Chuong IV - TÍNH TOÁN CHỌN HỆ THỐNG WATER CHILLER

Máy nén lạnh là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống lạnh có sử dụng máy nén hơi

Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 54 4.1 Tính chọn máy nén. 4.1.1 Phân loại và chọn máy nén. Máy nén lạnh là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống lạnh có sử dụng máy nén hơi. Trong hệ thống đó, máy nén lạnh có nhiệm vụ là hút hơi tác nhân lạnh từ bình bốc hơi có áp suất thấp p 0 , nhằm duy trì áp suất không đổi trong bình bốc hơi và nén hơi đến áp suất ngưng tụ p k trong bình ngưng tụ. Tác nhân lạnh thực hiện chu trình khép kín thông qua sự hoạt động có máy nén làm cho tác nhân lạnh có khả năng thu nhiệt ở nguồn lạnh và nhả nhiệt ở nguồn ấm. Hình 4.1 trình bày sơ đồ chu trình hoạt động của máy lạnh. Hình 4.1 Ngoài tính chất quan trọng trên của máy nén thì vấn đề chất lượng, năng suất và độ tin cậy của máy nén cũng ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất của hệ thống lạnh. TÍNH TOÁN CHỌN HỆ THỐNG WATER CHILLER Chương IV Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 55 Người ta phân loại thiết bị máy nén khi chủ yếu theo áp suất nén cao hay thấp, căn cứ vào áp suất dư , điều kiện làm việc và chức năng để phân loại các thiết bị máy nén khí. Ngày nay, loại máy nén được sử dụng rộng rãi nhất là loại máy nén tạo ra áp suất cao bằng việc tiêu tốn công. Loại này có phân thành nhiều chủng loại như máy nén tuabin, máy nén thể tích,…Nhưng trong luận văn này ta chỉ đi tìm hiểu và chọn lựa chủng loại máy nén thể tích. Chủng loại máy nén thể tích bao gồm loại máy nén piston, loại máy nén trục vít, loại máy nén rotor, loại máy nén xoắn ốc . Máy nén thể tích hoạt động theo nguyên lý làm việc như sau: dùng các cơ cấu cơ học để giảm thể tích của hơi tác nhân lạnh ở bên trong máy nén và tiêu hao đi một công, nâng áp suất của tác nhân lạnh từ giá trị áp suất sôi lên đến giá trị áp suất ngưng tụ cần mong muốn. Nhóm máy nén này tạo ra áp suất lớn, khối lượng hơi nhỏ. Máy nén piston: Nhược điểm của máy nén piston là gây ồn, các chi tiết chuyển động tính tiến nên kém theo lực quán tính lớn. Do có xupap đầu hút và đầu đẩy nên tổn thất áp suất đầu hút và đầu đẩy lớn. Tỉ số nén lại nhỏ, muốn có tỉ số nén co lại phải sử dụng máy nén có nhiều cấp nén. Máy nén piston có kích thước lớn, có năng suất lạnh từ nhỏ đến lớn. Hình 4.2 là mô tả cấu tạo của máy nén piston. Hình 4.2 Máy nén trục vít: Không có các chi tiết chuyển động tịnh tiến và các lực quán tính kèm theo nên độ ồn giảm xuống. Chúng có độ tin cây cao, tốc độ quay nhanh từ 1500 đến 12000 vòng/phút nên kích thước máy nhỏ gọn. Các tổn thất áp suất đầu đẩy và đầu hút đều nhỏ vì không có xupap, không có hiện tượng va đập thủy lực. Có thể làm việc với nhiều tác nhân lạnh khác nhau mà không cần phải thay đổi nhiều về cấu tạo, điều chỉnh công suất. Rất kinh tế nhờ sự thay đổi được tốc độ quay của máy nén linh hoạt, tỉ số nén không bị ảnh hưởng bỏi tốc độ quay. Khả năng gây ồn ít hơn so với loại máy nén piston. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 56 Có khả năng điều chỉnh công suất linh hoạt, thuận lơi cho việc tự động hóa hệ thống lạnh một cách tối ưu nhất và tiết kiệm điện nhất. Hình 4.3 mô tả cấu tạo của máy nén trục vít. Hình 4.3 Máy nén rotor: Loại này có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn loại máy nén piston. Cấu tạo không có xupap nên khả năng gây ồn là ít, giảm sự tổn thất áp suất ngay tại đầu hút hoặc xả và cân bằng tốt nên dễ bố trí. Do có ít chi tiết chuyển động nên độ tin cậy cao trong quá trình vận hành nhưng cũng có một vài chi tiêt rất dễ nhanh bị mòn trong quá trình làm việc. Trong máy nén rotor, yêu cầu chủ yếu là độ chính ác trong chế tạo. Máy nén xoắn ốc: Hình 4.4 Trong những năm gần đây thì người ta đã ứng dụng công nghệ máy nén xoắn ốc này vào rộng rãi trong các hệ thống điều hòa không khí nhỏ và trung Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 57 bình như các loại máy hai cục, cửa sổ, treo tường, ốp trần,…có công suất nhỏ hơn 10HP. Hình 4.4 mô tả cấu tạo của máy nén xoắn ốc. Như hình vẽ thì phần chính máy nén được cấu tạo như hai cái đĩa, trên mỗi đĩa có vòng xoắn ốc, hai đĩa được úp với nhau nên hai vòng xoắn ốc đó được lồng vào nhau. Đĩa trên thì cố định, dĩa dưới thì chuyển động quay lệch tâm so với đĩa trên. Kết luận: Qua phân loại và phân tích trên thì cho ta thấy việc chọn máy nén cho hệ thống lạnh là hết sức quan trọng, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hiệu suất, năng suất làm việc, công suất có thể đáp ứng được, chi phí, giá thành, tuổi thọ, … Từ đó dựa vào các tiêu chí nào chúng ta chọn loại máy nén trục vít là hoàn toàn hợp lý cho hệ thống lạnh lớn, phù hợp với việc tích hợp nó với các thiết bị khác để tạo thành cụm máy làm lạnh nước Chiller có công suất lớn tới 500tấn lạnh. 4.1.2 Chọn số Chiller cho hệ thống. Ta có tổng công suất lạnh của công trình vào mùa khô là 954tấn lạnh, còn vào mùa mưa là 865tấn lạnh. Công suất này khá lớn, do đó không thể dùng một Chiller để cấp tải lạnh cho hệ thống được và nếu có được thì cũng không nên vì nhiều lý do được đặt ra như vận hành, bảo trì và tính kinh tế của hệ thống. Do đó vấn đề đặt ra là chúng ta sẽ chọn bao nhiêu Chiller là thích hợp nhất. Thông thường thì với mức tải này thì sử dụng 3 Chiller để cấp tải lạnh là phương án thích hợp nhất vì một số lý do sau: Mỗi Chiller sẽ có tải thiết kế là một phần ba tổng tải thiết của công trình. Nếu một Chiller nào đó trục trặc, không tiếp tục làm việc được thì công suất của hai Chiller cò lại cũng có có thể tạm đủ để cung cấp phụ tải lạnh tạm thời cho công trình (ưu điểm hơn so với dùng 1 hay 2 Chiller). Với 3 Chiller thì các cấp điều chỉnh tải của cụm Chiller sẽ dễ dàng hơn khi có 1 hay 2 Chiller, do đó sẽ tiết kiệm được năng lượng vận hành. Với 3 Chiller thì công suất máy nén sẽ nhỏ hơn và khi khởi động tuần tự sẽ ít gây ra hiện tượng sụt áp hơn. Tuy nhiên nếu dùng nhiều hơn 3 Chiller ( chẳng hạn 4 Chiller) thì có một số nhược điểm là giá thành cao, vận hành phức tạp hơn, bảo trì nhiều hơn, tốn nhiều không gian lắp đặt hơn,… Như vậy ta dùng 3 Chiller cho hệ thống điều hòa không khí của công trình đang thiết kế là CR3.1 – A. 4.1.3 Tính chọn máy nén. Tổn thất nhiệt tổng của tòa nhà là Q = 954tấnlạnh = 3354,264kW Đề phòng sự cố ta chọn hệ thống gồm 3 tổ máy, mỗi tổ máy gồm có máy nén, bình ngưng, bình bay hơi, tháp giải nhiệt, bơm nước cho bình bay hơi và cho tháp giải nhiệt,… Năng suất lạnh của một tổ máy: Q dl = 3354,264/3 = 1118kW Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 58 Năng suất lạnh cần thiết của một tổ máy nén: theo [1, trang 437] o Phụ tải nhiệt của máy nén: Q MN = (0,5 ÷ 0,75)Q dl = (559 ÷ 838,5)kW Chọn Q MN = 820,65kW o Năng suất lạnh cần thiết của máy nén: Q 0 = 1,12.Q MN = 1,12.820,65 = 919,13kW Các thông số của máy nén: theo [1, trang 95] 1. Năng suất lạnh riêng (1kg R134a): q 0 = i 1 – i 4 = 399,84 – 253,37 = 146,47kW 2. Lưu lượng hơi thực tế hút vào máy nén: G = Q 0 /q 0 = 919,13/146,47 = 6,2752kg/s 3. Thể tích hơi thực tế hút vào máy nén: V = G.v 1’ Trong đó: v 1’ – thể tích riêng của hơi tại điểm 1’, suy ra v 1’ = 0,0665m 3 /kg. => V = 6,2752.0,0665 = 0,4173m 3 /s. 4. Hệ số lưu lượng của máy nén (trục vít): Với tỉ số áp suất: P k /p 0 = 10,443/3,145 = 3,32 Từ đồ thị 5.41 ở tài liệu [1, trang 116] lấy theo R22 ta có: λ = 0,85 5. Công nén đoạn nhiệt: N a = G.(i 2 – i 1’ ) = 6,2752.( 431,1– 404,4) = 167,55kW 6. Hiệu suất hiệu dụng của máy nén (trục vít): Theo đồ thị 5.42 tai liệu [1, trang 117] lấy theo R22 với tỉ số nén P k /p 0 = 3,32 Ta tra được: η e = 0,648 7. Công suất hiệu dụng của máy nén: N e = N a / η e = 167,55/0,648 = 258,56kW 8. Công suất trên trục động cơ: N = N e / η tr = 258,56/1 = 258,56kW Lấy η tr =1 vì truyền động trực tiếp. 9. Hệ số lạnh của chu trình (COP): K COP = Q 0 /N a = 919,13/167,55 = 5,48 10. Hệ số lạnh hiệu dụng: K e = Q 0 /N e = 919,13/258,56 = 3,55 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 59 11. Phụ tải nhiệt bình ngưng: Q k = G.(i 2 – i 3 ) = 6,2752.(431,1 – 257,75) = 1087,8kW. Hoặc Q k = Q 0 + N a = 919,13 + 167,55 = 1086,7kW. Chọn Q k = 1086,7kW. 12. Năng suất lạnh riêng thể tích: q v = q 0 /v 1 = 146,47/0,0647 = 2263,83kJ/m 3 . Xác định lượng dầu bôi trơn cho máy nén: Lượng dầu có thể xác định theo tài liệu [1, trang 90]: G d = G.g d Trong đó: g d – lượng dầu tiêu hao trên 1kg tác nhân lạnh. Theo bảng 5.28 ở [1, trang 90] với P k /p 0 = 3,32 ta tra được: g d = 0,9 suy ra G d = 6,2752.0,9 = 5,64kg/s. Ngoài lượng dầu g d được đưa vào khoang làm việc của máy nén còn có một lượng dầu khác để bôi trơn ổ trục, chèn và piston cũng được đưa vào máy nén. Vậy tổng lượng dầu cần thiết cho máy nén là : G d = 5,64.1,2 = 6,768kg/s. 4.2 Chọn hệ thống Water Chiller cho công trình. 4.2.1 Các thông số của máy nén, bình ngưng, bình bay hơi tước khi chọn cụm Water Chiller. Các thông số cần để chọn máy nén. o Máy nén loại trục vít. o Số lượng: 3 cái o Công nén đoạn nhiệt: N a = 167,55kW. o Công suất trên trục: N = 258,24kW. Cac thông sô cần để chọn bình ngưng tụ. o Loại nằm ngang. o Số lượng: 3 cái o Phụ tải nhiệt bình ngưng: Q k = 1086,47kW. o Trong hệ thống ta sử dụng thiết bị ngưng tụ nằm ngang với chất giải nhiệt là nước chuyển động trong ống, còn môi chất lạnh cần ngưng tụ là R134a chuyển động bên ngoài ống. o Sử dụng ống đồng có cánh bên ngoài để chế tạo dàn trao đổi nhiệt. o Lưu lượng tác nhân lạnh qua bình ngưng: G = 6,2675kg/s o Lưu lượng nước giải nhiệt qua bình ngưng: G w = 52,07kg/s o Nhiệt độ ngưng tụ: t k = 41 0 C. o Nhiệt độ nước vào bình ngưng: t’ BN = 33 0 C. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 60 o Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t’’ BN = 38 0 C. Các thông số cần để chọn bình bay hơi. o Loại nằm ngang. o Số lượng: 3 cái. o Năng suất lạnh của mỗi Chiller là: Q 0 = 919,13kW. o Trong hệ thống ta sử dụng thiết bị bay hơi nằm ngang với chất tải lạnh là nước chuyển động trong ống, còn môi chất lạnh cần bay hơi là R134a chuyển động bên ngoài ống. o Sử dụng ống đồng có cánh bên ngoài để chế tạo dàn trao đổi nhiệt. o Lưu lượng tác nhân lạnh qua bình bay hơi: G = 6,2752kg/s. o Lưu lượng nước lạnh qua bình bay hơi: G w = 43,85kg/s o Nhiệt độ bay hơi: t 0 = 2 0 C. o Nhiệt độ nước vào bình bay hơi: t’ n = 12 0 C. o Nhiệt độ nước ra bình bay hơi: t’’ n = 7 0 C. 4.2.2 Chọn cụm Water Chiller cho hệ thống. Từ nhiệt độ nước vào bình bay hơi, nước ra khỏi bình bay hơi, nước vào bình ngưng, nhước ra khỏi bình ngưng, công suất bình ngưng, bình bay hơi ta có thể chọn cụm Chiller từ catalogue của công ty Trane như sau: Hãng sản xất: TRANE Hình 4.5 Số lượng Water Chiller cho công trình CR3.1 – A:  3 cụm Water Chiller.  Mỗi Chiller là 375 tấn lạnh (hay 1318,5kW). Thông số kỹ thuật:  Series R TM Helical Rotary Liquid Chillers  Model RTHD – D3F2F3 [RTHD 325 - 375 Tons (50Hz) – tra bảng 4.1 và bảng 4.3]  Buit for Industrial and Commercial Application Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 61  Sử dụng môi chất lạnh là R134 – A.  Unit model number: RTHD UD2R XH0X AF2A 3LAL F3A2 LALA – VXXX EXAA DXY1 89AA UA4X XXRX XX.  Leight x Width x Hight = 3669 x 1716 x 1936mm Hình 4.5 là phối cảnh Chiller dòng RTHD – Trane, bảng 4.1 trình bày một số dãy công suất (tấn lạnh) của Model RTHD – Trane. Hình 4.6 Hình 4.7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 62 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP SVTH: Hồ Sỹ Nam 63 Hình 4.8 Hình 4.6 giới thiệu các thành phần chính của cụm Chiller dòng RTHD. Hình 4.7, 4.8 lần lượt giới thiệu đồ thị tra thông số độ sụt áp của nước khi đi qua bình bay hơi và bình ngưng của Chiller dòng RTHD – D3F2F3. Bảng 4.2 tổng hợp tất cả các thông số tổng quát cho cụm Chiller dòng RTHD – D3F2F3. 4.2.3 Các thông số của máy nén, bình ngưng, bình bay hơi sau khi chọn cụm Water Chiller. Thông số máy nén sau khi chọn cụm Chiller. o Máy nén loại trục vít. o Số lượng: 3 cái o Công suất trên trục: N = 275kW. o Tần số dòng điện: 50Hz o Hiệu điện thế: 3 Pha, 380V o Môi chất lạnh thay đổi trên một lần: 284kg o Dung tích dầu cần thay đổi trên một lần: 38lit Thông số bình ngưng sau khi chọn cụm Chiller. o Loại nằm ngang. o Số lượng: 3 cái o Số Pass: 2 Pass o Trong hệ thống ta sử dụng thiết bị ngưng tụ nằm ngang với chất giải nhiệt là nước chuyển động trong ống, còn môi chất lạnh cần ngưng tụ là R134a chuyển động bên ngoài ống. o Sử dụng ống đồng có cánh bên ngoài để chế tạo dàn trao đổi nhiệt. o Lưu lượng nước lạnh nhỏ nhất qua bình ngưng: G w = 22l/s [...]... thái không khí trong không gian cần điều hòa 4.4.2 Tính chọn dàn lạnh FCU và PAU 1 Tính chọn PAU Việc tính chọn PAU cũng tương tự FCU, các chú ý khi chọn PAU cũng tương tự FCU Ở PAU chỉ khác FCU khi tính chọn đó là về kích thước PAU có thể chọn lớn hơn FCU cũng được, vì PAU ta lắp đặt nó bên ngoài không gian cần điều hòa Khi tính chọn PAU ta chú ý chọn sao cho công suất và lưu lượng gió tươi, lưu lượng... là vì nếu làm như vậy chúng ta sẽ làm bài toán trở nên rất phức tạp, mà trong khi tính toán phụ tải chúng ta đã sử dụng các hệ số không đồng thời, hệ số tức thời và hệ số sự chậm trễ của nguồn nhiệt tác động nên phụ tải tính toán của chúng ta sẽ luôn nhỏ hơn thực tế và đó là con số tối thiểu mà ta cần đáp ứng cho hệ thống Ở phần 4.1 khi chọn Chiller ta đã chọn tổng công suất của 3 cụm là 3.375 = 1125tấn... được sử dụng chung cho hai hay nhiều phòng Từ một số yêu cầu trên, ta chọn FCU cho công trình như sau: Hãng sản xuất: Công ty Cổ Phần Điện Máy R.E.E Lấy thương hiệu : Reetech Thông số kỹ thuật của dòng FCU RD-W-L1ET được chọn theo bảng 4.6 Dòng sản phẩm: RD-W-L1ET Hình 4.19 Bảng 4.7 RD30W-1ET (1) RD36W-1ET (2) RD48W-1ET (3) RD60W-1ET (4) 8,8 10,5 14,1 17,6 Lưu lượng gió (m /h) 1900 2400 2700 3000 Lưu... với hệ thống đường nước thải của tòa nhà Đường ống dẫn nước lạnh sử dụng là ống thép đen, tròn này là loại 40 schedule, còn đường ống dẫn nước ngưng sử dụng ống nhựa PVC Bình Minh Hệ thống ống dẫn nước lạnh được sử dụng là hệ thống kín, nước sẽ tuần hoàn trong hệ thống trong suốt quá trình làm việc để tiết kiệm nước và tiết kiệm năng lượng Nước được làm lạnh đến nhiệt độ khoảng từ 4 đến 10oC (tính chọn. .. chế độ không đầy tải nhằm tăng hệ số COP, bảo vệ máy nén,…nó chung nhằm tốt cho hệ thống 2 Tính toán FCU: a Trạng thái không khí vào và ra khỏi dàn lạnh Công trình CR3.1 – A này sử dụng rất nhiều FCU, công trình có gần 300 phòng, mỗi phòng sử dụng ít nhất là 1 FCU, vậy số FCU sẽ vượt trên 300 cái Do tính chất trùng lặp của phương pháp tính toán của các dàn lạnh, nên ta chỉ chọn một dàn lạnh tiêu biểu... Gọi: - Gw = 52,07–lượng nước ra khỏi tháp giải nhiệt (lượng nước vào bình ngưng), kg/s - G’w – lượng nước xối tưới, kg/s - Gxả – lượng nước xả, kg/s - G = G1 + G2 – lượng nước tổn thất, kg/s Trong đó: G1 – lượng nước tổn thất do gió mang đi, kg/s G2 – lượng nước tổn thất do bốc hơi, kg/s - GBS – lượng nước bổ sung, kg/s - Gkh – lượng không khí thổi qua tháp, kg/s Phương trình cân bằng chất trong hệ thống. .. phòng) / mật độ người ở bảng 2.7 - Cột (e ): lưu lượng gió tươi = số lượng người * hệ số lưu lượng ở bảng 2.8 - Cột (f): lấy từ bảng kết quả tính toán phụ tải của công trình ở chương 2 - Cột (g): Dựa vào phụ tải lạnh của từng kiểu phòng ở cột (f), kết hợp với thông số công suất các loại FCU ở bảng 4.10 và kết hợp với một số điều kiện chọn FCU như đã nêu ở phần trên Suy ra chọn các loại FCU như cột (g)... 0,717kW QâN = 3,381 – 0,717 = 2,664kW Hệ số nhiệt tổng: 𝜀 ht = Qh/(Qh + Qa) = (Qhf + QhN)/(Qhf + QhN + Qaf + QaN) = = (8,469 + 0,717)/(8,469 + 0,717 + 2,25 + 2,664) = 0,65 Hệ số đi vòng: Hệ số đi vòng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: - Bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh - Cách sắp xếp, bố trí bề mặt trao đổi nhiệt ẩm - Số hàng ống - Tốc độ không khí qua dàn lạnh, … Ta chọn giá trị này theo kinh nghiệm từ... 4.3.2 Tính toán tháp giải nhiệt a Thông số ban đầu: Năng suất giải nhiệt của bình ngưng Qk = 1086,7kW Lưu lượng khối lượng của nước giải nhiệt cho bình ngưng: Gw = 52,07kg/s Lưu lượng thể tích của nước giải nhiệt cho bình ngưng: VN  Gw   52,07  3600  188,6m3 / h 993,95 => VN = 3143, 33l/phút Trạng thái không khí trước khi vào tháp: - t1 = 34,6oC - 1 = 74 % - I1 = 101 kJ/kg - d1 = 26g/kgkk - tư1... dàn lạnh, nên ta chỉ chọn một dàn lạnh tiêu biểu của một phòng hay một khu vực nào đó trong công trình để tính toán thiết kế Từ đó ta có cơ sở để lập bảng tính và chọn cho tất cả các FCU của toàn bộ công trình này Vậy ta chọn kiểu phòng B3 làm không gian đại diện cho công trình CR3.1 – A để tính toán Từ chương 2 ta có: Q03 = 27,8kW, theo catalogue của công ty REE ở tài liệu [16] thì ta bố trí kiểu phòng . 4.2 Chọn hệ thống Water Chiller cho công trình. 4.2.1 Các thông số của máy nén, bình ngưng, bình bay hơi tước khi chọn cụm Water Chiller. Các thông. cụm Chiller từ catalogue của công ty Trane như sau: Hãng sản xất: TRANE Hình 4.5 Số lượng Water Chiller cho công trình CR3.1 – A:  3 cụm Water