TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO VĂN PHÒNG TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ NHIỆT LẠNH THEO NGUYÊN LÝ HẤP THỤ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VĂN PHÒNG TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH THEO NGUYÊN LÝ HẤP THỤ SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Duy Hiếu Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO VĂN PHÒNG TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

NHIỆT LẠNH THEO NGUYÊN LÝ HẤP THỤ

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hiếu Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Niên Khoá: 2008 – 2012

Tháng 06/2012

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VĂN PHÒNG TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH THEO

NGUYÊN LÝ HẤP THỤ

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Duy Hiếu

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giảng Viên Hướng Dẫn Th.S Nguyễn Văn Lành K.S Đinh Công Bình

Tháng 06/2012

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian hoc tập và rèn luyện tại trường Đai học Nông Lâm TP.HCM,

em luôn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn và chỉ dạy tận tình của quí Thầy cô.Những kiếm thức thấy cô chỉ dạy sẽ là hành trang quý báu cho em trong quá trình làm việc sau này

Đồ án tốt nghiệp là cơ hội để em có thể áp dụng, tổng kết những kiến thức ấy, đồng thời rút ra những kinh nghiệm thực tế trong suốt quá trình thực hiện đề tài Thông qua khóa luận này, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành đến:

 Cha Mẹ người đã sinh thành, dưỡng dục và luôn bên cạnh ủng hô em cho đến hôm nay và mai sau

 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ, Bộ môn Công nghệ Nhiệt Lạnh và Trung tâm Công Nghệ & Thiết bị Nhiệt Lạnh của trường Đai Học Nông Lâm TP.HCM đã tạo điều kiện để em thực hiện đề tài này

 Thầy Nguyễn Văn Lành, thầy Đinh Công Bình đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn

em thực hiện đề tài này

 Tất cả các quí thầy cô đã giảng dạy em trong thời gian học tập tai trường

 Thầy Vương Đình Bằng, giáo viên chủ nhiệm và các bạn trong lớp DH08NL đã luôn gắn bó với em từ những ngày đầu bước vào giảng đường đại học

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Hiếu

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i 

MỤC LỤC ii 

DANH SÁCH CÁC HÌNH iv 

DANH SÁCH CÁC BẢNG v 

Chương1 MỞ ĐẦU 1 

1.1 Đặt vấn đề 1 

1.2 Mục đích đề tài 2 

1.3 Nội dung thực hiện 2 

Chương 2 TỐNG QUAN 3 

2.1 Tổng quan về điều hòa không khí 3 

2.2 Máy lạnh làm việc theo nguyên lý hấp thụ 9 

2.2.1 Khái niệm 9 

2.2.2 Nguyên lý làm việc chung của máy lạnh hấp thụ (MLHT) 10 

2.2.3 Môi chất làm việc của máy lạnh hấp thụ 12 

2.2.4 Phân loại máy lạnh hấp thụ 14 

2.2.5 Tình hình sử dụng máy lạnh hấp thụ hiện nay 18 

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 20 

3.1 Phương pháp nghiên cứu 20 

3.1.1 Phương pháp kế thừa 20 

3.1.2 Phương pháp tính toán lý thuyết 20 

3.2 Phương tiện 20 

Chương 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 21 

4.1 Cơ sở tính toán lý thuyết 21 

4.1.1 Tổng quan công trình cần điều hòa không khí 21 

4.1.2 Lựa chọn cấp điều hòa không khí 21 

4.1.3 Lựa chọn thông số tính toán 22 

4.2 Tính toán phụ tải lạnh 22 

4.2.1 Cân bằng nhiệt trong phòng cần điều hòa không khí: 22 

4.2.1 Tính lượng ẩm thừa 31 

iii

4.3 Kiểm tra đọng sương 31 

4.4 Thành lập và tính toán sơ đồ hệ thống điều hòa không khí 31 

4.4.1 Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp 32 

4.4.2 Xác định các trạng thái trên đồ thi I-d và tính năng suất lạnh hệ thống 32 

4.5 Lựa chọn mô hình máy lạnh hấp thụ cho công trình cần điều hòa không khí 34 

4.5.1 Mô hình máy lạnh hấp thụH2O-LiBr Single Effect 36 

4.5.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ H2O –LiBr một cấp 38 

4.6 Tính toán các thiết bị của máy lạnh hấp thụ 43 

4.6.1 Thiết bị ngưng tụ 43 

4.6.2 Thiết bị sinh hơi 46 

4.6.3 Thiết bị bay hơi 49 

4.6.4 Thiết bị hấp thụ 52 

4.6.5 Thiết bị hồi nhiệt 56 

4.6.6 Chọn FCU cho hệ thống 61 

4.6.7 Chọn bơm dung dịch 62 

4.7 Bảo vệ tự động máy lạnh hấp thụ 63 

4.7.1 Khóa điều khiển 63 

4.7.2 Bảo vệ lưu lượng nước tải lạnh 63 

4.7.3 Bảo vệ lưu lượng nước giải nhiệt 63 

4.7.4 Bảo vệ nhiệt độ bay hơi 63 

Chương 5 KẾT LUẬN ĐỀ NGHỊ 64 

5.1 Kết luận 64 

5.2 Đề nghị 64 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 

PHỤ LỤC 66 

iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Máy điều hòa cửa sổ 5 

Hình 2.2:Máy điều hòa hai cụm 6 

Hình 2.3: Máy điều hòa nhiều cụm 6 

Hình 2.4: Máy điều hòa tủ đứng 8 

Hình 2.5 Máy điều hòa VRV 9 

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý MLHT 10 

Hình 2.7: MLHT cấp nhiệt bằng nước nóng của Ebara 15 

Hình 2.8 MLHT cấp nhiệt bằng hơi nước của Ebara 15 

Hình 2.9 MLHT cấp nhiệt trưc tiếp của Ebara 16 

Hình 2.10 Sơ đồ MLHT NH3-H2O 17 

Hình 2.11 Sơ đồ MLHT H2O- LiBr Single Effect 18 

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống tuần hoàn không khí một cấp 32 

Hình 4.2: Biểu diễn các trạng thái không khí trên đồ thị I-d 33 

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý MLHT H2O- LiBr 36 

Hình 4.4: Đồ thị logp –T của máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr Single Effect 40 

Hình 4.5: Thiết bị sinh hơi và ngưng tụ 49 

Hình 4.6: Thiết bị hấp thụ và bay hơi 56 

Hình 4.7: Thiết bị hồi nhiệt dạng ống lồng ống 57 

Hình 4.8: FCU mã 42CB008 của Carrier 62 

v

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Một số môi chất của MLHT 12 

Bảng 2.2: Một số tính chất của dung dịch NH3-H2O và H2O-LiBr 14 

Bảng 4.1: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu 24 

Bảng 4.2: Hệ số truyền nhiệt của tường và kính bao che 26 

Bảng 4.3: Lượng nhiệt truyền qua tường và kính cửa 26 

Bảng 4.4: Lượng nhiệt truyền qua các cửa kính của phòng 28 

Bảng 4.5: Thông số các thiết bị trong phòng 30 

Bảng 4.6: Thông số các điểm nút của chu trình 41 

Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ hiện nay, ngành kỹ thuật lạnh và kỹ thuật điều hòa không khí đã có nhiều bước tiến đáng kể Nhiều nguyên lý làm lạnh cũng như trang thiết bị đi kèm đã được nghiên cứu và phát triển theo hướng ngày một hoàn thiện hơn Trong đó máy lạnh có máy nén hơi với tác nhân lạnh thuộc loại tổng hợp hóa học đã và đang chiếm tỉ trọng lớn trong các lĩnh vực có liên quan đến kỹ thuật lạnh và kỹ thuật điều hòa không khí vì tính hiệu quả và tiện lợi

Tuy vậy, trong những năm gần đây, đứng trước yêu cầu cấp thiết về bảo vệ môi trường thì các hệ thống lạnh sử dụng máy nén hơi chưa đáp ứng được yêu cầu Vì đa

số các hệ thống đều dùng tác nhân lạnh thuộc loại tổng hợp hóa học, là một trong những chất gây ra hiệu ứng nhà kính và phá hủy tầng Ozone của bầu khi quyển

Bên cạnh đó trữ lượng năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt, nhưng nhu cầu và giá năng lượng ngày càng tăng cao Do đó, việc sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng đang là một trong những ưu tiên hàng đầu của các ngành khoa học kỹ thuật

Từ những yêu cầu trên, nhiều hướng giải pháp đã được nghiên cứu và ứng dụng Trong đó việc sử dụng máy lạnh hấp thụ đang được quan tâm nhiều và sử dụng ngày càng rộng rãi trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí bởi ưu điểm không sinh ra khí

lý hấp thụ”

1.2 Mục đích đề tài

Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho văn phòng Trung tâm công nghệ và thiết bị nhiệt lạnh theo nguyên lý hấp thụ

1.3 Nội dung thực hiện

- Nghiên cứu tổng quan về điều hòa không khí nói chung và máy lạnh hấp thụ nói

riêng

- Lựa chọn mô hình máy lạnh hấp thụ

- Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ

- Tính toán phụ tải lạnh

- Tính toán và lựa chọn các thiết bị của máy lạnh hấp thụ

56

Chương2 TỐNG QUAN

2.1 Tổng quan về điều hòa không khí

Khái niệm điều hòa không khí

Điều hòa không khí là quá trình tạo ra và duy trì ổn định các thông số vi khí hậu của không khí trong không gian cần điều hòa theo một chương trình định sẵn, không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài Các thông số vi khí hậu cơ bản của môi trường không khí có ảnh hưởng đối với con người bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch, độ ồn,

và sự lưu thông của dòng không khí

Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh rõ rệt nhất đối với con người.Khi vận động, con người luôn thải ra môi trường một nhiệt lượng, lượng nhiệt này phụ thuộc vào cường độ vận động, giới tính, tuổi tác Vì vậy để duy trì thân nhiệt ở 37oC, con người phải trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh theo hai hình thức là truyền nhiệt và tỏa ẩm

Độ ẩm tương đối là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến khả năng thoát mồ hôi vào không khí.Độ ẩm quá cao hay quá thấp cũng không tốt đối với con người Nếu độ ẩm lớn quá, mồ hôi thoát ra ngoài da bay hơi kém, trên da sẽ có mồ hôi nhớp nháp gây cảm giác khó chịu cho cơ thể và dễ gây cảm cúm Còn nếu độ ẩm quá thấp sẽ làm khô

da, gây nứt nẻ tay chân…

Độ sạch của môi trường không khí thể hiện ở nồng độ bụi bẩn, nồng độ khí độc hại và các hóa chất độc hại khác phát sinh trong quá trình sản xuất hoặc các phản ứng hoá học Nồng độ này phải ở mức độ cho phép để đảm bảo an toàn cho con người

Tiếng ồn cũng là một yếu tố ảnh hưởng tới cảm giác dễ chịu của con người Trong quá trình sản xuất, hay sự hoạt động của máy móc sẽ phát ra những tiếng ồn, ta

56

phải đảm bào tiếng ồn đó không gây ảnh hưởng đến công nhân vận hành và nhứng người xung quanh

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt

và ẩm giữa con người và môi trường xung quanh.Khi tốc độ chuyển động của không khí tăng thì cường độ trao đổi nhiệt và ẩm giữa cơ thể cơ thể con người và môi trường xung quanh tăng lên, gây cảm giác dễ chịu về mùa hè Về mùa đông khi tốc độ chuyển động của không khí lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể gây cảm giác lạnh

Phân loại hệ thống điều hòa không khí

Hiện nay có nhiều cách phân loại hệ thống điều hòa không khí như : theo mục đích ứng dụng, theo chu trình lạnh, theo đặc điểm của chất chuyển tải lạnh…Nếu xét theo tính tập trung có thể phân ra hệ thống điều hòa cục bộ, hệ thống điều hòa tổ hợp gọn và hệ thống điều hòa trung tâm nước

a Hệ thống điều hòa cục bộ

Bao gồm các loại chính là máy điều hòa cửa sổ, máy điều hòa hai và nhiều cụm.Đây là các loại máy nhỏ, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng,

độ tin cậy lớn, thích hơp với các phòng và các căn hộ nhỏ

Nhược điểm cơ bản của máy điều hòa phòng là rất khó áp dụng cho các phòng lớn, hội trường, tòa nhà cao tầng, khách sạn.Vì khi bố trí ở đây, các cụm dàn nóng được bố trí bên ngoài nhà sẽ làm mất mỹ quan và phá vỡ kiến trúc tòa nhà

Máy điều hòa cửa sổ

Máy điều hoà cửa sổ là loại máy

điều hoà không khí nhỏ nhất cả về năng

suất lạnh và kích thước cũng như khối

lượng Toàn bộ các thiết bị chính như

máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, quạt

giải nhiệt, quạt gió lạnh, các thiết bị

điều khiển, điều chỉnh tự động được lắp

đặt trong một vỏ gọn nhẹ.Máy được lắp

đặt ngay trên tường ngăn cách giữa không gian cần điều hòa và bên ngoài

56

Hình 2.1: Máy điều hòa cửa sổ

56

Máy điều hòa hai cụm

Máy điều hoà hai cụm là loại

máy có một dàn nóng và một dàn

lạnh.Cụm dàn lạnh được đặt ở trong

nhà, cụm dàn nóng được đặt ở ngoài

trời bao.Hai cụm được nối với nhau

bằng các đường ống gas đi và về Ống

xả nước ngưng từ dàn bay hơi ra và

đường dây điện đôi khi được bố trí dọc

theo 2 đường ống này thành một búi

ống

Hình 2.2:Máy điều hòa hai cụm.

Máy điều hòa nhiều cụm

Máy điều hoà nhiều cụm là máy

điều hoà có một dàn nóng với nhiều

dàn lạnh bố trí cho các phòng khác

nhau Các loại dàn lạnh cho máy điều

hoà nhiều cụm rất đa dạng, từ loại treo

tường truyền thống đến loại treo trần,

treo trên sàn, giấu trần có hoặc không

có ống gió.Máy điều hòa nhiều cụm

cũng có loại 1 chiều lạnh và 2 chiều

nóng lạnh, điều chỉnh năng suất lạnh

bằng máy biến tần

Hình 2.3: Máy điều hòa nhiều cụm.

b Hệ thống điều hòa (tổ hợp) gọn

Máy điều hòa 2 cụm có ống gió

Máy điều hoà hai cụm có ống gió thường được gọi là máy điều hoà hai cụm thương nghiệp, năng suất lạnh từ 36000 đến 240000 Btu/h Dàn lạnh được bố trí quạt

ly tâm cột áp cao nên có thể lắp thêm ống gió để phân phối đều gió trong phòng rộng hoặc đưa gió đi xa phân phối cho nhiều phòng khác nhau

56

56

Máy điều hòa hai cụm không ống gió

Có thể nói, nhiều máy điều hoà

hai cụm của hệ thống điều hoà gọn và

của hệ thống điều hoà cục bộ chỉ khác

nhau về cỡ máy hay năng suất lạnh, do

đó kết cấu của cụm dàn nóng và dàn

lạnh đôi khi cũng có nhiều kiểu dáng

hơn Máy điều hoà kiểu tủ thường sử

dụng cho các hội trường, nhà hàng, văn

phòng tương đối rộng Dàn bay hơi với

quạt gió thổi tự do, không có ống gió,

năng suất lạnh đến 14kW

Hình 2.4: Máy điều hòa tủ đứng

Máy điều hòa lắp mái

Máy điều hoà lắp mái là máy điều hoà nguyên cụm có năng suất lạnh trung bình

và lớn, chủ yếu dùng trong thương nghiệp và công nghiệp.Cụm dàn nóng và dàn lạnh được gắn liền với nhau thành một khối duy nhất

Các máy điều hoà lắp mái có giá thành thấp, vận hành đơn giản, độ bền cao, nhưng chạy hơi ồn Các đoạn ống gió lộ thiên cần được bọc kim loại chống mưa nắng

để giảm tổn thất nhiệt và bảo đảm tuổi thọ của máy

Máy điều hòa nguyên cụm giải nhiệt nước

Do bình ngưng giải nhiệt nước rất gọn nhẹ, không chiếm diện tích và thể tích lắp đặt lớn như bình ngưng giải nhiệt gió nên thường được bố trí cùng với máy nén và dàn bay hơi thành một tổ hợp hoàn chỉnh dạng tủ Phía trên dàn bay hơi là quạt ly tâm,

do bình ngưng làm mát bằng nước nên máy thường đi kèm tháp giải nhiệt và bơm nước

Máy điều hòa VRV

Máy điều hòa VRV là loại máy điều chỉnh năng suất lạnh qua việc điều chỉnh lưu lượng môi chất nhờ vào việc sư dụng máy nén biến tần, làm cho hệ số lạnh không những được cải thiện mà còn vượt nhiều hệ máy thông dụng.Đây là loại máy thích hợp

56

cho các tòa nhà cao tầng kiểu văn phòng và khách sạn.Các máy VRV có dải côngsuất rộng và hợp lý lắp ghép với nhau thành các mạng đáp ứng nhu cầu năng suất lạnh khác nhau từ 5HP đến 54HP

Hình 2.5 Máy điều hòa VRV

c Hệ thống điều hòa trung tâm nước

Hệ thống điều hoà trung tâm nước là hệ thống sử dụng nước lạnh từ máy lạnh trung tâm để làm lạnh không khí qua các dàn trao đổi nhiệt FCU và AHU.Thích hợp cho các toà nhà như các khách sạn, văn phòng với mọi chiều cao và mọi kiểu kiến trúc, không phá vỡ cảnh quan

2.2 Máy lạnh làm việc theo nguyên lý hấp thụ

2.2.1 Khái niệm

Máy lạnh hấp thụ là máy lạnh sử dụng nhiệt năng để hoạt động Máy lạnh hấp thụ cũng có các bộ phận như máy lạnh nén hơi như dàn ngưng tụ,bay hơi, van tiết lưu Riêng máy nén cơ được thay thế bằng hệ thống bình hấp thụ,bơm dung dịch,bình sinh hơi và tiết lưu dung dịch Hệ thống này hoạt động bằng nhiệt năng và có chức năng như máy nén cơ

Về cơ bản, máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi khác nhau ở 2 điểm là: năng lượng sử dụng và môi chất làm việc trong hệ thống Máy lạnh có máy nén cơ

sử dụng cơ năng và môi chất làm việc dạng tổng hợp hóa học Còn máy lạnh hấp thụ

sử dụng nhiệt năng và môi chất là dung dịch trộn lẫn hai chất thuần khiết

Trong kỹ thuật điều hòa không khí, người ta dùng khí đốt, hơi nước hoặc nước nóng để cung cấp nhiệt năng đầu vào cho máy lạnh hấp thụ Môi chất làm việc thường được sử dụng là cặp môi chất NH3- H2O và H2O-LiBr

Máy lạnh hấp thụ còn có những ưu điểm sau:

56

- Không có rung động và tiếng ồn trong quá trình làm việc

- Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp

- Tuổi thọ cao do không có chi tiết chuyển động (ngoại trừ bơm dung dich)

- Chất làm việc không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường

- Có thể làm việc với nhiều nguồn nhiệt khác nhau

2.2.2 Nguyên lý làm việc chung của máy lạnh hấp thụ (MLHT)

Bình hấp thụ “hút” hơi sinh ra từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xúc với dung dịch đậm đặc từ van tiết lưu dung dịch đến Do nhiệt độ thấp, dung dịch đậm đặc hấp thụ hơi môi chất để trở thành dung dịch loãng ở áp suất P0 Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ được thải ra cho nước làm mát Dung dịch loãngđược bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi ở áp suất cao Pk Tại đây, dung dịch loãng nhận nhiệt của nguồn gia nhiệt sẽ sôi hoá hơi, hơi môi chất tách ra ở áp suất cao được đi vào thiết bị ngưng tụ Quá trình diễn ra ở thiết bị ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống như ở các máy lạnh nén hơi Sau khi sinh hơi, dung dịch loãng ở bình sinh hơi trở thành dung dịch đậm đặc và qua van tiết lưu dung dịch, giảm áp trở về bình hấp thụ khép kín vòng tuần hoàn dung dịch

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý MLHT

56

56

Các quá trình:

1-2: quá trình nén được thực hiện nhờ một vòng tuần hoàn của dung dịch qua

các thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lưu dung dịch.Cụm các thiết

bị trên được gọi là máy nén nhiệt

2-3: quá trình ngưng tụ Hơi môi chất lạnh có áp suất cao và nhiệt độ cao qua dàn ngưng tụ chuyển thành trạng thái lỏng

3-4: quá trình tiết lưu

4-1: quá trình bay hơi

2.2.3 Môi chất làm việc của máy lạnh hấp thụ

Trong máy lạnh hấp thụ, chất làm việc là dung dịch được trộn lẫn từ hai chất thuần khiết khác nhau, một chất có vai trò là tác nhân lạnh, một chất làm chất hấp thụ

Theo yêu cầu hai chất thuần khiết này phải đảm bảo không tác dụng hóa học với nhau và phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi ở cùng điều kiện áp suất Đồng thời phải có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại, khó cháy, khó nổ

Bảng 2.1: Một số môi chất của MLHT

Tác nhân lạnh Chất hấp thụ

-LiCl (Lithium Chlorie) -Zeolite

- Silicagel

- Ammonia (NH3) - Nước

- CaCl2 (Calcium Chloride)

- Than hoạt tính

- Methanol (CH3OH) - Than hoạt tính

- Methylamine(CH3NH2) - LiCl (Lithium Chlorie)

a Đặc tính của một số môi chất

Libr (Lithium Bromide)

Là một chất bột trắng có vị đắng, có độ PH trung bình, không cháy, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi là 547oC và 1265oC

56

Là chất hút ẩm tốt và có thể hòa tan trong nước, ancohol

LiCl (Lithium Chlorie)

Là chất rắn màu trắng, có vị đắng, có năng suất hấp thụ và giữ ẩm cao, hòa tan trong nước

Nhiệt độ nóng chảy là 605oC và nhiệt độ sôi trên 1300oC

CaCl 2 (Calcium Chloride)

CaCl2 khan có dạng tinh thể và bột, khi hút ẩm nhiều trở thành dạng nhão Khi tan trong nước thì CaCl vẫn có khả năng hút ẩm Độ ẩm tướng đối trên bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ mà thay đổi.Ví dụ như ở 5 oC thì độ ẩm tương đối trên bề mặt dung dịch là 39,8%, ở 10 oC là 38%, ở 18,5 oC là 35%

Than hoạt tính

Là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ đậu phộng, gáo dừa, than đá.Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính oxi hóa ở nhiệt độ cao khoảng

900 oC.Qúa trình này tạp thành các lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ các tạp chất Vì thế diện tích tiếp xúc của nó bề mặt của nó rất rộng( khoảng 500-2500 m²/g)

Than hoạt tính có các dạng như dạng bột cám, dạng hột, dạng khối đặc

Methanol (CH 3 OH)

Là chất lỏng không màu và có mùi đặc trưng

Là loại rượu nhẹ nhất trong họ rượu, nhưng là hóa chất độc nếu uống nhầm và

có thể gây ra tử vong

Nhiệt độ đông đặc -97,5oC, nhiệt độ sôi 64,8oC ,nhiệt độ chớp cháy 11oC

b Đặc điểm 2 cặp dung dịch NH 3 -H 2 O và H 2 O-LiBr

Về mặt lý thuyết, có khá nhiều loại dung dịch có thể dùng được trong MLHT Tuy nhiên trong thực tế người ta dùng phổ biến nhất là hai dung dịch NH3-H2O và

H2O-LiBr

Một số tính chất quan trọng của dung dịch NH3-H2O và H2O-LiBr được thể hiện trong bảng sau:

Ẩn nhiệt hóa hơi khá cao

Áp suất làm việc rất cao Không sợ đông đặc vì nhiệt độ đông đặc rất thấp Không sợ đông đặc vì nhiệt độ đông đặc rất thấp

Chất hấp thụ (H2O ) Độ nhớt khá nhỏ

Có thể bị kéo theo tác nhân lạnh khi sôi

Dung Dịch

Có thể gây nhiễm độc Không sợ hiện tượng kết tinh

Có khả năng hòa trộn tác nhân lạnh và chất hấp thụ với

Độ nhớt khá nhỏ

Chất hấp thụ LiBr

Độ nhớt khá nhỏ Không bị kéo theo tác nhân lạnh khi sôi Không độc hại

Dung dịch

Cần lưu ý tới hiện tượng kết tinh Khả năng hòa trộn giữa tác nhân lạnh và chất hấp thụ rất tốt trong vòng không kết tinh

2.2.4 Phân loại máy lạnh hấp thụ

a Theo nguồn cấp nhiệt

Máy lạnh hấp thụ cấp nhiệt bằng nước nóng:

56

Nguồn nhiệt cấp vào máy là nước nóng có nhiệt độ khoảng 85oC.Nhiệt độ nước lạnh tạo ra khoảng 7oC, có thể dùng cấp cho điều hòa không khí hay công nghệ.Hiện nay có một số hãng sản xuất MLHT cấp nhiệt bằng nước nóng như Ebara với công suất lạnh từ 158 kW đến 1266 kW

Hình 2.7: MLHT cấp nhiệt bằng nước nóng của Ebara Máy lạnh hấp thụ cấp nhiệt bằng hơi:

Nguồn nhiệt cấp vào máy là hơi nước Nhiệt độ nước lạnh tạo ra khoảng 7ºC MLHT cấp nhiệt bằng hơi của Ebara có công suất lạnh từ 548 kW đến 2462 kW, có thể dùng cấp cho Điều hòa không khí hay công nghệ

Hình 2.8 MLHT cấp nhiệt bằng hơi nước của Ebara Máy lạnh hấp thụ cấp nhiệt trực tiếp:

Nguồn nhiệt cấp vào máy là nhiên liệu(Gas, dầu KO) đốt trực tiếp Nhiệt độ nước lạnh tạo ra khoảng 7ºC, công suất lạnh từ 475 kW đến 2110 kW

56

Hình 2.96 MLHT cấp nhiệt trưc tiếp của Ebara

b Theo số lần xảy ra quá trình sinh hơi và ngưng tụ

Máy lạnh hấp thụ Single Effect : Trong một chu trình làm việc của MLHT, quá trình sinh hơi ở bình phát sinh và ngưng tụ ở bình ngưng tụ của môi chất chỉ diễn ra một lần

Máy lạnh hấp thụ Double Effect : Ứng với mỗi chu trình, có hai lần diễn ra quá trình phát sinh và hai lần diễn ra quá trình ngưng tụ

Máy lạnh hấp thụ Triple Effect : Ứng với mỗi chu trình, có ba lần sinh hơi ở các bình sinh hơi và ba lần ngưng tụ ở các bộ ngưng tụ

Máy lạnh hấp thụ Half Effect :Về cơ bản, nguyên lý hoạt động của MLHT Half Effect cũng giống như ở MLHT Single Effect Tuy nhiên hơi tác nhân lạnh bay ra từ bình phát sinh được cấp trực tiếp vào vào bình hấp thụ thay vì cho ngưng tụ rồi cấp vào bình bốc hơi như thông thường

56

c Theo môi chất làm việc

Máy lạnh hấp thụ NH 3 -H 2 O

Hình 2 70 Sơ đồ MLHT NH3-H2O Nguyên lý hoạt động :

Gọi CS là nồng độ ban đầu của dung dịch trong bình phát sinh A, do tác dộng của nhiệt lượng cấp vào qh , dung dịch trong bính phát sinh A sẽ sôi và bay hơi

Hơi bay ra từ bình phát sinh A về cơ bản là NH3 được đưa tới bình ngưng tụ B để thực hiện quá trình ngưng tụ Sau khi ra khỏi bình B, lỏng NH3 đươc đưa vào van tiết lưu để đưa vào bình bay hơi C Hơi NH3 từ bình bay hơi C được đưa về bình hấp thụ

D và được hấp thụ bởi dung dịch loãng tới từ bình phát sinh A Sau đó dung dịch có nồng độ như ban đầu và được bơm trở lại bình phát sinh A để tiếp tục chu trình mới

56

Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect

Hình 2.81 Sơ đồ MLHT H2O- LiBr Single Effect

Nước ngưng đi qua ống chữ U vào bình bốc hơi C nhận nhiệt bay hơi qua bình hấp thụ D Tại D hơi nước (tác nhân lạnh) được hấp thụ bởi dung dịch đậm đặc từ bình phát sinh A trở thành dung dịch loãng và được bơm E đưa vào bình phát sinh A bắt đầu chu kỳ mới

2.2.5 Tình hình sử dụng máy lạnh hấp thụ hiện nay

a Trên thế giới

Ở các nước phát triển và đang phát triển, việc sử dụng lại các nguồn nhiệt thải

ra trong quá trình sản xuất để cung cấp cho máy lạnh hấp thụ là một biện pháp bắt buộc nhằm tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường

56

Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng máy lạnh hấp thụ để điều hòa không khí trong các nhà hàng, khách sạn, siêu thị hoặc xây dựng các kho đông lạnh… ngày càng tăng cao ở các nước như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc và đặc biệt là Trung Quốc

Điều đó chứng tỏ sự vượt trội của máy lạnh hấp thụ trong việc giảm đáng kể công suất điện tiêu thụ và giá sản phẩm lạnh rẻ hơn nhiều so với chạy bằng điện Đặc biệt ở Trung Quốc đã có hơn 20 công ty sản xuất máy lạnh hấp thụ có năng suất lạnh

từ 230 đến 5630kW

b Tại Việt Nam

Tại Việt Nam hiện nay, việc sử dụng máy lạnh hấp thụ trong sản xuất công nghiệp và đời sống còn rất ít.Hầu như máy lạnh hấp thụ đều phải mua từ nước ngoài Hiện có một số nơi đã đưa máy lạnh hấp thụ vào sử dụng như:

- Nhà máy điện Hiệp Phước sử dụng máy lạnh hấp thụ với nguồn nhiệt sử dụng là nhiệt thải trong quá trình sản xuất điện

- Công ty dệt Việt Thắng sử dụng máy lạnh hấp thụ H2O- LiBr

- Công ty Vedan, siêu thị BigC Đồng Nai cũng sử dụng máy lạnh hấp thụ H2O- LiBr để điều hòa không khí

56

Chương3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp nghiên cứu

3.1.1 Phương pháp kế thừa

Tra cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài nghiện cứu, phục vụ cho mục đích tính toán và thiết kế hệ thống như :

- Các hệ thống điều hòa không khí được sử dụng hiện nay

- Khái niệm, nguyên lý hoạt động cũng như tình hình sử dụng máy lạnh hấp thụ ở Việt Nam

- Tìm hiểu các mô hình máy lạnh hấp thụ để lựa chọn mô hình phù hợp

- Sưu tầm đề tài của các khóa trước để kế thừa những tính toán thiết kế phù hợp

Tra cứu và sử dụng thông tin trên mạng internet

3.1.2 Phương pháp tính toán lý thuyết

Lựa chọn thông số tính toán ban đầu từ đó tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp truyền thống

Áp dụng lý thuyết tính toán kỹ thuật lạnh để tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ,

từ đó xác định phụ tải của các thiết bị

Tính toán các thiết bị của máy lạnh hấp thụ dựa trên lý thuyết truyền nhiệt

56

Máy tính cầm tay casio, thước kéo

Chương 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN

4.1 Cơ sở tính toán lý thuyết

4.1.1 Tổng quan công trình cần điều hòa không khí

Văn phòng Trung tâm công nghệ và thiết bị Nhiệt lạnh tại trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

Diện tích phòng: S = 21m2 với chiều dài 6m chiều rộng 3,5m cao 2,5m

Phòng có:

- Một cửa chính hướng Bắc có diện tích S = 2,3.0,9 = 2,07 m2

- Hai cửa sổ hướng bắc, mỗi cửa sổ có diện tích S = 1,1.0,9 = 0,99 m2

- Một của sổ hướng tây có diện tích S = 1,8.1,1 = 1,98 m2

- Bốn bóng đèn huỳnh quang loại 1,2m

- Hai quạt trần, hai máy vi tính, một máy in

4.1.2 Lựa chọn cấp điều hòa không khí

Theo mức độ quan trọng của công trình, điều hoà không khí được chia làm 3 cấp như sau:

Hệ thống điều hoà không khí cấp 1 duy trì được các thông số trong nhà ở một phạm vi biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời cả về mùa hè (cực đại) và mùa đông (cực tiểu)

Hệ thống điều không khí cấp 2 duy trì được các thông số trong nhà ở một phạm vi cho phép với độ sai lệch không quá 200h một năm khi có biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời cực đại hoặc cực tiểu

4.1.3 Lựa chọn thông số tính toán

Thông số tính toán trong phòng :

Nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí trong phòng ký hiệu tT,T ứng với trạng thái của không khí trong phòng được biểu thị bằng điểm T trên đồ thi I-d Hiện nay là mùa nóng, theo [TL3] tT = 23 oC 26 oCvà T = 45% 50% Ta chọn tT = 25 oC

và T = 60 %

Thông số tính toán ngoài trời :

Nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời được ký hiệu tN, N Trạng thái không khí ngoài trời được biều thị bằng điểm N trên đồ thị I-d

Thông số tính toán ngoài trời được chọn theo hệ thống điều hòa cấp III và cho mùa nóng theo TCVN 5687 – 1992 tại TP.HCM thì tN = 34,6 oC và N = 55%

4.2 Tính toán phụ tải lạnh

4.2.1 Cân bằng nhiệt trong phòng cần điều hòa không khí:

Phụ tải hệ thống là: Qthừa = Qt + Qbx + Qtỏa

Qtỏa: Thành phần nhiệt do các nguồn nhiệt có trong không gian điều hòa tỏa ra

Qt.: lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào phòng do độ chênh nhiệt độ

Qbx.: lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào phòng do bức xạ mặt trời

a Tính lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do độ chênh nhiệt độQ t

Qt = k.F.t, [W]

Trong đó:

k: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che [W/m2.độ]

F: diện tích của kết cấu bao che [m2]

Diện tích tường phía Bắc trừ cửa F1=(3,5.2,5) – (2,3.0.9 + 1,1.0,9.2) = 4,7 [m2] Diện tích tường phía Tây trừ cửa F2 = (6.2,5) – (1,8.1,1) = 13,02 [m2]

56

t: hiệu số nhiệt độ tính toán [oC]

56

Xác định hiệu số nhiệt độ tính toán t

t =  (tN - tT ) , [oC]

Trong đó:

tN: nhiệt độ của không khí bên ngoài phòng điều hòa, tN = 34,6oC

tT: nhiệt độ của không khí bên trong phòng điều hòa, tT = 25oC

: hệ số kể đến vị trí của kết cấu bao che đối với không khí ngoài trời, theo[TL3/41] đối với tường hoặc mái tiếp xúc với không khí bên ngoài  = 1, đối với trần có mái bằng tôn với kết cấu kín  = 0,8

Xác định hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che[TL4/276]

Hệ số truyền nhiệt k của kết cấu bao che :

k =



N i

1

, [W/m2.độ]

Trong đó:

T: hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt bên trong của kết cấu bao che, [W/m2độ] Do

bề mặt bên trong của tường, trần là nhẵn nên theo ta có T = 11,6 W/m2.độ

N: hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt bên ngoài của kết cấu bao che, [W/m2độ]

Do bề mặt bên ngoài tiếp xúc với không khí nên theo ta có N = 23,26 W/m2.độ

i: bề dày của lớp vất liệu của kết cấu bao che, [m]

i: hệ số dẫn nhiệt của vất liệu, [W/m.độ]

Ở đây tường có kết cấu gồm 3 lớp : vữa trát xi măng bên trong, gạch nhiều lỗ, vữa trát xi măng bên ngoài.Ta có hệ số dẫn nhiệt của tường và kính cửa [TL4/278]

Bảng 4.1: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu

Vữa trát xi măng 0,93 0,01 Gạch nhiều lỗ 0,52 0,1 Vữa trát xi măng 0,93 0,01

56

56

Thay vào công thức trên, ta có hệ số truyền nhiệt của tường và kính bao che:

Bảng 4.2: Hệ số truyền nhiệt của tường và kính bao che

Kết cấu bao che Ký hiệu Giá tri [W/m2.độ]

Tường bao xung quanh tiếp xúc với

không khí bên ngoài

Kính cửa tiếp xúc với không khí

bên ngoài

Hệ số truyền nhiệt của mái tole và trần thạch cao [TL1/394] là 2,32 [W/m2.độ]

Lựơng nhiệt truyền qua tường và kính cửa do chênh lệch nhiệt độ

Từ các số liệu trên ta có lượng nhiệt truyền qua tường và kính cửa:

Bảng 4.3: Lượng nhiệt truyền qua tường và kính cửa

Tính lượng nhiệt truyền qua nền nhà

Vì diện tích phòng nhỏ hơn 48m2 nên [TL3/44], ta coi toàn bộ nền là dải 1

Tường bao xung quanh tiếp

xúc với không khí bên ngoài

Q : Nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che vào nhà [W]

Tính lượng nhiệt do bức xạ mặt trời qua cửa kính[TL4/289]:

Lượng nhiệt bức xạ truyền qua cửa kính vào nhà:

4: hệ số kể đến che khuất bởi các hệ thống che nắng, do trong thiết kế này dùng rèm che bên trong nên theo ta có 4= 0,6

qbx: cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chịu bức xạ tại thời điểm tính toán[W/m2]

Thời điểm tính toán lúc 8h sáng, hướng Bắc tại TP.HCM vào tháng 5 [TL3] cường độ bức xạ mặt trời là 123W/m2, và hướng Tây là 498W/m2

Fk: diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, [m2]

Áp dụng công thức trên, ta có lượng nhiệt bức xạ qua các cửa là:

Vậy lượng nhiệt bức xạ qua cửa kính là:

k bx

Q = 124,5 + 101,7 + 411,77 = 637,97 W

Tính lượng nhiệt do bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che

Nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua bộ phận kết cấu bao che :

bc bx

56

Vậy lượng nhiệt do bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che là:

bc bx

Q =43,9 + 492,46 + 912,27 = 1448,63 W Lương nhiệt truyền vào phòng do bức xạ mặt trời là:

bx

Q = Q bx k + Q bx bc= 637,97 + 1448,63 = 2086,6 W

c Tính lượng nhiệt tỏa ra

Tính lượng nhiệt do ngưới tỏa ra

Nhiệt độ người tỏara gồm hai phần: nhiệt hiện và nhiệt ẩn Tổng hai lượng nhiệt này gọi là lượng nhiệt toàn phần do người tỏa ra:

n

Q= n.q , [W]

Trong đó:

n: số người trong phòng Phòng thường có 4 người

q: lượng nhiệt toàn phần do người tỏa ra, [W/người]

Tra bảng theo [TL4/297] với nhiệt độ trong phòng điều hòa là 25oC và lao động trí óc,

ta có q = 139,56 W/người

Suy ra nhiệt do người tỏa ra là:Qn= 4.140 = 560 W

Tính lượng nhiệt do chiếu sáng tỏa ra

Lượng nhiệt tỏa ra do chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang theo [TL3/22] ta có:

cs

Q = 1,25.N

hq [W]

Với N

hq : Tổng công suất đèn huỳnh quang ,[W]

Phòng có 4 bóng đèn huỳnh quang loại 1m2, mỗi bóng có công suất 40W

Vậy lượng nhiệt tỏa ra do chiếu sáng là: Qcs= 1,25.N

hq = 1,25.4.40 = 200W

Tính lượng nhiệt tỏa ra từ máy móc[TL5/102]

Nhiệt toả từ máy móc được tính như sau: