Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
1.1. Máy lạnh hấp thụ
1.1.4. Các đặc trưng của máy lạnh hấp thụ
1.1.4.2. Năng lượng sử dụng trong máy lạnh hấp thụ
Chúng ta biết rằng điểm khác biệt cơ bản giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh nén hơi là máy lạnh hấp thụ không dùng máy nén hơi mà thay vào đó là máy nén nhiệt. Để máy nén nhiệt hoạt động cần phải có nhiệt năng cấp vào. Trong thực tế có rất nhiều nguồn nhiệt đáp ứng được nhu cầu vận hành của máy lạnh hấp thụ, cụ thể như sau:
16 a. Năng lượng mặt trời
Mặt trời là một quả cầu lửa khổng lồ, nhiệt độ bề mặt vào khoảng 6000K, trong khi đó nhiệt độ tại vùng trung tâm của mặt trời rất lớn vào khoảng 8.106K đến 40.106K. Mặt trời được xem là một lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động liên tục và luôn luôn bức xạ năng lượng vào trong vũ trụ.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời để làm lạnh và điều hòa không khí rất hấp dẫn vì có sự đồng biến giữa nhu cầu sử dụng lạnh và cường độ bức xạ mặt trời nhận được. Tuy nhiên, do chưa giải quyết được mâu thuẫn giữa giá thành và hiệu quả mang lại, cho nên trong suốt một thời gian dài việc sử dụng năng lượng mặt trời trong làm lạnh và điều hòa không khí chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế. Mặc dù vậy, bằng các nỗ lực không ngừng việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời ngày càng chứng tỏ tính cấp thiết và khả thi, nhất là ở các nước có điều kiện thiên nhiên thuận lợi như Việt Nam. Ngoài ra do yêu cầu về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, việc sử dụng năng lượng mặt trời trong lĩnh vực làm lạnh và điều hòa không khí là một trong những hướng ưu tiên được khuyến khích phát triển.
Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8°02’ Bắc đến 23°22’ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100÷175 [kcal/cm2.năm] (4,2 ÷7,3 [GJ/m2.năm]) do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Ở các tỉnh phía Nam, số giờ nắng trung bình là 6,5 [giờ/ngày], ở phía Bắc có thấp hơn nhưng cũng đạt khoảng 5 [giờ/ngày], cường độ tổng lượng bức xạ trung bình trong khoảng 5,2 [kWh/m2ngày]
[8]. Nhu cầu về năng lượng ở một số vùng hẻo lánh như miền núi, hải đảo vẫn chưa thể đáp ứng liên tục được. Vì thế, Việt Nam là nơi có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, là cơ sở để áp dụng MLHT vào thực tế.
b. Các nguồn nhiệt thải
Nhiệt thải là năng lượng ở dạng nhiệt năng được thải bỏ ra ngoài môi trường sau quá trình sử dụng bất kỳ.
Việc tận dụng nhiệt thải để đáp ứng các nhu cầu sử dụng năng lượng trong thực tế là một trong những hướng cần phải được quan tâm và đẩy mạnh. Đây chính
17
là một trong những biện pháp then chốt góp phần tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Tùy theo nguồn gốc phát sinh người ta chia các nguồn nhiệt thải ra làm hai loại:
+ Loại thứ nhất bao gồm tất cả các nguồn nhiệt thải phát sinh từ các quá trình sản xuất trong công nghiệp. Chủng loại của các nguồn nhiệt này khá đa dạng, thông thường là nước nóng, hơi nước, không khí nóng và khói thải;
+ Loại thứ hai là các thành phần nhiệt thải do các động cơ nhiệt thải ra môi trường trong quá trình làm việc hoặc nhiệt lượng do các chất dùng để làm mát động cơ và các thành phần khí khác mang ra.
Để đánh giá tính tương thích của các nguồn nhiệt thải đối với mục đích sử dụng và sự vận hành của máy lạnh hấp thụ, ta cần chú ý đến các thông số đặc trưng của nhiệt thải như nhiệt độ, lưu lượng có thể khai thác, thành phần hóa học và tính ổn định của dòng nhiệt thải.
Việc khai thác, tận dụng các nguồn nhiệt thải có thể thực hiện bằng trực tiếp hoặc gián tiếp. Nếu nguồn nhiệt thải đảm bảo độ trong sạch và không gây ăn mòn thì ta có thể sử dụng trực tiếp. Tuy nhiên, thông thường người ta sử dụng gián tiếp các nguồn nhiệt thải thông qua trung gian của các bộ trao đổi nhiệt.
Khi sử dụng nhiệt thải cần căn cứ vào nhiệt độ của nguồn nhiệt thải để quyết định phương án tận dụng và lựa chọn chủng loại thích hợp của máy lạnh hấp thụ.
Bảng 1.2 trình bày một số loại nhiệt thải và các mức nhiệt độ tương ứng.
Tùy theo mức nhiệt độ, người ta chia nguồn nhiệt thải ra làm 3 loại:
+ Loại nhiệt thế cao
+ Loại nhiệt thế trung bình + Loại nhiệt thế thấp
18
Bảng 1.2. Một số loại nhiệt thải và nhiệt độ tương ứng.
Loại Nguồn Nguồn gốc Nhiệt Nhiệt độ [oC]
Nhiệt thế cao
Khói thải từ nhà máy luyện Nickel. 1370 – 1650 Khói thải từ lò nấu thủy tinh. 1050 –155 Khói thải từ nhà máy luyện thép. 927 – 1038 Khói thải từ nhà máy luyện kẽm. 760 – 1095 Khói thải từ nhà máy luyện đồng. 760 – 816 Khói thải từ nhà máy luyện nhôm. 649 – 760 Khói thải từ lò đốt chất thải rắn. 650 – 1000
Khói thải từ nhà máy xi măng. 550 – 750
Nhiệt thế Trung bình
Khói thải từ tuabin khí. 370 – 550
Khói thải từ động cơ đốt trong. 316 – 500
Khói thải từ lò hơi. 250 – 480
Hơi nước từ tuabin đối áp. 100 – 125
Nhiệt thế thấp
Nước làm mát lò tôi kim loại. 50– 250
Nước làm mát động cơ đốt trong. 60 – 120 Nước ngưng tụ từ các quá trình sản xuất. 40 – 80 Nước giải nhiệt bình ngưng của máy lạnh
và hệ thống điều hòa không khí. 35 – 43
Nước làm mát máy nén. 32 – 49
Trong thực tế người ta dùng nước nóng, hơi nước hoặc khí đốt để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ. Tùy vào giải nhiệt độ của nhiệt thải để có những phương án sử dụng phù hợp như:
+ Sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp các nguồn nhiệt thải thuộc loại nhiệt thế cao. Thông thường người ta sử dụng gián tiếp do nhiệt độ cấp cho máy lạnh hấp thụ là từ 80 ÷ 150 [oC];
+ Đối với các nguồn nhiệt thải có nhiệt thế trung bình người ta cũng thường
19
chọn cấp nhiệt theo kiểu gián tiếp. Chất tải nhiệt trong trường hợp này là hơi nước ở áp suất thấp hoặc nước nóng;
+ Nguồn nhiệt có nhiệt thế thấp thường được chú trọng nhất vì trong thực tế đời sống nguồn nhiệt này rất phổ biến. Với các nguồn nhiệt có nhiệt độ t ≥ 190 [oC]
có thể sử dụng để sản xuất hơi nước có p ≈ 10 ÷ 14 [bar]. Với nguồn nhiệt thải có nhiệt độ t ≤ 190 [oC] thường dùng để sản xuất nước nóng để cấp nhiệt cho MLHT.
Nếu các nguồn nhiệt thải ở dạng hơi nước hoặc nước nóng có thể sử dụng trực tiếp nguồn nhiệt này;
Ngoài ra, cần lưu ý đến mức độ trong sạch, khả năng đóng cáu và ăn mòn thiết bị của các nguồn nhiệt thải. Tùy theo mức độ ổn định và khả năng cấp nhiệt của các nguồn nhiệt thải cần bố triêm hệ thống cấp nhiệt phụ.
Để thiết lập sự phối hợp giữa nhiệt lượng thu hồi và MLHT bên cạnh giá trị nhiệt lượng thu hồi được ta cần lưu ý thực hiện tiếp các công việc sau:
- Đánh giá đặc điểm của nguồn nhiệt thu hồi và lựa chọn loại máy lạnh hấp thụ thích hợp;
- Thực thiện các phép tính sơ bộ nhằm dự báo khả năng cung cấp lạnh tương ứng với loại MLHT đã chọn;
- Trên cơ sở nhu cầu về năng suất lạnh đã được xác định, xây dựng phương án phối hợp cụ thể.