Thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh vận hành kết hợp hệ thống điều hòa không khí Water Chiller

Bài viết này trình bày nghiên cứu thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh để vận hành kết hợp với hệ thống điều hòa không khí Water Chiller công suất 360.000 BTU/h. Chất tải lạnh và chất trữ lạnh được sử dụng cho bồn tích trữ lạnh là nước. Vật liệu chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cho bồn tích trữ là nhựa PVC.

26 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỒN TÍCH TRỮ LẠNH VẬN HÀNH KẾT HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ WATER CHILLER DESIGN AND FABRICATION OF COLD THERMAL ENERGY STORAGE TANK TO OPERATE IN WATER CHILLER AIR-CONDITIONING SYSTEM Trần Thanh Huy, Nguyễn Xuân Viên, Đoàn Minh Hùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Ngày soạn nhận 16/4/2020, ngày phản biện đánh giá 26/4/2020, ngày chấp nhận đăng 8/5/2020 TÓM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh để vận hành kết hợp với hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller cơng suất 360.000 BTU/h Chất tải lạnh chất trữ lạnh sử dụng cho bồn tích trữ lạnh nước Vật liệu chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cho bồn tích trữ nhựa PVC Trong báo này, thơng số vận hành hệ thống tích trữ lạnh thể dựa trình nghiên cứu thực nghiệm Các kết nhiệt độ bồn tích trữ nạp tải, nhiệt độ chất tải lạnh chất trữ lạnh thực trình xả tải thời gian xả tải Các kết hiệu trao đổi nhiệt dàn trao đổi nhiệt bên bồn tích trữ lạnh, độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào khỏi dàn trao đổi ln trì từ đến ºC Thiết kế phù hợp để sử dụng hệ thống tích trữ lạnh ứng dụng làm mát Từ khóa: Tích trữ lạnh; Water chiller, Điều hịa khơng khí; Thiết bị trao đổi nhiệt; Tiết kiệm lượng ABSTRACT This paper presents a study on the design and fabrication of cold thermal energy storage tank to operate in Water Chiller air-conditioning system with cooling capacity of 360.000 BTU/h Water is used as the heat transfer fluids in cold storage tank The polyvinyl chloride pipe (PVC) is used to fabricate the heat exchanger In this work, the investigation of system properties is based on an experimental study The results indicate the operation properties such as the cold storage tank temperature in load-charging, heat transfer fluids temperature in load-discharging, load-discharging time In addition, the results also show the heat transfer efficiency of heat exchanger in the cold thermal energy storage tank is acceptable The temperature difference of the inlet and outlet heat transfer fluid in heat exchanger is maintained from to ºC This is a suitable design for use cold thermal storage system in cooling applications Keywords: Cold Energy Storage; Water chiller; Heat exchanger; Energy saving; Air-conditioning TỔNG QUAN Hiện nay, cơng nghệ tích trữ lạnh trọng nghiên cứu để ứng dụng hệ thống điều hịa khơng khí PGS.TS Nguyễn Thế Bảo cộng nghiên cứu tính tốn thiết kế bồn tích trữ với suất tích trữ lạnh 4000 kW/h [1] thời gian tích trữ lạnh 10 dựa nguyên lý dạng băng tan nước chảy ống sử dụng chất chuyển đổi pha (PCM) Glycol Bên cạnh tác giả cịn sâu vào phân tích chi phí tiết kiệm việc sử dụng cộng nghệ tích trữ lạnh Nghiên cứu phù hợp việc ứng dụng cho tòa nhà Việt Nam nhằm góp phần vào tiết kiệm điện chi phí vận hành Vy [2] nghiên cứu đánh giá tiềm ứng dụng cơng nghệ tích trữ lạnh cho hệ thống điều hịa khơng khí nước ta với Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh mục đích nâng cao hiệu sử dụng để tiết kiệm lượng Bên cạnh đó, luận văn đề cập đến phương pháp tính tốn thiết kế bồn tích trữ lạnh so sánh lợi ích sử dụng hệ thống tích trữ lạnh với hệ thống khơng sử dung tích trữ lạnh Nêu điều kiện phát triển cơng nghệ tích trữ lạnh nước ta cịn mẻ đồng thời hướng sử dụng điều hịa khơng khí cho hộ gia đình nước ta Hương [3] nghiên cứu đánh giá tiềm tính tốn thiết bị cho cơng nghệ tích trữ lạnh để ứng dụng hệ thống Water Chiller sân bay Đà Nẵng Bên cạnh đó, báo tập trung đến việc ứng dụng nêu lên tầm quan trọng tích trữ lạnh hệ thống điều hịa khơng khí Việc đánh giá so sánh chi phí ứng dụng cơng nghệ tích trữ lạnh hệ thống điều hịa khơng khí nước ta Tác giả nguyên nhân chưa thương mại hóa cơng nghệ tích trữ lạnh nước ta, nguyên nhân chi phí đầu tư cho công nghệ cao so với điều kiện kinh tế nước ta Wen-Shing Lee cộng [4] nghiên cứu trữ băng cho hệ thống điều hịa khơng khí văn phịng tịa nhà Kết rằng, với tham số thích hợp, thuật tốn dịng hạt có hiệu áp dụng cho việc tối ưu hóa hệ thống điều hịa khơng khí tích trữ băng Ngồi ra, lựơng tối ưu thu từ bể trữ đá cho hệ thống Kết nghiên cứu việc tối ưu hóa dịng hạt áp dụng hiệu việc sử dụng hệ thống điều hịa khơng khí kết hợp cơng nghệ tích trữ lạnh, xem xét yếu tố hạn chế hệ thống khác, vấn đề tiêu thụ lượng đồng thời đề cập đến việc phát thải khí CO2 Chengchu Yan cộng [5] phát triển hệ thống lưu trữ phức hợp kết hợp lưu trữ băng theo mùa ống nung nhiệt với hệ thống lưu trữ nước lạnh Hệ thống chứa đá 27 theo mùa tự động trữ lượng lạnh dạng băng vào mùa đông Vào mùa hè, băng bảo quản trích xuất để làm mát, sau băng tan sử dụng phương tiện làm lạnh để trữ nước ướp lạnh Nghiên cứu thiết kế ứng dụng tòa nhà Bắc Kinh Các kết cho thấy kết hợp thích hợp hai loại tích trữ lạnh cải thiện đáng kể khả ứng dụng kho dự trữ lạnh theo mùa giảm chi phí vịng đời hệ thống làm lạnh lên tới 40% Benjamin cộng [6] giới thiệu hệ thống tích trữ kết hợp tích trữ băng theo mùa Hệ thống tích trữ lạnh vào mùa đơng dạng băng Vào mùa hè, băng bảo quản trích xuất để làm lạnh sau băng tan sử dụng phương tiện làm lạnh để trữ nước trữ lạnh A Lopez-Navarro cộng [7] thể đường cong enthalpy, nhiệt độ mật độ cụ thể đo cho chất parafin Hiệu suất bể phân tích dựa chất biến đổi pha, hiệu quả, phần phản ứng tổng lượng nhiệt truyền bể Kết cho thấy đạt đến 78% cơng suất tối đa vòng Hiệu hoạt động chủ yếu kiểm soát nhiệt độ cung cấp ảnh hưởng tốc độ dịng chảy gần khơng đáng kể E Oró cộng [8] nghiên cứu xem xét tính vật liệu chuyển đổi pha (PCM), đóng kín, làm tăng truyền nhiệt, ảnh hưởng tích trữ lạnh chất lượng thực phẩm Hơn 88 mẫu vật liệu sử dụng làm chất biến đổi pha khoảng 40 chất biến đổi pha có sẵn tính thương mại Nhiều ứng dụng chất biến đổi pha nhiệt độ thấp tìm thấy, chẳng hạn như, trữ đá H.S Bao cộng [9] nghiên cứu hệ thống làm lạnh hấp thụ nhiệt Mangan clorua amoni clorua sử dụng muối nhiệt độ cao muối nhiệt 28 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh độ thấp tương ứng ammoniac sử dụng phản ứng khí Kết hoạt động hiệu hoạt động (COP) suất lạnh riêng (SCP) đánh giá nhiệt độ nguồn nhiệt khác (140 đến 170 °C) nhiệt độ làm lạnh (-15 đến °C) COP thu điều kiện dao động từ 0,20 đến 0,31, suất lạnh riêng (SCP) dao động từ 87 đến 125 W kilogram MnCl, tùy thuộc vào công việc, điều kiện loại hình sử dụng Tadafumi cộng [10] nghiên cứu vật liệu lưu trữ tạo thành đá bột trì dung tích lớn cho nhiệt độ làm việc Chất rắn kết hợp bề mặt truyền nhiệt hình thành lớp chịu nhiệt giảm đáng kể tỷ lệ lưu trữ Do đó, điều quan trọng để tránh kết tinh lớp rắn dày bề mặt để thực hiệu q trình tích trữ lượng Tetra-n-butyl amoni bromua (TBAB) clathrat hydrate có tính chất vật liệu lưu trữ hiệu Lucio Melone cộngsự [11] sử dụng nguyên liệu vật liệu thay đổi pha (PCM) để thiết kế tích trữ lạnh Các vật liệu thu cho thấy khả trì nhiệt độ bên trong khoảng thời gian gấp 10 lần so sánh với vật liệu cellulose tương tự có độ dày cm Kết thí nghiệm đánh giá cách xem xét tham số nhiệt vật liệu đồng Nuno Vitorino cộng [12] nghiên cứu dung dịch ngậm nước graphite hình dạng ổn định việc bổ sung collagen vật liệu biến đổi pha cho trữ lạnh với tính dẫn nhiệt tăng lên Độ dẫn nhiệt tăng gấp đôi cách thêm khoảng 20% trọng lượng graphite Phản ứng thoáng qua từ -10°C đến nhiệt độ phòng cho thấy thay đổi pha xảy khoảng 0°C, xác nhận cách theo dõi nhiệt độ trung tâm tế bào hình trụ Trong nghiên cứu này, hệ thống bồn tích trữ lạnh thiết kế chế tạo để vận hành kết hợp với hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller cơng suất 360.000 BTU/h Hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller bồn tích trữ lạnh đặt Xưởng Nhiệt Lạnh, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Các nghiên cứu thực nghiệm thực nhằm đánh giá hiệu hoạt động bồn tích trích lạnh, từ phát triển mơ hình hệ thống cho ứng dụng lĩnh vực điều hịa khơng khí lĩnh vực khác CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết tính tốn Việc tính toán lý thuyết để đưa sở thiết kế thực dựa phương trình sau [13,14]: F= Q0 (1) k × ∆t0 Trong đó: 𝑄0 – Phụ tải lạnh cho bồn tích trữ, W k - Hệ số truyền nhiệt W/𝑚2 K ∆t – Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit Hệ số tỏa nhiệt chất tải lạnh chảy bên ống ∝1 : Hệ số tỏa nhiệt chất tải lạnh chảy ống ∝𝟏 xác định sau: Nhiệt độ trung bình là: 𝑡𝑇𝐵 = 0.5 (t’’ + t’) (2) Với nhiệt độ này, tra bảng thông số lý chất lỏng bão hịa tìm được: 𝜌1 , 𝐶𝑝1 ,𝜆1 , 𝑣1 ; Pr1 = (Trong a = 𝜆1 𝐶𝑝1 𝑣1 a = µ𝐶𝑝1 𝜆1 ) Lưu lượng chất tải lạnh cần làm lạnh qua bình bốc với ∆𝑡0 = 50 C 𝐺Pr.Gly = Q Cp1 × ∆t0 (3) Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Chất tải lạnh chuyển động ống vào bồn tích trữ lạnh phân thành nhánh, lưu lượng nhánh là: G1 = z 𝜔1 = πd21 Với nhiệt độ Tm , tra bảng thông số lý chất tích trữ lạnh đường bão hịa có được: ρ2 ; Cp2 ; λ2 , ν2 , Pr2 × ω1 × ρ1 (4) G1 (5) z.π.d21 ρn1 𝑅𝑒𝑓1 = 29 ω1 × d1 (6) ν1 Nếu 𝑅𝑒𝑓1 > × 104 , chất lỏng chuyển động rối ống, theo cơng thức tính được: 0.8 Nuf1= 0.021× (Ref1 ) × εl × εR 0.43 × (Prr1 ) ×A (7) Khi giả thuyết chiều dài nhánh ống L lớn 50d có hệ số εl=1 Ở phần uống cong ống nhỏ so với toàn chiều dài ống nằm ngang nên hệ số εR = 1, A = λ α1 = Nuf1 × d1 (8) Hệ số trao đổi nhiệt nước bên ngồi ống ∝2 : q trình trao đổi nhiệt qua vách thể hình Tính hệ số tỏa nhiệt chất tích trữ lạnh bên ống ∝𝟐 sau: Theo tiêu chuẩn Grashoft tính được: G𝑟2 = g.β2 d32 ∆t ν2water (10) Với β2 - hệ số giản nở nhiệt, 1/độ), tra theo bảng thông số vật lý nước đường bảo hòa Ra2 = (Gr2 Pr2 ) (11) Nu2 = C.Ran2 (12) Với 𝑅𝑎2 , tra bảng 10.1 [13] tìm C, n Nu2 = C.Ran2 (13) λ 𝛼2 = 𝑁𝑢2 × d2 (14) Hệ số truyền nhiệt: k d 1  ln  d  2 d1 d  (15) Tính độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Theo tài liệu [13], độ chênh nhiệt độ trung bình tính cơng thức: Tính độ chênh nhiệt độ trung bình: ∆t= ∆t′ − ∆t′′ ∆t′ ln ′′ ∆t ∆t ′ = t1′ − t ′2 ∆t ′′ = t1′′ − t ′2 Diện tích bề mặt trao đổi bên ống là: F = Q0 k ×∆t (16) Tính số ống dàn: Hình Sơ đồ truyền nhiệt qua vách trụ Tm = 0.5×(tw2 + 𝑡𝑓2 ) ∆t = tw2 - t f2 Chọn chiều dài ống L (9) n= F1 π × d2 ×L (17) 30 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 2.2 Thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh Hệ thống bồn tích trữ lạnh thiết kế với kích thước tương ứng chiều dài × chiều rộng × chiều cao: 2950mm × 1800mm × 1480mm Bên bồn tích trữ lạnh bố trí dàn trao đổi nhiệt có cấu tạo gồm 81 ống nhựa PVC chia làm hàng ống, hàng có ống Các hàng ống kết nối với góp đầu vào góp đầu Bộ góp có đường kính 150mm, chiều dài 1480mm, dùng để phân bố lưu lượng chất tải lạnh từ dàn FCU vào dàn trao đổi nhiệt bồn tích trữ lạnh Bộ góp có kích thước 300mm × 150mm × 1480mm dùng để tập trung chất tải lạnh sau thực trình trao đổi nhiệt dàn trao đổi nhiệt bơm để phân phối đến dàn FCU Bồn tích trữ lạnh bọc cách nhiệt vật liệu thủy tinh xốp Chiều dày lớp cách nhiệt cho vách bồn 100mm, chiều dày lớp cách nhiệt đáy bồn 200mm Hình thể sơ đồ thiết kế bồn dàn trao đổi nhiệt theo phương hình chiếu chiếu cạnh Mơ hình thiết kế 3D hệ thống tích trữ lạnh thể hình Hình Sơ đồ thiết kế trao đổi nhiệt (hình chiếu cạnh) 1-Dàn trao đổi nhiệt; 2-Bộ góp trên; 3-Bộ góp dưới; 4-Ống dẫn chất trữ lạnh từ bình bay về; 5-Ống dẫn chất trữ lạnh từ bồn tích trữ tới bình bay hơi; 6-Nắp bồn; 7-Ống dẫn chất tải lạnh từ FCU góp trên; 8-Ống dẫn chất tải lạnh từ góp đến FCU Hình Mơ hình thiết kế 3D bồn tích trữ lạnh Hình Sơ đồ thiết kế trao đổi nhiệt (hình chiếu bằng) Dựa sở nghiên cứu tính tốn thiết kế bồn tích trữ lạnh, bồn tích trữ chế tạo có kích thước chiều dài × chiều rộng × chiều cao: 2950 mm × 1800 mm × 1480 mm Bồn tích trữ gia cơng vật liệu sắt dày 1,2 mm, kết cấu bồn tích trữ bao gồm: Khung bồn gia cơng thép V50 × 50 × mm nhằm gia cố kiên cố cho vách bồn, ống góp vật liệu sắt đường kính 150 mm, góp có kích thước 300 mm × 150 mm × 1480 mm nơi góp nước trước bơm hút bơm phân phối đến FCU Bố trí kết cấu bao che cho bồn với chiều dày cách Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh nhiệt vách 100 mm, cách nhiệt đáy bồn có chiều dày 200 mm, vật liệu cách nhiệt thủy tinh xốp PE-OPP Lớp cách nhiệt cố định khung thép U65mm lớp tôn cách nhiệt bao bọc Bộ trao đổi nhiệt đặt bồn dựa kích thước nghiên cứu, tính tốn thiết kế, vật liệu chế tạo trao đổi nhiệt nhựa PVC có đường kính 21 mm Bộ trao đổi nhiệt gồm hàng ống ngang hàng ống dọc bố trí cách 135 mm theo phương đứng tính từ tâm ống, bố trí cách 200 mm theo phương ngang tính từ tâm ống Các hàng ống kết nối với góp đầu vào kết nối với góp đầu Các đường ống cố định phương pháp treo kẽm Bảng thể thông số kích thước hình học bồn tích trữ lạnh Cách bố trí trao đổi nhiệt bên bồn tích trữ lạnh thể hình Hình thể hệ thống bồn tích trữ lạnh chế tạo hoàn chỉnh lắp đặt xưởng Nhiệt, Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 31 1-Vách bồn; 2-Dàn ống trao đổi nhiệt; 3-Ống góp; Nắp bồn; 5-Vách cách nhiệt Hình Hình ảnh bố trí trao đổi nhiệt bồn tích trữ lạnh Bảng Thơng số hình học bồn tích trữ Thơng số hình học Kích thước Chiều dài (L) 2950 mm Chiều rộng (W) 1800 mm Chiều cao (H) 1780 mm Đường kính ống nhựa PVC (d) 21.4 mm Chiều dài ống trao đổi nhiệt 2500 mm Khoảng cách ống theo phương ngang 200 mm Mơ hình thí nghiệm hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller ứng dụng cơng nghệ tích trữ lạnh bao gồm cụm Water Chiller bồn tích trữ lạnh Quá trình thực nghiệm chia làm hai bước: Khoảng cách ống theo phương đứng 135 mm  Bước 1: vận hành hệ thống water chiller để thực q trình nạp tải Đường kính góp 150mm Kích thước góp 300×150×1800 mm  Bước hai: dừng chế độ vận hành hệ thống water chiller, tiến hành vận hành hệ thống tích trữ lạnh Chiều dày lớp cách nhiệt vách 100 mm Chiều dày lớp cách nhiệt đáy 200 mm Hình Hệ thống bồn tích trữ lạnh sau chế tạo lắp đặt THIẾT LẬP MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM Trong nghiên cứu này, mơ hình thực nghiệm sử dụng nước làm chất trữ lạnh chất 32 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tải lạnh Hệ thống Water Chiller vận hành để làm lạnh chất trữ lạnh nhiệt độ ºC Trong trình vận hành hệ thống water chiller, tiến hành bố trí cảm biến nhiệt độ để xác định thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh theo thời gian Sau đạt nhiệt độ trữ lạnh, hệ thống water chiller dừng hoạt động, tiến hành vận hành hệ thống tích trữ lạnh Vận hành bơm để cấp nước lạnh từ bồn tích trữ đến FCU phịng Lắp đặt cảm biến nhiệt để xác định nhiệt độ chất trữ lạnh bồn, nhiệt độ chất tải lạnh khỏi góp đến FCU, nhiệt độ từ FCU góp trên, nhiệt độ phịng Đồng thời theo dõi công suất điện tiêu thụ vận hành hệ thống Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm thể hình KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh trình nạp tải Khi vận hành hệ thống điều hịa khơng khí water chiller kết hợp bồn tích trữ lạnh, nước bơm vào bồn tích trữ lạnh Hình thể thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh theo thời gian Kết nhiệt độ lúc khởi động đo 29 ºC Sau trình nạp lạnh diễn 20 phút, nhiệt độ giảm từ 29 ºC xuống 26,3 ºC, lượng tích trữ bồn tăng dần Sau 80 phút vận hành hệ thống, nhiệt độ chất trữ lạnh giảm xuống tương ứng với thời gian 22,5 ºC Thực nghiệm khảo sát q trình tích trữ lạnh cho thấy nhiệt độ có xu hướng giảm dần ổn định theo thời gian trình trao đổi nhiệt bồn tích trữ lạnh diễn ổn định, kết cấu bao che cho bồn tích trữ đảm bảo tránh tổn thất nhiệt môi trường Kết sau 300 phút vận hành hệ thống, bồn tích trữ lạnh tích trữ với chất trữ lạnh đạt nhiệt độ tích trữ ºC Mức nhiệt độ giảm trung bình 1,0 ºC/12 phút Hình Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh thực trình nạp tải 4.2 Sự thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh thực trình xả tải 1-Máy nén; 2-Bình ngưng tụ; 3- Bình bay hơi; 4- Van tiết lưu; 5-Bơm nước lạnh; 6-Tháp giải nhiệt; 7- Bồn tích trữ lạnh; 8-FCU (Fan Coil Unit); 9-Các cảm biến nhiệt Hình Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm Hình thể thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh vào khỏi dàn trao đổi nhiệt thực trình xả tải Nhiệt độ chất tải lạnh trước vận hành 21,7 ºC 18,1 ºC tương ứng vị trí đầu vào góp đầu góp dưới, q trình nạp tải Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh lượng chất tải lạnh dàn trao đổi nhiệt hai góp thực trình trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ chất tải lạnh giảm xuống Sau thời gian xả tải 20 phút, nhiệt độ chất tải lạnh vào dàn trao đổi nhiệt có xu hướng tăng nhẹ trở lại, nhiệt độ chất tải lạnh khỏi góp 18,5 ºC, nhiệt độ chất tải lạnh từ FCU góp 21,9 ºC Điều độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào FCU 3,4 ºC, chất tải lạnh vào FCU thực trình trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ chất tải lạnh tăng lên Tương tự, sau 220 phút thực trình xả tải, nhiệt độ chất tải lạnh khỏi góp 20,4 ºC, nhiệt độ chất tải lạnh từ FCU góp 23,5 ºC Độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào FCU 3,1 ºC Sau 440 phút, nhiệt độ chất tải lạnh khỏi góp 22,4 ºC, nhiệt độ chất tải lạnh từ FCU góp 25,3 ºC Độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào FCU 2,9 ºC Độ chênh nhiệt độ có xu hướng giảm xuống so với thời gian đầu, điều xảy nhiệt độ chất tích trữ lạnh bồn tăng lên thực trình xả tải Như thể hình 10, thời điểm bắt đầu xả tải, nhiệt độ chất trữ lạnh ºC Tại thời điểm 440 phút, nhiệt độ chất trữ lạnh 13,7 ºC tương ứng với nhiệt độ chất tải lạnh vào dàn trao đổi nhiệt 22,4 ºC 25,3 º C thời điểm Hình Sự thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh thực trình xả tải 33 Hình 10 Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh thực trình xả tải 4.3 Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí khỏi FCU thực trình xả tải Sau q trình tích trữ lạnh giờ, q trình xả tải thực Chất tải lạnh bơm đẩy qua dàn trao đổi nhiệt để thực trình trao đổi nhiệt, giảm nhiệt độ Chất tải lạnh có nhiệt độ thấp phân phối đến FCU có tổng cơng suất lạnh 25 kW đặt không gian 400 m2 Khi bắt đầu thực q trình xả tải, nhiệt độ phịng 34 ºC Sau 20 phút, nhiệt độ khơng khí khỏi FCU 20 ºC, nhiệt độ phòng giảm xuống 28 ºC Tại thời điểm sau 40 phút, nhiệt độ khơng khí khỏi FCU 21 ºC, nhiệt độ phòng giảm xuống 24 ºC Sau trình vận hành xả tải 440 phút, nhiệt độ khơng khí khỏi FCU có tăng nhẹ trì nhiệt độ 23 ºC, nhiệt độ phịng 26 ºC, nhiệt độ phịng ln có xu hướng ổn định Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí khỏi FCU thể hình 11 Hình 11 Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí khỏi FCU thực trình xả tải 34 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh KẾT LUẬN Hệ thống bồn tích trữ lạnh thiết kế chế tạo dựa kế thừa nghiên cứu, phân tích đánh giá ngồi nước cơng nghệ tích trữ lạnh ứng dụng hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller Hệ thống đưa vào vận hành thử nghiệm thu số kết cụ thể sau: - Nghiên cứu giá trị nhiệt độ vận hành hệ thống tích trữ lạnh như: nhiệt độ tích trữ, nhiệt độ chất tải lạnh chất trữ lạnh xả tải, thời gian xả tải - Quá trình trao đổi nhiệt hiệu của dàn trao đổi nhiệt bên bồn tích trữ lạnh Độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào khỏi dàn trao đổi nhiệt ∆t=3˗4 ºC - Việc bố trí cách nhiệt cho bồn tích trữ ảnh hưởng lớn đến khả tích trữ lạnh, sau 72 không vận hành nhiệt độ bồn tăng 3,1 ºC từ 13,7 ºC lên 16,8 ºC Điều hiệu cách nhiệt tốt điều kiện nhiệt độ môi trường cao Trong nghiên cứu này, bồn tích trữ lạnh thiết kế để vận hành kết hợp với hệ thống điều hịa khơng khí Water chiller, hệ thống kết hợp sử dụng vịng tuần hồn mơi chất qua bình bay hơi, khơng sử dụng thêm dàn lạnh trực tiếp bồn tích trữ nhằm tiết kiệm chi phí Ống nhựa PVC có giá thấp ống đồng nhiều nên giảm chi phí chế tạo, lắp đặt cách đáng kể Hơn nữa, nghiên cứu tiếp theo, bồn tích trữ nghiên cứu, vận hành dạng tích trữ băng có sử dụng chất biến đổi pha Nên việc sử dụng ống nhựa PVC phù hợp với yêu cầu kinh tế kỹ thuật Bảng ký hiệu đơn vị Ký hiệu F Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Qo Năng suất lạnh bồn tích trữ Đơn vị m2 kW W/𝑚2 K k Hệ số truyền nhiệt ∆t Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit α Hệ số tỏa nhiệt ρ Khối lượng riêng ν Hệ số nhớt động học λ Hệ số dẫn nhiệt W/m.K Cp Nhiệt dung riêng đẳng áp kJ/kg.K G Lưu lượng khối lượng kg/s d Đường kính ống mm L Chiều dài ống mm ω Vận tốc chất tải lạnh m/s z Số nhánh ống n Số ống ºC W/m2.K kg/m3 m2/s Re Hệ số Reynold Ra Hệ số Rayleigh Nu Hệ số Nusselt Pr Hệ số Prandtl Gr Hệ số Grashof LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ Giáo Dục Đào Tạo hỗ trợ tài cho nghiên cứu (Mã dự án: B2019-SPK-02; Hợp đồng số: 02/HĐKHCN) Bên cạnh đó, nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Bộ môn Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh hỗ trợ, tư vấn cho nghiên cứu Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] TS Nguyễn Thế Bảo Nghiên cứu khả dùng công nghệ tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngồi ống hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 10, số - 2007 Vy NTT Nghiên cứu tiết kiệm lượng bồn tích trữ lạnh Luận văn thạc sỹ, đại học Đà Nẵng, 2011 Hương LTV Nghiên cứu thiết kế thiết bị tích trữ lạnh cho hệ thống điều hồ khơng khí Water Chiller sân bay Đà Nẵng Luận văn thạc sỹ, đại học Đà Nẵng, 2014 Wen-Shing Lee, Yi–Ting Chen, Ting-Hau Wu Optimization for ice-storage air conditioning system using particle swarm algorithm Applied Energy 86, pp.1589-1595, 2009 Chengchu Yan, Wenxing Shi, Xianting Li, Yang Zhao Optimal design and application of a compound cold storage system combining seasonal ice storage and chilled water storage Applied Energy 171, pp.1-11, 2016 Benjamin L Ruddell, Francisco Salamanca, Alex Mahalov Reducing a semiarid city’s peak electrical demand using distributed cold thermal energy storage Applied Energy 134, pp.35-44, 2014 A López-Navarro, J Biosca-Taronger, J.M Corberán, C Peñalosa, A Lázaro, P Dolado, J Payá Performance characterization of a PCM storage tank Applied Energy 119, pp.151-162, 2014 E Oró, A de Gracia, A Castell, M.M Farid, L.F Cabeza Review on phase change materials (PCMs) for cold thermal energy storage applications Applied Energy 99, pp.513-533, 2012 H.S Bao, R.Z Wang, R.G Oliveira, T.X Li Resorption system for cold storage and long-distance refrigeration Applied Energy 93, pp.479-487, 2012 Tadafumi Daitoku, Yoshio Utaka Separation characteristics of clathrate hydrates from a cooling plate for efficient cold energy storage Applied Energy 87, pp.2682-2689, 2010 Lucio Melone, Lina Altomare, Alberto Cigada, Luigi De Nardo Phase change material cellulosic composites for the cold storage of perishable products: From material preparation to computational evaluation Applied Energy 89, pp.339-346, 2012 Nuno Vitorino, João C.C Abrantes, Jorge Ribeiro Frade Gelled graphite/gelatin composites for latent heat cold storage Applied Energy 104, pp.890-897, 2013 PGS.TS Bù Hải Tính tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2015 PGS.TS Hồng Đình Tín Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt Nhà xuất Đại học Quốc gia, 2001 Tác giả chịu trách nhiệm viết: TS Nguyễn Xuân Viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Email: viennx@hcmute.edu.vn ... này, hệ thống bồn tích trữ lạnh thiết kế chế tạo để vận hành kết hợp với hệ thống điều hòa khơng khí Water Chiller cơng suất 360.000 BTU/h Hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller bồn tích trữ lạnh. .. Minh KẾT LUẬN Hệ thống bồn tích trữ lạnh thiết kế chế tạo dựa kế thừa nghiên cứu, phân tích đánh giá ngồi nước cơng nghệ tích trữ lạnh ứng dụng hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller Hệ thống. .. nhiệt bồn tích trữ lạnh diễn ổn định, kết cấu bao che cho bồn tích trữ đảm bảo tránh tổn thất nhiệt môi trường Kết sau 300 phút vận hành hệ thống, bồn tích trữ lạnh tích trữ với chất trữ lạnh