nghiên cứu các yêu tố ảnh hưởng đến cop cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường

TÓM TẮT Trong nghiên cứu này nhóm đồ án chúng em sẽ thu thập thông tin từ các bài báo nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến COP của hệ thống điều hòa không khí trong nước và ngoài nước

TỔNG QUAN

Giới thiệu đề tài

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước và nhu cầu tiêu dùng về sức khỏe và mức sống ngày càng cao , ngành điều hòa không khí cũng đã có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng trở nên quen thuộc trong đời sống và sản xuất, Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm Vì vậy điều hòa không khí và thông gió có ý nghĩa vô cùng to lớn với đời sống con người

Ngày nay khi mà điều hòa trở thành điều không thể thiếu đối với các tòa nhà văn phòng, khách sạn, nhà hàng, dịch vụ du lịch, Điều đó cho thấy năng lượng sử dụng để giúp điều hòa là rất đáng kể, vì thế việc tiết kiệm năng lượng cho điều hòa không khí là rất quan trọng hiện nay.Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP để tìm ra các giải pháp tối ưu cho vấn đề tiết kiệm năng lượng cho điều hòa không khí là không thể thiếu cho hiện nay.

Tính cấp thiết của đề tài

Các nghiên cứu cải thiện vấn đề tiết kiệm năng lượng để tìm ra các giải pháp tối ưu với vấn đề này là vấn đề cấp thiết trong lĩnh vực điều hòa không khí hiện nay Mặc dù các nghiên cứu có tìm ra các yếu tố để làm giải pháp cho vấn đề tiết kiệm năng lượng nhưng chưa thực sự tối ưu vì chưa đưa ra được các phương pháp hay công cụ nào có thể phân tích dữ liệu rõ ràng.

Lý do chọn đề tài

Theo sự phát triển vượt bật của khoa học đất nước trở nên hiện đại hóa Với mức điện năng tiêu thụ càng ngày càng cao kèm theo đó nhiệt độ cũng có nhiều biến động với mức điều kiện sống ngày càng một tăng việc sử dụng máy điều hòa không khí cũng phát triển vượt bật Để sử dụng máy lạnh một cách hợp lý hiệu quả tối ưu nhất đồng tìm cách tiết kiệm điện năng để làm tăng chất lượng cuộc sống Đề tài nhóm chúng em lựa chọn được tiến hành trong một phòng nhỏ hẹp phù hợp với các căn hộ gia đình,văn phòng nhỏ ,chung cư nhỏ , phù hợp với mức sống gia đình của người dân hiện nay

Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường ”

Mục đích

Việc quan tâm đến các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng năng lượng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường Nhóm em mong muốn sẽ xây dựng được một công cụ để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng năng lượng rõ ràng hơn và các yếu tố ảnh hưởng đến việc này để nhằm mục đích góp phần tiết kiệm năng lượng , sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và tối ưu nhất

Đối tượng phạm vi nghiên cứu

Công trình là một phòng lab ở xưởng Nhiệt của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,với các kích thước phòng dài 6,6 m, rộng 3,2m , cao 2 m Được lắp đặt máy điều hòa không khí của Daikin công suất 2HP sử dụng Gas R22, nguồn điện 1 pha 220V-240V 50Hz với công suất tiêu thụ điện 5kW

Nhóm em tập trung nghiên cứu 5 yếu tố: nhiệt độ (21-22-23 °C), tốc độ quạt dàn lạnh (1-3-5), điều kiện giải nhiệt thiết bị ngưng tụ (giải nhiệt bình thường, giải nhiệt bằng sử dụng nước ngưng rưới lên tấm coolpad hay giải nhiệt bằng rưới trực tiếp nước ngưng lên dàn nóng) ,số lượng người trong phòng (2-4-6 người ) và các khung giờ cố định trong ngày (7-10 giờ , 12-15 giờ , 17-20 giờ )

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM

Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước

2.1.1.1 Nghiên cứu trong nước a) Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller

Bài nghiên cứu mang tên “Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller”[2] được thực hiện bởi Phan Thị Thu Hường, Hoàng Hồng Mai và Lại Ngọc Anh của trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và bố trí thí nghiệm

Thu thập các thông số sau khi tiến hành thực nghiệm

Bảng 2.1 Thông số nhiệt động tại các điểm đặc trưng Thông số Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5 Nước lạnh Nhiệt độ 0 C 1,40 78,26 47,35 46,66 4,17 6,81 Áp suất Kpa 289 1339 1260

Hình 2.2 Quan hệ giữa áp suất ngưng tụ của môi chất và tốc độ gió giải nhiệt

Hình 2.3 Quan hệ giữa độ quá lạnh môi chất sau dàn ngưng và tốc độ gió giải nhiệt

Công thức thể hiện quan hệ đối với hiệu quả biến đổi năng lượng và tốc độ gió với hệ số tương quan 𝑅 2 = 0.89:

Hình 2.4 Quan hệ giữa vận tốc gió vào dàn ngưng và hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình

Nhận xét : khi tốc độ gió tăng, độ quá lạnh tăng , áp suất ngưng tụ của môi chất giảm, từ đó làm tăng hệ số COP của chu trình Thể hiện được sự ảnh hưởng của yếu tố tốc độ gió tác động đến hệ số COP b)Nghiên cứu hệ thống lạnh tiết kiệm năng lượng

Một bài báo khác trong nước thể hiện rõ sự quan trọng của những thiết bị trong việc tính toán hiệu quả của việc tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh, đó là “Nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh” của tác giả Hoàng Thành Đạt

Nội dung của bài viết này chủ yếu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số COP của hệ thống lạnh, và đưa ra các ví dụ, minh chứng cũng như đưa ra cách khắc phục, cải thiện để tối ưu hệ thống rất rõ ràng Chu trình làm lạnh nào có COP càng lớn thì chu trình đó làm việc càng hiệu quả, hay nói cách khác là chu trình sử dụng năng lượng càng hiệu quả Đầu tiên là về máy nén, bộ phận quan trọng nhất đối với một hệ thống lạnh Bài viết chỉ ra rằng nếu chọn động cơ có công suất động cơ quá lớn (hiệu suất máy thấp hơn 50% tải định mức) dẫn tới tăng giá thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ số công suất, và ngược lại Ví dụ thực tiễn của bài đã cho ta thấy khi chọn máy có công suất phù hợp thì sẽ tiết kiệm được khoảng 0,491 kW

6 Điều kiện môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh Nhiệt độ ngưng tụ càng thấp thì hiệu quả làm lạnh càng cao Nếu nhiệt độ ngưng tụ giảm 1ºC thì năng lượng tiêu tốn giảm 2 - 3% Môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh Ứng với nhiệt độ ngưng tụ tk, hơi tác nhân lạnh sẽ ngưng tụ ở áp suất ngưng tụ pk xác định Nếu chúng ta có thể giảm được nhiệt độ ngưng tụ, áp suất ngưng tụ cũng giảm theo, dẫn đến làm tăng hiệu quả của làm lạnh và giảm công của máy nén Tức là hiệu suất của hệ thống lạnh tăng và hệ thống sử dụng ít điện năng hơn Tuy nhiên nhiệt độ này lại bị giới hạn nhiệt độ của môi trường Do đó trong quá trình vận hành cần phải giảm nhiệt độ ngưng tụ càng thấp càng tốt và luôn giữ ở giá trị tối ưu Bài viết đã chứng minh rằng nếu nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống giảm xuống, áp suất ngưng tụ của hệ thống sẽ giảm theo, thông qua ví dụ của bài hệ số làm lạnh của COP của hệ thống lạnh tăng 12% Trên thực tế, năng lượng tiêu tốn của hệ thống lạnh sẽ giảm khoảng 2% nếu nhiệt độ ngưng tụ giảm 1ºC, ta nhận thấy năng suất lạnh của chu trình mới lớn hơn chu trình cũ và công nén của chu trình mới nhỏ hơn chu trình cũ, do đó COP’ > COP

Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh Nếu chúng ta có thể tăng nhiệt độ bay hơi, áp suất bay hơi của hệ thống lạnh sẽ tăng theo, dẫn đến việc tăng hiệu quả làm lạnh và giảm công của máy nén Tức là nếu có thể tăng được nhiệt độ bay hơi hiệu suất của hệ thống lạnh tăng và như vậy hệ thống sử dụng ít điện năng hơn Bài viết đã chứng minh rằng nếu nhiệt độ bay hơi của hệ thống được tăng lên, áp suất hơi khi đó hệ thống làm việc với chu trình mới với công nén của chu trình cũ lớn hơn công nén của chu trình mới, vì vậy COP’ > COP Khi tăng áp suất bay hơi (tăng nhiệt độ) sẽ tăng hiệu suất của hệ thống, công của máy nén giảm và hiệu quả làm lạnh của hệ thống tăng lên, điều này được minh chứng thông qua ví dụ của bài, hệ số làm lạnh của COP của hệ thống lạnh tăng 10,5% Nghiên cứu chỉ ra, trên thực tế, năng lượng tiêu tốn cho hệ thống lạnh giảm khoảng 1 – 1,5% nếu nhiệt độ bay hơi tăng lên 10ºC Những biện pháp nhằm tăng nhiệt độ bay hơi của hệ thống lạnh Nhiệt độ bay hơi có thể giữ ở mức cao nhất có thể giảm tiêu thụ năng lượng[3]

Trên thế giới có rất nhiều bài báo phân tích về hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hòa không khí như bài “Technical and Economic Analysis of Energy Efficiency of Chinese Room Air Conditioners” của David Fridley và đồng nghiệp, nghiên cứu này đưa ra các số liệu thống kê về sự phổ biến của việc sử dụng điều hòa ở một số vùng của Trung Quốc và chỉ ra các yếu tố làm ảnh hưởng đến chỉ số năng lượng của hệ thống điều hòa không khí từ đó đưa ra hướng giải quyết trong thiết kế, lắp đặt cũng như việc sử dụng chúng Bên cạnh đó bài báo còn đề cập đến tiềm năng kinh tế to lớn của lĩnh vực này trong tương lai không xa[4] Ở một trường hợp khác, bài báo “Analysis of decision-making for air conditioning users based on the discrete choice model” của Jingjie Wang và đồng nghiệp (2021), đề cập đến việc sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tìm ra yếu tố ảnh hưởng đến một sản phẩm hay một chỉ số nào đó phụ thuộc vào các yếu tố[5] Ở một nghiên cứu khác về “Performance testing and optimization of a split-type air conditioner with evaporatively-cooled condenser” của Ibrahim Atmaca (2022) cũng đã nghiên cứu về hiệu suất của máy điều hòa Cụ thể trong nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng làm mát bay hơi của thiết bị ngưng tụ đến các thông số hiệu suất và hiệu quả năng lượng được xác định bằng cách so sánh kết quả từ máy điều hòa không khí làm mát bay hơi với thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí loại thông thường Cả hai hệ thống đã được thử nghiệm đồng thời cho các điều kiện môi trường xung quanh khác nhau Một nghiên cứu tối ưu hóa cũng đã được thực hiện để tìm ra các điều kiện khí hậu tối ưu cho hệ thống được đề xuất[6]

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm a) Bộ ghi dữ liệu, b) Cặp nhiệt điện, c) Bộ truyền nhiệt độ/độ ẩm, d) Áp kế, e) Ampe kế dạng kẹp

Hình 2.6 Thiết bị đo lường

Hình 2.7 Hình học của tấm bay hơi

Hình 2.8 Dàn nóng và dàn lạnh của hệ thống lạnh

(CT: Máy điều hòa kiểu thông thường, EC: Máy điều hòa có dàn ngưng bay hơi)

Hình 2.9 So sánh các thông số hiệu suất thu được trong nghiên cứu thử nghiệm

Kết quả thí nghiệm Ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời và độ ẩm tương đối đến tổng điện năng tiêu thụ và COP đã thảo luận Với việc làm mát bay hơi bình ngưng của máy điều hòa kiểu tách, COP tăng 10,2%–35,3% và công suất làm mát tăng 5,8%–18,6%, trong khi tổng công suất tiêu thụ giảm 4%–12,4% Kết quả cho thấy, độ ẩm và nhiệt độ tương đối ngoài trời có ảnh hưởng đáng kể đến COP, khả năng làm lạnh và tổng công suất đầu vào đối với máy điều hòa không khí loại 2 chiều có dàn ngưng bay hơi Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa cho thấy phương án tối ưu điều kiện tối đa hóa COP của hệ thống đề xuất đã được xác nhận là nhiệt độ ngoài trời cao hơn và độ ẩm tương đối thấp hơn Tuy nhiên, đối với tổng mức tiêu thụ điện năng, điều kiện tối ưu được tìm thấy là mức trung bình của nhiệt độ và độ ẩm Ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời đến điện năng mức tiêu thụ lớn hơn mức tiêu thụ của RH và điều này tạo cơ hội sử dụng hệ thống được đề xuất trong điều kiện khí hậu có phạm vi rộng

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về điều hòa không khí

2.1.2.1 Khái niệm Điều hòa không khí là một nghành khoa học nghiên cứu các phương pháp, công nghệ và thiết bị để tạo ra và duy trì một môi trường vi khí hậu phù hợp với công nghệ sản xuất hiện đại, chế biến hoặc tiện nghi đối với con người, nhu cầu thực tế khi ngày phải đối diện với những thay đổi từ thời tiết khi thì quá nóng khi thì nhiệt độ lại lạnh sâu, bao gồm các việc duy trì và khống chế nhiệt độ theo ý muốn Điều hòa không khí ở đây bao gồm những tính năng: điều hòa nhiệt độ, độ ẩm, lọc bụi và các thành phần gây hại đến sức khỏe con người[7] Các thiết bị chính của một hệ thống điều hòa:

+ Thiết bị xử lý không khí: dàn nóng, dàn lạnh, lưới lọc bụi, bộ tiêu âm, buồng hòa trộn,… + Thiết bị luân chuyển không khí: quạt thổi, quạt hút, ống gió, miệng gió,…

+ Thiết bị năng lượng: máy nén,…

+ Thiết bị đo lường và điều khiển tự động: van tiết lưu, van điện tử, van 1 chiều, van xả áp,

2.1.2.2 Phân loại các hệ thống điều hòa không khí a) Theo mức độ quan trọng của các hệ thống điều hòa không

Bảng 2.2 : Nhiệt độ và độ ẩm tính toán ngoài trời

Hệ thống Mùa hè Mùa đông

Nhiệt độ tN, °C Độ ẩm φN, % Nhiệt độ tN, °C Độ ẩm φN, %

III t TB max φ 13-15 max t TB min φ 13-15 min

− 𝑡 max , 𝑡 𝑚𝑖𝑛 : nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất trong năm đo lúc 13 ÷ 15 giờ

− 𝑡 max TB , 𝑡 min TB : nhiệt độ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm

𝜑 max 13−15 ,𝜑 min 13−15 : độ ẩm đo lúc 13÷15 giờ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm

 Hệ thống điều hòa không khí cấp I: Là hệ thống điều hòa không khí có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với mọi phạm vi thông số ngoài trời, ngay cả những thông số khắc nghiệt nhất trong năm về mùa hè hay mùa đông

 Hệ thống điều hòa không khí cấp II: Là hệ thống điều hòa không khí với khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với phạm vi sai số không quá 200 giờ trên 1 năm (8 ngày trên 1 năm)

 Hệ thống điều hòa không khí cấp III: Là hệ thống điều hòa không khí có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với phạm vi sai số không quá 400 giờ trên 1 năm (16 ngày trên 1 năm) b) Theo đặc điểm môi chất giải nhiệt

 Hệ thống giải nhiệt bằng gió: Tất cả các hệ thống điều hòa nhỏ đều giải nhiệt bằng không khí, các hệ thống công suất trung bình thì vừa giải nhiệt bằng không khí, vừa giải nhiệt bằng nước Hầu hết các hệ thống công suất lớn đều giải nhiệt bằng nước

 Hệ thống giải nhiệt bằng nước: Điển hình là hệ thống Water Chiller giải nhiệt bằng nước Hệ thống yêu cầu các bơm và đường ống để dẫn nước lạnh đi đến các AHU và nước nóng đi đến tháp giải nhiệt cho nước sau khi ra dàn ngưng, thông thường hệ thống điều hòa không khí giải nhiệt bằng nước có hiệu suất tốt hơn so với hệ thống điều hòa không khí giải nhiệt bằng gió nhưng nếu xét thêm công của bơm và tháp giải nhiệt thì hai hệ thống không chênh lệch nhiều c) Theo phương pháp xử lý nhiệt ẩm

Cơ sở thực nghiệm

2.2.1 Các bước thiết lập thực nghiệm

2.2.1.1 Xác định các yếu tố ảnh hưởng Đã có nhiều công trình nghiên cứu các điều kiện làm việc tối ưu của hệ thống máy lạnh [2,3,4,5,6] đồng thời xem xét và đút kết qua các nghiên cứu trong và ngoài nước , từ đó nhóm em đã chọn 5 yếu tố để nghiên cứu đó là:

- Nhiệt độ cài đặt cho phòng (TEMP)

- Tốc độ gió (AIR VELO)

- Phương pháp giải nhiệt (CCM)

2.2.1.2 Xác định các mức độ của từng yếu tố

Bảng 2.10 Bảng mô tả các yếu tố

STT Tên yếu tố Kí hiệu Đơn vị Phạm vi

1 Nhiệt độ cài đặt TEMP Độ C 21 – 23

2 Tốc độ gió AIR VELO m/s 1 – 5

3 Phương pháp giải nhiệt CMM Phương pháp 1 – 3

5 Khung giờ TIME Thời gian 1-3

 Nhiệt độ cài đặt (TEMP)

Theo Tiêu chuẩn vi khí hậu trong nhà theo TCVN 5687:2010[14], chúng em chọn 3 mức nhiệt độ là : 21-22-23 ( o C)

 Tốc độ gió (AIR VELO)

Chọn 3 mức giá trị là: 1 (3,4 m/s) – 3 (3,7 m/s) – 5 (4.7 m/s)

 Phương pháp giải nhiệt (CCM)

Ngoài phương pháp giải nhiệt truyền thống, trong quá trình học tập cũng như được sự gợi ý từ thầy hướng dẫn nhóm chúng em đã có ý tưởng về một số phương pháp giải nhiệt mới nên đã đưa vào thử nghiệm:

1-Phương pháp truyền thống (TT)

2-Sử dụng tấm cool pad được rưới nước ngưng (CP)

3-Rưới nước ngưng trực tiếp lên thiết bị ngưng tụ (RN)

Chọn 3 số lượng người trong phòng nhất định là: 2,4,6 người

- Số lượng người theo TCVN 3981:1985, chúng em chọn là 4 người Để thí nghiệm được bao quát hơn nên nhóm chọn thêm số lượng người hơn mức tiêu chuẩn là 6 người và dưới

38 mức tiêu chuẩn là 2 người Mục đích của nhóm là xác định hệ số COP sẽ thay đổi như thế nào khi số lượng người thay đổi

Vì nhiệt độ , độ ẩm ngoài trời và bức xạ mặt trời của từng thời điểm khác nhau đồng thời giá tiền điện của các khung giờ cũng khác nhau nên chúng em lựa chọn 3 khung giờ cụ thể để xem thử có sự ảnh hưởng đến hệ số COP sẽ thay đổi như thế nào nên nhóm chúng em chọn

3 khung giờ để thực nghiệm :

-TIME 1 (7 giờ -10 giờ ) ( khung giờ bình thường )

-TIME 2 (12 giờ - 15 giờ ) ( khung giờ bình thường )

-TIME 3 ( 17 giờ -20 giờ ) ( khung giờ cao điểm )

2.2.1.3 Thiết lập bảng ma trận trực giao

Bảng 2.11 Yếu tố và các mức độ

Sử dụng phần mềm Minitab để xác định bảng trực giao:

Bảng 2.13 Bảng trực giao với các giá trị

STT TEMP AIR VELO CCM SN TIME

Cuối cùng ta sẽ có bảng trực giao với các giá trị tương ứng:

Bảng 2.14 Bảng trực giao với các giá trị tương ứng Ngày STT TEMP AIR

CCM SN TIME AVE-COP

2.2.1.4 Thiết lập các thông số tính toán

Dựa vào chu trình thực của máy lạnh 1 cấp đã nêu ở phần trên Để xem xét các yếu tố như: điều kiện giải nhiệt, nhiệt độ cài đặt cho phòng, tốc độ gió của quạt dàn lạnh, số lượng người và khung giờ ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống máy lạnh 1 cấp cũng như COP của hệ thống ta cần thu thập các thông số để tính được chỉ số COP của hệ thống

Q 0 là năng suất lạnh của thiết bị bay hơi (kW)

N là tổng điện năng tiêu thụ của hệ thống (kW)

Thiết lập các thông số tính Qo Để xác định được Q0 của thiết bay hơi ta cần đo các thông số t 0 nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi (℃)

Hình 2.18 Nơi lấy nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi

43 Để đo được các nhiệt độ và độ ẩm trên nhóm đã sử dụng hai loại đồng hồ nhiệt kế kết hợp ẩm kế loại…

Hình 2.19 Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm

 G lưu lượng không khí tại miệng thổi thiết bị bay hơi (kg/s) Để đo được lưu lượng không khí tại miệng thổi thiết bị bay hơi nhóm đã sử dụng thiết bị đo tốc độ gió Đo 4 điểm tại miệng thổi sau đó lấy giá trị trung bình của 4 điểm

Hình 2.20 Thiết bị đo vận tốc gió

Hình 2.21 Minh họa các tính v tb

Trong đó: v1: vận tốc gió tại điểm đo 1 trên miệng thổi thiết bị bay hơi (m/s) v2: vận tốc gió tại điểm đo 2 trên miệng thổi thiết bị bay hơi (m/s) v3: vận tốc gió tại điểm đo 3 trên miệng thổi thiết bị bay hơi (m/s) v4: vận tốc gió tại điểm đo 4 trên miệng thổi thiết bị bay hơi (m/s)

 BF là hệ số bypass của thiết bị bay hơi Để đơn giản và thuận tiện cho quá trình tính toán thì chúng em xem hệ số này không đổi và tra Catalog của máy BF = 0.27

Thiết lập các thông số tính N

Trong đó: N là điện năng tiêu thụ của hệ thống lạnh

I là cường độ dòng điện của hệ thống điện

U là hiệu điện thế của hệ thống

Sử dụng ampe kìm để đo cường đồ dòng điện tổng dòng

Hình 2.22 Ampe kìm đo cường độ dòng điện 2.2.2 Công cụ thiết lập thực nghiệm

Minitab là một phần mềm thống kê ứng dụng được phát triển ở trường Đại học Pennsylvania bởi Barbara F Ryan, Thomas A Ryan, Jr và Brian L Joiner vào năm 1972 OMNITAB và phần mềm phân tích thống kê của NIST là nguyên bản của Minitab chưa thu gọn[15]

Hình 2.23 Phần mềm Minitab 2.2.2.2 Design Of Experiments (DOE)

Thiết kế thí nghiệm DOE là một quy trình hiệu quả để lập kế hoạch thí nghiệm sap cho dữ liệu thu được có thể phân tích đưa ra kết luận hợp lệ và khách quan

Bắt đầu là với việc xác định các mục tiêu các thử nghiệm và bắt đầu lựa chọn quy trình các yếu tố cho việc nghiên cứu đó

Thiết kế thí nghiệm DOE là vạch ra kế hoạch trước khi thực nghiệm các thí nghiệm được lựa chọn sẽ tối đa hóa lượng “thông tin” thu được từ thí nghiệm

II Lịch sử của DOE

Bắt nguồn từ thế kỹ XVII khi HMS Salisbury và James Lind bắt đầu chưa bệnh cho 12 người đàn ông

Sau đó năm 1926 và 1935, Ronald Fiseher đã xuất bản “sự sắp xếp của các thí nghiệm tại hiện trường” và “thiết kế thí nghiệm” công việc đáng chú ý của ông là thử nghiệm trong lĩnh vực nông nghiệp để tăng năng suất đã đặt nền mống cho DOE Từ đó phần nềm mini tab được sử dụng trong các dự án

III DOE hoạt động như thế nào?

DOE cho phép thao tác nhiều yếu tố đầu vào để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến đầu ra mong muốn

Có thể xác định được tương tác quang trọng có thể được loại bỏ khi thí nghiệm với một yếu tố tại một thời điểm xác định

A Một số loại DOE phổ biến nhất

1 Thiết kế một yếu tố

Chỉ có một yếu tố đang được điều tra và mục tiêu là xác định xem câu trả lời có khác biệt đáng kể ở các mức nhân tố khác nhau hay không Nhân tố có thể định tính hoặc định lượng

Xem xét xác định các yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng Và từ đó điều tra ảnh hưởng của tương tác

3 Thiết kế thừa nhân tố

Cấp độ yếu tố đều được xem xét và người thử nghiệm có thể chọn những kết hợp nào sẽ bị loại trừ Dựa trên loại trừ kết hợp, tương tác nào đó không xác định được

THU THẬP THỰC NGHIỆM ,XỬ LÝ SỐ LIỆU

Thiết lập mô hình

3.1.1 Giới thiệu về công trình

Dự án : Văn Phòng 1 Địa điểm : Tại xưởng nhiệt, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM

Bảng 3.1 Thông số kích thước căn phòng

Stt Kích thước Đơn vị (m)

Vì công trình là văn phòng, không yêu cầu hệ thống ĐHKK có độ chính xác cao, nên chọn hệ thống điều hòa không khí cấp III với

Nhiệt độ ngoài trời : 34,6 °C ( Bảng 1.9 , trang 20 , TL1) Độ ẩm: 55 %

Thông số thiết kế trong nhà

Văn Phòng :Nhiệt độ 24°C , Độ ẩm tương đối 60%

Bảng 3.2: Thông số thiết bị trong phòng Thiết bị Số lượng Tổng công suất ( W )

Sử dụng phương pháp Carrier để tính tải lạnh của công trình với tải lạnh Q0 là tổng nhiệt hiện thừa Qht và tổng nhiệt ẩn thừa Qat của mọi nguồn nhiệt tỏa và thẩm thấu tác động vào không gian cần điều hòa:

Q0 QtQhtQat [4.0, trang 122, TL1] (1)

Hình 3.1: Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier

3.1.3 Tính toán các nguồn nhiệt - ẩm

3.1.3.1 Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11:

Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11 được xác định theo công thức:

- nt – Hệ số tác dụng tức thời

- F– Diện tích bề mặt cửa sổ, m 2

- Rt – Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính vào trong phòng, W/m 2

- e – Hệ số hiệu chỉnh, xác tính theo công thức:

52 e = ε 𝑐 ε ds ε mm ε kh ε 𝑚 ε 𝑟 Trong đó:

- ε c –Hệ số ảnh hưởng của độ cao theo mực nước biển, xác tính theo công thức:

𝜀 𝑐 = 1+ 1000 𝐻 0,023 [4.3, trang 124, TL1] (4) Độ cao so với mực nước biển ở TP Hồ Chí Minh là 19m, xét phòng nằm ở tầng 1 cao m do đó H = 19 +2,3 !,3 m

- ε ds – Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát so với nhiệt độ đọng sương của không khí ở trên mặt nước biển là 20 0 C, với công thức:

𝜀 ds = 1- (𝑡 𝑠 10 - 20) 0,13 [4.4, trang 124, TL1] (5) Tại tN = 34,6 0 C và φN = 55% ta có ts = 24,23 0 C, suy ra:

- ε mm – Hệ số ảnh hưởng của mây mù, ε mm = 1

- ε kh – Hệ số ảnh hưởng của khung, với khung kim loại nên ε kh = 1,17

- ε m – Hệ số kính, với kính cơ bản Ta được ε m = 1

- ε r – Hệ số mặt trời kể đến ảnh hưởng của kính khác kính cơ bản và có màn che, 𝜀 𝑟 1

Suy ra ta tính được hệ số hiệu chỉnh e: e = 1 x 0,95 x 1 x 1,17 x 1 x 1 = 1,1115

Tp Hồ Chí Minh có tọa độ 10 0 38’ từ đó tra bảng 4.2 trang 131, TL1, kết hợp với công thức trên ta được bảng sau:

Bảng 3.3: Giá trị bức xạ mặt trời qua cửa kính

Phòng ở tầng 1 chịu bức xạ trực tiếp của mặt trời từ phía Đông, dựa vào bảng trên ta có

Mật độ (khối lượng riêng) trên diện tích trung bình gs được xác định theo công thức:

G’- Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời và của sàn tiếp xúc với mặt đất, kg

G’’- Khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất, kg

Phòng ở tầng 1 có các thông số đo được như sau:

- Diện tích tường ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời theo hướng đông : 9,55 m 2

- Diện tích tường trong không tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời: 14,38m 2

Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc bức xạ G’:

Khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời G’’:

21 = 647 (kg/m 2 ) Với giá trị gs = 647 kg/ m 2 ta tra bảng 4.6 trang 135 TL1 ta được nt = 0.46

3.1.3.2 Nhiệt hiện truyền qua mái do bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ Q 21 :

Công thức tính nhiệt hiện truyền qua mái ::

Trong đó: k-hệ số truyền nhiệt qua mái, (W/m 2 K) Δt td -độ chênh lệch nhiệt độ tương đương, ( 0 C)

+ Đối với mái tiếp xúc trực tiếp với không gian ngoài trời : Δt td = (𝑡 𝑁 -t 𝑇 ) + 𝜀 𝑠 R 𝑁

𝜀 𝑠 =0,52 -hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời của mái với mái chất liệu là nhôm không đánh bóng , ta tra bảng 4.10 [Trang 141, TL1]

R T = 789 (W/m 2 )-lượng bức xạ mặt trời xâm nhập qua mái, tra bảng 4.2 [Trang 131, TL1]

55 α N = 20 (W/m 2 K) –hệ số tỏa nhiệt phía ngoài nền khi tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài, theo [Trang 142, TL1]

Với k = 2,56 (W/m 2 K) với mái tôn , 9,4kg/m 2 , phía dưới trần giả bằng gỗ 12mm ( bảng 4.9, trang 140 ,TL1)

Diện tích mái tiếp xúc không gian ngoài trời: F = 21 m 2

3.1.3.3 Nhiệt hiện truyền qua vách Q 22 :

Công thức tính nhiệt truyền qua vách :

Q2i - nhiệt truyền qua tường, cửa ra vào, cửa sổ kính,…; ki - hệ số truyền nhiệt tương ứng của tường, cửa, kính, W/m 2 K;

Fi - diện tính tường, cửa, kính tương ứng

- Ft – Diện tích bề mặt tường, m 2

- Δt – Độ chênh lệch nhiệt độ,

- kt – Hệ số truyền nhiệt qua tường:

- αN – Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài tường; αN = 20 W/m 2 K khi tiếp xúc trực tiếp; αN = 10 W/m 2 K khi tiếp xúc gián tiếp [trang 142 TL1]

- αT – Hệ số tỏa nhiệt bên trong nhà; αT = 10 W/m 2 K

- δi – Độ dày lớp vữa và gạch; Theo tính toán ta có: δv = 0,015 m; δg = 0,2 m

- λi – Hệ số dẫn nhiệt với: λv = 0,93 W/mK; λg = 0,81 W/mK [bảng 4.1, trang 143, TL1]

Hệ số truyền nhiệt qua tường gạch dày 0,2 m tiếp xúc trực tiếp là:

Hệ số truyền nhiệt qua tường gạch dày 0,2 m tiếp xúc gián tiếp là:

Hệ số truyền nhiệt qua tường gạch dày 0,1 m tiếp xúc với hành lang là:

- Diện tích tường trực tiếp tiếp xúc bên ngoài trời theo hướng đông: 9,55 m 2

- Diện tích tường tiếp xúc với hành lang theo hướng nam : 1,38 m 2

- Độ chênh lệch nhiệt độ trong phòng và ngoài trời: Δt 1 = t 𝑁 - t 𝑇 = 34,6 – 24 = 10,6 0 𝐶

- Độ chênh lệch nhiệt độ trong phòng và hành lang:

57 Δt 2 = 0,5.(𝑡 𝑁 - t 𝑇 ) = 0,5.(34,6 – 24) = 5,3 0 𝐶 Suy ra nhiệt truyền qua tường của phòng:

Nhiệt truyền qua cửa ra vào Q 22c :

Công thức tính nhiệt truyền qua cửa:

FC – Diện tích bề mặt cửa, m 2 Δt – Độ chênh lệch nhiệt độ

+ Đối với cửa mở vào phía hành lang: Δt = 0,5.(tN - tT) = 0,5.(34,6 – 24) = 5,3 0 C

- kC – Hệ số truyền nhiệt qua cửa, vì là cửa dày 40 mm nên kC = 2,23 (W/m 2 K).[ Bảng 4.12, trang 144, TL1]

- Δt = 5,3 0 C đối với cửa mở vào phía hành lang

Nhiệt truyền qua cửa sổ kính Q 22k :

Công thức tính nhiệt truyền qua cửa sổ kính:

Fk – Diện tích bề mặt cửa sổ kính, m 2 Δt – Độ chênh lệch nhiệt độ trong phòng và ngoài trời, Δt = tN - tT = 34,6 – 24 = 10.6 0 C

58 kk – Hệ số truyền nhiệt qua cửa sổ kính, chọn kk = 1,93 (W/m 2 K) [Bảng 4.13 ,trang 144 ,TL1]

- Diện tích cửa sổ kính: 7,25 m 2

3.1.3.4 Nhiệt hiện truyền qua nền Q 23 :

Công thức tính nhiệt hiện truyền qua nền:

- k – Hệ số truyền nhiệt qua nền,W/m 2 K

-Δt – Độ chệnh lệch nhiệt độ

+ Vì sàn bê tông dày 150mm, có lớp vữa ở trên 25mm, tra bảng 4.15 [Trang 145, TL1], ta được k= 2,84W/m 2 K

+ Sàn tiếp giáp với không gian không điều hòa nên:

Nhiệt truyền qua nền của phòng: 𝑸 23 = 2,84 x 21 x 5,3 = 316 (𝑾)

3.1.3.5 Nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng Q 31 :

Nhiệt toả ra do đèn chiếu sáng được tính theo công thức sau:

- nt –Hệ số tác dụng tức thời, nt=1.[Bảng 4.8, trang 136, TL1]

- nđ –Hệ số tác dụng đồng thời, công trình là văn phòng nhỏ nên nđ= 1 [Trang 146, TL1]

- Q- Tổng nhiệt tỏa ra của chiếu sáng (W) suy ra Q=∑1,25.N với bóng đèn huỳnh quang

- N- Tổng công suất ghi trên bóng đèn Theo như tài liệu công suất đèn nên ta có giá trị q = 18W/m 2 Tổng có 6 bóng

3.1.3.6 Nhiệt hiện toả ra do máy móc Q 32 :

Nhiệt tỏa ra do máy móc được tính theo công thức sau:

Trong đó: Ni là công suất điện ghi trên dụng cụ (W) Đối với công trình có một số thiết bị điện sau :

Chọn thiết bị có công suất lớn nhất tại một thời điểm ,suy ra :

3.1.3.7 Nhiệt do con người toả ra Q 4 :

Công thức tính nhiệt do con người tỏa ra :

𝑄 4ℎ =n.q ℎ , (𝑊) ( nhiệt hiện do người tỏa ra ) [Trang148, TL1] (18)

- n – Số người trong khu vực điều hòa

- qh – Nhiệt hiện tỏa ra từ 1 người, W/người

𝑄 4a = n.q 𝑎 , (𝑊) ( nhiệt ẩn do người tỏa ra ) [Trang148, TL1] (19) Với:

- qa– Nhiệt ẩn tỏa ra từ 1 người, W/người

Với nhiệt độ điều hòa trong phòng ở 24 o C là nhiệt hiện và nhiệt ẩn của con người lần lượt là 70W/ người và 60W/người.(bảng 4.18)

- Theo mật độ người định hướng trong phòng điều hòa suy ra n = 4 người

- Nhiệt hiện và nhiệt ẩn của 1 người là 70W/ người và 60W/người

- Nhiệt hiện do người sinh ra: 𝑄 4h = 4x 70 = 280 (𝑊)

- Nhiệt ẩn do người sinh ra: 𝑄 4a = 4 x 60 = 240 (𝑊)

3.1.3.8 Nhiệt do gió tươi mang vào Q h N và Q â N:

Hiện tại phòng không có hệ thống cấp gió tươi sơ bộ và cũng không có thông gió bằng quạt nên Q h N và Q â N =0

3.1.3.9 Nhiệt toả ra do không khí lọt vào Q 5 :

Công thức tính nhiệt tỏa ra do không khí lọt vào :

- Q5h – Nhiệt hiện không khí lọt vào phòng, xác định theo công thức:

- Q5â – nhiệt ẩn của không khí lọt vào phòng, xác định theo công thức:

- ξ – Hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vào thể tích của phòng V(m 3 )

- Vì phòng có thể tích nhỏ hơn 500 m 3 nên ξ = 0,7 (Bảng 4.2, trang 151 ,TL1)

Bảng 3.4 : Kết quả tính toán nhiệt phòng ( W )

Sau khi tính tải để chọn máy có thông số phù hợp với công trình nhóm chúng em chọn cục nóng và cục lạnh có model máy: Indoor Unit FT50FVM và Outdoor Unit R50BV1

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của máy DaiKin

Hình 3.2: Kiểm tra, lắp đặt, vệ sinh hệ thống lạnh và các thiết bị đo

Hình 3.3 Hệ thống trữ nước ngưng

Hình 3.4: Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất đầu hút và đầu đẩy

Hình 3.5: Vị trí đo nhiệt độ , áp suất đầu hút và đầu đẩy

Hình 3.6: Vị trí đo nhiệp độ và áp suất tại vị trí trước tiết lưu

Hình 3.7: Thiết bị đo nhiệt độ và áp suất trước tiết lưu

Hình 3.8: Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường

Hình 3.9: Thiết bị và vị trí đo vận tốc gió

Hình 3.10: Thiết bị và vị trí đo cường độ dòng điện

Hình 3.11: Thiết bị và vị trí đo nhiệt độ miệng thổi

Hình 3.12: Lắp đặt tấm Coolpad cho hệ thống

Hình 3.13: Lắp ống rưới nước ngưng

Thu thập và xử lý số liệu

Dựa vào chu trình thực của máy lạnh 1 cấp đã nêu ở chương 1 Để xem xét các yếu tố như: điều kiện giải nhiệt, nhiệt độ cài đặt cho phòng, tốc độ gió của quạt dàn lạnh, số lượng người và khung giờ ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống máy lạnh 1 cấp cũng như COP của hệ thống ta cần thu thập các thông số để tính được chỉ số COP của hệ thống

Bảng 3.6 Bảng vị trí thu thập thông số tính Q 0

Nhiệt độ phòng t T (°𝑪) và độ độ ẩm tương đối 𝝋 𝑻 (%) của phòng

Nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi t O (°𝑪)

Tốc độ gió tại miệng thổi thiết bị bay hơi v (m/s)

Các số liệu và các vị trí lấy số liệu cho việc tính toán N trên thực tế

Dùng ampe kìm đo cường độ dòng điện của hệ thống máy lạnh 1 cấp

Hình 3.14: Cường độ dòng điện của hệ thống

*Sau khi thu thập số liệu nhóm đã tổng hợp thành dưới các bảng sau:

Tương tự 26 thí nghiệm còn lại được ghi ở bảng Phụ Lục I

3.2.2.1 Cách tính Q 0 cụ thể Ở đây nhóm sẽ trình bày hai cách tính Q0

 Sử dụng giản đồ không khí ẩm t-d

 Sử dụng phần mềm tra thông số

* Sử dụng giản đồ không khí ẩm t-d Để dễ hình dung cách tính nhóm đồ án sẽ lấy một số liệu từ kết quả thực nghiệm của nhóm để tính toán

Hình 3.15 Ảnh các số liệu thu thập cho việc tính Q 0

Bảng 3.7 Các số liệu cần thiết để tính Q O

Nhiệt độ ( o C)/ Độ ẩm (%) Nhiệt độ ( o C)

Môi trường làm lạnh Tại miệng thổi dàn lạnh

Vận tốc gió tại miệng thổi dàn lạnh (m/s)

Theo bảng số liệu thực nghiệm trên ta có:

Từ tT và 𝜑 𝑇 ta xác định được điểm T trên giản đồ t-d

Từ tT và tO ta tìm được tS (nhiệt độ điểm sương) qua công thức:

S là thiết diện của miệng thổi của thiết bị bay hơi

S=0,87(dài) x 0,08 (rộng) (m 2 ) (3) vtb là vận tốc trung bình của 4 điểm tại miệng thổi thiết bị bay hơi (m/s)

Hình 3.15 Hình thể hiện cách tra Enthalpy dựa vào giản đồ t-d

 Sau khi có được tS ta kẻ 1 đường vuông góc với trục nhiệt độ và cắt đường 𝜑 = 1 tại điểm S

 Kẻ đường thẳng nối điểm T và S lại với nhau

 Từ nhiệt độ 𝒕 𝑶 ta kẻ 1 đường thẳng vuông góc với trục t và cắt đường 𝒕 𝑺 tại điểm O từ đó xác định được độ ẩm và vị trí của điểm O trên giản đồ

 Sau khi có được vị trí điểm T và O trên giản đồ thì ta tìm được𝑰 𝑻 và I 𝑶 bằng cách kẻ đường đẳng enthanpy từ T và O để xác định giá trị enthalpy của từng điểm

 Từ 𝒕 𝑻 kẻ đường thẳng vuông góc với trục t và cắt đường 𝜑 𝑇 tại T Từ O kẻ đường đẳng dung ẩm và cắt đường T tại K Từ K kẻ đường đẳng enthalpy để xác định𝑰 𝑲 Giá trị (I T − I K ) chính là lượng nhiệt ẩn của quá trình

Do nước ngưng sẽ được tích trữ trong vòng 6 giờ và rưới lên dàn trao đổi nhiệt hoặc tấm coolpad trong vòng 1 tiếng 30 phút nên phần nhiệt thừa tạo ra nước ngưng mà ta tận dụng lại giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ sẽ được tính như sau:

*Sử dụng phần mềm tra thống số

 Khi đã có 𝝋 𝑻 và tT ta xác định IT bằng phần mềm Psychrometric calculator

Hình 3.16 Sử dụng phần mềm Psychrometric calculator tra I T

 Từ tT và tO ta tìm được tS (nhiệt độ điểm sương) qua công thức

Tiếp tục sử dụng phần mềm Psychrometric calculator để tra IS

Hình 3.17 Sử dụng phần mềm Psychrometric calculator tra I S

Tương tự cách tính cho các thông số còn lại