Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo bồn tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí water chiller công suất 360000 BTU h

Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo bồn tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí water chiller công suất 360000 BTU h Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo bồn tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí water chiller công suất 360000 BTU h Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo bồn tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí water chiller công suất 360000 BTU h Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo bồn tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí water chiller công suất 360000 BTU h

TĨM TẮT Đề tài trình bày nghiên cứu thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh để vận hành kết hợp hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller cơng suất 360,000 BTU/h Chất tải lạnh chất tích trữ lạnh cho bồn tích trữ lạnh nước Vật liệu chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cho bồn tích trữ lạnh nhựa uPVC Trong báo thơng số vận hành hệ thống tích trữ lạnh thể dựa trình nghiên cứu thực nghiệm Các kết nhiệt độ nạp tải, nhiệt độ chất tải lạnh nhiệt độ 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 lệch nhiệt độ chất tải lạnh vào khỏi dàn trao đổi nhiệt ln trì đến 40C Thiết kế phù hợp để sử dụng hệ thống tích trữ lạnh ứng dụng làm mát ABSTRACT5 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 (uPVC) is used to fabrication the heat exchanger In this work, the investigation of system properties is based on and experimental study the results indicate the operation properties such as: the load-charging temperature, heat transfer fluids temperature in load-discharging, load-discharging time In addition, the results also show the heat transfer efficiency of exchanger in cold thermal energy storage tank is good The temperature difference of the inlet and outlet heat transfer fluid in exchanger is maintained from to 40C This is a suitable design for use cold thermal storage system in cooling applications xii MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN x LỜI CẢM ƠN xi TÓM TẮT xii ABSTRACT xii MỤC LỤC .xiii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xv DANH SÁCH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG xviii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan 1.2.1 Nghiên cứu nước 1.2.2 Nghiên cứu nước 12 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 16 1.4 Giới hạn đề tài 16 1.5 Phương pháp nghiên cứu 16 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1 Lý thuyết trao đổi nhiệt 18 2.2 Lý thuyết tính toán 18 2.3 Lý thuyết trình biến đổi pha 22 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 23 3.1 Tính tốn thiết kế bồn tích trữ 23 xiii 3.1.1 Thiết kế dàn ống trao đổi nhiệt suất lạnh Q0 = 360000BTU/h 23 3.1.2 Thiết kế dàn ống trao đổi nhiệt suất lạnh Q0 = 20kW 25 3.1.3 Thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh 29 3.1.4 Tính tốn cách nhiệt cách âm cho bồn trữ lạnh 36 3.1.5 Tính chọn bơm 41 CHƯƠNG IV: THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 49 4.1 Thiết lập mơ hình thí nghiệm chất biến đổi pha (PCM) 49 4.1.1 Thiết lập mô hình thí nghiệm q trình nạp tải cho vật liệu biến đổi pha… 49 4.1.2.Thiết lập mơ hình thí nghiệm quy trình xả tải cho vật liệu biến đổi pha 50 4.2 Thiết lập mơ hình thực nghiệm vận hành bồn tích trữ lạnh 51 4.2.1 Các dụng cụ đo 53 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 5.1 Kết mơ hình thí nghiệm chất biến đổi pha 55 5.1.1 Quá trình nạp tải cho vật liệu biến đổi pha 55 5.1.2 Quá trình xả tải cho vật liệu biến đổi pha 58 5.2 Kết mơ hình thí nghiệm vận hành hệ thống tích trữ lạnh 58 5.2.1 Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh trình nạp tải 58 5.2.2.Sự thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh thực trình xả tải 59 5.2.3 Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí khỏi FCU thực trình xả tải 61 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 6.1 Kết luận 62 6.2 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 xiv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  : Hệ số giãn nở nhiệt, 1/.K cp : Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp, J/kg.0C D : Đường kính ống, m  : Hệ số dẫn nhiệt, W/m.oC L1 : Lưu lượng đoạn ống, l/s ltd : Chiều dài tương đương, m l : Chiều dài ống, m d1 : Đường kính ống, m d2 : Đường kính ngồi ống, m n : Số lượng ống m : Số hàng ống F : Diện tích trao đổi nhiệt, m2 Q0 : Phụ tải lạnh cho bồn tích trữ lạnh W k : Hệ số truyền nhiệt, W/m2.K Pr : Tiêu chuẩn Prandtl xv Gr : Tiêu chuẩn Grashoft ks : hệ số truyền nhiệt qua sàn kw : Hệ số truyền nhiệt qua vách, W/m2.K p : Áp suất, Pa Q : Dòng nhiệt truyền qua thiết bị, W Nuf : Hệ số Nusselt q0 : Mật độ dòng nhiệt, W/m2 Re : Tiêu chuẩn Reynolds Ttb : Nhiệt độ trung bình bề mặt, 0C tw : Nhiệt độ vách ống, 0C tf : Nhiệt độ ống, 0C tk : Nhiệt độ môi trường, 0C ts : Nhiệt độ đọng sương, 0C  : Độ nhớt động lực, kg/m.s  : Khối lượng riêng, kg/m3 V : Lưu lượng bơm, m3/s xvi N : Công suất bơm, kW η : Hiệu suất truyền nhiệt, %  : Tốc độ dòng chất lỏng, m/s  : Chiều dày vách, m  Slab : Chiều dày đáy bồn, m Wall : Chiều dày vách bồn, m  Roof : Chiều dày nắp bồn, m 1 : Hệ số trao đổi nhiệt bên ống, W/m2.K 2 : Hệ số trao đổi nhiệt bên ống, W/m2.K r : Hệ số uốn cong t : Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit, 0C pc : Tổn thất cục đoạn ống, Pa p1 : Tổn thất áp suất đoạn ống, Pa P : Tổn thất áp suất tổng đoạn ống, Pa Pb : Tổn thất áp suất đầu đẩy bơm, Pa xvii DANH SÁCH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG A_DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ nghiên cứu thí nghiệm tích trữ lạnh [1] Hình 1.2: Sơ đồ thực nghiệm hệ thống lạnh [4] Hình 1.3: Mơ hình nghiên cứu thí nghiệm chất biến đổi pha [7] Hình 1.4: Sơ đồ thí nghiệm chất biến đổi pha tích trữ lạnh [10] Hình 1.5: Sơ đồ thiết bị nghiên cứu thí nghiệm đánh giá trữ lạnh [16] Hình 1.6: Sơ đồ nghiên cứu hệ thống tích trữ lạnh dạng bột đá [17] 10 Hình 1.7: Sơ đồ nghiên cứu hệ thống tích trữ lạnh có chất PCM [20] 11 Hình 1.8: Sơ đồ ngun lý thí nghiệm tích trữ lạnh [21] 12 Hình 1.9: Mơ hình thí nghiệm tích trữ lạnh [22] 13 Hình 1.10: Cấu tạo thiết bị tích trữ lạnh nghiên cứu [23] 13 Hình 1.11: Cấu tạo thiết bị tích trữ lạnh nghiên cứu [25] 15 Hình 2.1: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách……………………………………….…….20 Hình 2.2: Sơ đồ truyền nhiệt qua khối trụ [27] 22 Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế trao đổi nhiệt (Hình chiếu bằng) 33 Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế trao đổi nhiệt (Hình chiếu cạnh) 33 Hình 3.3: Mơ hình 3D bồn tích trữ lạnh 34 Hình 3.4: Hình ảnh bố trí trao đổi nhiệt bồn tích trữ lạnh 35 Hình 3.5: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách phẳng 38 Hình 3.6:Sơ đồ bố trí tuyến nước lạnh bồn 41 Hình 3.7: Bơm nước hãng Ebara 46 Hình 3.8: Hệ thống bồn tích trữ lạnh sau chế tạo lắp đặt 48 Hình 3.9: Hệ thống Water Chiller 48 xviii Hình 4.1: Mơ hình thực nghiệm q trình nạp tải chất biến đổi pha 49 Hình 4.2: Mơ hình thực nghiệm q trình xả tải chất biến đổi pha 50 Hình 4.3: Hình ảnh thực nghiệm trình xả tải chất biến đổi pha 51 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm 52 Hình 4.5: Thiết bị đo nhiệt độ 53 Hình 4.6: Thiết bị đo nhiệt độ môi trường 53 Hình 4.7: Cơng tơ điện ba pha 54 Hình 5.1: Sự thay đổi nhiệt độ chất biến đổi pha trình nạp tải 55 Hình 5.2: Sự thay đổi nhiệt độ chất biến đổi pha trình xả tải 56 Hình 5.3: Sự thay đổi nhiệt độ nước trình xả tải vật liệu biến đổi pha 57 Hình 5.4: Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh thực trình nạp tải 58 Hình 5.5: Sự thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh thực trình xả tải 60 Hình 5.6: Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh thực trình xả tải 60 Hình 5.7: Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí khỏi FCU thực trình xả tải 61 B_DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Catalogue ống nhựa uPVC Bình Minh 23 Bảng 3.2: Thơng số hình học bồn tích trữ 36 Bảng 3.3: Lưu lượng đoạn ống 42 Bảng 3.4: Tổn thất áp suất đoạn ống 43 Bảng 3.5:Tổn thất cục bô đoạn ống 47 Bảng 3.6: Thông số bơm nước hãng Ebara 47 xix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài Khoa học cơng nghệ đóng vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế đời sống xã hội Cùng với phát triển công nghệ, kỹ thuật xem tản tạo nên bước đà vững ngày cải thiện nhu cầu đời sống nước ta Trong thay đổi tạo động lực để nhà nghiên cứu khoa học tập trung giải pháp tiết kiệm lượng cho quốc gia Nhiều công nghệ đời ứng dụng kỹ thuật cao để đáp lại nhu cầu lúc thiếu nguồn lượng trữ để sẵn sàng phục vụ đời sống Từ đó,việc sử dụng tiệt kiệm hệ thống điều hịa khơng khí water chiller trọng nhiều Với nhu cầu thiết yếu nêu trên, nhà nghiên cứu với chuyên gia lượng nước ta không ngừng đưa nhiều giải pháp nhằm cải thiện hạn chế tối đa chi phí lắp vận hành hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller kết hợp cơng nghệ tích trữ lạnh Gần đây, dự án nghiên cứu tập trung vào hệ thống Water Chiller với mục đích giảm lượng điện tiêu thụ Đồng thời, kết hợp với nhiều giải pháp nhằm nâng cao công nghệ để cải thiện chi phí sử dụng cho hệ thống chiller kết hợp tích trữ lạnh có hiệu Trong năm gần đây, cơng nghệ tích trữ lạnh nghiên cứu để áp dụng vào hệ thống Water Chiller cải thiện nhiều so với trước Bên cạnh đó, mục tiêu cắt giảm chi phí lắp đặt hệ thống đánh giá khả tiết kiệm lượng cho đất nước ta tương lai Hiện nay, nhu cầu sử dụng hệ thống điều hịa khơng khí Water Chiller ngày nhiều tịa nhà cao tầng Vì thế, để hạn chế chi phí vận hành hệ thống nên đỏi hỏi cần tập trung nghiên cứu tính tốn thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh cho hệ thống Water Chiller hướng nghiên cứu tập trung sâu đáp lại kỳ vòng nước ta cho nguồn lượng tái tạo 1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan 1.2.1 Nghiên cứu ngồi nước Sử dụng bồn tích trữ lạnh kết hợp với phương pháp dùng nước lạnh để tiếp xúc trực tiếp với chất biến đổi pha (PCM), Viktoria Martin cộng [1] nghiên cứu khảo sát việc ứng dụng trình thay đổi pha vật liệu để tích trữ lạnh Sơ đồ thể cấu tạo Hình 1.1, đường ống nước lạnh bố trí bên vào bên bồn Bên bồn bố trí lớp chất biến đổi pha nóng chảy, lớp xốp hữa chứa chất biến đổi pha Nước lạnh cấp vào bồn ta lớp chất biến đổi pha làm cho nhiệt độ chất thay đổi pha tích trữ nhiệt, lượng nước sau làm biến đổi pha xong rới xuống đáy bồn ngồi theo ống bố trí Mơ hình sử dụng phương pháp tích trữ nhiệt hiện, chất tải lạnh tiếp xúc trực tiếp chất biến đổi pha Nghiên cứu rằng, tích trữ lạnh cao điểm với giá điện cao ảnh hưởng lớn đến chi phí, cơng nghệ làm giảm thiểu tải đỉnh cao điểm chuyển sang vận hành thấp điểm Đồng thời, trình xả băng với lượng lưu trữ băng lớn đảm bảo cho mục đích sử dụng Ngồi ra, mơ hình lý thuyết cho cơng nghệ cịn tập trung vào số liệu thiết kế quan trọng để đạt lượng tích trữ cơng suất lớn Đối với nghiên cứu công suất, tốc độ dịng chảy, khác nhiệt độ, kích thước thông số quan trọng nêu việc đánh giá thử nghiệm Ngài tác giả cịn cơng suất tích trữ lạnh đạt từ 30 đến 80 kW/m3 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 ... thực nghiệm thực tế chất biến đổi pha cơng nghệ tích trữ lạnh cho h? ?? thống Water Chiller. Vậy nên việc nghiên cứu "nghiên cứu thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh sử dụng h? ?? thống điều h? ??a khơng khí. .. bồn tích trữ lạnh  Trên sở thiết kế, tiến h? ?nh chế tạo bồn tích rữ lạnh vận h? ?nh h? ?? thống tích trữ lạnh, đồng thời đánh giá so sánh hiệu h? ?? thống tích trữ thơng qua q trình thực nghiệm, đồng thời... nghệ tích trữ lạnh thực nghiệm chế tạo bồn tích trữ lạnh thời gian tới Do ta rút số nhận xét sau: Một cơng nghệ tích trữ lạnh h? ?? thống water chiller h? ?? thống lớn, trình thiết kế chế tạo thi công