ĐỒ án tốt NGHIỆP đề tài “thiết kế máy lạnh hấp thụ để điều hòa không khí văn phòng làm việc”

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “Thiết kế máy lạnh hấp thụ để điều hịa khơng khí văn phịng làm việc” GVHD: giáo Th.s-Nguyễn Thành Văn SVTH: Ngô Sĩ Dũng Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU Chương1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 1.1 Máy lạnh hấp thụ 1.1.1.Chu trình lý thuyết 1.1.2 Ưu, nhược điểm 1.1.3.Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp thực tê 1.2 Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ 10 1.2.1.Yêu cầu môi chất dùng máy lạnh hấp thụ 10 1.2.2 Cặp môi chất H2O/LiBr 11 1.3.Nhiệm vụ đề tài 17 1.4.Chọn thơng số tính tốn cấp điều hịa hệ thống điều hịa khơng khí 17 1.4.1.Cấp điều hịa khơng khí hệ thống điều hịa khơng khí 17 1.4.2.Chọn thơng số tính tốn 17 Chương 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI LẠNH 19 2.1.Cân nhiệt phịng cần điều hịa khơng khí 19 2.2.Tính lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che độ chênh nhiệt độ 19 2.2.1.Xác định hiệu số nhiệt độ tính tốn 19 2.2.2.Xác định hệ số truyền nhiệt kết cấu bao che 20 2.2.3.Bề mặt trao đổi nhiệt kết cấu bao che 22 2.2.4.Tính lượng nhiệt truyền qua nhà 23 2.3.Tính tốn lượng nhiệt truyền vào phòng xạ mặt trời 24 2.3.1.Tính tính tốn nhiệt xạ truyền qua cửa kính 24 2.3.2.Tính tốn nhiệt xạ truyền qua kết cấu bao che 25 2.4.Tính lượng nhiệt tỏa 26 2.4.1.Nhiệt người tỏa 26 2.4.2.Nhiệt tỏa thắp sáng 26 2.4.3.Nhiệt máy móc tỏa 27 2.5.Tính lượng ẩm thừa 27 2.6.Thành lập tính tốn sơ đồ điều hịa khơng khí 27 2.6.1.Xác định hệ số góc tia q trình thay đổi trạng thái khơng khí phịng εT 27 2.6.2 Sơ đồ tuần hồn khơng khí theo cấp 28 Chương3: TÍNH TỐN CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/BrLi MỘT CẤP 32 Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1 Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr cấp 32 3.1.1 Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr chọn sau 33 3.1.2.Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp 34 3.2.Tính tốn chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/BrLi cấp 35 3.2.1.Các đại lượng biết 35 3.2.2.Xác định nhiệt độ bay to 35 3.2.3.Xác định nhiệt độ ngưng tụ 36 3.2.4.Xác định nhiệt độ dung dịch bình sinh 36 3.2.5.Xác định điểm nút 36 3.2.6 Xác định lưu lượng dung dịch tuần hoàn 37 3.2.7.Xác định nhiệt độ khỏi thiết bị hồi nhiệt 38 3.2.8.Chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp 39 3.2.9.Lập bảng thông số điểm nút 39 3.2.10.Xác định phụ tải thiết bị 40 3.3.Xác định hệ số làm lạnh 40 Chương 4: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/LiBr MỘT CẤP 41 4.1.Thiết bị bay hấp thụ 41 4.1.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị bay 41 4.1.2.Tính tốn thiết kế thiết bị sinh 45 4.1.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị hấp thụ 45 4.1.4.Tính tốn thiết kế thiết bị hấp thụ 49 4.2.Thiết bị ngưng tụ sinh 50 4.2.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ 50 4.2.2.Tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ 54 4.2.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị sinh 55 4.2.4.Tính toán thiết kế thiết bị sinh 57 4.3.Thiết bị hồi nhiệt 58 4.3.1.Cấu tạo 58 4.3.2.Tính diên tích trao đổi nhiệt 59 Chương5: GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/LiBr MỘT CẤP 64 5.1 Giới hạn vùng làm việc máy lạnh hấp thụ cấp 64 5.2 Giới hạn nhiệt độ nguồn gia nhiệt máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr cấp 65 5.2.1 Phạm vi khảo sát 66 5.2.2 Xác định giá trị nhiệt độ cực tiểu nguồn gia nhiệt 66 5.2.3 Xác định giá trị nhiệt độ cực đại dung dịch 67 Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương6: TÍNH SỨC BỀN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG HỆ THỐNG MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/LiBr MỘT CẤP 69 6.1.Tính chiều dày thân bình hình trụ 69 6.1.1.Tính chiều dày bình chứa thiết bị bay hấp thụ 69 6.1.2.Tính chiều dày bình chứa thiết bị ngưng tụ sinh 70 6.1.3.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt thiết bị 71 6.2.Tính chiều dày mặt sàng 74 6.2.1.Tính chiều dày mặt sàng chứa thiết bị bay hấp thụ 74 6.2.2.Tính chiều dày mặt sàng chứa thiết bị ngưng tụ sinh 76 Chương7: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH HẤP THỤ 79 7.1.Mục đích tự động hóa hệ thống lạnh 79 7.2.Đặc tính hoạt động máy lạnh hấp thụ 79 7.2.1.Aính hưởng nhiệt độ vào nước giải nhiệt 79 7.2.2.Aính hưởng nhiệt độ nguồn gia nhiệt 80 7.3.Điều chỉnh suất máy lạnh hấp thụ 80 7.3.1.Điều chỉnh phương pháp điều tiết nguồn gia nhiệt 80 7.3.2.Điều chỉnh phương pháp điều tiết lượng tuần hoàn dung dịch đậm đặc 81 7.3.3.Điều chỉnh hai phương pháp 82 7.3.4.Điều chỉnh cách kết hợp máy nén 82 7.4.Sự kết tinh, nguyên nhân, biên pháp khắc phục đề phòng 82 7.4.1.Sự kết tinh 82 7.4.2.những nguyên nhân gây kết tinh 82 7.4.3.Các biện pháp khắc phục 83 7.4.4.Các biện pháp đề phòng 83 7.5.Bảo vệ tự động máy lạnh hấp thụ 84 7.5.1.Khóa điều khiển 84 7.5.2.Bảo vệ nhiệt độ nước tải lạnh khỏi máy lạnh 84 7.5.3.Bảo vệ lưu lượng nước tải lạnh 84 7.5.4.Bảo vệ lưu lượng nước giải nhiệt 85 7.5.5.Bảo vệ nhiệt độ bay 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Việt nam đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, điều hồ khơng khí có ý nghĩa vơ to lớn đời sống người sản xuất Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật điều hồ khơng khí có bước tiến đáng kể vài thập kỷ qua Đặc biệt Việt Nam, từ có sách mở cửa, thiết bị điều hồ khơng khí nhập từ nhiều nước khác nhau, với nhu cầu ngày tăng ngày đại Tuy nhiên, hầu hết trang thiết bị lạnh dùng môi chất frêon, chất mà Công ước Quốc tế Montréal hạn chế sử dụng làm suy giảm tầng ơzơn gây hiệu ứng lồng kính Vì vậy, việc tìm mơi chất lạnh khác để thay điều mà giới quan tâm, tập trung mơ hình máy lạnh hấp thụ dùng nguồn gia nhiệt đốt nhiên liệu, nước, khói thải trung tâm nhiệt điện dùng lượng mặt trời Hiện nay, Việt nam, hệ thống điều hồ khơng khí lớn, có xu hướng thay máy nén lạnh thông thường máy lạnh hấp thụ Công ty dệt Việt Thắng, nhà máy bột VeDan, nhà máy điện Hiệp Phước, Siêu thị Cora Đồng Nai, Công ty HonDa Vĩnh Phú Tuy nhiên, giá thành đắt dải công suất làm việc máy lạnh hấp thụ lớn, máy lạnh hấp thụ nước ta, sử dụng chưa nhiều chưa phổ biến Việt nam nước nhiệt đới xích đạo, nên khí hậu nóng làm cho người chóng mệt thực phẩm nhanh hỏng Vì vậy, nhu cầu lạnh để điều hồ khơng khí sinh hoạt, sản xuất bảo quản thực phẩm ngày tăng tiêu thụ lượng điện đáng kể Cho nên, máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn lượng khác nhau: lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nhiệt thừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền khói thải, trích, nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp có ý nghĩa quan trọng thực tiễn Các ngành thực phẩm, hoá dầu, luyện kim ngành mũi nhọn khác kinh tế quốc dân, hộ tiêu thụ lạnh lớn cho nhu cầu cơng nghệ, điều hồ khơng khí sản xuất sinh hoạt, đồng thời nơi thải nguồn nhiệt thứ cấp phế thải lớn Điều này, đặt vấn đề tận dụng nguồn nhiệt thải để điều hồ khơng khí cho khu vực sản xuất sinh hoạt nhà máy Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án này, tập trung nghiên cứu mô hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp dùng để điều hịa khơng khí Trong q trình thực nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp này, Em xin chân thành cám ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo Th.s-Nguyễn Thành Văn ,cùng quý thấy cô khoa bạn lớp, giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vì điều kiện thời gian, tài liệu tham khảo khả thân có hạn nên đồ án khơng khỏi thiếu sót, kính mong góp ý chân thành quý thầy cô Đà Nẵng, ngày 27 tháng 05 năm 2003 Sinh viên thực Ngô Sĩ Dũng Chương1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 1.1 Máy lạnh hấp thụ: 1.1.1 Chu trình lý thuyết : Về bản, máy lạnh hấp thụ giống máy lạnh nén hơi, khác thay máy nén dùng điện cụm “máy nén nhiệt” dùng nhiệt nguồn gia nhiệt Cụm “máy nén nhiệt” bao gồm : thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh tiết lưu dung dịch ( hình 1.1) Ngơ Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP QK SH NT TL PK QH BDD TLDD P0 QA BH HT Q0 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ, TLDD: Tiết lưu dung dịch Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ hay máy nén nhiệt sau : Bình hấp thụ “hút” sinh từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu dung dịch đến Do nhiệt độ thấp, dung dịch loãng hấp thụ môi chất để trở thành dung dịch đậm đặc Nhiệt tỏa trình hấp thụ thải cho nước làm mát Dung dịch đậm đặc bơm dung dịch bơm lên bình sinh áp suất cao Pk Tại đây, dung dịch đậm đặc nhận nhiệt nguồn gia nhiệt sơi hố hơi, môi chất tách áp suất cao vào thiết bị ngưng tụ Quá trình diễn thiết bị ngưng tụ, tiết lưu bay giống máy lạnh nén Sau sinh hơi, dung dịch đậm đặc trở thành dung dịch loãng qua van tiết lưu dung dịch, giảm áp trở bình hấp thụ, khép kín vịng tuần hồn dung dịch Phương trình cân nhiệt máy lạnh hấp thụ : Q’k + Q’A = Q’o + Q’H + Q’B Trong : Q’k Ngơ Sĩ Dũng : Nhiệt thải thiết bị ngưng tụ  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Q’A Q’0 Q’H Q’B : Nhiệt thải thiết bị hấp thụ : Nhiệt trao đổi thiết bị bay : Nhiệt tiêu tốn cho trình sinh : Nhiệt quy đổi tiêu tốn cho bơm dung dịch Hệ số làm lạnh máy lạnh hấp thụ : ζ= Q' Q' = Q ' H +Q' B Q' H (Vì Q’B Trong : ξ : Nồng độ khối lượng dung dịch : ξ = khối lượng môi chất lạnh khối lượng môi chất lạnh + khối lượng chất hấp thụ ξr : Nồng độ dung dịch đậm đặc sau khỏi bình hấp thụ ξa : Nồng độ dung dịch loãng sau khỏi bình sinh ∆ξ : cịn gọi vùng khử khí Vậy vùng khử khí phải dương 1.1.2 Ưu, nhược điểm: Ưu điểm lớn máy lạnh hấp thụ sử dụng chủ yếu nguồn nhiệt có nhiệt độ khơng cao (80 ÷ 1500C) để hoạt động Chính thế, máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc sử dụng hợp lý nguồn lượng khác nhau: lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nhiệt thừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền khói thải, trích Ưu điểm máy lạnh hấp thụ có chi tiết chuyển động, kết cấu chủ yếu thiết bị trao đổi nhiệt trao đổi chất, phận chuyển động bơm dung dịch Vì vậy, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, máy làm việc ồn rung Trong vịng tuần hồn hồn mơi chất, khơng có dầu bơi trơn nên bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăng máy lạnh nén Ngồi ra, nay, tình trạng phá hủy tầng Ơzơn chất frêon gây ra, việc tìm mơi chất lạnh khác thay cịn khó khăn việc dùng máy lạnh hấp thụ thay máy lạnh nén lĩnh vực điều hịa khơng khí có ý nghĩa lớn Máy lạnh hấp thụ có nhược điểm giá thành đắt, cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn so với máy lạnh nén Lượng nước làm mát tiêu thụ lớn phải làm mát thêm bình hấp thụ Thời gian khởi động chậm, tổn thất khởi động lớn lượng dung dịch chứa thiết bị lớn 1.1.3.Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp thực tế: Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp thực tế Hình 1.3.Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp Trane 1.2 Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ : 1.2.1 Yêu cầu môi chất dùng máy lạnh hấp thụ : Ngồi mơi chất lạnh, máy lạnh hấp thụ cịn sử dụng thêm mơi chất hấp thụ nữa, gọi chung cặp môi chất lạnh Yêu cầu cặp môi chất lạnh Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP máy lạnh hấp thụ giống mơi chất lạnh khác có tính chất nhiệt động tốt, khơng độc hại, khó cháy, khó nổ, khơng ăn mòn vật liệu chế tạo máy, phải rẽ tiền, dễ kiếm Ngồi cặp mơi chất lạnh cần phải : - Hịa tan hồn tồn vào nhiệt độ sôi điều kiện áp suất xa tốt, để môi chất lạnh sinh bình sinh khơng lẫn chất hấp thu û - Nhiệt dung riêng dung dịch phải bé, đặc biệt máy lạnh hấp thụ chu kỳ để tổn thất nhiệt khởi động máy nhỏ Hiện nay, máy lạnh hấp thụ sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh NH3/ H2O H2O/ LiBr Hiện nay, có số cơng trình công bố dùng chất hấp thụ rắn máy lạnh hấp thụ chu kỳ CaCl2, zeôlit, cacbon hoạt tính chưa sử dụng phổ biến chúng có ưu điểm khơng cần thiết bị tinh cất, có nhược điểm : làm giảm hệ số dẫn nhiệt, giãn nỡ thể tích mức (gấp 10 lần) tỏa nhiệt lượng lớn trình hấp thụ dẫn đến làm giảm đáng kể hệ số hữu ích thiết bị Máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có ưu điểm sau : - Nước mơi chất lạnh nên đảm bảo vệ sinh môi trường - Tỷ số áp suất ngưng tụ áp suất bay nhỏ (khoảng 4) - Không cần thiết bị tinh cất mơi chất từ dung dịch H2O/ LiBr có mơi chất lạnh nước thoát - Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho thiết bị sinh cho phép thấp đến 800C Tuy nhiên, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có nhược điểm sau : - Tính ăn mịn dung dịch cao, gây han rỉ thiết bị nên yêu cầu phải dùng kim loại quý, đắt tiền - Phải trì độ chân khơng sâu thiết bị - Có khả xảy kết tinh gây tắt nghẽn thiết bị - Nhiệt độ bay khơng thấp (3 ÷ 7)0C mơi chất lạnh nước đóng băng 00C Chính hai nhược điểm đầu mà giá thành máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr đắt Còn máy lạnh hấp thụ NH3/ H2O, không hiệu máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr gây mùi khai, độc hại xì hở Ngồi ra, lượng nước theo NH3 lớn nên cần phải có thiết bị tinh luyện NH3 trước vào bình ngưng 1.2.2 Cặp mơi chất H2O/LiBr : 1.2.2.1 Đặc tính dung dịch H2O/LiBr : 1.2.2.1.1 Tính chất : Ngô Sĩ Dũng 10  Trang ... Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp thực tế Hình 1.3 .Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cấp Trane 1.2 Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ : 1.2.1 Yêu cầu môi chất dùng máy lạnh hấp. .. hấp thụ : Ngồi mơi chất lạnh, máy lạnh hấp thụ cịn sử dụng thêm mơi chất hấp thụ nữa, gọi chung cặp môi chất lạnh Yêu cầu cặp môi chất lạnh Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP máy lạnh hấp thụ. .. TÍNH TỐN CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/BrLi MỘT CẤP 32 Ngô Sĩ Dũng  Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1 Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr cấp 32 3.1.1 Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr chọn