Chu trình Thơng số
Lý thuyết Trường hợp 1 Trường hợp 2 CO2 R134a CO2 R134a CO2 R134a Lưu lượng (kg/s) 0,00904 0,015 0,012 0,022 0,013 0,022
Công nén (kW) 0,378 0,36 0,516 0,616 0,481 0,55 Năng suất lạnh (kW) 2 2,467 2,64 3,36 2,86 3,51
Hệ số làm lạnh 5,3 6,8 5,1 5,5 5,9 6,3
COP 2,7 2,3 2,5
+ Đối với chu trình CO2, cơng nén cao hơn so với tính tốn lý thuyết, trường hợp 1 cao hơn 36,5%, trường hợp 2 cao hơn 27,2%. Đối với chu trình R134a, cơng nén ở trường hợp 1 cao hơn 71,1%, ở trường hợp 2 cao hơn 52,7%.
+ Hệ số làm lạnh của hệ thống trong trường hợp 1 thấp hơn 3,7%, tuy nhiên ở trường hợp 2 cao hơn 11,3%.
+ Năng suất lạnh thu được so với lý thuyết cao hơn, trong trường hợp 1 là 1,3 lần và trong trường hợp 2 là 1,4 lần.
+ Chỉ số COP trong trường hợp 1 thấp hơn 15% và trong trường hợp 2 thấp hơn hơn là 7,4%.
Đánh giá:
+ Với vị trí lắp đặt của thiết bị đo lưu lượng là ở sau dàn bay hơi và trước máy nén. Lượng mơi chất đi ra khỏi van tiết lưu có vận tốc dịng chảy lớn hơn so với lý thuyết. Tuy nhiên, lượng môi chất đi qua thiết bị đo lưu lượng có sự chênh lệch không đáng kể một phần là do sai số của thiết bị đo lưu lượng tại thời điểm phòng đạt nhiệt độ yêu cầu.
+ Do lưu lượng môi chất từ dàn bay hơi đi về máy nén lớn hơn lưu lượng môi chất đi qua máy nén do đó máy nén sẽ tốn cơng hơn để nén lượng môi chất, dẫn đến tốn thêm thời gian, làm ảnh hưởng đến chỉ số COP của hệ thống.
+ Năng suất lạnh của trường hợp 2 lớn hơn trường hợp 1. Do nhiệt độ bay hơi của tầng R134a giảm nên nhiệt độ ngưng tụ của môi chất CO2 cũng cao hơn nên năng suất lạnh cũng cao hơn.
Trang 67 + Độ quá nhiệt lớn làm gia tăng cơng nén máy nén R134a có thể làm ảnh hưởng tới tuổi thọ của máy nén, ảnh hưởng tới năng suất lạnh của hệ thống, đồng thời làm COP của hệ thống giảm.
+ Bộ trao đổi nhiệt làm việc tốt, hơi môi chất R134a đi vào bộ trao đổi nhiệt giải nhiệt tốt cho môi chất CO2 đạt được giá trị ngưng tụ thấp hơn tính tốn lý thuyết. + Ở cả 2 trường hợp, nhiệt độ phòng đều giảm từ nhiệt độ 29oC xuống -20oC. Tuy nhiên ở chế độ van tiết lưu 6 của trường hợp 2, nhiệt độ phòng giảm xuống nhanh hơn ở chế độ van tiết lưu 10 của trường hợp 1 là 40 phút và chỉ số COP cũng cao hơn trường hợp 1 là 1,09 lần cho nên vận hành hệ thống khi dùng van tiết lưu 6 sẽ giúp hệ thống hoạt động tốt hơn.
Trang 68
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1. Kết luận
Qua quá trình thực hiện đề tài, kết quả mà nhóm chúng em đã đạt được gần như mục tiêu đã đề ra bao gồm: đưa ra được các kết quả tính tốn và thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng R134a/CO2 dùng các bộ trao đổi nhiệt compact, xác định được COP cho hệ thống ghép tầng này và đánh giá hiệu quả của mơ hình hệ thống lạnh ghép tầng so với tính tốn lý thuyết.
Kết quả thực nghiệm thu được trong quá trình vận hành thực tế ở trường hợp 2 thu được đạt giá trị tốt hơn trường hợp 1.
Năng suất lạnh đạt được: Qo = 2,86kW. COP đạt được: 2,5.
Thời gian đạt nhiệt độ yêu cầu: 55 phút.
Các thông số thực nghiệm đều gần phù hợp với kết quả tính tốn lý thuyết. Các kết quả thực nghiệm này sẽ là dữ liệu có giá trị thực tiễn, góp phần giúp ích cho các nghiên cứu về máy lạnh ghép tầng với cặp môi chất R134a/CO2 về sau.
6.2. Kiến nghị
Từ các kết quả thu được và qua quá trình tính tốn cho thấy hệ thống đã đạt được những yêu cầu mà các kết quả lý thuyết đã đề ra. Tuy nhiên, đối với những nghiên cứu sau tương tự, nên chọn lại máy nén CO2 để cho hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.
Hơn nữa mơi chất R134a được xem là mơi chất lạnh có hiệu quả năng lượng khơng cao nên có thể lựa chọn những môi chất lạnh khác cho tầng cao để đạt hiệu quả cao hơn.
Trong q trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em vẫn cịn gặp một số hạn chế về mặt thời gian, độ chính xác của thiết bị đo, kĩ năng lắp ráp xây dựng hệ thống và những kiến thức chuyên sâu nên không thể tránh khỏi những sai sót. Nhóm thực hiện đề tài chúng em hy vọng sẽ được quý thầy/cô đánh giá góp ý để có thể giúp đề tài được hồn thiện hơn.
Trang 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Pradeep Bansal, A review e Status of CO2 as a low temperature refrigerant: Fundamentals and R&D opportunities. Department of Mechanical Engineering, The University of Auckland, Private Bag, 92019 Auckland, New Zealand. Applied Thermal Engineering 41 (2012) 18-29.
[2] G. Lorentzen, J. Petterson, A new efficient and environmentally beign system for car air-conditioning, International Journal of Refrigeration 16 (1) (1993) 4– 12. [3] Y. Hwang, H. Huff, R. Preissner, R. Radermacher, CO2transcritical cycles for high temperature application, in: Proceedings of 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress in New York, 2001 ỴMECE2001/AES23630 [4] E. Groll, J. Baek, P. Lawless, Effect of pressure ratios across compressors on the performance of the transcritical CO2 cycle with two-stage compression and intercooling, in: Compressor Engineering Conference at Purdue, 2000, pp. 43– 50. [5] S. Bhattacharyya, S. Mukhopadhyay, A. Kumar, R. Khurana, J. Sarkar, Optimization of a CO2–C3H8 cascade system for refrigeration and heating, International Journal of Refrigeration 28 (2005) 1284–1292.
[6] M. Kim, J. Petterson, C. Bullard, Fundamental process and system design issues in CO2vapor compression systems, Progress in Energy and Combustion Science 30 (2004) 119–174.
[7] J. Deng, P. Jiang, T. Lu, W. Lu, Particular characteristics of transcritical CO2 refrigeration cycle with an ejector, Applied Thermal Engineering 27 (2007) 381– 388.
[8] N. Youngming, C. Jiangping, C. Zhijiu, C. Huanxin, Construction and testing of a wet-compression absorption carbon dioxide refrigeration system for vehicle air conditioner, Applied Thermal Engineering 27 (2007) 31–36.
[9] J. Fernández-Seara, J. Sieres, M. Vázquez, Compression–absorption cascade refrigeration system, Applied Thermal Engineering 26 (2006) 502–512.
Trang 70 [10] T. Lee, C. Liu, T. Chen, Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade–condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems, International Journal of Refrigeration 29 (2006) 1100–110.
[11]Hoo-Kyu Oh, Chang-Hyo Son, “Condensation heat transfer characteristics of R- 22, R- 134a and R-410A in a single circular Microtube”, Experimental Thermal and Fluid Science 35 (2011) 706 – 716.
[12] Jatuporn Kaew-On et al, “Condensation heat transfer characteristics of R134a flowing inside minicircular and flattened tubes”, International Journal of Heat and Mass Transfer 102 (2016) 86–97.
[13] Z. Azizi, A. Alamdari, M.R. Malayeri, Thermal performance and friction factor of a cylindrical microchannel heat sink cooled by cu-water nanofluid, Applied Thermal Engineering 2016. (accepted manuscript)
[14] Hyoungsoon Lee, IIchung Park, Issam Mudawar, Mohammad M.Hasan - Experimental pressure drop and heat transfer results for different orientations in earth gravity - International Journal of Heat and Mass Transfer,Volume 77, October 2014, Pages 1213-1230.
[15] Jinshi Wang, Yong Li, Junjie Yan, Ronghai Huang, Xiping Chen, Jiping Liu - Condensation heat transfer of steam on vertical micro-tubes – Applied Thermal Engineering, Volume 88, 5 September 2015, Pages185-191.
[16] A. Sakanova, C. C. Keian, J. Zhao, Performance improvements of microchannel heat sink using wavy channel and nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer 89 (2015) 59–74
[17] Na Liu , Jun Ming Li, Jie Sun, Hua Sheng Wang, “Heat transfer and pressure drop during condensation of R-152A in circular and square Microchannels”, Experimental Thermal and Fluid Science 47 (2013) 60–67.
[18] Daniel Sánchez, Rodrigo Llopis, Ramón Cabello, Jesús Catalán-Gil, Laura Nebot-Andrés, Conversion of a direct to an indirect commercial (HFC134a/CO2) cascade refrigeration system. Energy impact analysis, International Journal of Refrigeration (2016).
Trang 71 [19] Carlos Sanz-Kock, Rodrigo Llopis, Daniel Sanchez, Ramon Cabello, Enrique Torrella, Experimental evaluation of a R134a/CO2 cascade refrigeration plant, Applied Thermal Engineering 73 (2014) 39e48
[20] Ezaz Ahammed Md, Souvik Bhattacharyya, M. Ramgopal, Analysis of CO2 based refrigeration systems with and without ejector for simultaneous pasteurization and chilling of milk, International Journal of Refrigeration (2018).
[21] Antonio Messineo, R744-R717 Cascade Refrigeration System: Performance Evaluation compared with a HFC Two-Stage System, Energy Procedia 14 (2012) 56 – 65.
[22] E. Gholamian, P. Hanafizadeh, P. Ahmadi, Advanced Exergy Analysis of a Carbon Dioxide Ammonia Cascade Refrigeration System, Applied Thermal Engineering (2018).
[23] Ming Ma, Jianlin Yu, Xiao Wang, Performance evaluation and optimal configuration analysis of a CO2/NH3 cascade refrigeration system with falling film evaporator–condenser, Energy Conversion and Management 79 (2014) 224–231. [24] J. Alberto Dopazo, José Fernández-Seara, Jaime Sieres, Francisco J. Uhía, Theoretical analysis of a CO2–NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures, Applied Thermal Engineering 29 (2009) 1577– 1583.
[25] Lee T.S., Liu C.H., Chen T.W. “Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems.” International Journal of Refrigeration 29 (2006): 1100-1108
[26] Bingming W., Huagen W., Jianfeng L., Ziwen X. “Experimental investigation on the performance of NH3/CO2 cascade refrigeration system with twin-screw compressor.” International Journal of Refrigeration 32 (2009): 1358-1365.
[27] Dopazo J.A., Fernández-Seara J., Sieres J., Uhía F.J. “Theoretical analysis of a CO2– NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures.” Applied Thermal Engineering 29 (2009): 1577-1583.
Trang 72 [28] Rezayan A., Behbahaninia A. “Thermoeconomic optimization and exergy analysis of CO2/NH3 cascade refrigeration systems.” Energy 36 (2011): 885-895. [29] Messineo A. “R744-R717 Cascade Refrigeration System: Performance Evaluation compared with a HFC Two-Stage System.” Energy Procedia 14 (2012): 56-65.
[30] Sawalha S. “Theoretical evaluation of trans-critical CO2 systems in supermarket refrigeration. Part I: Modelling, simulation and optimization of two system solutions.” International Journal of Refrigeration 31 (2008): 516-524.
[31] B. Agnew, S.M. Ameli, A finite time analysis of a cascade refrigeration system using alternative refrigerants, Appl. Therm. Eng. 24 (2004) 2557–2565.
[32] W. Bingming, W. Huagen, L. Jianfeng, X. Ziwen, Experimental investigation on the performance of NH3/CO2 cascade refrigeration system with twin-screw compressor, Int. J. Refrig. 32 (2009) 1358–1365.
[33] G.D. Nicola, G. Giuliani, F. Polonara, R. Stryjek, A. Arteconi, Performance of cascade cycles working with blends of CO2 + natural refrigerants, Int. J. Refrig. 34 (2011) 1436–1445.
[34] M. Gong, Z. Sun, J. Wu, Y. Zhang, C. Meng, Y. Zhou, Performance of R170 mixtures as refrigerants for refrigeration at 80 C temperature range, Int. J. Refrig. 32 (2009) 892–900.
[35] J.A. Dopazo, J. Fernández-Seara, J. Sieres, F.J. Uhía, Theoretical analysis of a CO2–NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures, Appl. Therm. Eng. 29 (2009) 1577–1583.
[36] S. Bhattacharyya, S. Mukhopadhyay, A. Kumar, R.K. Khurana, J. Sarkar, Optimization of a CO2–C3H8 cascade system for refrigeration and heating, Int. J. Refrig. 28 (2005) 1284–1292.
[37] T.S. Lee, C.H. Liu, T.W. Chen, Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems, Int. J. Refrig. 29 (2006) 1100–1108.
Trang 73 [38] R. Rezayan, A. Behbahaninia, Thermoeconomic optimization and exergy analysis of CO2/NH3 cascade refrigeration systems, Energy 36 (2011) 888–895. [39] T. Dang, K. Vo1, C.Le, T. Nguyen, an experimental study on subcooling process of a transcritical CO2 air conditioning cycle working with microchannel evaporator.
[40] Minhhung Doan, Thanhtrung Dang, An Experimental Investigation on Condensation in Horizontal Microchannels.
[41] Hồng Ngọc Đồng*, Nguyễn Thành Văn, Lê Minh Trí, nghiên cứu ứng dụng máy lạnh ghép tầng trong kỹ thuật bảo quản máu và các chế phẩm từ máu.
[42] Hồng Đình Tín. Truyền nhiệt và tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt. NXB Khoa [43] Thiết bị trao đổi nhiệt – PGS.TS. Bùi Hải – TS. Dương Đức Hồng - TS. Hà Mạnh Thư – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội - 2001
[44] A review of development of micro-channel heat exchanger applied in air- conditioning system - Yanhui Han, Yan Liu, Ming Lia,Jin Huang
[45] Modeling and Design of Plate Heat Exchanger - Fábio Antônio da Silva Mota, Esdras P. Carvalho, Mauro A.S.S. Ravagnani
[46] Experimental investigation of heat recovery from R744 based refrigeration system - Zahid Anwar
[47] ASHRAE Handbook - Fundamentals 2017
[48] A Theoretical Comparative Study of CO2 Cascade Refrigeration Systems [49] Recent Advances in Transcritical CO2 (R744) Heat Pump System: A Review [50] Nguyễn Đức Lợi - Giáo trình hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2005.
[51] Lê Xn Hịa - Giáo trình Kỹ Thuật Lạnh - Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007.
[52] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy – Máy và thiết bị lạnh – NXB Giáo dục 1997 [53] Data Sheet Micro Plate Heat Exchanger Save you time and money D22 - https://store.danfoss.com/en/Climate-Solutions-for-cooling/Heat-Exchangers/Plate-
Trang 74 Heat-Exchangers/Micro-Plate-Heat-Exchangers/Micro-Plate-heat-exchanger%2C- MPHE-D22/p/021H1297
[54] Heat Trasfer. Gregory Nellis, Sanford Klein. Cambridge University Press. 2009.
[55] Type 316 and 316L Stainless Steels - https://www.thoughtco.com/type-316- and-316l-stainless-steel-2340262