Huỳnh minh trí 2012278 me3151 tính toán và thiết kế bình ngưng tụ cho hệ thống water chiller có năng suất lạnh 700kw

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.39 MB, 58 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

---o0o---ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH

GVHD: ThS. Hồng Thị Nam HươngSVTH: Huỳnh Minh Trí

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

--- Số: …………/BKĐT

---NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNHKHOA: CƠ KHÍ

BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:

Người duyệt:...Ngày bảo vệ:...Điểm tổng kết:...

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Khoa: CƠ KHÍ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

---o0o---

---o0o---Tp. HCM, Ngày....Tháng...Năm 2023PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ(Dành cho giáo viên hướng dẫn)1. Họ và tên: HUỲNH MINH TRÍ MSSV: 2012278Ngành: KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH Lớp: CK20NH12. Đề tài: Tính tốn thiết kế bình ngưng của hệ thống Water Chiller, năng suấtlạnh Q0=700 (kW ).3. Giáo viên hướng dẫn: ThS. Hoàng Thị Nam Hương4. Tổng quát về bản thuyết minh:Số trang: Số chương: Số tài liệu tham khảo: Số bản vẽ: 5. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:...

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Đồ án thiết kế - hướng thiết bị lạnh là một trong 3 đồ án quan trọng mà sinhviên phải vượt qua để tiến gần hơn với chiếc bằng cử nhân kĩ thuật. Đồ án này là minhchứng, là đúc kết của kết quả học tập và rèn luyện không ngừng suốt gần 3 năm họccủa sinh viên chuyên ngành kĩ thuật lạnh, là nền tảng vững chắc cho những đồ án củacác kì sau. Ngồi sự nỗ lực khơng ngừng của mỗi cá nhân sinh viên cịn có sự hỗ trợ tolớn của các anh chị đã tốt nghiệp khóa trước và đặc biệt là giảng viên hướng dẫn đồ áncủa sinh viên đó.

Những dòng đầu tiên trước khi bắt đầu đồ án, em xin gửi lời tri ân sâu sắc đếncơ Hồng Thị Nam Hương, người đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuậnlợi nhất để em có cơ hội thể hiện kiến thức mình đã tích lũy được thơng qua đồ án này.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Bộmôn Công nghệ Nhiệt Lạnh đã tận tâm dạy bảo, truyền đạt những kiến thức cho emtrong suốt thời gian qua. Mặc dù đã rất cố gắng ,đầu tư rất nhiều thời gian và công sứccho đồ án này nhưng với vốn kiến thức có hạn cũng như chưa có kinh nghiệm thực tếnên khơng thể khơng xảy ra những thiếu xót trong lần đầu thực hiện một đồ án. Vì vậyem mong thầy cố có thể góp ý, chỉ ra những sai sót để em có thể sửa chữa, là kinhnghiệm quí báu để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn nữa, là hành trang qbáu để em có thể bước chân vào đời vững vàng

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn !

Huỳnh Minh Trí

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Danh sách hìnhảnh...vi

Danh sách bảngbiểu...viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT...1

1.1 Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt...1

1.2 Vai trò và chức năng của bình ngưng tụ...1

1.3 Phân loại bình ngưng tụ...2

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.5 Sơ lược hệ thống điều hòa trung tâm dùng Water Chiller...13

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ THIẾT KẾ...14

2.1 Số liệu ngoài trời...14

2.2 Các số liệu ban đầu ban đầu...14

2.3 Lựa chọn các thơng số tính tốn...15

2.3.1 Ngun lý chu trình của nước và mơi chất...15

2.3.2 Lựa chọn nhiệt độ ngưng tụ...16

2.4.3 Lựa chọn nhiệt độ bay hơi...17

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT KẾ BÌNH NGƯNG. .193.1 Xác định thông số các điểm trạng thái môi chất lạnh R134a trong chu trình....19

3.2. Tính tốn trên ống cánh...20

3.2.1 Lựa chọn thơng số ống cánh...20

3.2.2 Tính tốn diện tích trao đổi nhiệt...21

3.3 Tính tốn mật độ dịng nhiệt về phía nước...22

3.4 Tính tốn mật độ dịng nhiệt về phía tác nhân lạnh...25

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

CHƯƠNG 6: SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TỐN BẰNG PHẦN MỀM HTRI VÀ

6.1 Giới thiệu phần mềm HTRI Xchanger Suite®...37

6.2 Sử dụng phần mềm HTRI để thiết kế bình ngưng...37

6.3 Sử dụng catalogue EWWD-VZXS...48

6.4 So sánh kết quả tính tốn...49

TÀI LIỆU KHAM KHẢO...50

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình 1.1 Bình ngưng NH ống nước có thân nằm ngang...3

Hình 1.2 Cấu tạo ngồi bình ngưng freon...3

Hình 1.3 Cấu tạo trong bình ngưng freon...4

Hình 1.4 Bình ngưng ống nước đứng thẳng...6

Hình 1.5 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống...7

Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản...8

Hình 1.7 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi...10

Hình 1.8 Bình ngưng xối tưới...12

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống điều hịa khơng khí water chiller...13

Hình 2.1 Chu trình của nước và mơi chất trong hệ thống điều hịa khơng khí dùngwater chiller...15

Hình 3.1 Đồ thị T-S và logP – h của chu trình nhiệt...19

Hình 3.2 Tính tốn trên phần mềm EES...19

Hình 3.3 Hình dạng ống cánh...21

Hình 3.4 Thơng số trạng thái của nước trên EES...22

Hình 3.5 Kết quả thơng số R134a...25

Hình 5.1 Bố trí ống nước và vách ngăn pass nước...34

Hình 5.2 Tra EES khối lượng riêng mơi chất tại cửa vào bình ngưng...35

Hình 6.1 Giao diện khởi động HTRI Xchanger...37

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Hình 6.5 Lựa chọn lưu chất lạnh...40

Hình 6.6 Chọn kiểu bình ngưng...41

Hình 6.7 Ảnh minh họa ứng với từng ký hiệu trong TEMA type...41

Hình 6.8 Điền các thơng số ở mục Tube...42

Hình 6.9 Điền thơng số của ống và cánh...43

Hình 6.10 Hai hướng bố trí tấm chắn dịng...43

Hình 6.11 Nhập thơng số cho tấm chắn dịng...44

Hình 6.12 Nhập thơng số ngõ vào và ra của mơi chất lạnh và nước...44

Hình 6.13 Chọn vị trí cho các ngõ vào và ra...45

Hình 6.14 Chọn cách bố trí ống...45

Hình 6.15 Kết quả từ Output Summary...46

Hình 6.16 Kết quả từ Final Result...47

Hình 6.17 Catalogue EWWD-VZXS...48

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Bảng 2.1 Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng và năm (C)...14

Bảng 2.2 Độ ẩm tương đối của khơng khí trung bình tháng và năm (%)...14

Bảng 2.3 Bảng thơng tin các thông số ban đầu...18

Bảng 3.1 Thông số các điểm trạng thái mơi chất lạnh trong chu trình...20

Bảng 3.2 Thơng số ống cánh...21

Bảng 3.3 Thông số trạng thái của nước ở 34,5°C...23

Bảng 3.4 Thông số trạng thái của R134a tại 39℃...25

Bảng 5.1 Bảng các thơng số kích thước của bình ngưng...36

Bảng 6.1 So sánh kết quả tính tốn...49

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRAOĐỔI NHIỆT

1.1 Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị thực hiện chức năng đem nhiệt lượng của chấtlỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh.

Các thiết bị trao đổi nhiệt giữ vai trò quyết định đối với các chỉ tiêu về tiêu haonăng lượng cũng như về kim loại của máy lạnh. Ví dụ như chỉ riêng nhóm bình ngưngvà bình bốc hơi cũng đã chiếm đến 50 – 70% trọng lượng của thiết bị lạnh. Sự làmviệc của các thiết bị trao đổi nhiệt cũng có ảnh hưởn rất lớn đến vấn đề tiêu hao nănglượng. Ngày nay, việc tiết kiệm năng lượng được xem là một quyết sách thì việc ứngdụng các thiết bị trao đổi nhiệt ngày càng tăng, hầu như tất cả các ngành đều có sửdụng. Cho nên trong quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cần đảm bảocác yêu cầu như: truyền nhiệt tốt, trở lực thủy lực nhỏ, dễ chế tạo, dễ dàng lắp đặt vàsửa chữa,..

Nếu nhìn về phương diện cấu tạo thì thiết bị trao đổi nhiệt rất đa dạng và cónhiều tên gọi khác nhau, tuy nhiên đứng trên quan điểm ngun lý hoạt động thì có badạng chính. Trên quan điểm truyền nhiệt, người ta phân thiết bị trao đổi nhiệt theonguyên lý hoạt động, tuy có khác nhau về cấu trúc nhưng có cùng phương pháp tínhtốn cơ bản giống nhau.

1.2 Vai trị và chức năng của bình ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ hay bình ngưng tụ có nhiệm vụ truyền nhiệt lượng của tácnhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt. Hơi đi qua bình ngưng thường là hơiq nhiệt, cho nên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa, rồi đến quá trìnhngưng tụ, sau cùng là bị quá độ trước khi ra khỏi bình ngưng. Quá trình làm việc củabình ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ và do đó ảnhhưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống lạnh. Khi thiết bị ngưngtụ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướngkhông tốt, cụ thể là:

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng.- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.

- Cơng nén tăng, mơ tơ có thể q tải.

- Độ an tồn giảm do áp suất phía cao áp tăng.- Nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tới dầu bôi trơn.

1.3 Phân loại bình ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ có nhiều loại và nguyên lý làm việc khác nhau. Người ta phânloại thiết bị ngưng tụ căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau:

Theo mơi trường làm mát:

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. Để làm mát bằng nước cấu tạo của thiếtbị thường có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng trong các bể.

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và khơng khí. Một số thiết bị ngưng tụtrong đó kết hợp cả nước và khơng khí để giải nhiệt, trong thiết bị kiểu đó vai trị củanước và khơng khí có khác nhau: nước sử dụng để giải nhiệt cho mơi chất lạnh vàkhơng khí giải nhiệt cho nước. Ví dụ như dàn ngưng tụ bay hơi, dàn ngưng kiểu tướivv…

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng khơng khí. Khơng khí đối lưu cưỡng bức hoặctự nhiên qua thiết bị và trao đổi nhiệt với môi chất.

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng chất khác. Có thể thấy thiết bị kiểu này trongcác hệ thống máy lạnh ghép tầng, ở đó dàn ngưng chu trình dưới được làm lạnh bằngmơi chất lạnh bay hơi của chu trình trên.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

- Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống- Bình ngưng loại tấm

- Bình ngưng bốc hơi- Dàn ngưng kiểu xối tưới

1.4.1 Bình ngưng ống nước có thân nằm ngang

Đây là loại bình ngưng được áp dụng rộng rãi đối với máy nén NH3 và freon.Đối với bình ngưng NH3 các ống trao đổi nhiệt là các ống thép áp lực cịn đối vớifreon thường sử dụng ống đồng có cánh về phía mơi chất lạnh.

1.4.1.1 Cấu tạo

Hình 1.1 Bình ngưng NH3 ống nước có thân nằm ngang

1- Nắp bình; 2- Ống xả khí khơng ngưng; 3- Ống Cân bằng; 4- Ống trao đổi nhiệt; Ống gas vào; 6- Ống lắp van an toàn; 7- Ống lắp áp kế; 8- Ống xả khí của nước; 9-Ống nước ra; 10- Ống nước vào; 11- Ống xả cặn; 12- Ống lỏng về bình chứa

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

5-1- Nắp bình, 2,6- Mặt sàng; 3- ống TĐN; 4- Lỏng ra; 5- Không gian giứa các ống

Hình 1.3 Cấu tạo trong bình ngưng freon

a): Kiểu mặt bích: 1- Vỏ; 2- Mặt sàng; 3- Nắp; 4- Bầu gom lỏng; 5-Van lấy lỏng; Nút an toàn. b) Kiểu hàn: 1- ống trao đổi nhiệt có cánh; 2- Cánh tản nhiệt; 3- Vỏ; 4-Vỏ hàn vào ống xoắn; 5- Lỏng frêôn ra; 6- Hơi freon vào

6-1.4.1.2 Nguyên lí làm việc

Máy nén sẽ đưa gas vào bình từ 2 nhánh ở 2 đầu của bình và bao phủ khơnggian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình. Bên trong bình, gas sẽ trao đổi nhiệt vớinước lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt để ngưng tụ thành dạng lỏng.Lỏng ngưng tụ này sẽ ngay lập tức chảy về bình chứa đặt bên dưới bình ngưng. Trongmột số trường hợp, khơng có bình chứa cao áp mà sử dụng một phần của bình ngưngđể làm bình chứa. Trong trường hợp này, để lỏng ngưng tụ chảy thuận lợi, cần có ốngcân bằng để nối phần hơi của bình ngưng với bình chứa cao áp.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

1.4.1.3 Ưu điểm

Hiệu quả giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt khá lớn 3000 – 6000 W/m2, độchênh nhiệt độ trung bình 5 – 6oK. Dễ dàng thay đổi tốc độ nước trong bình để có tốcđộ thích hợp nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, bằng cách tăng số pass tuần hoànnước.

Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường.Cấu tạo chắc chắn, gọn và rất tiện lợi trong việc lắp đặt trong nhà, có suất tiêuhao kim loại nhỏ, khoảng 40 - 45 kg/m2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng đẹpphù hợp với yêu cầu thẩm mỹ công nghiệp.

Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh, bảo dưỡng và vận hành.\

Có thể sử dụng một phần của bình để làm bình chứa, đặc biệt tiện lợi trong cáchệ thống lạnh nhỏ, ví dụ như hệ thống kho lạnh.

Ít hư hỏng và tuổi thọ cao: Đối với các loại dàn ngưng tụ kiểu khác, các ống sắtthường xun phải tiếp xúc mơi trường nước và khơng khí nên tốc độ ăn mòn ống traođổi nhiệt khá nhanh. Đối với bình ngưng, do thường xuyên chứa nước nên bề mặt traođổi nhiệt hầu như luôn luôn ngập trong nước mà khơng tiếp xúc với khơng khí. Vì vậytốc độ ăn mòn diễn ra chậm hơn nhiều.

1.4.1.4 Nhược điểm

Khi sử dụng bình ngưng, bắt buộc trang bị thêm hệ thống nước giải nhiệt gồm:Tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, hệ thống đường ống nước, thiết bị phụ đườngnước vv… nên tăng chi phí đầu tư và vận hành. Ngồi buồng máy, u cầu phải cókhơng gian thống bên ngồi để đặt tháp giải nhiệt. Q trình làm việc của tháp luônluôn kéo theo bay hơi nước đáng kể, nên chi phí nước giải nhiệt khá lớn, nước thườnglàm ẩm ướt khu lân cận.

Kích thước bình tuy gọn, nhưng khi lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảngkhông gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh và sửa chữa khi cần thiết.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

1.4.2 Bình ngưng ống nước đứng thẳng1.4.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo tương tự bình ngưng ống chùm nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụthường được chế tạo từ thép CT3, bên trong là các ống trao đổi nhiệt thép áp lực C20,kích cỡ 57x3,5, bố trí đều, được hàn hoặc núc vào các mặt sàng. Nước được bơmbơm lên máng phân phối nước ở trên cùng và chảy vào bên trong các ống trao đổinhiệt. Để nước chảy theo thành ống trao đổi nhiệt, ở phía trên các ống trao đổi nhiệt cóđặt các ống hình cơn. Phía dưới bình có máng hứng nước. Nước sau khi giải nhiệtxong thường được xả bỏ. Hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên. Lỏngngưng tụ chảy xuống phần dưới của bình giữa các ống trao đổi nhiệt và chảy ra bìnhchứa cao áp. Bình ngưng có trang bị van an toàn, đồng hồ áp suất, van xả khí, kínhquan sát mức lỏng.

Hình 1.4 Bình ngưng ống nước đứng thẳng

1- Ống cân bằng, 2- Xả khí khơng ngưng, 3- Bộ phân phối nước, 4- Van an toàn; Ống TĐN, 6- áp kế, 7- Ống thuỷ, 8- Bể nước, 9- Bình chứa cao áp

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Do kết cấu thẳng đứng nên lỏng môi chất và dầu chảy ra ngoài khá thuận lợi,việc thu hồi dầu cũng dễ dàng. Vì vậy bề mặt trao đổi nhiệt nhanh chóng được giảiphóng để cho mơi chất làm mát.

1.4.2.3 Nhược điểm

Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp.

Lượng nước tiêu thụ khá lớn nên chỉ thích hợp những nơi có nguồn nước dồidào và rẻ tiền.

Đối với hệ thống rất lớn sử dụng bình ngưng kiểu này khơng thích hợp, do kíchthước cồng kềnh, đường kính bình q lớn khơng đảm bảo an tồn.

1.4.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống1.4.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống cũng là dạng thiết bị ngưng tụ giải nhiệtbằng nước, chúng được sử dụng rất rộng rãi trong các máy lạnh nhỏ, đặc biệt trong cácmáy điều hồ khơng khí cơng suất trung bình.

Thiết bị gồm 02 ống lồng vào nhau và thường được cuộn lại cho gọn. Nướcchuyển động ở ống bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại ở phần không giangiữa các ống. Ống thường sử dụng là ống đồng (hệ thống freon) và có thể sử dụng ốngthép.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 1.5 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống

Do môi chất chỉ chuyển động vào ra một ống duy nhất nên lưu lượng nhỏ, thiếtbị ngưng tụ kiểu ống lồng ống chỉ thích hợp đối với hệ thống nhỏ và trung bình.

1.4.4 Bình ngưng loại tấm

1.4.4.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản là một hệ thống được tạo thành từ nhiều tấmkim loại được ép chặt với nhau thơng qua hai nắp kim loại có độ bền cao. Các tấm nàycó gợn sóng để làm rối dịng chuyển động của mơi chất lạnh và nước giải nhiệt, đồngthời tăng hệ số truyền nhiệt và độ bền của chúng. Cấu trúc gợn sóng này cịn giúpgiảm nhiệt trở dẫn nhiệt do các tấm bản có chiều dày mỏng, trong khi diện tích trao đổinhiệt rất lớn. Mỗi panel được tạo bởi việc hàn hai tấm kim loại với nhau. Khi lắp đặt,môi chất chuyển động bên trong, trong khi nước chuyển động ở khoảng hở giữa cácpanel.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản

1.4.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bình ngưng gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép áp lực C20. Toàn bộ cụmống được đặt trên khung thép U vững chắc, phía dưới là bể nước tuần hồn để giải

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

nhiệt, phía trên là dàn phun nước, bộ chắn nước và quạt hút gió. Để chống ăn mòn, cácống trao đổi nhiệt được nhúng kẽm nóng bề mặt bên ngồi.

Hơi mơi chất đi vào ống góp hơi ở phía trên vào dàn ống trao đổi nhiệt vàngưng tụ rồi chảy về bình chứa cao áp ở phía dưới. Thiết bị được làm mát nhờ hệthống nước phun từ các vòi phun được phân bố đều ở ngay phía trên cụm ống trao đổinhiệt. Nước sau khi trao đổi nhiệt với mơi chất lạnh, nóng lên và được giải nhiệt nhờkhơng khí chuyển động ngược lại từ dưới lên, do vậy nhiệt độ của nước hầu nhưkhơng đổi. Tồn bộ nhiệt Qk của mơi chất đã được khơng khí mang thải ra ngồi.Khơng khí chuyển động cưỡng bức nhờ các quạt đặt phía trên hoặc phía dưới. Đặt quạtphía dưới (quạt thổi), thì trong q trình làm việc không sợ quạt bị nước làm ướt, trongkhi đặt phía trên (quạt hút) dễ bị nước cuốn theo làm ướt và giảm tuổi thọ. Tuy nhiênđặt phía trên gọn và dễ chế tạo hơn nên thường được sử dụng. Trong quá trình trao đổinhiệt một lượng khá lớn nước bốc hơi và bị cuốn theo khơng khí, do vậy phải thườngxuyên cấp nước bổ sung cho bể. Phương pháp cấp nước là hoàn toàn tự động nhờ vanphao. Bộ chắn nước có tác dụng chắn các giọt nước bị cuốn theo khơng khí ra ngồi,nhờ vậy tiết kiệm nước và tránh làm ướt quạt. Bộ chắn nước được làm bằng tơn mỏngvà được gập theo đường dích dắc, khơng khí khi qua bộ chắn va đập vào các tấm chắnvà đồng thời rẽ dòng liên tục nên các hạt nước mất quá tính và rơi xuống lại phía dưới.Sau khi tuần hoàn khoảng 2/3 dàn ống trao đổi nhiệt, một phần lớn gas đã đượchoá lỏng, để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt cần tách lượng lỏng này trước, giảiphóng bề mặt trao đổi nhiệt phía sau cho lượng hơi chưa ngưng cịn lại. Vì vậy ở vị trínày người ta bố trí ống góp lỏng trung gian, để gom dịch lỏng cho chảy thẳng về ốnggóp lỏng phía dưới và trực tiếp ra bình chứa, phần hơi còn lại tiếp tục luân chuyển theo1/3 cụm ống cịn lại.

Tồn bộ phía ngồi dàn ống và cụm dàn phun đều có vỏ bao che bằng tơn trángkẽm.

Ống góp lỏng trung gian cũng được sử dụng làm nơi đặt ống cân bằng.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hình 1.7 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi

1- Ống trao đổi nhiệt; 2- Dàn phun nước; 3- Lồng quạt; 4- Mô tơ quạt; 5- Bộ chắnnước; 6-Ống gas vào; 7-Ống góp; 8-Ống cân bằng; 9-Đồng hồ áp suất; 10- Ống lỏngra; 11- Bơm nước; 12-Máng hứng nước; 13- Xả đáy bể nước; 14- Xả tràn

1.4.5.2 Ưu điểm

Do cấu tạo dạng dàn ống nên cơng suất của nó có thể thiết kế đạt rất lớn màkhơng bị hạn chế vì bất cứ lý do gì. Hiện nay nhiều xí nghiệp chế biến thuỷ sản nướcta sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi công suất đạt từ 600 - 1000 kW.

So với các thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ bay hơi ít tiêu tốn nướchơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hồn.

Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an toàn.Dễ dàng chế tạo, vận hành và sửa chữa.

1.4.5.3 Nhược điểm:

Do năng suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao vật liệu khá lớn.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và khơng khí, đó làmơi trường ăn mịn mạnh, nên chóng bị hỏng. Do đó bắt buộc phải nhúng kẽm nóng đểchống ăn mòn.

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng và thay đổi theo mùatrong năm.

Chỉ thích hợp lắp đặt ngồi trời, trong q trình làm việc, khu vực nền và khônggian xung quanh thường bị ẩm ướt, vì vậy cần lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn cáccơng trình.

1.4.6 Bình ngưng xối tưới tưới

1.4.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Bình ngưng xối tưới gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép nhúng kẽm nóngđể trần, khơng có vỏ bao che, có rất nhiều ống góp ở hai đầu. Phía trên dàn là mộtmáng phân phối nước hoặc dàn ống phun, phun nước xuống. Dàn ống thường được đặtngay phía trên một bể chứa nước. Nước được bơm bơm từ bể lên máng phân phốinước trên cùng. Máng phân phối nước được làm bằng thép và có đục rất nhiều lổ hoặccó dạng răng cưa. Nước sẽ chảy tự do theo các lỗ và xối lên dàn ống trao đổi nhiệt.Nước sau khi trao đổi nhiệt được khơng khí đối lưu tự nhiên giải nhiệt trực tiếp ngaytrên dàn.

Gas quá nhiệt đi vào dàn ống từ phía trên, ngưng tụ dần và chảy ra ống góplỏng phía dưới, sau đó được dẫn ra bình chứa cao áp. Ở trên cùng của dàn ngưng cólắp đặt van an tồn, đồng hồ áp suất và van xả khí khơng ngưng.

Dàn ngưng tụ kiểu tưới cũng có các ống trích lỏng trung gian để giải phóng bềmặt trao đổi nhiệt phía dưới, tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Hình 1.8 Bình ngưng xối tưới

1.4.6.2 Ưu điểm

Hiệu quả trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt đạt 700 - 900 W/m2K. Mặt khácdo cấu tạo, ngoài dàn ống trao đổi nhiệt ra, các thiết bị phụ khác như khung đỡ, baoche hầu như không có nên suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ.

Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng cả nguồn nướcbẩn vì dàn ống để trần rất dễ vệ sinh. Vì vậy dàn ngưng kiểu tưới rất thích hợp khu vựcnơng thơn, nơi có nguồn nước phong phú, nhưng chất lượng khơng cao.

So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu thụ khơng lớn. Nước rơi tự do trêndàn ống để trần hoàn tồn nên nhả nhiệt cho khơng khí phần lớn, nhiệt độ nước ở bểtăng không đáng kể.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

1.5 Sơ lược hệ thống điều hòa trung tâm dùng Water Chiller

Hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm là nước là hệ thống sử dụng nước lạnhđể làm lạnh khơng khí qua các dàn trao đổi nhiệt như AHU, AHU. Hệ thống gồm cácthành phần:

- Máy làm lạnh nước Water Chiller để làm lạnh nước thường từ 12℃ xuống

- Hệ thống ống dẫn nước- Hệ thống bơm, tháp giải nhiệt

- Các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh hoặc sưởi ấm khơng khí bằng nước FCUhoặc AHU.

- Hệ thống gió tươi, gió hồi, vận chuyển và phân phối khơng khí- Hệ thống điều khiển, cảm biến.

Trong đó phần quan trọng nhất là hệ thống máy lạnh làm lạnh nước WaterChiller gồm các thành phần cơ bản như máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi,van tiết lưu.

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống điều hịa khơng khí water chiller

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ THIẾT KẾ

2.1 Số liệu ngoài trời

Theo trang 35, 56, tài liệu [5] QCVN 02: 2009/BXD, thời tiết tại tân Sơn Nhất,thành phố Hồ Chí Minh có bảng số liệu:

Suy ra nhiệt độ nhiệt kế ướt: tu = 30℃

2.2 Các số liệu ban đầu ban đầu

Lắp đặt chiller sử dụng nước làm chất giải nhiệt:Vị trí lắp đặt: thành phố Hồ Chí Minh

Năng suất lạnh của thiết bị: Q0 = 700 kW

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Tham khảo Tài liệu [5], lựa chọn môi chất lạnh R134aNhiệt độ khơng khí: tN = 34,6 ℃

Độ ẩm: φN = 72%

Nhiệt độ nhiệt kế ướt: tu = 30℃

2.3 Lựa chọn các thơng số tính tốn

2.3.1 Ngun lý chu trình của nước và mơi chất

Hình 2.1 Chu trình của nước và mơi chất trong hệ thống điều hịa khơng khí dùngwater chiller

Vịng chu trình của mơi chất lạnh:

Q trình 1 – 2: Mơi chất được nén đoạn nhiệt đẳng entropy (ΔS = 0) ở trạngthái hơi bão hoà trong máy nén. Môi chất lạnh ở trạng thái hơi bão hồ từ bình bay hơivào máy nén và được nén lên ở áp suất "p" _"2" thành trạng thái hơi quá nhiệt và đivào bình ngưng.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Q trình 2 – 3: Mơi chất được ngưng hơi đẳng áp vớip2=p3=pk=const từ trạngthái hơi quá nhiệt sang trạng thái lỏng sơi diễn ra trong bình ngưng.

Q trình 3 – 4: Quá trình tiết lưu đẳng enthalpy điểm với i3 = i4 trong van tiếtlưu của môi chất lạnh từ trạng thái lỏng chưa sôi về trạng thái hơi bão hòa ẩm, áp suấtpk giảm xuống po. Trong q trình này, tuy có sự dao động enthalpy lớn nhưng lại xảyra rất nhanh và không ảnh hưởng đến dữ liệu tính tốn của cả chu trình nên ta sẽ biểuthị đoạn này bằng nét đứt.

Quá trình 4 – 1: Q trình bay hơi đẳng áp trong p4=p1=p0=constcủa mơi chấtlạnh từ trạng thái hơi bão hòa ẩm sạng thái hơi bão hịa khơ diễn ra trong bình bay hơi,kết thúc 1 chu trình làm lạnh và cứ như vậy lặp đi lặp lại.

Chu trình của nước:

Nước lạnh sau khi trở về bình bay hơi từ các AHU, FCU,… sẽ truyền nhiệtlượng cho môi chất lạnh, giảm nhiệt độ rồi đi ra khỏi bình bay hơi, vào lại các AHU,FCU,… tạo thành vịng tuần hồn kín.

Nước giải nhiệt sau khi ra khỏi tháp giải nhiệt có nhiệt độ thấp được bơm vàobình ngưng để nhận nhiệt lượng từ mơi chất lạnh, tăng nhiệt độ rồi được dẫn lại vàotháp giải nhiệt để thải nhiệt ra môi trường. Ở đây là chu trình hở vì có nước bổ sungcho một phần nước bay hơi trong quá trình làm mát nước ở tháp giải nhiệt.

2.3.2 Lựa chọn nhiệt độ ngưng tụ

Nhiệt độ của nước vào bình ngưng cũng chính là nước ra khỏi tháp giải nhiệt (

tw 1) ta chọn thường cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 2 – 3oC. Ta chọn:

tw 1=tu+(2÷3℃)=30+2=32℃

Theo bẳng 6.11, trang156, tài liệu[3], đối với ống đồng có cánh, chênh lệch nhiệtđộ của nước ra khỏi bình ngưng cũng chính là nước vào tháp giải nhiệt (tw 2) cao hơnnhiệt độ vào bình ngưng (tw 1) từ 3 - 6oC. Ta chọn chênh lệch là 5 độ

tw 2=tw 1+(3÷6℃)=32+5=37℃

Nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất lạnh chọn thường cao hơn nhiệt độ nước rakhỏi bình ngưng 2 – 3oC. Vậy chọn nhiệt độ ngưng tụ. Ta có:

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

tk=tw 2+2℃=37+2=39℃

2.4.3 Lựa chọn nhiệt độ bay hơi

Nhiệt độ sôi t0 ảnh hưởng đến năng suất lạnh q0. Khi giảm nhiệt độ t0 thì năngsuất lạnh q0 giảm đồng thời làm tăng công nén dẫn đến hệ số COP thấp.

Theo trang 208, tài liệu [1].

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình bay hơi làm lạnh nước (ra khỏi chiller, đi vàoAHU, FCU): 7℃

- Nhiệt độ nước vào (nước ra khỏi AHU, FCU và về bình bay hơi): 12℃

Vì ta sử dụng nước chảy trong ống nên ở bình bay hơi, nhiệt độ sơi của môichất lạnh bắt buộc phải lớn hơn 0°C để khơng xảy ra hiện tượng nước bị đóng băng,làm tắc đường ống, nước khơng thể tuần hồn nên có thể gây hư hại cho các thiết bị.Đồng thời nhiệt độ sôi của môi chất phải thấp hơn nhiệt độ ra khỏi bình bay hơi (đivào AHU, FCU) khoảng 3oC.

Như vậy chọn nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0=7−3=4℃

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Bảng 2.3 Bảng thông tin các thông số ban đầu

Nhiệt độ bay hơi của gas lạnh 4oCNhiệt độ ngưng tụ của gas lạnh 39oC

Chu trình lạnh 1 cấp

</div>