Điển hình trong quá trình sinh hoạt của con người thì nhu cầu sử dụng điều hịa khơng khí và sấy là những nguồn tiêu thụ điện năng khá lớn. Hiện nay, việc sử dụng các thiết sấy bình thường thì phổ biến, tuy có nhiều ưu điểm nhưng chưa mang lại hiệu quả nhiều về việc tiết kiệm năng lượng. Trong nghiên cứu này nhóm tìm hiểu việc sử dụng máy lạnh để sấy quần áo bằng việc thu hồi một phần nhiệt lượng thải ra từ mơi chất để cung cấp cho tủ sây có nhiệt độ dao động từ (40C÷ 45C), rất phù hợp cho quá trình sinh hoạt của con người . Điều này sẽ mang lại hiệu quả năng lượng rất lớn và cũng góp phần giảm thiểu đáng kể việc sử dụng nguồn điện sẵn có nhằm đáp ứng nhu cầu của con người, mặt khác góp phần bảo vệ mơi trường và hệ sinh thái.
Trang 38
4.2 Nghiên cứu cách tận dụng nhiệt thải
Trong hoạt động của máy lạnh, nhiệt thải từ thiết bị ngưng tụ được xem là nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, nhiệt độ này vẫn cao hơn khá nhiều so với nhiệt độ môi trường xung quanh. Trên thực tế lượng nhiệt thừa này sẽ thải vào mơi trường, nó làm nóng khu vực được trang bị điều hịa và điều này là khơng có lợi, khá lãng phí năng lượng. Để tiết kiệm điện năng sử dụng trong việc cung cấp sấy trong sinh hoạt và điều hịa khơng khí của con người. Từ đó, nhóm trình bày nghiên cứu lý thuyết cũng như chế tạo và thử nghiệm mơ hình máy lạnh có thu hồi nhiệt lượng của mơi chất gia nhiệt cho tủ sấy để cung cấp cho sinh hoạt con người. Việc này giúp cho hiệu quả làm việc của hệ thống tăng lên, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường mà không làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của hệ thống máy lạnh.. Phần nhiệt thừa còn lại sẽ thải trực tiếp vào môi trường. Trong nghiên cứu này, sơ đồ nguyên lý máy lạnh thu hồi nhiệt trong Hình 1 gồm các bộ phận sau: Máy nén; thiết bị trao đổi nhiệt; thiết bị ngưng tụ; thiết bị bay hơi; thiết bị tiết lưu, các cảm biến nhiệt độ và áp suất , tủ kính để nhận nhiệt sấy.
Trang 39 Trong báo cáo nghiên cứu, nhóm sử dụng tủ kính để sấy quần áo.
4.3 Quá trình làm việc:
Khi thu hồi nhiệt thải, nhóm đã gắn ống gió trước quạt dàn nóng và nối vào tủ sấy. Lúc này, phần lớn lượng nhiệt của môi chất thải ra sẽ được dẫn thẳng vào tủ kính. Trong tủ sấy xảy ra q trình trao đổi nhiệt đối lưu, nhóm cắt một khoảng trống bên trên tủ kính để khơng khí tuần hồn liên tục (tránh trường hợp khơng khí tuần hồn kém, khơng giải nhiệt được cho môi chất, máy nén hút về cao và xảy ra hiện ngắt máy nén và ngừng chạy máy).
Phương trình cân bằng nhiệt cho máy lạnh: Qth + Qk = Lmn + Qo (*) Với Qth – nhiệt lượng thu hồi sau quạt dàn nóng; Qk – nhiệt lượng thải vào môi trường diễn ra ở tháp giải nhiệt; Lmn – công máy nén; Qo – nhiệt lượng nhận được từ nguồn lạnh.
Thiết lập sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy lạnh, từ đó thu hồi một phần nhiệt lượng thải ra của môi chất lạnh trong thiết bị ngưng tụ để làm nóng tủ kính qua việc dẫn nhiệt từ ống gió. Qua đó gia nhiệt khơng khí trong tủ kính để làm tác nhân sấy quần áo.
4. 4 Những yếu tố chính ảnh hưởng đến q trình thu hồi nhiệt a. Ảnh hưởng nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh:
Với cơng thức (*) có thẻ nhận thấy lượng nhiệt tỏa ra từ thiết bị ngưng tụ là khá lớn, nó bằng nhiệt lượng thu vào từ dàn lạnh cộng với cơng tiêu thụ cho máy nén [*]. Vì vậy, nhằm tiết kiệm năng lượng, nhóm sử dụng một phần lượng nhiệt thừa mà thiết bị ngưng tụ thải ra để cung cấ nhiệt cho tủ kính, nhưng mặt khác phải đảm bảo hệ thống máy lạnh vẫn hoạt động bình thường.
Chỉ số hiệu quả năng lượng của máy lạnh thu hồi nhiệt (η) được tính như sau: η =𝑄𝑡ℎ+𝑄𝑜
𝐿𝑚𝑛 = 𝑄𝑡ℎ+𝑄𝑜
𝑄𝑜−𝑄𝑘 (**)
Từ cơng thức chỉ số năng lượng, nhóm nghiên cứu nhận thấy giá trị η của môi chất lạnh càng cao khi nhiệt độ ngưng tụ càng thấp [**].
b. Ảnh hưởng của loại môi chất lạnh và nhiệt độ cuối tầm nén:
Môt chất lạnh mà nhóm nghiên cứu đang sử dụng là R32, với máy lạnh có cơng suất 2 HP. Hiện nay, các máy lạnh đang được sử dụng với nhiều loại môi chất lạnh
Trang 40 khác nhau, trong đó chủ yếu vẫn là R134a; R410a; R32. Dựa vào thông số trạng thái của các điểm nút trên chu trình hệ thống, ta nhận thấy nhiệt độ của hơi cao áp sau khi nén nằm dao động phổ biến trong khoảng (65 ÷ 75)℃. Với môi chất lạnh R134a khi nhiệt độ ngưng tụ thay đổi trong khoảng (40 ÷ 50) ℃ thì nhiệt độ sau máy nén thay đổi trong khoảng (60 ÷ 73) ℃. Tuy nhiên trên thực tế khi máy nén hoạt động đều có các tổn thất áp suất, tổn thất áp suất và nhiệt độ khi đi qua ống gió dẫn vào tủ kính.
4.5 Kết luận:
Việc sử dụng nhiệt thải từ thiết bị ngưng tụ để gia nhiệt tủ kính phục vụ cho sấy là hợp lý về mặt năng lượng và bảo vệ mơi trường.
Ngồi ra, nhiệt độ khơng khí trong tủ kính tăng đến giới hạn cho phép (tùy vào vật liệu sấy và hơi trích từ thiết bị ngưng tụ) nhưng vẫn thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất, q trình hoạt động của máy lạnh vẫn khơng ảnh hưởng gì đáng kể vì trong mơ hình có rơle nhiệt độ bảo vệ máy nén. Việc ứng dụng máy lạnh để sấy quần áo phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt mang lại hiệu quả thiết thực cho xã hội, đặc biệt trong việc giảm thiểu tiêu thụ năng lượng điện, làm giảm phân tán sợi vi nhựa và góp phần bảo vệ mơi trường. Việc kết hợp giữa điều hịa khơng khí và sấy vẫn là một hướng nghiên cứu có tiềm năng trong tương lai, khi mà thời đại công nghiệp phát triển mạnh thì yêu cầu về tiết kiệm năng lượng trong các thiết bị gia nhiệt nói chung, thiết bị sấy nói riêng ngày càng cần thiết. Mặc dù, mơ hình chế tạo cịn gặp nhiều vấn đề trong lúc chạy máy nhưng nhóm nghiên cứu vẫn đo thơng số và thực hiện đầy đủ. Trong q trình nghiên cứu, nhóm đã thực hiện và đưa ra hiệu quả năng lượng sau q trình tính tốn mơ phỏng dựa vào các điều kiện thực tiễn chạy máy : nhiệt độ đầu vào của môi chất làm lạnh, công suất của máy nén, ngưng tụ và bay hơi cũng như các thơng số tính tốn khác. Từ đây, nguồn năng lượng này trao đổi cho việc cung cấp cho tủ sấy thay vì phải dùng điện trở hoặc nguồn năng lượng khác.
Trang 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cơ sở Truyền nhiệt và Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt – PGS.TS Hồng Đình Tín [2] Bài tập tính tốn kĩ thuật lạnh –
PGS.TS Nguyễn Đức Lợi
[3] Hệ thống máy và thiết bị lạnh – PGS.TS Đinh Văn Thuận và TS. Võ Chí Chính. [4] Thiết kế hệ thống thiết bị sấy – PGS.TS Hoàng Văn Chước
[5] Kỹ Thuật Sấy – PSG. TS Hoàng Văn Chước
[6] P. Suntivarakorn, S. Satmarong, C. Benjapiyaporn, S. Theerakulpisut, An
experimental study on clothes drying using waste heat from split type air conditionerInt. J. Mech., Aerosp., Ind., Mechatron., Manuf. Eng.3 (2009) 483–488.
[7] Shen, J.B.; Guo, T.; Tian, Y.F.; Xing, Z.W. Design and Experimental Study of an Air Source Heat Pump for Drying with Dual Modes of Single Stage and Cascade Cycle. Appl. Therm. Eng. 2018, 129, 280–289
[8] Liu, S.C.; Li, X.G.; Song, M.J.; Li, H.L.; Sun, Z.L. Experimental Investigation on Drying Performance of an Existed Enclosed Fixed Frequency Air Source Heat Pump Drying System. Appl. Therm. Eng. 2018, 130, 735–744.
[9] P. Bansal, A. Mohabir, W. Miller, A novel method to determine air leakage in heat pump clothes dryers, Energy 96 (2016) 1–7.
[10] S. Woo, et al., An experimental study on the performance of a condensing tumbler dryer with an air-to-air heat exchanger, Korean J. Chem. Eng. 30 (6) (2013) 119–200. [11] A. Lambert, F. Spruit, J. Claus, Modelling as a tool for evaluating the effects of energy saving measures–case study: a tumbler dryer, Appl. Energy 38 (1991) 33–47. [12] K. Rezk, J. Forsberg, Geometry development of the internal duct system of a heat pump tumble dryer based on fluid mechanic parameters from a CFD software, Appl. Energy 88 (5) (2011) 1596–1605.
[13] J. Deans, The modeling of a domestic tumbler dryer, Appl. Therm. Eng. 21 (2001) 977–990.