nghiên cứu các yêu tố ảnh hưởng đến cop cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.35 MB, 139 trang )

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

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2024

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN COP CŨNG NHƯ LÀ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÁY ĐIỀU HÒA DÂN DỤNG 2 CỤC DẠNG TREO TƯỜNG

GVHD: TS. ĐẶNG HÙNG SƠN

SVTH: TRƯƠNG HOÀI LỢI

THÁI ĐỨC MẠNH PHẠM ĐÀO LONG HỒ

S K L 0 1 2 4 9 1

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 1 năm 2024

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

ĐẾN COP CŨNG NHƯ LÀ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÁY ĐIỀU HÒA DÂN DỤNG 2 CỤC DẠNG TREO

TƯỜNG

GVHD: TS. ĐẶNG HÙNG SƠN SVTH: TRƯƠNG HOÀI LỢI MSSV: 20147190

SVTH: THÁI ĐỨC MẠNH MSSV: 20147191

SVTH: PHẠM ĐÀO LONG HỒ MSSV: 20147172

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 1 năm 2024

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên:

1. Trương Hoài Lợi MSSV: 20147190

Sản phẩm của đề tài là bài thuyết minh về Đồ án tốt nghiệp.

4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 20/09/2023 5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:20/1/2024

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

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường ” là nội dung mà nhóm em đã tìm hiểu và quyết định chọn làm đề tài đồ án tốt nghiệp sau khoản thời gian theo học và gắn bó với ngôi Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Đi kèm với việc hồn thành đồ án một cách trọn vẹn, không thể thiếu sự hỗ trợ và giúp đỡ của thầy,cô và bạn bè .Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với:

Thầy, Cô bộ môn Nhiệt Lạnh, đã tạo môi trường học tập và rèn luyện rất tốt, cung cấp cho em những kiến thức và kỹ năng bổ ích giúp chúng em có thể áp dụng và thuận lợi thực hiện đồ án.

Giảng viên hướng dẫn TS. Đặng Hùng Sơn là người thầy tâm huyết, đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Thầy đã truyền đạt những kinh nghiệm quý báu của mình để nhóm em khơng những có thể hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp này mà còn giúp định hướng công việc sau này.

Các bạn học trong ngành Nhiệt Lạnh , đã có mặt giúp đỡ và hỗ trợ nhóm chúng em trong khoảng thời gian làm thực nghiệm ,

Trong lúc tiến hành làm đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong nhận được sự góp ý của các Thầy Cơ để chúng em có thể cải thiện và hồn thành đồ án của mình hơn.

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

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

TÓM TẮT

Trong nghiên cứu này nhóm đồ án chúng em sẽ thu thập thông tin từ các bài báo nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến COP của hệ thống điều hịa khơng khí trong nước và ngồi nước , từ đó xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số COP cần nghiên cứu là: nhiệt độ cài đặt cho phòng, tốc độ quạt của thiết bị bay hơi, phương pháp giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ ,số lượng người trong phòng và thời gian tiến hành thực nghiệm . Để thực hiện nghiên cứu nhóm chúng em đã tính tải chọn máy phù hợp sau đó dựa trên phương pháp quy hoạch thực nghiệm của Taguchi, từ đó xác định được bảng hoạch định trực giao cho các yếu tố. Tiếp theo nhóm sẽ thiết lập thực nghiệm để thu thập các thông số cần thiết cho việc tính tốn hệ số COP dựa trên bảng quy hoạch của các yếu tố đã xây dựng từ trước. Cuối cùng là sử dụng các công cụ hỗ trợ như (Minitab18, Coolpack…) để phân tích và đánh giá các số liệu đã thu thập và tính tốn, từ đó tìm ra được yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến COP cũng như là tiêu thụ điện năng tiêu thụ của máy lạnh điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường góp phần phục vụ cho việc thiết kế và chế tạo các thiết bị liên quan đến điều hịa khơng khí sau này để tận dụng và tiết kiệm điện năng một cách tối ưu nhất.

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

1.1 Giới thiệu đề tài: ... 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài: ... 1

1.3 Lý do chọn đề tài: ... 1

1.4 Mục đích ... 2

1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu ... 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ... 3

2.1 Cơ sở lý thuyết ... 3

2.1.1 Cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước ... 3

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về điều hịa khơng khí ... 10

2.1.3 Cơ sở lý thuyết về thiết kế thực nghiệm ... 20

2.2 Cơ sở thực nghiệm ... 36

2.2.1 Các bước thiết lập thực nghiệm ... 36

Thiết lập các thông số tính N ... 44

2.2.2 Cơng cụ thiết lập thực nghiệm ... 45

CHƯƠNG 3: THU THẬP THỰC NGHIỆM ,XỬ LÝ SỐ LIỆU ... 50

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

4.1.1 Kết quả thực nghiệm theo phương pháp Taguchi ... 77

4.1.2 So sánh kết quả tính tốn tính hệ số COP từ thực nghiệm và chỉ số COP trên Catalog của máy ban đầu. ... 81

4.1.3 Phân tích kết quả theo 2 phương pháp Taguchi và Anova ... 82

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

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

1. Ký hiệu viết tắt

- Temp Nhiệt độ.

- Air velo Tốc độ gió.

- CCM Condenser Cooling Method.

- TIME Khung thời gian

- ODU Outdoor Unit.

- AVE-COP Hệ số COP trung bình.

- COP Coefficient of Performance.

- COP-R1 Hệ số COP lần 1.

- Coef Hệ số (Coefficients).

- F – Value Giá trị kiểm định.

- IDU Indoor Unit.

- P – Value Giá trị chính xác.

- T – Value Giá trị hiệu chỉnh.

- VIF Hệ số phóng đại phương sai (Variance-inflating Factor).

- qk Năng suất nhiệt riêng, kJ/kg.

- Qk Năng suất tải nhiệt, W.

- p Áp suất, bar.

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

- S Tiết diện của miệng thổi dàn lạnh, m2.

3. Ký hiệu Hy Lạp

4. Ký hiệu dưới chân

- min Giá trị tối thiểu. - max Giá trị tối đa.

- T Giá trị trong phòng.

- tb Trung bình. - mn Máy nén.

- ql Quạt dàn lạnh.

- qn Quạt dàn nóng.

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

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý và bố trí thí nghiệm ... 3

Hình 2.2 Quan hệ giữa áp suất ngưng tụ của môi chất và tốc độ gió giải nhiệt ... 4

Hình 2.3 Quan hệ giữa độ quá lạnh môi chất sau dàn ngưng và tốc độ gió giải nhiệt ... 4

Hình 2.4 Quan hệ giữa vận tốc gió vào dàn ngưng và hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình ... 5

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ... 8

Hình 2.6 Thiết bị đo lường... 8

Hình 2.7 Hình học của tấm bay hơi ... 9

Hình 2.8 Dàn nóng và dàn lạnh của hệ thống lạnh ... 9

Hình 2.9 So sánh các thơng số hiệu suất thu được trong nghiên cứu thử nghiệm ... 9

Hình 2.10 Máy lạnh 2 khối (Daikin, sử dụng gas R22) ... 14

Hình 2.11 Sơ đồ điều hịa máy lạnh dân dụng ... 15

Hình 2.12 Giản đồ khơng khí ẩm t-d ... 15

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh Daikin sử dụng gas R22 ... 16

Hình 2.14 Đồ thị lgp – h ... 17

Hình 2.15 Đồ thị T- s ... 17

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý trên thực tế ... 18

Hình 2.17 Đồ thị lgP-h trên thực tế của máy điều hòa cục bộ dân dụng ... 19

Hình 2.18 Nơi lấy nhiệt độ tại miệng thổi thiết bị bay hơi ... 42

Hình 2.19 Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm ... 43

Hình 2.20 Thiết bị đo vận tốc gió ... 44

Hình 2.21 Minh họa các tính vtb ... 44

Hình 2.22 Ampe kìm đo cường độ dịng điện ... 45

Hình 2.23 Phần mềm Minitab ... 46

Hình 3.1 Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier ... 460

Hình 3.2 Kiểm tra, lắp đặt, vệ sinh hệ thống lạnh và các thiết bị đo ... 62

Hình 3.3 Hệ thống trữ nước ngưng ... 63

Hình 3.4 Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất đầu hút và đầu đẩy ... 63

Hình 3.5 Vị trí đo nhiệt độ , áp suất đầu hút và đầu đẩy ... 63

Hình 3.6 Vị trí đo nhiệp độ và áp suất tại vị trí trước tiết lưu ... 64

Hình 3.7 Thiết bị đo nhiệt độ và áp suất trước tiết lưu ... 64

Hình 3.8 Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường ... 65

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

Hình 3.9 Thiết bị và vị trí đo vận tốc gió ... 65

Hình 3.10 Thiết bị và vị trí đo cường độ dịng điện ... 65

Hình 3.11 Thiết bị và vị trí đo nhiệt độ miệng thổi ... 66

Hình 3.12 Lắp đặt tấm Coolpad cho hệ thống ... 66

Hình 3.13 Lắp ống rưới nước ngưng ... 67

Hình 3.14 Cường độ dịng điện của hệ thống ... 69

Hình 3.15 Ảnh các số liệu thu thập cho việc tính Q0 ... 71

Hình 3.15 Hình thể hiện cách tra Enthalpy dựa vào giản đồ t-d... 73

Hình 3.16 Sử dụng phần mềm Psychrometric calculator tra IT ... 74

Hình 3.17 Sử dụng phần mềm Psychrometric calculator tra IS ... 75

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố ... 83

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn sư ảnh hưởng của các yếu tố ... 85

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

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số nhiệt động tại các điểm đặc trưng... 3

Bảng 2.2 Nhiệt độ và độ ẩm tính tốn ngồi trời ... 11

Bảng 2.3 Bảng phân tích Anova một yếu tố chuẩn ... 21

Bảng 2.4 Phân tích phương sai hai yếu tố dạng tổng quát ... 23

Bảng 2.5 Bảng thông số lựa chọn bảng Taguchi ... 29

Bảng 2.6 Bảng thí nghiệm tiêu chuẩn với giá trị trung bình TN ... 30

Bảng 2.7 Bảng thí nghiệm tiêu chuẩn với giá trị SN ... 32

Bảng 2.8 Bảng giá trị trung bình của tỷ số SN ... 33

Bảng 2.9 Bảng ví dụ kết quả thí nghiệm ... 34

Bảng 2.10 Bảng mô tả các yếu tố ... 37

Bảng 2.11 Yếu tố và các mức độ ... 38

Bảng 2.12 Bảng Taguchi L27 ... 38

Bảng 2.13 Bảng trực giao với các giá trị ... 39

Bảng 2.14 Bảng trực giao với các giá trị tương ứng ... 41

Bảng 3.1 Thơng số kích thước căn phịng ... 50

Bảng 3.2 Thơng số thiết bị trong phòng ... 50

Bảng 3.3 Giá trị bức xạ mặt trời qua cửa kính ... 53

Bảng 3.4 Kết quả tính tốn nhiệt phịng ( W ) ... 61

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của máy DaiKin ... 62

Bảng 3.6 Bảng vị trí thu thập thơng số tính Q0 ... 68

Bảng 3.7 Các số liệu cần thiết để tính QO ... 71

Bảng 4.1 Bảng kết quả thực nghiệm ... 77

Bảng 4.2 Bảng kết quả tính tốn thực nghiệm Q0 ... 78

Bảng 4.3 Bảng kết quả tính tốn thực nghiệm N ... 79

Bảng 4.4 Bảng kết quả tính tốn thực nghiệm COP ... 80

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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài:

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước và nhu cầu tiêu dùng về sức khỏe và mức sống ngày càng cao , ngành điều hịa khơng khí cũng đã có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng trở nên quen thuộc trong đời sống và sản xuất, Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm. Vì vậy điều hịa khơng khí và thơng gió có ý nghĩa vô cùng to lớn với đời sống con người.

Ngày nay khi mà điều hòa trở thành điều khơng thể thiếu đối với các tịa nhà văn phịng, khách sạn, nhà hàng, dịch vụ du lịch,... Điều đó cho thấy năng lượng sử dụng để giúp điều hòa là rất đáng kể, vì thế việc tiết kiệm năng lượng cho điều hịa khơng khí là rất quan trọng hiện nay.Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP để tìm ra các giải pháp tối ưu cho vấn đề tiết kiệm năng lượng cho điều hịa khơng khí là khơng thể thiếu cho hiện nay.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài:

Các nghiên cứu cải thiện vấn đề tiết kiệm năng lượng để tìm ra các giải pháp tối ưu với vấn đề này là vấn đề cấp thiết trong lĩnh vực điều hịa khơng khí hiện nay. Mặc dù các nghiên cứu có tìm ra các yếu tố để làm giải pháp cho vấn đề tiết kiệm năng lượng nhưng chưa thực sự tối ưu vì chưa đưa ra được các phương pháp hay cơng cụ nào có thể phân tích dữ liệu rõ ràng.

1.3 Lý do chọn đề tài:

Theo sự phát triển vượt bật của khoa học đất nước trở nên hiện đại hóa .Với mức điện năng tiêu thụ càng ngày càng cao kèm theo đó nhiệt độ cũng có nhiều biến động .với mức điều kiện sống ngày càng một tăng việc sử dụng máy điều hịa khơng khí cũng phát triển vượt bật .Để sử dụng máy lạnh một cách hợp lý hiệu quả tối ưu nhất đồng tìm cách tiết kiệm điện năng để làm tăng chất lượng cuộc sống .Đề tài nhóm chúng em lựa chọn được tiến hành trong một phòng nhỏ hẹp phù hợp với các căn hộ gia đình,văn phịng nhỏ ,chung cư nhỏ ,.... phù hợp với mức sống gia đình của người dân hiện nay

Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường ”

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

1.4 Mục đích

Việc quan tâm đến các yếu tố ảnh hưởng đến COP cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng năng lượng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường. Nhóm em mong muốn sẽ xây dựng được một công cụ để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng năng lượng rõ ràng hơn và các yếu tố ảnh hưởng đến việc này để nhằm mục đích góp phần tiết kiệm năng lượng , sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và tối ưu nhất .

1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu

Cơng trình là một phịng lab ở xưởng Nhiệt của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,với các kích thước phịng dài 6,6 m, rộng 3,2m , cao 2 m. Được lắp đặt máy điều hịa khơng khí của Daikin cơng suất 2HP sử dụng Gas R22, nguồn điện 1 pha 220V-240V 50Hz với cơng suất tiêu thụ điện 5kW.

Nhóm em tập trung nghiên cứu 5 yếu tố: nhiệt độ (21-22-23 °C), tốc độ quạt dàn lạnh 3-5), điều kiện giải nhiệt thiết bị ngưng tụ (giải nhiệt bình thường, giải nhiệt bằng sử dụng nước ngưng rưới lên tấm coolpad hay giải nhiệt bằng rưới trực tiếp nước ngưng lên dàn nóng) ,số lượng người trong phịng (2-4-6 người ) và các khung giờ cố định trong ngày (7-10 giờ , 12-15 giờ , 17-20 giờ )

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

(1-CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Cơ sở 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 mang tên “Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió dàn ngưng đến hiệu quả năng lượng máy lạnh chiller”[2] được thực hiện bởi Phan Thị Thu Hường, Hoàng Hồng Mai và Lại Ngọc Anh của trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và bố trí thí nghiệm

Thu thập các thông số sau khi tiến hành thực nghiệm

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 0C 1,40 78,26 47,35 46,66 4,17 6,81

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

Hình 2.2 Quan hệ giữa áp suất ngưng tụ của mơi 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

Cơng thức thể hiện quan hệ đối với hiệu quả biến đổi năng lượng và tốc độ gió với hệ số tương quan 𝑅2 = 0.89:

COP = 0, 4905 ∗ 𝑣 + 1,9374

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

Hình 2.4 Quan hệ giữa vận tốc gió vào dàn ngưng và hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình

Nhận xét : khi tốc độ gió tăng, độ quá lạnh tăng , áp suất ngưng tụ của môi chất giảm, từ đó làm tăng hệ số COP của chu trình .Thể hiện được sự ảnh hưởng của yếu tố tốc độ gió tác động đến hệ số COP

b)Nghiên cứu hệ thống lạnh tiết kiệm năng lượng

Một bài báo khác trong nước thể hiện rõ sự quan trọng của những thiết bị trong việc tính tốn hiệu quả của việc tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh, đó là “Nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh” của tác giả Hoàng Thành Đạt.

Nội dung của bài viết này chủ yếu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số COP của hệ thống lạnh, và đưa ra các ví dụ, minh chứng cũng như đưa ra cách khắc phục, cải thiện để tối ưu hệ thống rất rõ ràng. Chu trình làm lạnh nào có COP càng lớn thì chu trình đó làm việc càng hiệu quả, hay nói cách khác là chu trình sử dụng năng lượng càng hiệu quả.

Đầu tiên là về máy nén, bộ phận quan trọng nhất đối với một hệ thống lạnh. Bài viết chỉ ra rằng nếu chọn động cơ có cơng suất động cơ quá lớn (hiệu suất máy thấp hơn 50% tải định mức) dẫn tới tăng giá thành, giảm hiệu suất truyền động và giảm hệ số công suất, và ngược lại. Ví dụ thực tiễn của bài đã cho ta thấy khi chọn máy có cơng suất phù hợp thì sẽ tiết kiệm được khoảng 0,491 kW.

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

Điều kiện môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh. Nhiệt độ ngưng tụ càng thấp thì hiệu quả làm lạnh càng cao. Nếu nhiệt độ ngưng tụ giảm 1ºC thì năng lượng tiêu tốn giảm 2 - 3%. Môi trường giải nhiệt và chất giải nhiệt sẽ ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh. Ứng với nhiệt độ ngưng tụ tk, hơi tác nhân lạnh sẽ ngưng tụ ở áp suất ngưng tụ pk xác định. Nếu chúng ta có thể giảm được nhiệt độ ngưng tụ, áp suất ngưng tụ cũng giảm theo, dẫn đến làm tăng hiệu quả của làm lạnh và giảm công của máy nén. Tức là hiệu suất của hệ thống lạnh tăng và hệ thống sử dụng ít điện năng hơn. Tuy nhiên nhiệt độ này lại bị giới hạn nhiệt độ của mơi trường. Do đó trong q trình vận hành cần phải giảm nhiệt độ ngưng tụ càng thấp càng tốt và luôn giữ ở giá trị tối ưu. Bài viết đã chứng minh rằng nếu nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống giảm xuống, áp suất ngưng tụ của hệ thống sẽ giảm theo, thơng qua ví dụ của bài hệ số làm lạnh của COP của hệ thống lạnh tăng 12%. Trên thực tế, năng lượng tiêu tốn của hệ thống lạnh sẽ giảm khoảng 2% nếu nhiệt độ ngưng tụ giảm 1ºC, ta nhận thấy năng suất lạnh của chu trình mới lớn hơn chu trình cũ và cơng nén của chu trình mới nhỏ hơn chu trình cũ, do đó COP’ > COP.

Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh. Tăng nhiệt độ bay hơi sẽ giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh. Nếu chúng ta có thể tăng nhiệt độ bay hơi, áp suất bay hơi của hệ thống lạnh sẽ tăng theo, dẫn đến việc tăng hiệu quả làm lạnh và giảm công của máy nén. Tức là nếu có thể tăng được nhiệt độ bay hơi hiệu suất của hệ thống lạnh tăng và như vậy hệ thống sử dụng ít điện năng hơn. Bài viết đã chứng minh rằng nếu nhiệt độ bay hơi của hệ thống được tăng lên, áp suất hơi khi đó hệ thống làm việc với chu trình mới với cơng nén của chu trình cũ lớn hơn cơng nén của chu trình mới, vì vậy COP’ > COP. Khi tăng áp suất bay hơi (tăng nhiệt độ) sẽ tăng hiệu suất của hệ thống, công của máy nén giảm và hiệu quả làm lạnh của hệ thống tăng lên, điều này được minh chứng thông qua ví dụ của bài, hệ số làm lạnh của COP của hệ thống lạnh tăng 10,5%. Nghiên cứu chỉ ra, trên thực tế, năng lượng tiêu tốn cho hệ thống lạnh giảm khoảng 1 – 1,5% nếu nhiệt độ bay hơi tăng lên 10ºC. Những biện pháp nhằm tăng nhiệt độ bay hơi của hệ thống lạnh. Nhiệt độ bay hơi có thể giữ ở mức cao nhất có thể giảm tiêu thụ năng lượng[3].

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

2.1.1.2 Nghiên cứu nước ngồi

Trên thế giới có rất nhiều bài báo phân tích về hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hịa khơng khí như bài “Technical and Economic Analysis of Energy Efficiency of Chinese Room Air Conditioners” của David Fridley và đồng nghiệp, nghiên cứu này đưa ra các số liệu thống kê về sự phổ biến của việc sử dụng điều hòa ở một số vùng của Trung Quốc và chỉ ra các yếu tố làm ảnh hưởng đến chỉ số năng lượng của hệ thống điều hịa khơng khí từ đó đưa ra hướng giải quyết trong thiết kế, lắp đặt cũng như việc sử dụng chúng. Bên cạnh đó bài báo cịn đề cập đến tiềm năng kinh tế to lớn của lĩnh vực này trong tương lai không xa[4].

Ở một trường hợp khác, bài báo “Analysis of decision-making for air conditioning users based on the discrete choice model” của Jingjie Wang và đồng nghiệp (2021), đề cập đến việc sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tìm ra yếu tố ảnh hưởng đến một sản phẩm hay một chỉ số nào đó phụ thuộc vào các yếu tố[5].

Ở một nghiên cứu khác về “Performance testing and optimization of a split-type air conditioner with evaporatively-cooled condenser” của Ibrahim Atmaca (2022) cũng đã nghiên cứu về hiệu suất của máy điều hòa. Cụ thể trong nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng làm mát bay hơi của thiết bị ngưng tụ đến các thông số hiệu suất và hiệu quả năng lượng được xác định bằng cách so sánh kết quả từ máy điều hịa khơng khí làm mát bay hơi với thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí loại thơng thường. Cả hai hệ thống đã được thử nghiệm đồng thời cho các điều kiện môi trường xung quanh 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[6].

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

Hình 2.7 Hình học của tấm bay hơi

Hình 2.8 Dàn nóng và dàn lạnh của hệ thống lạnh

(CT: Máy điều hịa kiểu thơng thường, EC: Máy điều hịa có dàn ngưng bay hơi)

Hình 2.9 So sánh các thông số hiệu suất thu được trong nghiên cứu thử nghiệm

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

Kết quả thí nghiệm

Ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời và độ ẩm tương đối đến tổng điện năng tiêu thụ và COP đã thảo luận. Với việc làm mát bay hơi bình ngưng của máy điều hịa kiểu tách, COP tăng 10,2%–35,3% và công suất làm mát tăng 5,8%–18,6%, trong khi tổng công suất tiêu thụ giảm 4%–12,4%. Kết quả cho thấy, độ ẩm và nhiệt độ tương đối ngồi trời có ảnh hưởng đáng kể đến COP, khả năng làm lạnh và tổng cơng suất đầu vào đối với máy điều hịa khơng khí loại 2 chiều có dàn ngưng bay hơi. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa cho thấy phương án tối ưu điều kiện tối đa hóa COP của hệ thống đề xuất đã được xác nhận là nhiệt độ ngoài trời cao hơn và độ ẩm tương đối thấp hơn. Tuy nhiên, đối với tổng mức tiêu thụ điện năng, điều kiện tối ưu được tìm thấy là mức trung bình của nhiệt độ và độ ẩm. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời đến điện năng mức tiêu thụ lớn hơn mức tiêu thụ của RH và điều này tạo cơ hội sử dụng hệ thống được đề xuất trong điều kiện khí hậu có phạm vi rộng.

2.1.2 Cơ sở lý thuyết về điều hịa khơng khí 2.1.2.1 Khái niệm

Điều hịa khơng khí là một nghành khoa học nghiên cứu các phương pháp, công nghệ và thiết bị để tạo ra và duy trì một mơi trường vi khí hậu phù hợp với cơng 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 q nóng khi thì nhiệt độ lại lạnh sâu, bao gồm các việc duy trì và khống chế nhiệt độ theo ý muốn. Điều hịa khơng khí ở đây bao gồm những tính năng: điều hịa nhiệt độ, độ ẩm, lọc bụi và các thành phần gây hại đến sức khỏe con người[7].

Các thiết bị chính của một hệ thống điều hòa:

+ Thiết bị xử lý khơng khí: dàn nóng, dàn lạnh, lưới lọc bụi, bộ tiêu âm, buồng hòa trộn,… + Thiết bị luân chuyển khơng 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,..

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

2.1.2.2 Phân loại các hệ thống điều hịa khơng khí

a) Theo mức độ quan trọng của các hệ thống điều hịa khơng

Bảng 2.2 : Nhiệt độ và độ ẩm tính tốn ngồi trời

Nhiệt độ tN, °C Độ ẩm φN, % Nhiệt độ tN, °C Độ ẩm φN, %

Hệ thống cấp I

Hệ thống cấp II

φ13-15

Hệ tống cấp III

− 𝑡max, 𝑡𝑚𝑖𝑛: nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất trong năm đo lúc 13 ÷ 15 giờ.

− 𝑡maxTB, 𝑡minTB: nhiệt độ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm.



𝜑max13−15,𝜑min13−15 : độ ẩm đo lúc 13÷15 giờ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm.  Hệ thống điều hịa khơng khí cấp I: Là hệ thống điều hịa khơng khí có khả năng

duy trì các thơng số vi khí hậu trong nhà với mọi phạm vi thơng số ngồi trời, ngay cả những thông số khắc nghiệt nhất trong năm về mùa hè hay mùa đông.

 Hệ thống điều hịa khơng khí cấp II: Là hệ thống điều hịa khơng khí với khả năng

duy trì các thơng số vi khí hậu trong nhà với phạm vi sai số không quá 200 giờ trên 1 năm (8 ngày trên 1 năm).

 Hệ thống điều hịa khơng khí cấp III: Là hệ thống điều hịa khơng khí có khả năng

duy trì các thơng số vi khí hậu trong nhà với phạm vi sai số không quá 400 giờ trên 1 năm (16 ngày trên 1 năm).

b) Theo đặc điểm môi chất giải nhiệt

 Hệ thống giải nhiệt bằng gió: Tất cả các hệ thống điều hịa nhỏ đều giải nhiệt bằng

khơng khí, các hệ thống cơng suất trung bình thì vừa giải nhiệt bằng khơng khí, vừa giải nhiệt bằng nước. Hầu hết các hệ thống công suất lớn đều giải nhiệt bằng nước.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

 Hệ thống giải nhiệt bằng nước: Điển hình là hệ thống Water Chiller giải nhiệt bằng

nước. Hệ thống yêu cầu các bơm và đường ống để dẫn nước lạnh đi đến các AHU và nước nóng đi đến tháp giải nhiệt cho nước sau khi ra dàn ngưng, thông thường hệ thống điều hịa khơng khí giải nhiệt bằng nước có hiệu suất tốt hơn so với hệ thống điều hòa khơng khí giải nhiệt bằng gió nhưng nếu xét thêm công của bơm và tháp giải nhiệt thì hai hệ thống khơng chênh lệch nhiều.

c) Theo phương pháp xử lý nhiệt ẩm

 Hệ thống điều hịa kiểu khơ: Trong thiết bị điều hịa khơng khí kiểu khơ, khơng khí

chuyển động ngang qua bên ngồi thiết bị trao đổi nhiệt và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm.

 Hệ thống điều hòa kiểu ướt: Q trình xử lý nhiệt ẩm khơng khí bằng thiết bị trao

đổi nhiệt kiểu bề mặt có ưu điểm là thiết bị gọn nhẹ, đơn giản. Cách thức hoạt động của hệ thống máy điều hịa khơng khí kiểu ướt này khá là phức tạp. Lượng khơng khí sẽ được xử lý bởi các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp, sau khi được xử lý xong thì khơng khí sẽ được kết hợp với nước phun được thiết kế bên trong mỗi hệ thống điều hịa khơng khí này để có thể trao đổi độ ẩm, nhiệt ẩm với nhau. Và kết quả cuối cùng có thể làm tăng hoặc giảm hoặc là duy trì được dung ẩm trong khơng khí tùy thuộc vào sự cài đặt theo nhu cầu người dùng. Nhưng thông thường sẽ khiến cho độ ẩm trong khơng khí lên cao hơn và duy trì cho đến khi tắt đi. Với cách thức hoạt động này thì khơng khí trong phịng điều hịa bị khơ sẽ được khắc phục một cách tối ưu nhất, từ đó mà sẽ có cảm giác thoải mái hơn, tự nhiên hơn.

d) Phân loại theo đặc điểm quá trình xử lý nhiệt ẩm

 Hệ thống điều hòa cục bộ: là hệ thống điều hịa có cơng suất nhỏ, sử dụng chủ yếu

cho những không gian nhỏ hẹp, điển hình là hệ thống điều hịa 1 mảnh, điều hòa 2 mảnh, hệ thống điều hòa ghép và điều hòa rời dạng tủ thổi trực tiếp.

 Hệ thống điều hòa phân tán: là hệ thống điều hòa khơng khí có khâu xử lý ẩm phân

tán ở nhiều nơi khác nhau. Phổ biến nhất là kiểu hệ thống VRV, VRF, hệ thống làm lạnh bằng nước (Water Chiller).

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

 Hệ thống điều hòa trung tâm: Điều hòa trung tâm được hiểu là hệ thống các máy

lạnh công suất cao với cụm dàn nóng được đặt ở sân thượng, hoặc trong phịng kỹ thuật tầng hầm và các dàn lạnh được lắp đặt tại các phòng lớn nhỏ khác nhau, hợp thành một hệ thống tổng thể phân phối khí lạnh cho toàn bộ các khu vực trong toà nhà[7].

Ngoài những đặc điểm phân loại các hệ thống điều hịa khơng khí kể trên, cịn có thể phân loại các hệ thống theo khả năng xử lý nhiệt ẩm, theo đặc điểm của máy nén lạnh,…

2.1.2.3 Hệ thống điều hòa khơng khí cục bộ Đặc điểm của hệ thống

Đây là một trong ba hệ thống điều hòa sử dụng phổ biến nhất hiện nay, có dàn nóng giải nhiệt bằng gió, hệ thống điều hịa cục bộ thích hợp cho các không gian nhỏ hẹp, đơn lẻ, mang những đặc điểm sau:

+ Đa số là các loại máy nhỏ gọn, công suất nhỏ (từ 9000 ~ 98,000 Btu/h), chủ yếu là máy dân dụng

+ Máy được thiết kế phù hợp với nhiều không gian, thuận tiện cho việc lắp đặt cũng như bảo trì, bảo dưỡng

+ Lắp đặt nhanh chóng, dễ dàng, khơng địi hỏi tính chuyên môn cao + Sử dụng đơn giản, không bị ảnh hưởng của các máy trong hệ thống + Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản và độc lập từng máy. [8] Như đã nêu trên, thì hệ thống điều hịa cục bộ gồm 4 loại điển hình là:

- Tổng quan về máy điều hịa khơng khí cục bộ

Hệ thống điều hịa khơng khí cục bộ, bao gồm 2 cụm dàn nóng và dàn lạnh được bố trí

tách rời nhau. Kết nối 2 cụm là các ống đồng dẫn gas và dây điện điều khiển được bọc cách nhiệt. Theo đó, máy nén của loại máy lạnh này thường được đặt trong dàn nóng và điều khiển

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

làm việc của máy từ dàn lạnh thông qua bộ điều khiển. Đây là loại máy lạnh dân dụng phổ biến trong các hộ gia đình hiện nay do các đặc điểm về thiết kế cũng như giá cả phù hợp[9].

Hình 2.10 Máy lạnh 2 khối (Daikin, sử dụng gas R22)

* Đặc điểm

– Lắp đặt được nhiều không gian khác nhau.

– Đa dạng về nhiều kiểu loại dàn lạnh trên thị trường,cho phép người sử dụng có thể chọn loại thích hợp nhất cho cơng trình cũng như ý thích cá nhân.

– Cơng suất dao động khoảng 7000 ~ 60000 Btu/h. – Lắp đặt khơng gặp nhiều khó khăn.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Sơ đồ điều hịa

Hình 2.11 Sơ đồ điều hịa máy lạnh dân dụng

Hình 2.12 Giản đồ khơng khí ẩm t-d

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

2.1.2.2 Sơ đồ nguyên lý

a) Sơ đồ nguyên lý (lý thuyết)

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý lý thuyết

Các bộ phận của hệ thống trên sơ đồ lý thuyết: (I) – Máy nén (Compressor).

(II) – Thiết bị ngưng tụ (Heat Exchanger ODU). (III) – Van tiết lưu (Capillary Tube).

(IV) – Thiết bị bay hơi (Heat Exchanger IDU).

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Hình 2.14 Đồ thị lgp – h

Hình 2.15 Đồ thị T- s

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

*Nguyên lý làm việc (lý thuyết)[10]: Hơi bão hịa khơ sau khi rời khỏi thiết bị bay hơi có

trạng thái (1) được máy nén hút về thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy tiêu thụ 1 ngoại công lmn rời khỏi đầu đẩy máy nén là hơi quá nhiệt có áp suất cao nhiệt độ cao, trạng thái (2) đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp, đẳng nhiệt trở thành lỏng hoàn toàn ở trạng thái (3) rồi đi qua van tiết lưu thực hiện quá trình tiết lưu đẳng enthalpy trở thành hơi bão hịa ẩm có trạng thái (4) đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt từ mơi trường cần làm lạnh thực hiện q trình bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt trở thành hơi bão hòa khơ hồn tồn rồi lại được máy nén hút về. Chu trình cứ thế tiếp diễn.

b) Sơ đồ nguyên lý trên thực tế

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý trên thực tế

Bộ phận của hệ thống trên sơ đồ:

 Dàn nóng (Outdoor Unit)

– Tụ điện (Accumulator).

– Máy nén (Compressor).

– Thiết bị ngưng tụ (Heat Exchanger ODU).

– Quạt dàn nóng (Propeller Fan).

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

– Ống mao (Capillary Tube).

– Van chặn (Liquid Stop Valve).

– Van dịch vụ (Serviec Port).

 Dàn lạnh (Indoor Unit)

– Thiết bị bay hơi (Heat Exchanger IDU).

– Nhiệt kế (Thermistor).

– Quạt dàn lạnh (Cross Flow Fan).

Hình 2.17 Đồ thị lgP-h trên thực tế của máy điều hòa cục bộ dân dụng

Nguyên lý làm việc thực tế [11]

- 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 q 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. TK

T0

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

- 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.

2.1.3 Cơ sở lý thuyết về thiết kế thực nghiệm 2.1.3.1 Cơ sở lý thuyết về Taguchi và Anova

I. Phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) [12]

Mục tiêu của phương pháp là so sánh kết quả trung bình của nhiều nhóm (tổng thể) dựa trên các giá trị trung bình của các mẫu quan sát từ các nhóm này và thơng qua kiểm định giả thuyết để kết luận sự bằng nhau của các số trung bình này.

a) Phân tích phương sai một yếu tố

Mục đích phương pháp là phân tích ảnh hưởng của một yếu tố nguyên nhân đến một yếu tố kết quả đang nghiên cứu.

Giả sử cần so sánh trung bình của k tổng thể độc lập. Ta lấy k có mẫu số quan sát là n1, n2, n3 … nk; tuân theo phân phối chuẩn. Trung bình của các tổng thể được kí hiệu là μ1, μ2, μ3…μk

thì mơ hình phân tích phương sai một yếu tố ảnh hưởng được mô tả dưới dạng kiểm định giả thuyết như sau:

H1: tồn tại ít nhất một cặp có 𝜇𝑖 ≠ 𝜇𝑗#(2), 𝑖 ≠ 𝑗. (2) Để kiểm định ta đưa ra ba giải pháp sau:

Mỗi mẫu tuân theo phân phối chuẩn N (𝜇, 𝜎2) (3) Các phương sai tổng thể bằng nhau.

Ta lấy k mẫu độc lập từ k tổng thể. Mỗi mẫu được quan sát nj lần.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Các bước tiến hành

Bước 1: Tính tốn các trung bình mẫu và trung bình chung của k mẫu.

Bảng 2.3 Bảng phân tích Anova một yếu tố chuẩn STT k mẫu quan sát

Trung bình mẫu

Trung bình mẫu 𝑥̅1, 𝑥̅2, 𝑥̅𝑘 được tính theo công thức:

𝑥̅𝑖 =∑ 𝑋ij

𝑘i=1

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Bước 3: Tính các phương sai (phương sai của nội nhóm và phương sai giữa các nhóm)

Kí hiệu, k: số nhóm (mẫu); n là tổng số quan sát của các nhóm. Phương sai được tính theo cơng thức:

Bước 4: Kiểm định giả thiết.

Tính theo tiêu chuẩn kiểm định F (F thực nghiệm)

𝐹 = MSB

</div>

nghiên cứu các yêu tố ảnh hưởng đến cop cũng như là tiêu thụ điện năng của máy điều hòa dân dụng 2 cục dạng treo tường

<b>NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN COP CŨNG NHƯ LÀ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÁY ĐIỀU HÒA DÂN DỤNG 2 CỤC DẠNG TREO TƯỜNG </b>

S K L 0 1 2 4 9 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

<b>KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC </b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 1 năm 2024

<b>NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG </b>

<b>ĐẾN COP CŨNG NHƯ LÀ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA MÁY ĐIỀU HÒA DÂN DỤNG 2 CỤC DẠNG TREO </b>

<b>TƯỜNG </b>

<b>GVHD: TS. ĐẶNG HÙNG SƠN SVTH: TRƯƠNG HOÀI LỢI MSSV: 20147190 </b>

<b>SVTH: THÁI ĐỨC MẠNH MSSV: 20147191 </b>

<b>SVTH: PHẠM ĐÀO LONG HỒ MSSV: 20147172 </b>

<b>NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

<b>TÓM TẮT </b>

<b>DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT </b>

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH </b>

<b>DANH MỤC BẢNG</b>



Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về