ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
----------------------------

Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Kiến Quốc
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Hào
MSSV: 1913222
Lớp: CK19NH1
Tp.HCM, ngày 18 tháng 05 năm 2022


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------Số: …………/BKĐT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
---------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
KHOA: CƠ KHÍ
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH
HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN ANH HÀO

LỚP: CK19NH1
MSSV: 1913222

1. Đầu đề đồ án:

THIẾT KẾ BÌNH NGƯNG CỦA CHILLER CƠNG SUẤT 1000 kW
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

Yêu cầu về nội dung:
Lựa chọn, tính toán, thiết kế bình ngưng giải
nhiệt bằng nước cho Chiller 1000 kW lắp đặt
tại TP. Hồ Chí Minh.
Số liệu ban đầu:
Thơng số ngồi trời: tN = 35,4oC và N = 70%.
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 18/02/2022
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 18/05/2022
5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Võ Kiến Quốc

Nội dung và yêu cầu đồ án đã được thông qua Bộ mơn.
Ngày
Tháng
Năm 2022
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt:………………………………………………………………………..
Ngày bảo vệ:………………………………………………………………………..
Điểm tổng kết:……………………………………………………………………….



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: CƠ KHÍ

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-------o0o-------

---------------o0o--------------Ngày

Tháng

Năm

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN
(Dành cho giáo viên hướng dẫn)
1. Họ và tên SV: Nguyễn Anh Hào

MSSV: 1913222

Ngành (chuyên ngành): Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh
Đề tài: “Thiế t kế bình ngưng của Chiller công suất 1000 kW”
2. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Kiến Quốc
3. Tổng quát về bản thuyế t minh:

Số trang: 42

Số chương: 7


Số tài liệu tham khảo: 3

Số hình vẽ: 14

4. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

............................................................... ...........
..........................................................................
............................................................... ...........
..........................................................................
............................................................... ...........
.................................................................... ......
........................................................... ...............
............................................................... ...........
..........................................................................
............................................................... ...........
5. Đề nghi:̣ Được bảo vệ

Bổ sung thêm để bảo vệ

Không được bảo vệ

Đánh giá chung (bằng chữ Giỏi, Khá, TB)……….. Điểm ……../10
Ký tên (ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Khoa: CƠ KHÍ
-------o0o-------


CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
---------------o0o--------------Tháng

Ngày

Năm

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN
(Dành cho giáo viên phản biện)
1. Họ và tên SV: Nguyễn Anh Hào

MSSV: 1913222

Ngành (chuyên ngành): Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh
2. Đề tài: “Thiế t kế bình ngưng của Chiller cơng suất 1000 kW”
3. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Kiến Quốc
4. Tổng quát về bản thuyế t minh:

Số trang: 42

Số chương: 7

Số tài liệu tham khảo: 3

Số hình vẽ: 14

5. Nhận xét của giáo viên phản biện:


............................................................... ...........
..........................................................................
............................................................... ...........
.................................................................... ......
........................................................... ...............
............................................................... ...........
..........................................................................
............................................................... ...........
..........................................................................
............................................................... ...........
6. Đề nghi:̣ Được bảo vệ

Bổ sung thêm để bảo vệ

Không được bảo vệ

Đánh giá chung (bằng chữ giỏi, khá, TB)………. Điểm ……../10
Ký tên (ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Sau ba năm học tại giảng đường đại học đã giúp sinh viên có được những kiế n thức
cơ bản làm nền tảng cho chuyên ngành, thì học kỳ làm đồ án là khoảng thời gian quý báu
nhất để sinh viên tổng hợp, đúc kết lại tất cả những kiến thức đã được học trong thời gian
qua để vận dụng cho đề tài của mình.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Kiến Quốc, trong suốt quá trình hướng dẫn đã
ln tận tình giúp đỡ, giải đáp những thắc mắc của em một cách cụ thể và luôn tạo điều
kiện tốt nhất để em có thể hồn thành được đồ án.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đế n tất cả thầy cô trong bộ môn Công nghệ Nhiệt
Lạnh đã tận tình dạy bảo, truyền đạt những kiế n thức cho em trong suốt thời gian qua.

Cuối cùng, dù đã rất cố gắng hoàn thành đồ án tốt nhất trong khả năng có thể nhưng
với vốn kiế n thức có hạn và chưa được tiế p xúc nhiều với thực tế nên đồ án chắc chắn còn
nhiều thiế u sót. Vì vậy, em mong muốn nhận được sự góp ý từ Q thầy/cơ trong bộ mơn
để đồ án của em được tốt hơn. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn tất cả Quý thầy/cô đã
giúp đỡ để em thực hiện được đồ án này.
Sinh viên, Nguyễn Anh Hào

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH .................................................................................. iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH NGƯNG TRONG CHILLER ....................... 1
1.1 Sơ lược về hệ thống điều hòa trung tâm Chiller ............................................. 1
1.1.1

Giới thiệu .................................................................................................... 1

1.1.2

Đặc điểm ..................................................................................................... 1

1.1.3

Ưu điểm...................................................................................................... 2


1.1.4

Nhược điểm ................................................................................................ 2

1.2

Đặc điểm chung của bình ngưng ...................................................................... 3

1.3

Phân loại bình ngưng ....................................................................................... 4

1.3.1

Bình ngưng ống nước có thân nằm ngang ................................................ 4

1.3.2

Bình ngưng ống nước có thân đứng thẳng ............................................... 6

1.3.3

Bình ngưng panen...................................................................................... 7

1.3.4

Bình ngưng tấm bản .................................................................................. 8

1.3.5


Bình ngưng xối tưới ................................................................................... 9

1.4

Kết luận ........................................................................................................... 10

CHƯƠNG 2: CHỌN THƠNG SỐ THIẾT KẾ .......................................................... 11
2.1 Phân tích lựa chọn môi chất lạnh................................................................... 11
2.1.1

Môi chất lạnh R134a ................................................................................ 11

2.1.2

Môi chất lạnh R410a ................................................................................ 12

2.1.3

Môi chất lạnh R32 .................................................................................... 13

2.2

Phân tích lựa chọn chu trình lạnh.................................................................. 14

2.2.1

Chu trình lạnh một cấp cơ bản ................................................................ 14

2.2.2


Chu trình lạnh có q nhiệt, quá lạnh..................................................... 15

2.3

Lựa chọn nhiệt độ cho thiết kế ....................................................................... 16

2.3.1

Nhiệt độ bay hơi........................................................................................ 16

ii


2.3.2

Nhiệt độ nước vào và nước ra của bình ngưng ....................................... 17

2.3.3

Nhiệt độ ngưng tụ..................................................................................... 18

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CHU TRÌNH LẠNH ...................................................... 19
VÀ TÍNH TỐN NHIỆT CHO BÌNH NGƯNG ........................................................ 19
3.1 Tính tốn chu trình lạnh ................................................................................. 19
3.2

Tính tốn nhiệt cho bình ngưng ...................................................................... 20

3.2.1


Chọn kích thước đường ống trong thiết bị .............................................. 20

3.2.2

Tính tốn mật độ dịng nhiệt về phía nước .............................................. 21

3.2.3 Tính tốn mật độ dịng nhiệt về phía tác nhân lạnh (bên ngồi đường
ống) ........................................................................................................................ 23
3.2.4

Tính tốn hệ số truyền nhiệt của thiết bị ................................................. 25

3.2.5

Tính tốn chiều dài của thiết bị ............................................................... 25

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THUỶ LỰC BÌNH NGƯNG ......................................... 27
4.1 Tổn thất áp suất cục bộ ................................................................................... 27
4.2

Tổn thất áp suất do ma sát .............................................................................. 27

4.3

Tổn thất áp suất tĩnh ....................................................................................... 27

4.4

Tổng tổn thất áp suất ....................................................................................... 27


CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN KIỂM TRA BỀN BÌNH NGƯNG ................................. 28
5.1 Tính tốn bề dày thân bình ............................................................................. 28
5.2

Tính tốn bề dày mặt sàng .............................................................................. 29

5.3

Tính tốn sức bền cho nắp .............................................................................. 30

CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC VÀ BẢN VẼ BÌNH NGƯNG .............. 31
CHƯƠNG 7: SỬ DỤNG PHẦN MỀM HTRI EXCHANGER SUIT ĐỂ TÍNH
TỐN THIẾT KẾ BÌNH NGƯNG................................................................................33
TÀI LIỆU KHAM KHẢO..............................................................................................42

iii


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống Water chiller giải nhiệt nước
Hình 1.2 Hình ảnh bình ngưng vỏ bọc chùm ống nằm ngang
Hình 1.3 Hình ảnh bình ngưng vỏ bọc chùm ống đứng thẳng
Hình 1.4 Hình ảnh bình ngưng panen
Hình 1.5 Sơ đồ khơng gian của bình ngưng tấm bản
Hình 1.6 Hình ảnh bình ngưng xối tưới
Hình 2.1 Đồ thị T-s và logp-i của chu trình lạnh cơ bản
Hình 2.2 Đồ thị T-s và logp-i của chu trình lạnh có q nhiệt q lạnh
Hình 2.3 Sơ đồ bình ngưng giải nhiệt bằng nước
Hình 3.1 Giao diện phần mềm EES tính thơng số của các trạng thái
Hình 3.2 Hình dạng ống cánh

Hình 3.3 Giao diện phần mềm EES tính các thơng số của nước
Hình 3.4 Giao diện phần mềm EES tính các thơng số của mơi chất lạnh
Hình 7.1: Phần mềm HTRI

iv


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của môi chất lạnh R134a
Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của môi chất lạnh R410a
Bảng 2.3 Ưu điểm và nhược điểm của môi chất lạnh R32
Bảng 2.4 Đánh giá đặc tính từng loại mơi chất lạnh
Bảng 2.5 Ưu điểm và nhược điểm của chu trình lạnh một cấp cơ bản
Bảng 2.6 Ưu điểm và nhược điểm của chu trình một cấp có q nhiệt q lạnh
Bảng 2.7 Thơng tin về các thông số của thiết bị
Bảng 3.1 Bảng thơng số các trạng thái của chu trình
Bảng 3.2 Bảng tóm tắt thơng số bình ngưng
Bảng 5.1 Thơng số bề dày của các vị trí của bình ngưng
Bảng 6.1 Bảng các thơng số kích thước của bình ngưng

v


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH NGƯNG TRONG CHILLER

1.1 Sơ lược về hệ thống điều hịa trung tâm Chiller


Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống Water chiller giải nhiệt nước
1.1.1. Giới thiệu
Hệ thống điều hòa Chiller là hệ thống sử dụng máy Chiller để làm lạnh nước,
dùng nước làm chất tải lạnh và phân phối nước này để làm mát không gian cần điều hòa.
Máy Chiller là một cụm gồm 4 thiết bị chính của chu trình nhiệt căn bản là máy
nén, van tiết lưu, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và các phụ kiện khác. Trên thực tế
là nguyên cụm khơng tách rời.
1.1.2. Đặc điểm
Trong một hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm Water Chiller, các thành phần
cơ bản bao gồm:
-

Cụm trung tâm Water Chiller: sản xuất nước lạnh cho hệ thống.

1


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

-

Hệ thống đường ống dẫn nước: gồm đường nước cấp, nước hồi về, nước thải.

-

Hệ thống các thiết bị trao đổi nhiệt, xử lý khơng khí AHU, FCU, PAU: xử lí độ


sạch cho khơng khí trước khi đưa vào khơng gian điều hịa.
-

Hệ thống các kênh dẫn gió, phụ kiện ống gió: cung cấp gió đã được làm mát

đến khơng gian cần làm mát.
-

Hệ thống bơm, tuần hoàn nước trong hệ thống.

-

Tháp giải nhiệt nước: giải phóng năng lượng nhiệt của bình ngưng.

1.1.3 Ưu điểm
-

Công suất dao động lớn: Từ 5 Tấn lên đến hàng ngàn Tấn lạnh.

-

Hệ thống ống nước lạnh gọn nhẹ, cho phép lắp đặt trong các tòa nhà cao tầng,

công sở nơi không gian lắp đặt ống nhỏ.
-

Hệ thống hoạt động ổn định, bền và tuổi thọ cao.

-


Hệ thống có nhiều cấp giảm tải, cho phép điều chỉnh cơng suất theo phụ tải bên

ngồi và do đó tiết kiệm điện năng khi non tải. Một máy thường có từ 3 đến 5 cấp giảm
tải. Đối với hệ thống lớn người ta sử dụng nhiều cụm máy nên tổng số cấp giảm tải lớn
hơn nhiều.
-

Thích hợp với các cơng trình lớn hoặc rất lớn.

-

Tiết kiệm điện năng, tiết kiệm chi phí.

-

Nhiệt độ ổn định.

1.1.4 Nhược điểm
Chi phí đầu tư, lắp đặt, vận hành và bảo trì đều cao là điều đương nhiên để đánh
đổi lấy các ưu điểm bên trên. Cụ thể:
-

Lắp đặt và vận hành tương đối phức tạp, yêu cầu thợ lành nghề.

-

Một số hệ thống phải mất khơng gian vị trí đặt máy dưới tầng hầm...

-


Vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng tương đối phức tạp.

-

Tiêu thụ điện năng cho một đơn vị công suất lạnh cao, đặc biệt khi tải non....

2


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

1.2 Đặc điểm chung của bình ngưng
Bình ngưng là nơi truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh ở nhiệt độ cao cho mơi
chất giải nhiệt. Hơi đi vào bình ngưng thường là hơi quá nhiệt, cho nên trước tiên nó
được làm lạnh đến nhiệt độ bão hịa rồi đến q trình ngưng tụ và thường cuối cùng
cịn có q lạnh trước khi ra khỏi bình ngưng.
Theo cách giải nhiệt, thiết bị ngưng tụ có thể chia ra làm hai nhóm: giải nhiệt bằng
nước và bằng khơng khí. Hầu hết bình ngưng đều được giải nhiệt bằng hai cách trên,
song cũng có loại bình đặc biệt được giải nhiệt bằng tác nhân lạnh như trong máy lạnh
bậc thang hoặc giải nhiệt bằng sản phẩm cơng nghệ.
Bình ngưng giải nhiệt bằng nước cũng có nhiều loại như: bình ngưng ống nước có
thân nằm ngang, bình ngưng ống nước có thân đứng thẳng, bình ngưng panen, bình
ngưng tấm bản, bình ngưng chia thành nhiều cụm có thể tách rời nhau, bình ngưng xối
tưới và bình ngưng bốc hơi. Hai loại bình ngưng xối tưới và bình ngưng bốc hơi giải
nhiệt kết hợp bằng nước lẫn khơng khí.
Trong các bình ngưng ống nước giải nhiệt là do nước chuyển động bên trong ống
nhờ bơm và nước nóng lên vài độ (từ 3 – 7oC). Trong bình ngưng xối tưới và bình
ngưng bốc hơi, ngồi phần nhiệt lượng được giải bằng q trình hâm nóng nước và

khơng khí (nhiệt hiện) cịn có một phần nhiệt được giải đi là do nước bay hơi vào trong
khơng khí (nhiệt ẩn). Trong bình ngưng bốc hơi thì phần nhiệt ẩn này nhiều hơn vì dịng
khơng khí được lưu động cưỡng bức nhờ quạt hút (hoặc thổi).
Bình ngưng giải nhiệt bằng khơng khí được chia làm hai loại: đối lưu cưỡng bức
và đối lưu tự nhiên. Loại đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt để tạo dịng lưu động cho
khơng khí, vì vậy khả năng trao đổi nhiệt sẽ tốt hơn. Tuy nhiên nhìn chung, giải nhiệt
bằng khơng khí khơng đem lại hiệu quả cao như giải nhiệt bằng nước. Vì vậy các bình
ngưng giải nhiệt bằng khơng khí chỉ thường dùng cho các hệ thống có cơng suất nhỏ.
Sự giải nhiệt của bình ngưng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của hệ thống lạnh.
Việc đảm bảo khả năng giải nhiệt luôn hoạt động tốt là hết sức quan trọng. Khi giải nhiệt
không tốt, sẽ sinh ra các vấn đề như giảm năng suất lạnh, tăng năng lượng tiêu thụ của
hệ thống, đặc biệt là làm tăng áp suất ngưng tụ của môi chất lạnh.

3


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

1.3 Phân loại bình ngưng
1.3.1 Bình ngưng ống nước có thân nằm ngang

1 - Nắp bình ; 2 - Ống xả khí không ngưng ; 3 - Ống cân bằng ; 4 - Ống trao đổi nhiệt
5 - Ống gas vào ; 6 - Ống lắp van an toàn ; 7 - Ống lắp áp kế ; 8 - Ống xả air của nước
9 - Ống nước ra ; 10 - Ống nước vào ; 11 - Ống xả cặn ; 12 - Ống lỏng về bình chứa
Hình 1.2 Hình ảnh bình ngưng vỏ bọc chùm ống nằm ngang
Bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang, hai đầu có hai mặt sàng hàn vào thân. Các
ống nước tạo thành bề mặt truyền nhiệt được núc vào hai mặt sàng. Ở hai đầu có hai nắp
siết chặt với mặt bích của hai mặt sàng bằng bulơng tạo thành hai buồng nước có các

vách ngăn hướng dịng chảy của mơi chất chuyển động trong ống. Mơi chất lạnh chuyển
động phía ngồi ống – trao đổi nhiệt rồi ngưng tụ thành lỏng thốt ra phía dưới bình.
Trong bình có các vách hướng dịng mơi chất lạnh để quá trình trao đổi nhiệt diễn ra đều
tại các ống. Ngồi ra ở phía dưới bình nơi mơi chất lạnh ngưng tụ thốt ra ngồi cịn bố
trí thêm dàn ống quá lạnh. Độ quá lạnh môi chất thường từ 1-2oC.
a. Ưu điểm:
-

Bình ngưng ống chùm nằm ngang, giải nhiệt bằng nước nên hiệu quả giải nhiệt

cao, mật độ dịng nhiệt khá lớn q = 3000 ÷ 8000 W/m2, k= 800÷1000 W/m2.K, độ
chênh nhiệt độ trung bình ∆t = 5÷6 K.
-

Dễ dàng thay đổi tốc độ nước trong bình để có tốc độ thích hợp nhằm nâng cao

hiệu quả trao đổi nhiệt, bằng cách tăng số pass tuần hoàn nước.

4


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

-

Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.

-


Cấu tạo chắc chắn, gọn và rất tiện lợi trong việc lắp đặt trong nhà, có suất tiêu

hao kim loại nhỏ, khoảng 40÷45 kg/m2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng đẹp
phù 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 các

hệ 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 sắt

thường xuyên phải tiếp xúc môi trường nước và không khí nên tốc độ ăn mịn ống trao
đổi nhiệt khá nhanh. Đối với bình ngưng loại này, do thường xuyên chứa nước nên bề
mặt trao đổi nhiệt hầu như luôn luôn ngập trong nước mà không tiếp xúc với không khí.
Vì vậy tốc độ ăn mịn diễn ra chậm hơn nhiều.
b. 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 đường
nước, vv… nên tăng chi phí đầu tư và vận hành. Ngồi buồng máy, u cầu phải có
khơng gian thống bên ngồi để đặt tháp giải nhiệt. Q trình làm việc của tháp ln

ln kéo theo bay hơi nước đáng kể, nên chi phí nước giải nhiệt khá lớn, nước thường
làm ẩm ướt khu lân cận, vì thế nên bố trí xa các cơng trình.
-

Kích thước bình tuy gọn, nhưng khi lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảng khơng

gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh và sửa chữa khi cần thiết.
-

Quá trình bám bẩn trên bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt khi chất

lượng nguồn nước kém.
Khi sử dụng bình ngưng ống vỏ nằm ngang cần quan tâm chú ý hiện tượng bám
bẩn bề mặt bên trong các ống trao đổi nhiệt, trong trường hợp này cần vệ sinh bằng hoá
chất hoặc cơ khí. Thường xuyên xả cặn bẩn đọng lại ở tháp giải nhiệt và bổ sung nước
mới. Xả khí và cặn đường nước.

5


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

1.3.2 Bình ngưng ống nước có thân đứng thẳng

1 - Ống cân bằng, 2 - Xả khí khơng ngưng, 3 - Bộ phân phối nước, 4 - Van an toàn
5 - Ống TĐN, 6 - Áp kế, 7 - Ống thuỷ, 8 - Bể nước, 9 - Bình chứa cao áp
Hình 1.3 Hình ảnh bình ngưng vỏ bọc chùm ống đứng thẳng
Để tiết kiệm diện tích lắp đặt người ta sử dụng bình ngưng ống vỏ đặt đứng. Cấu

tạo tương tự bình ngưng ống chùm nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ thường được
chế tạo từ thép CT3, bên trong là các ống trao đổi nhiệt thép áp lực C20,
bố trí đều, được hàn hoặc núc vào các mặt sàng. Nước được bơm lên máng phân
phối nước ở trên cùng và chảy vào bên trong các ống trao đổi nhiệt. Để nước chảy theo
thành ống trao đổi nhiệt, ở phía trên các ống trao đổi nhiệt có đặt các ống hình cơn. Phía
dưới bình có máng hứng nước. Nước sau khi giải nhiệt xong thường được xả bỏ. Hơi
quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên. Lỏng ngưng tụ chảy xuống phần dưới
của bình giữa các ống trao đổi nhiệt và chảy ra bình chứa cao áp. Bình ngưng có trang
bị van an tồn, đồng hồ áp suất, van xả khí, kính quan sát mức lỏng.
Trong q trình sử dụng bình ngưng ống vỏ thẳng đứng cần lưu ý những hư hỏng
có thể xảy ra như sự bám bẩn bên trong các ống trao đổi nhiệt, các cửa nước vào các
ống trao đổi nhiệt khá hẹp nên dễ bị tắc, cần định kỳ kiểm tra sửa chữa. Việc vệ sinh
bình ngưng tương đối phức tạp. Ngồi ra khi lọt khí khơng ngưng vào bình thì hiệu quả
làm việc giảm, áp suất ngưng tụ tăng vì vậy phải tiến hành xả khí khơng ngưng thường
xun. Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng ít sử dụng ở nước ta do có một số nhược điểm
quan trọng.

6


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

a. Ưu điểm:
-

Hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn, phụ tải nhiệt của bình đạt 4500 W/m2 ở độ chênh

nhiệt độ 4÷5 K, tương ứng hệ số truyền nhiệt k = 800÷1000 W/m2.K.

Thích hợp cho hệ thống cơng suất trung bình và lớn, khơng gian lắp đặt chật hẹp, phải
bố trí bình ngưng ở ngoài trời.
-

Do các ống trao đổi nhiệt đặt thẳng đứng nên khả năng bám bẩn ít hơn so với

bình ngưng ống chùm nằm ngang, do đó khơng u cầu chất lượng nguồn nước cao lắm.
-

Do kết cấu thẳng đứng nên lỏng mơi chất và dầu chảy ra ngồi khá thuận lợi,

việc thu hồi dầu cũng dễ dàng. Vì vậy bề mặt trao đổi nhiệt nhanh chóng được giải
phóng để cho môi chất làm mát.
b. 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 dồi dào

và rẻ tiền.
-

Đối với hệ thống rất lớn sử dụng bình ngưng kiểu này khơng thích hợp, do kích

thước cồng kềnh, đường kính bình q lớn khơng đảm bảo an tồn.
1.3.3 Bình ngưng panen


Hình 1.4 Hình ảnh bình ngưng panen

7


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

Với ý đồ thay thế các ống khơng có mối hàn bằng thép tấm rẻ tiền hơn, người ta đã
nghiên cứu chế tạo loại bình ngưng panen. Bộ phận chủ yếu của bình ngưng là panen 2
làm từ hai tấm thép cán có bề dày 2,5÷3mm được dập thành hình gợn sóng ốp vào nhau.
Do đó trong panen sẽ hình thành một dãy các rãnh đứng 1, trong đó NH3 sẽ ngưng tụ.
Hai cạnh ngoài cùng dọc theo chiều dài của panen được hàn kín, cịn khoảng giữa các
rãnh thì chỉ cần ốp sát và hàn điểm (phần này đóng vai trị như là cánh).
Nước giải nhiệt đi vào ống 3 qua ống góp có lỗ phân phối, lần lượt chảy qua các
panen và đi ra ống 4. Loại bình ngưng này cho phép có thể tháo mở dễ dàng để khám
nghiệm, làm vệ sinh và sơn phết để chống sét gỉ, tuy nhiên kích thước và trọng lượng
của bình ngưng cũng cịn khá lớn.
Bình ngưng panen cịn có thể cải tiến hơn để có thể cạnh tranh với các loại bình
ngưng khác.
1.3.4 Bình ngưng tấm bản

Hình 1.5 Sơ đồ khơng gian của bình ngưng tấm bản
Bình ngưng tấm bản được ghép từ nhiều tấm kim loại ép chặt với nhau nhờ hai nắp
kim loại có độ bền cao. Các tấm được dập gợn sóng. Mơi chất lạnh và nước giải nhiệt
được bố trí đi xen kẽ nhau. Cấu tạo gợn sóng có tác dụng làm rối dịng chuyển động của
mơi chất và tăng hệ số truyền nhiệt đồng thời tăng độ bền của nó. Các tấm bản có chiều

8



Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

dày khá mỏng nên nhiệt trở dẫn nhiệt bé, trong khi diện tích trao đổi nhiệt rất lớn.
Thường cứ 2 tấm được hàn ghép với nhau thành một panel. Môi chất chuyển động bên
trong, nước chuyển động ở khoảng hở giữa các panel khi lắp đặt.
Trong quá trình sử dụng cần lưu ý hiện tượng bám bẩn ở bề mặt ngoài các panel
(phía đường nước) nên cần định kỳ mở ra vệ sinh hoặc sử dụng nguồn nước có chất
lượng cao. Có thể vệ sinh cáu bẩn bên trong bằng hoá chất, sau khi rửa hố chất cần
trung hồ và rửa sạch để khơng gây ăn mịn làm hỏng các panel.
a. Ưu điểm:
- Do được ghép từ các tấm bản mỏng nên diện tích trao đổi nhiệt khá lớn, cấu tạo gọn.
- Dễ dàng tháo lắp để vệ sinh sửa chữa và thay thế. Có thể thêm bớt một số panel để
thay đổi công suất giải nhiệt một cách dễ dàng.
- Hiệu quả trao đổi nhiệt cao, tương đương bình ngưng vỏ bọc chùm ống NH3 .
b. Nhược điểm:
- Chế tạo khó khăn. Cho đến nay chỉ có các hãng nước ngồi là có khả năng chế tạo
các bình ngưng kiểu tấm bản. Do đó thiếu các phụ tùng có sẵn để thay thế sửa chữa.
- Khả năng rò rỉ đường nước khá lớn do số đệm kín nhiều.
1.3.5 Bình ngưng xối tưới

Hình 1.6 Hình ảnh bình ngưng xối nước

9


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222


GVHD: Võ Kiến Quốc

Bình ngưng xối tưới có cấu tạo 14 chùm ống xoắn nằm ngang Φ57 x 3,5 đặt song
song. Hơi NH3 từ ống 2 vào ống góp phân phối 3 tràn vào các ống phía dưới. Khi đi lên
trên hơi NH3 sẽ ngưng tụ và được tách ra dần bởi các ống trung gian và tập trung vào
ống đứng thẳng 6 để vào bình chứa 4. Bình chứa 4 có nối với phần trên của bình ngưng
bởi ống cân bằng 5. Dẫn hơi NH3 vào bình ngưng từ phía dưới nhằm mục đích ngăn
ngừa dầu rơi vào các ống phía trên để giảm trở nhiệt. Các ống tách lỏng trung gian (có
thể có 4, 8, 10 và 12 ống cho mỗi một chùm ống xoắn) để ngăn ngừa hiện tượng ngập
lỏng ở phần dưới cũng nhằm mục đích tăng cường khả năng truyền nhiệt.
Nước giải nhiệt được bơm vào bồn chứa 1 và đi vào các máng phân phối có tiết
diện hình tam giác trên mỗi một chùm ống. Nhờ vậy mà nước được tưới đều trên ống
và chảy xuống bồn chứa phía dưới. Một phần nước nóng sẽ được thải đi và phần còn lại
sau khi trộn với nước lạnh sẽ được tuần hoàn trở lại. Lượng nước xối tưới cho mỗi chùm
ống vào khoảng 10÷12 m3/h. Để tiết kiệm nước giải nhiệt cần xây dựng bên cạnh bình
ngưng xối tưới các thiết bị làm mát nước giải nhiệt.
Mật độ dòng nhiệt của bình ngưng xối tưới tương đối cao q = 4,1÷5,2 kW/m2 .
a. Ưu điểm:
-

Tiêu hao nước giải nhiệt và kim loại ít hơn.

-

Dễ chế tạo và tin cậy trong vận hành.

b. Nhược điểm:
-


Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.

-

Thường xuyên làm vệ sinh thiết bị phân phối nước và bề mặt truyền nhiệt, nước

giải nhiệt dễ bị nhiễm bẩn. Ngày nay loại bình ngưng này khơng cịn sản xuất nữa.
1.4 Kết luận
 Vì đồ án đang thiết kế bình ngưng có cơng suất lớn nên ta sẽ bỏ qua việc phân tích
các bình ngưng giải nhiệt bằng khơng khí. Do đó ta chọn phương án bình ngưng
giải nhiệt bằng nước.
 Ta chọn phương án thiết kế là loại bình ngưng vỏ bọc chùm ống nằm ngang. Vì
những ưu điểm trên, cụ thể là mật độ dòng nhiệt lớn và suất tiêu hao kim loại ít,
thích hợp để thiết kế đáp ứng cho các hệ thống có cơng suất lớn.

10


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

CHƯƠNG 2: CHỌN THƠNG SỐ THIẾT KẾ
2.1 Phân tích lựa chọn mơi chất lạnh
Tác nhân lạnh sử dụng trong các thiết bị máy lạnh phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
-

Yêu cầu nhiệt động.

-


Yêu cầu về hóa lý.

-

Yêu cầu về lý sinh.

-

Yêu cầu về kinh tế.

Có rất nhiều tác nhân lạnh nhưng thường một tác nhân lạnh nào đó sẽ khơng hồn
tồn đáp ứng tốt tất cả bốn yêu cầu trên, vấn đề là người sử dụng tùy theo từng trường
hợp ứng dụng mà lựa chọn loại tác nhân lạnh tối ưu nhất cho trường hợp của mình.
Do những ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường của các tác nhân lạnh loại
CFC và HCFC (gây hiệu ứng nhà kính và phá hủy tầng ozon) như R11, R12, R22,…
nên sẽ không sử dụng chúng trong trường hợp này. Ta sẽ khảo sát một số tác nhân lạnh
khơng có hoặc có ảnh hưởng rất ít đến môi trường và đang được sử dụng hiện nay trong
các thiết bị làm lạnh với tư cách thay thế cho các tác nhân lạnh truyền thống.
Một số môi chất phổ biến đang được sử dụng hiện nay là: R134a, R32, R410a…
2.1.1 Mơi chất lạnh R134a
Tính chất nhiệt động của R134a rất giống với tính chất nhiệt động của R12, nhất là
trong vùng có nhiệt độ trung bình. Vì vậy có thể dùng R134a để thay thế cho R12 trong
hầu hết các ứng dụng kỹ thuật lạnh có nhiệt độ trung bình và trong điều hịa khơng khí.
R134a là mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động tương đối cao, thua
R12 và R22, là môi chất lạnh mới, được dùng rộng rãi cho máy lạnh 1 cấp
trong điều hòa khơng khí, thân thiện với mơi trường do trong thành phần
hóa học khơng có Cl nên khơng phá hủy tầng ozon khi rị rỉ. Là mơi chất
thay thế cho CFCs và HCFCs.
Cơng thức hóa học: CH2F-CF3


11


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của môi chất lạnh R134a
R134a
Ưu điểm

Nhược điểm

- Giá thành rẻ

- Tính hịa tan dầu thấp
nên khó khăn trong việc

- Là mơi chất lạnh được xem là thích

bơi trơn

hợp nhất để thay thế R22
-

- Khơng gây cháy nổ

Tính chất nhiệt động khơng
tốt bằng R22


- Khơng ăn mịn vật liệu chế tạo thiết bị
- Có tính chất nhiệt động tốt
-

Không gây ảnh hưởng tới môi trường

2.1.2 Môi chất lạnh R410a
Gas R410a là môi chất được sử dụng trong hệ thống làm lạnh hấp
thụ nhiệt của điều hòa khơng khí. Gas R410a có áp suất cao (áp suất tĩnh
lên tới 250 psi), Gas R410a cũng có thành phần hóa học tương tự như loại
gas R22 nhưng lại có tỉ số nén cao hơn so với gas R22.
R410A bao gồm 2 thành phần chính theo tỷ lệ: 50% R32 + 50% R125
Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của môi chất lạnh R410a
R410a
Ưu điểm
- Bảo vệ môi trường tốt, thay thế tốt
cho R22
- Khả năng làm mát nhanh hơn và
lạnh sâu.

Nhược điểm
- Khả năng hút ẩm cao, tạo
lớp cặn bám vào đường ống
- Chỉ phù hợp với những hệ
thống công suất nhỏ

12



Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

2.1.3 Môi chất lạnh R32
Đây là dòng gas lạnh mới, được sử dụng những công nghệ sản xuất mới nhất cho
đến hiện tại, được tạo ra nhằm thay thế cho các dòng gas lạnh cũ trước đó như R22 và
R410A. Lúc đầu, chúng chuyên được sử dụng tại thị trường Nhật Bản. Cho đến thời
điểm hiện tại, đa số các mẫu máy lạnh mới của hãng Daikin đều được sử dụng gas lạnh
R32 như là một cách đón đầu xu hướng sử dụng dòng gas này trong tương lai.
Bảng 2.3 Ưu điểm và nhược điểm của môi chất lạnh R32
R32
Ưu điểm

Nhược điểm

- An tồn: rất khó cháy, nổ

- Giá thành cao, chi phí đầu tư
và vận hành cao nên chỉ

- An tồn với mơi trường, lượng khí

thích hợp sử dụng các loại

thải giảm tới 75%

máy nhỏ.
- Làm lạnh sâu, tiết kiệm điện hơn
-


R410a

Khó lắp đặt, bảo trì cần thợ
có chun mơn tay nghề cao

- Dễ thích ứng

Bảng sau sẽ tổng hợp so sánh các đặc tính của ba loại mơi chất trên:
Bảng 2.4 Đánh giá đặc tính từng loại mơi chất lạnh
Đặc điểm

R134a

R410a

R32

Giá thành

Rẻ

Rẻ

Đắt

Kỹ thuật bảo trì nạp ga

Dễ


Khó

Khó

An tồn sức khỏe con người

TB

TB

Tốt

An tồn mơi trường tự nhiên

TB

Tốt

Tốt

Năng suất làm lạnh

TB

Tốt

Tốt

Tính tiết kiệm điện


Không

Không

Tốt

13


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

Kết luận:
 Nhìn chung, trong thực tế khơng có mơi chất lạnh nào là hồn hảo cả, có thể đáp
ứng hết được các nhu cầu khác nhau cho nên khi chọn chúng ta cần phát huy tối đa
các ưu điểm và hạn chế tối thiểu các nhược điểm trong từng ứng dụng cụ thể sao
cho hợp lý nhất.
 Từ sự phân tích tính chất, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng cũng như tính phổ
biến của mơi chất lạnh được các hãng phân phối Chiller nổi tiếng hiện nay sử dụng
như Carrier, York, Trane, Daikin,…thì ta chọn tác nhân lạnh R134a sử dụng.
2.2 Phân tích lựa chọn chu trình lạnh
2.2.1 Chu trình lạnh một cấp cơ bản

Hình 2.1 Đồ thị T-s và logp-i của chu trình lạnh cơ bản
-

Trạng thái 1: hơi bão hịa khơ
Đây là điểm trạng thái hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi và trước


khi vào máy nén. Hơi đi vào máy nén luôn được mong muốn là hơi bão hịa
khơ, nhưng trong thực tế vì nhiều lí do khác nhau, hơi đi vào máy nén là
hơi quá nhiệt. Vì vậy, điểm số 1 như trên hình là lý tưởng.
-

Trạng thái 2: hơi quá nhiệt
Trạng thái môi chất sau khi ra khỏi máy nén và trước khi được

ngưng tụ. Máy nén sẽ nén hơi đoạn nhiệt thuận nghịch cho đến khi đạt được
áp suất pk. Hơi ra khỏi máy nén luôn là hơi quá nhiệt.

14


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

-

GVHD: Võ Kiến Quốc

Trạng thái 3: lỏng sôi
Trạng thái hơi đã được ngưng tụ thông qua thiết bị ngưng tụ. Sau

khi được giải nhiệt, hơi đã chuyển thành lỏng để tiếp tục được đưa vào
van tiết lưu. Trong thực tế, vẫn có trường hợp điểm số 3 là lỏng chưa sơi,
đây cũng chính là trạng thái có lợi về mặt năng lượng.
-

Trạng thái 4: hơi bão hòa ẩm
Trạng thái hơi được tiết lưu đẳng entanpi, làm cho lỏng chuyển


thành hơi với nhiệt độ và áp suất thấp. Điểm số 4 ln là hơi bão hịa ẩm.
Bảng 2.5 Ưu điểm và nhược điểm của chu trình lạnh một cấp cơ bản
Chu trình lạnh một cấp cơ bản
Ưu điểm
- Công tiêu tốn cho máy nén thấp nên
tiết kiệm điện hơn

Nhược điểm
- Độ lạnh khơng sâu
- Có thể có hơi vào van tiết

- Giảm được cơng suất cần thiết cho
bình ngưng
- Thích hợp cho những dự án u

lưu
-

Hệ số COP thấp hơn chu
trình có q lạnh

cầu nhiệt độ vừa phải

2.2.2 Chu trình lạnh có q nhiệt, q lạnh
Các trạng thái 1, 2, 3, 4 tương tự như chu trình lạnh cơ bản, điểm khác biệt ở
chu trình này bao gồm trạng thái quá nhiệt 1’ và lỏng chưa sơi 3’.

Hình 2.2 Đồ thị T-s và logp-i của chu trình lạnh có q nhiệt q lạnh
-


Trạng thái 1’: hơi quá nhiệt

15


Nguyễn Anh Hào – MSSV: 1913222

GVHD: Võ Kiến Quốc

Đối với chu trình này, đây là điểm trạng thái sau khi ra khỏi thiết bị
bay hơi và trước khi vào máy nén, đây cũng là điểm trạng thái trong thực
tế, theo lý thuyết người ta rất mong muốn điểm này là hơi bão hịa khơ thì
sẽ hiệu quả nhất, nhưng vấn đề là tại đây không được phép là hơi bão hịa
ẩm (có lẫn lỏng sẽ làm hư máy nén). Vì vậy để đề phịng điều này khơng
xảy ra, người ta sẽ cho điểm 1 quá nhiệt ở mức độ vừa đủ.
-

Trạng thái 3’: lỏng chưa sôi
Lúc này, hơi được ngưng tụ thành lỏng chưa sôi, điều này thể hiện

một sự hiệu quả ngưng tụ tốt, đồng thời trạng thái này càng quá lạnh thì
năng suất lạnh càng tăng. Hiệu quả trao đổi nhiệt môi chất lạnh và tác nhân
cần làm lạnh tăng, làm lạnh sâu hơn.
Bảng 2.6 Ưu điểm và nhược điểm của chu trình một cấp có q nhiệt q lạnh
Chu trình lạnh một cấp có q nhiệt q lạnh
Ưu điểm
- Độ lạnh sâu tốt, có thể làm khơng gian
điều hòa giảm nhiệt độ tới rất thấp
- Hệ số COP cao


Nhược điểm
- Tiêu tốn công cho máy nén, hơi ra
khỏi máy nén có độ q nhiệt cao
- Bình ngưng cần phải có cơng suất lớn

Kết luận: Với ưu điểm là công tiêu tốn cho máy nén thấp dẫn đến tiết kiệm
điện hơn nên thích hợp với chu trình lạnh cơ bản. Ngoài ra, với những dự án
cần làm lạnh sâu như kho lạnh, lạnh công nghiệp chú trọng đến độ quá lạnh mới
cần sử dụng chu trình quá lạnh. Đối với dự án thiết kế bình ngưng cho Chiller
trong đồ án thì vấn đề nhiệt độ chỉ dừng ở mức vừa phải nên không cần quan
tâm điều này, sử dụng chu trình lạnh cơ bản một cấp là hợp lý nhất.
2.3 Lựa chọn nhiệt độ cho thiết kế
2.3.1 Nhiệt độ bay hơi
Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong máy làm lạnh nước Water
Chiller phải lớn hơn 0oC, để đảm bảo cho nước không làm lạnh tới 0oC,
gây tắc vỡ đường ống. Hiện nay, theo như các hãng Chiller cung cấp thì
nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh thường khoảng từ 2oC – 4oC.

16