Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều hòa không khí sử dụng sử dụng năng lượng mặt trời

MỤC LỤCi DANH MỤC BẢNG BIỂUiii DANH MỤC HÌNH VẼiv LỜI NÓI ĐẦUv CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐHKK VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐHKK1 1.1 Khái niệm về điều hòa không khí1 1.2 Cơ sở kỹ thuật điều hòa không khí.1 1.2.1 Lịch sử phát triển điều hòa không khí tại Việt Nam1 1.2.2 Điều hòa không khí và tầm quan trọng của điều hòa không khí2 1.3 Phân loại các hệ thống điều hoà không khí4 1.4 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống ĐHKK7 1.4.1 Một số công trình sử dụng máy lạnh hấp thụ trên thế giới7 1.4.2 Các nghiên cứu trong nước8 1.4.3 Tận dụng nhiệt năng để điều hòa không khí.10 CHƯƠNG II. ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT11 2.1 Đại cương về máy lạnh hấp thụ11 2.1.1 Nguyên lí làm việc của máy lạnh hấp thụ11 2.1.2 Chu trình lý thuyết13 2.1.3 Dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ15 2.1.4 Ưu nhược điểm của máy lạnh hấp thụ17 2.1.5 Một số loại máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr17 2.2 Lựa chọn phương án máy lạnh hấp thụ22 2.2.1 Phương án cấp nhiệt trực tiếp hay gián tiếp22 2.2.2 Phương án chọn máy lạnh hấp thụ23 2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán máy lạnh hấp thụ23 2.3.1 Phương trình tính toán các thông số23 2.3.2 Chu trình máy lạnh hấp thụ một cấp và xác định các thông số33 2.3.3 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt44 CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI61 3.1 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ một cấp61 3.1.1 Nhiệt độ nước nóng gia nhiệt vào và ra khỏi bình phát sinh61 3.1.2 Nhiệt độ nước làm mát đi vào và đi ra khỏi bình hấp thụ61 3.1.3 Nhiệt độ chất tải lạnh đi ra và đi vào bình bốc hơi61 3.1.4 Nhiệt độ và áp suất bão hòa của tác nhân lạnh trong bình bốc hơi61 3.1.5 Nhiệt độ và áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh62 3.1.6 Xác định các điểm nút của chu trình62 3.1.7 Biểu diễn chu trình trên đồ thị64 3.2Tính phụ tải64 3.3 Tính thiết bị trao đổi nhiệt66 3.3.1 Bình ngưng tụ66 3.3.2 Bình bốc hơi68 3.3.3 Bình hấp thụ70 3.3.4 Bình phát sinh74 3.3.5 Thiết bị trao đổi nhiệt77 3.4 Tính collector80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ84 I. Kết luận84 II. Kiến nghị84 TÀI LIỆU THAM KHẢO85   DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: bảng các giá trị của hệ số ai31 Bảng 2.2: bảng các giá trị của hệ số Di32 Bảng 2.3 Bảng các giá trị hệ số hiệu chỉnh F theo dãy ống55 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các quá trình nhiệt trên đồ thị P-T9 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ.11 Hình 2.2 Mối quan hệ giữa chu trình thuộc loại hấp thụ và chu trình Rankine13 Hình 2.3 Sơ đồ chu trình kết hợp14 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ một cấp18 Hình 2.5 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ hai cấp19 Hình 2.6 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ ba cấp21 Hình 2.7 Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt qua nền đất26 Hình 2.8 Đồ thị i-c của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr34 Hình 2.9 Đồ thị log p-T của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr37 Hình 2.10 Bình phát sinh37 Hình 2.11 Bình ngưng tụ39 Hình 2.12 Bình bốc hơi40 Hình 2.13 a) Bình hấp thụ; b) Bình hấp thụ có bơm dung dịch41 Hình 2.14 Đồ thị xác định hệ số tỏa nhiệt49 Hình 2.15 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu αdi khi Re≤232053 Hình 2.16 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu αdi khi Re>232054 Hình 3.1 chu trình máy lạnh hấp thụ trên đồ thị log p-T và đồ thị i-c64 Hình 3.2 sơ đồ bố chí hệ thống83   LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước, ngành điều hòa không khí (ĐHKK) cũng đã có bước phát triển vượt bậc, ngày càng trở nên quen thuộc hơn trong đời sống và sản xuất. Ngày nay, điều hòa tiện nghi và điều hòa công nghệ không thể thiếu trong các tòa nhà, khách sạn, siêu thị, các dịch vụ du lịch, văn hóa, y tế, thể thao… Trong những năm qua ngành ĐHKK cũng đã hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành kinh tế, góp phần để nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo quy trình công nghệ như trong các ngành sợi, dệt, chế biến thuốc lá, in ấn, điện tử, máy tính, cơ khí chính xác … Trong thời đại ngày nay, khi mà nguồn tài nguyên năng lượng trên thế giới như than đá, dầu mỏ… đang ngày càng cạn kiện dần thì việc nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo là hết sức cần thiết cho sự phát triển bền vững của xã hội. Các dạng năng lượng tái tạo rất đa dạng bao gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, địa nhiệt, sinh khối… Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng dồi dào và phong phú nhất trong tất cả các loại năng lượng tái tạo. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, với đề tài được giao là: “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều hòa không khí sử dụng năng lượng mặt trời” đã giúp em hiểu được hơn về cấu trúc, cách vận hành điều hòa không khí. Từ đó làm nền tảng quan trọng cho nguồn kiến thức của em sau này khi hoạt động hay làm việc về điều hòa không khí. Với sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy Th.S Phạm Hữu Hưng cùng các thầy cô giáo trong bộ môn, em đã hoàn thành cơ bản nội dung của đồ án. Mặc dù rất cố gắng nhưng do trình độ chuyên môn và kiến thức của bản thân có hạn nên đồ án vẫn còn nhiều hạn chế. Kính mong thầy cô cùng các bạn đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐHKK VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐHKK 1.1 Khái niệm về điều hòa không khí Điều hòa không khí (điều tiết không khí) là quá trình tạo ra và duy trì ổn định các thông số vi khí hậu của không khí trong phòng theo một chương trình định sẵn không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài. Không gian điều hoà luôn luôn chịu tác động của rất nhiều nhiễu loạn bên trong và bên ngoài làm cho các thông số của nó luôn luôn có xu hướng xê dịch so với thông số yêu cầu đặt ra. Vì vậy nhiệm vụ của hệ thống điều hoà không khí là phải tạo ra và duy trì chế độ vi khí hậu trong không gian mà nó đảm nhận. Khác với thông gió, trong hệ thống điều hòa, không khí trước khi thổi vào phòng đã được xử lý về mặt nhiệt ẩm. Vì thế điều tiết không khí đạt hiệu quả cao hơn thông gió. 1.2 Cơ sở kỹ thuật điều hòa không khí. 1.2.1 Lịch sử phát triển điều hòa không khí tại Việt Nam Đối với Việt Nam, là một đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm. Điều hòa không khí có ý nghĩa vô cùng to lớn trong việc phát triển kinh tế của nước ta. Điều hòa không khí đã xâm nhập vào hầu hết các ngành kinh tế, đặc biệt là ngành chế biến và bảo quản thực phẩm, các ngành công nghiệp nhẹ, ngành xây dựng. Nhược điểm chủ yếu của ngành lạnh nước ta là quá nhỏ, non yếu và lạc hậu, chỉ chế tạo ra các loại máy lạnh amoniac loại nhỏ, chưa chế tạo được các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy lạnh Freon, các thiết bị tự động. Ngành lạnh nước ta chưa đước quan tâm và phát triển đúng mức dẫn đến việc các đơn vị, xí nghiệp sử dụng lạnh chưa hợp lý gây thiệt hại và lãng phí tiền vốn. Ở Việt Nam hiện nay, việc tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho một công trình nào đó đều chỉ là tính toán từng bộ phận riêng lẻ, lựa chọn các thiết bị của các nước trên thế giới để lắp ráp thành một cụm máy, ta chưa chế tạo được từng thiết bị cụ thể hoặc chế tạo được nhưng chất lượng còn kém. Cùng với sự phát triển kinh tê của đất nước trong nhưng năm gần đây, ở các thành phố lớn phát triển lên hàng loạt các cao ốc, nhà hàng, khách sạn, các rạp chiếu phim, các biệt thự sang trọng, nhu cầu tiện nghi của con người tăng cao, ngành điều hòa không khí đã bắt đầu có vị trí quan trọng và có nhiều hứa hẹn trong tương lai. Trong điều kiện hiện nay, khi cuộc sống của người dân ngày càng được cải thiện đáng kể về mọi mặt thì việc các tòa nhà trọc trời, khách sạn, nhà hàng, siêu thị, trung tâm thương mại… sử dụng hệ thống điều hòa không khí là một điều hợp lý và cấp thiết nhất là trong điều kiện khí hậu ngày càng nóng lên trên toàn thế giới vì hiệu ứng nhà kính mà Việt Nam của chúng ta cũng đang phải chịu ảnh hưởng lớn từ hiện tượng này. Việc các hệ thống điều hòa trung tâm hầu như đã chiếm lĩnh tất cả các cao ốc, văn phòng, khách sạn, các trung tâm mua sắm… đã chứng minh một thực tế rõ ràng vị trí quan trọng của ngành điều hòa không khí trong sinh hoạt và trong mọi hoạt động sản xuất. Việc này còn cho ta thấy ngành lạnh nước ta đang ngày càng phát triển mạnh mẽ phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng. 1.2.2 Điều hòa không khí và tầm quan trọng của điều hòa không khí Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau bao quanh con người có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên (theo điều 1, Luật bảo vệ môi trường của Việt Nam). Môi trường theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho sự sinh sống, sản xuất của con người, như môi trường tài nguyên thiên nhiên, môi trường không khí, môi trường đất, môi trường nước, môi trường ánh sáng…Trong đó môi trường không khí có ý nghĩa sống còn để duy trì sự sống trên trái đất, trong đó có sự sống của con người. Môi trường không khí có đặc tính là không thể chia cắt, không có biên giới, không ai có thể sở hữu riêng cho mình, môi trường không khí không khí không thể trở thành hàng hóa, do đó nhiều người không biết giá trị vô cùng to lớn của môi trường không khí, chưa quý trọng môi trường không khí và chưa biết cách tạo ra một môi trường không khí trong sạch không ô nhiễm. Cũng giống như các loài động vật khác sống trên trái đất, con người có thân nhiệt không đổi (370C) và luôn luôn trao đổi nhiệt với môi trường không khí xung quanh. Con người luôn phải chịu sự tác động của các thông số không khí trong môi trường không khí như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các chất độc hại và tiếng ồn. Chúng có ảnh hưởng rất lớn đến con người theo hai hướng tích cực và tiêu cực. Do đó để hạn chế những tác động tiêu cực và phát huy những tác động tích cực của môi trường xung quanh tác động đến con người, ta cần phải tạo ra một môi trường thoải mái, một không gian tiện nghi cho con người. Những điều kiện tiện nghi đó hoàn toàn có thể thực hiện được nhờ kỹ thuật điều hòa không khí. Môi trường không khí không những tác động tới con người mà còn tác động tới đời sống sinh hoạt và các quá trình sản xuất của con người… Con người tạo ra sản phẩm và cũng tiêu thụ sản phẩm đó. Do đó con người là một trong những yếu tố quyết định năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Như vậy, môi không khí trong sạch, có chế độ nhiệt ẩm thích hợp cũng chính là yếu tố gián tiếp nâng cao năng suất lao động. Mặt khác, mỗi ngành kỹ thuật lại yêu cầu một chế độ, vì khí hậu riêng biệt do đó ảnh hưởng của môi trường không khí đối với sản xuất không giống nhau. Hầu hết các quá trình sản xuất thường kèm theo sự thải nhiệt, thải khí CO2 và hơi nước, có khi cả bụi và các chất độc hại vào môi trường không khí ngay bên trong nơi làm việc, làm thay đổi nhiệt độ và độ ẩm không khí trong phòng đồng thời gây ra những ảnh hưởng không tốt đến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Chẳng hạn như trong các quá trình sản xuất thực phẩm chúng ta đều cần duy trì nhiệt độ và độ ẩm theo tiêu chuẩn. Độ ẩm thấp quá làm tăng nhanh sự thoát hơi nước trên mặt sản phẩm, do đó tăng hao trọng, có khi làm giảm chất lượng sản phẩm (gây nứt nẻ, vỡ do sản phẩm bị giòn quá khi khô). Nhưng nếu lớn quá cũng làm môi trường phát sinh nấm mốc. Một số ngành chế biến socola cần nhiệt 7-80C, kẹo cao su là 200C, nếu nhiệt độ không đạt yêu cầu sẽ làm hư hỏng sản phẩm. Độ trong sạch của không khí tác động đến con người mà còn tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Bụi bẩn bám trên sản phẩm không chỉ là giảm vẻ đẹp mà còn làm hỏng sản phẩm.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2019 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2019 Giáo viên phản biện MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: bảng giá trị hệ số ai31 Bảng 2.2: bảng giá trị hệ số Di32 Bảng 2.3 Bảng giá trị hệ số hiệu chỉnh F theo dãy ống DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các trình nhiệt đồ thị P-T9 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ.11 Hình 2.2 Mối quan hệ chu trình thuộc loại hấp thụ chu trình Rankine13 Hình 2.3 Sơ đồ chu trình kết hợp14 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ cấp18 Hình 2.5 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ hai cấp19 Hình 2.6 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ ba cấp21 Hình 2.7 Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt qua đất26 Hình 2.8 Đồ thị i-c máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr34 Hình 2.9 Đồ thị log p-T máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Hình 2.10 Bình phát sinh37 Hình 2.11 Bình ngưng tụ Hình 2.12 Bình bốc Hình 2.13 a) Bình hấp thụ; b) Bình hấp thụ có bơm dung dịch Hình 2.14 Đồ thị xác định hệ số tỏa nhiệt49 Hình 2.15 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu αdi Re≤2320 Hình 2.16 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu αdi Re>2320 Hình 3.1 chu trình máy lạnh hấp thụ đồ thị log p-T đồ thị i-c Hình 3.2 sơ đồ bố chí hệ thống LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, với phát triển kinh tế nước, ngành điều hịa khơng khí (ĐHKK) có bước phát triển vượt bậc, ngày trở nên quen thuộc đời sống sản xuất Ngày nay, điều hòa tiện nghi điều hịa cơng nghệ khơng thể thiếu tòa nhà, khách sạn, siêu thị, dịch vụ du lịch, văn hóa, y tế, thể thao… Trong năm qua ngành ĐHKK hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành kinh tế, góp phần để nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo quy trình cơng nghệ ngành sợi, dệt, chế biến thuốc lá, in ấn, điện tử, máy tính, khí xác … Trong thời đại ngày nay, mà nguồn tài nguyên lượng giới than đá, dầu mỏ… ngày cạn kiện dần việc nghiên cứu phát triển nguồn lượng mới, lượng tái tạo cần thiết cho phát triển bền vững xã hội Các dạng lượng tái tạo đa dạng bao gồm: lượng mặt trời, lượng gió, địa nhiệt, sinh khối… Năng lượng mặt trời nguồn lượng dồi phong phú tất loại lượng tái tạo Xuất phát từ vấn đề nêu trên, với đề tài giao là: “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng lượng mặt trời” giúp em hiểu cấu trúc, cách vận hành điều hịa khơng khí Từ làm tảng quan trọng cho nguồn kiến thức em sau hoạt động hay làm việc điều hịa khơng khí Với hướng dẫn bảo tận tình thầy Th.S Phạm Hữu Hưng thầy cô giáo môn, em hoàn thành nội dung đồ án Mặc dù cố gắng trình độ chuyên mơn kiến thức thân có hạn nên đồ án cịn nhiều hạn chế Kính mong thầy bạn đóng góp ý kiến để đồ án hồn thiện tốt Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐHKK VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐHKK 1.1 Khái niệm điều hịa khơng khí Điều hịa khơng khí (điều tiết khơng khí) q trình tạo trì ổn định thơng số vi khí hậu khơng khí phịng theo chương trình định sẵn khơng phụ thuộc vào điều kiện bên ngồi Khơng gian điều hồ ln ln chịu tác động nhiều nhiễu loạn bên bên ngồi làm cho thơng số ln ln có xu hướng xê dịch so với thơng số u cầu đặt Vì nhiệm vụ hệ thống điều hồ khơng khí phải tạo trì chế độ vi khí hậu khơng gian mà đảm nhận Khác với thơng gió, hệ thống điều hịa, khơng khí trước thổi vào phịng xử lý mặt nhiệt ẩm Vì điều tiết khơng khí đạt hiệu cao thơng gió 1.2 Cơ sở kỹ thuật điều hịa khơng khí 1.2.1 Lịch sử phát triển điều hịa khơng khí Việt Nam Đối với Việt Nam, đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Điều hịa khơng khí có ý nghĩa vơ to lớn việc phát triển kinh tế nước ta Điều hịa khơng khí xâm nhập vào hầu hết ngành kinh tế, đặc biệt ngành chế biến bảo quản thực phẩm, ngành công nghiệp nhẹ, ngành xây dựng Nhược điểm chủ yếu ngành lạnh nước ta nhỏ, non yếu lạc hậu, chế tạo loại máy lạnh amoniac loại nhỏ, chưa chế tạo loại máy nén thiết bị cỡ lớn, loại máy lạnh Freon, thiết bị tự động Ngành lạnh nước ta chưa đước quan tâm phát triển mức dẫn đến việc đơn vị, xí nghiệp sử dụng lạnh chưa hợp lý gây thiệt hại lãng phí tiền vốn Ở Việt Nam nay, việc tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí cho cơng trình tính tốn phận riêng lẻ, lựa chọn thiết bị nước giới để lắp ráp thành cụm máy, ta chưa chế tạo thiết bị cụ thể chế tạo chất lượng Cùng với phát triển kinh tê đất nước năm gần đây, thành phố lớn phát triển lên hàng loạt cao ốc, nhà hàng, khách sạn, rạp chiếu phim, biệt thự sang trọng, nhu cầu tiện nghi người tăng cao, ngành điều hịa khơng khí bắt đầu có vị trí quan trọng có nhiều hứa hẹn tương lai Trong điều kiện nay, sống người dân ngày cải thiện đáng kể mặt việc tòa nhà trọc trời, khách sạn, nhà hàng, siêu thị, trung tâm thương mại… sử dụng hệ thống điều hịa khơng khí điều hợp lý cấp thiết điều kiện khí hậu ngày nóng lên tồn giới hiệu ứng nhà kính mà Việt Nam phải chịu ảnh hưởng lớn từ tượng Việc hệ thống điều hòa trung tâm chiếm lĩnh tất cao ốc, văn phòng, khách sạn, trung tâm mua sắm… chứng minh thực tế rõ ràng vị trí quan trọng ngành điều hịa khơng khí sinh hoạt hoạt động sản xuất Việc cho ta thấy ngành lạnh nước ta ngày phát triển mạnh mẽ phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng 10 Hệ số truyền nhiệt ứng với đơn vị diện tích bề mặt ống trao đổi nhiệt xác định theo công thức (2.74) (bỏ qua ảnh hưởng lớp cáu cặn bám bề mặt bên ống) ka = d d + a1 ln a α aw 2λ  d a1  d a1  +  α as d a = = 1265,6306 0,018  20  18 + ln  + 6804,1339 2.106  18  1419,1.20 (w/m2.độ) Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Theo cơng thức (2.78) tính diện tích bề mặt truyền nhiệt tính theo bề mặt ống trao đổi nhiệt: Fa = = Qa k a [ ( t as − t w1 ) − 0,5( t w − t w1 ) ] − 0,65( t as − t ) 65,2246 = 3,527m 1265,6306.[ ( 44,87 − 27,2 ) − 0,5.( 32 − 27,2) ] − 0,65.( 44,87 − 36) Từ diện tích bề mặt trao đổi ta xác định tổng chiều dài ống: La = Fa 3,527 = = 62,402 π d a1 3,14.0,018 (m) Với chiều dài ống 2m ta có số ống trao đổi nhiệt là: na = La 62,402 = = 31,201 ≈ 31 2 (ống) 3.3.4 Bình phát sinh Chọn thơng số kết cấu: Bình hấp thụ thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống, ống trao đổi nhiệt làm đồng 97 thau bố trí theo kiểu so le Ống trao đổi nhiệt có đường kính dh1=0,018 m đường kính ngồi dh0=0,020m Nhiệt độ trung bình nước nóng bình phát sinh: t hw = t h1 + t h 100 + 97 = = 98,5 2 o C Từ cơng thức tính nhiệt lượng nước nóng tỏa qua bình phát sinh: Qh = mh c p (t h − t h1 ) mh = suy lưu lượng chất tải lạnh là: Qh 68,6251 = = 5,4229 c p ( t h − t h1 ) 4,2182.(100 − 97 ) (kg/s) Trong đó: mh: lưu lượng nước nóng qua bình phát sinh cp: nhiệt dung riêng đẳng áp nước nóng ứng với t hw Tra bảng thơng số vật lý nước đường bão hịa ta được: cp=4,2182 kJ/kg.độ Vận tốc chuyển động nước nóng ống trao đổi nhiệt là: ωh = 4.mh ρ noh π d h21 Trong đó: noh: số ống trao đổi nhiệt hành trình ρ: khối lượng riêng nước nóng ứng với nhiệt độ trung bình thw Tra bảng thơng số vật lý nước đường bão hòa ta được: ρ=959,434 kg/m3 98 Nếu chọn ωh=1,7 m/s số ống hành trình là: noh = 4.mh 4.5,4229 = = 13,07 ρ ω h π d h1 959,434.1,7.3,14.0,018 (ống) chọn noh=13 ωh tính lại sau: ωh = 4.mh 4.5,4229 = = 1,709 ρ noh π d h1 959,434.13.3,14.0,18 (m/s) Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu αhw Tra bảng thông số vật lý nước đường bão hòa ứng với tha=98,5 o C ta được: λ=68,255.10-2 w/m.độ; υ=0,29965.10-6 m2/s ; Pr=1,78 Tiêu chuẩn Reynold nước nóng chảy ống: Re = ω h d h1 1,709.0,018 = = 102659,7697 υ 0,29965.10 −6 Vì có Re>1.10 nên nước chảy rối ống Tiêu chuẩn Nussel nước nóng chảy ống sau: Nu = 0,021 Re 0,8 Pr , 43  Pr   Prw    , 25 ε 1ε R Do hệ số tỏa nhiệt đối lưu nước nóng chảy bên ống lớn nhiều so với hệ số hệ số tỏa nhiệt đối lưu dung dịch chảy bên ống nên nhiệt độ ống trao đổi gần nhiệt độ nước coi (Pr/Pr w)≈1 Như ban đầu chọn ống có chiều dài lớn 50 lần đường kính nên có ε=1 ống ống trao đổi nhiệt ống thẳng nên có εR=1 Do vậy: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu tính sau: 99 α hw = Nu λ 260,905.68,255.10 −2 = = 9893,373 d h1 0,018 Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu αhs: Với lưu lượng dung dịch lỗng vào bình phát sinh ms=0,1546kg/s chọn mật độ phun dung dịch loãng G=0,035 kg/m.s Hệ số tỏa nhiệt đối lưu dung dịch ống trao đổi nhiệt bình phát sinh tính theo cơng thức (2.60) ta được: αhs=1470,12(w/m2.độ) Nu = Từ công thức α as δ Nu.δ 0,431.04227 ⇒ α as = = = 1419,1 λ λ 1,2839152.10 − (w/m2.độ) Tính hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt ứng với đơn vị diện tích bề mặt ống trao đổi nhiệt xác định theo công thức (2.74) (bỏ qua ảnh hưởng lớp cáu cặn bám bề mặt bên ống) kh = d d + h1 ln h α hw 2λ  d h1  d h1  +  α hs d h = 1 0,018  20  18 + ln  + 9893,373 2.106  18  1470,12.20 = 768,77 (w/m2.đơ) Tính hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt ứng với đơn vị diện tích bề mặt ống trao đổi nhiệt xác định theo công thức (2.74) (bỏ qua ảnh hưởng lớp cáu cặn bám bề mặt bên ống) 100 Fh = Qh (m ) k h [ ( t h1 − t d ) − a( t h1 − t h ) − b( t d − t d ) ] Với bình phát sinh chọn a=0,45 b=0,65 ta có: Fh = = Qh k h [ ( t h1 − t d ) − a( t h1 − t h ) − b( t d − t d ) ] 68,6251.10 = 2,552(m ) 768,77.[ (100 − 65) − 0,45(100 − 97 ) − 0,65( 95 − 65) ] Từ diện tích bề mặt trao đổi ta xác định tổng chiều dài ống: Lh = Fh 2,552 = = 45,16 π d h1 3,14.0,018 (m) Với chiều dài ống 2m ta có số ống trao đổi nhiệt là: nh = Lh 45,16 = = 22,58 ≈ 23 2 (ống) 3.3.5 Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt có kết cấu dạng ống lồng, ống trao đổi nhiệt bên làm từ đồng thau cịn ống bên ngồi làm inox Dung dịch lỗng bố trí chảy bên ống đồng dung dịch đậm đặc bố trí chảy bên ngồi theo chiều ngược với dung dịch lỗng Ống đồng trao đổi nhiệt bên có đường d ex1=18 mm đường kính ngồi dex2=22 mm Ống inox trao đổi nhiệt bên ngồi có đường d ex3=30 mm đường kính ngồi dex4=38 mm Các thơng số dung dịch lỗng thiết bị trao đổi 101 nhiệt: Nhiệt độ trung bình dung dịch loãng qua thiết bị trao đổi nhiệt: t exi = t + t 36 + 65 = = 50,5 2 o C Nồng độ dung dịch loãng qua thiết bị trao đổi nhiệt: cw=55,54 % Tra bảng khối lượng riêng dung dịch H2O/LiBr ứng với t exi cw ta ρ=1613,018 kg/m3 Tra bảng nhiệt dung riêng đẳng áp dung dịch H2O/LiBr ứng với texi cw ta cp=1,95645 kJ/kg.độ Tra bảng hệ số dẫn nhiệt dung dịch H2O/LiBr ứng với t exi cw ta λ=0,45521 w/m.độ Tra bảng độ nhớt động lực học dung dịch H2O/LiBr ứng với texi cw ta υ=1,94314.10-6 m2/s Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu αexi Tốc độ chuyển động dung dịch loãng bên ống: ω exi = 4.ms 4.0,1546 = = 0,3769 ρ π d ex1 1613,018.3,14.0,018 (m/s) Tiêu chuẩn Reynold dung dịch loãng chảy ống: Re = ω exi d ex1 0,3769.0,018 = = 3862,824 v 1,94310.10 −6 Tiêu chuẩn Prandtl dung dịch loãng chảy ống: Pr = µ c p λ = 3,1431.10 −2.1,95645 = 0,1351 0,45521 102 Tiêu chuẩn Nusselt cuả dung dịch loãng: Nu = 0,021 Re 0,8 Pr 0, 43 = 0,021.3862,824 0,8.0,13510, 43 = 6,575 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu dung dịch loãng chảy ống: α exi = Nu.λ 6,575.0,45521 = = 166,282 d ex1 0,018 (w/m2.độ) Xác định thông số vật lý dung dịch đậm đặc Nhiệt độ trung bình dung dịch đậm đặc qua thiết bị trao đổi nhiệt: t ex = t + t 53,74 + 95 = = 74,37 2 o C Nồng độ dung dịch đậm đặc qua thiết bị trao đổi nhiệt: cs=64,90 % Tra bảng khối lượng riêng dung dịch H2O/LiBr ứng với t ex0 cs ta ρ=1780,513 kg/m3 Tra bảng nhiệt dung riêng đẳng áp dung dịch H2O/LiBr ứng với tex0 cs ta cp=1,8936 kJ/kg.độ Tra bảng hệ số dẫn nhiệt dung dịch H2O/LiBr ứng với t ex0 cs ta λ=0,432594 w/m.độ Tra bảng độ nhớt động lực học dung dịch H2O/LiBr ứng với tex0 cs ta υ=2,64492.10-6 m2/s Tra bảng độ nhớt động lực học dung dịch H2O/LiBr ứng với tex0 cs ta μ=4,714253.10-2 m2/s Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu αex0: Tốc độ chuyển động dung dịch đậm đặc bên không gian vành khăn hai ống: 103 ω ex = 4.md 4.0,1323 = = 0,2276 2 ρ π d ex − d ex 1780,513.3,14 0,0302 − 0,022 ( ) ( ) (m/s) Đường kính tương đương hình vành khăn: d td = d ex2 − d ex2 = 30 − 22 = (mm) Tiêu chuẩn Reynold cuả dung dịch đậm đặc chảy không gian vành khăn: Re = ω ex d td 0,2276.0,008 = = 688,414 v 2,64492.10 −6 Tiêu chuẩn Reynold dung dịch đậm đặc chảy khơng gian vành khăn: Pr = µ c p λ 4,714253.10 −2.1,8936 = = 0,2064 0,432594 Tiêu chuẩn Nusselt dung dịch đậm đặc chảy không gian vành khăn: Nu = 0,41 Re 0, Pr 0,36 = 0,41.688,4140,6.0,2064 0,36 = 11,716 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu dung dịch đậm đặc chảy không gian vành khăn: α ex = Nu.λ 11,716.0,432594 = = 633,55 d td 0,008 (w/m2.độ) Tính hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt ứng với đơn vị diện tích bề mặt ống trao đổi nhiệt xác định theo công thức (2.74) (bỏ qua ảnh hưởng lớp cáu cặn bám bề mặt bên ống) (w/m2.độ) 104 Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng: ∆t tb = (t − t4 ) − ( t6 − t7 ) t −t  ln   t6 − t7  = ( 53,74 − 36) − ( 95 − 65)  53,74 − 36  ln   95 − 65  = 23,33 o C Diện tích bề mặt truyền nhiệt tính theo bề mặt ống trao đổi nhiệt: Fexi Q ex 9,1193 10 = = = 2,862 k ex ∆t tb 136,568.23,33 (m2) Diện tích trao đổi nhiệt quy tổng chiều dài ống là: Lex = Fexi 2,862 = = 50,637 π d ex1 3,14.0,018 (m) 3.4 Tính collector Chọn thông số kết cấu collector Collector sử dụng loại phẳng Để tăng khả cách nhiệt tận dụng hiệu ứng lồng kính, sử dụng hai phủ kính có hệ số khúc xạ 1,518; hệ số xuyên qua 0,840; khối lượng riêng 2489kg/m3; nhiệt dung riêng 754J/kg.k; nhiệt dung 1,659wh/m2.k Tấm hấp thụ sử dụng đồng có khối lượng riêng 8954kg/m 3; nhiệt dung riêng 0,383kJ/kg.độ; hệ số dẫn nhiệt 386w/m.độ Khoảng cách hấp thụ phủ; hai phủ 15mm Đáy collector cách nhiệt thủy tinh dày 0,2m, với hệ số dẫn nhiệt λ=0,055w/m.k Xét cho 1m2 collector 105 Tính trao đổi nhiệt đối lưu bề mặt collector khơng khí bên ngồi Nhiệt độ khơng khí bên ngồi lấy 27,2 oC Nhiệt độ bề mặt hấp thụ trung bình lấy nhiệt độ nước nóng gia nhiệt 100 oC Tra bảng thơng số vật lí khơng khí ta có: kj/kg.độ; λ = 2,65.10 −2 w/m.độ; a = 22,5.10 −6 m /s; ρ = 1,1762 υ = 15,74.10 −6 kg/m3; c p = 1,005 m2/s Xác định tiêu chuẩn Rayleigh Ra: Ra=Pr.Gr = υ  gβ ∆TL3  15,74.10 −6  9,81.3,33111.10 −3.72,8.13   =   = 26,9896207.10 a  υ  22,5.10 −6  (15,74.10 −6 )  Trong đó: g=9,81m/s2 ; β=1/T=3,33111.10-3 độ-1 ; L=1m; ∆T=72,8K Theo cơng thức ta có: Nu=0,15Ra1/3 =96,937 Như hệ số tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên: Nu.λ 96,937.2,65.10 −2 α= = = 2,569 L w/m2.độ Lấy tốc độ gió 3,0m/s tiêu chuẩn Reynold xác định sau: Re = ωL 3,0.1 = = 190597,2046 υ 15,74.10 −6 Từ ta có: Nu=0,86.Re1/2.Pr1/3=0.86.190597,20461/2.0,69951/3=333,287 Như hệ số tỏa nhiệt đối lưu gió là: α= Nuλ 333,287.2,65.10 −2 = = 8,832 L w/m2 độ Xác định tổn thất nhiệt mặt phía collector 106 Áp dụng công thức Ut = X-1 + X = N T p  T p − Ta  C.  N+ f  + = αw Y Z 12.373 + = 0,121251  373 − 300,2  8,832 520.   + 0,4551  m2.độ/w Y = σ (T p − Ta ).(T p2 + Ta2 ) = 5,6697.10 −8 ( 373 − 300,2 ) ( 3732 + 300,2 ) = 8,75 w/m2.độ Z = (ε p + 0,00591.N α w ) + −1 N + f − + 0,133ε p = ( 0,95 + 0,00591.2.8,832) + −1 εg −N 2.2 + 0,4551− + 0,133.0,95 − = 3,1475w / m đô 0,88 Với N=2: số phủ Tp=100 oC=373K: Nhiệt độ trung bình bề mặt hấp thụ; Ta=27,2 oC=300,2K: Nhiệt độ môi trường xung quanh; C=520 f=(1+0,089.αw-0,166.αw.εp).(1+0,07866.N)=0,4551 e=0.43(1-100/Tp)=0,3147 αw=8,832 W/m2.độ: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu gió εp=0,95 εg=0,88: Độ đen bề mặt hấp thụ phủ Như Ut=2,901 tổn hất nhiệt mặt phía collector xác định: qtop=Ut.(Tp-Ta)=2,901(373-300,2)=211,192 (W/m2) Xác định tổn thất nhiệt mặt lại collector: Do tổn thất nhiệt cạnh bên nhỏ nên bỏ qua, ta tính tổn thất nhiệt mặt đáy theo cơng thức qb=Ub.(Tp-Ta) 107 Ub = Với λ 0,055 = = 0,275 δ 0,2 w/m2.độ Trong đó: λ=0,055w/m.k δ=0,2m hệ số dẫn nhiệt bề dày lớp cách nhiệt bề mặt đáy collector (Khi tính q b xem dịng nhiệt tổn thất có tính đẳng hướng) ta qb=20,02(w) Vậy tổng tổn thất nhiệt thu q bt=qttop+qb=211,192+20,02=231,212 (w/m2) Nếu lấy cường độ xạ cực đại trung bình năm vĩ độ 16o bắc En = 365 ∑ Eni = 940 365 i =1 w/m2 ta có lượng nhiệt hữu ích nhận được: qu=En-qbt=940-231,212=708,78 w/m2 Tính diện tích collector: Từ công thức Q = F qu F= suy Q 68,6251 = = 96,82 qu 0,70878 m2 Trong Q=Q h=68,6251(kW): nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho bình phát sinh Hình 3.2 sơ đồ bố trí hệ thống 108 ⇒ Tổng kết chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng lượng mặt trời Tính tốn chu trình máy lạnh hấp thụ cấp, tính phụ tải, tính thiết bị trao đổi nhiệt, tính collector KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Trên toàn nghiên cứu em đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng lượng mặt trời” Trong thời gian thực đề tài trên, em rút nhiều học bổ ích cho công việc sau nhận thiếu sót thân vấn đề chuyên mơn Từ có hướng nghiên cứu tím tịi học hỏi thêm để bổ sung kiến thức Qua việc tìm hiểu tính tốn phần nào, đồ án em tính tốn thơng số kỹ thuật tính tốn đề tài II Kiến nghị Do thời gian làm đồ án có hạn chi phí q cao nên em khơng có đủ điều kiện khắc phục thiếu sót đồ án Tuy nhiên để đồ án hoàn thiện em có số kiến nghị, mong thầy giúp nhiều học sinh sinh viên tìm hiểu sâu đề tai trên, để đưa giải pháp, thiết kế tối ưu hoàn thiện Mặc dù cố gắng tìm đọc tài liệu, kết hợp với trình thực tập 109 kiến thức thực tế hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy, bảo, giúp đỡ để em bổ sung thêm để khắc phục thiếu sót học hỏi thêm kinh nghiệm có ích cho cơng việc sau Một lần em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.S Phạm Hữu Hưng thầy, cô giúp đỡ tạo điều kiện cho em nhiều để em hoàn thành đổ án TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NGUYỄN ĐỨC LỢI, Giáo trình thiết kế hệ thống Điều hịa khơng khí, NXB Giáo dục Việt Nam, 2010 [2] NGUYỄN ĐỨC LỢI, Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí, NXB Khoa học kỹ thuật, 2011 [3] ĐINH VĂN HIỀN, Máy lạnh, NXB Bách khoa Hà Nội, 2008 [4] NGUYỄN ĐỨC LỢI, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB KHKT, 21011 [5] BÙI HẢI, Tính tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Giao thơng vận tải, 2002 [6] LÊ CHÍ HIỆP, Kỹ thuật điều hịa khơng khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001 [7] LÊ CHÍ HIỆP, Máy lạnh hấp thụ kỹ thuật Điều hịa khơng khí, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh 110 [8] HỒNG ĐÌNH TÍN, Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 [9] NGUYỄN DUY THIỆN, Kỹ thuật sử dụng lượng mặt trời, NXB Xây dựng, 2001 [10] NGUYỄN THÀNH VĂN, Nghiên cứu sử dụng máy lạnh hấp thụ lĩnh vực Điều hòa khơng khí Việt Nam, Luận văn thạc sỹ, 1998 [11] NGUYỄN THÀNH VĂN, Tính tốn máy lạnh hấp thụ sử dụng lượng mặt trời dùng Điều hòa khơng khí, Chun đề nghiên cứu sinh, 2001 [12] NGUYỄN VĂN CƠNG, Năng lượng mặt trời-q trình nhiệt ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005 111 ... Năng lượng mặt trời nguồn lượng dồi phong phú tất loại lượng tái tạo Xuất phát từ vấn đề nêu trên, với đề tài giao là: “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng lượng mặt trời? ?? giúp... TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐHKK 1.1 Khái niệm điều hịa khơng khí Điều hịa khơng khí (điều tiết khơng khí) q trình tạo trì ổn định thơng số vi khí hậu khơng khí phịng... thụ sử dụng lượng mặt trời với cặp mơi chất 17 than hoạt tính methanol để sản xuất nước đá Hệ thống mô tả sau: máy lạnh hấp thụ sử dụng lượng mặt trời bao gồm thiết bị hấp thu lượng xạ mặt trời,