Xác định COP và đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của máy làm lạnh nước

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ Mơn :CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
XÁC ĐỊNH COP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY LÀM LẠNH NƯỚC

7/19/21


GVHD: ThS. LẠI HOÀI NAM
SVTH:

MSSV:

BÙI TRỌNG QUỐC
12147028
HUỲNH HỮU THỤY
12147256
HUỲNH ĐĂNG KHOA 12147016
SỬ HOÀI THANH
12147036
MAI NHẬT PHƯƠNG 12147025
TRẦN QUÁCH GIA HƯNG 13147026
ĐÀO MINH TUẤN
12147273
QUÁCH THÁI PHÚ
11947024

7/19/21

2


NỘI DUNG
1 TỔNG QUAN
2 ĐAI CƯƠNG NGÀNH KỸ THUẬT LẠNH
3 CÁC LOẠI GAS LẠNH PHỔ BIẾN
4 TÍNH TỐN -THIẾT KẾ MƠ HÌNH
5 VẬN HÀNH - THU THẬP DỮ LIỆU
6 PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU
7 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
7/19/21

3


Chương 1. TỔNG QUAN
1. Lý do chọn đề
tài
2. Mục đích của
đề tài
3. Đối tượng và
phạm vi nghiên
cứu.

7/19/21

•

Nhằm giúp sinh viên có thể xác định và so sánh

hệ số COP giữa lý thuyết và thực tế của hệ
thống lạnh. Đồng thời đánh giá hiệu quả sử dụng
Xácnăng
địnhlượng
COP và
xác
định
hiệu
quả đưa
sử ra những
của
máy
lạnh
nhằm
dụng
năng cáo
lượng
của
lạnh
khuyến
hữu
íchmáy
cholàm
người
sử dụng khơng
nước.
Đưagiúp
ra các
khuyến
cho

những
giảm
chi phícáo
điện
năng cho chính
người
sửlàm
dụng
thiết
bị lạnh
nói
chung
Thiết
bị
lạnh
nước
sử dụng
mơi
chất
người
dùng
mà
cịn
góp
phần
giảm
tải R32
đỉnh của
và máy
lạnh điện.

nói riêng nhằm giảm chi
hệ thống
phí
năng
lượng.
• Do
những
khó khăn khách quan nên nhóm thực
hiện đề tài tiến hành đánh giá trên thiết bị máy
làm lạnh nước có chế độ hoạt động gần giống
với máy lạnh. Từ đó đưa ra những khuyến cáo
cho người sử dụng máy lạnh.
4


Chương 2. ĐẠI CƯƠNG NGÀNH KỸ THUẬT
LẠNH
1. Lịch sử và quá trình phát triển của ngành kỹ thuật lạnh.
2. Ứng dụng ngành kỹ thuật lạnh đến sự phát triển của khoa
học và đời sống.
Bảo quản thực
phẩm

Trong công
nghiệp

Trong ĐHKK

Trong y tế

Trong thể thao

Lĩnh vực khác…

7/19/21

5


Chương 3. TÍNH CHẤT CỦA CÁC LOẠI GAS
LẠNH PHỔ BIẾN HIỆN NAY
1. Các tính chất của R22: •• Nhiệt
Nhiệt độ
độ sơi
sơi ởở áp
áp suất
suất khí
khí quyển
quyển thấp:
thấp:
2
o
pp =
= 1,013
1 kgf/cm
bar;
;t t==-26,2
-40,8oC.
C.
•• Ở

Ở nhiệt
nhiệt độ
độ mơi
mơi trường
trường áp
áp suất
suất ngưng
ngưng
2. Các tính chất của
tụ
tụ vừa
vừa phải:
phải: tt =
= 40
40ooC;C;pp==10,1761bar.
15 at.
R134a :
Nhiệt độ
độ tới
tới hạn
hạn tương
tương đối
đối cao:
cao: ttthth =
=
•• Nhiệt
101,15
96o C; opC;
pth50,33
= 40,46

at. bar.
th =
•• Nhiệt
Nhiệt độ
độ đơng
đơng đặc
đặc điểm
điểm 33 pha
pha thấp.
thấp: t
o
• Khơng
gây
C.
nổ tuy nhiên ở nhiệt độ cao
đđ = -160
hủy
thành
cực độ
kỳ độc
• R134a
Khơng phân
gây nổ
tuy
nhiênchất
ở nhiệt
t>
o
hại
HF.Do

đó hủy
nghiêm
cấm
vật
450như
C R22
phân
thành
cáccác
chất
có
độ hại
bề mặt
cựcnhiệt
kỳ độc
như cao
HCl,trong
HF. phòng
máy.
7/19/21

6


Chương 3. TÍNH CHẤT CỦA CÁC LOẠI GAS
LẠNH PHỔ BIẾN HIỆN NAY
3. Các tính chất của CO2: •
4. Các tính chất của R32 •
•
•

7/19/21

3
Tỷ
1,98nhiệt
kg/mđộ
ởsơi
298
K và 1,6
R32trọng:
(HFC32)
thường
3 o
g/cm
khi
ở thể
rắn. tương lai, có đặc
-521.5
C, là
ga lạnh
3
Độ
tanđộng
trong
tínhhịa
nhiệt
vànước
nhiệt1,45
lạnhkg/m

rất tốt
o
Điểm
chảy
-57R502.
C. Tuy nhiên
tương nóng
tự như
R22ởvà
o
Điểm
sơi ở -78
C.sử dụng là ga lạnh đơn
R32 khơng
được
chất vì áp suất và nhiệt độ cuối tầm nén
quá cao. Hơn nữa R32 cịn rất dễ cháy,
do đó R32 thường được sử dụng làm
thành phần của hỗn hợp ga lạnh ví dụ
trong thành phần của R410A và 407C.

7


4. Các tính chất của R32: •
•
•
•
•
•

•
•
•
•

7/19/21

Phân tử lượng M = 52.02 kg/mol
Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển: p = 1
kgf/cm2 ; t = -51,7oC.
Ở nhiệt độ môi trường áp suất ngưng tụ
vừa phải: t = 40o C; p = 31.4bar.
Áp suất tới hạn pth = 5.78 MPa
Nhiệt độ tới hạn tương đối cao: tth = 78,2o
C
Nhiệt ẩn hóa hơi tương đối lớn.
Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
Không gây nổ.
Dầu bôi trơn chuyên dụng dùng dầu Ether
Không ăn mòn kim loại.

8


Bảng so sánh sự khác biệt của các loại gas R22, R410a, R32

7/19/21

9

5. Các tính chất của R404: •

•
•
•
•
•

7/19/21

R404a có các đặc tính tốt nhất trong
các mơi chất thay thế cho R502, nó có
cơng suất và hiệu suất tương tự như
R502 nhưng nhiệt độ cuối tầm nén
thấp hơn đến 90C, đảm bảo tuổi thọ
máy nén.
Nhiệt độ sôi ở 1atm : ts = - 46,50℃
Nhiệt độ tới hạn : tc = 72,10℃
Ap tới hạn : Pc = 3,732 MPa.
Giới hạn cháy trong không khí : khơng
cháy Chỉ số phá huỷ Ozone : ODP = 0
Chỉ số làm nóng địa cầu : GWP = 0,94
(so với R11)

10


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.

1. Yêu cầu thiết kế.

•
•
•
•
•
•

7/19/21

Máy làm lạnh nước sử dụng máy nén cơng
suất 1 Hp
Thể tích nước chứa trong bồn là 120 lít
Nhiệt độ nước giảm từ 32 xuống 180C
Nhiệt độ khơng khí giải nhiệt: 30oC
Độ q nhiệt hơi hút về 10oC
Loại ga sử dụng R32.

11


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
2. Tính tốn chu trình hệ thống
làm lạnh nước.
2.1. Sơ đồ ngun lý của hệ
thống.
2.2. Tính tốn chu trình.

7/19/21

Chọn thơng số làm việc.
• Nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh
to
to = tb - to
tb nhiệt độ nước lạnh
to hiệu nhiệt độ yêu cầu chọn to =
7oC
• Nhiệt độ nước : tb = 18oC
to = 18 – 7 = 11oC
• Nhiệt độ ngưng tụ tk
tk = 45oC
12


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
Điểm

Nhiệt độ (oc)

Enthalpy (kJ/kg)

1

21

529.01

1’

11

516.60

2

87

576.22

3

45

397.87

4

11

286.10

Bảng 4.1: Các thông số của chu trình lạnh một cấp

7/19/21

13

Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
2. Tính tốn chu trình hệ thống q = h – h = 516.60 - 286.10 = 230.5 kJ/kg
0
1’
4
làm lạnh nước.
l = h2 – h1 = 576.22 – 529.01 = 47.21 kJ/kg
2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ COP = qo/l = 230.5/47.21 = 4.88
thống.
2.2. Tính tốn chu trình.

7/19/21

14


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
3. Tính tốn chọn thiết bị
3.1. Tính chọn dàn ngưng.
Điểm

T 0C]

P [bar]

V[dm3/kg]

h [kJ/kg]

s [kJ/kg.K]

1

21

11,4

34,42

529,01

2,1569

2s

80,57

27,94

16,08

566,77

2,1569

2

87,68

27,94

16,76

576,22

2,1834

3

45

27,94

16,76

286,1

1,2834

4

11

11,4

7,94

286,1

1,3028

5

11

11,4

32,11

516,6

2,114

Bảng 4.2: Số liệu máy điều hòa chu trình một cấp.
7/19/21

15


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
3. Tính tốn chọn thiết bị

Nhiệt độ mơi trường khơng khí xung
3.1. Tính chọn dàn ngưng. quanh chọn tN = 33oC.
Công suất giải nhiệt của dàn ngưng:
Qdn = m(h2 – h3 ) = 0,012 (576,22 – 286,1)

= 3,48kW.

Từ kết quả tính tốn, nhóm chọn cụm máy nén dàn ngưng của
máy ĐHKK công suất 1Hp cho máy.

7/19/21

16


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
Nhiệt
Đườngđộkính
nước
vịng
vào:trịn
32Cxoắn cụm
Nhiệt
bình trao
độ nước
đổi nhiệt:
ra: 18C
D = 0,35m
3.1. Tính chọn dàn ngưng. Nhiệt
Tổng chiều
độ bốcdài
hơiống
củatrao
mơiđổi

chất
nhiệt:
R32:
3.2. Tính chọn dàn bay hơi. 11Cm
Chọn
Chọn đường
chiều dài
kính
ống
trong
L=11
củamống:
Chọn
Chu viđường
vịng kính
trịn đường
ngồi của
ốngống:
trao đổi
Diện
nhiệt:tích cho 1m chiều dài ống:

3. Tính tốn chọn thiết bị

Số lượng vịng trịn:
vịng
Chọn số lượng vịng của bình trao
đổi nhiệt S = 10 vòng.
7/19/21

17


Chương 4. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH
MÁY LÀM LẠNH NƯỚC.
4. Bố trí thiết bị trên mơ hình
4.1. Liệt kê thiết bị trên mơ hình.
-4.2.
Dàn
Bốnóng
trí thiết bị thực tế.
- Dàn lạnh
- Cơng tơ điện
- Bồn nước 120 lít
- Ampe kìm
- Ống dẫn gas

7/19/21

-

Ống nước
Đồng hồ đo áp, ga
Kệ đỡ mô hình
Cơng tắc, cầu chì, cầu dao điện
Điện trở 1kW và 2kW

18

Chương 5. VẬN HÀNH, THU THẬP DỮ LIỆU
1. Quy trình vận hành
B1: Chuẩn bị các dụng cụ cần thiết
B2: Xem nhật ký vận hành của lần vận hành trước để đánh giá
tình trạng máy móc, thiết bị
B3: Chuẩn bị nhật ký vận hành và bắt đầu khởi động máy.
B4: Bật công tắc điện trở.
Điều chỉnh nhiệt độ nước trong bồn lên 32oC .
Cho hệ thống vận hành tại từng giá trị cài đặt (SET) của máy
B5: Chạy máy theo thời gian đề ra (9 tiếng với điện trở 1kW – 7
tiếng với điện trở 2kW)
Lần lượt ghi lại các thông số vận hành ở 1kW và 2 kW
B6: Sau khi đã vận hành xong, tổng hợp tất cả các số liệu vào
nhật ký vận hành.
Tắt máy, tắt điện trở, tắt cầu dao tổng .Dọn dẹp vệ sinh và
cất dụng cụ cho lần vận hành tiếp theo.
7/19/21

19


Chương 5. VẬN HÀNH, THU THẬP DỮ LIỆU
2. Thu thập dữ liệu
Nhiệtđộ
độ SET
Nhiệt
độ bình
trung
bình
ĐiệnĐiện

năngnăng
điện trở
tiêutrở
haotiêu
khi nhiệt
độ
Nhiệt
SET(oC)Nhiệt
độ trung
khơng
khí Điện
Điệnnăng
năngmáy
máy nén
nén tiêu
tiêu hao
hao khi
điện
hao khi
o
khi
nhiệt
độ nước
trong
nước
trongđộbồn
giảmtrong
từ 32bồn
C đến
nhiệt

(oC)
giảikhơng
nhiệt khí
(oC)giải nhiệt (oC)
nhiệt
độ nước
trong
bồn bồn
giảm từ
nhiệt
nước
giảm
từ
o
o
giảm
32nhiệt
C đếnđộnhiệt
độ (kW)
cài độ cài
(kW)
32oCtừ
đến
cài đặt
32đặt
C đến
nhiệt độ cài đặt (kW)
đặt (kW)

28

28
26
26
24

30
30
29.5
30
30

0.19
0.37
0.3
0.57
0.42

0.49
1.46
0.67
2.2
1

2224

31 31

0.8
0.55

3.081.29

2022

29 29

1.23
0.68

4.971.58

1820

31 29

2.28
0.87

9.112.11

18

30

3.62

14.83

Bảng 5.2:
5.1: Bảng

Bảng thông
thông số
số vận
vận hành
hành của
của hệ
hệ thống
thống tại
tại nhiệt
nhiệt tỏa
tỏa ra
ra trong
trong bổn
bồn là
là 2kW
1kW.
Bảng

7/19/21

20


Chương 6. PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU
Xácdođịnh
hệtoả
sốra
COP
của máy
lạnh

chạy
ở công
Nhiệt lượng
nước
khi nhiệt
độ bồn
nước
giảm
từ 32 osuất
C xuống nhiệt
độ SET: nhiệt toả 1kw
Nhiệt lượng điện trở toả ra trong bồn :

C : nhiệt dung riêng tại mỗi nhiệt độ

Hệ số COP thực nghiệm của hệ thống :

7/19/21

21


Chương 6. PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU

Nhiệt độ set (oC)

Nhiệt dung
riêng (kJ/kg)

28

4.175

0.19

0.49

0.48

0.55

5.49

26

4.177

0.30

0.67

0.66

0.83

5.00

24

4.179

0.42

0.95

0.99

1.11

4.90

22

4.181

0.55

1.29

1.28

1.39

4.86

20

4.183

0.68

1.58

1.57

1.67

4.77

18

4.184

0.87

2.11

2.10

1.95

4.65

COP

Bảng 6.1: COP của thệ thống khi giảm nhiệt độ bồn nước từ 32oC đến nhiệt độ set với tải nhiệt
tỏa có cơng suất 1kW.
22
7/19/21

Chương 6. PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU

Hình 6.1: Thay đổi COP của máy khi hoạt động tại nhiệt độ SET từ 28oC-18oC, nhiệt toả ổn định
1kW
7/19/21

23


Chương 6. PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU

Nhiệt độ set
(oC)

Nhiệt dung
riêng (kJ/kg)

28

4.175

0.37

1.46

1.39

0.55

5.26

26

4.177

0.57

2.20

2.09

0.83

5.12

24

4.179

0.8

3.08

2.93

1.11

5.06

22

4.181

1.23

4.97

4.73

1.39

4.98

20

4.183

2.28

9.11

8.65

1.67

4.52

18

4.184

3.62

14.83

14.08

1.95

4.43

COP

Bảng 6.2: COP của thệ thống khi giảm nhiệt độ bồn nước từ 32oC đến nhiệt độ set
với tải nhiệt tỏa có cơng suất 2kW.
24
7/19/21


Chương 6. PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU

Hình 6.2: Thay đổi COP của máy khi hoạt động tại nhiệt độ cài đặt từ 28oC-18oC,
nhiệt toả ổn định 2kW.
7/19/21

25