TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Cải thiện chỉ số hiệu quả năng lượng là một vấn đề quan trọng đối với các công ty điều hòa không khí hiện nay Mặc dù có nhiều nghiên cứu, nhưng chúng chủ yếu chỉ tập trung vào các yếu tố riêng lẻ và chưa phát triển các phương pháp hay công cụ phân tích dữ liệu một cách toàn diện.
Lí do chọn đề tài
Sự gia tăng điều kiện sống đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng máy điều hòa không khí, đặc biệt là hệ thống điều hòa cục bộ Do đó, việc đánh giá hệ số hiệu suất COP trở nên cần thiết, vì nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống Đề tài này được thực hiện trong không gian nhỏ hẹp, phù hợp với các quy chuẩn mới của Bộ Xây dựng.
(4 đối tượng đang tiến hành nghiên cứu hiện nay: phòng học nhỏ, văn phòng nhỏ, chung cư nhỏ, căn hộ gia đình nhỏ)
Nhóm đã quyết định đặt tên đề tài là “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP của hệ thống điều hòa không khí cục bộ sử dụng môi chất R22”.
Mục đích
Để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống lạnh cục bộ trong dân dụng, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số hiệu suất (COP) Nhóm nghiên cứu mong muốn phát triển một quy trình và công cụ đánh giá rõ ràng hơn về hiệu quả năng lượng, đồng thời xác định các yếu tố quyết định đến COP của máy lạnh cục bộ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phòng xưởng Nhiệt tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM có kích thước dài 6,12 m, rộng 3,17 m và cao 2,3 m, hiện đang được trang bị máy điều hòa không khí Daikin với công suất 2HP.
Bài viết này nghiên cứu ba yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống điều hòa không khí, bao gồm nhiệt độ cài đặt trong phòng (21-22-23 °C), tốc độ quạt của dàn lạnh (1-3-5), và điều kiện giải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, với các phương pháp giải nhiệt khác nhau như giải nhiệt bình thường, sử dụng nước ngưng rưới lên coolpad, và rưới nước ngưng lên dàn nóng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM
Cơ sơ lý thuyết
2.1.1 Cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước
2.1.1.1 Nghiên cứu trong nước a) Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller
Bài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller” được thực hiện bởi Phan Thị Thu Hường, Hoàng Hồng Mai và Lại Ngọc Anh từ trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhằm phân tích tác động của tốc độ gió đến hiệu suất năng lượng của hệ thống máy lạnh chiller.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và bố trí thí nghiệm
Sau khi tiến hành thí nghiệm xác định các thông số đặc trưng
Bảng 2.1 Thông số nhiệt động tại các điểm đặc trưng
Thông số Đơn vị Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5 Nước lạnh
Nhiệt độ 0 C 1,40 78,26 47,35 46,66 4,17 6,81 Áp suất Kpa 289 1339 1260
Hình 2.2 Quan hệ giữa áp suất ngưng tụ của môi chất và tốc độ gió giải nhiệt
Hình 2.3 Quan hệ giữa độ quá lạnh môi chất sau dàn ngưng và tốc độ gió giải nhiệt
Mối quan hệ giữa hiệu quả biến đổi năng lượng trong chu trình lạnh và tốc độ gió vào cùng với dàn ngưng tụ được thể hiện rõ qua công thức với hệ số tương quan R² = 0.89.
Tốc độ gió vào dàn ngưng ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất ngưng tụ và độ quá lạnh của môi chất Cụ thể, khi tốc độ gió qua dàn tăng, độ quá lạnh cũng tăng lên, dẫn đến áp suất ngưng tụ của môi chất giảm Điều này góp phần làm tăng hiệu quả biến đổi năng lượng (COP) của chu trình.
4 b) Nghiên cứu hệ thống lạnh tiết kiệm năng lượng
Bài báo "Nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh" của tác giả Hoàng Thành Đạt nhấn mạnh tầm quan trọng của các thiết bị trong việc tính toán hiệu quả tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh.
Bài viết phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số COP của hệ thống lạnh, nhấn mạnh rằng chu trình có COP lớn hơn sẽ hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng Máy nén là bộ phận quan trọng nhất; việc chọn động cơ có công suất phù hợp có thể tiết kiệm khoảng 0,491 kW Nhiệt độ ngưng tụ ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả làm lạnh; giảm nhiệt độ ngưng tụ 1ºC có thể giảm năng lượng tiêu thụ 2-3% Khi nhiệt độ ngưng tụ giảm, áp suất ngưng tụ cũng giảm, dẫn đến hiệu suất làm lạnh tăng và giảm công suất máy nén, giúp hệ thống sử dụng ít điện năng hơn Bài viết chứng minh rằng giảm nhiệt độ ngưng tụ sẽ làm tăng hệ số COP lên 12%, cho thấy năng suất lạnh của hệ thống mới cao hơn và công nén thấp hơn, từ đó COP’ > COP.
Khi lựa chọn thiết bị bay hơi, cần xem xét nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc và đặc điểm của sản phẩm cần làm lạnh Việc tăng nhiệt độ bay hơi không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh mà còn có thể cải thiện áp suất bay hơi của hệ thống.
Tăng nhiệt độ bay hơi trong hệ thống lạnh không chỉ nâng cao hiệu suất làm lạnh mà còn giảm công suất của máy nén Việc này dẫn đến việc sử dụng ít điện năng hơn, với nghiên cứu cho thấy nếu nhiệt độ bay hơi tăng lên 10ºC, năng lượng tiêu thụ giảm khoảng 1 – 1,5% Khi áp suất bay hơi được nâng cao, hệ số hiệu suất COP của hệ thống lạnh có thể tăng lên đến 10,5% Do đó, việc duy trì nhiệt độ bay hơi ở mức cao nhất là một biện pháp hiệu quả để giảm tiêu thụ năng lượng cho hệ thống lạnh.
Trên thế giới, nhiều bài báo đã phân tích hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hòa không khí, như bài “Technical and Economic Analysis of Energy Efficiency of Chinese Room Air Conditioners” của David Fridley, nêu bật sự phổ biến và các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số năng lượng của điều hòa ở Trung Quốc, đồng thời chỉ ra tiềm năng kinh tế trong tương lai Một nghiên cứu khác, “Analysis of decision-making for air conditioning users based on the discrete choice model” của Jingjie Wang, áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quyết định sử dụng điều hòa Nghiên cứu “Performance testing and optimization of a split-type air conditioner with evaporatively-cooled condenser” của Ibrahim Atmaca (2022) cũng đánh giá hiệu suất của điều hòa, so sánh hệ thống làm mát bay hơi với hệ thống làm mát bằng không khí trong các điều kiện môi trường tương tự.
6 khác nhau Một nghiên cứu tối ưu hóa cũng đã được thực hiện để tìm ra các điều kiện khí hậu tối ưu cho hệ thống được đề xuất[5]
Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm a) Bộ ghi dữ liệu, b) Cặp nhiệt điện, c) Bộ truyền nhiệt độ/độ ẩm, d) Áp kế, e) Ampe kế dạng kẹp
Hình 2.6 Thiết bị đo lường
Hình 2.7 Hình học của tấm bay hơi
Hình 2.8 Dàn nóng và dàn lạnh của hệ thống lạnh
(CT: Máy điều hòa kiểu thông thường, EC: Máy điều hòa có dàn ngưng bay hơi)
Hình 2.9 So sánh các thông số hiệu suất thu được trong nghiên cứu thử nghiệm
Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ ngoài trời và độ ẩm tương đối có ảnh hưởng đáng kể đến tổng điện năng tiêu thụ và hệ số hiệu suất năng lượng (COP) của máy điều hòa không khí Cụ thể, khi làm mát bằng bình ngưng bay hơi, COP tăng từ 10,2% đến 35,3% và công suất làm mát tăng từ 5,8% đến 18,6%, trong khi tổng công suất tiêu thụ giảm từ 4% đến 12,4% Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng điều kiện tối ưu để tối đa hóa COP là nhiệt độ ngoài trời cao và độ ẩm tương đối thấp Tuy nhiên, để giảm thiểu tổng điện năng tiêu thụ, điều kiện tối ưu lại nằm ở mức trung bình của nhiệt độ và độ ẩm Hơn nữa, ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời đến mức tiêu thụ điện năng lớn hơn so với độ ẩm, mở ra cơ hội áp dụng hệ thống trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau.
2.1.3 Cơ sở lý thuyết về điều hòa không khí
2.1.3.1 Khái niệm Điều hòa không khí là một nghành khoa học nghiên cứu các phương pháp, công nghệ và thiết bị để tạo ra và duy trì một môi trường vi khí hậu phù hợp với công nghệ sản xuất hiện đại, chế biến hoặc tiện nghi đối với con người, nhu cầu thực tế khi ngày phải đối diện với những thay đổi từ thời tiết khi thì quá nóng khi thì nhiệt độ lại lạnh sâu, bao gồm các việc duy trì và khống chế nhiệt độ theo ý muốn Điều hòa không khí ở đây bao gồm những tính năng: điều hòa nhiệt độ, độ ẩm, lọc bụi và các thành phần gây hại đến sức khỏe con người[6]
Các thiết bị chính của một hệ thống điều hòa:
+ Thiết bị xử lý không khí: dàn nóng, dàn lạnh, lưới lọc bụi, bộ tiêu âm, buồng hòa trộn,…
+ Thiết bị luân chuyển không khí: quạt thổi, quạt hút, ống gió, miệng gió,…
+ Thiết bị năng lượng: máy nén,…
+ Thiết bị đo lường và điều khiển tự động: van tiết lưu, van điện tử, van 1 chiều, van xả áp,
2.1.3.2 Phân loại các hệ thống điều hòa không khí a) Theo mức độ quan trọng của các hệ thống điều hòa không
Bảng 2.2 Nhiệt độ và độ ẩm tính toán theo ngoài trời
Nhiệt độ tN, ºC Độ ẩm φN, % Nhiệt độ tN, ºC Độ ẩm φN, %
Hệ thống cấp I t max φ 13 15 max − t min φ 13 15 min −
Hệ thống cấp III t TB max φ 13 15 max − t TB min φ 13 15 min −
− t max , t min : nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất trong năm đo lúc 13 ÷ 15 giờ
− t TB max , t TB min : nhiệt độ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm
−φ 13 15 max − ,φ 13 15 min − : độ ẩm đo lúc 13÷15 giờ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm
Hệ thống điều hòa không khí cấp I có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà ổn định, bất kể điều kiện thời tiết khắc nghiệt bên ngoài, từ mùa hè oi ả đến mùa đông lạnh giá.
Hệ thống điều hòa không khí cấp II có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với sai số tối đa không vượt quá 200 giờ mỗi năm, tương đương với 8 ngày trong một năm.
Hệ thống điều hòa không khí cấp III có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với độ sai số tối đa không quá 400 giờ trong một năm, tương đương với 16 ngày Đặc điểm này giúp đảm bảo môi trường trong nhà luôn ổn định và thoải mái cho người sử dụng.
Hệ thống giải nhiệt bằng gió là giải pháp phổ biến cho các hệ thống điều hòa nhỏ, trong khi các hệ thống có công suất trung bình thường kết hợp cả giải nhiệt bằng không khí và các phương pháp khác.
10 khí, vừa giải nhiệt bằng nước Hầu hết các hệ thống công suất lớn đều giải nhiệt bằng nước
Hệ thống giải nhiệt bằng nước, điển hình là Water Chiller, sử dụng bơm và đường ống để vận chuyển nước lạnh đến các AHU và nước nóng đến tháp giải nhiệt Hệ thống điều hòa không khí giải nhiệt bằng nước thường có hiệu suất cao hơn so với hệ thống giải nhiệt bằng gió Tuy nhiên, khi tính đến công suất của bơm và tháp giải nhiệt, hiệu quả giữa hai hệ thống không có sự chênh lệch lớn.
Cơ sở thực nghiệm
2.2.1 Xác định các yếu tố ảnh hưởng Đã có nhiều công trình nghiên cứu các điều kiện làm việc tối ưu của hệ thống máy lạnh [1,2,3,4,5], từ đó nhóm em đã chọn 3 yếu tố để nghiên cứu đó là:
- Nhiệt độ cài đặt cho phòng (TEMP)
- Tốc độ gió (AIR VELO)
- Phương pháp giải nhiệt (CCM)
Xác định các mức độ của từng yếu tố
Nhiệt độ cài đặt (TEMP)
Theo Tiêu chuẩn vi khí hậu trong nhà theo TCVN 5687:2010[13], chúng em chọn
Vận tốc cài đặt quạt dàn lạnh (AIR VELO)
Chọn 3 mức giá trị là: 1 (3,5 m/s) – 3 (3,8 m/s) – 5 (5,1 m/s)
Phương pháp giải nhiệt (CCM)
Ngoài phương pháp giải nhiệt truyền thống, nhóm chúng em đã thử nghiệm một số phương pháp giải nhiệt mới được gợi ý từ thầy hướng dẫn trong quá trình học tập.
2-Sử dụng tấm cool pad được rưới nước ngưng
3-Rưới nước ngưng trực tiếp lên thiết bị ngưng tụ
2.2.2 Thiết lập bảng ma trận trực giao
Bảng 2.10 Yếu tố và các mức độ
Sử dụng Minitab để xác định bảng trực giao:
Cuối cùng ta sẽ có bảng trực giao với các giá trị tương ứng:
Bảng 2.12 Bảng trực giao với các giá trị
STT TEMP AIR VELO CCM
2.2.3 Thiết lập các thông số tính toán
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như điều kiện giải nhiệt, nhiệt độ cài đặt phòng và tốc độ gió của quạt dàn lạnh đến hệ thống máy lạnh một cấp và chỉ số COP, cần thu thập các thông số cần thiết để tính toán chỉ số COP của hệ thống.
Q 0 là năng suất lạnh của thiết bị bay hơi (kW)
N là tổng điện năng tiêu thụ của hệ thống (kW)
2.2.3.1 Thiết lập các thông số tính Q 0 Để xác định được Q0 của thiết bay hơi ta cần đo các thông số t 0 nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi (℃)
Hình 2.18 Nơi lấy nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi
• 𝝋 𝑻 độ ẩm của phòng % Để đo được các nhiệt độ và độ ẩm trên nhóm đã sử dụng hai loại đồng hồ nhiệt kế kết hợp ẩm kế loại…
Hình 2.19 Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm
Hình 2.20 Đồng hồ Extech đo nhiệt đầu dẩy máy nén
Để đo lưu lượng không khí tại miệng thổi của thiết bị bay hơi (kg/s), nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị đo tốc độ gió Quá trình đo được thực hiện tại 4 điểm khác nhau tại miệng thổi, sau đó tính giá trị trung bình của 4 điểm này để có kết quả chính xác.
Hình 2.21 Thiết bị đo vận tốc gió
Hình 2.22 Minh họa các tính vtb
Trong công thức tính toán, tổng vận tốc gió tại bốn điểm đo trên miệng thổi thiết bị bay hơi được biểu diễn là tb = (v1 + v2 + v3 + v4) / 4, với v1, v2, v3, và v4 lần lượt là vận tốc gió tại các điểm đo 1, 2, 3 và 4 (đơn vị: m/s).
Hệ số bypass (BF) của thiết bị bay hơi được xác định là 0.27, và để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng tôi coi hệ số này là không đổi và tham khảo từ Catalog của máy.
2.2.4 Thiết lập các thông số tính N
Ta có: N = N mn + N + N ql qn (41)
M là lưu lượng môi chất tuần hoàn qua hệ thống trên một đơn vị thời gian (kg/s)
N mn là điện năng tiêu thụ của máy nén (kW)
N ql là điện năng tiêu thụ của quạt thiết bị bay hơi (KW)
N qn là điện năng tiêu thụ của quạt thiết bị ngưng tụ (kW)
Hình 2.23 Đồ thị lgP-h của chu trình máy lạnh dân dụng
Chu trình thực với các tổn thất khác nhau:
4’-1’ là áp suất giảm dần trong thiết bị bay hơi
1’-1’’ là tổn thất áp suất trên đường ống hút giữa thiết bị bay hơi và máy nén
1’’-1’’’ là tổn thất áp suất ở van hút
1’’’-2’ là quá trình nén lý thuyết có s=const
1’’’-2’’ là quá trình nén thực với ∆s lớn hơn 0
2’’-2’’’ là tổn thất áp suất ở van đẩy để thắng được lực lò xo nén clapê
2’’’-3 là tổn thất áp suất trên đường ống đẩy và trong thiết bị ngưng tụ
3-3’ là tổn thất áp suất trên đường ống dẫn lỏng đến van tiết lưu
Hình 2.24 Đồ thị lgP-h của chu trình máy lạnh dân dụng
Máy nén roto cánh xoắn được sử dụng trong hệ thống này có tổn thất tại đầu hút và đầu đẩy rất nhỏ, do đó nhóm đồ án đã quyết định không tính toán phần tổn thất này nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán.
Hình 2.25 Chu trình thực của máy lạnh dân dụng sau khi đơn giản
Hình 2.26 Sơ đồ thể hiện các điểm nút của quá trình lên sơ đồ nguyên lý hệ thống
Dựa vào chu trình thực của máy lạnh 1 cấp trên ta có thể tính được công của máy nén và năng suất lạnh riêng
Công của máy nén: l = h 2 −h 1 (kJ/kg) (43) Năng suất lạnh riêng: q 0 = −h 1 h 4 (kJ/kg) (44)
Enthalpy của môi chất tại điểm 1 có trạng thái hơi quá nhiệt trên đồ thị lgP-h, tương tự như enthalpy tại điểm 2 cũng có trạng thái hơi quá nhiệt Trong khi đó, enthalpy tại điểm 4 có trạng thái hơi bão hòa ẩm Để xác định N của toàn hệ thống, cần đo các thông số liên quan.
• Áp suất và nhiệt độ tại đầu hút của máy nén Để xác định h 1
Hình 2.27 Vị trí lấy áp suất và nhiệt độ đầu hút máy nén
• Áp suất và nhiệt độ tại đầu đẩy máy nén Để xác định h 2
Hình 2.28 Vị trí lấy áp suất và nhiệt độ đầu đẩy máy nén
• Áp suất và nhiệt độ trước tiết lưu (ống mao) của hệ thống Để xác định h 3 suy ra h 4 (h 3 =h 4 )
Hình 2.29 Vị trí lấy áp suất và nhiệt độ trước tiết lưu
Hình 2.30 Vị trí lấy nhiệt độ sau tiết lưu
Hình 2.31 Vị trí lấy nhiệt độ sau khi ra khỏi dàn lạnh
Cường độ dòng điện của quạt thiết bị ngưng tụ và quạt thiết bị bay hơi là yếu tố quan trọng để xác định điện năng tiêu thụ Để đo lường chính xác cường độ dòng điện, nhóm đã sử dụng Ampe kìm.
Hình 2.32 Đo cường độ dòng điện Để xác định được áp suất nhóm đã sử dụng đồng hồ đo áp suất
Hình 2.33 Đồng hồ đo áp suất
Dựa vào chu trình thực tế ta có thể tính được điện năng tiêu thụ của máy nén Điện năng tiêu thụ của máy nén
Nmn = M.l (kW) (46) Điện năng tiêu thụ của quạt ở thiết bị bay hơi
N ql = U.I ql (kW) (47) Điện năng tiêu thụ của quạt ở thiết bị ngưng tụ qn qn
Minitab là phần mềm thống kê ứng dụng được phát triển vào năm 1972 tại Đại học Pennsylvania bởi Barbara F Ryan, Thomas A Ryan, Jr và Brian L Joiner Phần mềm này có nguồn gốc từ OMNITAB và các công cụ phân tích thống kê của NIST.
• Hỗ trợ phân tích: Phân tích hệ thống đo lường; Phân tích khả năng; Phân tích đồ họa; Kiểm tra giả thuyết hồi quy DOE; Bảng kiểm soát
• Các dạng biểu đồ: Scatterplots, ma trận lô, ô vuông, dấu chấm, biểu đồ, sơ đồ chuỗi thời gian, v.v
• Thực hiện nhiều phương pháp thống kê cơ bản: Thống kê mô tả, thử nghiệm
Bài viết này trình bày các phương pháp thống kê như thử nghiệm t một mẫu và hai mẫu, thử nghiệm t cặp, cũng như kiểm tra tỷ lệ một và hai mẫu Ngoài ra, nó cũng đề cập đến các thử nghiệm tỷ lệ Poisson cho một và hai mẫu, giúp người đọc hiểu rõ hơn về các kỹ thuật phân tích dữ liệu trong nghiên cứu.
43 tra phương sai; Tương quan và hiệp phương sai; Kiểm tra định mức; Kiểm tra ngoại lệ; Kiểm tra mức độ phù hợp của Poisson
• Các phương pháp hồi quy: Hồi quy tuyến tính và phi tuyến tính; Nghiên cứu ổn định…
• Phân tích phương sai: Anova; Kiểm tra phương sai bằng nhau; Mô hình hỗn hợp…
• Phân tích các hệ thống đo lường: Bảng tính thu thập dữ liệu; Biểu đồ chạy Gage…
THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM, THU THẬP, XỬ LÝ SỐ LIỆU
Thiết lập mô hình
Chọn hai cục nóng và 2 cục lạnh bất kì ở xưởng nhiệt Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
Hình 3.1 Hai dàn nóng và lạnh được chọn để thực hiện thực nghiệm
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy DaiKin
Heat Insulation Both Liquid and
Both Liquid and Gas Pipes
Amount of Additional Change of Refrigerant m 20 20
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của Indoor Unit FT50FVM
Indoor Unit FT50FVM FT60VM
Front Panel Color White White
Type Cross Flow Fan Cross Flow Fan
Speed Steps 5 Steps, Auto 5 Steps, Auto
Air Direction Control Right, Left, Horizontal,
Air Filter Removable/Washable/Mildew
Temperature Control Microcomputer Control Microcomputer Control
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của Outdoor Unit R50BV1
Casing Color Ivory White Ivory White
Model RC60V1TNRT NH41VMDT
Để duy trì hiệu suất tối ưu của thiết bị ngưng tụ và bay hơi, việc vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo khả năng trao đổi nhiệt của dàn ống không bị suy giảm.
Hình 3.2 Vệ sinh thiết bị ngưng tụ Hình 3.3 Vệ sinh thiết bị bay hơi
Hình 3.4 Sử dụng dung dịch Axetol để rửa sạch các đường ống đồng của TBNT
Hình 3.5 Sử dụng dung dịch Axetol để rửa sạch các đường ống đồng của TBBH
Sử dụng Axetol để loại bỏ dầu cặn lâu ngày trong ống bằng cách bơm dung dịch vào dàn ống và ngâm trong 24 giờ Sau khi ngâm, sử dụng máy nén khí áp cao để đẩy dung dịch ra ngoài và làm khô bên trong ống.
Kết quả của quá trình là dung dịch Axetol đổi màu vì dầu cặn bám trong thành ống
Hình 3.6 Ngâm dung dịch Axetol trong 24 giờ
Hình 3.7 Sử dụng vòi nén khí để đẩy dung dịch sau khi ngâm ra bên ngoài
Hình 3.8 Dung dịch sau khi tẩy rửa lần 1 chuyển sang màu rất đục
Hình 3.9 Dung dịch Axetol sau khi tẩy rửa lần 2 có màu trong hơn
Hình 3.10 Lấy lượng dầu đã sử dụng lâu ngày ra khỏi máy nén
Hình 3.11 Lượng dầu đã sử dụng lâu ngày có màu vàng đen
Hình 3.12 Sử dụng dầu mới của môi chất R22 để thay cho máy nén Hình 3.13 Cho lượng dầu mới vào máy nén
Nhóm đã kiểm tra chất lượng dầu bôi trơn cho máy nén và phát hiện dầu đã chuyển sang màu vàng cùng với nhiều cặn bẩn Do đó, nhóm quyết định thay thế bằng dầu mới để đảm bảo hiệu suất làm việc của hệ thống.
Hình 3.14 Thử kín các mối hàn Hình 3.15 Thử kín các mối hàn
Hình 3.16 Thử kín các mối hàn Hình 3.17 Thử kín các mối hàn
Sau đó nhóm sẽ hàn các mối nối mà ban đầu đã cắt ra để vệ sinh, kiểm tra độ kín các mối hàn bằng bọt xà phòng
Hình 3.18 Thử điện ở máy nén và thiết bị ngưng tụ
Hình 3.19 Thử điện ở thiết bị bay hơi
Hình 3.20 Hàn khung đỡ hai cục nóng Hình 3.21 Vị trí đặt 2 cục nóng
Kiểm tra điện cho các bo mạch và thiết bị của dàn nóng và dàn lạnh là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động bình thường Việc phát hiện sớm các lỗi trên bo mạch hoặc các bộ phận khác không hoạt động sẽ giúp tiến hành sửa chữa hoặc thay thế kịp thời Ngoài ra, cần hàn bệ đỡ dàn nóng và xác định vị trí cố định cho thiết bị.
Hình 3.22 Loe ống đồng để kết nối Hình 3.23 Kết nối ống đồng
Hình 3.24 Rút chân không cho hệ thống Hình 3.25 Nạp gas cho hệ thống
Cuối cùng nhóm kết nối ống đồng với các thiết bị chính, sau đó tiến hành nạp hút chân không thử kín, nạp gas
Hình 3.26 Lắp tấm Coolpad cho hệ thống Hình 3.27 Lắp tấm Coolpad cho hệ thống
Hình 3.28 Lắp ống rưới nước ngưng Hình 3.29 Lắp ống rưới nước ngưng
Lắp thêm tấm Coolpad và đường ống để rưới nước ngưng
Thu thập và xử lý số liệu
Dựa vào chu trình thực của máy lạnh 1 cấp, chúng ta cần xem xét các yếu tố như điều kiện giải nhiệt, nhiệt độ cài đặt cho phòng và tốc độ gió của quạt dàn lạnh Những yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống máy lạnh 1 cấp và chỉ số COP của nó Để tính toán chỉ số COP, cần thu thập các thông số liên quan.
Các số liệu và các vị trí lấy số liệu cho việc tính toán Q0 trên thực tế
Bảng 3.4 Bảng vị trí thu thập thông số tính Q0
Nhiệt độ phòng tT (°𝐶) và độ độ ẩm tương đối 𝜑 𝑇 (%) của phòng
Nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi tO (°𝐶)
Tốc độ gió tại miệng thổi thiết bị bay hơi v (m/s)
Các số liệu và các vị trí lấy số liệu cho việc tính toán N trên thực tế
Bảng 3.5 trình bày vị trí thu thập thông số tính toán N, bao gồm điểm lấy tín hiệu nhiệt độ t1 (°C) và áp suất p1 (bar) tại đầu hút máy nén, cùng với điểm lấy tín hiệu nhiệt độ t2 (°C) và áp suất p2 (bar) tại đầu đẩy máy nén của hệ thống.
57 Điểm lấy tín hiệu nhiệt độ t3 (°𝐶) và áp suất p3 (bar) tại vị trí trước tiết lưu của hệ thống
*Sau khi thu thập số liệu nhóm đã tổng hợp thành dưới các bảng sau:
Bảng 3.4 Số liệu thực nghiệm vào lúc 10h
Ngày đo Áp suât đầu hút
( 0 C) Áp suất đầu đẩy (bar)
( 0 C) Áp suất trước tiết lưu (bar)
Nhiệt độ trước tiết lưu
( 0 C) Độ ẩm tương đổi của phòng (%)
Nhiệt độ tại miệng thổi dàn lạnh( 0 C)
Vận tốc gió trung bình tại miệng thổi(m/s)
Bảng 3.5 Số liệu thực nghiệm vào lúc 13h
Ngày đo Áp suât đầu hút
( 0 C) Áp suất đầu đẩy (bar)
( 0 C) Áp suất trước tiết lưu (bar)
Nhiệt độ trước tiết lưu
( 0 C) Độ ẩm tương đổi của phòng (%)
Nhiệt độ tại miệng thổi dàn lạnh
Vận tốc gió trung bình tại miệng thổi (m/s)
Bảng 3.6 Số liệu thực nghiệm vào lúc 16h
Ngày đo Áp suât đầu hút
( 0 C) Áp suất đầu đẩy (bar)
( 0 C) Áp suất trước tiết lưu (bar)
Nhiệt độ trước tiết lưu
( 0 C) Độ ẩm tương đổi của phòng (%)
Nhiệt độ tại miệng thổi dàn lạnh( 0 C)
Vận tốc gió trung bình tại miệng thổi (m/s)
Bảng 3.7 Nhiệt độ, độ ẩm môi trường và lưu lượng nước ngưng
Nhiệt độ, độ ẩm môi trường và lưu lượng nước ngưng ( o C; %, l/h)
3.3.1 Cách tính Q 0 cụ thể Ở đây nhóm sẽ trình bày hai cách tính Q0
• Sử dụng giản đồ không khí ẩm t-d
• Sử dụng phần mềm tra thông số
Sử dụng giản đồ không khí ẩm t-d giúp hình dung rõ ràng cách tính toán cho nhóm đồ án Nhóm sẽ lấy một số liệu từ kết quả thực nghiệm để thực hiện các phép tính cần thiết.
Hình 3.30 Ảnh các số liệu thu thập cho việc tính Q0
Bảng 3.8 Các số liệu cần thiết để tính QO
Môi trường làm lạnh Vừa vào thiết bị bay hơi
Sau khi vừa ra khỏi thiết bị bay hơi
Tại miệng thổi dàn lạnh
Vận tốc gió tại miệng thổi dàn lạnh (m/s)
Theo bảng số liệu thực nghiệm trên ta có:
Từ tT và 𝜑 𝑇 ta xác định được điểm T trên giản đồ t-d
Từ tT và tO ta tìm được tS (nhiệt độ điểm sương) qua công thức:
S là thiết diện của miệng thổi của thiết bị bay hơi
S=0,87(dài) x 0,08 (rộng) (m 2 ) (51) vtb là vận tốc trung bình của 4 điểm tại miệng thổi thiết bị bay hơi (m/s)
Hình 3.31 Hình thể hiện cách tra Enthalpy dựa vào giản đồ t-d
• Sau khi có được tS ta kẻ 1 đường vuông góc với trục nhiệt độ và cắt đường 𝝋 𝟏 tại điểm S
• Kẻ đường thẳng nối điểm T và S lại với nhau
• Từ nhiệt độ t O ta kẻ 1 đường thẳng vuông góc với trục t và cắt đường t S tại điểm
O từ đó xác định được độ ẩm và vị trí của điểm O trên giản đồ
Sau khi xác định vị trí điểm T và O trên giản đồ, chúng ta có thể tìm giá trị I và I T O bằng cách vẽ các đường đẳng enthalpy từ T và O để xác định giá trị enthalpy tại từng điểm.
Từ điểm T, vẽ một đường thẳng vuông góc với trục t và cắt đường 𝝋 𝑻 tại điểm T Từ điểm O, vẽ đường đẳng dung ẩm cắt đường T tại điểm K Tiếp theo, từ điểm K, vẽ đường đẳng enthalpy để xác định I K.
Giá trị (IT−IK) chính là lượng nhiệt ẩn của quá trình
Nước ngưng sẽ được tích trữ trong vòng 3 giờ và được rưới lên dàn trao đổi nhiệt hoặc tấm coolpad trong vòng 10 phút Phần nhiệt thừa tạo ra nước ngưng sẽ được tận dụng để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ.
*Sử dụng phần mềm tra thống số
• Khi đã có 𝝋 𝑻 và t T ta xác định I T bằng phần mềm Psychrometric calculator
Hình 3.32 Sử dụng phần mềm Psychrometric calculator tra IT
• Từ t T và t O ta tìm được t S (nhiệt độ điểm sương) qua công thức
− t s =7,34 ( C)Tiếp tục sử dụng phần mềm Psychrometric calculator để tra IS
Hình 3.33 Sử dụng phần mềm Psychrometric calculator tra IS
Hình 3.34 Đồ thị lgP-h thể hiện điểm các điểm nút
Vì máy nén trong bài này là loại máy nén roto cánh xoắn nên tổn thất áp suất tại đầu hút và đầu đẩy là rất ít
Để đơn giản hóa việc thu thập dữ liệu và tính toán, nhóm sẽ không tính đến tổn thất áp suất ở đầu hút và đầu đẩy của máy nén Bài viết này sẽ trình bày hai phương pháp tính toán N.
• Sử dụng đồ thị lgP-h
• Dùng phần mềm CoolPack tra thông số
* Sử dụng đồ thị lgP-h
* Sử dụng phần mềm CoolPack tra thông số
Hình 3.36 Ảnh các số liệu thu thập cho việc tính N
Bảng 3.9 Các số liệu cần thiết cho việc tính N Áp suất (bar) Đầu đẩy Đầu hút Trước tiết lưu
Nhiệt độ ( o C) Đầu đẩy máy nén Đầu hút máy nén Trước tiết lưu
Dựa vào bảng thông số thực nghiệm ta có p1 = 4,5 (bar) và t1 =6,3 °𝐶 p2 = 13 (bar) và t2 =64,6 °𝐶 p3 = 13 (bar) và t3 =30,3 °𝐶
Từ các số liệu trên ta sử dụng CoolPack để tra enthalpy của các điểm nút cần tìm
Hình 3.37 Chọn vào biểu tượng bông tuyết khi đã khởi động phần mềm
Hình 3.38 Chọn vào biểu tượng table
Hình 3.39 Chọn khoảng nhiệt độ và áp suất muốn tra
Hình 3.40 Chọn giá trị h1 tương ứng với giá trị nhiệt độ và áp suất tại điểm 1 h 1 A0,88 kJ/kg
Hình 3.41 Chọn khoảng nhiệt độ và áp suất muốn tra
Hình 3.42 Chọn trạng thái môi chất ứng với điểm2
Hình 3.43 Chọn giá trị h2 tương ứng với giá trị nhiệt độ và áp suất tại điểm 2 h 2 D2,1 kJ/kg
Hình 3.44 Chọn khoảng nhiệt độ và áp suất muốn tra
Hình 3.45 Chọn trạng thái môi chất ứng với điểm 3
Hình 3.46 Chọn giá trị h3 tương ứng với giá trị nhiệt độ và áp suất tại điểm 3
−Điện năng tiêu thụ của máy nén là 𝑁 mn = M.l = 0,03.31,22 = 0,85 (kW) (58)
−Điện năng tiêu thụ của quạt dàn lạnh ql ql
−Điện năng tiêu thụ của quạt dàn nóng qn qn
−Điện năng tiêu thụ của cả hệ thống 𝑁 = 𝑁 mn + 𝑁 ql + 𝑁 qn = 1,11 + 0,024 + 0,048 = 0,92 (kW) (61)
Tương tự cách tính cho các thông số còn lại
−Trình bày bảng kết quả
−So sánh với catalog của máy (giải thích)
−Phân tích kết quả theo 2 phương pháp
3.3.3 Kết quả thực nghiệm theo phương pháp Taguchi
Sau khi thu thập các số liệu và tính toán bằng các phương pháp như trên Nhóm đồ án đã tổng hợp lại thành bảng kết quả bên dưới
Bảng 3.10 Bảng kết quả tính toán thực nghiệm
AIR VELO CCM Q 0 (Kw) N (kW) COP
AIR VELO CCM Q 0 (Kw) N (kW) COP
Sau khi hoàn tất việc tính toán và xử lý số liệu, nhóm đã sử dụng phần mềm Minitab để phân tích và xác định yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến COP.
Bảng 3.11 Bảng số liệu cho việc phân tích
Phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố dựa vào giá trị trung bình của COP
*Phân tích bằng Tagichi Analysis (Taguchi Analysis: AVE-COP versus TEMP, AIR VELO, CCM )
Response Table for Signal to Noise Ratios
Bảng 3.12 Bảng phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố theo Taguchi Analysis
Level TEMP AIR VELO CCM
Level TEMP AIR VELO CCM
Hình 3.47 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố
Hình 3.48 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố
*Phân tích bằng Regression Analysis (Regression Analysis: AVE-COP versus TEMP, AIR VELO, CCM)
Bảng 3.13 Bảng phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố theo Regression Analysis
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF
AVE-COP = 4,974 – 0,037 TEMP + 0,193 AIR VELO + 0,081 CCM
Nhóm nghiên cứu đã phân tích giá trị COP trung bình để xác định các mức độ tối ưu của từng yếu tố Tuy nhiên, không xác định được yếu tố nào có ảnh hưởng lớn nhất đến COP vì không có giá trị P-Value nào nhỏ hơn 0,05, mặc dù đã chọn độ tin cậy là 95%.
*Phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố dựa vào giá trị COP mà các yếu tố độc lập với nhau (No Interac)
Bảng 3.14 Bảng kết quả tính toán để phân tích các yếu tố độc lập với nhau
Time No Ex TEMP AIR VELO CCM COP
*Phân tích bằng Taguchi Analysis (Taguchi Analysis: COP versus TEM, AIR VELO, CCM)
Bảng 3.15 Bảng phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố theo Taguchi Analysis
Response Table for Signal to Noise Ratios
Level TEMP AIR VELO CCM
Level TEMP AIR VELO CCM
Hình 3.49 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố
Hình 3.50 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố
*Phân tích bằng Regression Analysis: COP versus TEM, AIR VELO, CCM
Bảng 3.16 Bảng phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố theo Regression Analysis
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF
COP = 4,974 – 0,0371 TEMP + 0,1935 AIR VELO + 0,0815 CCM
Sau khi phân tích các yếu tố độc lập mà không có sự tương tác, chúng tôi nhận thấy giá trị P-value của Air Velo đạt yêu cầu thỏa mãn Do đó, có thể khẳng định rằng trường hợp này cho thấy kết quả đáng tin cậy.
Air Velo là yếu tố quyết định chính ảnh hưởng đến COP, tuy nhiên, các yếu tố này luôn tương tác và tác động lẫn nhau Do đó, nhóm sẽ tiến hành phân tích trường hợp tương tác giữa các yếu tố để hiểu rõ hơn về mối quan hệ này.
Phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố dựa vào giá trị COP mà các yếu tố có sự ảnh hưởng lẫn nhau (Interac)
*Phân tích bằng Regression Analysis: COP versus TEM, AIR VELO, CCM
Bảng 3.17 Bảng kết quả phân tích Regression Analysis Fits and Diagnostics for Unusual Observations
Obs COP Fit Resid Std Resid
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
Theo lý thuyết Anova, khi giá trị P < α = 5%, chúng ta kết luận rằng yếu tố đó ảnh hưởng đến COP Phân tích hồi quy từ Minitab18 cho thấy chỉ có giá trị P của yếu tố CCM được kiểm chứng trong ba yếu tố TEM, AIR VELO và CCM Dựa vào đồ thị Means từ Minitab18, sự kết hợp tối ưu được xác định là: Nhiệt độ cài đặt TEM = 22°C, Vận tốc quạt AIR VELO = mức 5, và phương pháp giải nhiệt CCM, tức là rưới nước ngưng trực tiếp lên dàn ống trao đổi nhiệt tại dàn nóng.
Dựa vào phương pháp hồi quy tuyến tính được thực hiện trên phần mềm Minitab18, nếu các giá trị P-Value trùng khớp với bảng tính toán, chúng ta có thể khẳng định rằng bảng Anova là chính xác theo bảng hồi quy tuyến tính.
Bảng 3.18 Bảng kết quả phân tích Regression Analysis
Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF
TEMP*AIR VELO 0,118 0,160 0,74 0,470 44,57 TEMP*CCM -0,464 0,160 -2,91 0,009 44,57 AIR VELO*CCM -0,194 0,160 -1,22 0,238 44,57
COP = 3,352 + 0,559 TEMP + 0,115 AIR VELO + 1,457 CCM + 0,118 TEMP*AIR VELO
– 0,464 TEMP*CCM – 0,194 AIR VELO*CCM
P-value của yếu tố CCM trong hai bảng là 0,036, cho thấy rằng CCM là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến COP.
Hình 3.51 Biểu đồ thể hiện sự tương tác giữa các yếu tố với nhau
Nhóm đã sử dụng phần mềm Minitab để phân tích ảnh hưởng của các yếu tố và xác định mức độ tối ưu cho từng yếu tố, bao gồm nhiệt độ 22°C, tốc độ quạt mức 5, và phương pháp giải nhiệt bằng cách rưới nước trực tiếp lên dàn Để xác minh kết quả, nhóm sẽ tiến hành kiểm chứng lại trường hợp tối ưu nhất.
Bảng 3.19 Số liệu sau khi chạy kiểm chứng
*Nhận xét: Sau khi chạy kiểm chứng lại trường hợp tối ưu nhất thì nhóm nhận thấy
COP ở trường hợp 22 0 C, mức gió 5, giải nhiệt bằng phương pháp rưới nước ngưng trực
