Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống điều hòa không khí

Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của sơ đồ thẳng Hình 3.2: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hoàn một cấp Hình 3.3: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hoàn hai cấp Hình 3.4: Giải pháp lắp đặt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~

LẠI HOÀI NAM

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG VÀO AHU TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành : Công nghệ Nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

Ngày …… tháng …… năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LẠI HOÀI NAM Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 07-01-1983 Nơi sinh:Quảng Bình

Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt

Khóa: 2006

1 TÊN ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG VÀO AHU TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

• Nghiên cứu khảo sát tài liệu về công nghệ ĐHKK, ống nhiệt trọng trường và khả năng ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào hệ thống ĐHKK

• Trình bày cơ sở lý luận và tính hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU

• Chế tạo mô hình kết hợp ống nhiệt trọng trường vào AHU

• Tiến hành thực nghiệm đo đạc thông số trên mô hình

• Đánh giá kết quả, rút ra những nhận xét, kết luận

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20-11-2008

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Để hoàn thành luận văn, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

1 PGS TS Lê Chí Hiệp là thầy giáo trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn, cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ, đưa ra những ý kiến nhận xét và những lời góp ý chân thành

2 Các thầy trong bộ môn Công nghệ Nhiệt lạnh, trường Đại học Bách khoa Tp HCM đã tận tình giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến sâu sắc về chuyên môn

3 Các anh chị em đồng nghiệp, đồng môn đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

TP HCM, tháng 11 năm 2008

Lại Hoài Nam

Ống nhiệt đã được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhưng trong lĩnh vực điều hoà không khí (ĐHKK), những ứng dụng của ống nhiệt còn rất hạn chế

Từ những nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm khi kết hợp ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống điều hoà không khí Luận văn đã làm rõ những đặc tính của hệ thống điều hoà không khí khi kết hợp sử dụng ống nhiệt trọng trường như sau:

Tăng khả năng hấp thụ tải nhiệt ẩn của không khí so với hệ thống thông thường

Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật tương tự như hệ thống điều hoà không khí sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Trên cơ sở những thông số đo đạc tại mô hình thí nghiệm, các kết quả tính toán lý thuyết và đặc tính hoạt động của hệ thống điều hoà không khí kết hợp ống nhiệt trọng trường, tác giả đã đưa ra những nhận xét, kết luận về hiệu quả kinh tế,

kỹ thuật của hệ thống khi ứng dụng lắp đặt

Dựa trên nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật của hệ thống, tác giả đã xây dựng phần mềm hỗ trợ tính toán để có thể xác định được các thông số liên quan giữa ống nhiệt và quá trình biến đổi của không khí tuần hoàn trong hệ thống

Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Mục lục Chương 1 Mở đầu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Giới hạn nghiên cứu 1

Chương 2 Tổng quan 2

2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2

2.2 Cơ sở lý luận của đề tài 2

Chương 3 Nội dung nghiên cứu 4

3.1 Khái quát về hệ thống ĐHKK 4

3.1.1 Nhiệt độ và độ ẩm tiện nghi 4

3.2 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý hoạt động cho hệ thống ĐHKK 5

3.3 Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống ĐHKK 7

3.3.1 Nguyên lý lắp đặt 7

3.3.2 Đặc điểm khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống 8

3.3.2.1 Hệ thống có sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở 8

3.3.2.2 Hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường 9

3.3.2.3 Khả năng tăng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường 10

3.3.3 Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào AHU 11

3.3.3.1 Hiệu quả kỹ thuật 11

3.3.3.2 Hiệu quả kinh tế 16

3.4.2 Tính toán ống nhiệt trọng trường 25

3.4.3 Tính toán trở lực khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường cho hệ thống 32

3.4.4 Phần mềm hỗ trợ tính toán, thiết kế ống nhiệt trọng trường cho hệ thống 33

3.4.4.1 Mô tả ống nhiệt sử dụng trong hệ thống 33

3.4.4.2 Cơ sở lý thuyết 33

3.4.4.3 Phần mềm hỗ trợ tính toán 41

Chương 4 Thí nghiệm 44

4.1 Mục đích, ý nghĩa 44

4.1.1 Mục đích 44

4.1.2 Ý nghĩa 44

4.2 Mô tả hệ thống 44

4.2.1 Các thiết bị chính trong mô hình 44

4.2.2 Sơ đồ bố trí thiết bị trên hệ thống thực và nguyên lý hoạt động của hệ thống 45

4.3 Thuyết minh các dụng cụ đo 46

4.4 Tiến hành thí nghiệm 46

4.4.1 Bố trí các thiết bị đo 46

4.4.2 Thí nghiệm 47

4.5 Xử lý kết quả thí nghiệm, nhận xét, bàn luận 53

Chương 5 Kết luận 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Đề nghị 66 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Bảng 3.1: Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động

Bảng 3.2: Giá trị các thông số trạng thái

Bảng 3.3: Tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng

điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường

Bảng 4.1: Thông số trạng thái của không khí khi qua hệ thống có ống nhiệt không

nạp môi chất

Bảng 4.2: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 1

Bảng 4.3: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 2

Bảng 4.4: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 3

Bảng 4.5: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 4

Bảng 4.6: Giá trị trung bình các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống

khi ống nhiệt không nạp môi chất

Bảng 4.7: Giá trị trung bình thông số đo đạc tại các lần đo khi hệ thống sử dụng

chùm ống nhiệt có nạp môi chất

Bảng 4.8: Thông số trạng thái không khí trong hệ thống xác định bằng lý thuyết

Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của sơ đồ thẳng

Hình 3.2: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hoàn một cấp

Hình 3.3: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hoàn hai cấp

Hình 3.4: Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào sơ đồ thẳng

Hình 3.5: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ thống có sử dụng thiết bị gia

Hình 3.8: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trong hệ

thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường và hệ thống thông thường Hình 3.9: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trong hệ

thống sử dụng ống nhiệt và trong hệ thống sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Hình 3.10: Tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng

điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường

Hình 3.11: Ống nhiệt trọng trường

Hình 3.12: Quá trình làm việc của ống nhiệt

Hình 3.13: Các thành phần nhiệt trở của ống nhiệt trọng trường

Hình 3.14: Thông số của ống nhiệt

Hình 3.15: Sơ đồ khối của chương trình tính toán

Hình 3.16: Giao diện phần mềm hỗ trợ tính toán

Hình 3.17: Kết quả tính toán bằng phần mềm hỗ trợ tính toán

Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thiết bị trên hệ thống thực

Hình 4.3: Lượng nước ngưng thu được sau 15 phút

Hình 4.4:Thay đổi độ ẩm của không khí khi qua phần sôi của chùm ống nhiệt

Hình 4.5: Thay đổi nhiệt độ của không khí khi qua phần sôi của chùm ống nhiệt Hình 4.6: Thay đổi nhiệt độ của không khí khi qua phần ngưng của chùm ống nhiệt Hình 4.7: Thay đổi độ ẩm của không khí khi qua phần ngưng của chùm ống nhiệt Hình 4.8: Tương quan giá trị nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi phần sôi của

chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 4.9: Tương quan giá trị độ ẩm của không khí sau khi ra khỏi phần sôi của

chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 4.10: Tương quan giá trị nhiệt độ của không khí trước khi vào phần ngưng của

chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 4.11: Tương quan giá trị độ ẩm của không khí trước khi vào phần ngưng của

chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 4.12: Tương quan giá trị nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi phần ngưng

của chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 4.13: Tương quan giá trị độ ẩm của không khí sau khi ra khỏi phần ngưng của

chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 4.14: Tương quan công suất nhiệt của chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực

nghiệm

Hình 4.15: Tương quan số ống nhiệt của chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực

nghiệm

Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước, nhu cầu về kỹ thuật lạnh nói chung và điều hoà không khí nói riêng đang phát triển mạnh mẽ Tuỳ theo từng điều kiện cụ thể mà hệ thống ĐHKK sẽ có những yêu cầu khác nhau về nhiệt

độ và độ ẩm, nhằm tạo môi trường làm việc thoải mái cho con người cũng như đảm bảo chất lượng và yêu cầu của các qui trình công nghệ Như chúng ta đã biết, lượng điện năng sử dụng cho các hệ thống lạnh nói chung và cho hệ thống ĐHKK nói riêng là tương đối lớn Nếu như có một giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các hệ thống ĐHKK thì lượng điện năng tiết kiệm được sẽ không phải là nhỏ

Xuất phát từ vấn đề trên, đề tài “Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống Điều Hoà Không Khí” đã đưa ra một hướng nghiên cứu mới khi kết hợp ống nhiệt vào AHU của hệ thống ĐHKK nhằm tiết kiệm năng lượng

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi kết hợp ống nhiệt trọng trường vào AHU về mặt lý thuyết và thực tiễn

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là hệ thống điều hoà không khí có sự kết hợp giữa AHU và ống nhiệt trọng trường

1.4 Giới hạn nghiên cứu

Đề tài “Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống Điều Hoà Không Khí” chỉ ứng dụng cho những không gian điều hoà có tải nhiệt ẩn cao, những không gian điều hòa yêu cầu điều chỉnh độ ẩm, những không gian điều hoà yêu cầu gia nhiệt không khí sau khi làm lạnh, cụ thể là những không gian điều hòa sau: phòng bào chế dược liệu, phòng sản xuất thiết bị điện tử, phòng mỗ, phòng máy tính …

Chương 2: TỔNG QUAN

2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Tính đến nay, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng của ống nhiệt trên mọi lĩnh vực: điện - điện tử, hoá chất, công nghệ chế tạo, công nghệ nhiệt… Riêng trong lĩnh vực ĐHKK, những ứng dụng của ống nhiệt còn rất hạn chế Ở Việt Nam, TS Trần Văn Vang và PGS TS Hoàng Ngọc Đồng đã có bài báo đưa ra những nhận định trên cơ sở lý thuyết của việc ứng dụng ống nhiệt trọng trường trong hệ thống ĐHKK Hiện tại, ở Việt Nam, ông Đinh Khánh, một trong những chuyên gia hàng đầu về ống nhiệt trên thế giới đã thành lập công ty Sài Gòn năng lượng nhằm phát triển những ứng dụng của ống nhiệt không chỉ ở lĩnh vực điều hoà không khí mà còn ở nhiều lĩnh vực khác

2.2 Cơ sở lý luận của đề tài

Đối với những không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao, để có thể tách được nhiều ẩm, phương án kỹ thuật thường được các nhà thiết kế lựa chọn là giảm nhiệt

độ sôi của môi chất trong dàn lạnh hoặc giảm nhiệt độ của chất tải lạnh Điều này sẽ làm tăng công suất lạnh của hệ thống

Đối với những không gian điều hòa yêu cầu gia nhiệt không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh, những không gian điều hoà có yêu cầu cao về sự chính xác của nhiệt

độ và độ ẩm, đòi hỏi phải điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm trong không gian điều hòa Muốn thực hiện được điều này, phải điều chỉnh được trạng thái không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh của AHU Thực tế, biện pháp kỹ thuật thường được lựa chọn là sử dụng thêm thiết bị gia nhiệt cho không khí vừa ra khỏi dàn lạnh Thông thường các nhà sản xuất thường sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở đốt nóng nên công suất của hệ thống cũng sẽ tăng lên

Vấn đề được đặt ra là, nếu như có một biện pháp kỹ thuật nhằm tăng khả năng tách ẩm của dàn lạnh mà không giảm nhiệt độ sôi của môi chất trong dàn lạnh, không giảm nhiệt độ của chất tải lạnh trong các không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao Hoặc có thể thay đổi trạng thái của không khí vừa ra khỏi dàn lạnh đối với

những không gian điều hòa có yêu cầu chính xác về nhiệt độ và độ ẩm, những không gian điều hoà cần gia nhiệt không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh, thì khả năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thống là điều tất yếu

Xuất phát từ vấn đề trên, qua nghiên cứu về đặc tính hoạt động của ống nhiệt trọng trường và một số bài báo liên quan trên các tạp chí chuyên ngành đã cho thấy rằng: việc kết hợp ống nhiệt trọng trường vào AHU vẫn có thể đảm bảo các yêu cầu

về kỹ thuật trên trong các không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao cũng như trong các không gian điều hòa có yêu cầu cao về sự chính xác của nhiệt độ và độ ẩm, những không gian điều hoà cần gia nhiệt không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh mà không cần phải giảm nhiệt độ sôi của môi chất trong dàn lạnh, giảm nhiệt độ của chất tải lạnh và cũng không cần dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Đề tài ”Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống Điều Hoà Không Khí”, bên cạnh những nghiên cứu, đánh giá về lý thuyết, tác giả sẽ trình bày thêm phần thực nghiệm dựa trên mô hình thiết kế, chế tạo thực tế, căn cứ vào đó sẽ có những nhận xét, đánh giá

cụ thể hơn

Chương 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Khái quát về hệ thống ĐHKK

Không khí, nguồn dưỡng khí không thể thiếu được cho sự tồn tại của con

người Do vị trí địa lý của từng vùng miền trên trái đất khác nhau nên các thông số

đặc trưng của không khí cũng khác nhau Mặc dù con người vẫn tồn tại được trong

hàng nghìn năm nay với nguồn dưỡng khí có những tính chất tự nhiên vốn có của

nó, nhưng với sự phát triển vượt bậc về khoa học và công nghệ thì vấn đề tạo ra một

không gian sống, làm việc, sinh hoạt với bầu dưỡng khí được xử lý giúp cho con

người trở nên sảng khoái hơn, dễ chịu hơn… khi đang ở bất kỳ một vị trí địa lí nào,

dù khí hậu có khắc nghiệt đến đâu đi chăng nữa, đã không còn là một mơ ước đối

với chúng ta

Ngày nay, điều hoà tiện nghi không thể thiếu được trong các toà nhà, khách

sạn, văn phòng, nhà hàng, các dịch vụ du lịch, văn hoá, y tế mà còn cả trong các căn

hộ, nhà ở, các phương tiện đi lại như ô tô, tàu hoả …

Điều hoà công nghệ cũng tạo ra một bước tiến mới nhằm hỗ trợ đắc lực cho

nhiều ngành kinh tế, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo qui trình

công nghệ như trong các ngành dệt, sợi, in ấn, điện tử, viễn thông, máy tính, quang

học…

Cùng với sự phát triển chung của con người, ĐHKK là lĩnh vực không thể

thiếu được trong xu thế hiện nay

3.1.1 Nhiệt độ và độ ẩm tiện nghi

Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động (phụ lục 1 –

TCVN 5687 – 1992)

Trạng thái lao động

t, oC ϕ, % ω, m/ s t, oC ϕ, % ω, m/ s Nghỉ ngơi 20 ÷ 24 55 ÷ 70 0,1 ÷ 0,3 24÷ 27 55 ÷ 70 0,3 ÷ 0,5

Bảng 3.1: Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động

Lao động nhẹ 20 ÷ 24 0,3 ÷ 0,5 24÷ 27 0,5 ÷ 0,7 Lao động vừa 20 ÷ 22 0,3 ÷ 0,5 23 ÷ 26 0,7 ÷ 1,0 Lao động nặng 18 ÷ 20 0,3 ÷ 0,5 22 ÷ 25 0,7 ÷ 1,5

3.2 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý hoạt động cho hệ thống ĐHKK

Để biến đổi trạng thái của không khí ta có thể tiến hành theo các sơ đồ ĐHKK sau:

N: Không khí ngoài trời, O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Không khí

vừa ra khỏi thiết bị gia nhiệt, V: Không khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm), T: Không khí trong phòng

Các thiết bị trong AHU gồm:

1 Cửa lấy gió tươi, 2 Bộ lọc, 3 Dàn lạnh, 4 Thiết bị gia nhiệt , 5 Dàn

phun ẩm bổ sung, 6 Quạt li tâm, 7 Miệng thổi, 8 Không gian cần điều hoà,

9 Quạt thổi gió

V O

T N

* Sơ đồ tuần hồn một cấp

Khơng khí tuần hồn trong hệ thống theo sơ đồ nguyên lý sau:

Hình 3.2 Nguyên lý làm việc sơ đồ tuần hồn một cấp

Trạng thái khơng khí:

N: Khơng khí ngồi trời, T: Khơng khí trong phịng, H: Khơng khí hồ trộn,

O: Khơng khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Khơng khí vừa ra khỏi thiết bị gia nhiệt, V: Khơng khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm)

Các thiết bị trong AHU gồm:

1 Cửa lấy giĩ tươi, 2 Bộ lọc, 3 Dàn lạnh, 4 Thiết bị gia nhiệt,

5 Dàn phun ẩm bổ sung, 6 Quạt li tâm, 7 Miệng thổi, 8 Khơng gian cần điều hồ,

9 Quạt giĩ xả và hồi, 10 Ống giĩ hồi, 11 Ống giĩ xả

* Sơ đồ tuần hồn hai cấp

Khơng khí tuần hồn trong hệ thống theo sơ đồ nguyên lý sau:

Hình 3.3 Nguyên lý làm việc sơ đồ tuần hồn hai cấp

xả 11

5 4 3 2 1

5 4 3 2

1

N

T

Trạng thái không khí:

N: Không khí ngoài trời, T: Không khí trong phòng, H1: Không khí hoà trộn cấp một, H2: Không khí hoà trộn cấp hai, O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V: Không khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm)

Các thiết bị trong AHU gồm:

1 Cửa lấy gió tươi, 2 Bộ lọc, 3 Dàn lạnh, 4 Thiết bị gia nhiệt,

5 Dàn phun ẩm bổ sung, 6 Quạt li tâm, 7 Miệng thổi, 8 Không gian cần điều hoà,

9 Quạt gió xả và hồi, 10 Ống gió hồi, 11 Ống gió xả, 12 Ống gió tuần hoàn cấp 2

Trong ba sơ đồ trên, tuỳ theo điều kiện và qui trình công nghệ thì sơ đồ tuần hoàn một cấp và sơ đồ thẳng được sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống tương đối đơn giản, đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh, vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế cao Sơ đồ này có thể sử dụng cả ở lĩnh vực điều hoà tiện nghi và công nghệ yêu cầu xử lí không khí kiểu trung tâm

Để có thể giảm bớt được ẩn số trong quá trình tính toán, đánh giá, tác giả đã chọn sơ đồ thẳng để phục vụ cho quá trình tính toán cũng như xây dựng mô hình nguyên lý hoạt động của hệ thống trong tập luận văn này

3.3 Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống ĐHKK

3.3.1 Nguyên lý lắp đặt

Với những đặc tính của ống nhiệt trọng trường, dựa trên nguyên lý hoạt động của sơ đồ thẳng, ta có thể sử dụng ống nhiệt trọng trường nhằm thay thế cho thiết bị gia nhiệt, và tăng khả năng tách ẩm theo sơ đồ nguyên lý sau:

7

9

6 5 4

3

2 1

N

T

Hình 3.4 Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào sơ đồ thẳng

Trạng thái không khí:

N: Không khí ngoài trời, H’: Không khí vừa ra khỏi phần sôi của ống nhiệt,

O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Không khí vừa ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt, V: Không khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm), T: Không khí trong phòng

Các thiết bị trong AHU gồm:

1 Cửa lấy gió tươi, 2 Bộ lọc, 3 Dàn lạnh, 4 Ống nhiệt trọng trường, 5 Dàn phun

ẩm bổ sung, 6 Quạt li tâm, 7 Miệng thổi, 8 Không gian cần điều hoà, 9 Quạt thổi gió

3.3.2 Đặc điểm khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống

3.3.2.1 Hệ thống có sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Thiết bị gia nhiệt bằng điện trở được sử dụng trong hệ thống ĐHKK với mục đích gia nhiệt cho không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh Hình vẽ dưới đây thể hiện quá trình biến đổi trạng thái không khí khi qua dàn lạnh và qua thiết bị gia nhiệt bằng điện trở trong hệ thống

Quá trình biến đổi không khí trên hình bên được mô tả như sau:

Không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh có nhiệt độ thấp và độ ẩm cao (t=14oC, ϕ=95%) sẽ được gia nhiệt bằng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở, sau khi được gia

Hình 3.5: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ

thống có sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Điện trở gia nhiệt Dàn lạnh

Không khí vào

Nước ngưng Không khí

lạnh ra

nhiệt, không khí tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm (độ chứa hơi vẫn không đổi) (t=17oC, ϕ=80%) và được thổi vào không gian cần điều hòa

3.3.2.2 Hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường

Khi sử dụng ống nhiệt trọng trường, trạng thái không khí khi qua ống nhiệt trọng trường cũng có sự thay đổi Hình vẽ dưới đây thể hiện quá trình biến đổi trạng thái của không khí khi qua dàn lạnh và qua ống nhiệt trọng trường trong hệ thống

* Sơ đồ nguyên lý

Quá trình biến đổi không khí trên hình bên được mô tả như sau :

Không khí trước khi vào dàn lạnh sẽ trao đổi nhiệt với môi chất tại phần sôi của ống nhiệt Tại đây, không khí sẽ được làm lạnh sơ bộ khi nhả nhiệt cho môi chất và biến đổi trạng thái theo quá trình đẳng độ chứa hơi, từ trạng thái có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp đến trạng thái có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao (từ trạng thái có t= 27oC,

ϕ = 50% đến trạng thái có t= 23oC, ϕ = 65%) Sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt, không khí sẽ được thổi vào dàn lạnh Tại đây, không khí sẽ trao đổi nhiệt ẩm với dàn lạnh và biến đổi trạng thái từ trạng thái có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp đến trạng thái có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao (từ trạng thái có t= 23oC, ϕ = 65% đến trạng thái có t= 14oC, ϕ=95%) Sau khi ra khỏi dàn lạnh, không khí sẽ được gia nhiệt khi

Hình 3.6: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường

Phần ống nhiệt gia nhiệt không khí

Dàn lạnh

Phần ống nhiệt làm lạnh không khí Không khí vào

Nước ngưng Không khí

lạnh ra

nhận nhiệt từ môi chất tại phần ngưng của ống nhiệt và biến đổi trạng thái theo quá trình đẳng độ chứa hơi từ trạng thái có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao đến trạng thái có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp (từ trạng thái có t= 14oC, ϕ = 95% đến trạng thái có t=

18oC, ϕ = 75%) Sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt, không khí sẽ được thổi vào không gian điều hòa

Như vậy, với việc kết hợp ống nhiệt trọng trường vào hệ thống, không khí khi thổi vào không gian điều hòa vẫn có nhiệt độ và độ ẩm theo đúng yêu cầu như khi sử dụng hệ thống có thiết bị gia nhiệt bằng điện trở mà chúng ta không phải tiêu tốn thêm năng lượng cho bộ gia nhiệt

3.3.2.3 Khả năng tăng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử dụng ống nhiệt

Do không khí sau khi đi qua phần sôi của ống nhiệt sẽ được làm lạnh sơ bộ nên khả năng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử dụng ống nhiệt sẽ tăng lên so với

hệ thống bình thường (không sử dụng ống nhiệt) Điều này được thể hiện rất rỏ trên hình dưới đây Dàn

lạnh

Điểm đọng sương của hệ thống bình thường

Không khí vào (Độ chứa hơi cao) Điểm đọng sương của hệ

Từ sơ đồ trên dễ nhận thấy rằng, đối với hai dàn lạnh có cùng công suất, với việc sử dụng ống nhiệt trọng trường vào hệ thống, khả năng hấp thụ tải nhiệt ẩn trong không gian điều hoà sẽ tăng lên so với hệ thống bình thường Hay nói cách khác, để có thể tách được một lượng ẩm như nhau thì hệ thống sử dụng ống nhiệt trọng trường sẽ có công suất lạnh nhỏ hơn so với hệ thống bình thường Như vậy, với việc sử dụng ống nhiệt trọng trường, ta có thể tiết kiệm được năng lượng (công suất lạnh hệ thống nhỏ hơn) mà vẫn đảm bảo đầy đủ các tiêu chuẩn như ở hệ thống bình thường khi hoạt động trong không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao

3.3.3 Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào AHU 3.3.3.1 Hiệu quả kỹ thuật

Việc sử dụng hệ thống ĐHKK có lắp đặt ống nhiệt trọng trường và hệ thống bình thường (không lắp đặt ống nhiệt trọng trường, không gia nhiệt không khí trước khi thổi vào không gian cần điều hoà) tuỳ trường hợp, sẽ có những khác biệt sau:

* Trường hợp 1: Nếu hai hệ thống có cùng công suất lạnh, cùng lưu lượng

gió tuần hoàn là G (kg/s) thì:

- Khả năng tách ẩm của hệ thống có dùng ống nhiệt trọng trường sẽ cao hơn

- Khả năng hấp thu ẩm thừa trong không gian của hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường cao hơn

- Khả năng hấp thu nhiệt thừa ở hai hệ thống là bằng nhau

* Trường hợp 2: Nếu hai hệ thống khác công suất lạnh nhưng cùng lưu

lượng gió tuần hoàn là G (kg/s), hệ thống cùng khả năng tách ẩm thì:

- Khả năng hấp thu nhiệt thừa trong không gian điều hoà của hệ thống không dùng ống nhiệt sẽ cao hơn

- Khả năng hấp thu ẩm thừa trong không gian điều hoà của hệ thống không dùng ống nhiệt sẽ thấp hơn

Căn cứ vào đồ thị t – d biểu diễn quá trình biến đổi của không khí trong cả hai hệ thống cho từng trường hợp (Chọn sơ đồ thẳng cho quá trình đánh giá), ta sẽ thấy rõ điều này

* Xét trường hợp 1:

- N : Trạng thái không khí tươi

- N’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt

- V : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của hệ thống bình thường

- V’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của hệ thống có dùng ống nhiệt

- V”: Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt

- T : Trạng thái không khí trong không gian điều hòa

Trường hợp 2: Hai hệ thống khác công suất lạnh, cùng lưu

lượng gió tuần hoàn, cùng khả năng tách ẩm

- Đường N – N’ biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không khí khi qua phần sôi của ống nhiệt

- Đường N’ – V’ biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua AHU của hệ thống có sử dụng ống nhiệt

- Đường V’ – V” biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không khí khi qua phần ngưng của ống nhiệt

- Đường N – V biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua AHU của hệ thống không dùng ống nhiệt

- Đường V” – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống có dùng ống nhiệt)

- Đường V – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống không dùng ống nhiệt)

Đường nối các điểm N – N’ – V’ – V” – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua hệ thống có sử dụng ống nhiệt

Đường nối các điểm N – V – T biểu diễn sự biến đổi không khí khi qua hệ

thống không dùng ống nhiệt

Dựa vào đồ thị ta có thể tính toán được các đại lượng sau:

Công suất lạnh của hai hệ thống bằng nhau nên ta có:

IN – IV = IN’ – IV’ (1) Mặt khác, theo tính chất của ống nhiệt, ta có:

IN – IN’ = IV” – IV’ (2)

Từ (1) và (2), ta có: IV = IV”

Nhiệt thừa hai hệ thống hấp thu được trong không gian điều hoà là:

QT1 = QT2 = G (IT – IV) = G (IT – IV”) , kW Lượng ẩm tách ra từ AHU của hệ thống có dùng ống nhiệt là :

W11 = G (dN’ – dV’) , kg/s Lượng ẩm tách ra từ AHU của hệ thống không dùng ống nhiệt là:

W12 = G (dN – dV) , kg/s Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: W11 > W12

Lượng ẩm thừa do hệ thống có dùng ống nhiệt hấp thu là:

W21 = G (dT – dV”) , kg/s Lượng ẩm thừa do hệ thống không dùng ống nhiệt hấp thu là:

W22 = G (dT – dV) , kg/s Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: W21 > W22

* Xét trường hợp 2 :

- N: Trạng thái không khí tươi

- N’: Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt

- V : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của cả hai hệ thống

- V’: Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt

- T : Trạng thái không khí trong không gian điều hòa

- Đường N – N’ biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không khí khi qua phần sôi của ống nhiệt

- Đường N’ – V biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua AHU của hệ thống có sử dụng ống nhiệt

- Đường N – V biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua AHU của hệ thống không dùng ống nhiệt

- Đường V – V’ biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không khí khi qua phần ngưng của ống nhiệt

- Đường V’ – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống có dùng ống nhiệt)

- Đường V – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống không dùng ống nhiệt)

Đường nối các điểm N – N’ – V – V’ – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua hệ thống có sử dụng ống nhiệt

Đường nối các điểm N – V – T biểu diễn quá trình biến đổi không khí khi qua hệ thống không dùng ống nhiệt

Dựa vào đồ thị t – d, ta có thể tính toán được các đại lượng sau:

Công suất lạnh của hệ thống có dùng ống nhiệt:

Q01 = G (IN’ – IV) , kW Công suất lạnh của hệ thống không dùng ống nhiệt:

Q02 = G (IN – IV) , kW Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: Q01 < Q02

Lượng nhiệt thừa trong không gian điều hoà mà hệ thống không dùng ống nhiệt hấp thu được là:

QT1 = G (IT – IV) , kW Lượng nhiệt thừa trong không gian điều hoà mà hệ thống dùng ống nhiệt có thể hấp thu được là:

QT2 = G (IT – IV’) , kW Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: QT1 > QT2

Lượng ẩm thừa do hệ thống có dùng ống nhiệt hấp thu là:

W21 = G (dT – dV’) , kg/s Lượng ẩm thừa do hệ thống không dùng ống nhiệt hấp thu là:

W22 = G (dT – dV) , kg/s Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: W11 = W12

Lượng ẩm tách ra từ AHU của cả hai hệ thống là:

W11 = W12 = G (dN’ – dV) = G (dN – dV) , kg/s Như vậy, tuỳ thuộc vào tương quan giữa lượng nhiệt thừa và ẩm thừa trong

không gian điều hoà, căn cứ vào đặc điểm hoạt động của từng hệ thống và yêu cầu công nghệ của hệ thống ĐHKK, ta có thêm một phương án kỹ thuật khác nhằm thiết

kế hệ thống, đó là sử dụng ống nhiệt vào hệ thống

Mặt khác, do đặc tính của hệ thống có sử dụng ống nhiệt là có thể thay đổi được thông số độ ẩm của không khí thổi vào không gian điều hoà, nên đối với hệ thống này, ta có thể điều chỉnh được cả nhiệt độ và độ ẩm trong phòng, Trong khi

đó đối với hệ thống thông thường, nếu như không dùng thêm thiết bị gia nhiệt thì chỉ có thể điều chỉnh được duy nhất một thông số nhiệt độ Như vậy, với những không gian điều hoà yêu cầu điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm thì giải pháp sử dụng ống nhiệt là rất khả quan, ngoài biện pháp kỹ thuật thường dùng là sử dụng thêm thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

3.3.3.2 Hiệu quả kinh tế

* Khả năng tiết kiệm năng lượng khi dùng hệ thống có sử dụng ống nhiệt Xét hệ thống có sử dụng ống nhiệt và hệ thống dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở (có lưu lượng gió tuần hoàn như nhau là G, kg/s) nhằm điều hoà không khí cho không gian điều hoà có yêu cầu chính xác về nhiệt độ và độ ẩm Do đặc tính hoạt động của hệ thống là phải điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm nên yêu cầu hệ số RSHF phải không đổi nếu tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn trong không gian điều hoà không đổi hoặc hệ số RSHF luôn biến đổi nếu tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn trong không gian điều hoà luôn biến đổi Chính do điều này nên việc sử dụng thiết bị gia nhiệt để gia nhiệt không khí trước khi thổi vào không gian điều hoà là giải pháp kỹ thuật bắt buộc đối với những không gian điều hoà này Đồ thị t – d biểu diễn quá trình biến đổi của không khí trong cả hai hệ thống như sau:

- N : Trạng thái không khí tuần hoàn trong hệ thống

- N’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt

- V : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của cả hai hệ thống (sử dụng ống nhiệt và sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở)

- V’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt bằng điện trở và sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt

- T : Trạng thái không khí trong không gian điều hoà

Dựa vào đồ thị t – d ta có thể tính toán được các đại lượng sau:

* Xét hệ thống dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

- Công suất lạnh của hệ thống:

).(

N

d

t

Hình 3.9: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái

của không khí trong hệ thống sử dụng ống nhiệt và trong hệ

thống sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

* Xét hệ khi có sử dụng ống nhiệt trọng trường

- Công suất lạnh của hệ thống

)

02 01

0 Q Q G I N I V I N I V G I N I N

Q = − = + − − = −

%100

%100.).(

N N V

N

N N

I I I

I G

I I G Q

Q

+

−

=+

−

=

Δ

* Điện năng tiết kiệm được của hệ thống sử dụng ống nhiệt trọng trường

so với hệ thống dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Gọi ε : Là hệ số làm lạnh của hệ thống (xem hai hệ thống có hệ số làm lạnh như nhau):

Nq: Là công suất quạt hệ thống , kW Δp: Là tổn thất áp suất khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ

Để đảm bảo lưu lượng và cột áp trước và sau khi lắp đặt ống nhiệt là như nhau, công suất quạt tăng lên một lượng là:

p Q

N q = Δ

γ : Trọng lượng riêng của không khí tuần hoàn trong hệ thống, kN/m3 Q: Lưu lượng không khí tuần hoàn trong hệ thống , m3/s Lượng điện năng mà máy nén tiết kiệm được là:

N =Δ = −

Tổng lượng điện năng mà hệ thống tiết kiệm được

q dt

%100.)(

)(

)(

)(

%100

%

'

' '

01

V V q

V N

V V N

N

dt

p Q I

I G I

I G

N N Q

N N

−+

⇒

ε

γε

ε Như vậy, lượng điện năng có thể tiết kiệm được còn tuỳ thuộc vào từng hệ thống cụ thể (tuỳ thuộc vào hệ số làm lạnh và yêu cầu về nhiệt ẩm của hệ thống)

Để có thể thấy nhận thấy rõ ràng hơn thông qua các số liệu thực tế, ta xét một không gian điều hoà cụ thể với các thông số sau:

“ Một không gian điều hoà có các điều kiện thiết kế là: trạng thái không khí trong phòng có nhiệt độ và độ ẩm là tT = 24oC, ϕT = 50%, tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn trong không gian điều hoà lần lượt là RSH = 35kW, RLH = 19kW, trạng thái không khí tươi có nhiệt độ và độ ẩm là: tN = 27oC, ϕN = 70% Độ chênh nhiệt độ tối đa giữa không khí trong phòng và không khí cấp vào là 10oC Xác định các thông số còn lại của hệ thống.”

Từ những thông số của điều kiện thiết kế trên, ta có thể xây dựng quá trình biến đổi của không khí trong cả hai hệ thống (hệ thống dùng điện trở và hệ thống dùng ống nhiệt) trên đồ thị t – d như sau:

Từ những thông số trên, ta có hệ số RSHF được xác định như sau:

648,01935

35 =+

=+

=

RLH RSH

RSH RSHF

N: trạng thái không khí tươi

T: trạng thái không khí trong phòng

V: trạng thái không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh của AHU

V’: trạng thái không khí sau khi qua thiết bị gia nhiệt bằng điện trở hoặc sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt

N’: trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt

Giá trị các thông số tại các trạng thái như sau:

t,oC

d

T N

27

24 14

27

24 14

Bảng 3.2: Giá trị các thông số trạng thái

- Lưu lượng gió tuần hoàn qua hệ thống:

s kg d

d

RLH I

I

RLH RSH

G

V T V

T

)(

77,

* Xét hệ thống dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

- Công suất lạnh của hệ thống:

).(

01 G I N I V

Q = − = 3,3 (68 – 27,5) = 133,65 , kW

- Công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

Ndt = G (IV’ – IV) = 3,3 (32 – 27,5) = 14,85 , kW

* Xét hệ khi có sử dụng ống nhiệt trọng trường

- Công suất lạnh của hệ thống

= 3,3 (32 – 27,5 ) = 3,3 (68 – 63,5) = 14,85 , kW Với không gian điều hòa trên, nếu như RSHF thay đổi (tăng hoặc giảm) so với RSHF đã cho nhưng tải nhiệt ẩn trong không gian điều hòa vẫn không đổi (tải nhiệt hiện thay đổi) Bằng quá trình tính toán như trên, ta có tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường như sau:

Bảng 3.3: Tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng

điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường

RSHF 0,52 0,56 0,60 0,64 0,68 0,72

Ndt

(Qôn) 29,70 24,75 21,45 14,85 8,25 1,65

Từ bảng 3.3, ta có thể xây dựng đồ thị như dưới đây

Tương quan giữa RSHF và Ntd (Qôn)

0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 1.65kW

8.25kW 14.85kW

21.45kW 24.5kW

29.7kW

0 5 10 15 20 25 30 35

RSHF Ndt (Qôn)

Hình 3.10: Tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường

Như vậy, RSHF và cơng suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng điện trở, cơng suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường quan hệ với nhau theo tỉ lệ nghịch Với những khơng gian điều hịa cĩ RSHF càng nhỏ thì cơng suất nhiệt của thiết bị gia nhiệt càng lớn, nghĩa là khả năng tiết kiệm năng lượng khi thay thế hệ thống sử dụng thiết

bị gia nhiệt bằng điện trở bởi hệ thống sử dụng ống nhiệt trọng trường sẽ cao hơn

Tĩm lại, với giải pháp sử dụng ống nhiệt trọng trường, ta cĩ những khả năng tiết kiệm năng lượng sau:

- Giảm bớt được năng suất lạnh của dàn lạnh do khơng khí được làm mát sơ cấp khi qua phần sơi của ống nhiệt trước khi vào dàn lạnh của AHU

- Khơng phải tiêu tốn điện năng cho thiết bị gia nhiệt

3.4 Tính tốn ống nhiệt trọng trường cho hệ thống

3.4.1 Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt trọng trường

Ống nhiệt trọng trường là một ống cĩ khơng gian khép kín, bên trong chứa chất lỏng thực hiện hai quá trình chuyển pha là sơi và ngưng (hình 3.11) Vách ống thường bằng kim loại, thơng thường ống cĩ dạng hình trụ, ngồi ra ống cĩ dạng khác như hình hộp …

Hình 3.11: Ống nhiệt trọng trường

nóng

Hơi P2

P1

Phần ngưng

Không khí lạnh

Phần đoạn nhiệt

Phần sôi Chất lỏng Khói

Lỏng ngưng

Vách ngăn

Q

Q

Ống nhiệt trọng trường được chia làm ba phần:

- Phần bốc hơi (còn gọi là phần sôi): tại phần này ống nhận nhiệt

- Phần đoạn nhiệt: trong phần này ống không trao đổi nhiệt với bên ngoài, phần đoạn nhiệt có thể có hoặc không

- Phần ngưng: tại phần này ống nhả nhiệt

Ống nhiệt trọng trường làm việc theo nguyên lý sau: Trong phần bốc hơi, chất lỏng nhận nhiệt của nguồn nóng, sẽ sôi và biến thành hơi, hơi chuyển động qua phần đoạn nhiệt tới phần ngưng Tại đây, hơi nhả nhiệt qua vách ống cho nguồn lạnh ở ngoài ống và ngưng tụ lại thành lỏng, lỏng ngưng tụ sẽ chảy về phần bốc hơi nhờ lực trọng trường

Ta có thể biểu diễn quá trình làm việc của ống nhiệt trên đồ thị T-S như hình dưới:

AB - quá trình hóa hơi xảy ra trong phần bốc hơi

BC - quá trình chuyển động của hơi từ phần bốc hơi tới phần ngưng tụ, do

ma sát nên áp suất của hơi giảm từ p1 (phần sôi) đến p2 (phần ngưng)

CD - quá trình ngưng tụ của hơi trong phần ngưng

DA - quá trình chuyển động của chất lỏng ngưng tụ ở phần ngưng tới phần bốc hơi và được đốt nóng đến nhiệt độ của phần bốc hơi (nhiệt độ sôi)

P1

P2

Hình 3.12 Quá trình làm việc của ống nhiệt

Vận tốc chuyển động của môi chất trong ống nhiệt xấp xỉ vận tốc âm thanh,

và nó chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ ngưng tụ tại phần ngưng tụ của ống nhiệt

3.4.2 Tính toán ống nhiệt trọng trường

a) Chọn môi chất nạp

Môi chất nạp vào ống nhiệt được chọn tuỳ theo nhiệt độ cần phải tạo ra, gọi

là nhiệt độ làm việc của ống nhiệt Nhiệt độ làm việc của ống nhiệt được hiểu là nhiệt độ trung bình th của hơi trong ống và có thể coi là nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ bề mặt trong phần sôi tis và nhiệt độ bề mặt trong phần ngưng tin như sau:

th = 0,5 (tis + tin) Khi có thể bỏ qua nhiệt trở dẫn nhiệt của vách ống (vách ống mỏng và bằng kim loại), ta coi nhiệt độ mặt trong ống phần sôi tis bằng nhiệt độ mặt ngoài phần sôi

tns = tis và nhiệt độ mặt trong phần ngưng tnn = tin và do vậy:

th ≈ 0,5 (tns + tnn) Bằng thực nghiệm, môi chất tốt nhất chọn nạp vào ống nhiệt phụ thuộc vào khoảng nhiệt độ như sau:

c) Tính cơng suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường loại trơn đặt thẳng đứng

Cơng suất nhiệt tồn bộ của ống nhiệt được xác định theo độ chênh nhiệt độ tồn bộ Δt và tổng nhiệt trở R, từ hình 3.13 ta cĩ:

w vn n h s vs z

w z

R R R R R R R

t t R

t Q

+ + + + + +

tz: Nhiệt độ trung bình của nguồn nĩng khi qua phần sơi của ống

tw: Nhiệt độ trung bình của mơi chất lấy nhiệt khi qua phần ngưng của ống

Rz: Nhiệt trở của nguồn đốt nĩng với vách ngồi ống phần sơi

Rw: Nhiệt trở của mơi chất lấy nhiệt và cách ngồi ống phần ngưng

Rvs: Nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần sơi

Rvn: Nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần ngưng

Rs: Nhiệt trở chất lỏng sơi trong ống phần sơi

Rn: Nhiệt trở hơi ngưng tụ trong ống phần ngưng

Hình 3.13: Các thành phần nhiệt trở của ống nhiệt trọng trường

Vách ống Lỏng ngưng

Q

Q

Phần đoạn nhiệt Phần ngưng

Phần sôi Hơi

w t nn t in t

z

t t ns

is t

Rh: Nhiệt trở hơi chuyển động từ phần sôi tới phần ngưng

Nhiệt trở của từng bộ phận của ống được xác định bằng các biểu thức sau:

es z z

ln

s i e vs

L d

d

R = , K/W

λ

π 2

ln

n i e vn

L d

d

R = , K/W (3)

is s s

hn hs h h

Q r

p p T R

)(

Fes: Diện tích mặt ngoài ống phần sôi, m2

Fen: Diện tích mặt ngoài ống phần ngưng, m2

de, di: Đường kính ngoài và đường kính trong của ống, m

Ls, Ln: Chiều dài phần sôi và phần ngưng của ống, m

λ: Hệ số dẫn nhiệt của vách ống, W/mK

αs, αn: Hệ số toả nhiệt phần sôi và phần ngưng của chất lỏng trong ống, W/m2K

Fis, Fin: Diện tích bề mặt trong phần sôi và trong phần ngưng của ống, m2

Th: Nhiệt độ của hơi trong ống, K

phs, phn: Áp suất của hơi trong phần sôi và trong phần ngưng của ống, N/m2

ρh: Khối lượng riêng của hơi, kg/m3

r: Nhiệt ẩn hoá hơi của chất lỏng, J/kg

Qi :Công suất nhiệt bên trong của ống nhiệt, W

Khi ống nhiệt không quá dài thì nhiệt trở hơi có giá trị nhỏ so với các thành phần khác và ta có thể bỏ qua, Rh = 0

Gọi: RE: Tổng nhiệt trở bên ngoài

Ri : Tổng nhiệt trở bên trong

R

t t R

tis: Nhiệt độ trung bình bề mặt trong ống phần sôi

tin: Nhiệt độ trung bình bề mặt trong ống phần ngưng

).(

4

3

4

in h n n

t t L

r g

−

=

μ

ρλ

Hệ số toả nhiệt khi sôi được tính dựa vào αn như sau;

i

in n is s

i i

F F

t

F F

t Q

1

1

1

1

αα

ϕα

Δ

=+

Δ

i is in

in is n

F F

F F

ϕ

αϕ

Với: Fis = π di Ls

Fin = π di Ln

i n

s

n s i n

L L

L L d

ϕπ

Mặt khác ta có:

)(

)(

L d

Q t

4

3

4

Q

L d r

g i n n

απ

ρλ

Từ đó ta tìm được:

3

2 3

3

3

4

Q

L d r

g i n

πρλ

Thế (15) vào (13) và lấy g = 9,81 m/s2, ta có:

75 , 0

24 ,

75 , 0)/

.(

ϕ

n s

n s i

L L

L L d A

+

ξ=λ0 , 75.ρ0 , 5.r0 , 25.μ− 0 , 25 (18) Trong đó:

λ: Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng, W/mK

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3

r: Nhiệt ẩn hoá hơi của chất lỏng, J/kg

Δ

=

)(24

,5

)(24

,5

)(

25 , 0

75 , 0

c A

t R

b t

A Q

a R

R

t Q

i i

i

i E

ξ

Để giải hệ phương trình (19) ta tiến hành các bước sau:

- Chọn giá trị Δti tuỳ ý, rồi từ (a) tính Ri (gọi là R’)

- Từ giá trị chọn Δti, từ (b) tính Q, rồi từ (a) tính Ri (gọi là R”)