Đề tài tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất co2 và r32

Đặng Thành Trung Trang 4 GVHD: PGS.TS.. v THễNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĄU CĂA ĐÀ TÀI .... Tính tốn tÅng thÃp dùng mơi chÃt CO2 .... Tính cách nhißt, cách ẩm cho hß tháng .... Tính cách nh

Tỡnh hỡnh nghiờn c ąu trong và ngoài n°ò c

Trong n°ò c

- ThS Nguyễn Trọng Hiếu [1] trong nghiên cāu này, môi chất CO 2 đưÿc sử dāng trong thiết bị bay hơi kênh micro và đặc tính truyền nhiệt cÿa thiết bị bay hơi này đưÿc xỏc định bằng phương phỏp mụ phòng sỏ Mỏt sỏ kết quả về trưòng nhiệt đỏ, trưòng vận tỏc và ỏp suất đó đưÿc thể hiện Nhiệt đỏ đ¿u ra cÿa CO 2 trong trưòng hÿp 1,6 g/s cao hơn giỏ trị thu đưÿc trong trưòng hÿp 3,2 g/s Bờn c¿nh đú, tổn thất ỏp suất qua thiết bị bay hơi kênh micro là không đáng kể, từ 38,164 bar xuáng 38 bar Thêm vào đó, các kết quả này đồng thuận với các nghiên cāu liên quan

- PGS.TS Đặng Thành Trung [2] và các đồng nghiệp đã tiến hành thực nghiệm về quá trình quá l¿nh cÿa hệ tháng điều hòa không khí CO 2 với thiết bị bay hơi kênh mini Kết quả cho thấy hiệu suất cÿa hệ tháng khi có quá trình quá l¿nh sẽ cao hơn so với hệ tháng không có quá trình quá l¿nh Với quá trình quá l¿nh, COP cÿa hệ tháng thu đưÿc là 4,97 khi hệ tháng á áp suất 77 bar và nhiệt đá bay hơi là 15ºC Còn khi không cú quỏ trỡnh quỏ l¿nh, thỡ COP cho trưòng hÿp này chỉ thu đưÿc là g¿n 1,59 (thấp hơn cả hệ thỏng điều hũa khụng khớ thụng thưòng) Ngưòi ta đề xuất rằng hệ thỏng điều hũa không khí CO2 nên đưÿc vận hành với áp suất dao đáng từ 74-77 bar và nhiệt đá bay hơi dao đáng từ 10-15ºC á chế đá siêu tới h¿n, điều này sẽ cho hiệu quả và đá an toàn cao hơn.

Ngoài n°ò c

- Yu và cáng sự [3] đã đánh giá cải tiến hiệu suất cÿa hệ tháng điều hòa không khớ ụ tụ sử dāng hòn hÿp CO2-propane làm chất làm l¿nh Māc đớch chớnh cÿa cụng việc này là nâng cao hiệu suất năng lưÿng cÿa hệ tháng điều hòa không khí ô tô CO 2 Phân tớch lý thuyết đó chāng minh rằng hòn hÿp CO2 và propane cú thể cải thiện hiệu suất cÿa nó, do đó, các thí nghiệm đã đưÿc thực hiện để xem các hiệu āng cÿa các ph¿n khái lưÿng CO2-propane khác nhau cÿa 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 về hiệu suất cÿa hệ thỏng ỏ cỏc nhiệt đỏ mụi trưòng xung quanh khỏc nhau và vận tỏc giú phớa trước cÿa bá làm mát khí Kết quả thực nghiệm cho thấy xu hướng tương tự với những xu hướng từ kết quả lý thuyết Nó đã đưÿc chāng minh rằng dưới cùng tác đá máy nén, hệ tháng COP đ¿t cao nhất á 60% khái lưÿng CO2, cao hơn 29,4% so với hệ tháng CO2 nguyên chất và thậm chí đ¿t đưÿc māc đá tương đương cÿa hệ tháng R134a, áp suất tái

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 2 ưu và nhiệt đá xả giảm lên đến tái đa 40% và 47°C trong ph¿m vi nghiên cāu Hơn nữa, so sánh đưÿc thực hiện dưới cùng khả năng làm mát bằng cách điều chỉnh tác đá máy nộn đỏi với ph¿n khỏi lưÿng CO2 khỏc nhau, kết quả chāng minh rằng việc sử dāng hòn hÿp CO 2 -propane mang l¿i māc tăng COP tái đa 22% ngay cả khi công suất làm mát khụng đổi Mỏt thuật toỏn điều khiển ỏp suất cao tỏi ưu mới cho chu kỳ hòn hÿp CO2- propane siêu tới h¿n đã đưÿc phát triển dựa trên dữ liệu thực nghiệm trong khoảng lệch 5%

- Ahammed và cáng sự [4] cho rằng mát hệ tháng l¿nh CO2 siêu tới h¿n thích hÿp cho việc thanh trựng đồng thòi và làm l¿nh sữa trong mỏt nhà mỏy sữa đó đưÿc phân tích So sánh hiệu suất đưÿc thực hiện giữa các hệ tháng CO 2 với ejector (RCEP) và mỏt hệ thỏng CO2 thụng thưòng khụng cú ejector (CRCP) Kết quả thu đưÿc cho cỏc sắp xếp khác nhau cÿa bá trao đổi nhiệt bên trong (IHX) trong dòng chảy với mát bá trao đổi nhiệt sữa tái sinh (HXD) để thu hồi nhiệt Từ kết quả, điều kiện ho¿t đáng tái ưu cho tác đá dòng chảy sữa tái đa cā thể thu đưÿc Kết quả cho thấy RCEP1, sử dāng mát bá phun và bá trao đổi nhiệt bên trong giữa hai bá làm mát khí, cung cấp năng suất tát hơn khoảng 13% so với CRCP Điều tra về tiêu thā năng lưÿng sơ cấp cÿa hệ tháng

CO2 và cỏc hệ thỏng chuyển tiếp đưÿc sử dāng trong nhà mỏy sữa thụng thưòng để thanh trùng cho thấy mát lÿi nhuận đáng kể trong tiết kiệm năng lưÿng cho RCEP

- Wang cùng cáng sự [5] đã có báo cáo về sự kết hÿp giữa áng mao dẫn và nguồn làm l¿nh trờn mỏt mỏy nước núng bơm nhiệt nguồn CO 2 nhò Trong bài này, mỏt mụ hỡnh nhiệt đỏng lực học dựa trờn mỏt mỏy nước núng bơm nhiệt nguồn CO 2 nhò đưÿc đề xuất và thảo luận Tính hữu ích cÿa mô hình nằm trong khả năng chọn điểm vận hành tát nhất cho hệ tháng Hơn nữa, sự kết hÿp tái ưu cÿa hình học áng mao dẫn và nguồn làm l¿nh có thể đưÿc dự đoán bái mô hình đưÿc đề xuất Về vấn đề này, các thử nghiệm thực nghiệm cú liờn quan đó đưÿc tiến hành để xỏc nhận cỏc kết quả mụ phòng Dữ liệu thử nghiệm cho thấy mô hình có đá chính xác tương đái tát dựa trên đơn vị đưÿc thử nghiệm So sỏnh với cỏc kết quả mụ phòng, chiều dài cÿa ỏng mao dẫn đó đưÿc rỳt ngắn khoảng 8,77% và lưÿng chất làm l¿nh tái ưu tăng khoảng 5% theo các điều kiện cā thể Ngoài ra, nghiên cāu thực nghiệm cho thấy giảm 3,7% (260g) chất làm l¿nh có thể dẫn đến hệ sá giảm nhiệt (COPheat) khoảng 3,1% và 103,7% (280g) có thể giảm COP heat khoảng 0,346% Phương pháp công thāc thực nghiệm và phương pháp vận hành đưÿc

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 3 đánh giá có thể đưÿc sử dāng để tính toán lưÿng chất làm l¿nh tái ưu trên hệ tháng máy nước núng bơm nhiệt nguồn CO 2 nhò với sai sỏ nhò hơn 5,55%

- Mát phân tích nhiệt đáng lực học cÿa Getu và Bansal [6] đái với hệ tháng làm l¿nh ghép t¿ng dùng cacbon dioxit, ammonia (R744, R717) đưÿc trình bày trong bài viết này để tái ưu hóa các thông sá thiết kế và vận hành cÿa hệ tháng Các thông sá thiết kế và vận hành đưÿc xem xét trong nghiên cāu này bao gồm (1) nhiệt đá ngưng tā, nhiệt đá quá l¿nh, nhiệt đá bay hơi và nhiệt đá quá nhiệt trong t¿ng nhiệt đá cao amoniac (R717), (2) chênh lệch nhiệt đá trong bá trao đổi nhiệt ghép t¿ng và (3) nhiệt đá bay hơi, quá nhiệt , ngưng tā và quá l¿nh trong t¿ng nhiệt đá thấp cacbon dioxit (R744) Mát phân tích hồi quy đa tuyến đã đưÿc sử dāng về mặt nhiệt đá quá l¿nh, quá nhiệt, bay hơi, ngưng tā và chênh lệch nhiệt đá trong bá trao đổi nhiệt để phát triển các biểu thāc toán học cho COP đ¿t tái đa, nhiệt đá bay hơi tái ưu cÿa R717 và tỷ lệ lưu lưÿng khái lưÿng tái ưu cÿa R717 so với R717 R744 trong hệ tháng khác.

Lý do ch án đÁ tài

Ngành cụng nghiệp l¿nh phỏt triển m¿nh mẽ trong thòi gian g¿n đõy đó cho ra đòi nhiều thiết bị mới với năng suất làm l¿nh cao, thõn thiện với mụi trưòng Ngày nay, vấn đề mụi trưòng ngày càng đưÿc coi trọng Sự ra đòi cÿa cỏc lo¿i mụi chất l¿nh thõn thiện với mụi trưòng cựng với cỏc hệ thỏng ngày càng nhiều kộo theo mỏt khỏi lưÿng lớn cỏc hệ thỏng đang sử dāng mụi chất l¿nh truyền thỏng sẽ cú nguy cơ bị lo¿i bò Cỏc mụi chất l¿nh truyền tháng như HCFC, HFC, CFC ván đưÿc biết đến là những chất gây phá hÿy t¿ng ozone và là mát trong những nguyên nhân hàng đ¿u gây ra biến đổi khí hậu toàn c¿u Việc sử dāng CO2 làm môi chất l¿nh đang đưÿc nghiên cāu ngày càng nhân ráng Lí do chuyển từ HFCs sang CO2 là rất nhiều Trước hết trong sá đó là các vấn đề về mụi trưòng tuõn theo cỏc nghị định quỏc tế (Nghị định thư Montreal và Kyoto) và g¿n đây là các ban hành pháp lí cÿa chính phÿ Mỹ (Clean Air Act&), các nước khác (Luật cÿa hái đồng F-gas Châu Âu) để h¿n chế sử dāng HCFCs và HFCs Các luật này gây tác đáng lên các nhà kinh doanh đang sử dāng HFC và cho họ thêm về ràng buác kinh tế để chuyển hướng sử dāng, không chỉ là hình ph¿t cho việc làm tăng khí thải và mà là mỏt lịch trỡnh lo¿i bò d¿n sự sản xuất chỳng Trong suỏt cả thập kỉ qua sự c¿n thiết giảm thiểu sử dāng môi chất l¿nh HFC cÿa các hệ tháng siêu thị đang tăng lên rõ ràng Trong những năm cuái đó, thế hệ tiếp theo cÿa các hệ tháng năng lưÿng tự nhiên thā hai (Second Nature systems) đang thõm nhập thị trưòng và mấu chỏt nằm ỏ chò sử dāng

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 4

CO2 Từ các tổng quan trên, việc nghiên cāu tính toán lý thuyết hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng môi chất CO 2 và R32 là rất c¿n thiết.

M āc tiêu đÁ tài

Sau khi tổng hÿp các công trình nghiên cāu liên quan, từ đó t¿o ra đáng lực nghiên cāu cÿa đề tài ý�㕘 2 = 39,7 Āÿÿ ā02 = 236℃ => ý02 = 11,6 Āÿÿ

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 10

Do tổn thất nhiệt trờn đưòng ỏng từ thiết bị bay hơi đến đ¿u hỳt mỏy nộn, nờn trong hệ tháng sẽ tồn t¿i đá quá nhiệt nhất định ∆tqn = 5 ÷ 15 o C [8] Vì thế nhiệt đá t¿i đ¿u hút máy nén là: ā / 2 = ā 0 2 +∆tqn= ā 0 2 + (5 ÷ 15) o C = -36 + 6 = -30 o C

Hình 3.2 Đồ thị p-h chu trình l¿nh CO 2 lý thuyết [7]

BÁng 3.1 Các thông sá tr¿ng thái lý thuyết cÿa chu trình l¿nh CO 2 ĐiÃm nút Tr¿ng thái t (°C) p (bar) h (kJ/kg) s (kJ/kgK) v(m 3 /kg)

Năng suất l¿nh riêng: þ ā/�㔶þ 2 = / 1 2 2 / 4 2 = 436 2 212 = 224 (kJ/kg)

Công suất nhiệt riêng: þ �㕘/�㔶þ 2 = / 2 2 2 / 3 2 = 500 2 212 = 288 (kJ/kg)

Công nén riêng: þ�㔶þ 2 = /2 2 2 /12 2 = 500 2 442 = 58 (kJ/kg)

Lưu lưÿng CO2: þ�㔶þ 2 = Ā ÿ 0/�㔶�㕂2

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 11

Công suất nhiệt: Ā �㕘/�㔶þ 2 = þ �㔶þ 2 þ �㕘/�㔶þ 2 = 0,00446 288 = 1,28 (ýþ)

Công nén lý thuyết: ÿ�㔶þ 2 = þ�㔶þ 2 þ�㔶þ 2 = 0,00446 58 = 0,258 (ýþ)

Ta có tỉ sá nén cÿa chu trình t¿ng thấp: Л = ÿ ÿ �㕘

0 = 39,7 11,6 = 3,4 Vậy ta chọn chu trình máy nén 1 cấp

Do thực tế máy nén dùng cho hệ tháng CO 2 với nhãn hiệu SADEN này là lo¿i chuyên dāng trong cấu t¿o đặc biệt có hai cấp nén trong mát block kín nên hoàn toàn đáp āng đưÿc.

Tính ch á n máy nén

Công suất điện đáng cơ: ýă = �㔂 Ā (công thāc 7-25) [8]

L: Công nén lý thuyết cÿa máy nén

�㔂: hiệu suất tổng (�㔂 = 0,5 ÷ 0,65) Chọn �㔂 = 0,65

Vậy công suất máy điện máy nén là: ýă 2 = Ā �㔶�㕂2 �㔂 = 0,258 0,65 = 0,4 ýþ = 400 þ

Vậy ta chọn máy nén có công suất 500 W model SRCACA cÿa hãng SANDEN (Hình 3.3), có các thông sá như sau là đáp āng đưÿc hệ tháng thiết kế

Hình 3.3 Máy nén SRCACA cÿa hãng SANDEN

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 12

Thông sá kỹ thuật cÿa máy nén:

- Điện áp ho¿t đáng: 220 – 240vAC/50Hz – 1Phase

Tớnh ch ỏ n thi ¿ t b ò bay hÂi

Thiết bị bay hơi cú nhiệm vā nhận nhiệt từ khụng khớ làm bay hơi mụi chất lòng Để nâng cao hiệu suất trao đổi nhiệt ta sử dāng thiết bị trao đổi nhiệt d¿ng microchanel

Diện tích trao đổi nhiệt đưÿc tính theo công thāc: ý = �㕘&Ă Ā 0 [10]

F: Diện tích trao đổi nhiệt trong thiết bị bay hơi, m 2 k: Hệ sá truyền nhiệt, W/m 2 K

Qo: Năng suất l¿nh cÿa chu trình, kW

&ā: Đá chêch lệch nhiệt đá trung bình logarit, °C Δā = ΔĂ ÿÿþ 2ΔĂ ÿ�㕖Ā ln Δþÿÿþ Δþÿ�㕖Ā [10]

Nhiệt đá không khí ra thiết bị bay hơi: tf1 = -30°C

Nhiệt đá không khí vào thiết bị bay hơi: tf2 = t mt = 31°C

Nhiệt đá bay hơi cÿa CO2: t o = -36°C

Các thông sá trên đưÿc thể hiện trên Hình 3.4:

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 13

Hình 3.4 Sơ đồ lưu đáng cÿa dòng môi chất CO 2 và không khí

Khi đó: Δā ÿÿĆ = t f2 – to= 31 – (–36) = 67°C ΔāÿÿĀ = tf1 – to= –30 – (–36) = 6°C Đá chênh lệch nhiệt đá trung bình logarit cÿa thiết bị là: Δā =Δā ÿÿĆ 2 Δā ÿÿĀ ln ΔāΔā ÿÿĆ ÿÿĀ g 2 6 ln 676

Hệ sá truyền nhiệt cÿa thiết bị trao đổi nhiệt đưÿc tính bằng công thāc sau: ý = 1 1

�㗼�㕘�㕘 + �㗿 �㔆 + 1

Từ tài liệu [11], ta chọn hệ sá dẫn nhiệt như Bảng 3.2 :

BÁng 3.2 Hệ sá dẫn nhiệt cÿa CO 2 và không khí [11]

Môi chÃt CO 2 (α CO2 ) Không kh椃Ā (α kk )

BÁng 3.3 Thông sá dàn l¿nh Micro

Chiều dày ỏng cÿa TBTĐN Micro ã (mm) 0,35

Hệ sỏ dẫn nhiệt ằ ( Nhụm ) (W/mK) 237

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 14

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ý = Ā 0/�㔶�㕂2 �㕘&Ă =105,5 25 1 1000 = 0,379 m 2

Vậy ta chọn dàn l¿nh áng đồng cánh nhôm kênh micro với các thông sáđưÿc thể hiện á Hình 3.5

Hình 3.5 Dàn l¿nh kênh microdùng môi chất CO 2

Tính toán t Å ng cao (dùng môi ch à t R32)

Tính toán, thi ¿ t l Á p thông s á các đià m nút

Tra bảng hơi bão hòa R32 [7] ta đưÿc: ā�㕘 1 = 41 °ÿ => ý�㕘 1 = 25 Āÿÿ ā01 = 0°ÿ => ý01 = 8,1 ĀÿÿNhiệt đá quá nhiệt : ā/ 1 = ā0 1 + (5 ÷ 15) o C = 0 + 10 = 10 o C (trang 208 -tài liệu [8])

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 15

Hình 3.6 Đồ thị p-h chu trình l¿nh R32 lý thuyết [7]

Năng suất l¿nh: Q0/ R32 = 1,2 Qk /CO2 = 1,2 1,28 = 1,53(kW)

Năng suất l¿nh riêng: q0/R32 = h1 1 2 h4 1 = 515 2 250 = 265 (kJ/kg)

0/R32 = 1,53 265 = 0,0058 (kg/s) Công suất nhiệt riêng: qk/ R32 = h2 1 2 h3 1 = 576 2 277 = 299 (kJ/kg)

Công nén riêng: lR32 = h2 1 2 h12 1 = 576 2 530 = 46 (kJ/kg)

Công nén lý thuyết: LR32= GR32 lR32 = 0,0058 46 = 0,266(kW) = 266W

BÁng 3.4 Các thông sá tr¿ng thái lý thuyết cÿa chu trình l¿nh R32 ĐiÃm nút Tr¿ng thái �㔭°�㔂 p (bar) h (�㔤�㔉/�㔤�㔠) s (kJ/kg.K) v (�㔦 �㗑 /�㔤�㔠)

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 16

Công suất điện đáng cơ: ý ă = �㔂 Ā (công thāc 7-25) [8]

L: Công nén lý thuyết cÿa máy nén

�㔂: hiệu suất tổng (�㔂 = 0,5 ÷ 0,65) Chọn �㔂 = 0,65

Vậy công suất máy điện máy nén là: ý ă 1 = Ā �㕅32 �㔂 = 0,266 0,65 = 0,409 ýþ = 409 þ COP hệ tháng tính bằng công thāc sau, theo tài liệu [9]: ÿþÿ = Ā Ā 02

T 椃Ā nh ch ỏ n thi ¿ t b ò ng°ng tā

Thiết bị ngưng tā có nhiệm vā trao đổi nhiệt giữa nhiệt đá môi chất và nhiệt đá không khí Ta có, diện tích trao đổi nhiệt đưÿc tính theo công thāc 8 – 1 trang 260 tài liệu [8]: ý = �㕘&Ă Ā �㕘

F: Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tā, m 2 k: Hệ sá truyền nhiệt, W/m 2 K

Qk: Công suất nhiệt cÿa chu trình, kW

&ā : Đá chêch lệch nhiệt đá trung bình logarit, °C Δā = ΔĂ ÿÿþ 2ΔĂ ÿ�㕖Ā ln Δþÿÿþ Δþÿ�㕖Ā [8]

Theo các thông sá á māc 3.1.1 ta có:

Nhiệt đá không khí ra thiết bị ngưng tā: tw2= 36°C

Nhiệt đá không khí vào thiết bị ngưng tā: tw1= 31°C

Nhiệt đá R32 vào dàn ngưng: ā2 1 = 76°C.

Nhiệt đá ngưng tā cÿa R32: ā�㕘 1 = 41°C

Các thông sá này đưÿc biểu diễn trên Hình 3.7:

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 17

Hình 3.7 Sơ đồ lưu đáng cÿa dòng môi chất R32 và không khí

Từ sơ đồ lưu dáng cÿa R32 và không khí trên hình 3.7, ta thấy: ΔāÿÿĆ = ā2 1 – tw2v – 36= 40°C Δā ÿÿĀ = ā �㕘 1 – tw1= 41 – 31 = 10°C Vậy đá chênh lệch nhiệt đá trung bình logarit cÿa thiết bị là: Δā = 40210 ln 40

BÁng 3.6 Thông sá dàn ngưng áng đồng cánh nhôm

Chiều dày ỏng cÿa TBTĐN ã (mm) 0,7

Hệ sỏ dẫn nhiệt ằ( Đồng ) (W/mK) 394

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ý = �㕘&Ă Ā �㕘 = 1,73 1000

BÁng 3.5 Hệ sá dẫn nhiệt cÿa R32 và không khí [11]

Môi chÃt R32(α R32 ) Không kh椃Ā (α kk )

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 18

Với các thông sá đã tính toán:

- Nhiệt đá không khí ra thiết bị ngưng tā: tw2= 36°C

- Nhiệt đá không khí vào thiết bị ngưng tā: tw1= 31°C

- Nhiệt đá R32 vào dàn ngưng: ā 2 1 = 76°C.

- Nhiệt đá ngưng tā cÿa R32: ā �㕘 1 = 41°C

- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = 2,85m 2 Đái với chu trình l¿nh t¿ng cao sử dāng môi chất R32 với các thông sá trên, cā thể với Qo= 1,53 kW để đơn giản hóa vấn đề chọn máy nén cũng như dàn nóng phù hÿp, ta chọn cām dàn nóng cÿa máy l¿nh 2 cāc dân dāng với năng suất l¿nh tương āng với

Qo Theo catalogue cÿa Daikin ta chọn đưÿc cām dàn nóng có mã hiệu ARKC25UAVMV như Hình 3.8

Thông sá cÿa dàn nóng:

- Năng suất l¿nh: 2,5 kW (1,0 – 3,2) kW

- Máy nén Swing d¿ng kín công suất 500W

Hình 3.8 Cām dàn nóng dùng môi chất R32 cÿa hãng Dakin

Tớnh toỏn thi ¿ t b ò trao đỏ i nhi òt ng°ng tā - bay hÂi ki à u ỏ ng l ò ng ỏ ng

H ò s ỏ t ò a nhi ò t c ă a mụi ch à t R744 (CO 2 )

a Hò sỏ tòa nhiòt khi ng°ng

Theo tài liệu [10], hệ sỏ tòa nhiệt khi ngưng đưÿc tớnh theo cụng thāc dưới đây:

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 20

Với t m = 16,25 o C, tra bảng thông sá vật lý cÿa R744 [7] đưÿc: Ā = 176,21 ýý/ÿ 3 : Khỏi lưÿng riờng cÿa màng chất lòng ÿ = 0,030575 (ỵ/ÿỵ): Hệ sỏ dẫn nhiệt cÿa màng chất lòng Ā = 17,515 10 26 (Pa.s): Đỏ nhớt đỏng lực học cÿa màng chất lòng ā = Ā �㔌 = 17,515.10 176,218 −6 = 9,94 10 28 ÿ 2 /Ā: Đá nhớt đáng học cÿa màng chất lòng

Tra bảng thông sá vật lý cÿa R744 á pha hơi [7] với ts = 30 o C, ta đưÿc: ÿ = ÿ′′ - ÿ′ = 365,13 – 304,55 = 60,58 kJ/kg: Àn nhiệt hoá hơi

Ta chọn: ý = 9,81 m/Ā 2 : Gia tỏc trọng trưòng ÿă = Ă = 0,004 m: đưòng kớnh ỏng

= 540,023 þ/ÿ 2 þ b Hò sỏ tòa nhiòt đỏi l°u

Ta có tf = 30 o C, tra bảng thông sá vật lý cÿa R744 [7] đưÿc: Ā Ą = 593,3 ýý/ÿ 3 : Khái lưÿng riêng cÿa CO2 ÿ Ą = 95,4 10 23 þ/ÿþ: Hệ sá dẫn nhiệt cÿa CO2 Ā = 43,810 26 Pa.s: Độ nhớt động lực học cÿa CO2 āĄ = Ā �㔌 = 43,810 593,3 −6 = 7,38 10 28 ÿ 2 /Ā: Độ nhớt động học cÿa CO2

593,3 = 0.6376 m/s: Tác đá trung bình cÿa CO2

Tiêu chuÁn Reynolds: ā㥠= �㔔Ă ā

7,38.10 −8 = 34560,387 Tiêu chuÁn Pradtl: ÿÿ Ą = Ā �㕓 ÿ ā Ă

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 21

Tra bảng thụng sỏ vật lý cÿa R744 ỏ thể lòng [7] với t w = 5 o C, ta đưÿc: ÿÿ ą = Ā ý ÿ ā Ă ý = 2,37 Tiêu chuÁn Grashof:

Gr = 0,5 :āă = 0,5 √34560,387 = 11,944 10 8 Tiêu chuÁn Rayleigh:

Ta có: 2×10 7 < Ra < 10 13 => dòng chảy rái

Nu = 0,021 Ref 0,8 Prf 0,43( ÿĀ ÿĀ �㕓 ý) 0,25

Hệ sá ảnh hưáng cÿa áng cong: Ā ā = 1 + 1,77 Ă ā = 1 + 1,77 0.004 0.07 = 1,1

Hệ sỏ tòa nhiệt đỏi lưu:

�㗼ĂĀ = Āā ýă ÿ Ă �㕓 = 1,1.481,19 95,4 10 −3

0,004 = 12624,02 Áp dāng công thāc (8-99), trang 880, sách Heat Trasfer, Gregory Nellis, Sanford Klein [12] ý ā/ = ÿ ā/ ÿĂăĀă

Với ýā/ = 0,2 : Tỉ lệ dựđoán cÿa thiết bịtrao đổi nhiệt cho quá nhiệt ÿā/ = ýā/ ÿĂăĀă : Chiều dài yêu c¿u cho quá nhiệt ÿ ĂăĀă : : Chiều dài áng Áp dāng công thāc (8-112), trang 883, sách Heat Trasfer, Gregory Nellis, Sanford Klein [12]: ý āÿĂ = ÿ āÿĂ ÿĂăĀă ýớÿ : ýāÿĂ= 0,7 : Tỉ lệ dựđoán cÿa thiết bịtrao đổi nhiệt cho bão hoà ÿ āÿĂ = ý āÿĂ ÿ ĂăĀă : Chiều dài yêu c¿u cho bão hoà ÿ ĂăĀă : Chiều dài áng

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 22

- Ph¿n diện tích trao dổi nhiệt cÿa áng lồng áng từ hơi quá nhiệt xuáng hơi bão hoà khô cÿa ÿþ 2 là: ý Āą = π d ÿ ā/ = π d 0,2ÿ ĂăĀă

- Ph¿n diện tích trao dổi nhiệt cÿa áng lồng áng từ hơi bão hoà khô thành lòng bóo hoà cÿa ÿỵ2 là: ýĂāả Ā/ÿệĂ = π d ÿāÿĂ = π d 0,7ÿĂăĀă

�㗼 �㔶þ 2 =�㗼Āą ýĀą+ �㗼ĂĀ ýĂĀ ýĀą+ ýĂĀ

=�㗼Āą π d 0,2 ÿĂăĀă+ �㗼ĂĀ π d 0,7 ÿĂăĀă π d 0,2ÿĂăĀă + π d 0,7ÿĂăĀă

=�㗼 Āą 0,2 + +�㗼 Ăāả Ā/ÿệĂ 0,7

H ò s ỏ t ò a nhi ò t c ă a mụi ch à t R32

à đây ta sẽ xét môi chất toả nhiệt khi sôi màng

Từ bảng thông sá vật lí cÿa R32 [7] ta có: ÿ / = ÿ 22 = 13,59 10 23 W/mK: Hệ sá dẫn nhiệt cÿa R32 Ā/ = Ā 22 = 35,5 kg/ÿ 3 : Khái lưÿng riêng cÿa hơi trong bọt R32

�㕣 / = �㕣 22 = 3,45 10 27 ÿ 2 /s: Đá nhớt đáng học cÿa R32 āý / = āý 22 = 1,485ýý/ýýþ: Nhiệt dung riêng khái lưÿng đẳng áp R32 ÿ = 287,8 10 3 ý/ýý: Nhiệt Án hoá hơi cÿa R32 ÿ∗= ÿ + 0,5āý(āĄ2 āĄ) = 283,1425 10 3 + 0,5.1,493375 10 3 (37,5 2 0)

= 311939 ý/ýý Với ÿ∗ : Àn nhiệt hoá hơi hiệu quả, nó có tính đến sự quá nhiệt cÿa hơi trong lớp màng Ā Ą = Ā 2 = 996.1 kg/ÿ 3 : Khỏi lưÿng riờng cÿa lớp chất lòng bao quanh bọt

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 23

Di ò n tớch b ộ trao đỏ i nhi ò t ki à u ỏ ng l ò ng ỏ ng

Hệ sá truyền nhiệt tính theo công thāc dưới đây, theo tài liệu [10]: ý = 1

- λ : hệ sá tuyền nhiệt cÿa áng đồng (W/m.K)

Tổng diện tích truyền nhiệt: F = ÿ Ā 0�㕅32 &Ă þĀ = 1,35 10 3

321 29,38 = 0,143 m 2 àng trong có kích thước d  4mm

=> Chu vi áng C   d =  0,004 = 0,0126 (m) àng ngoài có kích thước d  8mm

=> Chu vi áng C   d =  0,008 = 0,025 (m) Đá dài áng xoắn:

=> Chọn L = 12m Đưòng kớnh mòi vũng xoắn: dxo ắ n = 100mm = 0,1m

Sá vòng c¿n uán d¿ng lò xo: n = Ā

Tớnh cỏch nhi ò t, cỏch ẩ m cho h ò th ỏ ng

Tớnh cỏch nhi òt cho t°ỏ ng bao bu ò ng l ¿ nh

a Tớnh chiÁu dày lòp cỏch nhiòt

Xác định chiều dày lớp cách nhiệt theo công thāc tài liệu [10]: ÿāĀ = ÿāĀ[1 ý2 (1

Trong đó: ÿ āĀ - Đá dày yêu c¿u cÿa lớp cách nhiệt (m) ÿāĀ- Hệ sá dẫn nhiệt cÿa vật liệu cách nhiệt (W/mK) k - Hệ sá truyền nhiệt (W/m 2 K)

�㗼1 - Hệ sỏ tòa nhiệt cÿa mụi trưòng bờn ngoài (phớa núng) tới mụi trưòng cách nhiệt (W/m 2 K)

�㗼2 - Hệ sỏ tòa nhiệt cÿa vỏch buồng l¿nh vào buồng l¿nh (W/m 2 K) ÿÿ - Bề dày cÿa lớp vật liệu xây dựng thā i (m) ÿ ÿ - Hệ sá dẫn nhiệt cÿa lớp vật liệu xây dựng thā i (W/mK)

Kết cấu và các sá liệu cÿa lớp cách nhiệt đưÿc trình bày trong Bảng 3.7:

BÁng 3.7 Kết cấu và các sá liệu cÿa lớp cách nhiệt STT Lòp VÁt liòu �㔹 (�㖎) �㗌 (W/mK)

Hệ sỏ tòa nhiệt bề mặt ngoài cÿa tưòng bao (theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [8]) có: �㗼 1 = 23,3 þ/ÿ 2 þ

Hệ sỏ tòa nhiệt bề mặt trong cÿa buồng l¿nh lưu thụng khụng khớ cưỡng bāc m¿nh (theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [8]) có: �㗼 2 = 10,5 þ/ÿ 2 þ Đái với phòng trữ đông thì nhiệt đá trong phòng là -26℃ Tra bảng 3-3 trang 84

[8] với nhiệt đá phòng -26℃ tính cho vách bao ngoài, ta có hệ sá truyền nhiệt tái ưu qua tưòng:ý Ă ± = 0,21 W/m 2 ÿāĀ = 0,019 [ 1

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 25 b KiÃm tra đáng s°¢ng

Nếu bề mặt ngoài cÿa tưòng bao đọng sương thỡ Ám sẽ dễ xõm nhập vào phỏ hÿy lớp cách nhiệt Để tránh hiện tưÿng đọng sương xảy ra thì nhiệt đá bề mặt ngoài tưòng bao phải lớn hơn nhiệt đỏ đọng sương cÿa mụi trưòng Theo cụng thāc (3-7), trang 87, tài liệu [8] ta có hệ sá truyền nhiệt đọng sương làm chuÁn là: ýā = 0,95 �㗼1.āĀ2 āā ā Ā 2 ā Ą , þ ÿ⁄ 2 þ Với: - �㗼 1 = 23,3 ỵ⁄ÿ 2 ỵ: hệ sỏ tòa nhiệt bề mặt ngoài cÿa tưòng bao che

- tf : Nhiệt đá trong buồng l¿nh,℃

- tn = 31 ℃: Nhiệt đỏ mụi trưòng ngoài

- ts = 28 ℃: Nhiệt đỏ đọng sương cÿa mụi trưòng, tra theo đồ thị t-d với nhiệt đỏ mụi trưòng t = 31℃ và đỏ Ám �㔑 = 85% [8] Điều kiện để vách ngoài không đọng sương theo biểu thāc (3-8), trang 87, tài liệu [8] sẽ là: ýĂĂ ≤ ýā Āng với ÿāĀ ta sẽ tính đưÿc hệ sá truyền nhiệt thực tế: ý ĂĂ = 1

Vậy khụng cú hiện tưÿng đọng sương trờn bề mặt ngoài cÿa tưòng bao phũng.

Tớnh cỏch nhi ò t, cỏch ẩ m ó thi ¿ t b ò trao đỏ i nhi ò t ki à u ỏ ng l ò ng ỏ ng

a Tớnh chiÁu dày lòp cỏch nhiòt

Chọn vật liệu cách nhiệt là mút xáp Polyurethan có hệ sá dẫn nhiệt là: 0,019 W/mK

Hệ sỏ tòa nhiệt bề mặt ngoài cÿa tưòng bao (theo bảng 3-7 trang 86 [8]) cú:

Hệ sỏ tòa nhiệt bề mặt trong cÿa buồng đỏi lưu tự nhiờn (theo bảng 3-7 trang

86, tài liệu [8]) có: �㗼 3 = 8 þ/ÿ 2 þ Đái với phòng trữ đông thì nhiệt đá trong phòng là - 26 ℃ Tra bảng 3-3 trang

84, tài liệu [8] với nhiệt đá phòng - 26℃ tính cho vách bao ngoài, ta có hệ sá truyền nhiệt tỏi ưu qua tưòng: ýĂ ± = 0,427 W/m 2

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 26 ÿ āĀ = 0,019 [ 1

Nếu bề mặt ngoài cÿa tưòng bao đọng sương thỡ Ám sẽ dễ xõm nhập vào phỏ hÿy lớp cách nhiệt Để tránh hiện tưÿng đọng sương xảy ra thì nhiệt đá bề mặt ngoài tưòng bao phải lớn hơn nhiệt đỏ đọng sương cÿa mụi trưòng Theo cụng thāc (3-7), trang 87, tài liệu [8], ta có hệ sá truyền nhiệt đọng sương làm chuÁn là: ýā = 0,95 �㗼1āĀ2 āā ā Ā 2 ā Ą , þ ÿ⁄ 2 þ Với: �㗼 1 = 23,3 ỵ⁄ÿ 2 ỵ: hệ sỏ tòa nhiệt bề mặt ngoài cÿa tưòng bao che tf : Nhiệt đá trong buồng l¿nh,℃ tn = 31℃: Nhiệt đỏ mụi trưòng ngoài ts = 28 ℃: Nhiệt đỏ đọng sương cÿa mụi trưòng, tra theo đồ thị t-d, với nhiệt đỏ mụi trưòng t = 31℃ và đỏ Ám �㔑 = 85% Điều kiện để vách ngoài không đọng sương theo biểu thāc (3-8), trang 87, tài liệu [8] sẽ là: ý ĂĂ ≤ ý ā

- Āng với ÿāĀ ta sẽ tính đưÿc hệ sá truyền nhiệt thực tế: ý ĂĂ = 1

- Hệ sá truyền nhiệt đọng sương: ýā = 0,95 23,3 31 2 28

Ta thấy rằng: ýĂĂ = 0,44 < ýā = 2,1

Vậy không có hiện tưÿng đọng sương trên bề mặt ngoài cÿa thiết bị

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 27

Ph°Âng phỏp thÿ c nghi ò m

Quá trình thực hiện lấy sá liệu thực nghiệm:

- Lấy tất cả các gí trị nhiệt đá và áp suất khi chưa khái đáng hệ tháng

- Ch¿y hệ tháng R32, khi nhiệt đá môi chất R32 vào áng lồng áng đ¿t khoảng

0 o C bắt đ¿u khái đáng máy nén CO 2

- Các giá trị nhiệt đá, áp suất, dòng điện đưÿc ghi l¿i 5 phút mát l¿n

- Khi nhiệt đá môi chất CO2 sau tiết lưu không giảm thì tiến hành siết tiết lưu 1 l¿n

- Khi đá chênh nhiệt đá giữa gió vào và gió ra dàn l¿nh xấp xỉ bằng 0 thì tiến hành nhả tiết lưu sau đú siết l¿i ngay do nghi nhò dàn bị đúng băng khụng thể trao đổi nhiệt Việc nhả - siết tiết lưu để làm tan băng dàn l¿nh

- Khi nhiệt đá bay hơi t¿ng thấp đ¿t -36 o C thì dừng hệ tháng Kết thúc quá trình lấy sá liệu thực nghiệm.

Chu ẩ n b ò v Á t d ā ng

Để ghi l¿i các sá liệu thực nghiệm mát cách chính xác thì c¿n có các dāng cā như: cảm biết nhiệt đá, cảm biến áp suất, ampe kiềm, laptop, camera, Hình ảnh về các vật dāng đưÿc thể hiện á Phā lāc 1.

Hỡnh Á nh th ÿ c nghi ò m

Các thông sá nhiệt đá và áp suất thực nghiệm cÿa từng điểm nút cÿa t¿ng cao và t¿ng thấp t¿i thòi điểm nhiệt đỏ phũng đ¿t -26 o C như yờu c¿u thiờt kế đưÿc ghi l¿i bằng hình ảnh để minh chāng (tham khảo t¿i Phā lāc 2).

Đià m nỳt th ÿ c nghi ò m h ò th ỏ ng l ¿ nh ghộp t Å ng dựng mụi ch à t CO2 và

BÁng 4.1 Thông sá tr¿ng thái thực nghiệm cÿa chu trình l¿nh CO2 ĐiÃm nút Tr¿ng thái t (°C) p (bar) h (kJ/kg) s (kJ/kgK) v(m 3 /kg)

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 28

Hình 4.1 Đồ thị p-h chu trình l¿nh CO2 thực nghiệm [7]

BÁng 4.2 Thông sá tr¿ng thái thực nghiệm cÿa chu trình l¿nh R32 ĐiÃm nút Tr¿ng thái t (°C) p (bar) h (kJ/kg) s (kJ/kgK) v(m 3 /kg)

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 29

Hình 4.2 Đồ thị p-h chu trình R32 thực nghiệm [7]

*Tớnh toỏn nhiòt tÅng thÃp CO 2 :

- Áp dāng công thāc tính công suất dòng điện:

Nă/CO 2 = U.I.cosφ (Chọn cosφ = 0,95)

- Lưu lưÿng CO 2 thực nghiệm:

- Năng suất l¿nh thực nghiệm:

- Nhiệt lưÿng nhả ra á thiết bị giải nhiệt:

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 30

* Tớnh toỏn nhiòt tÅng cao R32:

Ta có: IR32 = 1,86 (A) Áp dāng công thāc tính công suất dòng điện:

- Năng suất l¿nh thực nghiệm:

- Nhiệt lưÿng nhả ra á thiết bị giải nhiệt:

- Năng suất l¿nh thực nghiệm cÿa hệ tháng: Ā 0/�㔶þ 2 = Gkk cp Δt kk = ρ kk Squ¿t vkk cpkk Δt kk

Ta có: tgió ra = -30 o C tgió vào = -26,6 o C

Từ tgió ra = -30 o C  ρkk = 1,453 (kg/m 3 ) cpkk = 1,103 (kJ/kg, K) Ā0/�㔶þ 2 = Gkk.cp.Δtkk = ρkk Squ¿t vkk cpkk Δtkk

- Hệ sá hiệu suất thực nghiệm cÿa hệ tháng l¿nh ghép t¿ng:

COP= Ā 0/�㔶�㕂2 Ā �㔶�㕂2 +Ā �㕅32 = 0,98

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 31

K ¿ t qu Á so sỏnh lý thuy ¿ t và th ÿ c nghi ò m h ò th ỏ ng l ¿ nh ghộp t Å ng dựng môi ch à t CO 2 và R32

Từ kết quả lý thuyết á māc 3.1 và kết quả thực nghiệm á māc 4.5 ta có các kết quả so sánh thể hiện trên đồ thị (Hình 4.3 và Hình 4.4) và bảng so sánh (Bảng 4.3, Bảng 4.4 và Bảng 4.5)

Hình 4.3 Đồ thị p-h cÿa chu trình lý thuyết (trái) và chu trình thực nghiệm (phải) t¿ng thấp dùng môi chất CO2

Hình 4.4 Đồ thị p-h cÿa chu trình lý thuyết (trái) và chu trình thực nghiệm (phải) t¿ng cao dùng môi chất R32

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 32

BÁng 4.3 Bảng so sánh các thông sá vận hành lý thuyết và thực nghiệm cÿa hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng môi chất CO 2 và R32

Thông sá TÅng thÃp CO 2 TÅng cao R32

Lý thuy ¿ t Th ÿ c nghi ò m Sai l ò ch Lý thuy ¿ t Th ÿ c nghi ò m Sai l ò ch

Nhiệt đá t0 -36 o C -36 o C 0% 0 o C 0 o C 0% Nhiệt đá tk 5 o C 4,3 o C 13% 41 o C 36,7 o C 10% Nhiệt đá đ¿u đÁy 55 o C 54,1 o C 1,6% 78 o C 69,9 o C 10% Nhiệt đá đ¿u hút -30 o C -29,1 o C 3% 10 o C 11,1 o C 11% Áp suất p0 11,6 bar 11,5bar 0,8% 8,1bar 8,1bar 0% Áp suất pk 39,7 bar 39bar 1,7% 25bar 22,9bar 8,4% Bảng 4.3 cho thấy các thông sá thực nghiệm so với lý thuyết có māc sai lệch không quá 13%

BÁng 4.4 Bảng so sánh các thông sá nhiệt đáng lý thuyết và thực nghiệm cÿa hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng môi chất CO2 và R32

Chu trình Năng suà t l¿nh Công su à t nhiòt Cụng nộn L°u l°ÿ ng

Ký hiòu QO (kW) Qk (kW) L (W) G (kg/s)

Các thông sá thực nghiệm so với lý thuyết có māc sai lệch từ 1-5% đưÿc trình bày trong Bảng 4.4

BÁng 4.5 Bảng so sánh COP hệ tháng

Lý thuy¿t Thÿc nghiòm Sai lòch

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 33

Bảng 4.5 cho thấy hệ tháng thực nghiệm ho¿t đáng đ¿t hiệu quả năng lưÿng cao hơn 3,7% so với lý thuyết

Từ các kết quả so sánh, tuy các thông sá thực nghiệm có sai lệch vo với lý thuyết nhưng đều theo hướng tích cực, điều này giúp kéo dài tuổi thọ máy nén và giảm áp lực cho các thiết bị trong hệ tháng

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung 34

K ¿ t lu Á n

Sau thòi gian tiếp cận và nghiờn cāu đề tài