Theo chức năng Cũng được chia làm 3 loại như sau: Hệ thống điều hòa cục bộ: là hệ thống điều hòa nhỏ chỉ sử dụng cho một không gian hẹp phòng nhỏ, như: máy hai mảnh, cửa sổ,… Hệ thố
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
Trang 2Giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Văn Lành
KS Đinh Công Bình
Tháng 6/2012
Trang 3ii
LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh
Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ cùng toàn thể quý thầy cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập và rèn luyện
Đặc biệt thầy ThS Nguyễn Văn Lành, KS Đinh Công Bình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp
Các anh ở Công ty Cổ phần Dịch vụ và Kỹ thuật điện lạnh REE đã tận tình giúp
Trang 4iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH v
DANH SÁCH CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii
Chương 1: MỞ ĐẦU 1
1.1 Lời mở đầu 1
1.2 Mục đích của đề tài 2
1.3 Nội dung thực hiện 2
Chương 2: TỔNG QUAN 3
2.1 Tổng quan về điều hòa không khí 3
2.1.1 Khái niệm chung 3
2.1.2 Phân loại 3
2.1.3 Đặc điểm và phạm vi sử dụng của các hệ thống điều hòa không khí 4
2.2 Giới thiệu tổng quan về công nghệ tích trữ lạnh 8
2.2.1 Khái quát 8
2.2.2 Cơ sở ứng dụng và nguyên lí hoạt động của hệ thống trữ lạnh 8
2.2.3 Các dạng tích trữ băng 13
2.2.4 Bình chứa 16
2.2.5 Mục đích sử dụng hệ thống tích trữ lạnh trong điều hòa không khí 17
2.2.6 Một số hệ thống tích trữ lạnh sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới 18
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 20
3.1 Phương pháp 20
3.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 20
3.1.2 Phương pháp thiết kế 20
3.2 Phương tiện 20
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22
4.1 Cơ sở tính toán 22
4.1.1 Giới thiệu văn phòng trung tâm nhiệt lạnh Trường ĐH Nông Lâm 22
4.1.2 Các dữ liệu ban đầu 22
Trang 5iv
4.2 Tính toán phụ tải lạnh và cân bằng nhiệt ẩm 23
4.2.1 Tính cân bằng nhiệt (tổn thất nhiệt) 23
4.2.2 Xác định lượng ẩm thừa WT 29
4.2.3 Lượng gió tươi cấp vào 29
4.3 Tính toán chu trình lạnh và các thông số cần thiết 30
4.3.1 Chọn sơ đồ điều hòa không khí 30
4.3.2 Tính toán chu trình hồi nhiệt của máy nén hơi 1 cấp dùng tác nhân lạnh R22 34
4.4 Tính toán lựa chọn các thiết bị chính cho hệ thống 37
4.4.1 Lựa chọn sơ đồ hệ thống 37
4.4.2 Máy nén 39
4.4.3 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 39
4.4.4 Tính chọn thiết bị bay hơi 42
4.4.5 Tính chọn FCU 44
4.4.6 Tính chọn bình tích trữ 45
4.4.7 Tính chọn bơm 47
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 49
5.1 Kết luận 49
5.2 Đề nghị 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50
PHỤ LỤC 51
Trang 6v
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Máy điều hòa cửa sổ 5
Hình 2.2: Máy điều hòa 2 cụm 5
Hình 2.3: Máy điều hòa nhiều cụm dàn lạnh 6
Hình 2.4: Máy điều hòa VRV 7
Hình 2.5: Hệ thống điều hòa không khí kiểu tập trung 7
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm 9
Hình 2.7: Bồn trữ lạnh 10
Hình 2.8: Chế độ nạp tải của tích trữ toàn phần 11
Hình 2.9: Chế độ xả tải của tích trữ toàn phần 11
Hình 2.10: Chế độ nạp tải của tích trữ một phần 12
Hình 2.11: Chế độ xả tải của tích trữ một phần 12
Hình 2.12: Quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống 13
Hình 2.13: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống 14
Hình 2.14: Sự hình thành quả cầu băng 15
Hình 2.15: Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng 15
Hình 2.16: Quá trình nạp và xả tải trong Nodule 16
Hình 2.17: Nodule trong bình chứa 16
Hình 2.18: Bình chứa của Cristopia 17
Hình 2.19: Kiểu bình nằm ngang 17
Hình 2.20: Mô hình điều hòa không khí có hết hợp tích trữ lạnh ở trường cao đẳng Cao Thắng, TP.HCM 18
Hình 4.1: Cách phân chia dải nền 28
Hình 4.2: Biểu diễn sơ đồ tuần hoàn một cấp trên đồ thị I-d 30
Hình 4.3: Sơ đồ tuần hoàn một cấp khi nhiệt độ tV thấp 31
Hình 4.4: Chu trình hồi nhiệt 34
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 37
Hình 4.6: Máy nén CA_0300 39
Hình 4.7: Dàn ngưng giải nhiệt gió FNH-8.1/28 41
Hình 4.8: Bình bay hơi Freon 43
Trang 7vi
Hình 4.9: FCU loại HFCF 45 Hình 4.10: Bình chứa bằng nhựa 300lit kiểu đứng của hãng Tân Á 46 Hình 4.11: Bơm ly tâm Pentax 48
Trang 8vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: So sánh đặc tính của các phương pháp tích trữ lạnh 8
Bảng 4.1: Thông số của các điểm I, T 32
Bảng 4.2: Bảng thông số các điểm nút của chu trình hồi nhiệt ( tác nhân lạnh R22) 34
Bảng 4.3: Các thông số của máy nén lạnh CA_0300 39
Bảng 4.4: Các thông số của dàn ngưng có kí hiệu FNH-8.1/28 41
Bảng 4.5: Các kích thước cơ bản của dàn ngưng có kí hiệu FNH-8.1/28 41
Bảng 4.6: Các thông số của bình bay hơi có kí hiệu ИTBP-5 43
Bảng 4.7: Các thông số của FCU 3 row coil của hãng TRANE có kí hiệu HFCF05 45
Bảng 4.8: Các thông số của bình tích trữ có thể tích 0,3m3 46
Bảng 4.9: Các thông số kích thước của bơm CM50 48
Trang 9viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
tT: Nhiệt độ trong phòng, 0C
tN: Nhiệt độ ngoài trời, 0C
QT: Tổng nhiệt thừa của công trình, kW
WT: Lượng ẩm thừa, kg/s
tk: Nhiệt độ ngưng tụ, 0C
t0: Nhiệt độ bay hơi, 0C
Π: Tỷ số nén
q0: Năng suất lạnh riêng
m: Lưu lượng hơi thực tế đi qua máy nén
Vtt: Lưu lượng thể tích hơi thực tế hút vào máy nén
i: Hệ số chỉ thị thể tích
w’: Hệ số tổn thất không thấy được
: Hệ số lưu lượng của máy nén
Vh: Thể tích quét lý thuyết của máy nén , m3/s
ℓ: Công nén riêng, kJ/kg
: Hệ số lạnh của chu trình
ν: Hiệu suất exergy, %
Ns: Công nén đoạn nhiệt (công nén lý thuyết), kW
i: Hiệu suất chỉ thị
Ni: Công nén chỉ thị, kW
Nms: Công suất ma sát, W
Pms: Áp suất ma sát riêng, bar
Ne: Công suất hiệu dụng (công suất hữu ích), kW
N: Công suất trên trục máy nén truyền động trực tiếp, kW
Ke: Hệ số lạnh hiệu dụng
Q’K: Nhiệt thải ra ở dàn ngưng, kW
Qql: Nhiệt thải ra ở thiết bị quá lạnh, kW
I : entanply, kJ/kg KKK
Trang 10ix
d0 : độ chứa hơi, kg H20/ kg KKK
: Khối lượng riêng, kg/m3
Cp : Nhiệt dung riêng, kJ/kg K
k: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/m2.K
F: Diện tích, m2
DSTL: Mật độ trữ lạnh của bình trữ lạnh, Tons.h/m3
Ql: Nhiệt ẩn của chất trữ lạnh, kWh/m3
Qsl: Nhiệt hiện của chất trữ lạnh, kWh/m3/0C
T3: Nhiệt độ đầu ra của chất tải lạnh khi xả băng, 0C
Tm: Nhiệt độ trung bình của chất trữ lạnh tại cuối giai đoạn nạp tải, 0C
Tst: Nhiệt độ chuyển pha của chất trữ lạnh (PCM), 0C
Trang 111
Chương 1
MỞ ĐẦU 1.1 Lời mở đầu
Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã phát triển rất mạnh mẽ Quá trình thay đổi và ứng dụng các công nghệ mới để đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế và thay đổi môi chất lạnh mới đã tạo ra một sự chuyển biến mạnh mẽ theo hướng tích cực cho ngành kỹ thuật lạnh nước ta
Ngày nay kỹ thuật lạnh phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với rất nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành một nghành kỹ thuật vô cùng quan trọng
Kỹ thuật lạnh đã trở nên quen thuộc và không thể thiếu trong hầu hết các ngành kinh tế quan trọng cũng như trong đời sống hằng ngày như: công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hóa chất, công nghiệp rượu, bia, y học, điều hòa không khí
Một trong những ứng dụng của kỹ thuật lạnh mà con người đã sử dụng đó là điều hòa không khí Ngày nay, điều hòa là tiện nghi không thể thiếu trong các tòa nhà, khách sạn, văn phòng, nhà hàng, các dich vụ du lịch, văn hóa, y tế, thể thao mà còn cả trong các căn hộ nhà ở, các phương tiện đi lại như ôtô, tàu hỏa, tàu thủy, …
Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu về kỹ thuật lạnh nói chung và điều hòa không khí nói riêng đang gia tăng mạnh mẽ Có thể nói, hầu như trong tất cả các cao ốc văn phòng, khách sạn, bệnh viện, phân xưởng sản xuất,…
đã và đang được xây dựng đều có trang bị hệ thống điều hòa không khí nhằm tạo ra
môi trường dễ chịu và tiện nghi cho người sử dụng
Ngoài nhiệm vụ duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức yêu cầu,
hệ thống điều hòa không khí còn phải giử độ ẩm không khí trong không gian đó ổn định ở một mức quy định Bên cạnh đó, cũng cần phải chú ý đến vấn đề bảo đảm độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và tổ chức sự lưu thông hợp lý của dòng
không khí
Trang 122
Để vận hành những hệ thống điều hoà này, chúng ta cần một lượng năng lượng lớn (điện năng), có thể chiếm tới 70% tổng năng lượng sử dụng của cả nhà máy Thêm vào đó, hiện tượng quá tải của lưới điện trong giờ cao điểm và giá điện giờ cao điểm cao hơn gấp 3 giờ thấp điểm
Làm thế nào để giảm thiểu được chi phí điện năng tiêu thụ cho hệ thống điều hoà không khí là một trong những vấn đề được nhiều người quan tâm nhất hiện nay
Có nhiều biện pháp để giảm điện năng cho hệ thống điều hoà không khí, một cách tiết kiệm hiệu quả và đơn giản đó là công nghệ tích trữ lạnh mà đặc biệt là công nghệ trữ băng (Ice Storage)
Do đó được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ và hướng dẫn của hai thầy: Th.S Nguyễn Văn Lành, KS Đinh Công Bình tôi tiến hành thực hiện
đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí có kết hợp tích trữ lạnh” cho
văn phòng Trung tâm công nghệ và thiết bị nhiệt lạnh
1.2 Mục đích của đề tài
- Tính toán thiết kế mô hình hệ thống điều hòa không khí có kết hợp tích trữ lạnh cho văn phòng trung tâm nhiệt lạnh Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM
1.3 Nội dung thực hiện
- Tìm hiểu về điều hòa không khí
- Tìm hiểu về công nghệ tích trữ lạnh
- Tìm hiểu về hệ thống điều hòa không khí có hết hợp tích trữ lạnh
- Tính toán phụ tải
- Tính toán chu trình và các thông số cần thiết
- Tính toán, thiết kế các thiết bị chính của hệ thống
- Chọn thiết bị cho hệ thống
Trang 133
Chương 2 TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về điều hòa không khí
2.1.1 Khái niệm chung
Điều hòa không khí là duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức yêu cầu, giữ độ ẩm không khí trong không gian đó ổn định ở một mức độ quy định nào
đó Bên cạnh đó, cũng cần chú ý đến vấn đề đảm bảo độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và tổ chức sự lưu thông hợp lý của dòng không khí
2.1.2 Phân loại
2.1.2.1 Theo mức độ quan trọng
Được chia làm 3 loại như sau:
Hệ thống điều hòa không khí cấp I: là hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán với mọi phạm vi thông số bên ngoài trời
Hệ thống điều hòa không khí cấp II: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 200 giờ trong một năm
Hệ thống điều hòa không khí cấp III: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 400 giờ trong một năm
2.1.2.2 Theo chức năng
Cũng được chia làm 3 loại như sau:
Hệ thống điều hòa cục bộ: là hệ thống điều hòa nhỏ chỉ sử dụng cho một không gian hẹp (phòng nhỏ), như: máy hai mảnh, cửa sổ,…
Hệ thống điều hòa phân tán: là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi, như: máy điều hòa VRV,…
Trang 144
Hệ thống điều hòa trung tâm: là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý không khí được thực hiện ở một trung tâm, sau đó không khí được dẫn theo
hệ thống kênh gió vào phòng (máy điều hòa dạng tủ)
2.1.2.3 Theo đặc điểm của chất tải lạnh
Có các loại như sau:
Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải lạnh
Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí làm chất tải lạnh
Hệ thống điều hòa không khí dùng nước làm chất tải lạnh
Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh
2.1.2.4 Một số cách khác
- Theo tốc độ chuyển động của không khí : nếu tốc độ chuyển động của không khí trong các kênh dẫn lớn hơn 12,7 m/s gọi là hệ thống tốc độ cao, nếu nhỏ hơn 12,7 m/s gọi là hệ thống tốc độ nhỏ
- Theo số ống dẫn không khí: tùy theo số ống dẫn vào phòng mà có loại 1 ống,
Trang 155
Hình 2.1: Máy điều hòa cửa sổ
- Máy điều hòa kiểu rời: gồm hai cụm dàn nóng và dàn lạnh tách rời nhau Dàn lạnh có nhiều kiểu khác nhau: đặt sàn, treo tường, áp trần, giấu trần, cassette Ưu điểm: giá thành rẻ, dễ lắp đặt, thích hợp cho các phòng có không gian nhỏ hẹp Nhược điểm: công suất hạn chế (từ 9 ÷ 60 KBtu/h), độ dài đường ống và chênh lệch độ cao giữa các dàn bị hạn chế, không thích hợp cho các công trình lớn
Hình 2.2: Máy điều hòa 2 cụm
- Máy điều hòa ghép: thực chất là máy điều hòa kiểu rời nhưng ở đây một dàn nóng được sử dụng với từ 2 đến 4 dàn lạnh
Trang 166
Hình 2.3: Máy điều hòa nhiều cụm dàn lạnh
- Máy điều hòa kiểu hai mảnh thổi tự do: đây là loại máy có công suất trung bình từ 36 ÷ 100 KBtu/h Ưu điểm: gió lạnh tuần hoàn được thổi trực tiếp vào không gian điều hòa nên tổn thất nhiệt thấp, chi phí không cao, độ ồn thấp Loại này thích hợp cho các nhà hàng và sảnh của các cơ quan
Trang 177
Hình 2.4: Máy điều hòa VRV
- Máy ĐHKK làm lạnh bằng nước (water chiller): là hệ thống ĐHKK trong đó cụm máy lạnh không trực tiếp làm lạnh không khí mà làm lạnh nước, sau đó nước theo
hệ thống kênh dẫn đi đến các FCU và AHU đặt ở trong phòng để xử lý không khí Ưu điểm: công suất dao động lớn; hệ thống hoạt động ồn định, bền và tuổi thọ cao; hệ thống có nhiều cấp giảm tải; thích hợp cho các tòa nhà lớn và cao tầng Nhược điểm: phải có phòng máy riêng; phải có người chuyên trách phục vụ; vận hành, bảo dưỡng tương đối phức tạp; tiêu thụ điện năng tính cho một đơn vị năng suất lạnh cao
2.1.3.3 Hệ thống kiểu tập trung
Đây là hệ thống ĐHKK mà nhiệt ẩm được xử lý ở một trung tâm rồi được các kênh gió dẫn đến các phòng Loại này lắp đặt và vận hành dễ dàng, khử ẩm và khử bụi tốt thích hợp cho các công trình có đông người, giá thành nói chung không cao Nhược điểm: hệ thống kênh gió quá lớn, không thích hợp cho các công trình có nhiều phòng,
hệ thống thường xuyên hoạt động 100% tải nên trong nhiều trường hợp một số phòng đóng cửa vẫn được làm lạnh
Hình 2.5: Hệ thống điều hòa không khí kiểu tập trung
Trang 188
2.2 Giới thiệu tổng quan về công nghệ tích trữ lạnh
2 2.1 Khái quát
Tích trữ nhiệt (Thermal Energy Storage) liên quan đến việc cấp nhiệt cho thiết
bị lưu trữ và sau đó lấy nhiệt này sử dụng cho thời điểm khác Điều này có thể có thể
bao gồm: trữ nhiệt ở nhiệt độ cao (Heat storage), và ở nhiệt độ thấp (cool storage)
Trong các ứng dụng của HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) thì tích trữ
nhiệt lạnh ở dạng băng hay nước lạnh được sử dụng rộng rãi nhất
Hiện nay, ở Mỹ thì hàng ngàn hệ thống lạnh có sử dụng giải pháp trữ lạnh đã
được lắp đặt và sử dụng trong lĩnh vực HVAC, phổ biến cho văn phòng cao ốc, trường
học, bệnh viện… Và ở Việt Nam thì đây là một công nghệ mới và đã bắt đầu đưa vào
với mục đích tiết kiệm năng lượng, ví dụ như Siêu thị BIGC Hải Phòng, nhà máy
Dược OPV – Bình Dương, VTV Center Trong đó có đến 80-85% trữ lạnh dưới dạng
băng, còn 10 – 15% sử dụng giải pháp trữ lạnh dưới dạng nước lạnh hay muối
Tích trữ lạnh dùng muối eutectic hay PCM (Phase change Materials)
Tuy nhiên trong lĩnh vực HVAC thì trữ dạng băng và nước lạnh được sử dụng
rộng rãi nhất Hệ thống tích trữ lạnh của hệ thống Water Chiller sử dụng nhiệt ẩn của
lượng nước lớn trong bình tích trữ nhiệt và liên kết với sự chuyển pha từ dạng rắn sang
Nhiệt độ
xả tải, ºC
Nhiệt độ biến đổi pha, ºC
Dung tích,
m3/kWh
Trang 19Tích trữ lạnh có 2 công nghệ là: Tích trữ 1 phần và tích trữ toàn phần
- Đối với tích trữ 1 phần: Hệ thống tích trữ lạnh trong suốt giờ thấp điểm, và chỉ
bổ sung tải một phần cho tải lạnh trong giờ cao điểm
- Đối với tích trữ toàn phần: Hệ thống trữ lạnh trong suốt giờ thấp điểm, và cấp lạnh cho tải trong suốt giờ cao điểm, máy lạnh water chiller ngưng hoạt động sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất
2.2.2.2 Sơ đồ nguyên lí
Hệ thống trữ lạnh được hợp thành từ bốn thành tố- khác với hệ thống Water Chiller, gồm: Bình trữ lạnh (băng, nước lạnh, hay PCM), máy làm lạnh, lưu chất truyền nhiệt (Secondary Coolant) và bơm
Hệ thống lạnh sẽ vận hành để tích trữ năng lượng (lạnh) vào ban đêm (thấp điểm, giá điện rẻ) dưới ba dạng như đã nói ở trên và sẽ giải phóng nguồn năng lượng này (tan băng) cung cấp lạnh cho hệ thống vào ban ngày (cao điểm, điện giá cao) Quá trình này sẽ lập lại theo chu kỳ hằng ngày
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm
Trang 2010
Bình trữ lạnh:
Có thể chứa những quả cầu lạnh, nước - chúng được làm lạnh nhờ chất tải lạnh (Secondary Coolant) - chất tải lạnh có thể là hỗn hợp nước – Etylence Glycol, hay nước- Propylence Glycol Loại sử dụng phổ biến nhất trong tích trữ băng Glycol gọi là bồn tĩnh- là một bồn kín trong đó nước đá là phương tiện tích trữ năng lượng nhiệt (lạnh) Các bồn trữ lạnh thực hiện đông đá một phần trong ngày và sau đó tan ra trong thời điểm khác của ngày
- Theo tính toán thực tế thì hỗn hợp nước – Glycol để tối ưu là H2O là 75%, Glycol là 25%
- Trong các giải pháp thì hầu như trong các hệ trữ băng thì Glycol được sử dụng nhiều.Vì:
+ So với Propylence Glycol thì Etylence Glycol có nhiệt dung riêng bé hơn nên tốc độ dòng chảy lớn hơn dẫn đến Tốc độ tạo băng nhanh hơn
+ Độ nhớt của Propylence Glycol lớn hơn nên chi phí bơm tăng và Coil cũng lớn hơn, vấn đề này không kinh tế
+ Etylence Glycol không ăn mòn, nên an toàn cho đường ống, các bộ phận của hệ Chiller
Trang 2111
2.2.2.3 Nguyên lý hoạt động
Hệ thống tích trữ lạnh được chia thành 02 giai đoạn :
- Giai đoạn thứ nhất : là giai đoạn nạp tải vào trong hệ thống tích trữ lạnh
Hệ thống gồm 02 vòng tuần hoàn tương đương : Vòng tuần hoàn thứ nhất nối với chiller với hệ thống tích trữ lạnh, vòng thứ 2 nối chiller với hộ tiêu thụ lạnh Hai vòng này đặt song song với nhau trong hệ thống Ở trường hợp thứ nhất khi hộ tiêu thụ lạnh
ít tải(ví dụ ban đêm), ứng với vẫn chiller hoạt động hết công suất, một phần tác nhân lạnh trung gian sẽ đi vào hệ thống tích trữ lạnh Tại đây, hệ thống tích trữ lạnh sẽ hấp thụ năng lượng lạnh này
Hình 2.8: Chế độ nạp tải của tích trữ toàn phần
Hình 2.9: Chế độ xả tải của tích trữ toàn phần
Trang 2212
- Giai đoạn thứ 2 : là giai đoạn xả tải từ hệ thống tích trữ lạnh Trường hợp này
khi tải của hộ tiêu thụ lạnh lớn hơn tải của máy nén cần thiết khi hoạt động hết công suất, hệ thống tích trữ lạnh sẽ được xả tải thông qua tác nhân lạnh trung gian trong hệ thống để bù vào tải của chiller để đáp ứng đầy đủ tải lạnh cho hộ tiêu thụ Trường hợp này cũng được sử dụng để ngưng vận hành máy lạnh vào gìơ cao điểm, khi đó tải lạnh của hộ tiêu thụ sẽ được cung cấp từ hệ thống tích trữ lạnh, nhờ đó chi phí điện cho hệ thống lạnh sẽ được giảm đáng kể
Hình 2.10: Chế độ nạp tải của tích trữ một phần
Hình 2.11: Chế độ xả tải của tích trữ một phần
Trang 2313
Ứng với chế độ hoạt động ta có các chế độ hoạt động như sau :
Chế độ 1 : Vòng tuần hoàn bao gồm chiller và hệ thống tích trữ lạnh Đây là chế độ nạp tải hoàn toàn cho hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi hộ tiêu thụ không sử dụng tải
Chế độ 2 : Vòng tuần hoàn bao gồm chiller, hệ thống tích trữ lạnh (nạp tải),
hộ tiêu thụ lạnh Điều này xảy ra khi khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải định mức của chiller Hệ thống tích trữ lạnh hấp thụ năng lượng một phần
từ Chiller
Chế độ 3 : Vòng tuần hoàn bao gồm Chiller, hệ thống tích trữ lạnh(xả tải),
hộ tiêu thụ lạnh Điều này xảy ra khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải định mức của Chiller Bồn trữ lạnh đã hấp thụ trong chế độ trước để bù vào tải của chiller đáp ứng đầy đử cho hộ tiêu thụ
Chế độ 4 : Vòng tuần hoàn bao gồm hệ thống tích trữ lạnh và hộ tiêu thụ lạnh Đây là chế độ xả tải của hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi ta muốn ngừng máy nén vì một lý do nào đó và tải tiêu thụ nhỏ hơn tải của hệ thống tích trữ lạnh hiện có
Trang 2414
Bồn tích trữ loại này gồm một dàn lạnh đặt chìm trong một bể nước, chất tải lạnh (Secondary coolant) nhiệt độ thấp chảy trong ống Hình dưới là trình bày quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống Chất tải lạnh thường được sử dụng là Etylen glycol, nồng độ từ 25 ÷ 40%
- Ở chế độ nạp tải (sản xuất băng): Glycol được chiller lạnh làm lạnh xuống đến nhiệt độ khoảng – 7ºC, lúc này glycol chỉ đi vào dàn lạnh của bồn tích trữ, băng bắt đầu hình thành trên bề mặt ống và dày dần lên
- Ở chế độ xả tải (làm tan băng): Nước hồi về từ các hộ tiêu thụ sẽ được làm lạnh tùy thuộc vào phương thức vận hành, nước ra khỏi bồn tích trữ có nhiệt độ khoảng 1- 5ºC được đưa đến cấp lạnh cho các hộ tiêu thụ
2.2.3.2 Tích trữ dạng băng tan chảy bên trong ống (Internal Melt ice on Coil)
Hình 2.13: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống
Quá trình hình thành băng giống như dạng tan chảy băng bên ngoài ống, nhưng quá trình tan băng ở đây là Chất tải lạnh (Secondary coolant) thường là Glycol đi bên trong ống để làm tan băng
2.2.3.3 Tích trữ băng dạng quả cầu băng (Ball Ice)
Tích trữ dạng này được thực hiện qua thiết bị STL
- STL là một thuật ngữ của Cristopia Energy System, đó chính là một bình chứa đầy Nodule
- STL được xác định bởi nhiệt độ chuyển pha và thể tích (nghĩa là từ công suất tích trữ và tốc độ trao đổi nhiệt)
Ví dụ:
Trang 2515
Nodule là gì?
- Hầu hết các giải pháp PCM phù hợp cho HVAC và hệ thống lạnh đều có tính
ăn mòn.Cho nên một giải pháp để tránh nhiễm bẩn môi chất và ăn mòn hệ thống thì quả cầu băng (Nodule) là một giải pháp
- Sự hình thành quả cầu băng (Nodule) được mô phỏng dưới đây:
Hình 2.14: Sự hình thành quả cầu băng
Trên thị trường hiện nay, sản phẩm này được chế tạo và cung cấp với thị phần lớn nhất bởi Cristopia Energy Systems
Hình 2.15: Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng
- Vật liệu: Hỗn hợp của Polyolefin, dày khoảng1.00mm
- Bên trong chứa PCM (Phase Change Material)
Trang 2616
- Tùy theo loại Nodule mà có nhiệt độ chuyển pha, khối lượng và nhiệt ẩn … khác nhau Nodule được sản xuất với ba loại có đường kính: 77mm (loại SN), 78mm (Loại IN) và loại 98mm (Loại AC.00) Tất cả nodule được sản xuất chịu áp suất cao- trên 10bar
- Tùy theo Loại Nodule có đường kính bao nhiêu mà nó có thời gian tạo băng
và xả băng khác nhau quan hệ tuyến tính với Nhiệt độ của chất tải lạnh
- Số lượng Nodule trong hệ thống xác định tốc độ trao đổi nhiệt giữa PCM và lưu chất truyền nhiệt
- Tích trữ băng dạng này thì các Nodule này sẽ được chứa trong bình lớn (Tank).Trong chế độ nạp tải thì chất tải lạnh đi qua bình chứa và trao đổi nhiệt với các Nodule và hình thành băng trong Nodule và chế xả tải thì chất tải lạnh có nhiệt độ cao
đi vào bình chứa làm tan băng Hai quá trình này được mô tả như hình dưới
Hình 2.16: Quá trình nạp và xả tải trong Nodule
Hình 2.17: Nodule trong bình chứa
- Cristopia Energy System đã đưa ra bề mặt trao đổi nhiệt và số lượng Nodule/m3 cho từng loại Nodule
2.2.4 Bình chứa
Đặc điểm của bình chứa:
- Chế tạo bằng thép đen (Áp suất thử bền từ 4.5 đến 10 bar)
Trang 2717
- Đặt nằm hoặc đặt đứng hoặc có thể được chôn dưới đất
- Với mỗi loại bình chứa thì có kích thước, thể tích, lượng chất tải lạnh khác nhau
Hình 2.18: Bình chứa của Cristopia
Hình 2.19: Kiểu bình nằm ngang 2.2.5 Mục đích sử dụng hệ thống tích trữ lạnh trong điều hòa không khí
- Hệ thống bồn tụ lạnh: hệ thống bồn tụ lạnh sẽ vận hành vào ban đêm, khi giá điện rẻ, để tích trữ năng lượng dưới dạng đá lạnh, và sẽ giải phóng nguồn năng lượng này vào ban ngày, khi giá điện cao, nhờ đá tan chảy, từ đó cung cấp khí lạnh cho hệ thống điều hòa của trung tâm thương mại
- Ưu điểm của hệ thống tích trữ lạnh: Ngoài việc tiết kiệm tiền điện Khi áp dụng hệ thống này ngay từ đầu, chúng ta còn có thể tiết kiệm được đáng một số chi phí ban đầu như sau:
+ Giảm công suất lắp đặt máy lạnh (từ 30% - 70%)
+ Giảm lượng gaz (lạnh) tiêu thụ
+ Giảm công suất tháp giải nhiệt
+ Giảm công suất nguồn (điện)-máy biến thế, trạm điện
Trang 2818
+ Giảm kích thước phòng máy
+ Giảm thiểu quá trình khởi động cho máy lạnh
+ Giảm chi phí vận hành
+ Tăng hiệu suất của toàn bộ hệ thống
* Đối với tầm vĩ mô (quốc gia) :
+ Giảm hiệu ứng nhà kính (do giảm được công suất nguồn phát của các nhà máy nhiệt điện)
+ Giảm công suất cho các nhà máy điện trong giờ cao điểm
+ Tăng hiệu suất máy phát
- Nhược điểm của hệ thống tích trữ lạnh:
+ Giá thành đầu tư cao do thêm thiết bị như heat exchanger, chiller phải chạy ở 2 chế độ làm lạnh bình thường và làm đá
+ Tổn thất nhiệt ở heat exchanger và bình tích trữ
+ Nếu tích trữ theo dạng viên thì khó kiểm soát được công suất sau 1 thời gian sử dụng
2.2.6 Một số hệ thống tích trữ lạnh sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới
Trong nước:
Hình 2.20: Mô hình điều hòa không khí có kết hợp tích trữ lạnh ở
trường cao đẳng Cao Thắng, TP.HCM
Trang 29 Ở Đức, người ta cho xây dựng các bình tích trữ năng lượng khổng lồ đặt
âm dưới lòng đất Họ tích trữ lạnh vào mùa đông để sử dụng cho hệ thống điều hoà không khí vào mùa hè, và trữ nhiệt vào mùa hè để vận hành hệ thống sưởi trong mùa đông
Ở Malaysia, họ đã cho xây dựng một hệ thống cung cấp lạnh cho một khu vực rộng lớn (áp dụng bình trữ lạnh) Họ xây dựng mạng lưới đường ống dẫn nước lạnh tới từng hộ tiêu thụ và bán năng lượng (lạnh) cho những ai
có nhu cầu (giống như cung cấp nước vậy)
Trang 3020
Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1 Phương pháp
3.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Tiếp cận các nguồn tài liệu liên quan đến hệ thống tích trữ lạnh trong điều hòa không khí từ sách báo và các thông tin từ internet…
- Kế thừa công trình nghiên cứu có nội dung liên quan đến phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Lý thuyết về điều hòa không khí, làm cơ sở cho việc tính toán và thiết kế hệ thống tích trữ lạnh cho văn phòng trung tâm nhiệt lạnh Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM như mục đích mà đề tài đặt ra
3.1.2 Phương pháp thiết kế
Khảo sát thực tế ta thu nhập các số liệu cụ thể cần cho tính toán
Tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp truyền thống
Tính toán chu trình lạnh theo phương pháp lý thuyết tính toán máy và thiết bị lạnh
Tính toán lựa chọn các thiết bị chính cho hệ thống theo lý thuyết truyền nhiệt
và thiết bị trao đổi nhiệt
Tính toán và thiết kế bình tích trữ lạnh cho hệ thống theo phương pháp lý thuyết tính toán bình tích trữ
Lập bản vẽ dựa trên những thông số đã có của thiết bị đã chọn
3.2 Phương tiện
Đề tài được hoàn thành dựa vào một số phần mềm và dụng cụ hổ trợ:
Máy tính cầm tay hiệu CASIO: dùng để tính toán
Microsoft Word 2007: dùng để soạn thảo thuyết minh
Microsoft Excel 2007: dùng để tính toán
Trang 3222
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Cơ sở tính toán
4.1.1 Giới thiệu văn phòng trung tâm nhiệt lạnh Trường ĐH Nông Lâm
Công trình được xây dựng tại thành phố Hồ Chí Minh nằm ở khu vực phía Nam nước Việt Nam ở vĩ độ 10oC Bắc và nằm gần xích đạo, nằm gần biển nên nhiệt độ và
độ ẩm cũng khá cao
- Địa điểm: văn phòng nằm ở khu chữ T của Trường ĐH Nông Lâm TP HCM
- Vị trí: văn phòng hướng về hướng Đông Bắc
- Chức năng: văn phòng làm việc
- Kích thước: 6m(dài) x 3,2m(rộng) x 3m(cao)
- Văn phòng có các thiết bị sau: 2 dàn máy tính, 1 máy in
- Có 2 cửa sổ 1,5m x 1m, một cửa ra vào 1m x 2,5m
4.1.2 Các dữ liệu ban đầu
4.1.2.1 Chọn nhiệt độ và độ ẩm trong phòng
Đây là văn phòng làm việc dựa vào bảng 1.1 [TL1/tr.11] chọn nhiệt độ và độ
ẩm tính toán trong phòng như sau:
4.1.2.2 Chọn nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời
Đây là công trình dân dụng, không đòi hỏi nghiêm ngặt về chế độ nhiệt độ và
độ ẩm nên chọn thiết kế hệ thống ĐHKK cấp III Với hệ thống điều hòa cấp III, dựa
vào [TL1] nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời được chọn như sau:
max
tb N
tb N t
t t
Với: ttbmax – nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất trong năm tại địa phương
có công trình đang khảo sát