Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm mô hình giảng dạy hệ thống điều hòa không khí ba chức năng: Làm lạnh - sưởi ấm - khử ẩm

Bài viết giới thiệu hệ thống điều hòa không khí thực hiện ba chức năng làm lạnh, sưởi ấm và khử ẩm phục vụ cho sinh hoạt của con người và quá trình sản xuất khi có nhu cầu cần thiết.

ISSN: 1859-2171 e-ISSN: 2615-9562 TNU Journal of Science and Technology 204(11): 125 - 129 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ BA CHỨC NĂNG: LÀM LẠNH - SƯỞI ẤM - KHỬ ẨM Nguyễn Công Vinh*, Nguyễn Thị Hồng Nhung Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo giới thiệu hệ thống điều hòa khơng khí thực ba chức làm lạnh, sưởi ấm khử ẩm phục vụ cho sinh hoạt người q trình sản xuất có nhu cầu cần thiết Sau tính tốn xây dựng hệ thống điều hòa, chúng tơi tiến hành chế tạo mơ hình với thơng số kỹ thuật cơng suất máy lạnh 185W; diện tích dàn bay 0,082 m 2; diện tích dàn ngưng tụ 0,11 m2; ống mao với đường kính 1,6 mm Những thơng số lựa chọn phù hợp với áp suất nhiệt độ môi chất lạnh Đồng thời, đánh giá thơng số ảnh hưởng đến q trình hoạt động máy Kết chạy thử nghiệm hệ thống điều hòa ba chế độ khác nhau, cho thấy mơ hình xây dựng hoạt động ổn định, hiệu làm lạnh, sưởi ấm khử ẩm tốt, tiện ích cho q trình sử dụng Từ khóa: Máy điều hòa khơng khí; làm lạnh; sưởi ấm; khử ẩm; mơi chất lạnh Ngày nhận bài: 30/7/2019; Ngày hồn thiện: 08/8/2019; Ngày đăng: 12/8/2019 STUDY OF THE FABRICATION AND MODELS TEACHING SYSTEM AIR CONDITIONER THREE FUNCTIONS: COOLING - HEATING - DEHUMIDIFICATION Nguyen Cong Vinh*, Nguyen Thi Hong Nhung University of Technology and Education - University of Danang ABSTRACT This paper introduces the air conditioning system performs three functions cooling, heating and dehumidification serve human activities and manufacturing processes necessary as required After calculatiing and building air conditioning systems, we conducted manufacturing model with the technical specifications as 185W cooling capacity, the area of 0.082 m2 evaporator, 0.11 m2 condenser, capillary tube with a diameter of 1.6 mm Such parameters were selected to match the pressure and temperature of the refrigerant At the same time, several parameters affecting the operation of the machine were also evaluated Results test of the air conditioning systems, running in three different modes, showed that the model provided several advantages, including stable performance, efficient cooling, heating and dehumidification very good, convenient for use Keywords: Air conditioner; cooling; heating; dehumidification; refrigerant Received: 30/7/2019; Revised: 08/8/2019; Published: 12/8/2019 * Corresponding author Email: vinh240480@gmail.com http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 125 Nguyễn Cơng Vinh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Đặt vấn đề Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy điều khơng khí nước ta ngày tăng Việc chế tạo lắp đặt máy điều hòa thực hai chức làm lạnh khơng khí vào mùa hè sưởi ấm vào mùa đông triển khai ứng dụng nhiều thời gian qua [1] Tuy nhiên, bên cạnh việc khử ẩm khơng khí quan trọng, nghĩa cần tách lượng nước khỏi khơng khí (làm cho khơng khí khơ hơn) để ứng dụng vào q trình sản xuất số ngành công nghiệp cần thiết Xuất phát từ ý tưởng đó, chúng tơi tiến hành nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm mô hình giảng dạy máy điều hòa khơng khí tích hợp thực ba chức làm lạnh, sưởi ấm khử ẩm áp dụng hiệu giảng dạy kỹ thuật chuyên ngành Nội dung nghiên cứu 2.1 Sơ đồ nguyên lý trình làm việc hệ thống Hệ thống điều hòa khơng khí hoạt động theo chu trình ngược với bốn q trình nút mơ sau [2]: 204(11): 125 - 129 nhiệt độ áp suất thấp thu nhiệt môi trường cần làm lạnh (4-1) Các trình xây dựng đồ thị thể Hình Hình Sơ đồ nguyên lý tổng thể máy điều hòa khơng khí ba chức Theo đánh giá thực tế sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa Hình gồm phận sau: 1- máy nén; 2- dàn trao đổi nhiệt bên chia thành hai lớp; 3- dàn trao đổi nhiệt bên ngoài; 5- van đảo chiều; 6, 8các loại ống mao; 9- van chiều; thiết bị điều khiển; hệ thống đường ống dẫn; đồng hồ đo; cảm biến nhiệt độ độ ẩm Ngoài thiết bị khác lựa chọn phù hợp với máy Hình Sơ đồ ngun lý máy điều hòa khơng khí chế độ làm lạnh Hình Đồ thi T - s máy điều hòa Q trình nén đoạn nhiệt môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao nhiệt độ cao máy nén (1-2); trình ngưng tụ đa phần đẳng nhiệt, đẳng áp thiết bị ngưng tụ thải nhiệt cho mơi trường (2-3); q trình tiết lưu đẳng entanpi môi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp (3-4); cuối trình bay đẳng áp, đa phần đẳng nhiệt 126 Hình Sơ đồ nguyên lý máy điều hòa khơng khí chế độ sưởi ấm http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Nguyễn Cơng Vinh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN * Ở chế độ làm lạnh: Hơi cao áp sau khỏi máy nén đưa đến dàn trao đổi nhiệt bên (3) thải nhiệt cho mơi trường làm mát khơng khí, sau ngưng tụ lại thành lỏng cao áp qua van chiều (9) qua thiết bị tiết lưu ống mao (6) Tại đây, môi chất lạnh giảm áp suất nhiệt độ thành lỏng hạ áp đến dàn trao đổi nhiệt bên (2) thực trao đổi nhiệt làm mát khơng khí phòng Trong dàn bay hơi, mơi chất lạnh hóa hơi, máy nén (1) hút tiếp tục chu trình Đường mơi chất lạnh thể Hình * Ở chế độ sưởi ấm: Vào mùa đơng, cần sưởi ấm khơng khí phòng, lúc dàn trao đổi nhiệt bên (2) bên ngồi (3) hốn đổi đổi cho nhờ hai van đảo chiều (4 5) Cần ý điều, trình hoạt động để tránh trường hợp đóng băng nhiều dàn bay Chúng ta cần cài đặt chế chộ sưởi ấm cho dàn cách đảo chiều chuyển động môi chất lạnh Dàn ngưng tụ trở thành dàn bay đường môi chất lạnh thể Hình Do yêu cầu tăng trở lực dòng chảy [2] máy điều hòa làm việc chế độ sưởi ấm, cần phải bố trí thêm đoạn ống mao phụ (7) Tuy nhiên, chế độ làm lạnh, đoạn ống mao phụ ngắt nhờ van chiều (9) Đường môi chất lạnh thể Hình 204(11): 125 - 129 lớp, lớp ngồi đóng vai trò dàn bay hơi, lớp đóng vai trò dàn ngưng tụ Qúa trình khử ẩm thiết phải có hai q trình xử lý khơng khí theo thứ tự: Khơng khí phòng qua dàn bay Tại khơng khí làm lạnh, ẩm ngưng tụ thải ngồi Sau khơng khí khô qua dàn ngưng tụ (lớp trong) gia nhiệt để hạ thấp độ ẩm tương đối nhằm làm tăng khả nhận ẩm khơng khí phòng Hơi cao áp từ máy nén vào dàn trao đổi nhiệt bên (3) lớp dàn (2) Lỏng cao áp từ dàn (3) theo nhánh ống mao (6), lỏng cao áp từ lớp dàn (2 ) theo ống mao phụ (8) để vào dàn bay (phần phía trước dàn 2) Đường mơi chất lạnh thể Hình Hình Mơ hình máy điều hòa ba chức Hình Sơ đồ ngun lý máy điều hòa khơng khí chế độ khử ẩm * Ở chế độ khử ẩm: Khi cần giảm bớt lượng ẩm khơng khí phòng, chuyển sang chạy chế độ khử ẩm Với cách bố trí dàn trao đổi nhiệt chia thành hai http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Để thực ba chức khác nhau, hệ thống cần phải sử dụng van đảo chiều có (4 cửa) van đảo chiều có (3 cửa) Mơi chất lạnh chuyển động đường ống thay đổi chế độ khác tùy theo mục đích nhu cầu sử dụng Q trình đảo chiều chế độ khoảng 10 giây Trong trình đảo chiều xảy tượng nóng có áp suất cao tràn vào đường hút Áp suất đầu đẩy tụt xuống chút lại trở giá trị ban đầu Áp suất tăng lên lại dần hạ 127 Nguyễn Công Vinh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN xuống Cường độ dòng điện tăng lên chút từ từ trở lại giá trị ổn định ban đầu Diễn biến áp suất cường độ dòng điện khơng diễn đột ngột Để đảm bảo van đảo chiều làm việc bình thường, chênh lệch áp suất hai bên cao áp hạ áp phải đạt 3,5 bar [3] 204(11): 125 - 129 Kết vận hành máy 2.2 Chế tạo mơ hình Trong mơ hình máy điều hòa khơng khí thiết kế chế tạo Hình 6, nhiệt độ ngưng tụ mơi chất lạnh R22 khảo sát 450C tương ứng với áp suất 16,5 bar nhiệt độ bay 50C tương ứng với áp suất 5,5 bar Khả bay hấp thụ lượng xét đến mục Với thông số ban đầu chọn máy nén kín cơng suất lạnh 185W; môi chất lạnh R22; nhiệt độ ngưng tụ tk = 450C; nhiệt độ bay t0 = 50C; dựa vào đồ thị, tra bảng tính nội suy Kết xác định thông số trạng thái điểm nút chu trình đại lượng sau [3]: - Năng suất lạnh riêng chu trình: q0 = i1’i4 = 159 (kJ/kg) - Năng suất nhiệt ngưng tụ riêng: qk = i2 - i3 = 193 (kJ/kg) - Công nén riêng: l = i2 – i1 = 34 (kJ/kg) - Lưu lượng hút vào xy lanh máy nén: m Q 185   0,00032 (kg/s) q 159 Hình Các thiết bị đo vận hành máy Trong q trình hoạt động máy điều hòa khơng khí, chúng tơi sử dụng thiết đo Hình gồm: - Đồng hồ để đo áp suất môi chất lạnh hệ thống phần cao áp hạ áp - Biến trở để cài đặt nhiệt độ phòng theo ý muốn, đạt nhiệt độ máy tự động ngừng hoạt động - Nhiệt kế để theo dõi thay đổi nhiệt độ phòng - Ẩm kế để theo dõi thay đổi độ ẩm tương đối phòng - Ampe kìm để theo dõi cường độ dòng điện q trình máy hoạt động kiểm tra lượng ga nạp vào - Diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng tụ tính theo [4]: Fk  Qk Qk  ; (m2) q k k k t k - Diện tích trao đổi nhiệt dàn bay tính theo [4]: F0  Q  Q q0 k t ; (m2) Theo [5] chọn độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Δtk = 60K; Δt0 = 70K ; suất nhiệt ngưng tụ Qk = m.qk = 223,5 W ; suất lạnh máy nén Q0 = 185 W ; hệ số truyền nhiệt kk = 342 W/m2.K ; hệ số truyền nhiệt k0 = 320 W/m2.K Kết tính tốn Fk = 0,011 m2 ; F0 = 0,082 m2 128 Hình Sự thay đổi nhiệt độ ẩm chế độ làm lạnh * Với điều kiện ban đầu chế độ làm lạnh vào mùa hè (nhiệt độ trung bình môi http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Nguyễn Công Vinh Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN trường 380C, độ ẩm tương đối 76%, thời gian máy hoạt động 60 phút) Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, nhiệt độ phòng lạnh hạ thấp nhanh chênh lệch nhiệt môi chất lạnh môi trường lớn, sau q trình diễn chậm lại Độ ẩm tương đối khơng khí ẩm giảm dần từ 76% xuống 52 % lượng ẩm tách dạng nước ngưng Cường độ dòng điện áp suất làm việc máy ổn định suốt trình làm việc Sự thay đổi nhiệt độ độ ẩm khơng khí phòng thể Hình * Với điều kiện ban đầu chế độ sưởi ấm vào mùa đơng (nhiệt độ trung bình mơi trường 200C, độ ẩm tương đối 81%, thời gian máy hoạt động 60 phút) Lúc van đảo chiều chuyển sang chế độ sưởi ấm, môi chất lạnh từ máy nén vào dàn trao đổi nhiệt phòng Nhiệt độ phòng nâng dần lên đến 270C, độ ẩm tương đối khơng khí ẩm thay đổi khơng đáng kể, cường độ dòng điện áp suất làm việc máy ổn định suốt trình làm việc Để tránh đóng băng dàn trao đổi nhiệt phía ngồi, chúng tơi đảo chiều mơi chất lạnh hai dàn Sự thay đổi nhiệt độ độ ẩm khơng khí phòng thể Hình 204(11): 125 - 129 dạng nước ngưng, qua dàn nóng phía để hạ thấp độ ẩm tương đối nhằm tăng cường khả nhận ẩm khơng khí nguồn ẩm phòng Trong q trình hoạt động để thấy vai trò khử ẩm, điều chỉnh lượng môi chất lạnh vào hai dàn cho lượng nước tách nhiều tốt máy nén không bị tải Quan sát cho thấy, máy hoạt động chế độ khử ẩm, lượng nước tách nhiều chế độ làm lạnh Tuy nhiên, lượng nước không khí ngưng tụ phụ thuộc nhiều yếu tố [5] kết cấu dàn lạnh; tốc độ gió; hiệu nhiệt độ vào Vấn đề nghiên cứu kỹ số báo Kết luận Dựa trình thiết lập sở lý thuyết, chế tạo thành công mô hình giảng dạy thực hành, áp dụng hiệu giảng dạy kỹ thuật chuyên ngành Kết cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, an tồn tiện ích cho q trình sử dụng So với máy điều hòa khơng khí hai chức năng, hệ thống bổ sung thêm van đảo chiều (5) kết cấu dàn trao đổi nhiệt (2) có thay đổi thực tích hợp ba chức năng, điều nói lên tiện ích hệ thống Tuy nhiên trình vận hành, lắp đặt, hư hỏng chi phí ban đầu hệ thống tăng lên đáng kể Lời cám ơn “Nghiên cứu tài trợ Quỹ phát triển Khoa học Công nghệ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng đề tài Cấp sở năm 2019” TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Sự thay đổi nhiệt độ ẩm chế độ sưởi ấm * Khi cần tăng cường khử ẩm phòng để làm khơng khí khơ hơn, lúc van đảo chiều chuyển sang chế độ khử ẩm, đồng thời dàn trao đổi nhiệt bên (3) lớp dàn (2) đóng vai trò dàn nóng Khơng khí khử ẩm dàn lạnh lượng ẩm tách http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn [1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở Nxb Giáo dục, năm 2007 [2] J.P Holman, Heat Transfer Tenth Edition, McGraw-Hill International Edition, 2009 [3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận, Kỹ thuật lạnh ứng dụng Nxb Giáo dục, năm 2009 [4] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Bài tập Kỹ thuật lạnh Nxb Giáo dục, năm 1998 [5] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt Nxb Khoa học Kỹ thuật, năm 1999 129 130 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... hành nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm mơ hình giảng dạy máy điều hòa khơng khí tích hợp thực ba chức làm lạnh, sưởi ấm khử ẩm áp dụng hiệu giảng dạy kỹ thuật chuyên ngành Nội dung nghiên cứu 2.1... phụ (8) để vào dàn bay (phần phía trước dàn 2) Đường mơi chất lạnh thể Hình Hình Mơ hình máy điều hòa ba chức Hình Sơ đồ ngun lý máy điều hòa khơng khí chế độ khử ẩm * Ở chế độ khử ẩm: Khi cần... HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN Đặt vấn đề Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy điều khơng khí nước ta ngày tăng Việc chế tạo lắp đặt máy điều hòa thực hai chức làm lạnh khơng khí vào mùa hè sưởi ấm vào mùa đơng