phẦn 2: vẬt liỆu kỸ thuẬt lẠnh lieu nhiet lanh/vat lieu nhiet lanh_c6... · + các...
TRANSCRIPT
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.1p.1
Chương 6: VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM
6.2 Một số VL cách nhiệt, cách ẩm thông dụng
6.3 Tính toán bề dày lớp cách nhiệt
6.1 Ý nghĩa việc cách nhiệt, cách ẩm
PHẦN 2: VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH
6.4 Tính toán kiểm tra đọng sương
- Ví dụ: KHO TRỮ ĐÔNG
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.2p.2
6.1 Ý nghĩa việc cách nhiệt, cách ẩm
Tầm quan trọng càng tăng khi nhiệt độ làm lạnh càng thấp
-18oC
30oC
- NHIỆT
- ẨM
Khi to làm lạnh càng thấp:
- Tổn thất nhiệt càng lớn
- Ẩm càng dễ thâm nhập vào phòng
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.3p.3
Giải thích:
T1: nhiệt độ KK bên ngoài
T2: nhiệt độ KK trong phòng lạnh
)/( 221 mWR
TTRTq
λλ
−=
Δ=
Quá trình TRUYỀN NHIỆT qua vách:
Để giảm tổn thất nhiệt
Phải chọn VL có nhiệt trở dẫn nhiệt Rλ lớn (hệ số dẫn nhiệt λ nhỏ)
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 thâm nhập qua vách vào bên trong
Vách phải có lớp cách ẩm
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.4p.4
Một số kết cấu cách nhiệt, cách ẩm trong thực tế
Cấu trúc và hình ảnh thực tế Panel lõi kim loại dạng tổ ong
Cấu trúc và hình ảnh thực tế Panel lõi bông khoáng
VÁCHvà
TRẦN
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.5p.5
SÀN
1. Vữa tráng nền 2. Bê tông cốt thép 3. Hắc ín4. Giấy dầu cách ẩm5. Lớp cách nhiệt6. Giấy dầu cách ẩm7. Bê tông cốt thép8. Lớp đất dầm
Cách nhiệt các ống dẫn, kết cấu tường ngăn
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.6p.6
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.7p.7
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
chi phí cách nhiệt chiếm đến 25% - 40% tổng giá thành
+ Nếu cách nhiệt dày
+ Nếu cách nhiệt mỏng
Chi phí đầu tư ban đầu TĂNGChi phí vận hành GIẢM
Chi phí đầu tư ban đầu GIẢMChi 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.
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.8p.8
Yêu cầu đối với VL cách nhiệt lạnh lý tưởng
- 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…
- Có hệ số dẫn nhiệt λ nhỏ (Nhiệt trở Rλ lớn)
Tùy theo từng trường hợp cụ thể để chọn loại VL cách nhiệt phù hợp
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.9p.9
Yêu cầu quan trọng nhất đối với VL cách nhiệt là:
Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.độ) phải nhỏ
Loại vật liệu λ (W/m.độ) ở 20oCKim loạiCác loại đá
VL xây dựng
VL chất dẻoVL cách nhiệt Không khí (ở p = 1 bar)
Nước
10 … 4002 … 6
0,17 … 30,6
0,15 … 0,50,025 … 0,150,025
Bảng giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu
VL cách nhiệt là các VL dạng xốp ngậm các bọt không khí hoặc bọt khí nào đó
Hệ số dẫn nhiệt λ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:1) Khối lượng riêng: Khối lượng riêng càng nhỏ độ rỗng,
xốp càng lớn λ càng nhỏ
2) Cấu trúc của bọt xốp: Lỗ ngậm khí càng nhỏ, mịn λcàng nhỏ do dòng nhiệt do đối lưukhông khí trong các lỗ giảm
3) Nhiệt độ: Nhiệt độ giảm λ giảm
4) Áp suất và chất khí ngậm trong bọt xốp:Áp suất chất khí trong bọt xốp càng nhỏ λ càng nhỏ
5) Độ ẩm và độ khuyếch tán hơi nước vào bọt xốp:Khi VL bị nhiễm ẩm λ tăng lên rõ rệt do nước có hệ số dẫn nhiệt lớn
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.10p.10
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.11p.11
Một số VL cách nhiệt thông dụng:A. Nhóm các VL xây dựng có thể dùng đồng thời để cách nhiệt:
- Các tấm/bản ximăng amiăng
- Các loại bêtông
- Các tấm/miếng thạch cao
- Vật liệu đất và vật liệu nhét đầy
- Vật liệu gạch
- Vật liệu trát, vữa
- Vật liệu cuộn: giấy cáctông, thảm bông khoáng, vv..- Vật liệu gỗ
- Vật liệu thủy tinh
Vật liệu xây dựng λ (W/m.độ)
0,09 … 0,35
0,15 … 1,55
0,37 … 0,41
0,07 … 1,16
0,52 … 0,87
0,23 … 0,93
0,06 … 0,230,06 … 0,35
0,06 … 0,76
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.12p.12
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 nhiềuCác tấm bọt xốp cách nhiệt như:
Bọt xốp polystyrol
Bọt xốp polyurethaneBọt xốp PVCBọt xốp polyethylene
λ (W/m.độ)Vật liệu cách nhiệt
0,03 ... 0,040,023 ... 0,03
0,03 ... 0,040,033
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.13p.13
Xu hướng hiện nay:
Sử dụng các tấm panel cách nhiệt để tiện lắp ghép
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.14p.14
6.2.2 Vật liệu cách ẩmDo 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 làm giảm hệ số dẫn nhiệt, gây nấm mốc, hư hỏng kết cấu cách nhiệt
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
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.
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.15p.15
6.3 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆTa) Tính toán cách nhiệt cho VÁCH PHẲNG
Cần tìm:
- Phân bố nhiệt độ trong vách ?
- Q truyền qua vách ?
Q
Xét vách phẳng 1 lớp, dày δ, HSDN λ
Môi chất nóng có tf1, α1 ; Môi chất lạnh có tf2, α2
Bài toán kết hợp vừa đối lưu và dẫn nhiệt
( )FttkQ ff 21 −= (W) ( )21 ff ttkq −= (W/m2)hay
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.16p.16
Tính hệ số truyền nhiệt k
với : 21 αλα RRRRtđ ++=
21
11αλ
δα
++= (m2.độ/W)
Áp dụng định luật Ohm cho bài toán truyền nhiệt:
tđRUI Δ
=tđRtq Δ
=
Hệ số truyền nhiệt
21 /1//11
αλδα ++=k (W/m2.độ) ( )FttkQ ff 21 −= (W)
22
112
11αλ
δα
qtqtt ffw +=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+−=và
Tính nhiệt độ bề mặt vách Do:2
2221
1
11
α
α
λα Rtt
Rtt
Rtt
q wwwwf −=
−=
−=
111 α
qtt fw −=
tf1α1
tf2α2
Q
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.17p.17
Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp
∑∑==
++
−=
++
−= n
i i
i
ffn
ii
ff tt
RRR
ttq
1 21
21
21
1
21
11αλ
δααλα
(W/m2)
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/hTính δ2 , t2 , t3
MÑDN: 23
203600120
108640 m/WFQq =
⋅⋅
==
Toång nhieät trôû ( ) W/Km,q
ttR 214 32
201828
=−−
=−
=
Nhieät trôû lôùp thöù 2: R2 = R – (R1 + R3) = W/Km,,
,, 228250
0050232 =⋅−
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:
Giaûi:
C,,,
,qtt o817201850
005020181
112 −=+−=+−=
λδ
+=
C,,qtt o82720283
343 =−=
λδ
−=
Ghi chuù: coù theå giaûi baøy naøy theo trình töï:Tính q, t2 vaø t3
Sau ñoù tính δ2 theo CT: )( 232
2 ttq
−=λδ
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
b) Tính toán cách nhiệt cho VÁCH TRỤ
- Xác định Q truyền qua vách ?- Phân bố nhiệt độ trong vách ?
Q
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
Nhiệt lượng truyền cho 1m chiều dài ống là:
221
2
11
21
21
21
1ln2
11dd
dd
ttRRR
ttR
tq ffff
tđL
παπλπααλα +⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−=
++
−=
Δ= (W/m)
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
Tính nhiệt độ tw1 : Xét dòng nhiệt đi qua lớp nhiệt trở thứ nhất Rα1
tw1
11
11
1
11
1d
ttR
ttq wfwf
L
παα
−=
−= (W/m)
Tính nhiệt độ tw2 : Xét dòng nhiệt đi qua lớp nhiệt trở thứ 3 Rα2
tw2
22
22
2
22
1d
ttR
ttq fwfw
L
παα
−=
−= (W/m)
Đối với bài toán VÁCH NHIỀU LỚP
221
1
11
21
21
1
21
1ln2
11dd
dd
tt
RRR
ttR
tqn
i i
i
i
ffn
ii
ff
tđL
παπλπααλα +⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−=
++
−=
Δ=
∑∑=
+
=
(W/m)
6.4 Tính toán kiểm tra đọng sương
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.21p.21
Nhiệt độ đọng sương của không khíT
x = 1
x = 0
Tđs
ATA
p = const
s
B
KK ẩm ở trạng thái chưa bão hòa A
làm lạnh
(d = const)
KK ẩm ở trạng thái bão hòa B
Xảy ra hiện tượng đọng sương
Tìm nhiệt độ đọng sương bằng Đồ thị t-d của KK ẩm
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.22p.22
I = const
Nhiệt độ t (oC)
Độ
chứa
hơi
d (g
/kg a
)
Entanp
i I (kJ
/kga)
ϕ = 100 %
ϕ = 60 %
tk = 25oCtđs
d = const
A
B
Tính toán kiểm tra đọng sương
Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM
2/2010
p.23p.23
Q
Xét vách phẳng 1 lớp, dày δ, HSDN λ
Môi chất nóng có tf1, α1 ; Môi chất lạnh có tf2, α2
Tính được q (W/m2)
Tính được tw1
Trong trường hợp môi chất nóng là KHÔNG KHÍ đã biết 2 thông số trạng thái (Vd nhiệt độ tf1 và độ ẩm tương đối ϕ1, vv…)
Dùng đồ thị để tìm nhiệt độ đọng sương tđs (oC)
Nếu tw1 > tđs : vách khô ráo, không bị đọng sương