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