Tính tải lạnh là bước xác định tổng lượng nhiệt mà hệ thống lạnh phải lấy ra khỏi kho để duy trì nhiệt độ và làm lạnh sản phẩm trong thời gian yêu cầu. Kết quả tính tải là cơ sở để lựa chọn máy nén, dàn lạnh, dàn ngưng, van tiết lưu, đường ống và công suất điện phù hợp.
Tải lạnh kho lạnh không được tính chỉ theo diện tích hoặc thể tích phòng. Hai kho cùng có dung tích 100 m³ nhưng một kho bảo quản hàng đã làm lạnh, ít mở cửa sẽ cần công suất khác hoàn toàn với kho nhận hàng nóng mỗi ngày, cửa mở liên tục và có nhiều nhân viên làm việc bên trong.
Theo hướng dẫn lựa chọn hệ thống kho lạnh của Danfoss, công suất cụm máy phải được chọn theo tải lạnh thực tế, bao gồm tải truyền qua vỏ kho, sản phẩm, mở cửa, người, đèn, quạt, xả đá và các thiết bị phát nhiệt khác.
1. Công thức tổng quát tính tải lạnh kho lạnh
Tổng tải lạnh thiết kế được xác định bằng tổng các nguồn nhiệt:
Q tổng = Q vỏ kho + Q xâm nhập + Q sản phẩm + Q bao bì + Q hô hấp + Q người + Q đèn + Q quạt + Q xả đá + Q thiết bị khác
Trong đó:
- Q vỏ kho: nhiệt truyền qua tường, trần, nền và cửa.
- Q xâm nhập: nhiệt do không khí nóng, ẩm đi vào khi mở cửa hoặc qua khe hở.
- Q sản phẩm: nhiệt phải lấy ra để hạ nhiệt hoặc cấp đông sản phẩm.
- Q bao bì: nhiệt từ khay, thùng, pallet và xe đẩy đi vào kho.
- Q hô hấp: nhiệt do rau củ và trái cây còn sống tạo ra.
- Q người: nhiệt do nhân viên làm việc trong kho.
- Q đèn: nhiệt từ hệ thống chiếu sáng.
- Q quạt: nhiệt từ quạt dàn lạnh và động cơ bên trong kho.
- Q xả đá: nhiệt từ điện trở, nước hoặc gas nóng khi xả đá.
- Q thiết bị khác: xe nâng, motor, cửa sưởi, van cân bằng áp, dây sưởi và máy móc đặt trong kho.
Sau khi tính tổng, có thể áp dụng hệ số dự phòng hợp lý và quy đổi theo số giờ hệ thống được phép chạy trong ngày.
2. Phân biệt tải lạnh và công suất máy lạnh
Tải lạnh và công suất danh định của thiết bị không hoàn toàn giống nhau.
Tải lạnh
Là lượng nhiệt cần lấy ra khỏi kho, thường được biểu diễn bằng:
- kW lạnh.
- kcal/h.
- BTU/h.
- RT, tức tấn lạnh.
Công suất thiết bị
Là năng suất lạnh thực tế của cụm máy nén và dàn lạnh tại điều kiện vận hành cụ thể:
- Nhiệt độ bay hơi.
- Nhiệt độ ngưng tụ.
- Nhiệt độ môi trường.
- Môi chất lạnh.
- Độ quá nhiệt và quá lạnh.
- Tổn thất trên đường ống.
- Chế độ tải một phần.
Không nên lấy công suất ghi trên máy nén theo HP để thay cho tải lạnh. Một máy nén 5 HP có thể tạo ra các mức công suất lạnh khác nhau khi chạy ở kho mát, kho đông hoặc hầm cấp đông.
Quy đổi đơn vị
3. Dữ liệu cần thu thập trước khi tính tải lạnh
Một bảng tính tải lạnh đáng tin cậy cần có đầy đủ thông tin đầu vào.
Kích thước và kết cấu kho
- Chiều dài, chiều rộng và chiều cao lọt lòng.
- Diện tích từng tường, trần và nền.
- Chiều dày panel.
- Loại vật liệu cách nhiệt.
- Hệ số truyền nhiệt U của panel.
- Kết cấu nền và lớp chống ẩm.
- Kích thước, số lượng cửa.
- Vị trí kho trong nhà hay ngoài trời.
- Hướng tường chịu nắng.
- Khu vực tiếp giáp với phòng thường, kho mát hay ngoài trời.
Điều kiện nhiệt độ
- Nhiệt độ yêu cầu trong kho.
- Độ ẩm yêu cầu.
- Nhiệt độ môi trường thiết kế.
- Độ ẩm không khí bên ngoài.
- Nhiệt độ nền đất hoặc phòng phía dưới.
- Nhiệt độ khu vực đệm trước cửa.
Dữ liệu sản phẩm
- Tên sản phẩm.
- Khối lượng nhập mỗi ngày.
- Khối lượng lớn nhất trong một lần nhập.
- Nhiệt độ đầu vào.
- Nhiệt độ cần đạt.
- Thời gian cho phép hạ nhiệt.
- Điểm đóng băng.
- Nhiệt dung riêng trên và dưới điểm đóng băng.
- Ẩn nhiệt đông đặc.
- Tỷ lệ nước trong sản phẩm.
- Nhiệt hô hấp đối với nông sản.
- Khối lượng bao bì, khay, pallet và xe đẩy.
Dữ liệu vận hành
- Số lần mở cửa mỗi ngày.
- Thời gian mở cửa mỗi lần.
- Số người làm việc.
- Thời gian bật đèn.
- Công suất quạt dàn lạnh.
- Số lần và thời gian xả đá.
- Xe nâng hoặc máy móc hoạt động trong kho.
- Số giờ dự kiến cho máy nén vận hành mỗi ngày.
- Có cần dự phòng khi một cụm máy dừng hay không.
4. Tải nhiệt truyền qua vỏ kho lạnh
Nhiệt từ môi trường truyền qua tường, trần, nền và cửa vào bên trong kho được tính theo công thức:
Q truyền = U × A × ΔT
Trong đó:
- Q truyền: tải truyền nhiệt, đơn vị W.
- U: hệ số truyền nhiệt tổng, W/m².K.
- A: diện tích kết cấu, m².
- ΔT: chênh lệch nhiệt độ hai bên kết cấu, K hoặc °C.
Tổng tải qua toàn bộ vỏ kho:
Q vỏ kho = Σ(Uᵢ × Aᵢ × ΔTᵢ)
Phải tính riêng tường, trần, nền và cửa vì hệ số U và nhiệt độ phía ngoài có thể khác nhau.
Cách xác định diện tích
Với kho có chiều dài L, rộng W và cao H:
- Hai tường dài: `2 × L × H`.
- Hai tường rộng: `2 × W × H`.
- Trần: `L × W`.
- Nền: `L × W`.
- Cửa: tính riêng theo kích thước thực tế.
Nếu diện tích cửa đã được tính riêng, cần trừ diện tích cửa khỏi diện tích tường để tránh tính hai lần.
Cách xác định hệ số U
Hệ số U phụ thuộc:
- Vật liệu lõi panel.
- Chiều dày panel.
- Khối lượng riêng của vật liệu.
- Lớp tôn hai mặt.
- Cầu nhiệt tại mối nối.
- Hệ số truyền nhiệt bề mặt trong và ngoài.
- Chất lượng thi công.
Về nguyên tắc:
> 1/U = 1/hᵢ + Σ(d/λ) + 1/hₒ
Trong đó:
- hᵢ, hₒ: hệ số trao đổi nhiệt bề mặt trong và ngoài.
- d: chiều dày từng lớp vật liệu.
- λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu.
Khi thiết kế thực tế nên sử dụng hệ số U do nhà sản xuất panel công bố, sau đó xem xét cầu nhiệt tại khóa camlock, chân tường, khung cửa và vị trí xuyên panel.
Chênh lệch nhiệt độ của từng bề mặt
Không nên dùng cùng một nhiệt độ ngoài cho mọi bề mặt:
- Tường ngoài trời: dùng nhiệt độ môi trường thiết kế, có hiệu chỉnh bức xạ mặt trời nếu cần.
- Tường giáp phòng máy: dùng nhiệt độ phòng máy.
- Tường giáp kho mát: dùng nhiệt độ kho mát.
- Nền: dùng nhiệt độ đất hoặc không gian phía dưới nền.
- Trần ngoài trời: cần xét nhiệt độ tương đương do nắng.
- Trần bên trong nhà xưởng: dùng nhiệt độ không khí dưới mái.
Theo FAO, tải truyền qua vỏ kho có thể tính từ hệ số truyền nhiệt tổng, diện tích từng kết cấu và chênh lệch giữa nhiệt độ kho với nhiệt độ môi trường cao nhất có khả năng kéo dài trong nhiều ngày.
Ví dụ tải truyền qua panel
Một vách panel có:
- Diện tích: 30 m².
- Hệ số U: 0,25 W/m².K.
- Nhiệt độ ngoài: 35°C.
- Nhiệt độ kho: −18°C.
Chênh lệch nhiệt độ:
ΔT = 35 − (−18) = 53°C
Tải truyền qua vách:
Q = 0,25 × 30 × 53 = 397,5 W
Tải qua vách này khoảng 0,40 kW.
5. Tải nhiệt qua nền kho đông
Đối với kho đông, tải nền cần được tính riêng. Không nên sử dụng trực tiếp nhiệt độ không khí ngoài trời làm nhiệt độ phía dưới nền.
Công thức:
Q nền = U nền × A nền × (T nền − T kho)
Kho đông còn có nguy cơ làm đóng băng độ ẩm dưới nền, gây trương nở, nứt hoặc đội nền. Giải pháp có thể gồm:
- Lớp cách nhiệt nền.
- Lớp chống ẩm.
- Dây điện sưởi nền.
- Ống thông gió nền.
- Hệ thống gia nhiệt glycol.
- Khe co giãn và kết cấu chịu tải.
Nếu sử dụng điện trở sưởi nền, cần tính phần nhiệt có khả năng truyền vào kho và tính điện tiêu thụ của hệ thống sưởi riêng.
6. Tải nhiệt qua cửa kho lạnh
Cửa thường có hệ số truyền nhiệt và mức độ cầu nhiệt khác với panel. Tải truyền liên tục qua cửa được tính:
Q cửa = U cửa × A cửa × ΔT
Ngoài tải truyền, khu vực cửa còn tạo ra:
- Xâm nhập không khí khi mở cửa.
- Rò gió qua gioăng không kín.
- Nhiệt từ điện trở sưởi khung cửa.
- Nhiệt từ dây sưởi kính quan sát.
- Nhiệt từ quạt màn hoặc thiết bị cửa tự động.
Vì vậy, chỉ tính tải truyền qua cánh cửa là chưa đủ.
7. Tải xâm nhập không khí khi mở cửa
Khi cửa mở, không khí nóng và ẩm đi vào kho, còn không khí lạnh có khối lượng riêng lớn hơn thoát ra phía dưới. Hệ thống phải:
- Hạ nhiệt không khí xâm nhập.
- Ngưng tụ hơi ẩm.
- Làm đông lượng nước ngưng trong kho âm nhiệt độ.
- Xử lý băng tuyết hình thành trên dàn lạnh.
Tải xâm nhập phụ thuộc mạnh vào:
- Diện tích cửa.
- Chênh lệch nhiệt độ.
- Chênh lệch khối lượng riêng.
- Độ ẩm không khí ngoài.
- Thời gian mở cửa.
- Số lần mở.
- Hướng gió.
- Xe nâng và người di chuyển.
- Màn nhựa PVC.
- Cửa cuốn nhanh.
- Phòng đệm hoặc airlock.
Heatcraft lưu ý tải xâm nhập có thể tăng gấp đôi hoặc cao hơn khi cửa được sử dụng nhiều. Các biện pháp như cửa tự đóng, phòng đệm, màn nhựa và màn khí giúp giảm lượng không khí nóng đi vào kho.
Phương pháp chênh lệch enthalpy
Công thức tổng quát:
Q xâm nhập = ṁ không khí khô × (h ngoài − h trong)
Trong đó:
- Q xâm nhập: kW.
- ṁ: lưu lượng khối lượng không khí khô, kg/s.
- h ngoài: enthalpy không khí ngoài, kJ/kg không khí khô.
- h trong: enthalpy không khí trong kho, kJ/kg không khí khô.
Phương pháp này bao gồm cả nhiệt hiện và nhiệt ẩn.
Nếu ước tính theo số lần thay đổi không khí:
m ngày = V kho × N × ρ không khí
Trong đó:
- V kho: thể tích kho, m³.
- N: số lần thay đổi không khí mỗi ngày.
- ρ: khối lượng riêng không khí, kg/m³.
Năng lượng xâm nhập:
E xâm nhập = m ngày × (h ngoài − h trong) ÷ 3.600
Kết quả E có đơn vị kWh/ngày.
Số lần thay đổi không khí không nên chọn tùy ý. Cần dựa trên kích thước cửa, tần suất mở, thời gian mở và tính chất vận hành.
Phương pháp tách nhiệt hiện và nhiệt ẩn
Tải hiện:
Q hiện = ṁ × Cp không khí × (T ngoài − T trong)
Tải ẩn:
Q ẩn = ṁ × (ω ngoài − ω trong) × h chuyển pha
Trong đó ω là tỷ ẩm của không khí.
Đối với kho đông, quá trình hơi nước ngưng tụ rồi đóng băng phức tạp hơn kho mát. Nên sử dụng bảng tính, phần mềm hoặc dữ liệu của nhà sản xuất thay vì chỉ tính theo chênh lệch nhiệt độ.
8. Tải nhiệt từ sản phẩm chưa đóng băng
Nếu sản phẩm không đi qua điểm đóng băng, nhiệt cần lấy ra được tính:
E sản phẩm = m × Cp × (T vào − T ra)
Trong đó:
- E: năng lượng cần lấy ra, kJ.
- m: khối lượng sản phẩm, kg.
- Cp: nhiệt dung riêng, kJ/kg.K.
- T vào: nhiệt độ sản phẩm khi nhập kho.
- T ra: nhiệt độ sản phẩm yêu cầu.
Công suất lạnh cần thiết:
Q sản phẩm = E sản phẩm ÷ (3.600 × t)
Trong đó t là thời gian hạ nhiệt, tính bằng giờ.
Ví dụ
Kho nhận 2.000 kg rau mỗi ngày:
- Nhiệt độ đầu vào: 25°C.
- Nhiệt độ yêu cầu: 5°C.
- Nhiệt dung riêng giả định: 3,8 kJ/kg.K.
- Thời gian hạ nhiệt: 12 giờ.
Năng lượng cần lấy ra:
E = 2.000 × 3,8 × (25 − 5)
E = 152.000 kJ
Quy đổi:
E = 152.000 ÷ 3.600 = 42,22 kWh
Công suất trung bình trong 12 giờ:
Q = 42,22 ÷ 12 = 3,52 kW
Riêng tải làm lạnh sản phẩm đã khoảng 3,52 kW, chưa bao gồm vỏ kho, cửa, quạt và các nguồn nhiệt khác.
9. Tải sản phẩm đi qua quá trình đóng băng
Đối với thịt, cá, thủy sản hoặc thực phẩm cần cấp đông, tải sản phẩm gồm ba giai đoạn.
Giai đoạn 1: Hạ nhiệt đến điểm đóng băng
E₁ = m × Cp₁ × (T vào − T đóng băng)
Giai đoạn 2: Đông đặc nước trong sản phẩm
E₂ = m × L
Trong đó L là ẩn nhiệt đông đặc của sản phẩm, kJ/kg.
Giai đoạn 3: Hạ nhiệt sản phẩm đông xuống nhiệt độ yêu cầu
E₃ = m × Cp₂ × (T đóng băng − T ra)
Tổng tải sản phẩm:
E sản phẩm = E₁ + E₂ + E₃
Công suất cần thiết:
Q sản phẩm = E sản phẩm ÷ (3.600 × thời gian cấp đông)
Các giá trị Cp₁, Cp₂, L và điểm đóng băng thay đổi theo thành phần nước, chất béo, protein và chất rắn của từng loại hàng. Không nên sử dụng một bộ thông số cho mọi sản phẩm.
Ví dụ minh họa cấp đông 1.000 kg sản phẩm
Giả sử:
- Khối lượng: 1.000 kg.
- Nhiệt độ đầu vào: 5°C.
- Điểm đóng băng: −1°C.
- Nhiệt độ tâm đầu ra: −18°C.
- Cp trên điểm đóng băng: 3,6 kJ/kg.K.
- Cp dưới điểm đóng băng: 1,8 kJ/kg.K.
- Ẩn nhiệt đông đặc giả định: 250 kJ/kg.
- Thời gian yêu cầu: 10 giờ.
Giai đoạn 1:
E₁ = 1.000 × 3,6 × [5 − (−1)]
E₁ = 21.600 kJ
Giai đoạn 2:
E₂ = 1.000 × 250
E₂ = 250.000 kJ
Giai đoạn 3:
E₃ = 1.000 × 1,8 × [(−1) − (−18)]
E₃ = 30.600 kJ
Tổng năng lượng:
E = 21.600 + 250.000 + 30.600
E = 302.200 kJ
Quy đổi:
E = 302.200 ÷ 3.600 = 83,94 kWh
Công suất lạnh trung bình trong 10 giờ:
Q = 83,94 ÷ 10 = 8,39 kW
Như vậy, riêng sản phẩm cần khoảng 8,39 kW lạnh. Đây chỉ là ví dụ minh họa; thông số nhiệt vật lý phải được xác định theo sản phẩm thực tế.
Đối với hầm đông gió, ngoài tải sản phẩm còn phải tính lưu lượng gió lớn, nhiệt quạt, xe đẩy, khay, xả đá và yêu cầu đồng đều nhiệt độ tâm.
10. Tải nhiệt từ bao bì, khay, pallet và xe đẩy
Bao bì và dụng cụ đi kèm sản phẩm cũng mang nhiệt vào kho:
- Thùng carton.
- Khay nhựa.
- Khay inox.
- Pallet gỗ.
- Pallet nhựa.
- Xe đẩy inox.
- Giá treo.
- Thùng chứa.
Công thức:
E bao bì = m bao bì × Cp bao bì × (T vào − T ra)
Nếu một xe inox nặng 100 kg được đưa từ 30°C vào hầm −35°C, tải từ xe có thể đáng kể. Với hầm đông nhiều xe mỗi mẻ, bỏ qua khối lượng inox có thể dẫn đến thiếu công suất.
Cần tính riêng từng loại vật liệu vì nhiệt dung riêng khác nhau.
11. Tải hô hấp của rau củ và trái cây
Rau củ và trái cây sau thu hoạch vẫn diễn ra quá trình hô hấp và tạo nhiệt. Tải này áp dụng cho toàn bộ lượng hàng đang được lưu trữ, không chỉ lượng hàng nhập mới trong ngày.
Công thức:
Q hô hấp = M lưu kho × r hô hấp ÷ 86.400
Trong đó:
- M lưu kho: khối lượng sản phẩm trong kho, kg.
- r hô hấp: nhiệt hô hấp, kJ/kg.ngày.
- 86.400: số giây trong một ngày.
Kết quả có đơn vị kW.
Nhiệt hô hấp thay đổi mạnh theo:
- Loại nông sản.
- Độ chín.
- Nhiệt độ bảo quản.
- Tổn thương sau thu hoạch.
- Thành phần khí trong kho.
- Thời gian lưu trữ.
Theo FAO, nhiệt đồng ruộng và nhiệt hô hấp của nông sản ấm có thể chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng nhu cầu lạnh. Làm mát sơ bộ trước khi nhập kho giúp giảm tải cho hệ thống bảo quản.
Không nên dùng một giá trị nhiệt hô hấp cố định cho tất cả rau củ và trái cây.
12. Tải nhiệt do người làm việc trong kho
Con người tỏa nhiệt hiện và nhiệt ẩn. Tải người phụ thuộc nhiệt độ kho và cường độ vận động.
Công thức:
E người = n × q người × t làm việc
Trong đó:
- n: số người.
- q người: nhiệt tỏa ra của một người, kW/người.
- t: tổng thời gian ở trong kho, giờ/ngày.
Nếu cần quy đổi về công suất trung bình:
Q người = E người ÷ số giờ máy chạy
Ví dụ:
- Hai người.
- Mỗi người làm việc một giờ/ngày.
- Mức tỏa nhiệt dùng để tính: 0,45 kW/người.
Năng lượng:
E = 2 × 0,45 × 1 = 0,9 kWh/ngày
Nếu hệ thống chạy 18 giờ:
Q = 0,9 ÷ 18 = 0,05 kW
Giá trị nhiệt tỏa của người phải được lấy theo bảng thiết kế phù hợp với nhiệt độ và mức độ lao động.
13. Tải nhiệt từ hệ thống chiếu sáng
Gần như toàn bộ điện năng của đèn bên trong kho cuối cùng trở thành nhiệt.
Công thức:
E đèn = P đèn × t bật đèn
Ví dụ:
- Tổng công suất đèn: 300 W = 0,3 kW.
- Thời gian bật: 4 giờ/ngày.
E đèn = 0,3 × 4 = 1,2 kWh/ngày
Nếu máy chạy 18 giờ/ngày:
Q đèn = 1,2 ÷ 18 = 0,067 kW
Đèn nên được tắt khi không sử dụng hoặc điều khiển bằng cảm biến phù hợp để giảm tải nhiệt.
14. Tải nhiệt từ quạt dàn lạnh
Động cơ và công cơ học của quạt cuối cùng chuyển thành nhiệt trong không khí kho. Nếu quạt hoạt động bên trong kho:
Q quạt ≈ tổng công suất điện thực tế của quạt
Ví dụ ba quạt có tổng điện năng tiêu thụ 2,2 kW thì tải quạt gần bằng 2,2 kW trong thời gian quạt chạy.
Không nên chỉ lấy công suất ghi trên nhãn motor nếu quạt chạy bằng biến tần. Có thể sử dụng:
- Công suất điện đo thực tế.
- Hệ số tải.
- Tốc độ vận hành.
- Thời gian quạt dừng khi xả đá.
- Chế độ quạt chạy liên tục hoặc chạy cùng máy nén.
Với hầm đông gió, nhiệt quạt có thể là một thành phần lớn vì dàn lạnh sử dụng quạt công suất cao để tạo tốc độ gió xuyên qua sản phẩm.
15. Tải nhiệt từ motor và máy móc
Các thiết bị đặt trong kho có thể gồm:
- Motor băng tải.
- Máy đóng gói.
- Máy phân loại.
- Bơm.
- Xe nâng điện.
- Bộ sạc pin.
- Cửa cuốn nhanh.
- Thiết bị thủy lực.
Nếu toàn bộ motor và thiết bị nằm trong kho, công suất điện tiêu thụ cuối cùng gần như trở thành nhiệt:
Q thiết bị ≈ P điện × hệ số tải
Nếu motor đặt ngoài kho nhưng truyền động cơ học vào bên trong, cần tách tổn hao motor và công cơ học đưa vào kho.
Không nên đặt bộ sạc pin xe nâng trong kho lạnh. Ngoài tải nhiệt, hoạt động sạc còn liên quan đến an toàn điện, độ ẩm và yêu cầu thông gió.
16. Tải nhiệt từ xả đá dàn lạnh
Kho đông thường phải xả đá dàn lạnh bằng:
- Điện trở.
- Gas nóng.
- Nước.
- Xả đá tự nhiên đối với một số kho dương nhiệt.
Với điện trở:
E xả đá = P điện trở × t mỗi lần × số lần/ngày × η
Trong đó η là tỷ lệ nhiệt thực tế đi vào dàn lạnh và không gian kho.
Ví dụ:
- Điện trở xả đá: 6 kW.
- Mỗi lần xả: 30 phút.
- Hai lần/ngày.
- Tỷ lệ nhiệt tính vào kho: 80%.
E = 6 × 0,5 × 2 × 0,8 = 4,8 kWh/ngày
Nếu máy chạy 18 giờ:
Q xả đá = 4,8 ÷ 18 = 0,267 kW
Không nên tăng thời gian xả đá quá mức cần thiết. Xả đá không kết thúc theo nhiệt độ dàn có thể làm nhiệt độ kho tăng, tốn điện và kéo dài thời gian phục hồi.
Với gas nóng hoặc xả nước, tải cần được tính theo cấu hình hệ thống và dữ liệu vận hành, không nên quy đổi trực tiếp từ công suất điện trở.
17. Tải từ điện trở cửa, ống thoát nước và sưởi kính
Kho đông có thể sử dụng:
- Điện trở khung cửa.
- Dây sưởi gioăng cửa.
- Điện trở van cân bằng áp.
- Dây sưởi ống thoát nước.
- Sưởi kính quan sát.
- Sưởi nền.
Công thức:
E sưởi = P sưởi × thời gian hoạt động
Nếu hệ thống điều khiển theo chu kỳ:
E sưởi = P sưởi × 24 × hệ số hoạt động
Cần kiểm tra điện trở chạy liên tục hay được điều khiển theo nhiệt độ, độ ẩm hoặc trạng thái cửa.
18. Tải từ xe nâng và phương tiện vận chuyển
Xe nâng đưa ba nhóm tải vào kho:
1. Nhiệt tích trong khối lượng xe.
2. Nhiệt từ motor và hệ thống điện.
3. Không khí nóng lọt vào khi cửa mở để xe di chuyển.
Xe nâng động cơ đốt trong còn phát sinh khí thải và nhiệt lớn nên không phù hợp với nhiều môi trường kho lạnh kín.
Đối với trung tâm phân phối có xe nâng ra vào liên tục, tải do cửa và phương tiện có thể lớn hơn tải truyền qua panel.
FAO cho biết tải xâm nhập thay đổi đáng kể theo số lần mở cửa, mức độ bảo vệ cửa và lưu lượng giao thông qua cửa. Kho phân phối có thể có tải cao hơn kho bảo quản dài hạn chủ yếu do lượng không khí trao đổi lớn hơn.
19. Tải do hàng hóa và nước vệ sinh
Một số kho thường xuyên vệ sinh bằng nước. Nếu nước ấm đi vào kho, hệ thống phải lấy nhiệt khỏi nước còn lại trên:
- Nền.
- Tường.
- Dàn lạnh.
- Xe đẩy.
- Dụng cụ.
Tải sơ bộ:
E nước = m nước × Cp nước × (T nước − T kho)
Nếu nước đóng băng, còn phải tính ẩn nhiệt đông đặc. Vì vậy kho phải có hệ thống thoát nước tốt và quy trình vệ sinh phù hợp, tránh để lượng nước lớn tồn đọng trong kho đông.
20. Hệ số dự phòng nên lấy bao nhiêu?
Sau khi cộng đầy đủ các nguồn nhiệt, có thể cộng hệ số dự phòng:
Q thiết kế = Q tính toán × (1 + hệ số dự phòng)
Heatcraft cho biết hệ số khoảng 10% thường được cộng sau khi đã tính bốn nhóm tải chính để bù sai số nhỏ và các hạng mục bỏ sót.
Không nên tự động cộng 30–50% nếu chưa có lý do kỹ thuật. Chọn máy quá lớn có thể gây:
- Đóng ngắt máy nén liên tục.
- Khó kiểm soát độ ẩm.
- Tăng chi phí đầu tư.
- Chạy tải thấp kém hiệu quả.
- Hồi dầu không ổn định.
- Giảm tuổi thọ thiết bị.
Hệ số dự phòng cao hơn chỉ nên áp dụng khi có căn cứ như:
- Dữ liệu đầu vào chưa chắc chắn.
- Kế hoạch tăng sản lượng.
- Cửa sử dụng rất thường xuyên.
- Điều kiện môi trường khắc nghiệt.
- Cần dự phòng một phần công suất.
- Tải sản xuất biến động lớn.
21. Tính theo 24 giờ hay theo giờ máy chạy?
Đây là lỗi phổ biến trong bảng tính tải lạnh.
Một số tải tồn tại liên tục:
- Tải truyền qua vỏ.
- Tải hô hấp.
- Tải từ thiết bị chạy liên tục.
Một số tải chỉ xuất hiện theo thời gian:
- Sản phẩm nhập kho.
- Mở cửa.
- Người.
- Đèn.
- Xả đá.
- Xe nâng.
Có thể tính toàn bộ dưới dạng năng lượng kWh/ngày, sau đó chia cho số giờ máy được phép chạy:
Q yêu cầu = Tổng năng lượng lạnh mỗi ngày ÷ số giờ máy chạy
Không nên mặc định máy nén chạy đủ 24 giờ. Cần dành thời gian cho:
- Xả đá.
- Cân bằng áp suất.
- Bảo trì.
- Nghỉ chu kỳ.
- Điều kiện tải bất thường.
Heatcraft sử dụng thời gian chạy tham khảo khác nhau theo ứng dụng, trong đó kho đông bảo quản thường được tính theo khoảng 18–20 giờ hoạt động mỗi ngày. Con số cuối cùng phải phù hợp với hệ thống thực tế.
Nếu tải sản phẩm phải được giải quyết trong 8 giờ, tải sản phẩm phải chia cho 8 giờ, không được chia cho 18 hoặc 24 giờ.
22. Ví dụ tính tải lạnh kho đông 60 m³
Dữ liệu giả định
Kho có kích thước:
- Dài: 5 m.
- Rộng: 4 m.
- Cao: 3 m.
- Thể tích: 60 m³.
- Nhiệt độ kho: −18°C.
- Nhiệt độ ngoài: 35°C.
- Nhiệt độ dưới nền: 28°C.
- Hệ số U tường và trần: 0,25 W/m².K.
- Hệ số U nền: 0,30 W/m².K.
- Sản phẩm: hàng đã đông.
- Khối lượng nhập: 1.000 kg/ngày.
- Nhiệt độ hàng vào: −10°C.
- Nhiệt độ yêu cầu: −18°C.
- Thời gian hạ nhiệt: 10 giờ.
- Máy dự kiến chạy: 18 giờ/ngày.
Bước 1: Tải truyền qua tường và trần
Diện tích tường:
A tường = 2 × (5 + 4) × 3 = 54 m²
Diện tích trần:
A trần = 5 × 4 = 20 m²
Tổng:
A = 54 + 20 = 74 m²
Chênh lệch nhiệt độ:
ΔT = 35 − (−18) = 53°C
Tải:
Q tường và trần = 0,25 × 74 × 53
Q = 980,5 W
Bước 2: Tải qua nền
Diện tích nền:
A nền = 5 × 4 = 20 m²
Chênh lệch:
ΔT nền = 28 − (−18) = 46°C
Tải nền:
Q nền = 0,30 × 20 × 46
Q nền = 276 W
Tổng tải vỏ:
Q vỏ = 980,5 + 276 = 1.256,5 W
Q vỏ ≈ 1,26 kW
Bước 3: Tải sản phẩm đã đông
Giả sử nhiệt dung riêng của sản phẩm dưới điểm đóng băng là 1,8 kJ/kg.K:
E sản phẩm = 1.000 × 1,8 × [−10 − (−18)]
E sản phẩm = 14.400 kJ
Quy đổi:
E = 14.400 ÷ 3.600 = 4 kWh
Công suất trong 10 giờ:
Q sản phẩm = 4 ÷ 10 = 0,40 kW
Bước 4: Tải bao bì
Giả sử:
- Khối lượng bao bì và pallet: 100 kg.
- Nhiệt dung riêng: 1,5 kJ/kg.K.
- Chênh lệch nhiệt độ: 8°C.
E bao bì = 100 × 1,5 × 8 = 1.200 kJ
E bao bì = 0,333 kWh
Trong 10 giờ:
Q bao bì = 0,033 kW
Bước 5: Tải xâm nhập
Giả sử sơ bộ:
- Kho bị thay đổi lượng không khí tương đương 10 lần thể tích/ngày.
- Tổng không khí xâm nhập: 600 m³/ngày.
- Khối lượng riêng không khí: 1,15 kg/m³.
- Chênh lệch enthalpy giả định: 113 kJ/kg.
Khối lượng không khí:
m = 600 × 1,15 = 690 kg/ngày
Năng lượng:
E xâm nhập = 690 × 113 ÷ 3.600
E xâm nhập ≈ 21,66 kWh/ngày
Chia cho 18 giờ máy chạy:
Q xâm nhập = 21,66 ÷ 18
Q xâm nhập ≈ 1,20 kW
Giá trị 10 lần thay đổi không khí/ngày chỉ dùng minh họa. Thiết kế thực tế phải tính từ cửa và chế độ vận hành.
Bước 6: Tải quạt
Tổng công suất quạt dàn lạnh:
Q quạt = 2,20 kW
Bước 7: Tải đèn
- Công suất đèn: 0,3 kW.
- Thời gian sử dụng: 4 giờ/ngày.
E đèn = 0,3 × 4 = 1,2 kWh/ngày
Q đèn = 1,2 ÷ 18 = 0,067 kW
Bước 8: Tải người
- Hai người.
- Một giờ/ngày.
- 0,45 kW/người.
E người = 2 × 1 × 0,45 = 0,9 kWh/ngày
Q người = 0,9 ÷ 18 = 0,05 kW
Bước 9: Tải xả đá
- Điện trở: 6 kW.
- 0,5 giờ/lần.
- Hai lần/ngày.
- Hệ số nhiệt đi vào kho: 0,8.
E xả đá = 6 × 0,5 × 2 × 0,8
E xả đá = 4,8 kWh/ngày
Q xả đá = 4,8 ÷ 18 = 0,267 kW
Bước 10: Sưởi cửa và ống thoát nước
Giả sử:
- Tổng điện trở: 0,4 kW.
- Hoạt động tương đương 12 giờ/ngày.
E sưởi = 0,4 × 12 = 4,8 kWh/ngày
Q sưởi = 4,8 ÷ 18 = 0,267 kW
Bảng tổng tải
Cộng dự phòng 10%:
Q thiết kế = 5,744 × 1,10
Q thiết kế ≈ 6,32 kW
Quy đổi sang RT:
RT = 6,32 ÷ 3,517
RT ≈ 1,80 RT
Kết quả cho thấy kho cần khoảng 6,32 kW lạnh tại điều kiện thiết kế theo dữ liệu giả định.
Không được chọn cụm máy chỉ bằng cách tìm thiết bị ghi 6,32 kW ở điều kiện tiêu chuẩn. Phải kiểm tra năng suất thực tế tại nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ và môi chất lạnh của kho.
23. Điều gì xảy ra nếu hàng chưa được cấp đông?
Trong ví dụ trên, 1.000 kg hàng đã ở −10°C nên tải sản phẩm chỉ khoảng 0,40 kW trong 10 giờ.
Nếu cùng 1.000 kg sản phẩm đi vào ở 5°C và phải cấp đông xuống −18°C, tải sản phẩm minh họa có thể lên đến khoảng 8,39 kW.
Chỉ thay đổi nhiệt độ và trạng thái sản phẩm đã làm tải sản phẩm tăng hơn 20 lần. Đây là lý do không thể chọn máy kho lạnh chỉ theo thể tích.
Kho bảo quản hàng đông và hầm cấp đông là hai nhiệm vụ khác nhau. Nếu cần làm đông sản phẩm theo mẻ, phải thiết kế hầm đông gió theo kg/mẻ hoặc hệ thống cấp đông phù hợp.
24. Đặc điểm tải của từng loại kho lạnh
25. Cách chọn máy nén sau khi tính tải
Sau khi có tải thiết kế, cần lựa chọn máy nén theo:
- Nhiệt độ bay hơi.
- Nhiệt độ ngưng tụ.
- Độ quá nhiệt hút.
- Độ quá lạnh lỏng.
- Môi chất lạnh.
- Điện áp.
- Tần số.
- Số giờ hoạt động.
- Điều kiện môi trường.
- Phương án dự phòng.
- Khả năng điều chỉnh tải.
Ví dụ kho −18°C có thể cần nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt độ phòng một khoảng nhất định để tạo chênh lệch truyền nhiệt tại dàn lạnh. Năng suất máy nén phải được tra tại nhiệt độ bay hơi thực tế, không lấy tại điều kiện điều hòa không khí.
Danfoss cũng khuyến nghị hiệu chỉnh lựa chọn cụm máy theo nhiệt độ môi trường ngoài dự kiến. Thiết bị chọn ở điều kiện tiêu chuẩn có thể thiếu công suất khi đặt trên mái, trong phòng máy nóng hoặc khu vực thông gió kém.
26. Cách chọn dàn lạnh
Dàn lạnh phải đáp ứng đồng thời:
- Công suất lạnh.
- Nhiệt độ bay hơi.
- Chênh lệch nhiệt độ TD.
- Lưu lượng gió.
- Tầm thổi.
- Khoảng cách cánh.
- Độ ẩm yêu cầu.
- Phương án xả đá.
- Tổn thất áp suất.
- Mức độ chống ăn mòn.
Dàn lạnh quá nhỏ có thể:
- Không đủ công suất.
- Chênh lệch nhiệt độ lớn.
- Hút ẩm mạnh.
- Đóng tuyết nhanh.
- Nhiệt độ hàng không đồng đều.
Dàn lạnh quá lớn nhưng lưu lượng gió không phù hợp cũng chưa chắc bảo quản tốt. Đối với nông sản, tốc độ gió và độ ẩm cần được kiểm soát để hạn chế mất nước.
27. Những sai lầm thường gặp khi tính tải lạnh
Chỉ tính theo thể tích kho
Cách tính kiểu “mỗi mét khối cần bao nhiêu HP” chỉ phù hợp ước lượng rất sơ bộ và không thể dùng để chốt thiết bị.
Bỏ qua nhiệt độ hàng đầu vào
Hàng vào ở 30°C tạo tải khác hoàn toàn hàng đã được làm lạnh xuống 5°C.
Nhầm kho bảo quản với hầm cấp đông
Kho đông giữ hàng ở −18°C không đồng nghĩa có khả năng cấp đông nhanh hàng tươi từ nhiệt độ dương xuống −18°C.
Bỏ qua thời gian hạ nhiệt
Cùng một lượng nhiệt, yêu cầu xử lý trong 6 giờ cần công suất lớn hơn xử lý trong 18 giờ.
Không tính tải bao bì và xe đẩy
Sai số có thể đáng kể với hầm đông sử dụng nhiều khay và xe inox.
Ước tính mở cửa quá thấp
Kho phân phối, siêu thị và nhà máy có tần suất mở cửa cao cần tính xâm nhập theo chế độ vận hành thực tế.
Không tính độ ẩm không khí
Chỉ tính nhiệt hiện do chênh lệch nhiệt độ sẽ bỏ qua tải ẩn và lượng băng hình thành trên dàn lạnh.
Bỏ qua quạt dàn lạnh
Tổng công suất quạt có thể chiếm tỷ lệ lớn trong kho đông và hầm cấp đông.
Bỏ qua xả đá
Điện trở xả đá vừa tiêu thụ điện vừa đưa nhiệt trở lại hệ thống.
Tính trùng hệ số dự phòng
Không nên vừa tăng từng nguồn tải, vừa cộng hệ số lớn ở tổng và tiếp tục chọn máy cao hơn nhiều lần.
Chọn máy theo HP
HP không phản ánh trực tiếp công suất lạnh tại nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ thực tế.
Dùng công suất danh định ở sai điều kiện
Máy có công suất 10 kW ở điều kiện này có thể giảm đáng kể khi nhiệt độ bay hơi thấp hơn hoặc nhiệt độ môi trường cao hơn.
28. Biện pháp giảm tải lạnh kho lạnh
Giảm tải qua vỏ kho
- Chọn panel đủ chiều dày.
- Xử lý kín các mối nối.
- Hạn chế cầu nhiệt.
- Bảo ôn nền đúng kỹ thuật.
- Che nắng cho mái và tường ngoài.
- Kiểm tra vị trí xuyên panel.
Giảm tải mở cửa
- Dùng cửa tự đóng.
- Lắp cửa cuốn nhanh.
- Bố trí màn nhựa PVC.
- Làm phòng đệm.
- Hạn chế thời gian cửa mở.
- Phân luồng người và xe nâng.
- Bảo trì gioăng cửa.
Giảm tải sản phẩm
- Làm mát sơ bộ.
- Hạn chế nhập hàng quá nóng.
- Chia lịch nhập hàng.
- Không đưa toàn bộ sản lượng lớn vào cùng lúc nếu hệ thống không đủ khả năng kéo nhiệt.
- Tách kho bảo quản và phòng làm lạnh sản phẩm.
Giảm tải thiết bị
- Sử dụng đèn LED.
- Tắt đèn tự động.
- Điều khiển quạt theo chế độ phù hợp.
- Tối ưu chu kỳ xả đá.
- Điều khiển điện trở cửa theo nhiệt độ hoặc độ ẩm.
- Không đặt thiết bị phát nhiệt không cần thiết trong kho.
29. Mẫu bảng dữ liệu tính tải lạnh
30. Câu hỏi thường gặp
Tải lạnh kho lạnh là gì?
Tải lạnh là tổng lượng nhiệt mà hệ thống phải lấy ra khỏi kho để duy trì nhiệt độ và làm lạnh sản phẩm theo yêu cầu.
Có thể tính công suất kho lạnh theo m³ không?
Có thể dùng m³ để ước lượng ban đầu nhưng không đủ để chọn thiết bị. Cần tính thêm nhiệt độ, sản phẩm, mở cửa, panel, quạt và thời gian hạ nhiệt.
Kho 100 m³ cần máy nén bao nhiêu HP?
Không thể xác định chính xác nếu chỉ biết thể tích. Cần biết kho mát hay kho đông, nhiệt độ hàng đầu vào, sản lượng mỗi ngày, số lần mở cửa và điều kiện môi trường.
Nguồn nhiệt nào thường lớn nhất?
Tùy ứng dụng. Kho nhận hàng nóng có thể bị chi phối bởi tải sản phẩm; kho phân phối thường có tải mở cửa lớn; hầm đông bị chi phối bởi tải cấp đông và quạt.
Tại sao phải tính độ ẩm ngoài trời?
Hơi ẩm đi vào kho phải được ngưng tụ và có thể đóng băng trên dàn lạnh, làm tăng tải lạnh và nhu cầu xả đá.
Có cần tính nhiệt từ quạt dàn lạnh không?
Có. Điện năng của quạt đặt trong kho cuối cùng gần như chuyển thành nhiệt và phải được hệ thống lạnh lấy ra.
Điện trở xả đá có phải tính vào tải lạnh không?
Có. Một phần lớn nhiệt từ quá trình xả đá được đưa vào dàn lạnh và không gian kho.
Nhiệt từ đèn LED có cần tính không?
Có. Đèn LED hiệu quả hơn nhưng phần điện năng tiêu thụ vẫn trở thành nhiệt trong kho.
Hệ số dự phòng bao nhiêu là phù hợp?
Khoảng 10% thường được sử dụng sau khi đã tính đầy đủ các nguồn nhiệt. Mức cao hơn cần có căn cứ kỹ thuật cụ thể.
Có nên chọn máy dư công suất không?
Không nên chọn dư quá nhiều. Máy quá lớn có thể đóng ngắt thường xuyên, khó kiểm soát nhiệt độ và làm tăng chi phí đầu tư.
Tải sản phẩm tính theo lượng lưu kho hay lượng nhập mỗi ngày?
Tải hạ nhiệt thường tính theo lượng hàng nhập mới. Tải hô hấp của nông sản phải tính trên tổng khối lượng đang lưu trữ.
Hàng đã đông có tạo tải sản phẩm không?
Có. Nếu nhiệt độ hàng đầu vào cao hơn nhiệt độ kho, hệ thống vẫn phải lấy nhiệt để đưa hàng xuống nhiệt độ bảo quản.
Kho −18°C có cấp đông được hàng tươi không?
Không nên mặc định. Kho bảo quản −18°C có thể không đủ công suất và lưu lượng gió để cấp đông hàng tươi nhanh. Cần thiết kế hầm cấp đông riêng.
Tính tải lạnh có chọn được ngay máy nén không?
Chưa. Sau khi có tải phải tra năng suất máy nén tại đúng nhiệt độ bay hơi, ngưng tụ, môi chất và điều kiện môi trường.
Cần đo thông số gì khi nghiệm thu?
Cần đo nhiệt độ kho, nhiệt độ tâm sản phẩm, thời gian hạ nhiệt, áp suất hút–đẩy, dòng điện, độ quá nhiệt, lưu lượng gió, chu kỳ xả đá và khả năng phục hồi sau mở cửa.
31. Tư vấn tính tải và thiết kế kho lạnh
Một bảng tính tải lạnh chính xác phải phản ánh đúng sản phẩm và cách kho được vận hành. Sai tải có thể dẫn đến kho không đạt nhiệt độ, thời gian hạ nhiệt quá dài, đóng tuyết nhiều hoặc đầu tư thiết bị dư thừa.
CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ ĐIỆN LẠNH MIỀN NAM cung cấp dịch vụ khảo sát, tính tải, thiết kế, lắp đặt kho lạnh và cải tạo hệ thống lạnh theo nhu cầu thực tế.
Thông tin liên hệ:
- Hotline/Zalo: 0902 499 011
- Điện thoại: (028) 2253 5844
- Địa chỉ: 32–34 Đường B4, Khu phố 3, Phường An Phú, TP. Thủ Đức, TP.HCM
- Website: https://dienlanhmiennam.com/
Khi yêu cầu tính tải, khách hàng nên gửi kích thước kho, loại hàng, sản lượng, nhiệt độ đầu vào, nhiệt độ yêu cầu, thời gian hạ nhiệt, tần suất mở cửa và hình ảnh mặt bằng. Đây là những dữ liệu cần thiết để lựa chọn đúng công suất và lập báo giá lắp đặt kho lạnh phù hợp.
