ĐỒ án tốt NGHIỆP đề tài “thiết kế máy lạnh hấp thụ để điều hòa không khí văn phòng làm việc”

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: “Thiết kế máy lạnh hấp thụ để
điều hịa khơng khí văn phịng làm việc”

GVHD: giáo Th.s-Nguyễn Thành Văn
SVTH: Ngô Sĩ Dũng

Ngô Sĩ Dũng



Trang 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 5
Chương1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ ................................ 7
1.1. Máy lạnh hấp thụ ........................................................................................ 7
1.1.1.Chu trình lý thuyết ................................................................................. 7
1.1.2. Ưu, nhược điểm .................................................................................... 9
1.1.3.Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thực tê .......................... 9
1.2. Môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ .................................................. 10
1.2.1.Yêu cầu đối với môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ ...................... 10
1.2.2. Cặp môi chất H2O/LiBr ...................................................................... 11
1.3.Nhiệm vụ của đề tài .................................................................................... 17
1.4.Chọn thơng số tính tốn và cấp điều hịa trong hệ thống điều hịa khơng

khí ...................................................................................................................... 17
1.4.1.Cấp điều hịa khơng khí trong hệ thống điều hịa khơng khí ............... 17
1.4.2.Chọn thơng số tính tốn ....................................................................... 17
Chương 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI LẠNH ................................................... 19
2.1.Cân bằng nhiệt trong phòng cần điều hịa khơng khí ............................ 19
2.2.Tính lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do độ chênh nhiệt độ ..... 19
2.2.1.Xác định hiệu số nhiệt độ tính tốn ..................................................... 19
2.2.2.Xác định hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che ................................. 20
2.2.3.Bề mặt trao đổi nhiệt của các kết cấu bao che ..................................... 22
2.2.4.Tính lượng nhiệt truyền qua nền nhà ................................................... 23
2.3.Tính tốn lượng nhiệt truyền vào phịng do bức xạ mặt trời ............... 24
2.3.1.Tính tính tốn nhiệt bức xạ truyền qua cửa kính ................................. 24
2.3.2.Tính tốn nhiệt bức xạ truyền qua kết cấu bao che ............................. 25
2.4.Tính lượng nhiệt tỏa................................................................................... 26
2.4.1.Nhiệt do người tỏa ra ........................................................................... 26
2.4.2.Nhiệt tỏa ra do thắp sáng ..................................................................... 26
2.4.3.Nhiệt do máy móc tỏa ra ...................................................................... 27
2.5.Tính lượng ẩm thừa ................................................................................... 27
2.6.Thành lập và tính tốn sơ đồ điều hịa khơng khí................................... 27
2.6.1.Xác định hệ số góc tia của q trình thay đổi trạng thái khơng khí trong
phịng εT ....................................................................................................... 27
2.6.2. Sơ đồ tuần hồn khơng khí theo một cấp............................................ 28
Chương3: TÍNH TỐN CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/BrLi
MỘT CẤP ............................................. 32

Ngô Sĩ Dũng



Trang 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.1. Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr một cấp ..................................... 32
3.1.1. Mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr được chọn như sau ................. 33
3.1.2.Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp ................... 34
3.2.Tính tốn chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/BrLi một cấp .................... 35
3.2.1.Các đại lượng đã biết ........................................................................... 35
3.2.2.Xác định nhiệt độ bay hơi to................................................................. 35
3.2.3.Xác định nhiệt độ ngưng tụ .................................................................. 36
3.2.4.Xác định nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi ................................ 36
3.2.5.Xác định các điểm nút.......................................................................... 36
3.2.6. Xác định lưu lượng dung dịch tuần hoàn............................................ 37
3.2.7.Xác định nhiệt độ ra khỏi thiết bị hồi nhiệt ......................................... 38
3.2.8.Chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp ................................... 39
3.2.9.Lập bảng thông số các điểm nút .......................................................... 39
3.2.10.Xác định phụ tải của các thiết bị ........................................................ 40
3.3.Xác định hệ số làm lạnh ............................................................................. 40
Chương 4: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ
H2O/LiBr MỘT CẤP......................................... 41
4.1.Thiết bị bay hơi và hấp thụ ....................................................................... 41
4.1.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi ................................. 41
4.1.2.Tính tốn thiết kế thiết bị sinh hơi ................................................................. 45

4.1.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị hấp thụ ................................. 45
4.1.4.Tính tốn thiết kế thiết bị hấp thụ ........................................................ 49
4.2.Thiết bị ngưng tụ và sinh hơi .................................................................... 50
4.2.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ............................... 50
4.2.2.Tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ...................................................... 54

4.2.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi ................................ 55
4.2.4.Tính tốn thiết kế thiết bị sinh hơi ....................................................... 57
4.3.Thiết bị hồi nhiệt ........................................................................................ 58
4.3.1.Cấu tạo ................................................................................................. 58
4.3.2.Tính diên tích trao đổi nhiệt ................................................................. 59
Chương5: GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ
H2O/LiBr MỘT CẤP ..................................... 64
5.1. Giới hạn vùng làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp ........................ 64
5.2. Giới hạn của nhiệt độ nguồn gia nhiệt trong máy lạnh hấp thụ
H2O/ LiBr một cấp ........................................................................................... 65
5.2.1. Phạm vi khảo sát ................................................................................. 66
5.2.2. Xác định giá trị nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt ....................... 66
5.2.3. Xác định giá trị nhiệt độ cực đại của dung dịch ................................. 67

Ngô Sĩ Dũng



Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương6: TÍNH SỨC BỀN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TRONG HỆ THỐNG MÁY LẠNH HẤP THỤ
H2O/LiBr MỘT CẤP ........................................... 69
6.1.Tính chiều dày các thân bình hình trụ ..................................................... 69
6.1.1.Tính chiều dày của bình chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ ................... 69
6.1.2.Tính chiều dày của bình chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi ................ 70
6.1.3.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt trong các thiết bị .............. 71

6.2.Tính chiều dày các mặt sàng .................................................................... 74
6.2.1.Tính chiều dày của mặt sàng chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ ............ 74
6.2.2.Tính chiều dày của mặt sàng chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi ........ 76
Chương7: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH
HẤP THỤ ........................................................ 79
7.1.Mục đích tự động hóa hệ thống lạnh ........................................................ 79
7.2.Đặc tính hoạt động của máy lạnh hấp thụ ............................................... 79
7.2.1.Aính hưởng của nhiệt độ vào của nước giải nhiệt ............................... 79
7.2.2.Aính hưởng của nhiệt độ nguồn gia nhiệt ............................................ 80
7.3.Điều chỉnh năng suất máy lạnh hấp thụ .................................................. 80
7.3.1.Điều chỉnh bằng phương pháp điều tiết nguồn gia nhiệt ..................... 80
7.3.2.Điều chỉnh bằng phương pháp điều tiết lượng tuần hoàn dung dịch đậm
đặc ......................................................................................................... 81
7.3.3.Điều chỉnh bằng cả hai phương pháp trên ........................................... 82
7.3.4.Điều chỉnh bằng cách kết hợp máy nén hơi ......................................... 82
7.4.Sự kết tinh, các nguyên nhân, biên pháp khắc phục và đề phòng ........ 82
7.4.1.Sự kết tinh ............................................................................................ 82
7.4.2.những nguyên nhân gây ra kết tinh ...................................................... 82
7.4.3.Các biện pháp khắc phục ..................................................................... 83
7.4.4.Các biện pháp đề phòng ....................................................................... 83
7.5.Bảo vệ tự động máy lạnh hấp thụ ............................................................. 84
7.5.1.Khóa điều khiển ...................................................................................... 84
7.5.2.Bảo vệ nhiệt độ nước tải lạnh ra khỏi máy lạnh ..................................... 84
7.5.3.Bảo vệ lưu lượng nước tải lạnh .............................................................. 84
7.5.4.Bảo vệ lưu lượng nước giải nhiệt ........................................................... 85
7.5.5.Bảo vệ nhiệt độ bay hơi .......................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 86

Ngô Sĩ Dũng



Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Việt nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm, vì vậy điều hồ khơng
khí có ý nghĩa vơ cùng to lớn đối với đời sống con người và sản xuất. Cùng với
sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật điều hồ khơng
khí đã có những bước tiến đáng kể trong một vài thập kỷ qua. Đặc biệt là ở Việt
Nam, từ khi có chính sách mở cửa, các thiết bị điều hồ khơng khí đã được nhập
từ nhiều nước khác nhau, với nhu cầu ngày càng tăng và ngày càng hiện đại hơn.
Tuy nhiên, hầu hết các trang thiết bị lạnh đều dùng môi chất frêon, một chất mà
Công ước Quốc tế Montréal hạn chế sử dụng vì làm suy giảm tầng ơzơn và gây
hiệu ứng lồng kính. Vì vậy, việc tìm một mơi chất lạnh khác để thay thế là điều
mà cả thế giới quan tâm, và tập trung nhất hiện nay là mô hình máy lạnh hấp thụ.
dùng nguồn gia nhiệt do đốt nhiên liệu, do hơi nước, do khói thải của các trung
tâm nhiệt điện và dùng năng lượng mặt trời.
Hiện nay, ở Việt nam, trong các hệ thống điều hồ khơng khí lớn, đang có
xu hướng thay thế máy nén lạnh thông thường bằng máy lạnh hấp thụ như Công
ty dệt Việt Thắng, nhà máy bột ngọt VeDan, nhà máy điện Hiệp Phước, Siêu thị
Cora Đồng Nai, Công ty HonDa Vĩnh Phú ...Tuy nhiên, do giá thành quá đắt và
dải công suất làm việc của máy lạnh hấp thụ quá lớn, cho nên máy lạnh hấp thụ
ở nước ta, sử dụng chưa nhiều và chưa phổ biến .
Việt nam là một nước nhiệt đới xích đạo, nên khí hậu rất nóng làm cho con
người chóng mệt và thực phẩm nhanh hỏng. Vì vậy, nhu cầu về lạnh để điều hồ
khơng khí trong sinh hoạt, sản xuất và bảo quản thực phẩm ngày càng tăng và
tiêu thụ một lượng điện năng đáng kể. Cho nên, máy lạnh hấp thụ sử dụng các

nguồn năng lượng khác nhau: năng lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nhiệt năng
thừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền như khói thải, hơi trích, nguồn nhiệt thải có nhiệt
độ thấp ...là có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tiễn.
Các ngành thực phẩm, hoá dầu, luyện kim và các ngành mũi nhọn khác của
nền kinh tế quốc dân, là các hộ tiêu thụ lạnh rất lớn cho nhu cầu công nghệ, sự
điều hồ khơng khí trong sản xuất và sinh hoạt, đồng thời cũng là nơi thải ra
nguồn nhiệt thứ cấp phế thải rất lớn. Điều này, đã đặt ra vấn đề tận dụng nguồn
nhiệt thải này để điều hoà khơng khí cho khu vực sản xuất và sinh hoạt của các
nhà máy trên .

Ngô Sĩ Dũng



Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án này, tập trung nghiên cứu mơ hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp
sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp dùng để điều hịa khơng khí.
Trong q trình thực hiện nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp này, Em xin chân
thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.s-Nguyễn Thành
Văn ,cùng quý thấy cô trong khoa và các bạn trong lớp, đã giúp em hoàn thành
đồ án tốt nghiệp này.
Vì điều kiện thời gian, tài liệu tham khảo và khả năng của bản thân có hạn
nên đồ án khơng khỏi những thiếu sót, vậy kính mong sự góp ý chân thành của
quý thầy cô.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 05 năm 2003
Sinh viên thực hiện

Ngô Sĩ Dũng

Chương1:

TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
1.1. Máy lạnh hấp thụ:
1.1.1. Chu trình lý thuyết :
Về cơ bản, máy lạnh hấp thụ cũng giống như máy lạnh nén hơi, chỉ khác là
thay máy nén hơi dùng điện bằng cụm “máy nén nhiệt” dùng nhiệt của nguồn gia
nhiệt. Cụm “máy nén nhiệt” bao gồm : thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh
hơi và tiết lưu dung dịch ( hình 1.1)

Ngơ Sĩ Dũng



Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

QK

3

2
SH

NT

TL

PK

QH

BDD

TLDD

P0
QA
BH

HT

4

1

Q0
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ.
SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ,
TLDD: Tiết lưu dung dịch.

Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ hay của máy nén nhiệt như sau :
Bình hấp thụ “hút” hơi sinh ra từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xúc với dung dịch
loãng từ van tiết lưu dung dịch đến. Do nhiệt độ thấp, dung dịch lỗng hấp thụ
hơi mơi chất để trở thành dung dịch đậm đặc. Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ
được thải ra cho nước làm mát. Dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch bơm

lên bình sinh hơi ở áp suất cao Pk. Tại đây, dung dịch đậm đặc nhận nhiệt của
nguồn gia nhiệt sẽ sôi hố hơi, hơi mơi chất tách ra ở áp suất cao được đi vào
thiết bị ngưng tụ. Quá trình diễn ra ở thiết bị ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống
như ở các máy lạnh nén hơi. Sau khi sinh hơi, dung dịch đậm đặc trở thành dung
dịch loãng và qua van tiết lưu dung dịch, giảm áp trở về bình hấp thụ, khép kín
vịng tuần hồn dung dịch.
Phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh hấp thụ :
Q’k + Q’A = Q’o + Q’H + Q’B
Trong đó :
Q’k

Ngơ Sĩ Dũng

: Nhiệt thải ra của thiết bị ngưng tụ



Trang 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Q’A
Q’0
Q’H
Q’B

: Nhiệt thải ra của thiết bị hấp thụ
: Nhiệt trao đổi của thiết bị bay hơi
: Nhiệt tiêu tốn cho quá trình sinh hơi

: Nhiệt quy đổi tiêu tốn cho bơm dung dịch

Hệ số làm lạnh của máy lạnh hấp thụ :
ζ=

Q' 0
Q'
= 0
Q ' H +Q' B
Q' H

(Vì Q’B << Q’H)

Điều kiện cho một chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động được là :
∆ξ = ξr - ξa > 0
Trong đó :
ξ : Nồng độ khối lượng dung dịch :
ξ =

khối lượng môi chất lạnh
khối lượng môi chất lạnh + khối lượng chất hấp thụ

ξr : Nồng độ dung dịch đậm đặc sau khi ra khỏi bình hấp thụ
ξa : Nồng độ dung dịch lỗng sau khi ra khỏi bình sinh hơi
∆ξ : cịn gọi là vùng khử khí. Vậy vùng khử khí phải dương .
1.1.2. Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm lớn nhất của máy lạnh hấp thụ là sử dụng chủ yếu nguồn nhiệt
năng có nhiệt độ khơng cao (80 ÷ 1500C) để hoạt động . Chính vì thế, máy lạnh
hấp thụ góp phần vào việc sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng khác nhau:
năng lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nhiệt năng thừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền

như khói thải, hơi trích ...
Ưu điểm tiếp theo của máy lạnh hấp thụ là có rất ít chi tiết chuyển động,
kết cấu chủ yếu là các thiết bị trao đổi nhiệt và trao đổi chất, bộ phận chuyển
động duy nhất là bơm dung dịch. Vì vậy, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản,
độ tin cậy cao, máy làm việc ít ồn và rung. Trong vịng tuần hồn hồn mơi chất,
khơng có dầu bôi trơn nên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu
làm nhiệt trở tăng như trong máy lạnh nén hơi.
Ngồi ra, hiện nay, khi tình trạng phá hủy tầng Ơzơn do các chất frêon gây
ra, việc tìm các mơi chất lạnh khác thay thế đang cịn rất khó khăn thì việc dùng
máy lạnh hấp thụ thay thế máy lạnh nén hơi trong lĩnh vực điều hòa khơng khí
có ý nghĩa rất lớn .
Máy lạnh hấp thụ cũng có nhược điểm là giá thành hiện nay cịn rất đắt,
cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn hơn so với máy lạnh nén hơi. Lượng nước làm
mát tiêu thụ cũng lớn hơn vì phải làm mát thêm bình hấp thụ. Thời gian khởi
động chậm, tổn thất khởi động lớn do lượng dung dịch chứa trong thiết bị lớn .
1.1.3.Mô hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thực tế:

Ngơ Sĩ Dũng



Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.2.
Sơ đồ máy
lạnh hấp thụ
H2O/LiBr

một cấp thực

tế.

Hình 1.3.Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp của Trane.

1.2. Môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ :
1.2.1. Yêu cầu đối với môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ :
Ngồi mơi chất lạnh, máy lạnh hấp thụ cịn sử dụng thêm một môi chất hấp
thụ nữa, gọi chung là cặp môi chất lạnh. Yêu cầu đối với cặp môi chất lạnh trong

Ngô Sĩ Dũng



Trang 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

máy lạnh hấp thụ cũng giống như đối với các mơi chất lạnh khác là có tính chất
nhiệt động tốt, khơng độc hại, khó cháy, khó nổ, khơng ăn mịn đối với vật liệu
chế tạo máy, phải rẽ tiền, dễ kiếm... Ngồi ra cặp mơi chất lạnh cần phải :
- Hịa tan hồn tồn vào nhau nhưng nhiệt độ sôi ở cùng điều kiện áp suất
càng xa nhau càng tốt, để hơi môi chất lạnh sinh ra ở bình sinh hơi khơng lẫn
chất hấp thu û.
- Nhiệt dung riêng của dung dịch phải bé, đặc biệt đối với máy lạnh hấp thụ
chu kỳ để tổn thất nhiệt khởi động máy nhỏ .
Hiện nay, máy lạnh hấp thụ sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh là
NH3/ H2O và H2O/ LiBr. Hiện nay, có một số cơng trình đã cơng bố dùng các

chất hấp thụ rắn trong máy lạnh hấp thụ chu kỳ như CaCl2, zeôlit, cacbon hoạt
tính ...nhưng vẫn chưa được sử dụng phổ biến vì tuy chúng có ưu điểm là khơng
cần thiết bị tinh cất, nhưng do có các nhược điểm là : làm giảm hệ số dẫn nhiệt,
sự giãn nỡ thể tích quá mức (gấp 10 lần) và tỏa ra nhiệt lượng rất lớn trong quá
trình hấp thụ dẫn đến làm giảm đáng kể hệ số hữu ích của thiết bị .
Máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có các ưu điểm chính sau :
- Nước là môi chất lạnh nên đảm bảo vệ sinh môi trường .
- Tỷ số áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi nhỏ (khoảng 4) .
- Khơng cần thiết bị tinh cất hơi mơi chất vì từ dung dịch H2O/ LiBr chỉ có hơi
của mơi chất lạnh là nước thoát ra .
- Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho thiết bị sinh hơi cho phép thấp đến 800C .
Tuy nhiên, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có các nhược điểm sau :
- Tính ăn mịn của dung dịch rất cao, gây han rỉ thiết bị nên yêu cầu phải dùng
kim loại quý, đắt tiền .
- Phải duy trì độ chân khơng rất sâu trong thiết bị .
- Có khả năng xảy ra sự kết tinh gây tắt nghẽn thiết bị .
- Nhiệt độ bay hơi không thấp hơn (3 ÷ 7)0C vì mơi chất lạnh là nước đóng băng
ở 00C .
Chính vì hai nhược điểm đầu mà giá thành của máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr
rất đắt .
Cịn máy lạnh hấp thụ NH3/ H2O, tuy khơng hiệu quả bằng máy lạnh hấp thụ
H2O/ LiBr và còn gây mùi khai, độc hại nếu xì hở. Ngồi ra, do lượng nước
cuốn theo hơi NH3 rất lớn nên cần phải có thiết bị tinh luyện hơi NH3 trước khi
vào bình ngưng.
1.2.2. Cặp mơi chất H2O/LiBr :
1.2.2.1. Đặc tính của dung dịch H2O/LiBr :
1.2.2.1.1. Tính chất :

Ngơ Sĩ Dũng
10



Trang