Như đó trỡnh bày ở trờn, do nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng
nhưng nguồn năng lượng thỡ khụng bao giờ là vụ tận vỡ thế cỏc thiết bị sử dụng năng lượng cần phải được nghiờn cứu sao cho chỳng tiờu tốn ớt năng lượng mà hiệu quả sử dụng phải cao. Bơm nhiệt đó được biết đến và được chứng minh là thiết bị tiết kiệm năng lượng, tuy nhiờn ở nước ta nú mới chỉ được biết đến chủ yếu ở chức năng mỏy điều hũa nhiệt độ 2 chiều núng – lạnh (nhập khẩu) chứ chưa được nghiện cứu, phổ biến và ỏp dụng cho cỏc lĩnh vực cụng nghiệp khỏc. Vỡ thế, thực sự vẫn đang rất cần cú sự đầu tư và nghiện cứu từ nghiờn cứu lý thuyết đến thực tế cho bơm nhiệt, đặc biệt là bơm nhiệt mỏy nộn để cú được hiệu quả cao hơn nữa trong điều kiện khớ hậu núng ẩm ở nước ta.
Vỡ những lý do nờu trờn, em chọn để tài “Nghiờn cứu xỏc định cấu trỳc hợp lý
của thiết bị bốc hơi tiết kiệm năng lượng trong bơm nhiệt hỳt ẩm và sấy lạnh” 1.3.2. Mục đớch nghiờn cứu:
- Nghiờn cứu quỏ trỡnh làm lạnh khụng khớ với việc sử dụng phương phỏp
đỏnh giỏ hiệu quả bơm nhiệt khoa học, chớnh xỏc để làm rừ hiệu quả tiết kiệm năng lượng của bơm nhiệt.
- Nghiờn cứu thụng số chế độ làm việc và cấu trỳc của thiết bị bốc hơi nhằm làm giảm tổn thất khụng thuận nghịch, tiết kiệm năng lượng.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 38
1.3.3. Đối tượng, nội dung và phương phỏp nghiờn cứu:
1- Đối tượng nghiờn cứu: Bơm nhiệt hỳt ẩm và sấy lạnh.
2- Nội dung nghiờn cứu:
+ Nghiờn cứu lý thuyết về quỏ trỡnh làm lạnh khụng khớ trong mỏy lạnh – Bơm nhiệt.
+ Nghiờn cứu xỏc định phương phỏp đỏnh giỏ hợp lý hiệu quả bơm nhiệt hỳt ẩm / sấy lạnh.
+ Tớnh toỏn so sỏnh COP, hiệu suất Exergy để xỏc định cấu trỳc và chế độ làm việc (nhiệt độ bốc hơi t0).
3- Phương phỏp nghiờn cứu:
+ Nghiờn cứu lý thuyết kết hợp với ỏp dụng thực tế hệ thống mỏy làm việc trong điều kiện Việt Nam.
1.4. Kết luận chƣơng 1:
Qua khảo sỏt, ta đó biết được bơm nhiệt là thiết bị nhiệt – lạnh tiết kiệm năng lượng nhất và việc sử dụng nú rộng rói trong cuộc sống đang là chiều hướng bức thiết và rất cần thiết.
Nhiệm vụ của đề tài là nghiờn cứu lý thuyết kết hợp với khảo sỏt thực tế hệ thống mỏy làm việc trong điều kiờn Việt Nam để xỏc định thụng số chế độ và cấu trỳc hợp lý dàn bay hơi làm lạnh khụng khớ của bơm nhiệt hỳt ẩm / sấy lạnh (chủ yếu là chiều dầy của dàn theo chiều lưu động của dũng khụng khớ) sao cho hiệu quả về kỹ thuật là cao nhất và tiết kiệm năng lượng nhất.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 39
Chƣơng 2
BƠM NHIỆT HÚT ẨM VÀ SẤY LẠNH
2.1. Nhu cầu sấy lạnh và hỳt ẩm.
Nước ta nằm trong khu vực khớ hậu nhiệt đới ẩm, cú bờ biển dài trờn 3000km, độ ẩm khụng khớ quanh năm thường trờn 70%, nhiệt độ trung bỡnh cao
nhất 35oC. Khớ hậu núng ẩm đó là nguyờn nhõn gõy hiện tượng ăn mũn, làm han
gỉ hư hỏng mỏy múc thiết bị, khụng phự hợp với nhiều quy trỡnh sản suất, chế biến cỏc mặt hàng nụng sản thực phẩm, húa dược, quy trỡnh bảo quản, lưu trữ tư liệu, phim ảnh,… Đõy cũng là điều kiện thuận lợi cho nấm mốc và cỏc vi sinh vật cú hại phỏt sinh và phỏt triển làm hư hỏng nhiều thực phẩm, lương thực, thuốc chữa bệnh, giống cõy trồng,…[26].
Núi chung, độ ẩm khụng khớ là nguyờn nhõn gõy ra nhiều tỏc hại cho sản xuất, đời sống và sức khỏe của con người, như:
- Gõy nấm, mốc làm hư hỏng đồ đạc, nội thất, quần ỏo, phim ảnh,…
- Gõy gỉ sột và ăn mũn cỏc chi tiết bằng kim loại
- Là mụi trường lý tưởng để cỏc loại cụn trựng, vi khuẩn độc hại sinh sụi
và phỏt triển. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Làm vún cục cỏc loại bột, gõy đọng sương làm hư hại nội thất, tranh, ảnh, đồ vật trang trớ trong nhà, làm chảy nước cỏc loại kẹo cứng, kẹo chocolate, gõy nấm mốc hư hỏng nhiều loại lương thực, thực phẩm, bỏnh kẹo,…
Ảnh hưởng đến sự hụ hấp của con người (nhất là đối với những người mắc bệnh về phổi, đường hụ hấp, hen suyễn,…) và gõy ra đau nhức ở cỏc bệnh nhõn bị thấp khớp…
Để tạo nờn những sản phẩm, hàng húa tiờu dựng trong nước và xuất khẩu cú chất lượng cao, đảm bảo cỏc tiờu chuẩn về vệ sinh, an toàn đỏp ứng yờu cầu hội nhập thực với khu vực và thế giới, cỏc lương thực và thực phẩm sau thu
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 40 hoạch cẩn phải qua cỏc quỏ trỡnh chế biến và bảo quản ở chế độ ụn ẩm độ thớch hơp. Vớ dụ: mụi trường chế biến và làm khụ cỏc sản phẩm như bỏnh, kẹo socola,
kẹo Caramen, Gelatin, yờu cầu nhiệt độ khụng cao qua 25oC độ ẩm phải nhỏ hơn
45-50%. Nhiều thực phẩm, rau quả khi sấy khụ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ mụi trường lại khụng giữ được màu sắc và mựi vị. Tỡnh hỡnh đú đũi hỏi cẩn phải cú cụng nghệ sấy khụ sản phẩm hoặc hỳt ẩm mụi trường sản xuất ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn.
Để sấy khụ sản phẩm, phương phỏp truyền thống được sử dụng phổ biến
là sấy bằng khụng khớ núng (nhiệt độ 60-120oC) cũn để giảm độ ẩm tương đối
của khụng khớ người ta thường dựng mỏy hỳt ẩm thụng dụng làm việc theo nguyờn lý bơm nhiệt. Ở cỏc khụng gian được xử lý giảm ẩm bằng mỏy hỳt ẩm như vậy, nhiệt độ luụn phải duy trỡ cao hơn nhiệt độ mụi trường, độ ẩm tương đối cũng khụng xuống thấp hơn 55% trong điều kiện khụng khớ ngoài trời thường cú độ ẩm 80-90%. Như vậy, trong điều kiện khớ hậu Việt Nam, nếu chỉ sử dụng phương phỏp sấy núng và mỏy hỳt ẩm thụng dụng sẽ khụng đỏp ứng được nhu cấu sấy và hỳt ẩm ở thụng số chế độ tương đối thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ mụi trường, độ ẩm tương đối φ < 55%), [26] .
Cỏc hệ thống điều hũa khụng khớ (ĐHKK) trong điều kiện khớ hậu nước ta (làm lạnh khụng khớ là chủ yếu) bao giờ cũng kốm theo hiệu quả giảm ẩm, cho nờn ở một mức độ nào đú mỏy ĐHKK cũng được xem là một mỏy khử ẩm. Tuy nhiờn, cũng giống như mỏý hỳt ẩm thụng dụng, độ ẩm mụi trường mà nú tạo ra cũng thường khụng thấp hơn 55% tuy nhiệt độ cú hạ hơn khi dựng mỏy hỳt ẩm. Để khắc phục tỡnh trạng đú, khi phải tạo khụng gian cú nhiệt độ và độ ẩm thấp hơn, mụi trường sản xuất hay bảo quản hoặc sấy khụ vật liệu người ta phải sử dụng cỏc mỏy hỳt ẩm chuyờn dụng kiểu hấp phụ, trong đú khụng khớ được làm khụ nhờ tiếp xỳc với cỏc chất rắn cú khả năng hấp thu ẩm như Silicagen. Tuy vậy, khi cần tạo ra mụi trường cú nhiệt độ, độ ẩm thấp, mỏy hỳt ẩm kiểu này cũng luụn phải kốm theo một mỏy lạnh để hạ nhiệt độ. Khi đú lại xuất hiện vấn đề về vốn đầu tư, chi phớ vận hành, nhất là chi phớ điện năng và
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 41 những khú khăn về sửa chữa thay thế thiết bị cũng như thời gian tạm dừng để sửa chữa.
Như vậy, thực tế cụng nghiệp và đời sống đũi hỏi phải cú phương phỏp và cụng nghệ thớch hợp để đỏp ứng cỏc nhu cầu về hỳt ẩm cho mụi trường sản xuất, bảo quản và sấy khụ cỏc sản phẩm cụng nghệ “khú tớnh” cần cú chế độ sấy dịu trong mụi trường độ ẩm nhỏ mà thiết bị lại phải đảm bảo cỏc yờu cầu về giảm phớ đầu tư, chi phớ năng lượng và khụng gõy tỏc động xấu đến mụi trường. Từ nhiều năm nay nhiều tỏc giả đó tiến hành cỏc khảo sỏt thực tế, nghiờn cứu lý thuyết, thực nghiệm triển khai ỏp dụng thực tế phương phỏp hỳt ẩm và sấy nhiều độ thấp bằng bơm nhiệt mỏy nộn.
Trong điều kiện hiện nay, khi mà nguồn năng lượng cung cấp cho cỏc mỏy lạnh và mỏy hỳt ẩm hầu như chỉ là năng lượng điện cung cấp từ cỏc nhà mỏy nhiệt điện thỡ việc tạo nờn cụng nghệ và thiờt bị tiết kiệm chi phớ năng lượng cũn cú ý nghĩa là gúp phần vào vệ mụi tường, vỡ khi đú lượng tiờu hao và khớ thải cú cỏc chất độc hại gõy hiệu ứng nhà kớnh sẽ giảm đi, .
2.2. Cỏc phƣơng phỏp hỳt ẩm và sấy lạnh.
2.2.1. Cỏc phương phỏp hỳt ẩm: + Khỏi niệm về hỳt ẩm: + Khỏi niệm về hỳt ẩm:
Hỳt ẩm là làm giảm độ chứa hơi (d) của khụng khớ và do đú ở nhiệt độ khụng giảm thỡ sẽ làm giảm cả độ ẩm tương đối ( ) của khụng khớ.
Nhiều xưởng sản xuất, mụi trường bảo quản đũi hỏi phải cú nhiệt độ và độ ẩm khụng gian nhỏ hơn nhiệt độ và độ ẩm khụng khớ mụi trường, như cỏc xưởng sản xuất kẹo chocolat, caramen, kẹo cứng, kẹo chew, zelatin, xưởng bảo quản phim ảnh, nuụi cấy nấm, men, phũng sạch chế biến thuốc, phũng phẫu thuật tại bệnh viện,…Ở đõy, cần ỏp dụng cụng nghệ hỳt ẩm nhiệt độ thấp.
Mỏy hỳt ẩm là một thiết bị cú tỏc dụng giữ ổn định độ ẩm của khụng khớ, vỡ thế nú cũng được sử dụng cả trong gia đỡnh để bảo quản cỏc thiết bị điện tử, đồ gỗ, bảo quản thực phẩm khụ, giấy tờ, sổ sỏch…
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 42
+ Hỳt ẩm bằng mỏy điều hũa khụng khớ:
Cỏc mỏy ĐHKK núi chung cú chức năng đảm bảo điều kiện vi khớ hậu thớch hợp cho mụi trường sản xuất cụng nghiệp, cụng trỡnh cụng cộng và đời sống,... chưa kể cỏc hệ thống ĐHKK cụng nghiệp cú độ ẩm khụng khớ được điều chỉnh ở một trị số thớch hợp, cỏc hệ thống ĐHKK dõn dụng trong điều kiện khớ hậu núng ẩm của Việt Nam cũng thường là quỏ trỡnh khử ẩm (làm lạnh – làm khụ) về mựa hố.
Hỡnh 2.1 : Quỏ trỡnh xử lý khụng khớ trong mỏy ĐHKK
Cũng cú thể núi rằng mỏy lạnh điều hũa khụng khớ nào cũng là một mỏy khử ẩm, tuy nhiờn ở cỏc thụng số tiện nghi thỡ độ ẩm khụng khớ trong phũng thường chỉ giảm đến 60-65% (hỡnh 2.1). Tớnh chất này làm cho cỏc mỏy ĐHKK thụng dụng cũng được dựng với chức năng hỳt ẩm cho cỏc phũng mỏy tớnh, thiết bị điện tử, thư viện, kho lưu trữ,... Tuy vậy, yờu cầu về độ ẩm ở cỏc cụng trỡnh như vậy thường cũng khụng đảm bảo, nhất là vào những ngày trời nồm hay độ ẩm cao.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 43
Hỡnh 2.2. Quỏ trỡnh ĐHKK-khử ẩm trờn đồ thị I-d
NOT: Quỏ trỡnh ĐHKK thụng thường. NO’T’: Quỏ trỡnh ĐHKK-khử ẩm để cú cựng nhiệt độ T nhưng độ ẩm thấp hơn
Từ hỡnh 2.2 ta thấy rằng để cú độ ẩm thấp hơn thỡ chế độ ĐHKK khụng cũn thỏa món điều kiện vệ sinh an toàn trong ĐHKK tiện nghi nữa (chờnh lệch nhiệt độ thổi và đó vượt quỏ giới hạn cho phộp), tức là mỏy điều hũa thụng thường khụng dựng thớch hợp cho nhu cầu khử ẩm thấp dưới 55%.
+ Hỳt ẩm bằng húa chất:
Đõy là phương phỏp đơn giản đó cú từ lõu và được lưu truyền trong dõn gian để giữ khụ sản phẩm, vật dụng trong một khụng gian hẹp. Ở đõy, khụng khớ được làm khụ nhờ cỏc chất rắn cú tớnh hấp phụ ẩm (trong mụi trường) như vụi sống, silicagen... kốm theo quỏ trỡnh hấp phụ ẩm là quỏ trỡnh tỏa nhiệt nờn kết quả là dung ẩm của khụng khớ giảm đi, nhiệt độ tăng lờn và độ ẩm tương đối φ giảm (hỡnh 2.3) thớch hợp để giữ khụ cỏc vật phẩm.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 44 Hỡnh 2.3 : Quỏ trỡnh khử ẩm khụng khớ 1-2 bằng húa chất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương phỏp này khụng thớch hợp để khử ẩm cho cỏc thể tớch lớn quy mụ cụng nghiệp. Tuy nhiờn cỏc chất hỳt ẩm kiểu này cú thể được sử dụng trong cỏc mỏy hỳt ẩm hấp phụ cụng suất lớn, nhưng vẫn cần định kỳ thay thế hay hoàn nguyờn chất hỳt ẩm.
+ Hỳt ẩm bằng mỏy hấp phụ (mỏy bài ẩm)
Mỏy hỳt ẩm hấp phụ được Carl Munters phỏt minh từ nảm 1955. Nguyờn lý làm việc của nú chủ yếu dựa trờn tớnh chất hấp phụ ẩm của một số chất rắn – thường là titanium silicagen. Bộ phận chớnh của mỏy là roto chất hỳt ẩm cấu tạo rỗng kiểu tổ ong, được chế tạo từ cỏc lớp xen kẽ cỏc tấm phẳng và gấp nếp, đõy là phần quan trọng nhất của mỏy hỳt ẩm, là thành phần chớnh xỏc định hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị, nú được quay bằng một động cơ điện truyền động qua dõy đai (hỡnh 2.3).
- Vật liệu hỳt ẩm: là thành phần được ngõm tẩm trờn bề mặt của bỏnh rotor cú tỏc dụng hỳt ẩm, làm khụ, nhiều năm về trước khi bỏnh rotor mới được phỏt minh, muối Lithium Clorua được sử dụng như chất làm khụ, nhưng nú lại khụng chịu được nhiệt độ cao vỡ thế sau này được thay bằng Silicagel-loại chất cú thể chịu được khụng khớ bóo hũa đồng thời làm tăng tuổi thọ của bỏnh rotor.
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 45 Hỡnh 2.4: Sơ đồ hỳt ẩm bằng chất hấp phụ khụng dựng mỏy lạnh
- Hơi ẩm được hỳt vào mỏy và bị giữ lại trong chất làm khụ, sau đú được
chuyển đến vị trớ khử ẩm và được thải ra ngoài bằng cỏch nung núng.
Mỏy hỳt ẩm làm việc theo nguyờn tắc hấp phụ đặc biệt thớch hợp cho mụi trường cú độ ẩm cao ở nhiệt độ thấp. Loại mỏy này thường cú cụng suất nhỏ khoảng 10-50 lớt/ngày, độ chớnh xỏc rất cao nờn được dựng nhiều cho cỏc phũng thớ nghiệm hoặc cỏc ứng dụng cần độ chớnh xỏc.
Hỡnh 2.5: Sơ đồ hỳt ẩm bằng mỏy bài ẩm sử dụng mỏy lạnh
Do tốc độ quay chậm (khoảng 10 vũng/h) mà tụto đảm bảo tỏch ẩm liờn tục ngay cả khi nhiệt độ đọng sương xuống rất thấp. Khả năng tỏch ẩm dễ được điều chỉnh theo nhu cầu. Quỏ trỡnh hấp phụ luụn tỏa nhiệt, hơn nữa khi được
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 46
hoàn nguyờn bằng khụng khớ núng ở 120 – 130oC thỡ khi quay sang vựng khử
ẩm rụto đó gia nhiệt cho khụng khớ xử lý nờn nhiệt độ khụng khớ khụ thường bị nõng thờm từ 15 – 25oC. Vỡ thế khi vẫn duy trỡ mụi trường nhiệt độ bằng hay thấp hơn nhiệt độ mụi trường thỡ mỏy hỳt ẩm loại này luụn phải dựng kốm theo với một mỏy lạnh (hỡnh 2.5)
Nhược điểm chớnh của mỏy hỳt ẩm loại này là:
- Phải định kỳ thay chất hỳt ẩm (nhập ngoại rụto hỳt ẩm) do hao hụt khối
lượng và lóo húa chất hỳt ẩm.
- Nhiệt độ khụng khớ hoàn nguyờn lớn hơn 100oC làm keo húa dần bụi bỏm
vào lỗ tổ ong, giảm hiệu quả của mỏy, lưu lượng khụng khớ giảm, kộm an toàn. - Dàn điện trở gia nhiệt khụng khớ hoàn nguyờn tiờu thụ nhiờn liệu, làm việc ở nhiệt độ cao, mỏy hỳt ẩm phải đặt kốm với mỏy lạnh.
+ Hỳt ẩm bằng bơm nhiệt:
Hay gặp nhất là loại mỏy hỳt ẩm dõn dụng bỏn trờn thị trường.
Hỡnh 2.6: Mỏy hỳt ẩm thụng dụng dựng cho gia đỡnh
Mỏy làm việc theo nguyờn lý bơm nhiệt, cả dàn núng và dàn lạnh đều được tận dụng: Dàn lạnh để ngưng đọng ẩm, cũn dàn núng được dựng để sấy lại khụng khớ sau dàn lạnh. Vỡ thế nếu sử dụng mỏy liờn tục thỡ nhiệt độ trong
HVTH: Trần Văn Hiếu - Lớp 12BKTN Trang 47 cú thể khử ẩm khụng khớ đến giỏ trị khoảng 50% nhưng nhiệt độ cao hơn khi khụng đặt mỏy .
Hỡnh 2.7 : Quỏ trỡnh xử lý khụng khớ trong bơm nhiệt hỳt ẩm thụng dụng Điều này làm cho mỏy hỳt ẩm loại này khụng sử dụng được cho mục đớch sấy lạnh. Khi sử dụng kết hợp với mỏy ĐHKK cú thể giữ được nhiệt độ trong phũng ở thụng số tiện nghi, nhưng độ ẩm cũng chỉ dừng lại ở trị số giới hạn. Đế đảm bảo thụng số tiện nghi trong ĐHKK dõn dụng thỡ phải cú thay đổi khụng