L, I1 , d1 G cv C vc t
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT 5.1 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt
5.1 Các thành phần cơ bản của bơm nhiệt
5.1.1 Môi chất và cặp môi chất
Môi chất và cặp môi chất của bơm nhiệt có yêu cầu như máy lạnh. Một vài yêu cầu đặc biệt hơn xuất phát từ nhiệt độ sôi và ngưng tụ cao hơn, gần giống như chế độ nhiệt độ cao của điều hòa không khí, nghĩa là cho đến may người ta vẫn sử dụng các loại môi chất như: R12, R22, R502 và MR cho máy nén tuabin. Gần đây người ta chú ý đến việc sử dụng các môi chất mới cho bơm nhiệt nhằm nâng cao nhiệt độ dàn ngưng như: R21, R113, R114, R12B1, R142…
5.1.2 Máy nén lạnh
Cũng như máy nén lạnh, máy nén là bộ phận quan trọng nhất của bơm nhiệt. Tất cả các dạng máy nén của máy lạnh đều được ứng dụng trong bơm nhiệt. Đặc biệt quan trọng là máy nén piston trượt, máy nén trục vít và máy nén tuabin. Một máy nén bơm
nhiệt cần phải chắc chắn, tuổi thọ cao, chạy êm và cần phải có hiệu suất cao trong điều kiện thiếu hoặc đủ tải.
5.1.3 Các thiết bị trao đổi nhiệt
Các thiết bị trao đổi nhiệt cơ bản trong bơm nhiệt là thiết bị bay hơi và ngưng tụ. Máy lạnh hấp thụ có thêm thiết bị sinh hơi và hấp thụ. Giống như máy lạnh, thiết bị ngưng tụ và bay hơi của bơm nhiệt cũng bao gồm các dạng: ống chùm, ống lồng ngược dòng, ống đứng và ống kiểu tấm. Các phương pháp tính toán cũng giống như chế độ điều hoà nhiệt độ.
5.1.4 Thiết bị phụ của bơm nhiệt
Tất cả các thiết bị phụ của bơm nhiệt giống như thiết bị phụ của máy lạnh. Xuất phát từ yêu cầu nhiệt độ cao hơn nên đòi hỏi về độ tin cậy, công nghệ gia công thiết bị cao hơn. Đây cũng là vấn đề đặt ra đối với dầu bôi trơn và đệm kín các loại trong hệ thống. Do bơm nhiệt phải hoạt động ở chế độ áp suất và nhiệt độ gần sát với giới hạn tối đa nên các thiết bị tự động rất cần thiết và phải hoạt động với độ tin cậy cao để phòng hư hỏng thiết bị khi chế độ làm việc vượt quá giới hạn cho phép.
Đối với van tiết lưu, bơm nhiệt có chế độ làm việc khác máy lạnh nên cũng cần có van tiết lưu phù hợp.
5.1.5 Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt
Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt là những thiết bị hổ trợ cho bơm nhiệt phù hợp với từng phương án sử dụng của nó. Thiết bị ngoại vi của bơm nhiệt gồm một số loại sau:
• Các phương án động lực của máy nén như: động cơ điện, động cơ gas, động cơ diesel hoặc động cơ gió…
• Các phương án sử dụng nhiệt thu ở dàn ngưng tụ. Nếu là sưởi ấm thì có thể sử dụng dàn ngưng trực tiếp hoặc gián tiếp qua một vòng tuần hoàn chất tải nhiệt, có thể sử dụng để sấy, nấu ăn, hút ẩm…Mỗi phương án đòi hỏi những thiết bị
• Các phương án cấp nhiệt cho dàn bay hơi. Trường hợp sử dụng dàn lạnh đồng thời với nóng thì phía dàn bay hơi có thể là buồng lạnh hoặc chất tải lạnh. Ngoài ra còn có thể sử dụng dàn bay hơi đặt ngoài không khí, dàn bay hơi sử dụng nước giếng là môi trường cấp nhiệt. Còn có những phương án như dàn bay hơi đặt ở dưới nước, đặt ở dưới đất hoặc sử dụng năng lượng mặt trời. • Các thiết bị điều khiển, kiểm tra tự động sự hoạt động của bơm nhiệt và các
thiết bị hổ trợ. Đây là những thiết bị tự động điều khiển các thiết bị phụ trợ ngoài bơm nhiệt để phù hợp với hoạt động của bơm nhiệt.
5.2 Chọn môi chất nạp
Môi chất của bơm nhiệt cũng có yêu cầu như đối với máy lạnh. Ngày nay, người ta vẫn dùng loại môi chất như: R12, R22, R502, R21, R113, R114… Do hệ thống bơm nhiệt làm việc ở nhiệt độ cao nên ta cần chọn môi chất nhiệt có nhiệt độ sôi cao. So sánh khả năng ứng dụng rộng rãi và ưu điểm nổi bật của các môi chất nhiệt ta chọn R22 làm môi chất lạnh cho bơm nhiệt.
5.3 Nhiệt độ ngưng tụ
Dàn ngưng của bơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho không khí nên môi trường làm mát dàn ngưng chính là tác nhân sấy.
Gọi - tw2 là nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng. Theo yêu cầu thì tw2 = 35 0C - ∆tk là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu
Đối với dàn ngưng giải nhiệt bằng gió, ∆tk = (10 – 15 0C). Ta chọn ∆tk= 10 0C. Khi đó, nhiệt độ ngưng tụ của môi chất là: tk = tw2 + ∆tk = 35 + 10 = 45 0C
5.3.1 Nhiệt độ bay hơi
t0 = tb - ∆t0
tb - nhiệt độ không khí sau dàn bay hơi. Theo yêu cầu của hệ thống sấy tb = 8 0C ∆t0: Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu. Hiệu nhiệt độ tối ưu là ∆t0 = (8 – 13 0C). Ta
chọn ∆t0 =80C
Như vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là: t0 = 8–8 = 0 0C
5.3.2 Nhiệt độ hơi hút
Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng người ta phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt.
th = t0 + ∆th (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với môi chất R22, ta chọn ∆th = 25 0C. Vậy nhiệt độ hơi hút là: th = 0 + 25 = 25 0C
5.4 Tính toán chu trình bơm nhiệt máy lạnh