Hệ thống lạnh có vai trò quan trọng trong kỹ thuật và đời sống, là bộ phận quan trọng của lắp đặt kho lạnh, tạo sân băng nhân tạo hay lắp đặt kho lạnh bảo quản thực phẩm
Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động
Áp suất bay hơi của một chất lỏng luôn phụ thuộc vào nhiệt độ vì vậy người ta ứng dụng hiện tượng này trong các dụng cụ đo lường như đồng hồ áp suất, nhiệt kế, trong các rơ le áp suất vv…
Hiệu ứng nhiệt điện phản ánh mối quan hệ của độ chênh nhiệt độ 2 đầu cặp nhiệt với dòng điện chạy qua mạch cặp nhiệt điện. Ứng dụng hiện tượng này người ta đã tạo ra các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất hoặc thiết bị điều khiển tự động.
Ứng dụng trong thể thao
Trong một số bộ môn thi đấu trong nhà người ta duy trì nhiệt độ thấp để không làm ảnh hưởng tới sức khoẻ và nâng cao thành tích của vận động viên. Trong hầu hết các nhà thi đấu đều có trang bị các hệ thống điều hoà không khí.
Trong thể thao kỹ thuật lạnh được ứng dụng khá rộng rãi. Trong môn trượt băng nghệ thuật, để tạo ra các sân băng người ta dùng hệ thống lạnh để tạo băng theo yêu cầu.
Hệ thống làm lạnh sân băng nhân tạo
Trước đây để làm lạnh các sân băng người ta thường hay sử dụng nước muối làm chất tải lạnh. Nước muối có nhiệt độ khoảng -10oC và nhiệt độ môi chất lạnh nằm trong khoảng -15 đến -17oC. Do chiều dài ống rất lớn nên không thể phân bố nhiệt độ đều ở tất cả mọi vị trí trên sân băng. Lý do khác là do tiết kiệm nên công suất bơm tuần hoàn nước bị hạn chế. Nhiệt độ vào và ra của nước muối chênh nhau khoảng 3 đến 4K. Một nhược điểm nữa của hệ thống dùng nước muối là luôn luôn phải kiểm tra sự rò rỉ của nước muối, đề phòng hoen rỉ kết cấu nền và gây rả băng. Khi nước muối rò rỉ ra lớp băng, nhiệt độ đông đặc của hỗn hợp nước muối giảm nên băng bị chảy ra. Hình dưới mô tả sơ đồ hệ thống lạnh và sơ đồ hệ thống cấp nước muối làm lạnh sân băng.
Sơ đồ làm lạnh sân băng bằng nước muối
Ngày nay người ta thường sử dụng hệ thống lạnh làm lạnh trực tiếp sân băng do đó có thể khắc phục được các nhược điểm của hệ thống sử dụng nước muối làm chất tải lạnh, ngoài ra còn phát huy các ưu điểm sau:
– Nhiệt độ bay hơi trực tiếp -10oC cao hơn 5 đến 7K so với dùng nước muối nên tiêu tốn năng lượng cho máy nén giảm 25 đến 35%.
– Bơm tuần hoàn môi chất lạnh tiêu tốn năng lượng chỉ bằng 15 đến 25% năng lượng tiêu tốn cho bơm nước muối vì khối lượng tuần hoàn rất nhỏ.
– Các đường ống sân băng đỡ bị han rỉ hơn rất nhiều.
– Nhiệt độ ở mọi vị trí sân băng bằng nhau.
Tính toán tải lạnh sân băng
Tải lạnh sân băng bao gồm các thành phần sau:
– Dòng nhiệt truyền từ nền đất lên: ở trạng thái cân bằng dòng nhiệt này tương đối nhỏ.
– Dòng nhiệt từ không khí: Dòng nhiệt từ không khí bao gồm cả dòng nhiệt hiện lẫn nhiệt ẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ không khí, nhiệt độ không khi trên bề mặt băng. Để có một lớp không khí lạnh ở trên có thể làm tường bao chung quanh sân băng cao hơn. Đối với sân băng trong nhà, tốc độ không khí vừa phải có thể tính với hệ số truyền nhiệt k = 0,11 W/m2.K
– Dòng nhiệt bức xạ mặt trời: ở các nước ôn đới sân băng có thể xây dựng ngoài trời, nhưng ở Việt Nam chắc chắn phải có mái che nên có thể bỏ qua thành phần này.
1- Bình chứa NH3; 2- Máy nén lạnh; 3- Bình tách dầu; 4- Bình làm mát dầu; 5- Bình ngưng; 6- Thiết bị tiết lưu; 7- Bơm NH3; 8- Sân băng
Sơ đồ làm lạnh sân băng trực tiếp bằng môi chất lạnh
– Kết đông lớp băng mới thay vào lớp băng đã sử dụng. Đối với sân băng có đông khách, kích thước 30 x 60 m mỗi giờ phải thay chừng 2m3
Thông số một số sân trượt băng trên Thế giới
Tính toán nhiệt cho sân băng là khá phức tạp vì tải lạnh phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện không khí bên ngoài. Sau đây là một vài số liệu định hướng cho một số tháng mùa đông và tháng gối đầu ở các nước ôn đới:
– Sân băng mùa đông ngoài trời: 180đến290 W/m2
– Sân băng trong nhà mùa hè: 350đến470 W/m2
– Sân băng có mái che mùa hè: 470 đến700 W/m2
Đối với Việt Nam con số này phải cao hơn, do điều kiện nhiệt độ bên ngoài thường cao hơn các nước ôn đới nhiều.
