Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh (cơ sở và ứng dụng) nguyễn đức lợi

Các ứng dụng khác của kỹ thuật lạnh Phụ lục A - MÔI CHẤT LẠNH B- CHẤT TẢI LẠNH C- KHÔNG KHÍ D-NƯỚC E- DỮ LIỆU THIẾT KẾ KHO LẠNH F- MÁY NÊN G- TỔ NGƯNG TỤ H- DÀN NGƯNG GIẢI NHIỆT GI

~*~

THUAT LANH

`

BÀI TẬP ru roán

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lanh & Thuy hye khi nén

Lời nói đầu

Chương 1 Các số liệu ban đầu

Chương 2 Chu trình máy lạnh nén hơi một cấp

Chương 3 Chu trình máy lạnh nén hơi hai và

nhiều cấp

Chương 4 Thiết bị ngưng tụ

Chương 5 Thiết bị bay hơi

Chương 6 Thiết bị tiết lưu

Chương 7 Tháp giải nhiệt

Chương 8 Thiết bị phụ của hệ thống lạnh

Chương 9 Kho lạnh truyền thống

Chương 10 Kho lạnh lắp ghép

Chương 11 Sản xuất nước đá

Chương 12 Các ứng dụng khác của kỹ thuật lạnh

Phụ lục

A - MÔI CHẤT LẠNH

B- CHẤT TẢI LẠNH

C- KHÔNG KHÍ D-NƯỚC

E- DỮ LIỆU THIẾT KẾ KHO LẠNH F- MÁY NÊN

G- TỔ NGƯNG TỤ

H- DÀN NGƯNG GIẢI NHIỆT GIÓ

I- DAN BAY HOI TRUC TIEP

K- VAN TIẾT LƯU Tính chuyển đổi các đơn vị theo hệ SI

Tài liệu tham khảo

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

LỜI NÓI ĐẦU

Cuốn Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh là tài liệu đi

kèm bổ trợ cho cuốn Giáo trình kỹ thuật lạnh (trọn bộ)

của cùng tác giả

Nội dung cuốn sách bao gồm các bài tập nhằm

giúp sinh viên có thể thiết kế hoàn chỉnh được một hệ

thống lạnh như một kho lạnh truyền thống, kho lạnh

lắp ghép, một bể đá cây, một máy làm đá hoặc một

máy kết đông thực phẩm từ các khâu tính toán riêng

lẻ như chu trình lạnh một cấp, chu trình lạnh hai cấp,

các thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, thiết bị tiết lưu,

thiết bị phụ trợ, tháp giải nhiệt theo điều kiện thời

tiết của từng vùng khí hậu Việt Nam

Do khuôn khổ cuốn sách có hạn, ở đây không giới

thiệu các bài tập về máy lạnh hấp thụ, máy lạnh

ejectơ, máy lạnh nén khí cũng như các bài tập về tính

sức bền thiết bị áp lực Các phần này có thể tham khảo

tài liệu [1 8]

Cuốn Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh có thể sử

dụng làm tài liệu giẳng dạy cho sinh viên ngành Nhiệt

lạnh hoặc các ngành có liên quan như thực phẩm, dét

may, công nghiệp nhẹ, chế tạo máy, giao thông vận tải, nông lâm ngư nghiệp, Cuốn sách cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo trong công tác nghiên cứu, thiết kế, quản lý, vận hành các hệ thống

lạnh và điều hòa không khí Đặc biệt, phần phụ lục phong phú có thể giúp bạn đọc tra cứu những số liệu cần thiết về môi chất lạnh, chất tải lạnh, nước, không khí, về thiết kế kho lạnh, về máy nén, tổ ngưng tụ,

thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, van tiết lưu cũng

như các chế độ bảo quản lạnh và tính chất các sản phẩm bảo quản lạnh

Đặc biệt trong lần tái bẩn này, cuốn sách được bổ

sung phần tính toán về tiết kiệm năng lượng (mục

1.5), vì tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí nhà

kính, bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu

đang là đề tài nóng bỏng của Việt Nam và thế giới

Ngoài ra cuốn sách còn được bổ sung phụ lục E5 về

chế độ bảo quần tối ưu cho các loại rau quả nhiệt đới

như nhãn, vải, thanh long từ tài liệu của Mỹ Các phụ

lục E được sắp xếp theo vần ABC Cuốn sách cũng được

bổ sung mục từ để tiện tra cứu

Mặc dù vậy, cuốn sách chắc chắn không tránh khỏi

thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để nội dung sách được hoàn thiện hơn

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

Các ý kiến xin gửi về Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội

hoặc cho tác giả tại Viện Nhiệt Lạnh, Đại học Bách

Khoa Hà Nội, số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội

Xin trân trọng cảm ơn

PGS TS NGUYEN DUC LOI Phó Chủ tịch Hội Lạnh và Điều hòa không khí Việt

Nam

Mob: 0982288995; Tel.nr Fax: 04.7165860

Email: loidhbk@yahoo.com

Chương 1

CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1.1 CÁC BÀI TOÁN THIẾT KẾ HỆ

độ ngưng tụ, nhiệt độ quá lạnh lỏng trước van tiết lưu

Để xác định được nhiệt độ bay hơi ta cần biết nhiệt

độ gia công hoặc bảo quản theo yêu cầu công nghệ

Từ nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi, cần phải biết ga lạnh sử dụng để tính tỉ số áp suất và phân tích hệ thống để quyết định xem nên chọn chu trình một cấp hay chu trình hai cấp nén

Cũng từ yêu cầu cụ thể của chủ đầu tư và tỉnh chất

hệ thống cũng như công nghệ lạnh ta mới có thể

quyết định được các thiết bị ngoại vi phía nóng và

phía lạnh Phía nóng đơn giản nhất là dàn ngưng giải

nhiệt gió Phức tạp hơn là giải nhiệt nước bằng nước

sông, nước biển, nước thành phố và phức tạp nhất là

giải nhiệt bằng nước tuần hoàn có tháp giải nhiệt

Phía lạnh đơn giản nhất là dàn bay hơi trực tiếp làm

lạnh phòng, phức tạp hơn là dùng chất tải lạnh nước

muối, cồn hoặc etylen glycol

Những bài tập quan trọng nhất phải kể đến là việc

chọn và tính toán chu trình lạnh Tính toán chu trình

lạnh phải cần đến bảng hơi ẩm và đồ thị lgp - h của

các ga lạnh, do đó rất cần đến tài liệu [4, 14]

Những bài tập về thiết kế thiết bị ngưng tụ và bay

hơi theo cách tính hệ số trả nhiệt phía ga lạnh và phía

môi trường làm mát (giải nhiệt) hoặc làm lạnh (tải

lạnh) là rất khó, chỉ dùng cho đồ án môn học và tốt

nghiệp của sinh viên chuyên ngành Chủ yếu sẽ là các

bài tập chọn các thông số làm việc phù hợp như Q,,

Quy Atyp, k dé xác định diện tích trao đổi nhiệt và chọn

được thiết bị phù hợp theo bảng hoặc theo catalog

Bài tập về tính chọn tháp giải nhiệt và các thiết bị

khác cũng vậy, chủ yếu để lựa chọn các thiết bị phù

hợp cho một hệ thống lạnh đã cho theo thực tế, các

bảng biểu, catalog, không đi quá sâu về lý thuyết

Nếu thiết kế một hệ thống lạnh thì việc xác định

năng suất lạnh Q„ là quan trọng nhất Sau khi đã xác

định được năng suất lạnh Q thì tất cả thiết bị của hệ

thống lạnh đều lấy căn cứ từ năng suất lạnh Q¿ này

làm chuẩn để xác định

Tất nhiên trong quá trình tính toán lựa chọn các

thiết bị sẽ có những sai lệch, nhưng chúng ta phải chủ

động lựa chọn sao cho sai lệch đó là thấp nhất để khi

vận hành thực tế hệ thống có khả năng tự động cân

bằng Khi hệ thống tự cân bằng thì năng suất lạnh của

tất cả các thiết bị phải bằng nhau Nghĩa là năng suất

lạnh của máy nén bằng năng suất lạnh của dàn bay hơi, dàn ngưng tụ, van tiết lưu Hệ thống nước giải

nhiệt (tháp giải nhiệt) và hệ thống chất tải lạnh cũng

sẽ phải phù hợp tương ứng với năng suất lạnh này

Hệ thống lạnh sẽ tự động cân bằng nếu đặc tính các thiết bị biến thiên tỉ lệ đồng thuận Ví dụ, nếu

nhiệt độ bay hơi giữ nguyên (theo yêu cầu công nghệ)

mà nhiệt độ ngoài trời tăng (tạ tăng) thì năng suất

lạnh của máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, van tiết

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

lưu cùng phải giảm Nhưng ngược lại đặc tính của các

thiết bị lại biến thiên không giống nhau, đôi khi trái

ngược nhau hoàn toàn Ví dụ, khi nhiệt độ bay hơi giữ

nguyên, nhiệt độ môi trường tăng (tạ tăng) thì Q„ của

máy nén giảm, Q;¿ của dàn ngưng giảm do khả năng

thải nhiệt giảm, nhưng ngược lại Qo„ của van tiết lưu

lại tăng (do hiệu áp qua van tăng), biến đổi trái ngược

với năng suất của máy nén và dàn ngưng

Xác định các thông số han đầu của hệ thống lạnh:

~ Nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ bay bơi độ quá lạnh lỏng và đồ quá

nhiệt lơi hút

~ Loại ga lạnh, chu trinh một cắp hoặc hai cắp

~ Nhiệt độ trung gian, ấp suất trung gian nếu có

~ Nhiệt độ mỗi trường lắm mát (nước, không khí ),

|Q„ k, At tính được diện tích trao đổi nhiệt (TIN) E, mỂ

“Thiết kế hoặc chọn thiết bị bay lxơi (TBIBH) theo bằng

4 Tinh chọn thiết bị tiết lưu từ Qu, lagi ga, te, Ap, Aty

Ỷ

Tinh clxyn các thiết bị phụ: bình chứa cao áp, tuần hoàn dự

thu hỏi, bình tách dẫu, tách lông, chứa dầu, ống hút, ống đi

eS Ser sen ga vn

khiến, điều chính, báo hiệu

Ỷ

Tính chọn các thiết bị ngoại vì như hệ thống tháp giái nhiệt (tháp, bơm nước giải nhiệt, hệ thông ống), hệ nh) muối dân lạnh nước nuôi, đường ống hệ thống đường ủag gió

1 Xác định các thông số ban đầu gồm:

~ Nhiệt độ, độ ẩm ngoài trời của địa phương lắp

đặt máy lạnh để có thể xác định được nhiệt độ ngưng

tụ và nhiệt độ quá lạnh trước van tiết lưu

~- Nhiệt độ, độ ẩm buồng lạnh theo yêu cầu công

nghệ để qua đó xác định được nhiệt độ bay hơi và

nhiệt độ quá nhiệt

~ Loại ga lạnh sử dụng:

~ Chu trình một cấp hoặc hai cấp

2 Xác định năng suất và máy nén, ở đây có thể xảy

ra ba trường hợp:

a Cho trước Qạ, ví dụ cho biét Q, = 100 kw

b Cho trước máy nén khi đó qua chu trình ta xác

định được Qọ

c Cho biết yêu cầu công nghệ ví dụ thiết kế hệ

thống lạnh cho một kho lạnh 1000 tấn, thiết kế máy

đá cây 50 tấn/24 h hoặc thiết kế máy kem 10.000

que/ca (8h) Từ đây qua tính toán cân bằng nhiệt ta

mới tính được Qọ

3 Xác định chu trình lạnh trong đó có Qạ, qọ, m,

Vier Vets Vs Ukr Qe Ay 1, Ni, Ns, Ne, Net, Nae -

4 Tính toán thiết kế hoặc tính chọn thiết bị ngưng

tụ

5, Tính toán thiết kế hoặc tính chọn thiết bị bay

hơi

6 Tính chọn van tiết lưu

7 Tính toán thiết kế hoặc tính chọn thiết bị phụ

8 Tính toán thiết kế đường ống ga

9 Tính toán thiết kế hoặc tính chọn thiết bị ngoại

vi như hệ thống nước giải nhiệt và hệ thống chất tải

lạnh

Trong phần bài tập thiết kế hệ thống lạnh, nhiều

phần không được đề cập đến (ví dụ thiết kế hệ thống

điện tự động, tính toán thiết kế sức bền của các hình

và thiết bị áp lực ), bạn đọc có thể tham khảo thêm ở

các tài liệu [3, 11] cũng như các tài liệu chuyên ngành

khác

1.2 NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM NGOÀI

TRỜI DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN CHO

HỆ THỐNG LẠNH

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

Muốn tính toán thiết kế được hệ thống lạnh, trước

hết chúng ta phải biết những thông số về khí tượng

Các thông số khí tượng bao gồm nhiệt độ, độ ẩm

không khí, bức xạ mặt trời, gió, mưa nhưng nhiệt độ

và độ ẩm là hai thông số quan trọng nhất Các thông

số này là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất

nhiệt (hoặc tải lạnh) của hệ thống lạnh

Ví dụ, khi thiết kế một kho lạnh thì nhiệt độ bên

ngoài dùng để xác định tổn thất nhiệt qua kết cấu bao

che, độ ẩm không khí và nhiệt độ dùng để xác định

chế độ làm việc của hệ thống lạnh Độ ẩm còn dùng để

tính toán độ dày cách ẩm Gió, hướng gió và tốc độ gió

ảnh hưởng đến dòng nhiệt tổn thất do trao đổi nhiệt

đối lưu giữa không khí và vách tăng Gió và mưa là cơ

sở để thiết kế bao che, thoát nước tránh cho cơ cấu

cách nhiệt không bị thấm ẩm, ngập nước, làm mất

khả năng cách nhiệt, giảm tuổi thọ và hiệu quả cách

nhiệt Bức xạ mặt trời với hướng gió chủ yếu dùng để

chọn hướng xây dựng phù hợp, giảm tổn thất nhiệt

qua kết cấu bao che

Để tính toán thiết kế hệ thống lạnh, lẽ ra phải sử

dụng nhiệt độ cao nhất đã quan sát được ở địa phương

lắp đặt Như vậy độ an toàn là tuyệt đối nhưng công

suất máy lớn, vốn đầu tư ban đầu cao Để giảm vốn

đầu tư và cũng đạt được độ an toàn đủ cao, người ta

chọn nhiệt độ và độ ẩm để thiết kế hệ thống lạnh như

Trong đó: tị - nhiệt độ tính toán ngoài trời;

ttbmax - nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất đã ghi nhận được theo TCVN;

tmạ„ - nhiệt độ tối cao tuyệt đối đã ghi nhận được

theo TCVN;

$¡ - độ ẩm tương đối tính toán ngoài trời;

$ạp - độ ẩm trung bình mùa hè (xem phụ lục E1) Ngoài tị, @\, ta còn phải xác định nhiệt độ ướt tư

và nhiệt độ đọng sương để tính kiểm tra đọng sương

của kết cấu cách nhiệt Hình 1.1 giới thiệu đồ thị h-x

của không khí ẩm Quan hệ giữa nhiệt độ không khí,

nhiệt độ đọng sương biểu diễn trên hình 1.2

Đầu tiên phải xác định điểm 1 là trạng thái không khí ẩm Điểm 1 là giao điểm của đường nhiệt kế khô t;

và đường độ ẩm @ Qua điểm 1 ta dựng đường thẳng

entanpy h, = const cat ¢ = 100% tai A Nhiệt độ điểm

A chính là nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt tự Qua điểm 1

dựng đường thẳng dung ẩm xạ = const, cắt đường © =

100% tại B Nhiệt độ điểm B chính là nhiệt độ đọng

sương t; của trạng thái không khí 1

Hình 1.2 Phương pháp xác định các giá trị trên đô thị h-x của không khí ám

1 = trạng thái không khi mùa hè 1,~ nhiệt độ không khí (nhiệt độ bâu khô) = t„

øv= độ Ấm không khí = eo 1„= nhiệt độ nhiệt kế ướt 1,~ nhiệt độ đọng sương

Các số liệu thời tiết về mùa đông dùng để thiết kế

hệ thống sưởi cho các kho lạnh rau quả do mùa đông ở

các xứ lạnh, nhiệt độ ngoài trời có thể xuống thấp hơn

0°C trong khi nhiệt độ bảo quản là trên O°C Thời tiết

cả miền Bắc và miền Nam nước ta đều không rơi vào

trường hợp trên nên không cần phải tính toán

Bài 1.1 Xác định nhiệt độ và độ ẩm tính toán cho

hệ thống lạnh lắp đặt tại Hà Nội

Giải: Tra tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4088 - 1985

về khí hậu Việt Nam ta được: tr›max = 32,8°C va tmax =

41,6°C, dep = 83%

Vậy nhiệt độ và độ ẩm tính toán cho hệ thống lạnh

lắp đặt tại Hà Nội là:

tị = (32,8 + 41,6)/2 = 37,2°C

= 83% Cac số liệu này đã được tính và cho sẵn

trong phy luc Ej

Bài 1.2 Xác định nhiệt độ và độ ẩm tính toán cho

hệ thống lạnh lắp đặt tại Thành phố Hồ Chí Minh (TP

HCM)

Gidi: Tra TCVN 4088 - 1985 C6 tebmax = 34,69C và

tmax = 40,0°C, dep = 74%, vậy:

ty = (34,6 + 40,0)/2 = 37,3°C

$1 = dup = 74%

Các số liệu trên cũng đã được tính toán và cho sẵn

trong bang E)

Bài 1.3 Xác định nhiệt độ ướt và nhiệt độ đọng

sương theo nhiệt độ và độ ẩm tính toán tại Hà Nội t¡ =

37,29C, dy = 83%

Giải: Thực hiện theo chỉ dẫn ở hình 1.2

~ Xác định điểm 1 (giao điểm giữa @ = 83% và tị

Bài 1.4 Xác định nhiệt độ ướt và nhiệt độ đọng

sương theo nhiệt độ và độ ẩm tính toán cho TP HCM

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào dạng thiết bị

ngưng tụ (TBNT) cũng như thông số của môi trường

làm mát như nước, không khí (điều kiện khí hậu) địa

phương lắp đặt hệ thống lạnh Như ta đã biết, nhiệt độ ngưng tụ giảm được một độ thì năng suất lạnh tăng

khoảng 1,5%, điện tiêu thụ cũng giảm khoảng 1% Do

đó việc chọn đúng TBNT giúp tối ưu hệ thống lạnh, tiết kiệm năng lượng, tăng độ tin cậy và tuổi thọ hệ thống

1.3.1 Bình ngưng giải nhiệt nước

Khi sử dụng bình ngưng giải nhiệt nước, phải

phân biệt ba nguồn nước khác nhau là nước tuần

hoàn, nước giếng và nước thành phố

a Nước tuân hoàn qua tháp giải nhiệt Khi sử dụng nước tuần hoàn (hệ thống lạnh có

tháp giải nhiệt) thì nhiệt độ ngưng tụ có thể tính toán

như sau (hình 1.3):

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

ty = two + Atmin (1-3) two =twit Atw (1.4)

Aty - hiệu nhiệt độ nước vào và ra khỏi hình bay

hơi thường lấy bằng 5 K

Bài 1.5 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ khi sử

dụng tháp giải nhiệt theo điều kiện tính toán cho Hà

Nội

Giải: Thay số vào phương trình (1.3) + (1.5) ta có:

Nhiệt độ nước ra khỏi tháp: tự; = 34,5 + 3,5 = 38°C

Nhiệt độ nước vào tháp: tụy; = 38 + 5 = 43°C Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tụ = 43 + 4 = 47°C (Thông thường khi chọn nhiệt độ nước ra khỏi tháp cao hơn nhiệt độ ướt 3,5 K (At¿ = 3,5) K thì kích thước của tháp giải nhiệt phải lớn hơn khoảng 1,5 lần

so với khi chọn Atu = 5 K (xem chương 7))

Bài 1.6 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ theo điều

kiện tính toán cho TP HCM

Giải: Thay số vào phương trình (1.3) + (1.5) ta có:

tụi = 33,5 + 3,5 = 479C; tạ = 37 + 5 = 429C; tụ = 42 + 4

= 46°C

Nhận xét: Nhiệt độ ngưng tụ tại TP HCM thấp hon

ở Hà Nội 1 K do độ ẩm ở TP HCM thấp hơn ở Hà Nội

Độ ẩm không khí càng thấp càng thuận lợi cho việc

giải nhiệt nước bằng tháp giải nhiệt.

b, Sử dụng nước giếng khoan

Nước giếng khoan lấy từ độ sâu > 6 m có nhiệt độ

bằng nhiệt độ trung bình năm (cột 3 bảng E1) Nước

giếng khoan được bơm cấp cho bình ngưng một lần

hồi xả vào lòng đất hoặc đưa đi sử dụng vào việc khác,

như vậy tự = tị» (hình 1.4)

Bài 1.7 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ

thống lạnh có bình ngưng làm mát bằng nước giếng

khoan tại Hà Nội

Giải: Tra bảng 1.1 ta có:

tự = tụy = 23,49C » 24°C (nước nóng lên chút ít do

bơm và môi trường )

tựa = 249C + 5 K = 299C

tụ = 299C + 4 K = 339C

Nhận xét: Tại Hà Nội, nếu sử dụng nước giếng

khoan, nhiệt độ có thể giảm tới 14 K, so với sử dụng

tháp giải nhiệt

Bài 1.8 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ

thống lạnh có bình ngưng làm mát bằng nước giếng

khoan tại TP HCM

Giải: Tra bằng 1.1 ta có:

tựi = 279C two = 27°C + 5K= 32°C

ty = 32°C + 4K = 36°C

Nhận xét: Tại TP HCM, nếu dùng nước giếng khoan, nhiệt độ ngưng tụ cũng có thể giảm được 10 K,

so với sử dụng tháp giải nhiệt

c Sử dụng nước thành phố, hô, ao, sông, suối

bình ngưng nếu lấy từ mạng nước thành phố và cũng chỉ sử dụng một

đích khác KHÍ SỬ inn 1.8 xác định nhiệt độ ngưng tự

thành phế lấy ty;

« tự (hình 1.5)

Bài 1.9 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ

thống lạnh có bình ngưng làm mát bằng nước thành

Giải: Tra bằng 1.1 với tạ = 37,2°C va ¢ = 83% có tự

Nhận xét: So với đùng nước tuần hoàn, nhiệt độ

ngưng tụ giảm được 2 K khi dùng nước thành phố

Bài 1.10 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ

1.3.2 Dàn ngưng giải nhiệt gió

Tùy theo quy mô của hệ thống lạnh (cỡ nhỏ, trung bình, lớn ), tùy theo vật liệu chế tạo (đồng, nhôm

hoặc thép), tùy theo kiểu loại (đàn ống xoắn tĩnh hoặc

có quạt, ống có cánh hoặc kiểu tấm cánh ) mà hiệu nhiệt độ ngưng tụ có thể xê dịch từ 7 + 15 K, thậm chí

đến 17 K

ngưng tụ về tạ — Nhiệt độ không khí

nhiệt độ không E>

khí làm mát 0 0 n

(hinh 1.6) Hinh 1.6 Xác định nhiệt độ ngưng tụ

dàn ngưng giải nhiệt gió

At=ty—ti,K

(1.7)

Đối với hệ thống lạnh công nghiệp và dàn ngưng

quạt có ống xoắn, hiệu nhiệt độ ngưng tụ chọn khoảng 7 + 10 K Đối với các máy lạnh nhỏ và dàn

ngưng ống xoắn bằng đồng có quạt gió, chọn 13 + 17

K Đối với các máy diéu hoà không khí hai cụm,

khoảng 15 K (nhiệt độ không khí vào dàn ngưng ví dụ

45°C + 1°C và nhiệt độ ngưng tụ khoảng 509 + 19C)

Bài 1.11 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống

lạnh công nghiệp lớn dàn ngưng giải nhiệt gió lắp đặt

tại Hà Nội

Giải: Do đây là hệ thống lạnh công nghiệp lớn nên

hiệu nhiệt độ ngưng tụ chọn là 8 + 10 K (lấy giá trị

trung bình là 9 K)

tự = tị +9 K= 37,29C + 9 = 46,2°C (lấy tròn 46°C)

Bài 1.12 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của một máy

lạnh nhỏ dàn ngưng quạt lắp đặt tại Hà Nội

Giải: Do đây là hệ thống lạnh nhỏ, dàn ngưng bằng

đồng, gió cưỡng bức nên chọn Aty = 13 + 17 K (chon

giá trị trung bình là 15 K) nên:

tự = tị + 15 K = 37,2 + 15 = 52,2°C (lấy tròn 529C)

Nhận xét: Cùng là giải nhiệt gió tại Hà Nội nhưng

nhiệt độ ngưng tụ của các máy lạnh lớn thấp hơn

đáng kể so với máy lạnh nhỏ, hiệu nhiệt độ ngưng tụ

nằm trong bài toán tối ưu về kinh tế khi thiết kế hệ

thống lạnh, ở đây không trình bày

1.3.3 Tháp ngưng tụ

Tháp ngưng tụ còn được gọi là TBNT bay hơi Do dàn ngưng được bố trí ngay trong tháp ngưng nên nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp coi như bằng nhau

(tw = tựa) Như vậy nhiệt độ ngưng tụ sẽ chỉ cao hơn nhiệt độ (tự = ta) khoảng 5 K hoặc:

tựi = tựa = tự + (3 + 5 K)

tự “ tựa + Atmin “ tựa + (3 + 5 K), chọn Amin = 4K

(1.8) Bài 1.13 Xác định nhiệt độ ngưng tụ cho một máy

lạnh có tháp ngưng tụ lắp đặt tại Hà Nội

Giải: Thay các giá trị đã biết vào quan hệ (1.8) ta

có:

th = 34,5 + 3,5 K+ 4K =429C

Nhận xét: So với việc sử dụng bình ngưng và tháp

giải nhiệt, nếu sử dụng tháp ngưng tụ, nhiệt độ ngưng

tụ có thể giảm đến 5 K, với nước tuần hoàn Tuy nhiên, tháp ngưng tiêu tốn nhiều vật liệu chế tạo hơn

và công kềnh hơn Nên được ưu tiên ứng dụng cho các

hệ thống amoniac công nghiệp

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

1.4 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BAY HƠI

Nhiệt độ bay hơi phụ thuộc vào: Dạng thiết bị bay

hơi; chất tải lạnh lỏng (làm lạnh gián tiếp) hoặc không

khí (làm lạnh trực tiếp); chế độ vi khí hậu trong phòng

lạnh (nhiệt độ và độ ẩm) Chế độ vi khí hậu này phụ

thuộc vào yêu cầu công nghệ của sản phẩm bảo quần

giống như nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi ảnh

hưởng rất mạnh đến năng suất lạnh và nhiệt tiêu thụ

Khi nhiệt độ bay hơi tăng thêm được một độ, năng

suất lạnh của máy có thể tăng thêm khoảng 4% và

điện tiêu tốn giảm khoảng 1,5% Do đó việc lựa chọn

nhiệt độ bay hơi phù hợp là rất quan trọng để tiết

kiệm năng lượng

1.4.1 Chế độ bảo quản sản phẩm

Chế độ bảo quản sản phẩm là vấn đề khá phức tạp

và đã được nghiên cứu rất nhiều Nó luôn thay đổi

theo điều kiện, tính chất sản phẩm, phương pháp làm

lạnh và bảo quản Việc chọn đúng chế độ bảo quản

như nhiệt độ, độ ẩm, thông gió (hoặc không thông

gió), tốc độ gió trong buồng, số lần thay đổi không

khí sẽ làm tăng đáng kể thời gian bảo quản sản

phẩm với chất lượng dinh dưỡng, mùi vị, màu sắc cao

của sản phẩm bảo quản Các bảng 1.1 đến 1.3 giới thiệu các chế độ bảo quản cho rau quả tươi, rau quả đồ

hộp và các sản phẩm động vật theo tiêu chuẩn của Nga và phụ lục E4 giới thiệu chế độ bảo quản theo tài liệu của CHLB Đức

Đối với các sản phẩm sống có thở như rau, hoa, quả tươi, không được đưa nhiệt độ xuống thấp hơn

quy định, vì có thể làm chết rau quả hoặc rau quả không chín được nữa

Bảng 1.1 Chế độ bảo quản rau quả tươi (Nga)

Bảng 1.2 Chế độ và thời gian bảo quản đồ

hộp rau quả (Nga)

Ahiệ pdm | THA plan

(Compot qua |Hộp sắt tây đóng hòm 0+5 65 +75 8

[Nude rau và nước quả |Chai đóng hòm

~ Tiệt trùng 0+10 | 65475

~ Thanh trùng 0+10 | 65475

[Rau ngâm muôi, quả ngâm giếm |Thùng gỗ lớn 0+1 90 + 95 10 {Nắm ướp muối ngầm giắm [Thùng gỗ lớn 0+1 90 +95 &

|Quả sắy, nắm sắy Hom, gi 0+6 68 +7% 12

|Rau sấy Hom, thing trong 0+6 65 +85 10

Chuỗi sanh Em 6 ° 3+ I0 tuần

Sản phẩm BERG Le oe, Sates

“Thịt bồ, hươu, nai, cờu 05-05 | 82-85 Đồng | 10-15 agiy

Ca thu mudi, shy 75=80 Mỡ T2 tháng

‘Bo mudi ngăn ngày T5 ~80 Mở 38 tuần,

Đơ muôi lâu ngày: T5 ~ §0 12 tân

Tơ muôi lâu ngày 75 ~80 ° 36tuan

Tho mát cũng 70 ˆ 4+ 12 tháng

Tho mát nhão 7215 80=85 D Tt ngay

Sữa bột đông hộp 3 75=80 Đăng |3+6tháng

Sồa đặc cô đường 0-19 75~80 ° 6tháng

Sữa tươi 0~2 75 ~80 2 ngày

Ví dụ, chuối xanh (nhiệt độ bảo quản từ 11,5 đến

13,5°C) và cà chua xanh (nhiệt độ bão quản 5 + 15°C),

nếu để quá lạnh sẽ bị sượng, nên không được đưa

xuống đưới nhiệt độ bảo quản Ngược lại các sản phẩm

rau quả đã kết đông hoặc các sản phẩm động vật đã

giết mổ thì nhiệt độ bảo quần càng thấp, thời gian bảo

quản sẽ càng lâu, chất lượng sản phẩm càng tốt sau

bảo quản Thịt bò, lợn, gia cầm, cá thường được bảo quan ít nhất ở -12°C, thông thường ở ~18 đến -24°C

Thịt bò ở ~18°C có thể bảo quản được 2 năm, ở -78°C (CO; rắn thăng hoa) bảo quản được khoảng 100 năm

và ở -1969C (nitơ lỏng sôi) có thể bảo quản được tới

Nhi: bay hơi

phòng lạnh Hình 1.7 Xác định nhiệt độ bay

hơi làm lạnh không khí trực tiếp

Nhiệt độ bay

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

Nhiệt độ bay hơi không phụ thuộc vào địa phương

lắp đặt, chỉ phụ thuộc yêu cầu công nghệ bảo quản

Hiệu nhiệt độ At¿ có thể lấy giảm xuống đến 5 : 6

K khi cần độ ẩm phòng cao và tăng lên 13 + 15 K khi

cần độ ẩm phòng thấp Hiệu At¿ càng nhỏ (5 + 6 K) thì

điện tích trao đổi nhiệt càng lớn và ngược lại At, càng

lớn thì điện tích trao đổi nhiệt càng nhỏ, chỉ tiết xin

xem chương 7 tài liệu |4]

Bài 1.14 Cho biết kho lạnh bảo quản cam có dàn

bay hơi trực tiếp Hãy chọn nhiệt độ bay hơi phù hợp

Giải: Theo bảng 1.2, bảo quản cam có đàn bay hơi

trực tiếp ở nhiệt độ 0,5 + 29C và độ ẩm 85% Chon

nhiệt độ buồng là 1°C và Ato = 7 K Như vậy nhiệt độ

sôi tính toán theo biểu thức (1.9) sẽ là:

tọ = 12C - 7 K =~6°C

Bài 1.15 Cho biết kho lạnh bảo quản thịt lợn lạnh

đông có dàn bay hơi trực tiếp Hãy chọn nhiệt độ sôi

phù hợp

Giải: Theo bảng 1.3, nhiệt độ bảo quản thịt lơn

lạnh đông là từ -18 đến -23°C, chọn nhiệt độ bao

quản là -20°C Độ ẩm bảo quần là 80 + 85% nên có thể

chon At, = 10 K, vậy nhiệt độ bay hơi là:

tọ = -20°C - 10 K = -30°%C

1.4.3 Bình bay hơi và dàn lạnh nước

muối

Nước muối là chất tải lạnh trung gian nên phải

mất thêm một hiệu nhiệt độ trung gian nữa từ buồng lạnh đến nước muối và từ nước muối đến môi chất

lạnh sôi Ata sẽ gồm hai thành phần (hình 1.9)

Atoo = Hình 1.8 Xác định nhiệt độ sôi từ nhiệt độ

phòng và nhiệt độ nước muối

(8+10)K Hiệu nhiệt độ nước muối vào và 1a Aly = tyy = ty = 4 + 6 K;

Hiệu nhiệt đô không khi vào và ra 4t, = t„ = t= 4 + 8 K.

Có thể chọn At,¡ như mục 1.4.2 (Dàn bay hơi làm

lạnh không khi)

Bài 1.16 Cho biết nhiệt độ kho lạnh bảo quản nho

Mỹ là 19C, xác định nhiệt độ bay hơi ở bình bay hơi

amoniac

Giải: Chon At, = 7 K do cần độ ẩm cao

Chọn Atg2 = 8 K do là bình bay hơi amoniac

Vậy hiệu nhiệt độ Ate = 7 + 8= 15 K

Và nhiệt độ bay hơi là tọ = tp — Ata = 1— 15 =—149C

Bài 1.17 Cho biết nhiệt độ kho lạnh bảo quần thịt

lợn lạnh đông là -20°C có hệ thống lạnh amoniac gián

tiếp qua nước muối Tính nhiệt độ bay hơi

Giải: Chọn Ate‡ = 10 K do độ ẩm yêu cầu không

cao

Chọn At,; = 8 K, vậy Ato = 16 K

Nhiệt độ sôi sẽ là to =~20°C ~ 16 K = -36°C

Nhận xét: Với cùng điều kiện nhiệt độ buồng lạnh

giống nhau, nếu sử dụng hệ thống lạnh gián tiếp qua

chất tải lạnh, nhiệt độ sôi thường thấp hơn so với dàn

lạnh trực tiếp khoảng 8 + 10°C Nếu đánh giá về TKNL thì hệ thống giản tiếp tiêu tốn năng lượng nhiều hơn

hệ thống trực tiếp đến 30% điện năng Nhưng vì có ưu

điểm về vận hành trong trường hợp có nhiều hộ tiêu

thụ lạnh hoặc do yêu cầu an toàn đối với môi chất

lạnh độc hại nên vẫn được sử dụng

1.5 SO SÁNH TIẾT KIỆM NĂNG

LƯỢNG CHO CÁC GIẢI PHÁP THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT KHÁC NHAU

Như chúng ta đã biết, tiết kiệm năng lượng

(TKNL) ngày nay là vô cùng quan trọng đối với hệ

thống lạnh và hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) vì

nó giúp bảo vệ môi trường sống, giảm phát thải khí

nhà kính, làm chậm quá trình nóng lên của Trái Đất

và biến đổi khí hậu toàn cầu TKNL liên quan chặt chẽ

đến hệ số lạnh z và hệ số lạnh lại phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố, trong đó các thiết bị trao đổi nhiệt như

thiết bị ngưng tụ (TBNT) và thiết bị bay hơi (TBEH)

đóng vai trò cơ bản Hệ số lạnh ngày nay được biết đến bằng tên tiếng Anh rất thông dụng trong TCVN là

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

hiệu suất năng lượng COP (Coefficient Of

Performance), va từ đây chúng ta cũng sử dụng COP

để so sánh TKNL cho các hệ thống lạnh và ĐHKK Để

trực quan, đầu tiên ta so sánh TKNL khi chọn các giải

pháp TBNT khác nhau, khi đó ta phải giả thiết thiết bị

bay hơi là giống nhau, nhiệt độ buồng lạnh là giống

nhau và nhiệt độ bay hơi cũng là giống nhau Sau đó

để so sánh TKNL khi chọn các giải pháp TBBH khác

nhau ta phải giả thiết TBNT là giống nhau và nhiệt độ

ngưng tụ là giống nhau Sau đó có thể so sánh TKNL

khi có các giải pháp TBNT và TBBH khác nhau khi có

các điều kiện giải nhiệt và làm lạnh phòng thay đổi

1.5.1 Phương pháp so sánh TKNL

Chỉ có thể so sánh TKNL giữa hai thiết bị ở các

điều kiện giống nhau, như các điều kiện tiêu chuẩn, ở

các điều kiện vận hành chuẩn hoặc các điều kiện lấy

làm gốc nào đó, ví dụ:

- Các điều kiện tiêu chuẩn (bẳng 2.1) với nhiệt độ

ngưng tụ, bay hơi, quá lạnh, quá nhiệt giống nhau

- Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của các máy

điều hòa phòng RAC hiện nay với nhiệt độ không khí

ngoài trời 359C, trong nha 27°C, nhiệt độ ướt trong

nhà 19,5°C giống nhau

- Các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của các

máy PAC, ngoài nhiệt độ môi trường giải nhiệt (không

khí, nước), nhiệt độ và độ ẩm trong phòng như đã nêu

giống nhau còn phải kèm theo các điều kiện về lắp đặt như chiều dài đường ống ga, chênh lệch độ cao giữa hai đàn nóng lạnh cũng phải giống nhau

- Các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của chỉiller

làm lạnh nước hoặc làm lạnh chất tải lạnh lỏng như

nhiệt độ nước giải nhiệt vào, ra, nước lạnh vào, ra ,

phải giống nhau (thường lấy theo ARI 550/590)

- Nếu không, cần phải quy định các điều kiện gốc

nào đó giống nhau Ví dụ điều kiện giải nhiệt (thời

tiết) và điều kiện làm lạnh theo yêu cầu công nghệ là

giống nhau Các bài tập sau đây sẽ đề cập tới một số

trường hợp đã nêu

1.5.2 So sánh TKNL theo COP cho trước Bài 1.18 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7828:2013

quy định 5 cấp hiệu suất năng lượng cho máy điều

hoà gia dụng RAC (Room Air Conditioner) từ 1 sao (1)

đến 5 sao (5”) lần lượt là 2,6; 2,8; 3,0; 3,2 và 3,4 Hãy so

sánh tiết kiệm năng lượng giữa máy 1 sao và máy 5

sao

Giải: Khi cĩ COP, ta cĩ thể tính được chỉ số tiêu tốn

điện năng PIC (Power Input per Capacity):

PIC = 1/COP = Điện năng tiêu thụ/ Năng suất lạnh

hữu ích, kW/kW

PIC chính là hệ số nghịch đảo của COP Khi đã cĩ

PIC ta sẽ giả thiết là máy 1 sao tiêu tốn 100% điện

năng tương đổi và sẽ tính được % điện năng tiêu tốn

của máy 5 sao Qua đĩ cĩ thể đễ đàng so sánh được

TKNL của máy 5 sao so với 1 sao Bài giải được trình

bày đơn giản trên bảng 1.4

Bảng 1.4 So sánh TKNL giữa máy ĐHKK RAC 1 và 5

giải nhiệt khác nhau

Mục 1.3 đã giới thiệu cách xác định nhiệt độ

ngưng tụ Ở cùng điều kiện khí hậu, khi chọn các thiết

bị và giải pháp ngưng tụ khác nhau Khi tính tốn

theo hướng dẫn ở mục 3.2, ta cĩ thể lập được nhiệt độ ngưng tụ cho từng giải pháp TBNT khi thiết kế hệ thống lạnh cho Hà nội, Đà Nẵng và TP HCM như biểu điễn trên bằng 1.5 Cần lưu ý là các số liệu trong bảng 1.5 chỉ sử dụng để thiết kế hệ thống lạnh do yêu cầu

cĩ độ tin cậy cao Các giá trị nhiệt độ ngưng tụ cĩ thể

+1K đo chọn hiệu nhiệt độ tối thiểu cao hay thấp Hệ

thống ĐHKK phải thiết kế theo TCVN 5687 + 2010 và

cĩ cách tính riêng

Bảng 1.5 Nhiệt độ ngưng tụ tính tốn cho các giải pháp TBNT hệ thống lạnh cho Hà Nội, Đà Nẵng và

TP HCM khuyên dùng

đình ngưng với Thái: ngưng "Đàn ngưng giỏ

|0ịa phương Tháp giải | Naớc wiéng]| Nicde TP, hd, Với mước | Máy lạnh | Máy lạnh nhỏ và

nhiệt khoan - |à, xơng, suối tuằn hồn |cơng mghiệp| thương nghiệp

Bài 1.19 Tính tốn TKNL cho hệ thống lạnh bảo

quần rau quả lắp đặt tại Hà nội cĩ cùng nhiệt độ bay hơi là 0°C nhưng với các giải pháp TBNT khác nhau như trong bảng 1.5

Giải: Như đã giải thích trong mục 4.6.1 tài liệu 1,

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

Giải: Như đã giải thích trong mục 4.6.1 tài liệu 1,

ta có thể sử dụng COP của chu trình Carnot để xác

định TKNL tương đối Bài giải được trình bày trong

bảng 1.6

Bảng 1.6 So sánh TKNL cho hệ thống lạnh bảo quản

rau quả lắp đặt tại Hà Nội, nhiệt độ sôi 0°C với các

Bình ngưng với Tháp ngưng| Đàn ngưng gió

Nước | Nưức TP, x May lant | May lạnh Thông xố HN giếng | hỗ, ao, tải bún on dhươg khoan | sông, suỗi nghiệp | nghiệp

(FAi) (FA2) (FA3) (FAY (FAS) (FAW) Nhiệ độngngwy | “Cc | 4? 33 4 2 439 | 52

Nhiệt độ bay hơi “C/K| 0273 0/27 0/273 0/273 0/273 0/273

Trường hợp này ta so sánh khi môi trường giải

nhiệt (nguồn nóng) và môi trường lạnh (nguồn lạnh)

là giống nhau nhưng do có các giải pháp thiết bị trao

đổi nhiệt (TBTĐN) khác nhau nên cả nhiệt độ ngưng

tụ và nhiệt độ bay hơi đều thay đổi không giống nhau

Bài 1.20 Cho biết nhiệt độ nguồn nóng (môi

trường bên ngoài) là 35°C, nhiệt độ nguồn lạnh (nhiệt

độ buồng lạnh) là 59C để bảo quản rau quả Với hai chu trình:

a) Chu trình thực máy lạnh công nghiệp với hiệu nhiệt độ ở thiết bị trao đổi nhiệt At = 5 K;

b) Chu trình thực máy lạnh thương nghiệp với hiệu nhiệt độ ở dàn ngưng là Aty = 15 K và ở dàn bay hơi là Ate = 10 K Hỏi chu trình b tiêu tốn năng lượng

hơn chu trình a là bao nhiêu?

Giải: Ở đây ta cũng sử dụng chu trình Carnot để so sánh Các phần lời giải được trình bày trong bang 1.7

Bảng 1.7 Lời giải bài 1.20

a) Chu trink Carnot lt thnyét b) Chu trình Carnot lý thuyết với

Thông số Đơn vị | với hiệu mhiệt độ ở thiết bị hiệu nhiệt độ ở dân ngưng 4! =

trao déi nhigt Mun = 5K _ !§Ñ và dàn bay hoi At, = 10K

Nhiệt độ buy hơi "CIK 0/273 ~5/268

COP = T,/AT kW/kW 683 4,82 PIC = LCOP kW/kW (1.1464 (2053

chu trình thực tế vì có thể coi chúng là đồng dạng chỉ

khác nhau At ở dàn ngưng và dàn bay hơi Chu trình b

tiêu tốn năng lượng cao hơn chu trình a đến 40,3%

nhưng lại có ưu điểm là đàn ngưng và dàn bay hơi đều

nhỏ hơn nên giá đầu tư ban đầu sẽ rẻ hơn Có thể

chứng minh như sau: Vì Q„ = k.F.Atyp không đổi, nên

khi giả thiết k là giống nhau mà hiệu nhiệt độ ngưng

tụ tăng ba lần (từ 5 K lên 15 K) thì điện tích trao đổi

nhiệt F sẽ giảm được ba lần Nghĩa là đàn ngưng chu

trình b chỉ bằng 1/3 dàn ngưng của chu trình a Có thể

suy luận tương tự cho dàn bay hơi Ta có thể thấy với

cùng công suất máy, đầu tư ban đầu lớn (dàn to hơn)

có thể tiết kiệm được điện năng tiêu thụ khi vận hành

và ngược lại Đây chính là bài toán tối ưu về kinh tế để

tìm được hiệu nhiệt độ tối ưu khi giá thành một đơn

Trong chương này chúng tôi chủ yếu để cập đến các chu trình thực ở điều kiện tiêu chuẩn cũng như điều kiện khí hậu Việt Nam

Để có thể nhanh chóng xác định được năng suất lạnh của máy nén, một số quốc gia quy ước ba chế độ tiêu chuẩn cho máy lạnh là một cấp nén (lạnh

thường), hai cấp nén (lạnh đông) và chế độ điều hoà

không khí (một cấp nén) Bảng 2.1 giới thiệu các chế

độ tiêu chuẩn đó

Bảng 2.1 Ba chế độ lạnh tiêu chuẩn

Thực tế, ở các nước ôn đới, các hệ thống lạnh

thường hoạt động ở các chế độ tiêu chuẩn này Việt

Nam là nước nhiệt đới có mùa hè khắc nghiệt, nhiệt

độ ngoài trời lên tới 35 + 379C, đôi khi trên 40°C,

chính vì vậy nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiều so với

điều kiện tiêu chuẩn, năng suất lạnh giảm đáng kể Sự

sai lệch đó đòi hồi phải tính toán lại năng suất lạnh để

tránh sự thiếu hụt năng suất lạnh, không đảm bảo

nhiệt độ yêu cầu của quy trình công nghệ Theo kinh

nghiệm, với cùng tính năng, máy lạnh lắp đặt tại Việt

Nam năng suất lạnh thực chỉ còn bằng 0,75, thậm chí

0,5 so với lắp đặt ở các nước ôn đới Chính vì vậy,

nhiều công trình lạnh do nước ngoài tính toán lắp đặt

ở Việt Nam đều rơi vào tình trạng thiếu năng suất

lạnh nghiêm trọng

Vì sao như vậy, nếu ta lật lại các đặc tính của máy

nén lạnh, sẽ thấy nếu giữ nguyên nhiệt độ bay hơi mà

nhiệt độ ngưng tụ tăng 1°C thì năng suất lạnh giảm

khoảng 1,5% Như vừa tính toán ở chương I, nhiệt độ

ngưng tụ tiêu chuẩn ở bảng 2.1 chỉ là 30°C trong khi

nhiệt độ ngưng tụ thực ở Việt Nam lên tới 50°C Rõ ràng năng suất lạnh có thể giảm tới khoảng 30% vì nhiệt độ ngưng tụ tăng 20°C (từ 30°C lên 509C),

- Công nén riêng: f¿ = Ên - fan, kJ/kg

Ên: công tiêu thụ cho máy nén;

fan: công hữu ích thu được máy dẫn nở

~ Năng suất lạnh: Qạ = m qạ, kW

~ Năng suất lạnh riêng: qọ = hạ - hạ, kJ/kg

~ Lưu lượng môi chất qua máy nén: m = Q2/qo, kg/s.

Bài 2.1: Xác định hệ số lạnh, công nén riêng, công

nén đoạn nhiệt của chu trình Carnot ngược chiều, cho

biết:

~ Nhiệt độ ngưng tụ tụ = 30°C (Tự = 303 K);

~ Nhiệt độ bay hơi tạ = ~159C (Tạ = 258 K);

~ Năng suất lạnh Qọ = 100 kW, môi chất lạnh NHạ

Giải: Chu trình Carnot bao gồm:

nhiệt, đẳng áp Hình 2.1 Chu trình Carnot

Biểu diễn trên đổ ngược chiêu

3

£c 5.7

Công nén riêng (ở đây bằng công nén trừ công hữu

ích thu được ở máy dãn nở):

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

Bài 2.2: Tính toán chu trình khô máy lạnh nén hơi

cho biết:

~ Năng suất lạnh Qọ = 100 kW;

- Nhiệt độ bay hoi ty = -15°C;

-Nhiét 46 qua nhiét tgn = -10°C;

ha: Hình 2.3 Chu trình quá lạnh,

* quá nhiệt trên đồ thị Igp-h

4~ 1: bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt;

1'~ 1: quá nhiệt hơi hút;

3'~ 3: quá lạnh lỏng trước van tiết lưu

Trạng thái các điểm nút chu trình NHạ:

Entanpy, kJ/kp 'Thể tích riêng, mẺ/kg

2,37 -l§

1743 0,507

Các điều kiện như bài 2.3

Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R12

- Lưu lượng nén qua máy nén:

~- Nhiệt thải ra ở bình ngưng:

Các điều kiện khác như bài 2.3

Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R22

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

R134a

Các điều kiện khác như bài 2.3

Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R134a

Bài 2.7: Máy nén lạnh 6AW95 của Nhà máy chế

tạo thiết bị lạnh Long Biên, Hà Nội chế tạo theo mẫu máy MYCOM N6WA với các đặc tính sau: năng suất

lạnh tiêu chuẩn theo lý lịch máy là 75.000 kcal/h, số

xi lanh 6, đường kính xilanh 95 mm, hành trình

pittông 76 mm, vòng quay trục khuỷu 1000 vòng/ph,

công suất động cơ máy nén 33 kW

Hãy tính kiểm tra năng suất lạnh, công suất động

cơ theo điều kiện tiêu chuẩn và tính chu trình lạnh theo điều kiện mùa hè Hà Nội: tạ = ~15°C, tạn = ~10°C,

TBNT là tháp ngưng

Giải: Do sử dụng tháp ngưng, theo bài 1.10 có tự =

42°C, tq = -37°C

Thông số các điểm nút chu trình tiêu chuẩn và

theo điều kiện Hà Nội:

a) Chu trình tiêu chuẩn

- Năng suất lạnh riêng:

do = 1128 kJ/kg

~ Thể tích quét (lý thuyết) của máy nén:

ae orn nO ones: ae =0,05387 m’/s = 194 m'fh

—Hiéu suat thé tich a:

Ac|Pe Bethe (tae Po ~ ĐA lệ Ty

c-thé tich chết: c = 0,03 + 0,05; chọn c = 0,03;

Aps - hiệu áp suất ở clapê hut: Ap, = 0,05 bar;

Ap, -hiéu áp suất ở clapé đẩy: Ap, = 0,1 bar

Nhận xét: Công suất động cơ lắp đặt lớn gần gấp

rưỡi công suất hữu ích tiêu chuẩn (33/23,07 = 1,43)

b) Chu trình theo điều kiện mùa hè ở Hà Nội

~ Năng suất lạnh riêng:

o = 1743 - 678 = 1065 kJ/kg

Nhu vay, khi làm việc ở điều kiện mùa hè tại Hà

Nội, năng suất lạnh giảm khoảng 15%

- Công nén đoạn nhiệt:

Công nén hữu ích tăng khoảng 20%

Bài 2.8: Máy nén lạnh 2AT125 của Nhà máy Long

Biên, Hà Nội có đặc tính kỹ thuật sau (ghi trong lý lịch

Giải:

a) Điều kiện tiêu chuẩn Vịy = 0,02025 m3/s; À = 0,664 (với c = 0,05 vì kiểu

máy nén cũ)

xilanh 130 mm, khoảng chạy pittông 100 mm, vòng

quay trục khuỷu 1200 vg/ph, thể tích quét lý thuyết

Qs = m.qo = 140,6 kW (nhỏ hơn 15 % so với catalog)

Sự khác nhau về năng suất lạnh này có thể do thể tích chết thực tế nhỏ hơn 0,05 như đã chọn một cách

tự ý Nếu chọn c = 0,03;1 = 0,700 va Q, = 158,9 kW thi

chỉ nhồ hơn chút ít so véi catalog

- Công nén đoạn nhiệt:

Để đảm bảo an toàn cho máy, nên chọn động cơ 65

kW dự trù cho các tổn thất khác như truyền động đai,

truyền động điện và khi chế độ nhiệt độ bay hơi không

ổn định, điện áp dao động

Bài 2.10: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một

cấp cho môi chất R22 Các điều kiện như bài 2.3

Bài 2.11: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một

cấp cho môi chất R134a Các điều kiện như bài 2.3

Bài 2.12: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một

cấp cho môi chất R12 Các điều kiện như bài 2.3

Bài 2.13: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một

cấp cho môi chất R502 Các điều kiện như bài 2.3

2.4 CHU TRÌNH HỒI NHIỆT

Chu trình hồi nhiệt chỉ được ứng dụng với các môi

chất freôn vì nó không mang lại hiệu quả kinh tế đối

với amoniac Đặc điểm của chu trình là có một thiết bị

trao đổi nhiệt trong (hồi nhiệt) để trao đổi nhiệt giữa

lồng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh trước

khi về máy nén Nhiệt thải ra ở chất lỏng Aha›ạ đúng

bằng lượng nhiệt hơi lạnh thu vào Ah;:¡ Hiệu nhiệt

độ tối thiểu của hồi nhiệt AT pin = 5 K nam 6 phia tạ:

tị Hình 2.4 biểu diễn chu trình hồi nhiệt trên đồ thi

Hình 2.4 Chu trình hôi nhiệt trên đồ thị lgph

Bài 2.14: Hãy xác định chu trình hồi nhiệt R12 với

các điều kiện sau:

ty),

DoCy) >> Cyn

nên (tị -t›) > (tạ:— tạ)

Như vậy hiệu nhiệt độ bé nhất nằm ở phía trên của

hổi nhiệt:

ATmin =5K=tạ:—t†y

Vậy tị =tạ:—5 K= 30-5 = 259C

Khi biết tị, có thể xác định được hạ và qua đó tính

được Ah Do nhiệt tỏa từ lỏng bằng nhiệt thu của

kiện khí hậu mùa hè Hà Nội giả thiết với dàn ngưng

làm mát bằng không khí với nhiệt độ ngưng tụ

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

a) tụ = 30°C, to = ~159C (điều kiện tiêu chuẩn)

b) ty = 48°C, ty = -15°C (làm mát bằng không khí,

khí hậu mùa hè Hà Nội)

©) tự = 429C, tạ = -15°C (thiết bị ngưng tụ là tháp

ngưng, khí hậu mùa hè tại Hà Nội)

Bài 2.17: Tính chu trình hồi nhiệt, môi chất R134a

với các điều kiện như bài 2.16

2.5 CHU TRÌNH VỚI MÁY NÉN

TRỤC VÍT

Bài 2.18: Máy nén một cấp trục vít NHạ có thể đạt

nhiệt độ bay hơi -30°C hoặc thấp hơn

Cho nhiệt độ ngưng tụ 45°C và nhiệt độ bay hơi

-30°C, môi chất NHạ Hãy chứng minh là có thể thực

hiện chu trình một cấp với máy nén trục vít nhưng

không thể với máy nén pittông

Bài giải

Hình 2.6 giới thiệu chu trình một cấp máy nén

trục vít và pittông NHg biểu diễn trên đồ thị lgp-h Tra

đồ thị hoặc bảng hơi bão hòa của NH¿ được pạ = 17,8

bar, py = 1,20 bar Ty sé nén t “ py/Ðẹ “ 17,8/1,2 = 14,8 Nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén trục vít là 75°C, của máy nén pitténg 1a 180°C

Có hai điều kiện để sử dụng chu trình một cấp là

hệ số cấp hay hiệu suất thể tích À phải đủ lớn để đảm bảo tính kinh tế và nhiệt độ cuối tầm nén không được quá cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn (làm lão hóa dầu)

và làm giảm tuổi thọ thiết bị Đối với NHạ và máy nén

pittông, hiệu suất thể tích phải > 0,5 và nhiệt độ cuối

tầm nén không nên vượt qua 126°C 1a nhiệt độ phân

hủy của NH;ạ thành N¿ và Hạ Tuy nhiên vì nhiệt độ cuối tầm nén của NHạ là rất cao nên nhiệt độ cuối tầm

nén cho phép lên đến 140°C Tit hai diéu kién trên, theo kinh nghiệm đối với NH¿, máy nén pittông, khi

tỷ số nén 7 = px/Py 2 9 thì phải chuyển sang chu trình

hai cấp nén Trong trường hợp này, máy nén pittông không đáp ứng cả hai điều kiện trên nên không thể

thực hiện

Đối với máy nén trục vít, tỷ số nén cho phép lên tới

Tr = 20 (vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế) và nhiệt độ cuối

máy nén trục vít vì chu trình một cấp đơn giản hơn

rất nhiều so với chu trình hai cấp Giả sử với x = 20 ta

tính được pạ = 17,8 / 20 = 0,89 Và với áp suất bay hơi

này ta có thể đạt nhiệt độ bay hơi tới ~3 59C,

Hình 26 Chu trình một cắp trục vít và plttông NH; biếu diễn trên đỗ thị igp-h

Bài 2.19: Tính toán chu trình máy lạnh với máy

nén trục vít kiểu tràn đầu có hồi nhiệt cho biết:

Năng suất lạnh 250 kW;

Nhiệt độ bay hơi tạ = —40°C;

Nhiệt độ ngưng tụ tự = 30°C;

Môi chất lạnh: R22

Giải: Theo lý thuyết của máy nén trục vít, lấy nhiệt

độ quá nhiệt của hơi môi chất Atan = 35 K, khi đó

nhiệt độ hơi hút vào máy nén trục vít là tị = 59C

Nhiệt độ hơi ra khỏi thiết bị bay hơi tọ = tị: =~409C

Năng suất lạnh riêng:

vit phụ thuộc vào tỉ số nên ø Profil ring acximet pr gerp Ap cap oper

1 =D, = 200 many; on) 31 ans; 4 * 30°C: = 5; vit fredn vào tí số nên x và cắp nén hình

R32; dâu XC-40 học ø khác nhau ——: = ==1)

3 = Như trên; đầu XA=30

3~ Như trên c= 4, dẫu XA=A0,

dụng tụ, đối với mây nén trục vÌt amoniac vio Nà 00100 aa

số nên xé về œ khác nhau:

0.3448 n= 0,78 = 0,4421 m’/s

Công nén đoạn nhiệt riêng:

£ =hạ-hị =782~711 = 71 kJ/kg

Công suất đoạn nhiệt của máy nén:

N; =m.£ = 1,4368.71 = 102 kW

EBOOKBKMT.COM

Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lạnh đ: Thủy lực khi nên

Công suất hiệu dụng:

nạ 0,63

Ne tra d6 thi hinh 2.9 với m = 11,4, €, = 5, đường nét

lién

Công suất động cơ chọn cần có 5 + 10% công suất

dự trữ Cần tính toán công suất cần thiết ở chế độ làm

việc nặng nề nhất của máy để để phòng máy nén và

động cơ phải làm việc ở chế độ quá tải dẫn đến hồng

máy, cháy động cơ

Lưu lượng dầu phun vào máy nén trục vít không

những phụ thuộc vào các đại lượng khác nhau mà còn

phụ thuộc vào hệ thống bôi trơn máy nén Sử dụng hệ thống, theo đó dầu được đưa vào các vị trí ma sát giữa

các chỉ tiết (gối đỡ, bánh răng) từ phía hút, sau đó không đưa vào máy nén mà đi ra lỗ thoát Khi đó dầu

được phun vào máy nén phải mang đi một lượng nhiệt Lượng nhiệt này sẽ làm tăng nhiệt độ hỗn hợp

dầu và môi chất lạnh Ngoài ra dầu còn đảm bảo chức

năng khác trong máy nén là làm kín các khoang hơi Lưu lượng dầu khi đó có thể xác định theo biểu

thức:

`

Aty Ly Py

Pq = 0,83.10? kg/m? - khối lượng riêng của dầu;

Ca = 2,18 kJ/kgK - nhiệt dung riêng của dầu;

Ata = 20 + 40 K - độ chênh nhiệt độ của dầu phun

vào và ra khỏi máy nén

Nhiệt độ tối ưu của dầu khi phun vào máy nén