Chọn kích thước của một căn phịng có thể tích của một căn phòng cần làm lạnh được xác định bởi chiều dài, chiều rộng và chiều cao.
3.1 Tính tốn diện tích truyền nhiệt
Phịng thí nghiệm KT Sấy
Hình 3.1: Sơ đồ mặt bằng xưởng Nhiệt
Sau khi khảo sát mặt bằng phịng thí nghiệm kỹ thuật Sấy, ta có:
• Chiều rộng = 6m
• Chiều dài = 8m
• Chiều cao = 2.5m
• Độ dày = 110 mm
Hình 3.2: Diện tích phịng thí nghiệm kỹ thuật Sấy 3d 3.1.1 Tính tốn mật độ truyền nhiệt từ vách vào phịng
Hệ số dẫn nhiệt của tường gạch λ = 0,6 W/m.K t1 = 37oC – Nhiệt độ bên ngồi phịng;
t2 = 17oC – Nhiệt độ bên trong phòng;
∆t = t1 – t2 = 37 – 17 = 20 oC
Cơng thức tính mật độ truyền nhiệt qua vách trụ một lớp trong sách Cơ sở truyền nhiệt và Thiết kế Thiết bị trao đổi nhiệt của Thầy Hồng Đình Tín:
q = . ∆t = 0,120,6.(37 – 17) = 100 [ W/m2]
3.1.2 Tính tốn diện tích truyền nhiệt
tmt = 37oC – Nhiệt độ mơi trường trung bình của TP. Hồ Chí Minh tT = 26oC – Nhiệt độ khơng khí vào FCU
tTƯ = 19,5oC – Nhiệt độ bầu ướt
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆
∆ =
∆t
max−∆t
min
ln
Với phịng có chiều dài 8m, chiều rộng 6m và chiều cao 2.5m được làm từ tường gạch dày 110 mm và không tiếp xúc trực tiếp với khơng khí bên ngồi nên chọn được hệ số truyền nhiệt k = 2,32 W/m2.K. Năng suất làm lạnh là 35kW
Diện tích truyền nhiệt:
=
3.2 Chọn FCU
Trong mặt bằng trong phịng được bố trí 4 FCU.
Năng suất lạnh yêu cầu cho mỗi FCU trong phòng : Q0TCyc = 35/4 = 8,75 kW. FCU là dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhơm và quạt gió. Nước chuyển động trong ống, khơng khí chuyển động ngang qua cụm ống trao đổi nhiệt, ở đó khơng khí được trao đổi nhiệt ẩm, sau đó thổi trực tiếp qua một hệ thống kênh gió vào phịng. Dựa vào bảng kết quả tính tốn năng suất lạnh của từng phịng ta chọn FCU.
28
Bởi vì năng suất lạnh tổng QT = 8,942 kW > Q0TCyc = 8,75 kW nên ta có thể chọn được FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006 của Hãng Carrier dựa vào trang 95
3.3 Tính tốn số ống, số cánh
Thiết kế dàn làm lạnh khơng khí FCU trong hệ thống điều hịa khơng khí có năng suất lạnh Q0=8,942 kW. Sử dụng ống đồng cánh tấm bằng nhơm có thơng số như sau:
+ Đường kính ngồi của ống: do=0,01 m
+ Đường kính trong của ống: di=0,0096 m +Bước cánh: Sc=0,003 m
+Bước ống: S1=0,04 m +Bước ống: S2= 0,04 m
Nhiệt độ khơng khí vào: t1=26oC Nhiệt độ khơng khí ra: t2= 18 o
C
Chùm ống sắp xếp so le dạng tam giác đều, khoảng cách giữa các tâm ống là 40mm.
Hình 3.2.1: Sơ đồ nguyên lí chiều chuyển động của FCU
*Thiết kế và lựa chọn:
- Nhiệt độ trung bình của dịng khơng khí qua dàn lạnh: tk=0,5(t1 + t2) =0,5.(26 + 18) = 22 o
C với tk=22oC tìm được thơng số vật lý của khơng khí như sau: ρk= 1,197 kg/m3
λk= 0,02606W/mK νk= 15,248 x 10-6 m2/s
Sơ đồ bố trí kết cấu thiết bị thể hiện trên hình vẽ say đây:
Hình 3.3.2: Sơ đồ bố trí kết cấu và chiều chuyển động của FCU
Tốc độ dịng khơng khí 0 khi đi qua tiết diện ngang ABCD trước dàn ống
được gọi là tốc độ hứng gió của thiết bị, khi thiết kế dành lạnh thường chọn
0= 3-4 m/s [Tài liệu 2]. Tốc độ dịng khơng khí qua chỗ hẹp nhất là tốc độ
của dòng qua tiết diện sau khi trừ đi phần choán chỗ của ống và các cánh được gọi là , thường chọn tối đa khoảng 7,5 m/s. Trong các dàn lạnh của hệ
thống điều hòa khơng khí thường đuyợc làm cánh dày đặc nên tiết diện qua chỗ
hẹp nhất chỉ bằng khoảng 0,58-0,6 tiết diện hứng gió của thiết bị.
δc
Ở thiết kế này ta chọn tốc độ hứng gió của thiết bị 0=4m/s, do đó tốc độ
khơng khí qua chỗ hẹp nhất:
Hệ số tỏa nhiệt của cánh
= .
= 0,203. 0,026060,003 . 0,0030,01 −0,54. 0,0030,01 −0,14. 1318,2060,65=82,94 W/m2.K
Trong đó: Sc – bước cánh, m
do – đường kính ngồi của ống, m h – chiều cao cánh, m
ω – tốc độ dòng qua chỗ hẹp nhất, m/s
ν – độ nhớt động học của khơng khí, m2/s
λ – hệ số dẫn nhiệt của khơng khí, W/mK
Hình 3.3.3: Bố trí chi tiết thơng số ống Hiệu suất cánh:
= tanh ml c ml
Hình 3.3.4: Thơng số chi tiết của ống
= 2 = = cos = 2 = − 1 + 0805 lg 1,27 = 20 − 10 . 10−3 1 + 0,805 lg 20 10 22,3720 − 0,3 = 0,0129
Hệ số dẫn nhiệt của nhôm λ = 203.5 W/m.K
=
m.l = 52,126.0,0129 = 0,672
➔ tanh(0,672) = 0,586
Và ta có hiệu suất cánh
0,586
= 0,671 = 0,873
Do cường độ toả nhiệt trên tồn bộ bề mặt cánh khơng đồng đều, thường chọn hệ số không đồng đều = 0,85. Do đó cường độ toả nhiệt của cánh được tính:
2 = . . = 82,94.0,873.0,85 = 61,54 W/ 2.
Diện tích cánh của 1 m ống 2
=
1
Diện tích bề mặt ngồi của ống nằm giữa các cánh ứng với 1m ống:
= 0
0
Tổng diện tích bề mặt ngoài ứng với 1 m ống:
F= Fc + F0c = 1.014 + 0.028= 1.042 m2/m Diện tích bề mặt trong ứng với 1 m ống:
F1= 1 = 3.14 x 0.0095=0.029m2/m
Hệ số làm cánh:
1.042
= 1 = 0,029 = 35,93
= 1 + 2480 0−
1 = 1 + 2480 0,01−0,0095 = 1,155
1− 2 26−18
Các thông số vật lý như sau:
Vì nhiệt độ bề mặt cascnh thấp hơn nhiệt độ đọng sương của khơng khí nên xảy ra hiện tượng ngưng tụ ẩm trên bề mặt, cường độ tỏa nhiệt tăng lên, do đó cường độ tỏa nhiệt trong trường hợp này được tính
α'kk = ξα2 = 1,155 . 61,54 = 71.0787 W/m2.K
Trong tính tốn thiết kế, nhiệt độ nước vào FCU: 5 - 7 oC, nhiệt độ nước ra FCU: 12 - 13 oC, chọn sơ bộ nhiệt độ trong bình nước lạnh tn = 10°C ( và sẽ kiểm tra lại sau). Ứng với tn = 10oC ta tìm được thơng số vật lý của nước như sau:
n = 999,7 kg/m3
cpn = 4,192 kJ/kg.K λn = 0,5745 W/m K
vn = 1,306.10-6 m2/s Prn = 9,52
Nước lạnh chuyển động trong dàn ống, khi thiết kế thường chọn khoảng n = 0,8-1,8 m/s,
ở đây ta chọn ωn = 1,1 m/s
= . 1 = 1,1.0,0095 = 8001,53 > 104 1,306.10−6
Đây là chế độ chảy rối nên:
= 0,021. 0,8. 0,43.
Thông thường ống dài l/d >50 ➔
= 1
Nun = 0,021.80010,8.9,520,43 = 73,37 Hệ số toả nhiệt về phía nước:
=
Hệ số truyền nhiệt được tính qui về 1 đơn vị diện tích bề mặt ngồi sẽ là:
= [
❖ Rb: Nhiệt trở lớp bụi chọn khoảng Rb= 0.0003 m2.K/W .
❖ Rcn: Nhiệt trở lớp cáu nước, tuỳ theo điều kiện chất lượng nước, khoảng 0.0002- 0.0005 m2.K/W, ở đây chọn Rcn = 0.0004 m2.K/W
= [
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hai dịng chất lỏng (có thể tính theo trung bình số học vì biến đổi nhiệt độ mỗi loại chất lỏng không lớn):
∆t = tkk − tn = 23 − 10 = 13°C
Nhiệt lượng truyền qua 1 m chiều dài ống tính qui về bề mặt ngồi (bề mặt có cánh)
qkk = kF∆t = 27,145. 1,042 .13 = 367,706 W/m Tổng chiều dài ống:
Lưu lượng khơng khí qua dàn lạnh:
I1 và I2 tra từ đồ thị t-d từ nhiêt độ khơng khí vào và nhiệt độ khơng khí ra
Gkk
Lưu lượng quạt:
=
Diện tích tiết diện ngang chỗ hẹp nhất tương ứng:
Từ kết quả tính tốn truyền nhiệt chúng ta sơ bộ bố trí kích thước dàn lạnh như sau:
Hình 3.3.5: Sơ đồ bố trí dàn lạnh Số dãy ống theo chiều dòng: n2 = 4
37
1 =
Chọn L1 = 7 m
(Tổn thất áp suất nước trên đoạn ống không vượt quá 3mm H2O thường dùng trong thực tế. Nếu ống quá dài cho một dãy ống thì phải phân đoạn để cấp nước lạnh)
Chúng ta phải kiểm tra lại tốc độ k:
′
= 0,0108 2/ Số đoạn ống trên một dãy là:
1 = 1 = 7
1 = 7 đ ạ
Vậy ta chọn n1=7 đoạn ống trên mỗi dãy
Diện tích tiết diện hẹp nhất của thiết bị mà dịng khí lưu động qua Fmin: Fmin = ′ .n1 = 0,0108.7 = 0,0756 m2
Như vậy kết cấu thiết bị có kích thướt chính như sau: Chiều rộng b = 0,5 m
Chiều cao a= S1 x n1 = 0.04 x 7 = 0.28 m Chiều dày w= S2 x n2 =0.04 x 4 = 0,16 m
Diện tích bề mặt: S=2a.(b+w)=2.0,28.(0,5+0,16)=0,3696 m2
Hình 3.3.6: Bố trí kích thướt dàn lạnh FCU
3.4 Đánh giá kết quả thiết kế
Từ các tính tốn trên ta có thể so sánh với máy FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006
của Hãng Carrier
Bảng 3.1 Catalog thiết bị FCU
Ta so sánh với thông số thiết kế với catalog ta thấy số không khác nhiều nên thỏa điều kiên.
Bảng 3.2: Thơng số so sánh
Đường kính ngồi Cơng suất làm
lạnh Lưu lượng gió
Số dãy Diện tích bề
mặt
3.5 Bản vẽ chi tiết FCU
Hình 3.5.1 Mặt bằng và mặt đứng FCU
Hình 3.4.2 Mặt A và mặt B FCU
Hình 3.4.4 Chi tiết bố trí treo FCU
Hình 3.4.5 Bố trí đường gió vào, ra
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾNNGHỊ NGHỊ 4.1 Kết luận • Bảng so sánh số liệu ➢ So sánh thiết kế máy nén Thông số Công suất lạnh Công suất motor kéo
➢ So sánh thiết kế dàn ngưng khơng khí
Thơng số
Diện tích trao đổi nhiệt
Công suất nhiệt
➢ So sánh thiết kế van tiết lưu:
Thông số
Cơng suất lạnh
➢ Thơng số so sánh
Đường kính ngồi Cơng suất làm
lạnh Lưu lượng gió
Số dãy Diện tích bề
mặt
Thơng qua q trình tính tốn ở trên ta có kết luận hệ thống gồm: Chọn tác nhân
lạnh R134a Năng suất lạnh Q=35 (kW) Chọn máy nén BITZER 4H-2Y
Chọn dàn ngưng quạt kiểu nằm ngang ABM
Chọn bình bình bay hơi ống vỏ R134a sôi trong ống HTBP- 12,5 Chọn FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006 của Hãng Carrier
Về tổng quan về FCU, đã nêu được khái niệm về điều hồ khơng khí cũng như khái niệm về FCU, ngồi ra tìm hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của FCU. Để tính tốn được chi tiết FCU ta phải tính tốn được chu trình lạnh của hệ thống từ đó ta chọn máy nén, bình ngưng tụ và bình bay hơi
dựa vào các thơng số nhập vào phần mềm Bitzer.
Trong q trình tính tốn và thiết kế FCU để đảm bảo năng suất yêu cầu, việc tính tốn các thơng số, các tổn thất nhiệt, chu trình lạnh và tính chọn thiết bị địi hỏi sự chính xác và hợp lí. Nó góp phần tiết kiệm các chi phí đầu tư, chi phí vận hành, chi phí nhân cơng và hạn chế các rủi ro phát sinh.
Qua bài trên cho ta thấy, kết quả thiết kế và lựa chọn khi so sánh với catalog không chênh lệch là bao nhiêu, cho thấy sự chuẩn xác khi tính tốn, chi tiết từng con số để đưa ra kết quả chính xác nhất và mang lại sự hiệu quả cho bài làm.
4.2 Kiến Nghị
Đối với em, bản đồ án thực sự phù hợp với những kiến thức em đã tích luỹ được trong khi học môn kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hồ khơng khí. Do trình độ cũng như khả năng nhận thức có hạn, chưa có nhiều thời gian để đi tham quan thực tế về chun nghành, tìm hiểu đề tài cịn có hạn chế nên dù đã rất cố gắng nhưng chắc rằng bản đồ án có nhiều điểm thiếu sót. Em mong thầy châm chước và hy vọng nhận được sự chỉ dạy tận tình của thầy để có thể hiểu hơn và tiếp cận nhiều hơn về chuyên nghành.
Em xin trân thành cảm ơn thầy Đặng Thành Trung đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Đồng thời em cũng xin cảm ơn tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt ba năm học vừa qua, nhờ thầy cơ, em mới có được kiến thức ngày hơm nay. Đó chính là những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện tốt nhiệm vụ tốt nghiệp và là nền tảng cho công việc sau này.
TÀI LIỆU KHAM KHẢO
1/ Nguyễn Đức Lợi - Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hồ khơng khí Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 2007.
2/ TCVN 5687-2010 về Thơng gió- điều hịa khơng khí- tiêu chuẩn thiết kế.
3/ https://vrv.vn/p/fxmq250mve9-dan-lanh-giau-tran-noi-ong-gio-ap-suat-tinh-cao
4/ Nguyễn Đức Lợi - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
5/ Đồ án Thiết kế điều hịa khơng khí sử dụng hệ thống water chiller trane.doc 6/ https://datasheet.octopart.com/067N6162-Danfoss-datasheet-67810908.pdf
7/
http://reetech.com.vn/vi/san-pham/fcu-nuoc-loai-am-tran-model-rre_w-p1c-127
8/ Hồng Đình Tín “Truyền Nhiệt & Tính Tốn Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt”, nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật, năm 2001
9/https://voer.edu.vn/c/he-thong-dieu-hoa-khong-khi-kieu-kho part2/b67904a1/f5ee39c1