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

Trang 1

THUAT LANH

Trang 2

EBOOKBKMT.COM Tài liệu kỳ thuật Nhiệt Lanh & Thuy hye khi nén

Lời nĩi 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 - MƠI CHẤT LẠNH B- CHẤT TẢI LẠNH C- KHƠNG KHÍ D-NƯỚC E- DỮ LIỆU THIẾT KẾ KHO LẠNH F- MÁY NÊN G- TỔ NGƯNG TỤ

H- DÀN NGƯNG GIẢI NHIỆT GIĨ

I- DAN BAY HOI TRUC TIEP

K- VAN TIẾT LƯU

Tính chuyển đổi các đơn vị theo hệ SI

Trang 3

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

LỜI NĨI ĐẦU

Cuốn Bài tập tính tốn 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 cĩ thể thiết kế hồn 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 đơng thực phẩm từ các khâu tính tốn 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 khuơn khổ cuốn sách cĩ hạn, ở đây khơng giới thiệu các bài tập về máy lạnh hấp thụ, máy lạnh

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

tài liệu [1 8]

Cuốn Bài tập tính tốn kỹ thuật lạnh cĩ thể sử

dụng làm tài liệu giẳng dạy cho sinh viên ngành Nhiệt

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

may, cơng nghiệp nhẹ, chế tạo máy, giao thơng vận

tải, nơng lâm ngư nghiệp, Cuốn sách cũng cĩ thể

nghiên cứu, thiết kế, quản lý, vận hành các hệ thống

lạnh và điều hịa khơng khí Đặc biệt, phần phụ lục phong phú cĩ thể giúp bạn đọc tra cứu những số liệu cần thiết về mơi chất lạnh, chất tải lạnh, nước, khơng 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 tốn về tiết kiệm năng lượng (mục

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

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

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

Ngồi ra cuốn sách cịn 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 khơng tránh khỏi

Trang 4

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

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

Xin trân trọng cảm ơn

PGS TS NGUYEN DUC LOI Phĩ Chủ tịch Hội Lạnh và Điều hịa khơng khí Việt

Nam

Mob: 0982288995; Tel.nr Fax: 04.7165860

Chương 1

CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1.1 CÁC BÀI TỐN THIẾT KẾ HỆ

THỐNG LẠNH

Hình 1.1 giới thiệu các bài tốn yêu cầu khi thiết

kế một hệ thống lạnh cĩ máy nén hơi

Để xác định các thơng số, ban đầu chúng ta phải biết được vị trí lắp đặt hệ thống, ví dụ tại Hà Nội, Hải Phịng hoặc An Giang Từ các số liệu về khí hậu TCVN 4088 - 1985, ta mới cĩ thể xác định được nhiệt 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 cơng hoặc bảo quản theo yêu cầu cơng nghệ

Trang 5

Cũng từ yêu cầu cụ thể của chủ đầu tư và tỉnh chất hệ thống cũng như cơng nghệ lạnh ta mới cĩ thể

quyết định được các thiết bị ngoại vi phía nĩng và phía lạnh Phía nĩng đơn giản nhất là dàn ngưng giải nhiệt giĩ Phức tạp hơn là giải nhiệt nước bằng nước

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

giải nhiệt bằng nước tuần hồn cĩ tháp giải nhiệt

Phía lạnh đơn giản nhất là dàn bay hơi trực tiếp làm lạnh phịng, 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 tốn chu trình lạnh Tính tốn chu trình

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

các ga lạnh, do đĩ 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

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

lạnh) là rất khĩ, chỉ dùng cho đồ án mơn học và tốt nghiệp của sinh viên chuyên ngành Chủ yếu sẽ là các bài tập chọn các thơng 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, khơng 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 tốn lựa chọn các

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

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

vận hành thực tế hệ thống cĩ 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 cơng nghệ) mà nhiệt độ ngồi trời tăng (tạ tăng) thì năng suất

Trang 6

lưu cùng phải giảm Nhưng ngược lại đặc tính của các

thiết bị lại biến thiên khơng giống nhau, đơi khi trái

ngược nhau hồn tồn Ví dụ, khi nhiệt độ bay hơi giữ

nguyên, nhiệt độ mơi 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 thơng 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 cĩ

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

Q(, k, Atu, tính được điện tích trao đổi nhiệt (TĐN} F, mỄ Thiết kế hoặc chon TENT theo bing

Ỷ

Tỉnh chọn thiết bị bay lười

|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 hồn dự

thu hỏi, bình tách dẫu, tách lơng, chứa dầu, ống hút, ống đi eS Ser sen ga vn khiến, điều chính, báo hiệu

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

Hình 1.1 Các bài tốn yêu câu khi thiết kĩ một hộ thơng lạnh

Trang 7

1 Xác định các thơng số ban đầu gồm:

~ Nhiệt độ, độ ẩm ngồi trời của địa phương lắp đặt máy lạnh để cĩ 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 cơng

nghệ để qua đĩ 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 cĩ thể xảy

ra ba trường hợp:

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

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

định được Qọ

c Cho biết yêu cầu cơng 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 tốn cân bằng nhiệt ta

mới tính được Qọ

3 Xác định chu trình lạnh trong đĩ cĩ Qạ, qọ, m,

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

4 Tính tốn thiết kế hoặc tính chọn thiết bị ngưng

tụ

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

hơi

6 Tính chọn van tiết lưu

7 Tính tốn thiết kế hoặc tính chọn thiết bị phụ

8 Tính tốn thiết kế đường ống ga

9 Tính tốn 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 khơng được đề cập đến (ví dụ thiết kế hệ thống

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

và thiết bị áp lực ), bạn đọc cĩ 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 NGỒI

Trang 8

Muốn tính tốn thiết kế được hệ thống lạnh, trước

hết chúng ta phải biết những thơng số về khí tượng Các thơng số khí tượng bao gồm nhiệt độ, độ ẩm

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

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

che, độ ẩm khơng khí và nhiệt độ dùng để xác định chế độ làm việc của hệ thống lạnh Độ ẩm cịn dùng để

tính tốn độ dày cách ẩm Giĩ, hướng giĩ và tốc độ giĩ ảnh hưởng đến dịng nhiệt tổn thất do trao đổi nhiệt

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

cách nhiệt khơng 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 giĩ chủ yếu dùng để

qua kết cấu bao che

Để tính tốn 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 tồn là tuyệt đối nhưng cơng

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

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

chọn nhiệt độ và độ ẩm để thiết kế hệ thống lạnh như Sau: thmax Ê fmạy 2 0ị“ Ọị “Ọu ,% (1.2) (1.1)

Trong đĩ: tị - nhiệt độ tính tốn ngồi trời;

ttbmax - nhiệt độ trung bình tháng nĩng nhất đã

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

theo TCVN;

$¡ - độ ẩm tương đối tính tốn ngồi trời;

$ạp - độ ẩm trung bình mùa hè (xem phụ lục E1) Ngồi tị, @\, ta cịn 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 khơng khí ẩm Quan hệ giữa nhiệt độ khơng khí,

nhiệt độ đọng sương biểu diễn trên hình 1.2

Trang 9

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 khơng khí 1 ỉ Ị hy= const tự 9 = 100% _ lữ i Xi Dichia bai x, gy

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

1 = trạng thái khơng khi mùa hè

1,~ nhiệt độ khơng khí (nhiệt độ bâu khơ) = t„

øv= độ Ấm khơng khí = eo 1„= nhiệt độ nhiệt kế ướt

1,~ nhiệt độ đọng sương

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

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

các xứ lạnh, nhiệt độ ngồi trời cĩ 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 khơng rơi vào

trường hợp trên nên khơng cần phải tính tốn

Bài 1.1 Xác định nhiệt độ và độ ẩm tính tốn 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 tốn 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 tốn 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

Trang 10

Các số liệu trên cũng đã được tính tốn 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 tốn 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 = 37,2°C) trên phụ lục Cạ ~- Kể đường hạ = const, cat © = 100% ở A, xác định

được tự = 34,5°C

Bài 1.4 Xác định nhiệt độ ướt và nhiệt độ đọng

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

titty = 37,3°C, by = 74%

1.3 XAC DINH NHIET DO NGUNG TU

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào dạng thiết bị

ngưng tụ (TBNT) cũng như thơng số của mơi trường

làm mát như nước, khơng 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

đĩ 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

hồn, nước giếng và nước thành phố a Nước tuân hồn qua tháp giải nhiệt

Khi sử dụng nước tuần hồn (hệ thống lạnh cĩ

tháp giải nhiệt) thì nhiệt độ ngưng tụ cĩ thể tính tốn

Trang 11

ty = two + Atmin (1-3)

tháp);

Atmin - hiệu nhiệt độ tối thiểu, thường lấy Amin “ (3 + 5) K, lấy trung bình 4 K

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 tốn cho Hà

Nội

Giải: Thay số vào phương trình (1.3) + (1.5) ta cĩ: 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 mơi chất: tụ = 43 + 4 = 47°C

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 tốn cho TP HCM

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

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 khơng khí càng thấp càng thuận lợi cho việc

Trang 12

b, Sử dụng nước giếng khoan

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

giếng khoan được bơm cấp cho bình ngưng một lần hồi xả vào lịng 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 cĩ bình ngưng làm mát bằng nước giếng

khoan tại Hà Nội

Giải: Tra bảng 1.1 ta cĩ:

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

bơm và mơi trường ) tựa = 249C + 5 K = 299C

tụ = 299C + 4 K = 339C

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

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

tháp giải nhiệt

thống lạnh cĩ bình ngưng làm mát bằng nước giếng

tựi = 279C two = 27°C + 5K= 32°C

Nhận xét: Tại TP HCM, nếu dùng nước giếng

c Sử dụng nước thành phố, hơ, ao, sơng, suối Nước làm mát t,°C, |

bình ngưng nếu lấy từ mạng nước thành phố và cũng

lần rồi thải bỏ hoặc R%

stt dung cho muc 0 s0 —Tđữ*

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

dụng một lần nước khi sử dụng nước thành phố

thành phế lấy ty;

« tự (hình 1.5)

Trang 13

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

= 34,5°C

tw1 = 34,5°C tụy; = 34,5ĐC + 5 K = 39,59C tụ = 39,59C + 4 K = 43,59C (lấy trịn 44°C)

Nhận xét: So với đùng nước tuần hồn, 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 lạnh cĩ hình ngưng làm mát bằng nước thành phố lắp

đặt tại TP.HCM

twa = 34°C + 5K = 39°C

1.3.2 Dàn ngưng giải nhiệt giĩ

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

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

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

đến 17 K

Hiệu nhiệt °C | ist đồ ngưng k

độ ngưng tụ là % aul ,

độ chênh lệch ;

giữa nhiệt độ tpese tưng

ngưng tụ về tạ — Nhiệt độ khơng khí

nhiệt độ khơng

khí làm mát 0 0 n

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

dàn ngưng giải nhiệt giĩ

At=ty—ti,K

(1.7)

Đối với hệ thống lạnh cơng nghiệp và dàn ngưng

quạt cĩ 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 cĩ quạt giĩ, chọn 13 + 17 K Đối với các máy diéu hồ khơng khí hai cụm,

Trang 14

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 cơng nghiệp lớn dàn ngưng giải nhiệt giĩ lắp đặt

tại Hà Nội

Giải: Do đây là hệ thống lạnh cơng 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 trịn 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, giĩ 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 trịn 529C)

Nhận xét: Cùng là giải nhiệt giĩ 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 tốn tối ưu về kinh tế khi thiết kế hệ thống lạnh, ở đây khơng trình bày

1.3.3 Tháp ngưng tụ

Tháp ngưng tụ cịn 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 cĩ tháp ngưng tụ lắp đặt tại Hà Nội

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

cĩ:

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

Trang 15

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 khơng

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

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

thuộc vào yêu cầu cơng 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 cĩ thể tăng thêm khoảng 4% và

điện tiêu tốn giảm khoảng 1,5% Do đĩ 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 Nĩ luơn 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, thơng giĩ (hoặc khơng thơng

giĩ), tốc độ giĩ trong buồng, số lần thay đổi khơng

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 cĩ thở như rau, hoa, quả tươi, khơng được đưa nhiệt độ xuống thấp hơn

quy định, vì cĩ thể làm chết rau quả hoặc rau quả khơng chín được nữa

Trang 16

Bảng 1.2 Chế độ và thời gian bảo quản đồ

hộp rau quả (Nga)

Ahiệ pdm | THA plan

Sản phẩm Bao bi ere ae se sete

(Compot qua |Hộp sắt tây đĩng hịm 0+5 65 +75 8

IDO hop rau " 0+% 65 +75 8

[Nude rau và nước quả |Chai đĩng hịm

~ Tiệt trùng 0+10 | 65475 ~ Thanh trùng 0+10 | 65475

[Rau ngâm muơi, 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 lLạc ca vo [Goi =I 75 085 10 [Lac nhân [Goi -! 76 +85 $ [Mitt rim ~ Thanh trùng trong hop kin |H6p sit tay dénghom | 2+20 | §0+85 3+5 ~ Thanh trùng [Thùng gỗ lớn 10415 80 +85 3 [Mint deo ~ Thanh trùng trong hộp kin |Hộpsắttây đỏnghờm | 0+20 | 80 +85 3+5 ~ Thanh trang [Thùng gỗ lớn 10+ 15 80 + 85 3 [Mứt ngọt (mứt mịn, mứt nghiên) |Thùng

sinmin | sumer’ | max | anw | kem

cua Te? : Te 2 hing

Chuỗi chin 1a : %s lơ ngày

Chuỗi sanh Em 6 ° 3+ I0 tuần

Trang 17

Sản phẩm BERG Le oe, Sates “Thịt bồ, hươu, nai, cờu 05-05 | 82-85 Đồng | 10-15 agiy Thứ bồ sấy: 905 30-85 2 Gà, vit, ngan, ngơng -1 +05 §5+90 “Thịt lợn tươi trớp lạnh 0+4 §0< 85 T 10~ 12 thắng, Thự lợn tươi ướp đồng, -18~-23 | 80-85 12-18 tháng, "Thịt đơng hộp kin 0+2 T5 + Đ0 s _ aaa ơ 100 Dong |6+12thảng 30 đên 100% lượng cá Cả khẽ (W = 14 + 17%) 30

Ca thu mudi, shy 75=80 Mỡ T2 tháng

‘Liven song 85=100 Vai thang

Ốc sơng $5 ~ 100 , e

Sè huyết $5 ~100 * 15+30ngay

Tĩm sơng, 85 ~100 Vaingay

Tom nau chin Vài ngày

‘Bo mudi ngăn ngày T5 ~80 Mở 38 tuần, Đơ muơi lâu ngày: T5 ~ §0 12 tân Tơ muơi lâu ngày 75 ~80 ° 36tuan

Tho mát cũng 70 ˆ 4+ 12 tháng Tho mát nhão 7215 80=85 D Tt ngay Sữa bột đơng hộp 3 75=80 Đăng |3+6tháng Sồa đặc cơ đường 0-19 75~80 ° 6tháng

Sữa tươi 0~2 75 ~80

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 khơng được đưa xuống đưới nhiệt độ bảo quản Ngược lại các sản phẩm rau quả đã kết đơng 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 bị, lợn, gia cầm, cá thường được bảo

quan ít nhất ở -12°C, thơng thường ở ~18 đến -24°C

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

và ở -1969C (nitơ lỏng sơi) cĩ thể bảo quản được tới 1000 năm

1.4.2 Dàn bay hơi làm lạnh khơng khí

trực tiếp

Đối với đàn bay hơi làm lạnh khơng khí trực tiếp đối lưu khơng khí tự nhiên hoặc cưỡng bức, hiệu nhiệt độ bay hơi Ato thường lấy từ 8 + 10 K (hình 1.7) Hiệu nhiệt độ bay hơi cĩ thể tính theo biểu thức:

t,

tạ là nhiệt độ

Nhi: bay hơi

bay hơi; % " &

tp là nhiệt độ 0 30 F-> 100%

phịng lạnh Hình 1.7 Xác định nhiệt độ bay

hơi làm lạnh khơng khí trực tiếp

Trang 18

Nhiệt độ bay hơi khơng phụ thuộc vào địa phương lắp đặt, chỉ phụ thuộc yêu cầu cơng nghệ bảo quản

Hiệu nhiệt độ At¿ cĩ thể lấy giảm xuống đến 5 : 6 K khi cần độ ẩm phịng cao và tăng lên 13 + 15 K khi cần độ ẩm phịng 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 cĩ dàn

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

Giải: Theo bảng 1.2, bảo quản cam cĩ 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

sơi tính tốn 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

đơng cĩ dàn bay hơi trực tiếp Hãy chọn nhiệt độ sơi

phù hợp

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

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

quản là -20°C Độ ẩm bảo quần là 80 + 85% nên cĩ 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 mơi chất

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

At, =

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

phịng và nhiệt độ nước muối

tm = ty &= Main = 3 #5 K;

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

Trang 19

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

lạnh khơng 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 đơng là -20°C cĩ hệ thống lạnh amoniac gián

tiếp qua nước muối Tính nhiệt độ bay hơi

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

cao

Chọn At,; = 8 K, vậy Ato = 16 K

Nhiệt độ sơi 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 sơi 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 cĩ ưu

điểm về vận hành trong trường hợp cĩ nhiều hộ tiêu

thụ lạnh hoặc do yêu cầu an tồn đối với mơi 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 vơ cùng quan trọng đối với hệ

thống lạnh và hệ thống điều hịa khơng khí (ĐHKK) vì

nĩ giúp bảo vệ mơi trường sống, giảm phát thải khí

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

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

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

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

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

Trang 20

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 đĩ 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 đĩ

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 đĩ cĩ thể so sánh TKNL khi cĩ các giải pháp TBNT và TBBH khác nhau khi cĩ

các điều kiện giải nhiệt và làm lạnh phịng thay đổi

1.5.1 Phương pháp so sánh TKNL

Chỉ cĩ 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 đĩ, 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 hịa phịng RAC hiện nay với nhiệt độ khơng khí

ngồi 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, ngồi nhiệt độ mơi trường giải nhiệt (khơng

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

giống nhau cịn phải kèm theo các điều kiện về lắp đặt như chiều dài đường ống ga, chênh lệch độ cao giữa hai đàn nĩng 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 khơng, cần phải quy định các điều kiện gốc

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

tiết) và điều kiện làm lạnh theo yêu cầu cơng 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

quy định 5 cấp hiệu suất năng lượng cho máy điều

hồ 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

Trang 21

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

1.5.3 So sánh TKNL cho các giải pháp 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

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

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

Trang 22

Giải: Như đã giải thích trong mục 4.6.1 tài liệu 1, ta cĩ 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 sơi 0°C với các giải pháp TBNT khác nhau

Bình ngưng với Tháp ngưng| Đàn ngưng giĩ

(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 AT=Ty-Te=t-&| K 4? 33 44 43 46 $2 COP = T/AT - 5,81 8.27 6.20 6.40 5,93 $,25 PIC = VCOF - 0,1721 | 0.4209 | 0.1613 0.1538 0,1686 0.1905 So sánh % 903 63,5 84,7 80,7 88,5 100 %á TKNL so với FA6| %6

1.5.4 So sánh TKNL cho các giải pháp TBTĐN khác nhau

Trường hợp này ta so sánh khi mơi trường giải nhiệt (nguồn nĩng) và mơi trường lạnh (nguồn lạnh)

là giống nhau nhưng do cĩ 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 khơng giống nhau

Bài 1.20 Cho biết nhiệt độ nguồn nĩng (mơi

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

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

a) Chu trình thực máy lạnh cơng 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

Thơng số Đơn vị | với hiệu mhiệt độ ở thiết bị hiệu nhiệt độ ở dân ngưng 4! = trao déi nhigt Mun = 5K _ !§Đ và dàn bay hoi At, = 10K Nhiệt độ ngưng tụ * “40 | 50 Nhiệt độ buy hơi "CIK 0/273 ~5/268 AT =T: — Tụ # lạ — 9, K 40 55 COP = T,/AT kW/kW 683 4,82 PIC = LCOP kW/kW (1.1464 (2053 So sánh điện tiêu thụ % 100% 140.3% Kết luận

Trang 23

chu trình thực tế vì cĩ 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 cĩ ưu điểm là đàn ngưng và dàn bay hơi đều

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

chứng minh như sau: Vì Q„ = k.F.Atyp khơng 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 Cĩ thể

suy luận tương tự cho dàn bay hơi Ta cĩ thể thấy với cùng cơng suất máy, đầu tư ban đầu lớn (dàn to hơn)

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

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

tìm được hiệu nhiệt độ tối ưu khi giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất

Chương 2 CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI MỘT CẤP MỞ ĐẦU

Các chu trình máy lạnh nén hơi đã được trình bày khá tỉ mỉ với các ví dụ tính tốn cụ thể do đĩ ở đây

khơng nhắc lại các phần về xác định hiệu quả nhiệt động chu trình, các tổn thất và chu trình thực Việc so sánh các mơi chất lạnh cũng ít được đề cập

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

Để cĩ thể nhanh chĩng 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 đơng) và chế độ điều hồ

khơng khí (một cấp nén) Bảng 2.1 giới thiệu các chế độ tiêu chuẩn đĩ

Trang 24

Thực tế, ở các nước ơn đới, các hệ thống lạnh thường hoạt động ở các chế độ tiêu chuẩn này Việt

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

độ ngồi trời lên tới 35 + 379C, đơi 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 đĩ địi hồi phải tính tốn lại năng suất lạnh để tránh sự thiếu hụt năng suất lạnh, khơng đảm bảo

nhiệt độ yêu cầu của quy trình cơng nghệ Theo kinh

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

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

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

nhiều cơng trình lạnh do nước ngồi tính tốn lắp đặt

ở Việt Nam đều rơi vào tình trạng thiếu năng suất

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 tốn 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 cĩ thể giảm tới khoảng 30% vì nhiệt độ ngưng tụ tăng 20°C (từ 30°C lên 509C),

2.1 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CARNOT NGƯỢC CHIỀU

T, — Tạ

- Cơng nén riêng: f¿ = Ên - fan, kJ/kg Ên: cơng tiêu thụ cho máy nén;

fan: cơng hữu ích thu được máy dẫn nở

~ Năng suất lạnh: Qạ = m qạ, kW

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

Trang 25

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

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, mơi chất lạnh NHạ Giải: Chu trình Carnot bao gồm: 1 - 2: nén đoạn nhiệt; 2 - 3: ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp; 3 - 4: dãn nở đoạn

nhiệt, đẳng áp Hình 2.1 Chu trình Carnot Biểu diễn trên đổ ngược chiêu thị T-s (hình 2.1), chu trình Carnot là một hình chữ nhật Hệ số lạnh khơng phụ thuộc mơi chất mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ: &= Ty = 28 Lg: 73 TH -45 Cơng nén đoạn nhiệt: Ni TU “in 5kW 3 £c 5.7

Cơng nén riêng (ở đây bằng cơng nén trừ cơng hữu

Trang 26

Trang 27

cho biết:

~ Năng suất lạnh Qọ = 100 kW;

- Nhiệt độ bay hoi ty = -15°C;

-Nhiét 46 qua nhiét tgn = -10°C; - Nhiệt độ ngưng tụ tụ = +30°C; - Nhiệt độ quá lạnh tại = +25°C;

~ Mơi chất lạnh: NHạ

lẹP| oft

ngưng tụ đẳng

3 - 4: tiết lưu đẳng

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

Trang 28

- Hệ số lạnh:

£=qo/#=1128/225 = 4,98

vet ak), 4 4 08=86,9% & T 258

# =hạ-hị = 1985-1760 = 225 kj/kg

Ns = Ê.m = 225 0,089 = 20,0 kW

My lig HA “ae

~ Cơng suất hữu ích: Nạ = Nị + Ning Nis ~ Pms-Vet Pms-1.V; = 59.0,089.0,515 = 2,70 kW N, = 26,62 kW

mơi chất R12

Các điều kiện như bài 2.3

Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R12

~ Năng suất lạnh riêng: qẹ = hị -hạ = 645 - 523 = 122 kJ/kg

- Lưu lượng nén qua máy nén:

Trang 29

£=qạ/‡ = 122/27 = 4,52

v=->=78,8%

£ =hạ-hị = 27 kJ/kg

N; =m.£ = 22,14 kW

tị “0,74 Nị = 29,92 kW

Ning = Pms: Vet = 27.0,82.0,099 = 2,19 kW Ne = 32,11kW

mơi chất R22

Các điều kiện khác như bài 2.3

Trang 30

R134a

Các điều kiện khác như bài 2.3

Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R134a

qọ = 688,5 - 534,5 = 154 kJ/kg m = 100/154 = 0,649 kg/s qụ = 727 - 534,5 = 192,5 kJ/kg Qại = 541,5 - 534,5 = 7 kJ/kg Qạị = 0,649.7 = 4,54 kW € = 154/34,5 = 4,46 v= 789% = 0,78 £ = 727 -692,5 = 34,5 kj/kg N, = 0,649.34,5 = 22,39 kw Nj = 22,39/0,74 = 30,26 kW N, = 32,5 kW

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

pittơng 76 mm, vịng quay trục khuỷu 1000 vịng/ph,

cơng suất động cơ máy nén 33 kW

Hãy tính kiểm tra năng suất lạnh, cơng 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 cĩ tự =

42°C, tq = -37°C

Thơng số các điểm nút chu trình tiêu chuẩn và

Trang 31

a) Chu trình tiêu chuẩn

- Năng suất lạnh riêng:

do = 1128 kJ/kg

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

2 2

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

Po Po Po JST

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

A= 0,732

Qo=m.qọ = 86,32 kW = 74,233 kcal/h

£=hy—hy = 225 kj/kg N, = m.¢ = 17,22 kW

ny =22-+0,001.4, =0,83 Tk

~ Cơng suất hữu ích:

Ne = 23,07 kW

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

rưỡi cơng 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:

Trang 32

~ Thể tích quét lý thuyết: Vip = 0,05387 m3/s ~ Hiệu suất thể tích: À=0,654 - Thể tích hút thực tế:

Vụ =À.Vịt = 0,03525 m3/s

Qo = m‹qọ = 72,89 kW = 62,689 kcal/h

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

Nội, năng suất lạnh giảm khoảng 15%

- Cơng nén đoạn nhiệt:

£ =300 kJ/kg

Tị = Tọ/Tụ + 0,001.tạ = 0,804 Nj = 25,54kW

Nims = 2,08 kW Ne = 27,62kW

Cơng nén hữu ích tăng khoảng 20%

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

Biên, Hà Nội cĩ đặc tính kỹ thuật sau (ghi trong lý lịch máy): ~ Năng suất lạnh: Qạ = 25.000 kcal/h ~ Số xi lanh: 2 - Đường kính xi lanh: d = 125 mm ~- Hành trình pittơng: s = 110 mm ~ Động cơ lắp đặt: Nạc = 14 kW

Hãy tính kiểm tra theo điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện mùa hè Hà Nội với TBNT là tháp ngưng

Giải:

a) Điều kiện tiêu chuẩn

Vịy = 0,02025 m3/s; À = 0,664 (với c = 0,05 vì kiểu

Trang 33

Vụ = 0,013446 m/s;m = 0,02611 kg/s Q, = 29,45 kW = 25.328 kcal/h (phù hợp với lý

N, = 5,87 kW; Ni= 7,07 kw Nạ = 7,87 kW

Vez = 0,011295 m3/s; N; = 8,18 kW m = 0,02193 kg/s; Ne = 8,85 kw Q, = 23,36 kW = 20,087 kcal/h

quay trục khuỷu 1200 vg/ph, thể tích quét lý thuyết 381,0 m?/h a) Hay tinh kiém tra nang suat lanh cho trong

catalog Q, = 164,9 kW St, =-15°C va ty = 35°C, Ne =

À=0,620

Trang 34

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

chỉ nhồ hơn chút ít so véi catalog

- Cơng nén đoạn nhiệt:

£ =260 kJ/kg N,=m £ = 33,26 kW

Ni = 40,56 kW

Nạns = 3,98 kW

Nếu chọn c = 0,03 thi N, = 37,59 kW, N; = 45,84

Qo = 148,5kW £ = 300kj/kg N, = 40,55 kW Nj = 50,43 kw Ne = 54,54 kW

Để đảm bảo an tồn 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 khơng

ổn định, điện áp dao động

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

cấp cho mơi chất R22 Các điều kiện như bài 2.3

cấp cho mơi chất R134a Các điều kiện như bài 2.3

cấp cho mơi chất R12 Các điều kiện như bài 2.3

Trang 35

2.4 CHU TRÌNH HỒI NHIỆT

Chu trình hồi nhiệt chỉ được ứng dụng với các mơi

chất freơn vì nĩ khơng mang lại hiệu quả kinh tế đối

với amoniac Đặc điểm của chu trình là cĩ một thiết bị trao đổi nhiệt trong (hồi nhiệt) để trao đổi nhiệt giữa

lồng nĩng 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 lgp-h

Hình 2.4 Chu trình hơi nhiệt trên đồ thị lgph

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

các điều kiện sau:

Qo = 100 kW tụ = 30°C

to =-15°C

Giải: Trước hết phải xác định thơng số của điểm nút chu trình Cĩ thể đễ dàng xác định được các thơng số của 1' và 3' Các điểm cịn lại cần tính tốn qua hồi nhiệt chứ khơng thể lấy các giá trị về nhiệt độ quá

Trang 36

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, cĩ thể xác định được hạ và qua đĩ tính

được Ah Do nhiệt tỏa từ lỏng bằng nhiệt thu của hơi nên:

hy = dhg' = 25 kJ/kg

qọ = hị:—hạ = 141 kJ/kg

6 =hạ—hị = 29 kJ/kg

£~=qo/#=4,86

Bài 2.15: Tính chu trình hồi nhiệt R12 với điều

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

làm mát bằng khơng khí với nhiệt độ ngưng tụ

tụ = 47,89C

to =-15°C Q = 100kW

Trang 37

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

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

khí hậu mùa hè Hà Nội)

ngưng, khí hậu mùa hè tại Hà Nội)

Bài 2.17: Tính chu trình hồi nhiệt, mơi 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 cĩ 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, mơi chất NHạ Hãy chứng minh là cĩ thể thực

hiện chu trình một cấp với máy nén trục vít nhưng

khơng thể với máy nén pittơng

Bài giải

Hình 2.6 giới thiệu chu trình một cấp máy nén

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

đồ thị hoặc bảng hơi bão hịa 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

Cĩ 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 khơng được quá cao ảnh hưởng đến dầu bơi trơn (làm lão hĩa dầu) và làm giảm tuổi thọ thiết bị Đối với NHạ và máy nén

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

tầm nén khơng 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 pittơng, khi

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

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

thực hiện

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

Trang 38

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 cĩ thể đạt nhiệt độ bay hơi tới ~3 59C,

Bài 2.19: Tính tốn chu trình máy lạnh với máy

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

Năng suất lạnh 250 kW;

Nhiệt độ bay hơi tạ = —40°C;

Nhiệt độ ngưng tụ tự = 30°C;

Mơi chất lạnh: R22

Giải: Theo lý thuyết của máy nén trục vít, lấy nhiệt độ quá nhiệt của hơi mơi chất Atan = 35 K, khi đĩ

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

Trang 39

do = hy —hy = 689 - 515 = 174 kJ/kg

Q, _ 250 = Qo 220 1 4368k me 74 os Năng suất thể tích thực của máy nén (thể tích hút) Vụ = mvi = 1,4368.0,24 = 0,3448 m3/s Thể tích hút lý thuyết:

Hiệu suất thể tích À = 0,78 (đọc trên đồ thị hình

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, 00, “ 25 my; AOC: 6= 26, R23; dầu XC=40 2, “ho +, = 24 Se ne = | ¬¬ 07 Nir 09 = 06 N 04 ON 24 6 8 10 12 We > 6 © We Hinh 2.10 Sy phy thude cde hiju sudt hiệu Hình 2.11 thuộc của

Trang 40

Cơng suất hiệu dụng:

N.= TL = 161,9kW

nạ 0,63

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

lién

Cơng suất động cơ chọn cần cĩ 5 + 10% cơng suất dự trữ Cần tính tốn cơng suất cần thiết ở chế độ làm việc nặng nề nhất của máy để để phịng máy nén và động cơ phải làm việc ở chế độ quá tải dẫn đến hồng

máy, cháy động cơ Cơng suất chỉ thị:

Nj; = N,/nj = Non = 161,9.0,89 = 144,1 kW

N, 144

qo/£ = 174/71 = 2,45

Lưu lượng dầu phun vào máy nén trục vít khơng

những phụ thuộc vào các đại lượng khác nhau mà cịn

phụ thuộc vào hệ thống bơi trơn máy nén Sử dụng hệ

thống, theo đĩ dầu được đưa vào các vị trí ma sát giữa

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

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

dầu và mơi chất lạnh Ngồi ra dầu cịn đảm bảo chức

năng khác trong máy nén là làm kín các khoang hơi Lưu lượng dầu khi đĩ cĩ 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