Nghiên cứu thực nghiệm quá trình nén trong hệ thống điều hòa không khí dùng môi chất co2

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình nén trong hệ thống điều hòa không khí dùng môi chất co2 Nghiên cứu thực nghiệm quá trình nén trong hệ thống điều hòa không khí dùng môi chất co2 Nghiên cứu thực nghiệm quá trình nén trong hệ thống điều hòa không khí dùng môi chất co2

MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC A LỜI CAM ĐOAN B LỜI CÁM ƠN C TÓM TẮT D ABSTRACT E DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU I DANH MỤC HÌNH K DANH MỤC BẢNG .13 LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan 1.2.1 Các nghiên cứu giới 1.2.2 Các nghiên cứu nƣớc .10 1.3 Mục tiêu phƣơng pháp thực đề tài .11 1.3.1 Mục tiêu 11 1.4 Giới hạn đề tài .12 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Đặc tính Carbon dioxide (CO2) 13 2.2 Khái quát chu trình lạnh cấp nén CO2Transcritical 15 2.3 Các yêu cầu thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí CO2 16 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang F 2.3.3 Tính tốn chu trình 16 2.3.4 Chọn nhiệt độ giải nhiệt áp suất Pk làmviệc .17 2.3.5 Chọn nhiệt độ bayhơi 17 2.3.6 Tính cấp nén chu trình .17 2.3.7 Chọn độ nhiệt .17 2.3.8 Xây dựng đồ thị lập thông số điểm nút 18 2.3.9 Tính tốn, thiết lập thơng số điểm nút 19 2.4 Chọn thiết bị cho hệ thống 20 2.5.1 Chọn máy nén 20 2.5.2 Tính chọn thiết bị bay 22 2.5.3 Tính chọn thiết bị giải nhiệt làm mát 24 2.5.4 Chọn van tiết lƣu 26 CHƢƠNG CHẾ TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 27 3.1 Thiết kế, phác họa sơ mơ hình thực nghiệm 27 3.1.1 Thiết kế khung sƣờn cho mơ hình 27 3.1.2 Thiết kế dàn lạnh 28 3.1.3 Thiết kế dàn làm mát 29 3.1.4 Thiết kế hệ thống điều khiển cho mơ hình 39 3.1 Kết thúc thiết kế dựng hình 3D mơ hình .42 3.2 Quy trình chế tạo lắp đặt mơ hình thực nghiệm 43 3.2.1 Quá trình lắp chế tạo khung 43 3.2.2 Chế tạo lắp đặt dàn lạnh 46 3.2.3 Lắp đặt van tiết lƣu 49 3.2.4 Lắp đặt thiết bị phụ trợ khác .50 3.2.5 Kết thúc trình lắp đặt .51 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang G 3.3 Quy trình lấy thơng số thực nghiệm 54 3.3.1 Các thiết bị đo q trình lấy thơng số 54 3.3.2 Tiến hành chạy mơ hình lấy thơng số thực nghiệm 57 Chƣơng 4.CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59 4.1 Quan hệ áp suất cân với áp suất hút,áp suất nén dòng điện vào máy nén 59 4.2 Quan hệ nhiệt độ môi trƣờng với áp suất dòng điện vào máy nén .59 4.3 Quan hệ áp suất hút ,áp suất nén dòng điện .61 4.4 Biểu diễn đồ thị p-h 62 4.5 So sánh sử dụng dàn lạnh Mini dàn lạnh Micro .64 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 5.1 Kết luận 67 5.2 Kiến nghị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 70 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang H DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU F - Diện tích, [m ] G - Lưu lượng khối lượng, [kg/s] k - Hệ số truyền nhiệt, [W/m K] ∆t - Chênh lệch nhiệt độ, [°C] v- Tốc độ, m/s dng – Đường kính ngồi ống, m dtr- Đường kính ống, m λ – Hệ số dẫn nhiệt, W/mK P – Áp suất, bar t - Nhiệt độ, [°C] Q - Nhiệt lượng, [kW] N – Công suất, [kW] L– Công, [kW] COP – Hệ số hiệu lượng ɛ - Hệ số làm lạnh h – Enthalpy, [kJ/kg] s – Entrolpy, [kJ/kgK] η - Hiệu suất, [%] I – Cường độ dòng điện, [A] NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang I DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đồ thị thể đường đặc tính nhiệt động mơi chất CO2 14 Hình 2.2 Đồ thị so sánh áp suất bay môi chất CO2 với mơi chất HCFC .14 Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn chu trình lạnh cấp CO2 Transcritical 15 Hình 2.4 Sơ đồ chu trình lạnh cấp sử dụng môi chất CO2 18 Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn chu trình lạnh 19 Hình 3.1 Ảnh phác họa khung sườn mơ hình AutoCad 27 Hình 3.2 Hình ảnh sắt hộp 20 x 20mm .28 Hình 3.3 Ảnh phác thảo sơ dàn lạnh qua phần mềm AutoCad 28 Hình 3.4 Tole tráng kẽm 29 Hình 3.5 Hình ảnh mơ cụm dàn nóng .39 Hình 3.6 Hình ảnh tổng thể mặt trước tủ điện điều khiển 39 Hình 3.7 Sơ đồ tổng thể mạch điện điều khiển hệ thống 40 Hình 3.8 Mơ mạch điện điều khiển hoạt động .41 Hình Mơ q trình khởi động chéo bảo vệ hệ thống .41 Hình 3.10 Hình ảnh 3D tổng thể hệ thống 42 Hình 3.11 Quá trình lắp chế tạo khung 43 Hình 3.12 Q trình lắp bảng theo dõi thơng số 44 Hình 3.13 Quá trình lắp dàn bay 45 Hình 3.14.Cụm dàn nóng lắp vào mơ hình 45 Hình 3.15 Cụm máy nén hệ thống 46 Hình 3.16 Hồn thành sơ cụm dàn lạnh .47 Hình 3.17 Quạt cố định vào cụm dàn lạnh .48 Hình 3.18 Mặt trước mặt sau cụm dàn lạnh sau hoàn tất kết nối .48 Hình 3.19 Lắp đặt hồn tất cụm dàn lạnh vào mơ hình .49 Hình 3.20 Hồn thành lắp đặt van tiết lưu tay cho mơ hình 50 Hình 3.21 Đồng hồ đo áp suất hãng Badotherm, Holland 50 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang K Hình 3.22 Bảng theo dõi thông số áp suất nhiệt độ 51 Hình 3.23 Thử nghiệm hệ thống Nitơ .52 Hình 3.24 Dùng máy hút chân không hệ thống 52 Hình 3.25 Quá trình nạp môi chất CO2 cho hệ thống 53 Hình 3.26 Hồn tất q trình thiết kế, chế tạo mơ hình .53 Hình 3.27 Dây cảm biến nhiệt độ PT100 54 Hình 3.28 Súng đo nhiệt từ xa 54 Hình 3.29 Cảm biến nhiệt độ DS - 55 Hình 3.30 Camera nhiệt Fluke Ti9 55 Hình 3.31 Màn hình hiển thị camera 56 Hình 3.32 Máy đo vận tốc gió 56 Hình 3.33 Đồng hồ đo dịng điện .57 Hình 4.1 Quan hệ áp suất cân áp suất hút, áp suất đẩy dòng điện vào máy nén 59 Hình 4.2 Mối quan hệ giưã áp suất nhiệt độ môi trường áp suất cân 54 bar 60 Hình 4.3 Quan hệ giưã dịng điện nhiệt độ môi trường áp suất cân 54 bar 61 Hình 4.4 Mối quan hệ giưã áp suất, nhiệt độ môi trường cường độ dòng điện áp suất cân 50 bar 61 Hình 4.5 Mối quan hệ áp suất hút ,áp suất đẩy dòng điện vào máy nén 62 Hình 4.6 Đồ thị p-h CO2 .63 Hình 4.7 Đồ thị mối quan hệ áp suất hút, áp suất đẩy, nhiệt độ mơi trường .64 Hình 4.8 Đồ thị mối quan hệ số COP, dòng điện, nhiệt độ mơi trường .64 Hình Đồ thị logP – h hệ thống CO2 sử dụng dàn lạnh Mini Micro 66 Hình Model máy nén cơng suất 450W 70 Hình Hình vận hành hệ thống điều kiện phòng mát hệ thống máy 72 Hình Hình mơ hình thử nghiệm số điều kiện trời 73 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang L DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thơng số điểm nút chu trình lý thuyết 19 Bảng 2.2 Hệ số dẫn nhiệt CO2 khơng khí .22 Bảng 2.3 Thông số dàn lạnh micro 23 Bảng 4.1 Thông số nhiệt động lực học chu trình CO2 62 Bảng 4.2 Số liệu thực nghiệm tốc độ quạt DBH thấp 65 Bảng 4.3 Số liệu thực nghiệm tốc độ quạt DBH vừa .65 Bảng 4.4 So sánh số liệu thực nghiệm dàn lạnh micro mini 65 nI X LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, việc nhà sản xuất đưa định đắn để chọn loại môi chất lạnh hệ thống lạnh lĩnh vực lạnh thương mại việc dường không dễ dàng Trong thập kỷ qua, có nhiều thay đổi môi chất lạnh thực tế Việc thay đổi môi chất lạnh để tạo tính ưu việt hạn chế việc ảnh hưởng môi chất lạnh môi trường trở thành tiêu điểm quan trọng năm gần Đặc biệt, có vài thơng tin cơng bố từ nghiên cứu cho thấy việc thải bỏ HFCs môi trường tạo nhiều hiệu ứng khác Nên việc nghiên cứu môi chất lạnh mà có tính làm lạnh ưu việt bảo vệ môi trường quan trọng Và CO2là lựa chọn hàng đầu CO2khơng gây ảnh hưởng mơi trường cho hiệu suất cao Đã có số hệ thống chạy CO2trong nhiều năm gần đây, đặc biệt nước miền Trung miền Bắc Châu Âu Các yếu tố đảm bảo CO2 môi chất lạnh đầy tiềm lựa chọn lâu dài tương lai gần Dựa sở tài liệu báo cáo nghiên cứu khoa học đề tài ngun cứu khác,tác giảđã tiến hành tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí CO2, nghiên cứu q trình nén máy nén lạnh CO2góp phần đưa môi chất CO2vào thực tiễn hạn chế dần ảnh hưởng tới môi trường môi chất Freon NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang1 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài Với môi chất lạnh HFCs HCFCs, phá hủy tầng Ozon làm nóng lên tồn cầu, chúng cịn sản sinh mơi trường lượng CO2 sản xuất chúng Với môi chất lạnh CO2, mơi chất lạnh tự nhiên (được ký hiệu R-744) ln tồn môi trường tự nhiên Tuy nhiên, CO2 tác nhân gây nên hiệu ứng nhà kính việc xả bỏ CO2 từ hệ thống lạnh vào khí khơng làm ảnh hưởng đáng kể so với nguồn CO2 khác Là môi chất lạnh nên CO2 phải sản xuất tuân theo thông số kĩ thuật độ tinh khiết cách nghiêm ngặt Khi sử dụng mơi chất lạnh CO2 áp lực hệ thống cao so với hệ thống truyền thống, nên phận hệ thống phải thiết kế chịu lực tương ứng Ngày nay, việc đáp ứng thiết bị cho hệ thống CO2 khơng cịn gặp khó khăn phát triển khoa học kĩ thuật Nhược điểm hệ thống CO2 chi phí đầu tư ban đầu cao chạy với áp lực cao hệ thống thông thường nên hệ thống chạy CO2 nguy hiểm không vận hành đúngcách Để giải vấn đề này, có nhiều hướng nghiên cứu đề để nhằm giải vấn đề Chẳng hạn nghiên cứu sử dụng trao đổi nhiệt dạng micro mini chịu áp lực cao để thay cho trao đổi nhiệt truyền thống, nghiên cứu tăng hiệu suất hệ thống lạnh cách sử dụng thiết bị lạnh để làm lạnh môi chất thiết bị ngưng tụ q trình tiết lưu Đồng thời, nhờ mà tăng thêm sở để tiến tới nghiên cứu cao nghiên cứu áp dụng CO2 vào hệ thống điều hịa khơng khí dân dụng Việc áp dụng CO2 vào mục đích làm lạnh mơi chất lạnh góp phần giải hai vấn đề gây nhiễm mơi trường Một giảm thiểu mật độ khí CO2 khơng khí, hai tiến tới sử dụng mơi chất lạnh CO2 để thay cho môi chất lạnh truyền thống gốc FlouroCarbon gây thủng tầng Ozone Tuy nhiên, nghiên cứu lĩnh vực nhiều hạn chế NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang2 Nắm tầm quan trọng lợi ích mơi chất lạnh CO2 mang lại tương lai, nên tác giả định chọn đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm q trình nén hệ thống điều hịa khơng khí dùng môi chất CO2” Tác giả hy vọng với kết nghiên cứu đạt đề tài góp phần bổ sung để tạo bước ngoặt làm phát triển công nghiệp điện lạnh nước nhà nói chung Đồng thời, tăng khả bảo vệ mơi trường nâng cao hiệu suất hệ thống điều hịa khơng khí CO2trong tương lai 1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan 1.2.1 Các nghiên cứu giới Tuy có nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan hệ thống điều hịa khơng khí CO2trên khắp giới nói chung Việt Nam nói riêng, nhiều hạn chế sở nghiên cứu Bên tác giả xin trình bày số báo khoa học nhằm làm tảng, sở liệu cho đề tài Liên quan đến việc sử dụng môi chất lạnh tự nhiênlà giải pháp hoàn hảo để thay cho CFC/HCFCđược thực Lorentzen [1] Trong nghiên cứu tác giả cho việc sử dụng CO2 với hệ thống điều hòa khơng khí tiết kiệm lượng khoảng 20% so với việc sử dụng môi chất R12 nhiệt độ Ngồi tác giả cịn đưa số lợi sử dụng môi chất CO2 áp suất làm việc gần với mức tối ưu kinh tế; kích thước thiết bị nhỏ gọn; tỉ lệ nén thấp nhiều so với chất làm lạnh thông thường; hồn tồn tương thích với chất bơi trơn thơng thường vật liệu chế tạo phổ biến, sẵn có khắp nơi; giá thấp; vận hành bảo trì đơn giản, cơng suất làm lạnh lớn Liên quan đến việc ứng dụng môi chất lạnh CO2,Kim[2]cùng cộng trình bày ứng dụng, phát triển gần ứng dụng cơng nghệ cho chu trình CO transcritical tủ lạnh, điều hịa khơng khí ứng dụngcho bơm nhiệt Các vấn đề quy trình thiết kế hệ thống bản, tính chất đặc điểm khí CO2, nguyên tắc chu kỳ, phương pháp điều khiển áp suất phía cao, tổn thất nhiệt động lực học, thay đổi chu kỳ, thành phần / hệ thống thiết kế, yếu tố an tồn Cung cấp tiêu chí quan trọng xu hướng đặc điểm phát triển việc dùng môi chất CO2ápdụng công nghệ tủ lạnh, điều hịa khơng khí bơm nhiệt.Từ nghiên cứu ta thấy ưu điểm môi chấtCO2 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang3 Chƣơng 4.CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1.Quan hệ áp suất cân với áp suất hút, áp suất nén dòng điện vào máy nén Hệ thống điều hịa khơng khí CO2 thực nghiệm nhiều lần để thu thập liệu ổn định cho chế độ tới hạn thử nghiệm nhiều chế độ khác như: Thay đổi diện tích thiết bị giải nhiệt, thay đổi điều kiện vận hành nhà, trời, nhận ánh nắng trực tiếp… Đối với máy nén truyền thống sản xuất TECUMSEH, với công suất máy nén 200W Với máy nén này, mối quan hệ áp suất cân hệ thống (khi hệ thống chưa hoạt động) so với áp suất hút áp suất nén thể hình 4.1 nhiệt độ môi trường 31ºC Kết thực nghiệm cho thấy áp suất cân tăng lên, độ chênh lệch áp suất áp suất hút áp suất nén phân biệt Ở áp suất tĩnh 40 bar, có chút khác biệt lỗi thực nghiệm Ở áp suất cân thấp, áp suất nén gần với áp suất cân bằng; nhiên,ở áp suất cân cao, áp suất nén cao áp suất cân Kết thực nghiệm cho thấy dòng điện tăng từ 1,8 A đến 3,5 A tăng áp suất tĩnh từ 30 bar lên 60 bar Tuy nhiên, máy nén truyền thống không hoạt động dòng 70 60 3.5 50 2.5 40 30 1.5 Áp suất đầu hút 20 10 Áp suất đầu đẩy Dòng điện 0.5 Dòng điện (A) Áp suất (bar) điện vượt 3,7 A 30 35 40 45 50 55 60 Áp suất cân (bar) Hình 4.1 Quan hệ áp suất cân áp suất hút,áp suất đẩy dòng điện vào máy nén 4.2 Quan hệ nhiệt độ môi trƣờng với áp suất dòng điện vào máy nén Mối quan hệ nhiệt độ áp suất môi trường xung quanh thể NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 59 hình 4.2 Kết cho thấy áp suất hút nén tăng nhiệt độ môi trường tăng lên Khi nhiệt độ môi trường tăng từ 31,8oC lên 40,5oC, áp suất hút tăng từ 42 bar lên 48 bar áp suất nén tăng từ 80 bar lên 84 bar Áp suất ngày tăng ảnh hưởng đến việc tăng dòng điện máy nén từ A đến 2,3 A, thể hình 4.3 Các kết hình 4.2 4.3 thu áp suất cân 54 bar Hình 4.4 cho thấy quan hệ nhiệt độ môi trường so với áp suất dòng điện áp suất cân 50 bar Với kết hình 4.2-4.4, máy nén SANDEN CO2 có cơng suất 450W làm mát có diện tích truyền nhiệt m2 Hình 4.2-4.4 cho thấy áp suất hút dòng điện máy nén giảm áp suất cân hệ thống giảm Ở nhiệt độ mơi trường 37,5 oC, chu trình với áp suất cân 54 bar có áp suất hút 47 bar dịng 2,2 A; chu trình với áp suất cân 50 bar có áp suất hút 42 bar dịng điện 1,9 A 90 80 Áp suất (Bar) 70 60 50 40 30 20 Áp suất đầu đẩy 10 Áp suất đầu hút 30 32 34 36 38 40 42 Nhiệt độ mơi trường (0C) Hình 4.2 Mối quan hệ giƣã áp suất nhiệt độ môi trƣờng áp suất cân 54 bar NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 60 2.3 2.25 Dòng điện (A) 2.2 2.15 2.1 2.05 1.95 30 32 34 36 38 40 42 Nhiêt độ mơi trường (0C) Hình 4.3 Quan hệ giƣã dịng điện nhiệt độ mơi trƣờng áp suất cân 54 bar 90 2.05 80 1.95 60 1.9 50 1.85 40 1.8 30 Áp suất đầu hút 20 Áp suất đầu đẩy 10 Dòng điện Dòng điện (A) Áp suất (bar) 70 1.75 1.7 1.65 26 28 30 32 34 36 38 Nhiệt độ mơi trường (0C) Hình 4.4 Mối quan hệ giƣã áp suất, nhiệt độ mơi trƣờng cƣờng độ dịng điện áp suất cân 50 bar Nhận xét: hình 4.3 lí mà nhiệt độ mơi trường tăng mà dòng điện vào máy nén lại giảm từ 34oC đến 37oC tiến hành thử nghiệm hai môi trường nhiệt độ khác tác giả không chờ đến nhiệt độ , áp suất ổn định hồn tồn dẫn đến có chút lệch so với lí thuyết 4.3 Quan hệ áp suất hút ,áp suất nén dòng điện Với kết hình 4.5, máy nén SANDEN CO2 có cơng suất 450W làm mát có diện tích truyền nhiệt m2 Khi áp suất hút tăng từ 46 bar lên 50 bar, dòng điện giảm từ 2,07 A xuống 2,25 A Kết tương tự với kết thu từ chu trình sử dụng làm NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 61 mát với diện tích truyền nhiệt 3m2 Tuy nhiên, nhiệt độ đầu làm mát với diện tích truyền nhiệt m2 thấp 2oC so với nhiệt độ thu từ làm mát có diện tích truyền nhiệt 3m2 Bộ làm mát với diện tích truyền nhiệt cao làm tăng khả làm mát hệ 81 2.26 80 2.24 2.22 79 2.2 78 2.18 77 2.16 76 2.14 2.12 75 74 Áp suất 2.1 Dòng điện 2.08 73 Dòng điện (A) Áp suất đầu đẩy (bar) thống 2.06 45 46 47 48 49 50 51 Áp suất đầu hút (bar) Hình 4.5 Mối quan hệ áp suất hút ,áp suất đẩy dòng điện vào máy nén 4.4 Biểu diễn đồ thị p-h Một so sánh chu kỳ nhiệt động lực học máy nén thông thường máy nén CO2 hệ thống thể Bảng 4.1 Hình 4.6 Bảng cho thấy thơng số nhiệt động lực học chu trình cho ba trường hợp: Trường hợp với máy nén thông thường, trường hợp trường hợp với máy nén CO2 Máy nén khí CO2 sản xuất SANDEN, với công suất đầu máy nén 450 W Đối với trường hợp 2, van tiết lưu lắp đặt gần dàn làm mát; nhiên, van tiết lưu lắp đặt gần thiết bị làm lạnh cho trường hợp Thông số Bảng 4.1 vẽ đồ thị p-h CO2, sử dụngphần mềm EES (phần mềm giải thuật cho hệ thống) Bảng 4.1.Thông số nhiệt động lực học chu trình CO2 Case p1 (bar) 20 34 45 t1 p2 t2 (C) (bar) (C) 20,2 45 83,2 20,8 86 105 9,2 77 55 p3 (bar) 45 85 77 t3 p4 t4 w1-2 q4-1 (C) (bar) (C) (kJ/kg) (kJ/kg) 31,5 20 43,5 19,6 40,2 35 -3,1 45,2 89,5 29,4 47 13,5 20,6 150,2 COP 0,45 1,99 7,28 Hình 4.6 cho thấy thay đổi chu trình sử dụng máy nén thơng thường với máy nén CO2 để nén áp suất cao Trong trường hợp 1, chu trình sử dụng máy nén thơng thường NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 62 có COP thấp nó hoạt động vùng nhiệt Trong trường hợp 3, trình bay nằm khu vực hai pha Trong trường hợp 3, van tiết lưu đặt gần thiết bị làm lạnh, đầu làm mát khí từ điểm 3’(32,2 oC) dịch chuyển đến điểm (29,4 o C) Kết cho thấy trường hợp COP có giá trị cao lượng điện cấp vào thấp Áp suất đầu thiết bị bay thấp áp suất đầu vào thiết bị bay Đó tổn thất áp suất thiết bị bay lực hút máy nén Ở áp suất thiết bị bay 47 bar áp suất làm mát 77 bar, công suất đầu vào 20,6 kJ/kg COP 7,28 Trong trường hợp COP chu trình xác định cho phía mơi chất lạnh Hình 4.6 Đồ thị p-h CO2 Một số kết áp suất đầu hút đầu đẩy thay đổi nhiệt độ môi trường thể Hình 4.7 Kết từ hình cho thấy áp suất đầu hút gần không đổi hệ thống thay đổi nhiều áp suất đầu đẩy thay đổi nhiệt độ môi trường Các kết dòng điện COP thể Hình 4.8 Kết cho thấy COP tăng nhiệt độ mơi trường giảm Tóm lại, kết nghiên cứu góp phần thể rõ công máy nén lạnh CO2 hệ thống điều hịa khơng khí Những kết góp phần bổ sung lượng kiến thức thực nghiệm quý báu cho nghiên cứu liên quan đến điều hịa khơng khí dùng mơi chất lạnh CO2 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 63 Nhiệt độ mơi trường oC Hình 4.7 Đồ thị mối quan hệ áp suất hút, áp suất đẩy, nhiệt độ môi trƣờng 2.5 COP 1.5 4.6 COP Dòng điện 4.8 Dòng điện 4.4 0.5 4.2 30.4 30.75 31.025 31.3 31.35 Nhiệt độ mơi trường oC Hình 4.8 Đồ thị mối quan hệ số COP, dịng điện, nhiệt độ mơi trƣờng 4.5 So sánh sử dụng dàn lạnh Mini dàn lạnh Micro Ngồi tác giả cịn tiến hành so sánh khác dàn lạnh micro mini, tác giả thu thập số liệu thực nghiệm dàn lạnh minivới dàn lạnh kênh micro thống kê bảng 4.2, bảng 4.3 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 64 Bảng 4.2 Số liệu thực nghiệm tốc độ quạt DBH thấp Tốc độ gió DBH P1 51,5 1,5 Nhiệt độ gió vào DBH Nhiệt độ gió DBH 26,127 32,343 Áp suất tĩnh P2 P3 55 55 P4 54 Thông số điểm nút t1 P1 t2 P2 t3 P3 t4 P4 13,239 39,718 60,2 81,37 34,433 81,37 12,42 41,59 Bảng 4.3.Số liệu thực nghiệm tốc độ quạt DBH vừa Tốc độ gió DBH P1 52,5 2,5 Nhiệt độ gió vào DBH 31,9 Nhiệt độ gió DBH 24,1 t1 27 Áp suất tĩnh P2 P3 P4 56 56 55 Thông số điểm nút P1 41,5 t2 74,7 P2 80 t3 34,5 P3 80 t4 11 P4 40,5 Dựa vào bảng 4.2 bảng 4.3 cho thấy khác số liệu thực nghiệm hai dàn lạnh mini micro Theo bảng 4.4, hiệu nhiệt độ dàn lạnh micro Δkk = 6,2°C dàn lạnh mini Δkk = 7,8°C từ cho thấy dàn lạnh mini trao đổi nhiệt tốt dàn lạnh micro Khi hệ thống hoạt động thời gian dài dàn lạnh micro dàn lạnh mini dễ đọng nước dàn nên hiệu trao đổi nhiệt giảm dần Dựa vào số liệu bảng 4.4, tác giả biểu diễn chu trình lạnh cấp CO2 sử dụng dàn lạnh Mini dàn lạnh Micro lên đồ thị logP – h hình 4.9 Từ hình 4.9 thấy COP dàn lạnh mini thấp COP dàn lạnh micro 38,12% Bảng 4.4 So sánh số liệu thực nghiệm dàn lạnh micro mini Nhiệt độ gió Nhiệt độ vào DBH gió DBH t1 P1 Micro 32,3 26,1 13,2 40 Mini 31,9 24,1 27 41,5 NGUYỄN PHÚ ĐỨC t2 P2 t3 P3 t4 P4 60,25 81,4 34,5 81,4 12,4 41,6 74,7 80 34,5 80 11 40,5 Trang 65 Hình Đồ thị logP – h hệ thống CO2 sử dụng dàn lạnh Mini Micro NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 66 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Các nghiên cứu thực nghiệm áp suất cơng suất đầu vào hệ thống điều hịa khơng khí dùng mơi chất CO2 thực Các nghiên cứu cho thấy có thay đổi chu trình sử dụng loại máy nén thơng thường máy nén dùng cho môi chất CO để nén áp suất cao: Kết cho thấycó thay đổi COP thưc trình nén từ vùng nhiệt đến vùng hai pha Trong nghiên cứu này, áp suất thiết bị bay 47 bar áp suất dàn làm mát 77 bar, công suất đầu vào 20,6 kJ/kg COP đạt 7,28 Áp suất hút nén tăng lên nhiệt độ môi trường tăng lên Khi nhiệt độ môi trường tăng từ 31,8oC lên 40,5oC, áp suất hút tăng từ 42 bar lên 48 bar áp suất nén tăng từ 80 bar lên 84 bar, dẫn đến dòng điện vào máy nén tăng từ 2A đến 2,3A Áp suất hút dòng điện máy nén giảm áp suất cân hệ thống giảm Chu trình với áp suất cân 54 bar có áp suất hút 47 bar dịng 2,2 A Trong chu trình với áp suất cân 50 bar có áp suất hút 42 bar dòng điện 1,9 A, nhiệt độ mơi trường 37,5oC So sánh diện tích truyền nhiệt làm mát m2 làm mát với diện tích truyền nhiệt m2,thì dịng điện vào máy nén Tuy nhiên, nhiệt độ đầu làm mát m2 thấp oC so với nhiệt độ đầu làm mát với diện tích truyền nhiệt 3m2 Vì vậy, làm mát với diện tích truyền nhiệt cao làm tăng khả làm mát hệ thống Tóm lại kết cung cấp liệu quan trọng cho nghiên cứu hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng chất làm lạnh CO2 áp suất dòng điện 5.2 Kiến nghị Từ kết nghiên cứu cho thấy, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm trình nén hệ thống điều hịa khơng khí dùng mơi chất CO2” đáp ứng đủ tiêu chí hệ thống điều hịa khơng khí Để góp phần cải thiện hệ thống tốt hơn, tác giả đề xuất cần dùng dàn làm mát với ống có đường kính nhỏ thép.Ngồi chủ yếu tồn vấn đề áp suất tác giả đề suất cần gắn thêm thiết bị bảo vệ hệ thống role áp suất cao.Nhằm mục đích áp suất hệ thống lí tăng vượt ngưỡng rơ le tác động làm ngưng việc cấp điện vào hệ thống góp phần cho hệ thống hồn thiện NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Lorentzen, “The use of natural refrigerants: a complete solution to the CFC/HCFC predicament”, Elsevier Science Ltd and IIR Int J Refri Vol 18, No 3, pp 190 197, 1995 [2] Man-Hoe Kima,, Jostein Pettersenb, Clark W Bullardc Fundamental process and system design issues in CO2 vapor compression systems [3] Author: Peihua Li, J.J.J Chen, Stuart Norris Review of flow condensation of CO2 as a refrigerant [4] Jin Min Cho , Yong Jin Kim , Min Soo Kim ,Experimental studies on the evaporative heat transfer and pressure drop of CO2 and CO2/propane mixtures flowing upward in smooth and micro-fin tubes with outer diameterof mm for an inclination angle of 450 [5] Jin Min Cho , Yong Jin Kim , Min Soo Kim , Convective heat transfer in supercritical flows of CO2 in tubes with and without flow obstacles.University of Ottawa, Ottawa, ON K1N 6N5, Canada [6] Xiaolin Wang, Mike DennisPhase equilibrium and formation behaviour of CO2- TBAB semi-clathrate hydrate at low pressures for cold storage air conditioning applications [7] IDewa M.C Santosa , Baboo L Gowreesunker , Savvas A Tassou , Konstantinos M Tsamos , Yunting Ge Investigations into air and refrigerant side heat transfer coefficients of finned-tube CO2 gas coolers [8] J Pettersent, A Hafner and G Skaugen S1NTEF Energy Research Development of compact heat exchangers for CO2 air-conditioning systems*, Refrigeration and Air Conditioning, N-7034 Trondheim, Norway [9] Jin Min Cho, Min Soo Kim,1Experimental studies on the evaporative heat transfer and pressure drop of CO2 in smooth and micro-fin tubes of the diameters of and 9.52 mm [10] Rin Yun, Yongchan Kim , Chasik Park Numerical analysis on a microchannel evaporator designed for CO2 air-conditioning systems [11] Jiong Li, JiaJia, Lei Huang, Shuangfeng Wang Experimental and numerical study of an integrated fin and micro-channel gas cooler for a CO2 automotive air-conditioning [12] J Steven Brown ,Samuel F Yana-Motta ,Piotr A Domanski ,Comparitive analysis of an automotive air conditioning systems operating with CO2 and R134a [13] Sung Chul Kim , Jong Phil Won , Min Soo Kim ,Effects of operating parameters on the performance of a CO2 air conditioningsystem for vehicles [14] Y.B Tao, Y.L He , W.Q Tao, Z.G Wu, Experimental study on the performance of CO2 residential air-conditioningsystem with an internal heat exchanger [15] Jifeng Jin, Jiangping Chen, Zhijiu Chen, Development and validation of a microchannel evaporator model for a CO2air-conditioning system [16] Jae Seung Lee, Mo Se Kim, Min Soo Kim,1Experimental study on the improvement of CO2airconditioning system performance using an ejector [17] Sung Chul Kim , Jong Phil Won , Min Soo Kim ,Effects of operating parameters on the performance of a CO2 air conditioningsystem for vehicles [18] Fang Liu , Eckhard A Groll, Daqing Li, Modeling study of an ejector expansion NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 68 residential CO2 air conditioning system [19] Yunho Hwang , Jun-Pyo Lee , Reinhard Radermacher a Oil distribution in atranscritical CO2 air-conditioning system [20] Emerson Escobar Nunez, Nicholaos G Demas, Kyriaki Polychronopoulou, Andreas A Polycarpou Comparative scuffing performance and chemical analysis of metallicsurfaces for air-conditioning compressors in the presence of environmentallyfriendly CO2 refrigerant [21] Y.B Tao, Y.L He, W.Q Tao, Exergetic analysis of transcritical CO2 residential airconditioning system basedon experimental data [22] Lin Chen, X R hang, “Heat transfer and various convection structures of near-critical CO2 flow in microchannels”, Applied Thermal Engineering (2013) – [23] Rin Yun, Yunho Hwang, Reinhard Radermacher, “Convective gas cooling heat transfer and pressure drop characteristics of supercritical CO2/oil mixture in a minichannel tube”, International Journal of Heat and Mass Transfer 50 (2007) 4796 – 4804 [24] Sneha S Gosai, Vivek C Joshi [6], “A Review on Two Phase Flow in Micro channel Heat”, International Journal of Applied Research & Studies ISSN 2278 – 9480 [25] Tankhuong Nguyen, Tronghieu Nguyen, Thanhtrung Dang, and Minhhung Doan An Experiment on a CO2 Air Conditioning System with Copper Heat Exchangers International Journal of Advanced Engineering, Management and Science, Vol.2, Issue12, 2016, pp.222 [26] Trung Hiếu cộng sự, “Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt thiết bị bay kênh micro dùng môi chất CO2 phương pháp mô số”, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí - Lần thứ IV 31/07/2015-TTD NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 69 PHỤ LỤC Hình Model máy nén cơng suất 450W NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 70 Bảng 5.1 Thông số thực nghiệm với tốc độ gió dàn bay mức thấp ngày 16-2-2018 Bảng Thông số thực nghiệm với tốc độ gió dàn bay mức thấp ngày 13,14 -6-2017 NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 71 Bảng 5.3 Thơng số thực nghiệm với tốc độ gió dàn bay mức thấp ngày 20-2-2018 Hình Hình vận hành hệ thống điều kiện phịng mát hệ thống máy NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 72 Hình Hình mơ hình thử nghiệm số điều kiện trời NGUYỄN PHÚ ĐỨC Trang 73 ... ích mơi chất lạnh CO2 mang lại tương lai, nên tác giả định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu thực nghiệm trình nén hệ thống điều hịa khơng khí dùng mơi chất CO2? ?? Tác giả hy vọng với kết nghiên cứu đạt... Các nghiên cứu nƣớc Truyền nhiệt đặc tính q trình nén hướng Việt Nam Hiện nay, nhà khoa học nước nghiên cứu trình nén đặc biệt q trình nén khí CO2 hệ thống lạnh Ở nghiên cứu [25], Dang công nghiên. .. hịa khơng khí Tuy nhiên nghiên cứu chưa vào nghiên cứu ảnh hưởng trình nén tác động đến hệ thống điều hịa khơng khí cụ thể sử dụng mơi chất CO2 Liên quan đến việc ứng dụng môi chất lạnhCO2 nhằm