3.3.1 Dung lượng của bồn tích trữ theo thời gian
Dung lượng tích trữ của bồn tích trữ theo thời gian được tính:
L q D D QiS . d.( x ng). i. 4 2 2 − =π ρ (3.21)
38
Với:
QiS : Dung lượng bồn tích trữ băng theo thời gian, kWh Dx : Đường kính ngồi của ống khi đã cĩ băng bám, m Dng : Đường kính ngồi của ống khi chưa cĩ băng bám, m qi : Nhiệt ẩn và nhiệt của một kg nước, kJ/kg
ρd : Khối lượng riêng của băng (đá), kg/m3
L : Chiều dài ống tổng cộng trong dàn lạnh, m Đường kính ngồi của ống khi đã cĩ băng bám được tính:
Dx = 2rx (3.22) Với:
rx : bán kính lớp băng hình thành, m (được tính theo cơng thức 3.8)
3.3.2 Chi phí sơ bộ đầu tư cho hệ thống 3.3.2.1 Đối với hệ thống truyền thống 3.3.2.1 Đối với hệ thống truyền thống
Chi phí đầu tư ban đầu được tính:
IC =QS x mC (3.23)
Với:
IC : Chi phí đầu tư ban đầu đối với hệ thống truyền thống, triệu đồng QS : Năng suất lạnh cực đại của tổ máy lạnh, kW
mC : Tiền đầu tư cho một đơn vị năng suất lạnh của tổ máy, triệu đồng/kW
Tổ máy lạnh gồm một cụm máy chính và các thiết bị phụ kèm theo như: bơm nước lạnh, tháp giải nhiệt, bơm giải nhiệt…Giá trị mC tùy thuộc từng chủng loại máy, từng nhà sản xuất khác nhau.
39
3.3.2.2 Đối với hệ thống cĩ dùng bồn tích trữ lạnh
Chi phí đầu tư sẽ được tính:
IS =IS1+IS2+IS3 (3.24)
Với:
IS1 =QS1 x mC (3.25) Trong đĩ:
IS1 : Tổng tiền đầu tư cho tổ máy lạnh trong hệ thống cĩ tích trữ băng, triệu đồng
QS : Năng suất lạnh cực đại của tổ máy lạnh, kW
mC : Tiền đầu tư cho một đơn vị năng suất lạnh của tổ máy, triệu đồng/kW
Và:
IS2 =Qi x mS (3.26)
Trong đĩ:
IS2 : Tổng tiền đầu tư cho bồn tích trữ băng, triệu đồng Qi : Dung lượng của bồn tích trữ băng, kWh
mS : Tiền đầu tư cho một đơn vị dung lượng tích trữ, triệu đồng/kWh Và IS3 là tổng tiền đầu tư cho các thiết bị phát sinh khi sử dụng bồn tích trữ băng như bơm chất tải lạnh, bộ trao đổi nhiệt trực tiếp…,triệu đồng
3.3.3 Chi phí vận hành hàng năm 3.3.3.1 Đối với hệ thống truyền thống 3.3.3.1 Đối với hệ thống truyền thống
Tổng chi phí vận hành trong năm:
TC = Dx(CH.PH + CM.PM +CL.PL) (3.27) Với:
40
D : Thời gian vận hành trong một năm, ngày
CH, CM, CL : Giá điện ứng với giờ cao điểm, bình thường, thấp điểm, đồng/kWh
PH, PM, PL : Cơng suất tiêu thụ điện ứng với các giờ cao điểm, bình thường, thấp điểm, kWh
3.3.3.2 Đối với hệ thống cĩ dùng bồn tích trữ lạnh
• Chi phí vận hành trong năm khi cấp lạnh trực tiếp:
TS1 = Dx(CH.PDH + CM.PDM +CL.PDL) (3.28) Với:
D :Thời gian vận hành trong một năm, ngày
CH, CM, CL :Giá điện ứng với giờ cao điểm, bình thường, thấp điểm, đồng/kWh
PDH, PDM, PDL :Cơng suất tiêu thụ điện để cấp lạnh trực tiếp ứng với các giờ cao điểm, bình thường, thấp điểm, kWh
• Chi phí vận hành trong năm khi cấp lạnh bằng bồn tích trữ: TS2 = Dx(CH.PSH + CM.PSM +CL.PSL)/ηS (3.29) Với:
D : Thời gian vận hành trong một năm, ngày
CH, CM, CL : Giá điện ứng với giờ cao điểm, bình thường, thấp điểm, đồng/kWh
PSH, PSM, PSL : Cơng suất điện tiêu thụ để tích trữ lạnh ứng với các giờ cao điểm, bình thường, thấp điểm, kWh
41
3.3.4 Đánh giá kinh tế
3.3.4.1 Gia tăng phí đầu tư ban đầu do sử dụng bồn tích trữ lạnh
ΔI = IS - IC (3.31) Với:
ΔI : Mức gia tăng chi phí đầu tư ban đầu so với phương án truyền thống khi sử dụng bồn tích trữ lạnh, triệu đồng
IS : Chi phí đầu tư ban đầu đối với hệ thống cĩ sử dụng bồn tích trữ lạnh, triệu đồng
IC : Chi phí đầu tư ban đầu đối với hệ thống truyền thống, triệu đồng
3.3.4.2 Gia tăng phí đầu tư ban đầu do sử dụng bồn tích trữ lạnh
ΔT = TC – TS (3.32) Với:
ΔT : Mức gia giảm chi phí vận hành so với phương án truyền thống khi sử dụng bồn tích trữ lạnh, triệu đồng
TC : Tồng chi phí vận hành hàng năm đối với hệ thống truyền thống, triệu đồng
TS : Tổng chi phí vận hành hàng năm đối với hệ thống cĩ sử dụng bồn tích trữ lạnh, triệu đồng
3.3.4.3 Thời gian thu hồi vốn khi sử dụng bồn tích trữ lạnh
Thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch giữa hệ thống điều hịa khơng khí cĩ sử dụng bồn tích trữ lạnh và hệ thống điều hịa khơng khí truyền thống được tính như sau: T I n Δ Δ = (3.33)
42
3.4 Phần mềm tính tốn kinh tế kỹ thuật
Chương trình tính tốn kinh tế kỹ thuật ứng dụng bồn tích trữ lạnh Dạng Băng Tan Chảy Bên Ngồi Ống vào các hệ thơng điều hồ khơng khí trong điều kiện Việt Nam được viết bằng phần mềm Microsoft Access, chi tiết được trình bày trong phần phụ lục.
3.4.1 Sơ đồ khối của chương trình
¾ Các thơng số đầu vào gồm:
- Năng suất tích trữ của bồn tích trữ lạnh - Số giờ tích trữ
- Đường kính trong của ống dàn lạnh - Đường kính ngồi của ống dàn lạnh - Chiều dài của một ống
- Phụ tải đỉnh của hệ thống điều hồ khơng khí
- Thời gian hoạt động của hệ thống điều hồ khơng khí - Đơn giá của cụm chiller
- Đơn giá của bồn tích trữ lạnh
¾ Các thơng số đầu ra gồm:
Các thơng số liên quan đến bồn tích trữ lạnh: - Thể tích lý truyết của bồn tích trữ
- Số ống trong một lối - Số lối ống
- Chiều dài tổng cộng của ống trong dàn lạnh - Tốc độ glycol trong ống
- Khối lượng đá bám trên mỗi mét ống - Kích thước của bồn tích trữ
43
Đồ thị mơ phỏng quá trình hình thành băng trên bề mặt ống theo thời gian tích trữ.
Bảng tính tốn kinh tế đối với các hệ thống điều hồ khơng khí cĩ sử dụng bồn tích trữ băng:
- Chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống - Chi phí vận hành hàng năm
- Chi phí tiết kiệm hàn năm so với khi sử dụng các hệ thơng điều hồ khơng khí truyền thống
44
Hình 3.1 Sơ đồ khối của chương trình tính tốn Khởi động chương trình
Nhập thơng số đầu vào
Kiểm tra dữ liệu Tính tốn các thơng số đầu ra Kết quả Dừng chương trình Lưu kết quả Nhập hoặc thay đổi thơng số Hợp lệ Hợp lệ Khơng hợp lệ Khơng hợp lệ
45
3.4.2 Các giao diện của chương trình
¾ Giao diện chính
Giao diện này sẽ xuất hiện đầu tiên sau khi khởi động chương trình.
46
¾ Các giao diện chương trình tính tốn: Giao diện nhập thơng số đầu vào:
Hình 3.3 Giao diện nhập thơng số đầu vào
Khi nhập các thơng số đầu vào, cần lưu ý một số các giới hạn sau: - Số giờ tích trữ phải lớn hơn hoặc bằng 2, nhỏ hơn hoặc bằng 14
- Tổng số giờ tích trữ lạnh và số giờ hoạt động của hệ thơng điều hồ khơng khí phải nhỏ hơn hoặc bằng 24
- Số giờ hoạt động của hệ thống điều hồ khơng khí phải từ 6 giờ đến 13 giờ trong một ngày.
47
- Các thơng số đầu vào phải nhập đầy đủ và khơng nên cĩ giá trị nào bằng 0
Sau khi nhập các thơng số đầu vào, muốn tiếp tục thực hiện, nhấp chuột vào icon “Tính tốn”
Khơng muốn tiếp tục nhấp chuột vào icon “Thốt”
Giao diện kết quả tính tốn:
Sau khi quá trình tính tốn kết thúc, muốn xem kết quả thì nhấp chuột vào icon “Kết quả”, bảng dưới sẽ hiển thị các thơng số đã được tính tốn.
48
Giao diện này sẽ hiển thị 3 kết quả tính tốn chính của chương trình trên 3 icon chính là:
- “Thơng số” - “Đồ thị”
- “ Tính kinh tế”
Tại đây nếu muốn dừng chương trình thì sử dụng icon “Thốt”
Giao diện các thơng số chính của bồn tích trữ lạnh:
Hình 3.5 Giao diện các thơng số bồn tích trữ lạnh
Từ giao diện Kết quả tính tốn, muốn cĩ các thơng số về bồn tích trữ lạnh phải sử dụng icon “Thơng số” thì giao diện trên sẽ hiện ra và cung cấp tương đối đầy đủ về các thơng số thiết kế của bồn tích trữ lạnh tương ứng với năng suất tích trữ yêu cầu.
49
Nhấp chuột vào “Đồ thị” ta sẽ cĩ được giao diện trong đĩ là đồ thị mơ phỏng quá trình hình thành băng trên bề mặt ống theo thời gian tích trữ, đồ thị này sẽ cung cấp bề dày lớp băng bám trên bề mặt ống tương ứng với thời gian tích trữ lạnh.
Muốn đĩng giao diện này, sử dụng icon “ Đĩng” phía trên giao diện.
Giao diện đồ thị quá trình hình thành băng trên bề mặt ống theo thời gian:
Hình 3.6 Giao diện đồ thị mơ phỏng quá trình tạo băng trên ống
Giao diện cuối trong chương trình là giao diện tính tốn kinh tế- kỹ thuật, muốn cĩ giao diện này phải sử dụng icon “Tính kinh tế”, trong giao diện này là bảng tính tốn so sánh kinh tế kỹ thuật trong trường hợp hệ thống ĐHKK cĩ sử dụng bồn tích trữ lạnh và bồn tích trữ lạnh sẽ vận hành theo giờ từ 2 đến 14 giờ.
50
Qua tính tốn và so sánh, ta sẽ tìm thấy được số giờ vận hành tối ưu của hệ thống qua đĩ cĩ thể lựa chọn bồn tích trữ phù hợp với phụ tải và thời gian làm việc của hệ thống điều hồ khơng khí đĩ.
Giao diện tính tốn kinh tế-kỹ thuật:
51
CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM TÍCH TRỮ LẠNH DẠNG BĂNG TAN
CHẢY BÊN NGOAØI ỐNG
4.1 Xây dựng mơ hình thí nghiệm bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngồi ống. ngồi ống.
4.1.1 Giới thiệu hệ thống thực nghiệm
Mơ hình thực nghiệm được xây dựng theo sơ đồ sau đây nhằm đánh giá độ tin cậy của phần mềm được viết nhằm mơ phỏng chiều dày của lớp đá hình thành trên bề mặt ống trong thời gian tích trữ băng, ngồi ra cịn chứng minh tính khả thi của việc chế tạo và ứng dụng hệ thống tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngồi ống cho các hệ thống lạnh nĩi chung và cho hệ thống điều hịa khơng khí nĩi riêng tại Việt Nam.
52
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm 1. Glycol chiller 2. Bơm glycol
3.Bơm nước tuần hồn 4.Bồn tích trữ băng 5. Bơm nước lạnh 6. FCU 7. Tháp giải nhiệt 8. Bơm nước giải nhiệt
FCU 1 2 3 4 5 8 7 6
53
Hệ thống lạnh:
Hệ thống lạnh Water Chiller hiệu Daikin (Nhật) cơng suất 15 HP cùng với các thiết bị đi kèm như sau:
¾ Cụm máy lạnh hồn chỉnh gồm: máy nén, bình ngưng, bình bay hơi, van tiết lưu, các thiết bị bảo vệ, tự động và chỉ thị đi kèm.
¾ Bơm glycol cơng suất 1 HP hiệu TICO (Đài Loan).
¾ Bơm nước ngưng tụ cơng suất 2HP, hiệu TICO (Đài Loan).
¾ Bơm nước lạnh cơng suất 0,5HP, hiệu TICO (Đài Loan).
¾ Tháp giải nhiệt 15 RT hiệu FUDI (Việt Nam).
¾ Nhiệt kế để xác định nhiệt độ t1 của chất tải lạnh etylen glycol trong bình bay hơi.
54
Hệ thống bồn tích trữ lạnh:
Bồn tích trữ lạnh loại hình trụ, dung tích 1,5m3, được bọc cách nhiệt Polyethylen (PE) dày 30mm.
Dàn lạnh đặt bên trong bồn, gồm 12 cuộn ống đồng loại Φ12, mỗi cuộn dài 15m được mắc song song với nhau, hai đầu các cuộn ống được nối chung vào 2 ống gĩp loại Φ42, tổng chiều dài của dàn lạnh trong bồn là 180m.
Chất tải lạnh dùng trong hệ thống này là Etylen Glycol 35%, được bơm glycol bơm tuần hồn từ bình bay hơi đi vào phía trong của ống đồng. Bao bọc bên ngịai ống đồng là nước được chứa trong bồn tích trữ lạnh.
Ở chế độ nạp tải (tạo băng): glycol được làm lạnh cĩ nhiệt độ khoảng - 80C từ chiller được bơm vào bên trong ống đồng làm nước bên ngồi ống đĩng băng.
Ở chế độ xả tải: nước từ bồn tích trữ lạnh sẽ đĩng luơn vai trị là chất tải lạnh để mang lạnh đến hộ tiêu thụ.
55
Hình 4.5 Bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy trong ống
Phụ tải lạnh:
Phụ tải lạnh trong mơ hình thực nghiệm này là 1 dàn FCU cĩ cơng suất lạnh 18.000 BTU/hr của hãng Carrier.
Nước lạnh từ bồn tích trữ lạnh được cấp cho FCU bằng 1 bơm cơng suất 0,5 HP, hiệu TICO (Đài Loan).
56
Nhiệt độ được đo đạc là t1 ,t2 , t3 tại các vị trí đã giới thiệu trên sơ đồ bằng các nhiệt kế điện tử hiệu FOX - D1004 do Hàn Quốc sản suất, dải nhiệt độ đo từ -400C ÷ 900C, sai số ±0,10C. Các nhiệt độ được đo lần lượt là:
t1: nhiệt độ chất tải lạnh (etylen glycol) t2: nhiệt độ khơng khí ra khỏi FCU t3: nhiệt độ nước trong bồn tích trữ lạnh
Hình 4.6 Nhiệt kế điện tử
Bề dày lớp đá tạo ra trên bề mặt ống được đo bằng thước kẹp hiệu Tricle Brand do Trung quốc sản suất loại 200x0.02mm.
57
4.1.2 Đo đạc và ghi nhận các kết quả thí nghiệm
Các thơng số nhiệt độ và thơng số bề dày lớp băng hình thành trên bề mặt ống được đo mỗi lần cách nhau 15 phút.
Quá trình tiến hành thực nghiệm trên mơ hình mỗi ngày một lần tại xưởng Điện-điện lạnh của trường Trung học Kỹ thuật nghiệp vụ Nguyễn Tất Thành, địa chỉ 298 Nguyễn Tất Thành, quận 4, thành phố Hồ chí Minh từ ngày 10/04/2006 đến 15/05/2006. Mỗi lần tiến hành thực nghiệm gồm cĩ hai giai đoạn:
• Giai đoạn nạp tải (tạo băng) tiến hành từ 6h30 ÷16h30
• Giai đoạn xả tải (tan băng) tiến hành 6h30 ÷ 16h30 ngày hơm sau.
58
Để quá trình thực nghiệm được chính xác và ổn định, người thực hiện giữ các thơng số đầu vào hầu như khơng đổi, chỉ cĩ một vài thay đổi nhỏ như nhiệt độ mơi trường nhưng sự thay đổi của thời tiết trong thời gian này rất nhỏ và hầu như khơng đáng kể và các thơng số thu được khơng thay đổi nhiều so với giá trị trung bình suốt quá trình tiến hành thực nghiệm
Hình 4.9 Lớp băng hình thành trên ống
4.2 Kết quả thực nghiệm
4.2.1 Bề dày lớp băng hình thành trên bề mặt ống theo thời gian
Trong quá trình thực nghiệm thơng số độ dày lớp băng hình thành trên bề mặt ống trong các lần thực hiện tương đối ổn định và gần bằng giá trị trung bình suốt quá trình thực nghiệm.
59
Nhiệt độ mơi trường dao động từ 28÷320C và nhiệt độ nước giải nhiệt vào bình ngưng tụ từ 32÷340C.
Dưới đây là một trong số các kết quả thực nghiệm được đo vào ngày 10/04/2006:
Bảng 4.1 Kết quả đo đạc bề dày băng qua từ thực nghiệm
Thời gian, h 6h30 6h45 7h00 7h15 7h30 7h45 8h00 8h15 Độ dày,mm 0 0 0 0 0 0 2.85 6.01 Thời gian, h 8h30 8h45 9h00 9h15 9h30 9h45 10h00 10h15 Độ dày, mm 9 10.02 11.8 13.5 15.05 17 18 18.75 Thời gian, h 10h30 10h45 11h00 11h15 11h30 11h45 12h00 12h15 Độ dày,mm 20 21.8 23.1 24.3 25 26.3 27.7 28.45 Thời gian, h 12h30 12h45 13h00 13h15 13g30 13h45 14h00 15h14 Độ dày, mm 28.7 30.15 30.6 31.05 32 32.7 33.5 34.15 Thời gian, h 14h30 14h45 15h00 15h15 15h30 15h45 16h00 16h15 Độ dày, mm 34.5 35.15 35.6 36.6 37.45 37.9 38.2 38.4 Thời gian, h 16h30 Độ dày, mm 38.7
60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 6h30 7h00 7h30 8h00 8h30 9h00 9h30 10h00 10h30 11h00 11h30 12h00 12h30 13h00 13h30 14h00 14h30 15h00 15h30 16h00 16h30 mm
Hình 4.10 Quá trình tạo băng trên ống theo thời gian