Nghiên cứu khả năng dùng công nghệ tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống, trong các hệ thống điều hòa không khí trung tâm

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG HỒNG ANH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DÙNG CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH DẠNG BĂNG TAN CHẢY BÊN NGOÀI ỐNG TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT MÃ SỐ: 60.52.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn: - Thầy hướng dẫn, TS.Nguyễn Thế Bảo tận tình hướng dẫn tạo điều kiện tốt giúp tác giả hoàn thành luận văn - Thầy chủ nhiệm ngành Công Nghệ Nhiệt, PGS.TS Lê Chí Hiệp thầy cô trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật tham gia giảng dạy hướng dẫn tác giả suốt trình học tập - Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, Trường Trung học Kỹ thuật nghiệp vụ Nguyễn Tất Thành, Công Ty Cơ Nhiệt Điện Lạnh Bách Khoa tạo điều kiện cho tác giả thực thí nghiệm, cung cấp số liệu để luận văn hoàn thành - Các thầy cô Phòng Đào Tạo SĐH giúp đỡ vấn đề thủ tục - Những người thân, đồng nghiệp học viên lớp Cao Học Công Nghệ Nhiệt K14 động viên giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Học viên cao học Trương Hồng Anh TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày tổng quát phương pháp tích trữ lạnh khác sử dụng Qua phân tích đáng giá lựa chọn phương pháp tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí phù hợp với điều kiện kinh tế công nghệ Việt Nam Từ lựa chọn phương án tối ưu tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ống Ngoài thí nghiệm thực nhằm đo đạc bề dày lớp băng hình thành bề mặt ống trình tích trữ theo thời gian, sau tiến hành so sánh với kết mô máy tính đưa nhận xét Luận văn đưa phương pháp tính toán chế tạo thiết bị tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ống, viết chương trình tính toán sơ hệ thống phần mềm Microsoft Access, so sánh kinh tế sử dụng bồn tích trữ băng với hệ thống truyền thống Các vấn đề nêu luận văn làm sở tính toán chế tạo thiết bị tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ống điều kiện công nghệ Việt Nam, qua bước ứng dụng công nghệ tích trữ băng vào hệ thống lạnh nước ta nhằm giảm chi phí lượng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: 1.1 Yêu cầu đề tài 1.2 Nội dung nghiên cứu .2 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu .3 1.5 Ýnghóa khoa học ý nghóa thực tiễn đề tài CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH 2.1 Tình hình sử dụng công nghệ tích trữ lạnh giới 2.2 Nguyên lý chung công nghệ tích trữ lạnh 2.3 Các phương pháp tích trữ lạnh 2.3.1 Tích trữ toàn phần 2.3.2 Tích trữ phần 2.4 Các sơ đồ tích trữ lạnh 10 2.4.1 Tích trữ lạnh dùng nước lạnh .10 2.4.2 Tích trữ lạnh dùng băng 13 2.4.2.1 Tích trữ dùng băng dạng tónh (Ice-on-coil) 13 2.4.2.2 Tích trữ băng dạng động (Ice havester) 21 2.4.2.3 Tích trữ băng dạng bột băng (Ice slurry) .24 2.4.2.4 Tích trữ băng dạng (Encapsulated ice) 26 2.4.3 Tích trữ lạnh dùng muối Eutectic .28 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ỨNG DỤNG CHO ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 31 3.1 Đánh giá lựa chọn sơ đồ phù hợp cho điều hoà không khí điều kiện Việt Nam 31 3.2 Tính toán thiết kế bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ống 34 3.2.1 Xác định dung lượng bồn tích trữ lạnh hệ số tỏa nhiệt chất tải lạnh chảy ống 34 3.2.2 Xác định bề dày lớp băng 35 3.2.3 Tính toán thủy động dàn ống: .36 3.3 Tính toán tích trữ băng ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí 37 3.3.1 Dung lượng bồn tích trữ theo thời gian 37 3.3.2 Chi phí sơ đầu tư cho hệ thống 38 3.3.2.1 Đối với hệ thống truyền thống 38 3.3.2.2 Đối với hệ thống có dùng bồn tích trữ lạnh 39 3.3.3 Chi phí vận hành hàng năm 39 3.3.3.1 Đối với hệ thống truyền thống 39 3.3.3.2 Đối với hệ thống có dùng bồn tích trữ lạnh 40 3.3.4 Đánh giá kinh tế 41 3.3.4.1 Gia tăng phí đầu tư ban đầu sử dụng bồn tích trữ lạnh 41 3.3.4.2 Gia tăng phí đầu tư ban đầu sử dụng bồn tích trữ lạnh 41 3.3.4.3 Thời gian thu hồi vốn sử dụng bồn tích trữ lạnh 41 3.4 Phần mềm tính toán kinh tế kỹ thuật 42 3.4.1 Sơ đồ khối chương trình 42 3.4.2 Caùc giao diện chương trình 45 CHƯƠNG 4:THÍ NGHIỆM TÍCH TRỮ LẠNH DẠNG BĂNG TAN CHẢY BÊN NGOÀI ỐNG 51 4.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ống 51 4.1.1 Giới thiệu hệ thống thực nghiệm 51 4.1.2 Đo đạc ghi nhận kết thí nghiệm 57 4.2 Kết thực nghiệm 58 4.2.1 Bề dày lớp băng hình thành bề mặt ống theo thời gian .58 4.2.2 Quá trình thay đổi nhiệt độ nước chất tải lạnh .60 4.3 Kết mô máy tính 62 4.4 Nhận xét 64 4.1.1 So sánh trình tạo băng lý thuyết thực tế 64 4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành băng ống .67 4.1.2.1 Đường kính ống dàn lạnh .67 4.1.2.2 Nhiệt độ glycol dàn lạnh 68 CHƯƠNG 5:ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ - KỸ THUẬT TRONG VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH DẠNG BĂNG TAN CHẢY BÊN NGOÀI ỐNG CHO ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 70 5.1 Tính toán chế tạo bồn tích lạnh dạng Băng Tan Chảy Bên Ngoài Ống 70 5.2 Tính toán kinh tế kỹ thuật 73 5.2.1 Tính toán theo phương án .73 5.2.1.1Cho hệ thống tích trữ lạnh 73 5.2.1.2 Cho hệ thống có tích trữ lạnh 75 5.2.2 Tính toán theo phương án 79 PHẦN KẾT LUAÄN 88 PHUÏ LUÏC 91 TAØI LIỆU THAM KHẢO 103 CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Tóm tắt đặc tính sơ đồ tích trữ .7 Bảng 3.1 So sánh đặc tính sơ đồ tích trữ 32 Bảng 3.2 So sánh đặc tính sơ đồ tích trữ băng 33 Bảng 4.1 Kết đo đạc bề dày băng qua từ thực nghiệm 59 Bảng 5.1 Tính toán giá thành chế tạo bồn tích trữ lạnh 72 Bảng 5.2 Chi phí đầu tư cho hệ thống ĐHKK tích trữ lạnh 73 Bảng 5.3 Chi phí vận hành cho hệ thống ĐHKK tích trữ lạnh 74 Bảng 5.4 Chi phí đầu tư cho hệ thống ĐHKK có tích trữ lạnh 75 Bảng 5.5 Chi phí vận cho hệ thống ĐHKK có tích trữ lạnh .76 Bảng 5.6 Tính toán kinh tế cho hệ thống ĐHKK dùng bồn tích trữ lạnh dung lượng tích trữ 4000kWh, nhập từ nước 78 Bảng 5.7 Tính toán kinh tế cho hệ thống ĐHKK dùng bồn tích trữ lạnh dung lượng tích trữ 4000kWh, chế tạo nước .79 Bảng 5.8 Tính toán kinh tế cho hệ thống ĐHKK dùng bồn tích trữ lạnh dung lượng tích trữ 6000kWh, nhập từ nước 81 Bảng 5.9 Tính toán kinh tế cho hệ thống ĐHKK dùng bồn tích trữ lạnh dung lượng tích trữ 6000kWh, chế tạo nước .82 Bảng 5.10 Tính toán kinh tế cho hệ thống ĐHKK dùng bồn tích trữ lạnh dung lượng tích trữ 8500kWh, nhập từ nước 84 Bảng 5.11 Tính toán kinh tế cho hệ thống ĐHKK dùng bồn tích trữ lạnh dung lượng tích trữ 8500kWh, chế tạo nước .85 CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ vận hành tích trữ toàn phần Hình 2.2 Sơ đồ vận hành tích trữ phần kiểu san tải .9 Hình 2.3 Sơ đồ vận hành tích trữ phần kiểu giới hạn tải yêu cầu 10 Hình 2.4 Sự phân tầng nước lạnh bồn tích trữ nước lạnh .11 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ lạnh dùng nước 12 Hình 2.6 Băng tích trữ tan chảy bên ống .13 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ống làm lạnh trực tiếp tác nhân lạnh 15 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ống làm lạnh gián tiếp chất tải lạnh .17 Hình 2.9 Băng tích trữ tan chảy bên ống .18 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ống, làm lạnh gián tiếp chất tải lạnh .20 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng động 23 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng bột băng 25 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng .27 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng .29 Hình 3.1 Sơ đồ khối chương trình tính toán 44 Hình 3.2 Giao diện chương trình 45 Hình 3.3 Giao diện nhập thông số đầu vào 46 Hình 3.4 Giao diện kết tính toán .47 Hình 3.5 Giao diện thông số bồn tích trữ lạnh 48 Hình 3.6 Giao diện đồ thị mô trình tạo băng ống 49 Hình 3.7 Giao diện tính toán kinh tế kỹ thuật 50 Hình 4.1 Mô hình thực nghiệm .51 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm .52 Hình 4.3 Cụm máy nén 53 Hình 4.4 Dàn ống trao đổi nhiệt 54 Hình 4.5 Bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy ống .55 Hình 4.6 Nhiệt kế điện tử .56 Hình 4.7 Thước kẹp 56 Hình 4.8 Mô hình thực nghiệm vận hành .57 Hình 4.9 Lớp băng hình thành ống 58 Hình 4.10 Quá trình tạo băng ống theo thời gian .60 Hình 4.12 Sự thay đổi nhiệt độ trình nạp tải 61 Hình 4.13 Sự thay đổi nhiệt độ trình xả tải 62 Hình 4.14 Quá trình tạo băng ống mô máy tính .64 Hình 4.16 So sánh hai trình tạo băng thực tế lý thuyết 66 Hình 4.17 So sánh hai trình tạo băng thực tế lý thuyết 67 bỏ qua trình làm lạnh nước ban đầu .67 Hình 4.18 nh hưởng việc thay đổi đường kính ống dàn lạnh đến hình thành băng ống 68 Hình 4.18 nh hưởng nhiệt độ glycol dàn lạnh đến hình thành băng ống 69 Hình 5.1 Tương quan số tích trữ thời gian thu hồi vốn bồn tích trữ có dung lượng 6000kWh 83 Hình 5.2 Tương quan số tích trữ thời gian thu hồi vốn bồn tích trữ có dung lượng 8500kWh 86 91 PHUÏ LUÏC Chương trình tính toán: On Error GoTo Err_Processing Dim cnn As Database Dim Para1 As Double Dim Para2 As Double Dim Para3 As Double Dim Para4 As Double Dim Para5 As Double Dim Para6 As Double Dim Para7 As Double Dim Para8 As Double Dim Para9 As Double Dim SQL As String Dim n As Double, y As Double, z As Double, m As Double Dim Nu As Double, Re As Double, Alpha As Double, L As Double, Bedaymb As Double Dim Ketqua1 As Recordset Dim Ketqua2 As Recordset Dim Ketqua3 As Recordset Dim Thongso As Recordset Dim Phutai As Recordset If txtPara2 + txtPara7 > 24 Then 92 MsgBox "Tong so gio tich tru va van hanh DHKK phai 2 va 6 va =" & (Para2 + 1) & ")" cnn.Execute SQL SQL = "Delete * from Ketqua3" cnn.Execute SQL SQL = "INSERT INTO Ketqua3 ( [Index], Type, Description, Gio, Llbontru, Llchiller, NSLChiller, TongChiphi, CPVH, CPTK, TGThuhoi )" SQL = SQL & " SELECT Index, Type, Description, Gio, Llbontru,Llchiller, NSLChiller, TongChiphi, CPVH, CPTK, TGThuhoi FROM Ketqua3Form" cnn.Execute SQL Set Ketqua3 = cnn.OpenRecordset("Ketqua3") With Ketqua3 MoveFirst 97 Do Until EOF Edit Select Case !Type Case "K" !Llbontru = SQL = "select * from Phutai" Set Phutai = cnn.OpenRecordset(SQL) Phutai.MoveFirst Do Until Phutai.EOF If Phutai!SogioDHKK = Para7 Then !LLChiller = Phutai!TongPhutai * Para6 Dim LLChiller1 As Double LLChiller1 = !LLChiller Caodiem = Phutai!Caodiem Thapdiem = Phutai!Thapdiem Exit Do Else Phutai.MoveNext End If Loop !NSLChiller = !LLChiller / Para7 / 0.9 !TongChiphi = !NSLChiller * (Para8 + 1.11432) !CPVH = 1.26 * !NSLChiller * (Thapdiem * 0.001551 + Caodiem * 0.00253) * 360 / Dim CPVH1 As Double, TongChiphi1 As Double TongChiphi1 = !TongChiphi 98 CPVH1 = !CPVH !CPTK = !TGThuhoi = Case "C" Thongso.MoveFirst If !Gio !LLChiller / Para7 / 5) Then !NSLChiller = !Llbontru / !Gio / 0.8 Else !NSLChiller = !LLChiller / Para7 / 0.9 End If !TongChiphi = !NSLChiller * (Para8 + 1.11432) + Para1 * (Para9 + 0.07) If !Gio