3.
4.2. Xác định phụ tải nhiệt máy đá viên
- Dòng nhiệt tổn thất do truyền nhiệt tại cối đá:
Q11 = k1 .F1 .t1
N=
(1)
t1: Độ chênh nhiệt độ bên trong và ngoài cối đá, K.
- Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra:
=
Gd
G
q o = d (Cpn .t n + r + Cpd t d )
Gd
(4186.tn + 333600 + 2090. t d )
(2)
: Thời gian sản xuất một mẻ đá, giây.
tn, td: Nhiệt độ nước vào làm đá và nhiệt độ đá thành
phẩm, °C;
Cpn, Cpd: Nhiệt dung riêng của nước và đá, J/kg.K;
R: Nhiệt hóa rắn nước đá, J/kg.
Trong một ngày máy sẽ chạy 20 mẻ, nên khối lượng
một mẻ sẽ là G d = 1.000 / 20 = 50 kg/mẻ.
Trong cối đá viên vẫn còn một số dòng nhiệt tổn thất
như: tổn thất nhiệt trên đường ống gas, tổn thất nhiệt do mở
cửa v.v... Tuy nhiên các tổn thất nhiệt này nhỏ, khó tính
toán nên được đưa vào trong hệ số dự trữ.
4.3. Xác định phụ tải kho lạnh
- Dòng nhiệt tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu kho lạnh:
: Hệ số lạnh chu trình máy lạnh.
- Lưu lượng và cột áp yêu cầu của nguồn nước:
2
2
Gn: Lưu lượng nguồn nước, kg/s;
H: Độ cao nguồn nước, m;
(6)
: Tốc độ chuyển động, m/s;
G: Gia tốc trọng trường, m/s2.
Công thức trên đây chưa tính đến tổn thất năng lượng
trên đường ống nước, tổn thất ở các van, các chỗ rẽ, tổn
thất ở tua bin v.v... Do đó, khi lựa chọn cần tính đến hệ số
dự trữ.
5. Kết quả tính toán, lựa chọn máy và triển khai ứng
dụng
Trên cơ sở các tính toán và có tính đến công suất dự
phòng, nhóm tác giả đã chọn các thiết bị triển khai như
Bảng 2 và 3 dưới đây.
Bảng 2. Kết quả tính toán
Phụ tải máy đá viên
Phun tải
kho lạnh
Tổng phụ tải
yêu cầu
8 kW
4
12 kW
Bảng 3. Kết quả lựa chọn máy và thiết bị của hệ thống
t2: Độ chênh nhiệt độ bên trong và bên ngoài kho, K.
Ở đây có hai kho có độ chênh nhiệt độ khác nhau nên
tính phụ tải riêng biệt, tuy nhiên công thức thì giống nhau.
- Dòng nhiệt do sản phẩm mang vào kho lạnh bảo quản:
G2
.Cp .(t 2 − t1 )
24x3.600
Ns: Công suất nén đoạn nhiệt, W;
Qo: Năng suất lạnh yêu cầu của máy để đáp ứng các phụ
tải máy đá viên và kho lạnh, W;
(3)
k2: Hệ số dẫn nhiệt qua vách kho, W/m2.K;
F2: Diện tích trao đổi nhiệt của kho, m2;
Q22 =
(5)
N = G n gh = G n .
Gd: Khối lượng đá trong một mẻ, kg/mẻ;
qo: Nhiệt lượng làm đông 1 kg đá, J/kg;
Q12 = k 2 .F2 .t 2
Qo
Ns
=
,W
i e td i e td .
i, e, tđ: Hiệu suất tính đến do nén lệch đoạn nhiệt,
ma sát và truyền động của máy nén;
k1: Hệ số dẫn nhiệt của cối đá, W/m .K;
F1: Diện tích trao đổi nhiệt cối đá, m2;
2
Q21 =
G2: Lượng sản phẩm nhập vào kho lạnh trong một ngày
đêm, kg/ngày đêm. Ở đây có hai kho và sản phẩm bảo quản
khác nhau;
Cp: Nhiệt dung riêng sản phẩm, J/kg.K;
t1, t2: Nhiệt độ sản phẩm bảo quản và nhiệt độ sản phẩm
khi đưa vào kho bảo quản, °C.
Tương tự như máy đá viên, ở các kho lạnh, ngoài hai
dòng nhiệt kể trên, trong kho lạnh còn có các dòng tổn thất
như thông gió kho lạnh, do mở cửa, do quạt dàn lạnh tỏa ra
v.v... Tuy nhiên, các dòng nhiệt này không lớn và khó tính
toán nên đưa vào hệ số dự trữ của máy.
4.4. Xác định công suất yêu cầu của nguồn nước
- Công suất yêu cầu của nguồn nước:
(4)
Công suất
tua bin
Công suất
máy lạnh
Lưu lượng nước yêu cầu
(H = 100m)
3 kW
13,5 kW (18 HP)
4 kg/s
Trên cơ sở các kết quả tính toán, nhóm tác giả đã thiết
kế, lắp đặt hệ thống lạnh sử dụng nguồn năng lượng nước
chạy trực tiếp tại Khu Du lịch Sinh thái Lái Thiêu – Đà
Nẵng như Hình 2 và 3 dưới đây.
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1
11
- Tua bin hoạt động tốt, ổn định và rất phù hợp cho việc
dẫn động máy nén lạnh, hiệu suất làm việc cao, nguồn nước
sau tua bin có thể tận dụng giải nhiệt dàn ngưng và đưa vào
hồ nuôi cá;
- Hệ thống lạnh máy đá viên hoạt động hiệu quả, chất
lượng đá đạt chất lượng tốt;
- Hệ thống lạnh hoạt động tốt, ổn định do nguồn nước
đảm bảo, thời gian làm đá đạt yêu cầu là 45 phút;
- Các kho lạnh hoạt động tốt, nhiệt độ đạt yêu cầu.
Hình 2. Hệ thống máy lạnh
Hình 3. Thi công lắp đặt hệ thống
Bảng 4 là kết quả chạy thử 05 mẻ vận hành máy đá viên
mà nhóm tác giả đã thực hiện tại hiện trường. Từ các kết
quả này cho thấy hệ thống vận hành tốt, ổn định, đáp ứng
thời gian và năng suất yêu cầu của toàn hệ thống.
Bảng 4. Kết quả chạy thử
Thông số
Mẻ 1 Mẻ 2 Mẻ 3 Mẻ 4 Mẻ 5
Thời gian
45
45
45
45
45
Khối lượng đá, kg
55
54
55
52
53
Nhiệt độ đá, °C
-5
-4
-5
-5
-4
Qua kết quả lắp đặt và vận hành hệ thống tại thực tế
công trình, nhóm tác giả nhận thấy:
- Nguồn nước của khu du lịch ổn định, đáp ứng đầy đủ
phụ tải của hệ thống lạnh máy đá viên 1.000 kg/ngày và hai
kho lạnh bảo quản đá và thực phẩm ngay cả vào mùa hè;
6. Nhận xét và kết luận
Việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn năng lượng
nước công suất nhỏ để chạy các máy lạnh sản xuất đá viên
có nhiều thuận lợi, mang lại hiệu quả kinh tế cao và có
nhiều ưu điểm như:
- Không ảnh hưởng đến môi trường vì không cần xây
đập, ngăn sông mà chỉ tận dụng các nguồn nước công suất
nhỏ.
- Khi sử dụng nguồn nước chạy trực tiếp không qua
phát điện có ưu điểm là không cần trang bị thêm máy
phát điện, tránh tổn thất năng lượng do phát điện và khi
lượng nước thay đổi cũng không ảnh hưởng nhiều đến
hệ thống.
- Qua phân tích tính kinh tế của hệ thống, nhóm tác giả
đã xác định được thời gian hoàn vốn hệ thống là khoảng 3
năm. Sở dĩ như vậy là do năng lượng vận hành hệ thống
chủ yếu được tận dụng từ nguồn nước tự nhiên, nên không
tính vào chi phí vận hành.
- Việc sản xuất đá viên không những tạo ra giá trị cho
các cơ sở du lịch mà còn tăng tính chủ động trong kinh
doanh, tạo điểm nhấn cho du khách tham quan học hỏi.
- Đây là mô hình tốt mà các khu du lịch sinh thái miền
núi có các nguồn nước tự nhiên chảy quanh năm nên tham
khảo áp dụng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất
bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[2] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính. Hệ thống máy và Thiết bị lạnh, Nhà
xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[3] Nguyễn Đức Lợi. Hướng dẫn tính toán thiết kế hệ thống lạnh, Nhà
xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2001.
(BBT nhận bài: 06/4/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 15/4/2018)