Nghiên cứu lý thuyết năng suất lạnh hệ thống điều hòa không khí CO2 đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.4 Mục tiêu đề tài 13 1.5 Phương pháp thực đề tài 13 1.6 Giới hạn đề tài 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Cơ sở lý thuyết 14 2.1.1 Cơ sở truyền nhiệt 14 2.1.2 Dẫn nhiệt 14 2.1.3 Trao đổi nhiệt đối lưu 15 2.1.4 Trao đổi nhiệt xạ 15 2.1.5 Giới thiệu chung môi chất lạnh CO2 15 2.1.5.1 Tính chất vật lý 15 2.1.5.2 Ưu, nhược điểm CO2 17 2.1.5.3 Ứng dụng CO2 công nghiệp lạnh 17 2.1.5.4 Cơng thức tính tốn liên quan 17 2.2 Tính tốn lý thuyết 18 2.2.1 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 18 2.2.2 Tính tốn thiết bị bay 23 2.2.3 Tính tốn suất lạnh hệ thống theo lý thuyết 30 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM 31 3.1 Thiết kế mơ hình hệ thống thực nghiệm 31 iii Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 3.1.1 Thiết kế mơ hình 31 3.1.2 Hệ thống thực nghiệm 32 3.2 Các thiết bị thực nghiệm 34 3.2.1 Máy nén 34 3.2.2 Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước gió 34 3.2.3 Van tiết lưu 35 3.2.4 Thiết bị bay kênh mini 36 3.2.5 Đồng hồ hiển thị áp suất 36 3.2.6 Đồng hồ đo nhiệt độ 37 3.2.7 Thiết bị đo lưu lượng 38 3.2.8 Biến tần 39 3.2.9 Cảm biến áp suất 39 3.2.10 Lưu tốc kế 40 CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 42 4.1 Quy trình thực nghiệm 42 4.2 Các kết thực nghiệm tính toán 43 4.2.1 Thông số thực nghiệm thu 43 4.2.2 Quy trình tính tốn 43 4.2.3 Tính tốn chu trình 49 4.3 Nhận xét kết thực nghiệm 50 4.4 Thực nghiệm hệ số tối ưu hệ thống lạnh CO2 51 4.4.1 Với vận tốc gió v = 1,78 m/s dàn lạnh 51 4.4.2 Với vận tốc gió v = 2,88 m/s dàn lạnh 56 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 5.1 Kết luận 61 5.2 Kiến Nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 66 iv Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ Latinh a: Hệ số khuếch tán nhiệt A: Hệ số hấp Thụ B: Chiều rộng, m c: Nhiệt dung riêng khối lượng [J/kgK] cp: Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp [J/kgK] C: Hệ số xạ dng: Đường kính ngồi ống, [m] dtr : Đường kính ống, [m] D: Hệ số xuyên qua E: Khả xạ bán cầu E: Khả xạ đơn sắt F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2 f: Diện tích tiết diện ngang k: Hệ số truyền nhiệt lc: Chiều dài cánh, m G: Lưu lượng khối lượng ( khối lượng) p: Áp suất [bar] q: Mật độ dòng nhiệt [W/m2] Q: Dịng truyền nhiệt [W] r: Nhiệt ẩn hóa t: Nhiệt độ bách phân [oC] T: Nhiệt độ Kenvin [K] v Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung v: Thể tích riêng [m ] V: Lưu lượng thể tích Chữ Hy Lạp α: Cường độ tỏa nhiệt đối lưu β: Hệ số làm canh, hệ số dãn nở nhiệt : độ nhớt động học khơng khí, [m2/s] δ: Độ dày cánh, [m] ε: Độ đen η: Hiệu suất, [%] ∆𝑡: Chênh lệch nhiệt độ, [oC] 𝜌: Khối lượng riêng, [kg/m3] 𝜇: Độ nhớt động lực học , [kg/ms] 𝜔: tốc độ dòng, [m/s] 𝜆: Hệ số dẫn nhiệt, [W/m2K] Quy ước ký hiệu quốc tế GWP: Chỉ số làm trái đất nóng lên mơi chất HFC: Được xem môi chất lạnh hệ thứ Với mơi chất lạnh gốc điển HFC134A (R134a), HFC410A (R410A) COP: (Coeffcient Of Performance) Hệ số hiệu lượng vi Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1.Đồ thị biểu diễn mối tương quan 11 Hình 2.1 Sơ đồ vùng chuyển pha R744 16 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hịa khơng khí CO2 18 Hình 2.3 Chu trình điều hịa khơng khí mơi chất lạnh R744 đồ thị p-h 20 Hình 2.4 Quá trình trao đổi nhiệt ngưng tụ nước CO2 21 Hình 2.5 Đồ thị thể liên hệ đường kính thủy lực với hệ số truyền nhiệt 27 Hình 2.6 Biến thiên nhiệt độ dàn bay 29 Hình 3.1 Dàn bay kênh Mini 32 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm hệ thống 32 Hình 3.3 Thiết bị ngưng tụ thực nghiệm thực tế 33 Hình 3.4 Máy nén Dorin sử dụng nghiên cứu 34 Hình 3.5 Dàn ngưng tụ giải nhiệt nước gió 35 Hình 3.6 Van tiết lưu Danfoss 35 Hình 3.7 Dàn bay kênh mini 36 Hình 3.8 Đồng hồ cảm biến áp suất 37 Hình 3.9 Thiết bị đo nhiệt độ thường có dầu dò DS-1 37 Hình 3.10 Đồng hồ hiển thị nhiệt độ Extech 38 Hình 3.11 Cảm biến lưu lượng Turbine Flow Meter DGTT-015S 38 Hình 3.12 Biến tần sử dụng điều khiển tốc độ quạt, bơm 39 Hình 3.13 Cảm biến áp suất thực tế 40 Hình 3.14 Bộ hiển thị áp suất kết nối với cảm biến áp suất 40 Hình 3.15 Lưu tốc kế AVM-03 41 Hình 4.1 Đồ thị p-h giá trị nhiệt độ môi trường 34.5oC 45 Hình 4.2 Đồ thị biểu thị thay đổi nhiệt độ môi trường theo thời gian 48 Hình 4.3.Đồ thị biểu thị thay đổi COP theo thời gian 48 Hình 4.4 Đồ thị biểu thị thay đổi suất lạnh Q0 theo thời gian 49 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn a b theo Pk 51 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn Po a theo Pk 52 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn P theo tttl 53 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn tttl theo tmt 54 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn a b theo Po 55 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn a b theo Pk 56 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn Po a theo Pk 57 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn P theo tttl 58 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn tttl theo tmt 59 Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn a b theo Po 60 vii Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các GWP môi chất lạnh gốc HCFC 10 Bảng 2.1 Thơng số lý thuyết chu trình điều hịa khơng khí CO2 19 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật dàn bay Mini 31 Bảng 4.1 Bảng thông số thực nghiệm ngày 31-05-2020 43 Bảng 4.2 Điểm nút giá trị nhiệt độ t= 34.5oC 44 Bảng 4.3 Bảng điểm nút đồ thị P-h 45 Bảng 4.4 Bảng thông số nhiệt động điểm nút chu trình 47 Bảng 4.5 Bảng so sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm 50 Bảng 5.1 Tính chất vật lý CO2 thể lỏng đường bão hòa 66 viii Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài Trong giai đoạn phát triển kinh kế cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường vấn đề cấp thiết xã hội đông đảo người quan tâm, đặc biệt nhà nghiên cứu khoa học Trong đó, ngành cơng nghiệp nhiệt lạnh ngành tiêu tốn lượng nhiều với hệ thống nóng, lạnh điều hịa khơng khí tịa nhà, khu chung cư, trường học, trung tâm thương mại, nhà máy, xí nghiệp phục vụ nhu cầu nóng lạnh sâu đông lạnh hải sản, trữ đông, sản xuất bánh kẹo, sấy gỗ, cà phê, Sử dụng thiết thị trao đổi nhiệt từ loại nhỏ gọn treo tường đến thiết bị trao đổi nhiệt lớn nhà máy nhiệt điện Mơi chất lạnh hay cịn gọi gas lạnh chất tuần hoàn hệ thống lạnh làm nhiệm vụ hấp thụ nhiệt buồng lạnh nhờ bốc áp suất thấp nhiệt độ thấp thải nhiệt môi trường áp suất cao nhiệt độ cao Môi chất lạnh lý tưởng môi chất lạnh không gây nguy hiểm cho người, không độc hại môi trường, không cháy nộ, dễ dàng phát rò rỉ, Hiện nay, nhà khoa học chưa thể tìm ga lạnh lý tưởng, tìm ga lạnh, có ưu điểm nhược điểm Bởi chọn ga lạnh cho ứng dụng cụ thể, cần lựa chọn cho ga lạnh phát huy ưu điểm hạn chế nhược điểm Và tiền đề để ga lạnh CO2 đời Ga lạnh CO2 ga lạnh không mùi, có sẵn từ nhiên nên thân thiện với người Về vấn đề thân thiện môi trường ta lấy GWP khí CO2 tác động thời hạn 100 năm lấy làm mốc để so sánh, GWP CO2 = HFC đạt tới hàng nghìn HFC134a 1.600, HFC410A 2.340 Nắm bắt xu hướng nhà khoa học không ngừng nghiên cứu giải pháp nhằm nâng cao chất lượng thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng môi chất lạnh theo nhiều hướng khác Trong đó, hướng nghiên cứu sử dụng thiết bị bay kênh mini sử dụng CO2 làm môi chất lạnh để thay cho loại môi chất lạnh họ Flourocarbon Vệc sử dụng thiết bị bay ống mini thu nhỏ kích thước thiết bị mà có hiệu tốt, mật độ truyền nhiệt cao, chi phí chế tạo, lắp đặt hợp lý Đồng thời, CO2 sử dụng phổ biến hệ thống lạnh thay cho môi chất lạnh lượng Flourocarbon giảm lượng CO2 bên ngồi mơi trường giảm Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung Nhằm góp phần cho giải pháp này, nhóm chúng em định chọn đề tài “Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xác định suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí CO2” để đáp ứng xu 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Liên quan tới đề tài có nhiều cơng trình nghiên cứu ngồi nước lĩnh vực mơi chất CO2 dàn lạnh kênh mini Các trình nghiên cứu, thực nghiệm đóng góp tích cực cho khoa học với hi vọng nghiên cứu môi chất thân thiện với người môi trường hiệu suất làm việc tốt Dưới số báo liên quan nhóm tìm hiểu để làm sở thực đề tài Gupta Dasgupta [1] phân tích hệ thống lạnh CO2 môi trường Ấn Độ thử thách liên quan tới Một mơ hình tốn học làm mát khí phát triển cho tồn hệ thống lạnh CO2 Hiệu suất hệ thống lạnh CO2 phân tích điều kiện vận hành khác (theo vùng Ấn Độ) bao gồm công suất quạt Dựa kết quả, có số kết luận sau: Cơng suất quạt có ảnh hưởng đáng kể đến COP ứng dụng vùng có nhiệt độ cao, Ấn Độ Công suất quạt bị thay đổi chủ yếu với vận tốc khơng khí khơng bị ảnh hưởng đáng kể thay đổi số lượng cách xếp làm mát khí COP hệ thống cải thiện 5% tới 10% cách giữ vận tốc khơng khí phạm vi tối ưu Trong phạm vi phân tích, vận tốc khơng khí từ tới m/s được cho tối ưu Việc lựa chọn thiết kế máy nén chuyên dụng cho vùng nhiệt độ quan trọng Nó cho thấy hiệu suất nén đoạn nhiệt tăng lên 10% tức từ 60% tới 70%, hệ số COP tăng lên 33% Ngoài ra, báo nhắc lại quan trọng môi chất CO2 việc thiết kế hệ thống cách ưu môi trường khác Bansal [2] thực nghiệm thành công môi chất lạnh Carbon dioxide (CO2) xem môi chất làm lạnh tiềm để sử dụng cho hệ thống làm lạnh sâu ngành thực phẩm lạnh cơng nghiệp hoạt động giải trí Hiện nay, CO2 chứng tỏ trội tính thương mại CO2 có số thiết kế phổ biến hệ thống lạnh ghép tầng, hệ thống lạnh siêu tới hạn Ngồi cịn có nhiều mẫu thiết kế vài biến thể để sử dụng số trường hợp cụ thể Bài báo cho ta thấy tất nguyên tắc cở ứng dụng môi chất lạnh CO2 hệ thống làm lạnh sâu Đồng thời, cịn có vài thảo luận việc phân Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung tích nhiệt động lực học, vơ hại tới người thách thức, khả thực cho nghiên cứu thiết kế Ge [3] tiến hành thiết kế làm mát khí CO2 với kết cấu khác kết nối chúng vào thiết bị thử nghiệm hệ thống lạnh CO2 Thơng qua đó, thấy hiệu suất làm mát thông qua buổi thử nghiệm Các mẫu làm mát khí CO2 thiết kế theo kiểu mơ hình phân tán (mơ hình chi tiết) mơ hình tập trung (mơ hình đơn giản) Mơ hình thứ sử dụng để đưa dự đoán chi tiết cấu hình nhiệt độ chất lỏng hoạt động, tốc độ truyền nhiệt cục ảnh hưởng việc xắp sếp mạch ống Hơn nữa, tốc độ quạt sử dụng để điều chỉnh kiểm soát lạnh độ chênh lệch nhiệt độ làm mát khí Tuy nhiên, kích thước trao đổi nhiệt, quạt tốc độ cao lựa chọn hợp lí Ngồi ra, kết mô cho thấy thay đổi tý lệ khơng khí cách làm hiệu để kiểm soát giảm thiểu độ chênh lệch nhiệt độ làm mát khí tỷ lệ giảm khơng nhiều Parrocha [4] cộng đề xuất chiến lược kiểm sốt tối ưu hóa thời gian thực theo mơ hình thực tế cho nhà máy lạnh sản xuất CO2 đảm bảo bao gồm nhu cầu làm mát theo dõi liên tục điều kiện để đạt hiệu tối đa Cách tiếp cận thu phản hồi với ba phép đo kiểm soát mức mở van nén tốc độ máy nén Chiến lược giảm thiểu mức tiêu thụ điện máy nén thay tối đa hóa hệ số hiệu suất, tránh số cảm biến, chứng minh toán học hai phương pháp tương đương Họ chứng minh tối đa hóa COP cho CO2 từ nhà máy siêu tới hạn hoạt động với tải nhiệt không đổi tương đương với việc giảm thiểu mức tiêu thụ điện máy nén, hỗ trợ thuật tốn điều khiển tốn học Đề xuất áp dụng cho CO2 siêu tới hạn từ nhà máy lạnh hiển số thông số chung Jeong đồng nghiệp [5] nghiên cứu ứng dụng điều hịa khơng khí vào giải nhiệt thiết bị cơng nghệ thơng tin truyền thông (ICT) Các sở ICT phát triển nhanh chóng Đồng thời, nhiệt sinh đơn vị diện tích trung tâm liệu, nơi máy chủ định tuyến tập trung sở ICT vấn đề nghiêm trọng Do đó, nghiên cứu nhằm mục đích nghiên cứu hiệu suất đặc điểm hệ thống trao đổi nhiệt làm mát chỗ máy chủ, sử dụng CO2 chất làm việc để ngăn chặn xuất điểm nóng giảm điện Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung tiêu thụ hệ thống điều hịa khơng khí thơng thường Hệ thống điều hịa khơng khí lắp đặt trung tâm liệu với thí nghiệm mơ Kết là: Đối với tốc độ dòng truyền nhiệt, kết thử nghiệm mô nằm phạm vi sai số ± 5% trạng thái hai pha Pettersent cộng [6] nghiên cứu trao đổi nhiệt cho hệ thống điều hịa khơng khí phương tiện giao thơng cho số loại thiết bị lạnh dân dụng đơn Sử dụng chất làm lạnh tự nhiên cao áp CO2 đánh giá để sử dụng ứng dụng vậy, trao đổi nhiệt hiệu phát triển điều tra Bộ trao đổi nhiệt carbon dioxide thiết kế cho dòng chất làm lạnh có khối lượng cao sử dụng ống có đường kính nhỏ ống vi kênh fiat ép đùn Hệ số truyền nhiệt môi chất lạnh cao so với fluorocarbons, giảm diện tích bề mặt bên dung thứ Cả hai trao đổi nhiệt ống tròn mở rộng ống kính nhỏ đơn vị loại vi kênh hàn xây dựng thử nghiệm thành công Kết cho thấy trao đổi nhiệt môi chất CO2 nhỏ gọn có tính cạnh tranh với dịng HFC / HCFC ban đầu kích thước vật lý, khối lượng trao đổi hiệu suất nhiệt Kích thước ống nhỏ đa dạng giảm kích thước so với thiết bị HFC-134a Yun cộng [7] phân tích số học cho thiết bị bay thiết kế cho hệ thống điều hịa khơng khí dùng mơi chất CO2 Các nhà nghiên cứu phân tích số học thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro phương pháp thể tích hữu hạn Dựa so sánh hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt kênh mini thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có cánh thiết kế dùng mơi chất CO2, nhà nghiên cứu đề xuất xếp khốivà vận tốc khơng khíđầu vào trao đổi nhiệt kênh mini cần phải tối ưu cách xem xét kích thước thiết bị trao đổi nhiệt, điều kiện khơng khí đầu vàcơng suất u cầu Kau [8] cộng xác định cao áp chu trình lạnh - lạnh siêu tới hạn thực với phương pháp đồ họa Nếu điều kiện vận hành khác có để xem xét, việc sử dụng chức điều khiển hữu ích Áp dụng mơ hình mơ trạng thái ổn định trình bày dẫn đến phương trình điều khiển đơn giản, áp suất cao tối ưu CO2 hạn tới chu trình làm lạnh, với điều kiện thông tin cho nhiệt trao đổi máy nén, đưa ví dụ báo Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 55.0 1.60 1.50 50.0 1.40 Áp suất đầu hút Po (bar) 45.0 1.30 1.20 40.0 Po a 1.10 35.0 1.00 Hệ số a 0.90 30.0 0.80 25.0 0.70 20.0 0.60 59.5 73.7 74.2 74.4 74.6 74.8 74.9 75.1 75.2 Áp suất đầu đẩy Pk (bar) Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn Po a theo Pk Từ Hình 4.6 ta thấy áp suất đầu đẩy Pk tăng áp suất đầu hút Po hệ số a tăng Khi áp suất đầu đẩy Pk tăng từ 73,6 bar đến 75,2 bar áp suất đầu hút Po tăng từ 49,7 bar đến 50,2 bar hệ số a tăng từ 1,48 đến 1,5 52 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 35.0 445.0 440.0 30.0 Nhiệt độ 25.0 phòng : (oC) 20.0 Nhiệt độ trước van tiết lưu: tttl (oC) P 435.0 430.0 425.0 Công suất máy nén P (W) 420.0 15.0 415.0 10.0 410.0 31.1 31.9 32.4 32.5 32.7 32.9 33.0 33.0 33.2 Nhiệt độ trước van tiết lưu: tttloC Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn P theo tttl Từ Hình 4.7 ta thấy nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng nhiệt độ phịng (tp) công suất máy nén (P) tăng Khi nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng từ 31,1 oC đến 33,2 oC nhiệt độ phịng (tp) tăng từ 29 oC đến 29,2 oC công suất máy nén (P) tăng từ 423,5 W đến 438,7 W 53 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 35.0 35.0 30.0 30.0 Nhiệt 25.0 độ phòng : 20.0 (oC) 25.0 tttl 20.0 15.0 15.0 10.0 10.0 Nhiệt độ trước van tiết lưu: tttl (oC) 31.6 32.2 32.5 33.7 32.7 32.8 33.0 33.1 33.5 Nhiệt độ môi trường: tmt (oC) Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn tttl theo tmt Từ Hình 4.8 ta thấy nhiệt độ mơi trường (tmt) tăng nhiệt độ phịng (tp) nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng Khi nhiệt độ môi trường (tmt) tăng từ 31,6 oC đến 33,5 oC nhiệt độ phịng (tp) tăng từ 29 oC đến 29,3 oC nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng từ 31,1 oC đến 32,7 oC 54 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 1.6 1.05 1.5 1.4 0.95 0.9 1.3 Hệ số a a 1.2 0.85 b 0.8 1.1 Hệ số b 0.75 0.7 0.9 0.65 0.8 0.6 49.6 49.7 49.9 49.9 49.9 50 50 50.1 50.2 Áp suất đầu hút Po (bar) Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn a b theo Po Từ Hình 4.9 ta thấy áp suất đầu hút Po tăng hệ số a khơng đổi hệ số b tăng Khi áp suất đầu hút Po tăng từ 49,6 bar đến 50,2 bar hệ số a 1,5 hệ số b tăng từ 1,01 đến 1,02 55 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 4.4.2 Với vận tốc gió v = 2,88 m/s dàn lạnh 1.60 1.05 1.50 1.00 0.95 1.40 Hệ số a a 1.30 0.90 b 0.85 1.20 0.80 1.10 Hệ số b 0.75 1.00 0.70 0.90 0.65 0.80 0.60 72.6 73.5 74.5 74.8 74.9 75.1 75.3 Áp suất đầu đẩy Pk (bar) Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn a b theo Pk Từ Hình 4.10 ta thấy áp suất đầu đẩy Pk tăng hệ số a hệ số b tăng Khi áp suất đầu đẩy Pk tăng từ 72,6 bar đến 75,3 bar hệ số a tăng từ 1,46 đến 1,47 hệ số b tăng từ 0,98 đến 1,02 56 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 60.6 1.60 1.50 50.6 1.40 1.30 40.6 Áp suất đầu 30.6 hút Po (bar) 1.20 Po a 1.10 Hệ số a 1.00 20.6 0.90 0.80 10.6 0.70 0.6 0.60 72.6 73.5 74.5 74.8 74.9 75.1 75.3 Áp suất đầu đẩy Pk (bar) Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn Po a theo Pk Từ Hình 4.11 ta thấy áp suất đầu đẩy Pk tăng áp suất đầu hút Po hệ số a tăng Khi áp suất đầu đẩy Pk tăng từ 72,6 bar đến 75,3 bar áp suất đầu hút Po tăng từ 49,5 bar đến 51,2 bar hệ số a tăng từ 1,46 đến 1,47 57 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 35.0 440.0 435.0 Nhiệt độ phòn g: (oC) 30.0 430.0 25.0 P 425.0 420.0 20.0 Công suất máy nén P (W) 415.0 410.0 15.0 405.0 10.0 400.0 30.9 31.7 32.4 32.5 32.6 33.2 33.3 Nhiệt độ trước van tiết lưu: tttl (oC) Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn P theo tttl Từ Hình 4.12 ta thấy nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng nhiệt độ phịng (tp) công suất máy nén (P) tăng Khi nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng từ 30,9 oC đến 33,4 oC nhiệt độ phịng (tp) tăng từ 28,9 oC đến 29,6 oC công suất máy nén (P) tăng từ 415,2 W đến 437,5 W 58 Đồ Án Tốt Nghiệp Nhiệt độ phòng : (oC) PSG.TS Đặng Thành Trung 35.0 35.0 30.0 30.0 25.0 25.0 20.0 tttl 20.0 15.0 15.0 10.0 10.0 32.9 33.0 33.2 33.3 33.5 33.7 Nhiệt độ trước van tiết lưu: tttl (oC) 33.9 Nhiệt độ môi trường: tmt (oC) Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn tttl theo tmt Từ Hình 4.13 ta thấy nhiệt độ mơi trường (tmt) tăng nhiệt độ phịng (tp) nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng Khi nhiệt độ môi trường (tmt) tăng từ 32,9 oC đến 34 oC nhiệt độ phịng (tp) tăng từ 29 oC đến 29,6 oC nhiệt độ trước van tiết lưu (tttl) tăng từ 31,7 oC đến 33,4 oC 59 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung 1.6 1.05 1.5 0.95 1.4 0.9 1.3 Hệ số 1.2 a a b 0.85 Hệ 0.8 1.1 số b 0.75 0.7 0.9 0.65 0.8 0.6 49.550.150.350.450.650.750.850.850.8 51 51 51.151.151.2 Áp suất đầu hút Po (bar) Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn a b theo Po Từ Hình 4.14 ta thấy áp suất đầu hút Po tăng hệ số a hệ số b tăng Khi áp suất đầu hút Po tăng từ 49,5 bar đến 51,2 bar hệ số a tăng từ 1,46 đến 1,47 hệ số b tăng từ 0,98 đến 1,02 60 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ trình tổng quan đề tài nghiên cứu khoa học ngồi nước hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng môi chất lạnh CO2 dàn lạnh kênh mini tạo động lực cho nhóm nghiên cứu lý thuyết xác định xuất lạnh hệ thống, tính chọn thiết bị ngưng tụ phù hợp với khả hoạt động hệ thống khả trao đổi nhiệt dàn lạnh kênh mini Cùng với xu hướng công nghệ tiết kiệm lượng bảo vệ mơi trường, nhóm hồn thành mục đích nghiên cứu lý thuyết, tính tốn, so sánh xác định suất lạnh hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất lạnh CO2 với dàn lạnh kênh mini tối ưu Kết thu được: Hệ số COP thực nghiệm 5,437 cao 1,14 lần so với vài nghiên cứu trước hệ thống ĐHKK CO2 tới hạn 5.2 Kiến Nghị Qua báo cáo này, nhóm đề xuất việc sử dụng CO2 làm môi chất lạnh hệ thống lạnh cần thúc đẩy mạnh mẽ hơn, với dàn lạnh kênh mini khả trao đổi nhiệt tối ưu giảm kích thước dàn lạnh khơng gian bị giới hạn Kết nghiên cứu nhóm tạo tiền đề cho nghiên cứu sau, sử dụng làm nguồn tài liệu lĩnh vực nghiên cứu hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất lạnh CO2 cho dàn lạnh kênh mini Cuộc nghiên cứu có ý nghĩa định việc tính tốn, thiết kế, so sánh dùng làm thực nghiệm cho hệ thống lạnh dùng CO2 làm môi chất lạnh tương lai gần Và cần có thêm nghiên cứu hệ số tối ưu hệ thống điều hịa khơng khí CO2 Nhược điểm khả nhóm điều kiện có hạn chưa thể mô cụ thể để so sánh độ chênh lệch lý thuyết với thực nghiệm 61 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jiong Li, JiaJia, Lei Huang, Shuangfeng Wang Experimental and numerical study of an integrated fin and micro-channel gas cooler for a CO2 automotive airconditioning Applied Thermal Engineering (2016) [2] Jackson Braz Marcinichen, John Richard Thome, Roberto Horn Pereira Working fluid charge reduction, part II: supercritical CO2 gas coolerdesigned for light commercial appliances International Journal of Refrigeration (2016) [3] Dileep Kumar Gupta, Mani Shankar Dasgupta Performance of CO2 Trans Critical Refrigeration System with Work Recovery Turbine in Indian Context International Conference on Recent Advancement in Air conditioning and Refrigeration, RAAR 2016 Energy Procedia 109 (2017) 102 – 112 [4] Yang Yingying, Li Minxia, Wang Kaiyang, Ma Yitai Study of multi-twisted-tube gas cooler for CO2 heat pump water heaters Applied Thermal Engineering 102 (2016) 204–212 [5] Jongsoo Jeong, Kiyoshi Saito, Jongtaek Oh, Kwangil Choi Operation Characteristics of Heat Transportation System Using CO2, International Conference on Advances in Energy Engineering 2011 [6] Siamak Jamali, Mortaza Yari, Farzad Mohammadkhani Performance improvement of a transcritical CO2 refrigeration cycle using two-stage thermoelectric modules in sub-cooler and gas cooler, International Journal of Refrigeration (2016) [7] Paride Gullo, Konstantinos Tsamos, Armin Hafner, Yunting Ge, Savvas A Tassou International Conference on Sustainable Energy and Resource Use in Food Chains, ICSEF 2017, 19-20 April 2017, Berkshire, UK [8] J Pettersent, A Hafner and G Skaugen Development of compact heat exchangers for CO2 air-conditioning systems S1NTEF Energy Research Vol I No pp 180 - 193, 1998 [9] IDewa M.C Santosa, Baboo L Gowreesunker a, Savvas A Tassou a, Konstantinos M Tsamos, Yunting Ge Investigations into air and refrigerant side heat transfer coefficients of finned-tube CO2 gas coolers International Journal of Heat and Mass Transfer 107 (2017) 168–180 62 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung [10] Paul Byrne, Jacques Miriel, Yves Lenat Design and simulation of a heat pump for simultaneous heating and cooling using HFC or CO2 as a working fluid International journal of refrigeration 32 (2009) 1711 – 1723 [11] Y.T Ge, S.A Tassou, I Dewa Santosa, K Tsamos Design optimisation of CO2 gas cooler/condenser in a refrigeration system Applied Energy 2015 [12] Pradeep Bansal, A review e Status of CO2 as a low temperature refrigerant: Fundamentals and R&D opportunities Department of Mechanical Engineering, The University of Auckland, Private Bag, 92019 Auckland, New Zealand Applied Thermal Engineering 41 (2012) 18-29 [13] Man-Hoe Kim, Jostein Pettersenb, Clark W Bullard Fundamental process and system design issues in CO2 vapor compression systems Progress in Energy and Combustion Science 30 (2004) 119–174 [14] Rin Yun, Yongchan Kim, Chasik Park Numberical analysis on a microchannel evaporator designed for CO2 air-conditioning systems, Applied Thermal Engineering, 2006 [15] Pravin Jadhav, Neeraj Agrawal, Omprakash Patil Flow characteristics of helical capillary tube for transcritical CO2 refrigerant flow International Conference on Recent Advancement in Air Conditioning and Refrigeration, RAAR 2016, 10-12 November 2016, Bhubaneswar, India Energy Procedia 109 (2017) 431 – 438 [16] K.M.Tsamos, P Gullo, Y.T.Ge Performance investigation of the CO2 gas cooler designs and its integration with the refrigeration system International Conference on Sustainable Energy and Resource Use in Food Chain, ICSEF 2017, 19-20 April 2017, Berkshire, UK [17] N.Thiwaan Rao, A.N.Oumer, U.K.Jamaludin State-of-the- Art on Flow and heat transfer characteristics of supercritical CO2 in various channels The Journal of Supercritical Fluids, 2016 [18] Momtaj Khanam, Tugrul U Daim A regional technology roadmap to enable the adoption of CO2 heat pump water heater: A case from the Pacific Northwest, USA Energy Strategy Reviews 18 (2017) 157-174 [19] Aklilu Tesfamichael Baheta, Suhaimi Hassana, Allya Radzihan B Reduan, and Abraham D Woldeyohannes Performance investigation of transcritical carbon dioxide refrigeration cycle ScienceDirect Procedia CIRP 26 (2015) 482 – 485 63 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung [20] Ignacio Peñarrocha, Rodrigo Llopis, Luis Tárrega, Daniel Sánchez, Ramón Cabello A new approach to optimize the energy efficiency of CO2 transcritical refrigeration plants Applied Thermal Engineering 67 (2014) 137-146 [21] Gregor Kravanja, Gasper Zajc, Zeljko Knez, Mojca Skerget, Simon Marcic, Masa H Knez Heat transfer performance of CO2, ethane and their azeotropic mixture under supercritical conditions Energy 152 (2018) 190-201 [22] Friedrich Kau Determination of the optimum high pressure for transcritical CO2 refrigeration cycles Daimler-Benz AG, G 254, 70546 Stuttgart, Germany 325-330 July 1998 [23] Nguyen B Chien, Pham Q Vu, Kwang-Il Choi, Jong-Taek Oh Boiling Heat Transfer of R32, CO2 and R290 inside Horizontal Minichannel The 8th International Conference on Applied Energy Energy Procedia 105 (2017) 4822 – 4827 [24] Hyungrae Kim, Hwan Yeol Kim, Jin Ho Song, Yoon Yeong Bae, Heat transfer to supercritical pressure carbon dioxide flowing upward through tubes and a narrow annulus passage, Progress in Nuclear Energy, vol 50, pp 518-525, 2008 [25] K.M Tsamos, Y.T Ge, I.D.M.C Santosa, S.A Tassou Experimental investigation of gas cooler/condenser designs and effects on a CO2 booster system Applied Energy (2016) [26] Thanhtrung Dang, Minh Daly, Nao, Jyh-Tong Teng A Novel Design for a Scooter Radiator Using Minichannel International Journal of Computational Engineering Science 03, June 2013 [27] ThS Nguyễn Trọng Hiếu, PGS.TS Đặng Thành Trung, ThS Lê Bá Tân, NCS Đoàn Minh Hùng, KS Nguyễn Hồng Tuấn Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt thiết bị bay kênh micro dùng môi chất CO2 phương pháp mô số Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí – Lần thứ IV [28] Dangtri Ho, Thanhtrung Dang, Chihiep Le, Hieu Nguyen An experimental comparison between a micro channel cooler and conventional coolers of a CO2 air conditioning cycle International conference on system science and engineering Jul 2017 [29] Đặng Thành Trung, Võ Kim Hằng, Nghiên cứu thay đổi hình dạng kích thước thiết bị bay kênh Mini để tăng cường khả làm mát chu trình 64 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung điều hịa khơng khí CO2, 2018 4𝑡ℎ International Conference on Green Technology Sustainable Development [30] Tankhuong Nguyen, Tronghieu Nguyen, Minhhung Doan, Thanhtrung Dang An Experiment on a CO2 Air Conditioning System with Copper Heat Exchangers International Journal of Advanced Engineering, Management and Science Vol 03 Issue-12, 2016 [31] Thanhtrung Dang, Chihiep Le, Hieu Nguyen, Mmse Editor A Study on the COP of CO2 Air Conditioning System with Minichannel Evaporator Using Subcooling Process Researchgate March 2017 [32] Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt Động Lực Kỹ Thuật, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2011, 199 – 231 [33] Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, năm 2013, 210 – 225, 421 – 466 65 Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung PHỤ LỤC Bảng 5.1 Tính chất vật lý CO2 thể lỏng đường bão hòa 66 ... làm lạnh CO2 Li cộng [17] nghiên cứu chế tạo làm mát kênh micro kiểu cánh sử dụng môi chất CO2 cho điều hịa khơng khí tơ Cơng suất nhiệt đo cho làm Đồ Án Tốt Nghiệp PSG.TS Đặng Thành Trung mát khí. .. việc nghiên cứu Năng suất lạnh hệ thống điều hòa khơng khí CO2 cịn nhiều hạn chế chưa rõ ràng Vì vậy, nghiên cứu thực cần thiết 1.4 Mục tiêu đề tài Thông qua báo khoa học, cơng trình nghiên cứu. .. đồ ngun lý hệ thống điều hịa khơng khí CO2 Cơng thức nhiệt động tính tốn suất lạnh, cơng nén, COP, hệ thống điều hịa khơng khí CO2 dựa sơ đồ nguyên lý thể hình 2.4 Cơng nén đoạn nhiệt để nén