Nghiên cứu ảnh hưỡng nhiệt độ của nước đến quá trình làm mát bay hơi bằng phương pháp thực nghiệm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.31 MB, 109 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ CỦA
NƯỚC ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM MÁT BAY HƠI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
SVTH : LỘC CHẠC HOÀNG
MSSV:
13147018
SVTH : NGUYỄN BÃO TỒN
MSSV:
13147073
GVHD: TS. NGUYỄN THẾ BẢO
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ CỦA
NƯỚC ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM MÁT BAY HƠI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
SVTH : LỘC CHẠC HOÀNG
MSSV:
13147018
SVTH : NGUYỄN BÃO TỒN
MSSV:
13147073
GVHD: TS. NGUYỄN THẾ BẢO
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
1. Lộc Chạc Hoàng
MSSV: 13147018
2. Nguyễn Bão Tồn
MSSV: 13147073
Chun ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Mã ngành đào tạo: 52510206
Hệ đào tạo: Chính quy
Mã hệ đào tạo: K13147
Khóa: 2013
Lớp: 131470A, 131470B
1. Tên đề tài:
Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của nước đến quá trình làm mát bay hơi bằng phương pháp
thực nghiệm
2. Nhiệm vụ đề tài:
- Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của nước đến quá trình làm mát bay hơi.
- Tính tốn so sánh chi phí đầu tư và vận hành giữa hệ thống điều hịa khơng khí thơng
thường và hệ thống làm mát bay hơi.
3. Sản phẩm đề tài:
- Biểu đồ, các bảng số liệu đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước, lưu lượng khơng khí,
lưu lượng nước.
- Kết quả so sánh các khoản chi phí giữa 2 phương án điều hịa khơng khí thông thường và
hệ thống làm mát bay hơi
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 20/03/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/07/2017
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn ……………………………..
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:…………….. Hội đồng:…………
Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:…………….. Hội đồng:…………
Tên đề tài: .........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
Ngành đào tạo: ................................................................................................................................
Họ và tên GV hướng dẫn: ...............................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
Mục đánh giá
TT
1.
2.
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm tối
Điểm đạt
đa
được
30
Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hợi…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
100
TP.HCM, ngày
tháng 07 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn ……………………………..
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên ......................................................... MSSV: ………….Hội đồng…………
Họ và tên sinh viên ......................................................... MSSV: ………….Hội đồng…………
Tên đề tài: .........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
Ngành đào tạo: ................................................................................................................................
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
Mục đánh giá
TT
1.
2.
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm tối
Điểm đạt
đa
được
30
Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
7. Kết luận:
100
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng 07 năm 2017
Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bộ môn Công nghệ Kỹ
thuật Nhiệt – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình chỉ dẫn chúng em
trong suốt thời gian học tại trường. Những kiến thức Thầy Cô đã truyền đạt cho chúng em
là cơ sở, nền tảng, đỉnh hướng nghề nghiệp cho sự phát triển sau này, cũng như là tạo tiền
đề cho chúng em thực hiện luận văn này.
Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thế Bảo đã giúp chúng em
định hướng đề tài, đưa ra những chỉ dẫn kịp thời và giải đáp các thắc mắc đề hoàn thành
đồ án này. Tuy nhóm chúng em đã cố gắng rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này,
nhưng vẫn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của quý thầy cô
để kết quả của chúng em được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP HCM, ngày 20 tháng 07 năm 2017
Sinh viên
Lộc Chạc Hoàng
Nguyễn Bão Toàn
TÓM TẮT
Đề tài này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của nước đến quá trình làm mát
bay hơi bằng phương pháp thực nghiệm. Ngồi ra cịn đề tài còn tiến hành thay đổi các giá
trị của lưu lượng khơng khí và lưu lượng nước vào thiết bị ở các trường hợp nhiệt độ nước
khác nhau. Dựa trên cơ sở thực nghiệm là các quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và khơng
khí, q trình ngưng tụ, bay hơi của hơi nước trong khơng khí, sự trao đổi nhiệt giữa ẩm
và khơng khí. Bên cạnh đó là dựa vào các kiến thức được học trên giảng đường Đại học và
đặc biệt là tiếp thu những ý kiến, kết quả nghiên cứu khoa học của Ts. Nguyễn Thế Bảo.
Để từ đó, ta đánh giá được sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước, lưu lượng khơng khí, lưu lượng
nước đến q trình làm mát bay hơi và sau đó đưa ra được chế độ làm việc tối ưu cho hệ
thống làm mát bay hơi.
Trong đồ án này, chúng em cũng đã tiến hành tính tốn và so sánh các khoản chi
phí cho cơng trình Viện Anh ngữ Đại học Đà Nẵng khi sử dụng hai phương án là làm mát
bay hơi và và hệ thống điều khơng khí sử dụng máy nén môi chất lạnh.
MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
Trang
MỤC LỤC........................................................................................................................... i
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU .................................................. iv
DANH MỤC HÌNH VẼ .....................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. vii
DANH MỤC ĐỒ THỊ ...................................................................................................... ix
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ..............................................................................................1
1.1.
Tổng quan về điều hịa khơng khí. .........................................................................1
1.2.
Giới thiê ̣u về hê ̣ thố ng làm mát bay hơi. ................................................................3
1.2.1. Giới thiê ̣u hê ̣ thố ng. ...........................................................................................3
1.2.2. Sơ đồ nguyên lý và cấ u ta ̣o hê ̣ thố ng.................................................................4
1.2.3. Đă ̣c điể m của hê ̣ thố ng làm la ̣nh bay hơi. .........................................................4
1.2.3.1. Ưu điể m......................................................................................................4
1.2.3.2. Nhươ ̣c điể m. ...............................................................................................5
1.3.
Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực làm mát bay hơi trong và ngoài
nước. 5
1.3.1. Ngoài nước ........................................................................................................5
1.3.2. Trong nước ........................................................................................................7
1.4.
Lý do chọn đề tài ....................................................................................................8
1.5.
Mục tiêu đề tài ........................................................................................................8
1.6.
Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................8
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................10
2.1.
Quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và khơng khí .................................................10
2.1.1. Q trình bay hơi nước ....................................................................................10
i
2.1.2. Q trình ngưng tụ hơi nước trong khơng khí.................................................10
2.1.3. Q trình bay hơi của nước và khơng khí .......................................................10
2.1.4. Các quá trình trao đổi nhiệt và ẩm giữa nước và khơng khí ...........................12
2.2.
Làm lạnh bay hơi ..................................................................................................14
2.2.1. Tổng qt về phương pháp làm lạnh bay hơi ..................................................14
2.2.2. Phân loại ..........................................................................................................15
2.2.2.1. Làm lạnh bay hơi kiểu trực tiếp ...............................................................15
2.2.2.1.1. Làm lạnh bay hơi trực tiếp kiểu chủ động (Active DEC Systems) ......17
2.2.2.1.2. Làm lạnh bay hơi trực tiếp kiểu thụ động (Passive DEC Systems) .....17
2.2.2.2. Làm lạnh bay hơi kiểu gián tiếp...............................................................19
2.2.2.2.1. Hệ thống IEC nhiệt độ bầu ướt ............................................................21
2.2.2.2.2. Hệ thống IEC điểm sương ....................................................................23
2.2.2.3. Làm lạnh bay hơi kiểu hỗn hợp ...............................................................23
2.3.
Công thức tiń h toán và đánh giá hiê ̣u quả thiế t bi................................................
25
̣
CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH ĐO ĐẠC MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM .........................27
3.1.
Mơ hình đánh giá thực nghiệm ............................................................................27
3.2.
Kết quả đo thực nghiệm .......................................................................................29
3.3.
Đánh giá kết quả q trình đo thực nghiệm .........................................................35
3.4.
Phân tích mối quan hệ giữa các đại lượng ...........................................................50
CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TỐN KINH TẾ KỸ THUẬT .......................61
4.1.
Giới thiệu cơng trình. ...........................................................................................61
4.2.
Chọn thơng số tính tốn khơng khí trong nhà ......................................................62
4.2.1. Thơng số tính tốn khơng khí ngồi nhà .........................................................62
4.2.2. Tính nhiệt cho cơng trình theo phương pháp Carrier ......................................63
4.2.3. Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q1 ........................................................................64
ii
4.2.4. Nhiệt hiện truyền qua vách và nền Q2 .............................................................68
4.2.4.1. Nhiệt truyền qua vách Q22........................................................................68
4.2.4.2. Nhiệt truyền qua nền Q23 .........................................................................71
4.2.5. Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng Q3 ...........................................................72
4.2.6. Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q4 ....................................................................72
4.2.7. Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra Q5 .......................................................72
4.2.8. Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào Q6h và Q6a .................................74
4.2.9. Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió lọt Q7h và Q7a ....................................................75
4.3.
Xác định phụ tải lạnh ...........................................................................................76
4.4.
Tính tốn kinh tế kỹ thuật ....................................................................................77
4.4.1. Chi phí đầu tư cho thiết bị ...............................................................................78
4.4.1.1. Hệ thống điều hòa khơng khí ...................................................................78
4.4.1.2. Hệ thống làm mát bay hơi ........................................................................79
4.4.2. Chi phí vận hành của 2 hệ thống (điện năng tiêu thụ).....................................82
4.4.2.1. Hệ thống điều hịa khơng khí ...................................................................82
4.4.2.2. Thiết bị làm mát bay hơi ..........................................................................83
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................87
PHỤ LỤC ..........................................................................................................................89
iii
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
DEC: Direct evaporative cooling.
IEC: Indirect evaporative cooling.
IDEC: Indirect - Direct evaporative cooling.
: Hiệu suất của thiết bị (%).
E: Tỉ số giữa lưu lượng khối lượng nước và khơng khí đi vào thiết bị.
H: Tỉ số entanpy giữa hiệu entanpy vào, ra của khơng khí và entanpy khơng khí vào với
entanpy nước vào thiết bị.
Tdb in : Nhiệt độ bầu khô đầu vào (oC).
Tdb out : Nhiê ̣t độ bầ u khô đầ u ra (oC).
Twb in : Nhiê ̣t độ bầ u ướt đầ u vào (oC).
ṁw : Lưu lượng khối lượng của nước vào thiết bị, (kg/s) .
ṁa : Lưu lượng khối lượng của khơng khí vào thiết bị, (kg/s).
I1: Entanpy của khơng khí vào thiết bị, (kJ/kg kkk).
I2: Entanpy của khơng khí ra thiết bị, (kJ/kg kkk).
Iw1: Entanpy của nước vào thiết bị, (kJ/kg).
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Văn bản phát minh của J.perkins .................................................................. 2
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh bay hơi ........................................... 4
Hình 1.3. Mơ hình mô phỏng hoạt đô ̣ng của hê ̣ thố ng ................................................. 4
Hình 1.4. Phân loại các hệ thống làm mát bay hơi ....................................................... 6
Hình 2.1. Quá trình bốc hơi và ngưng tụ giữa nước và khơng khí ............................... 11
Hình 2.2. Lớp khơng khí mỏng bao xung quanh bề mặt các hạt nước ......................... 11
Hình 2.3. Quá trình bay hơi và ngưng tụ nước ............................................................. 12
Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn trạng thái thay đổi của quá trình truyền khối giữa nước và khơng
khí ẩm............................................................................................................................ 12
Hình 2.5. Đồ thị thay đổi trạng thái khơng khí ẩm bằng làm mát bay hơi ................... 14
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi ................................................................ 15
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi trực tiếp .................................................. 16
Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo làm lạnh bay hơi trực tiếp ...................................................... 16
Hình 2.9. Biểu đồ trạng thái khơng khí......................................................................... 17
Hình 2.10. Hệ thống làm mát mashrabiya .................................................................... 18
Hình 2.11. Mơ hình tháp gió cổ điển ............................................................................ 18
Hình 2.12. Hệ thống làm mát kiểu mái nước ................................................................ 19
Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi gián tiếp ............................................... 20
Hình 2.14. Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm lạnh gián tiếp .................................................. 20
Hình 2.15. Biểu đồ trạng thái của khơng khí ................................................................ 21
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý hê ̣ thố ng IEC nhiê ̣t đơ ̣ bầ u ướt ......................................... 21
Hình 2.17. IEC da ̣ng tấ m .............................................................................................. 22
Hình 2.18. IEC da ̣ng hình ớ ng ...................................................................................... 22
Hình 2.19. IEC da ̣ng ống nhiê ̣t ..................................................................................... 23
Hình 2.20. Hê ̣ thống IDEC hai giai đoa ̣n ...................................................................... 24
Hình 2.21. Hê ̣ thống IDEC đa giai đoa ̣n ....................................................................... 25
Hình 3.1. Mơ hình làm mát bay hơi nước ..................................................................... 27
Hình 3.2. Tấm trao đổi nhiệt cooling pad ..................................................................... 28
Hình 3.3. Bơm nước...................................................................................................... 28
v
Hình 3.4. Quạt ............................................................................................................... 29
Hình 3.5. Biến tần ........................................................................................................ 29
Hình 4.1. Mặt bằng tổng thể viện anh ngữ Đà Nẵng .................................................... 61
Hình 4.2. Mặt bằng tầng 5 đến tầng 11 ......................................................................... 62
Hình 4.3. Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier ................... 63
Hình 4.4. Cách xác định nhiệt độ nước ........................................................................ 81
vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1. Số lần thực hiện đo tại tâm và các vị trí khác nhau của quạt ....................... 30
Bảng 3.2. Lưu lượng khơng khí của quạt ..................................................................... 30
Bảng 3.3. Sớ liê ̣u q trình đo thực nghiệm trường hợp 1 ........................................... 31
Bảng 3.4. Sớ liệu q trình đo thực nghiệm trường hợp 2 ........................................... 32
Bảng 3.5. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 3 ........................................... 33
Bảng 3.6. Sớ liệu q trình đo thực nghiệm trường hợp 4 ........................................... 34
Bảng 3.7. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 5 ........................................... 35
Bảng 3.8. Tỉ số E và H cho trường hợp 1 ..................................................................... 37
Bảng 3.9. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 1 ..................................... 38
Bảng 3.10. Tỉ số E và H cho trường hợp 2 ................................................................... 40
Bảng 3.11. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 2 ................................... 40
Bảng 3.12. Tỉ số E và H cho trường hợp 3 ................................................................... 43
Bảng 3.13. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 3 .................................. 43
Bảng 3.14. Tỉ số E và H cho trường hợp 4 ................................................................... 46
Bảng 3.15. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 4 ................................... 46
Bảng 3.16. Tỉ số E và H cho trường hợp 5 ................................................................... 49
Bảng 3.17. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 5 ................................... 49
Bảng 3.18. Bảng nhiệt độ của trường hợp 1 ................................................................. 51
Bảng 3.19. Bảng hiệu suất của trường hợp 1 ................................................................ 52
Bảng 3.20. Bảng hiệu suất tại Qkk = 1125 (l/s) cho 5 trường hợp ................................ 53
Bảng 3.21. Bảng nhiệt độ tại Qkk = 1125 (l/s) cho 5 trường hợp.................................. 54
Bảng 3.22. Bảng hiệu suất tại Qn = 0,166 (l/s) cho 5 trường hợp................................. 58
Bảng 3.23. Bảng nhiệt độ tại Qn = 0,166 (l/s) cho 5 trường hợp .................................. 59
Bảng 4.1. Nhiệt độ trung bình thành phố Đà Nẵng ...................................................... 62
Bảng 4.2. Thông số tra từ đồ thị I-d của nhiệt đô (34,5oC) và độ ẩm (74%)................ 63
Bảng 4.3. Lượng bức xạ mặt trời lớn nhất RTmax xâm nhập qua của kính loại cơ bản vào
trong phịng, W/m2 ........................................................................................................ 65
Bảng 4.4. Diện tích tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời .......................... 66
Bảng 4.5: Diện tích tường có mặt ngồi khơng tiếp xúc với bức xạ mặt trời .............. 66
vii
Bảng 4.6: Thơng số diện tích kính tầng 5 ..................................................................... 67
Bảng 4.7: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua cửa kính vào các phịng ........................... 67
Bảng 4.8: Nhiệt bức xạ qua kính cho các phịng .......................................................... 68
Bảng 4.9: Nhiệt truyền qua tường cho các phòng ........................................................ 70
Bảng 4.10: Nhiệt truyền qua kính cho các phịng ......................................................... 71
Bảng 4.11: Nhiệt truyền qua vách cho các phòng ........................................................ 71
Bảng 4.12: Nhiệt truyền qua vách và nền cho các phòng ............................................. 71
Bảng 4.13: Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng cho các phịng ................................... 72
Bảng 4.14: Số người trong khơng gian điều hòa cho các phòng .................................. 73
Bảng 4.15: Nhiệt hiện do người tỏa ra cho các phòng.................................................. 73
Bảng 4.16: Nhiệt ẩn do người tỏa ra cho từng phòng ................................................... 74
Bảng 4.17: Nhiệt do người cho từng phòng.................................................................. 74
Bảng 4.18: Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào ............................................. 75
Bảng 4.19: lượng nhiệt do gió tươi mang vào .............................................................. 75
Bảng 4.20: lượng nhiệt do gió lọt vào .......................................................................... 76
Bảng 4.21: Tổng nhiệt Q của từng phịng ..................................................................... 77
Bảng 4.22: Cơng suất lạnh của từng phịng .................................................................. 77
Bảng 4.23: Chi phí lắp đặt dàn lạnh.............................................................................. 78
Bảng 4.24: Chi phí lắp đặt dàn nóng ............................................................................ 79
Bảng 4.25: Lưu lượng khơng khí tuần hồn cho từng phịng ....................................... 79
Bảng 4.26: Chi phí lắp đặt thiết bị làm mát bay hơi ..................................................... 80
Bảng 4.27: Chi phí vận hành cho hệ thống điều hịa khơng khí ................................... 82
Bảng 4.28: Chi phí lắp đặt cho hệ thống làm mát bay hơi ........................................... 83
viii
DANH MỤC ĐỒ THỊ
Trang
Đồ thị 3.1. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H ............... 38
Đồ thị 3.2. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H ............... 41
Đồ thị 3.3. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H ............... 44
Đồ thị 3.4. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H ............... 47
Đồ thị 3.5. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ, tỉ số E & H ........................... 50
Đồ thị 3.6. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tout và Gkk ............................................ 51
Đồ thị 3.7. Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa 𝜂 và gkk................................................ 52
Đồ thị 3.8. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa 𝜂 và tn .................................................. 54
Đồ thị 3.9. BIểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tout và tn ............................................... 55
Đồ thị 3.10. Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa tout và Gkk .......................................... 56
Đồ thị 3.11. Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa 𝜂 và Gkk ............................................. 57
Đồ thị 3.12. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa 𝜂 và tn ............................................... 58
Đồ thị 3.13. Biểu đồ thể hiện Mối quan hệ giữa tout và tn ............................................. 59
ix
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về điều hịa khơng khí.
Con người đã biết làm lạnh và sử dụng làm lạnh từ cách đây rất lâu. Ngành khảo cổ
học đã phát hiện ra những hang động có mạch nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua dùng để
chứa thực phẩm và lương thực từ khoảng 5000 năm trước.
Các bức tranh vẽ trên tường trong kim tự tháp Ai cập cách đây khoảng 2500 năm đã
được mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm xốp cho nước bay hơi làm mát khơng khí. Cách
đây 2000 năm, người Ấn Độ va Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước đá để tạo nhiệt độ
thấp hơn.
Nhưng kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phải kể từ khi giáo sư Black tìm ra nhiệt ẩn hóa
hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 – 1764. Con người đã biết làm lạnh bằng cách
cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp.
Tiếp theo phát hiện quan trọng đó Clouet và Monge lần đầu hóa lỏng được khí SO2
vào năm 1780. Từ 1781 Cavallo bắt đầu nghiên cứu hiện tượng bay hơi một cách có hệ
thống.
Thế kỉ 19 là thời kì phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật lạnh. Năm 1823 Faraday bắt đầu
công bố về những cơng trình hóa lỏng khí SO2, H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3 và HCl. Đến
1845, ơng đã hóa lỏng được hầu hết các loại khí kể cả etylen, nhưng vẫn phải bó tay trước
các khí O2, N2, CH4, CO, NO và H2. Người ta cho rằng chúng là các khí khơng hóa lỏng
được và ln ln chỉ ở thể khí nên gọi là các khí “vĩnh cửu – perennial”, lý do là vì
Natlerev (Áo) đã nén chúng đến một áp lực cực lớn 3600 atm mà vẫn khơng hóa lỏng được
chúng. Mãi tới 1869, Andrew (Anh) giải thích được điểm tới hạn của khí hóa lỏng và nhờ
đó Cailelet và Picter (Pháp) hóa lỏng được khí “vĩnh cửu” O2, N2 năm 1877, Dewar (Anh)
hóa lỏng H2 năm 1898, Linde (Đức) hóa lỏng được O2, N2 và tách bằng chưng cất, K.
Onnes (Hà Lan) hóa lỏng được Heli.
Năm 1834, J.Perkins (Anh) đã đăng kí bằng phát minh đầu tiên về máy lạnh nén hơi
và đầy đủ các thiết bị như một máy lạnh nén hơi hiện đại gồm máy nén, dàn ngưng tụ, dàn
bay hơi và van tiết lưu (h.1). Đến cuối thế kỉ 19, nhờ có một loạt cải tiến của Linde (Đức)
với việt sử dụng amoniac làm môi chất lạnh cho máy lạnh nén hơi, việc chế tạo và sử dụng
1
máy lạnh nén hơi mới được thực sự phát triển rộng rãi trong hầu hết các ngành kinh tế quốc
dân.
Hình 1.1: Văn bản phát minh của J.perkins
Máy lạnh hấp thụ đầu tiên do Leslic (Pháp) đưa ra vào năm 1810 là máy lạnh hấp thụ
chu kì với cặp mơi chất H2O/H2SO4. Đến giữa thế kỉ 19, nó được phát triển một cách rầm
rộ nhờ kĩ sư tài ba Carré (Pháp) với hàng loạt bằng phát minh về máy lạnh hấp thụ chu kì
và liên tục với các cặp mơi chất khác nhau.
Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển động được Gepperl
(Đức) đăng kí bằng phát minh năm 1899 và được Platen và Munters (Thủy Điển) hoàn
thiện vào năm 1922 được nhiều nước trên thế giới sản xuất chế tạo hàng loạt và nó vẫn có
vị trí quan trọng cho đến ngày nay.
Máy lạnh nén khí đầ u tiên do bác sĩ người Mĩ Gorrie chế tạo. Dựa vào các kết quả
nghiên cứu của các nhà lý thuyết, bác sĩ Gorrie đã thiết kế chế tạo thành cơng máy lạnh
nén khí dùng để điều tiết khơng khí cho trạm xá chữa bệnh sốt cao của ông. Nhờ thành tích
đặt biệt này mà ông và trạm xá của ông trở thành nổi tiếng thế giới.
Máy lạnh ejecter hơi nước đầu tiên do Leiblanc chế tạo 1910. Đây là một sự kiện có ý
nghĩa rất trọng đại vì máy lạnh hơi nước ejecter rất đơn giản. Năng lượng tiêu tốn cho nó
lại là nhiệt năng, do đó có thể tận dụng được các nguồn năng lượng phế thải để làm lạnh.
Một sự kiện quan trọng nữa của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là việc sản xuất và ứng
dụng của freôn ở Mĩ vào năm 1930. Freôn thực chất là các chất hữu cơ hydrocacbua no
hoặc chưa no như mêtan (CH4), êtan (C2H6) ...được thay một phần hay toàn bộ các nguyên
tử hydro bằng các nguyên tử gốc halogen như clo (Cl), flo (F) hoặc brôm (Br). Các chất
này được sản xuất ở xưởng Duponl Kinetic Inc với tên thương mại là freôn. Đây là những
môi chất lạnh có nhiều tính chất q báu như: khơng cháy, không nổ, không độc hại. Phù
2
hợp với chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi do đó nó đã tích cực góp phần vào việc
thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển, nhất là kỹ thuật điều hịa khơng khí.
Ngày nay kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ khoa học kỹ
thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiến khác. Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày
nay được mở rộng rất nhiều. Người ta đang tiến dần tới độ khơng tuyệt đối. Phía nhiệt độ
cao của thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ có thể đạt trên 100oC dùng cho các mục đích của bơm
nhiệt như sưởi ấm, chuẩn bị nước nóng, sấy.... Đây là ứng dụng của bơm nhiệt góp phần
thu hồi nhiệt thải, tiết kiệm năng lượng sơ cấp.
Công suất lạnh của các tổ hợp máy lạnh cũng được mở rộng: từ những máy lạnh được
sử dụng trong phịng thí nghiệm chỉ có cơng suất chừng vài MW đến các tổ hợp có cơng
suất hàng triệu W ở các trung tâm điều tiết khơng khí.
Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí năng lượng cho một đơn vị
lạnh giảm xuống rõ rệt. Tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên. Mức độ tự động hóa của các hệ
thống lạnh và máy lạnh tăng lên rõ rệt. Những thiết bị lạnh tự động hoàn toàn bằng điện tử
và vi điện tử đang dần dần thay thế các thiết bị thao tác bằng tay.
1.2. Giới thiêụ về hê ̣ thố ng làm mát bay hơi.
1.2.1. Giới thiêụ hê ̣ thố ng.
Nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới đối trong viê ̣c làm mát và điề u hòa đã tăng
mạnh trong vài thập kỷ gần đây, gây ra mối lo ngại về việc cạn kiệt nguồn năng lượng và
góp phần làm nóng khí hậu tồn cầu. Nhu cầu năng lượng hiện tại ước tính ở mức 40 đến
50% tổng tiêu thụ năng lượng.
Ở các quốc gia có khí hậu nóng có tỷ lệ sử dụng năng lượng cao nhất chủ yếu là do
điều hịa khơng gian bằng các hệ thống HVAC truyền thống. Ví dụ ở Trung Đơng, nó
chiếm 70% lượng tiêu thụ năng lượng. Ngày nay, điều hịa khơng khí đã trở thành một điều
cần thiết cho cuộc sống của người dân và đóng một vai trị quan trọng trong việc đảm bảo
mức độ thoải mái trong nhà. Do đó, viê ̣c nâng cao hiệu quả của công nghệ làm mát là rất
cần thiết, đặc biệt là những thiết bị có tiềm năng, tức là hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng
thấp. Hiện nay, máy làm lạnh nén cơ khí đang chiếm ưu thế về mặt thương mại mặc dù sử
dụng năng lượng khá lớn và hiệu suất thấp trong khí hậu nóng.
Ngược lại, các hệ thống làm la ̣nh bay hơi la ̣i thân thiện với mơi trường vì chúng tiêu
thụ năng lượng ít hơn và hiệu suất của chúng cải thiện khi nhiệt độ khơng khí tăng và độ
3
ẩm giảm. Và cùng với sự phát triể n của khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t ngày nay thì ngày càng có nhiề u
các nghiên cứu về làm mát bay hơi nhằ m nâng cao tố i đa hiê ̣u suấ t giảm thiể u tiêu tố n năng
lươ ̣ng vì thế mà phương pháp này ngày càng phổ biế n.
1.2.2. Sơ đồ nguyên lý và cấ u ta ̣o hê ̣ thớ ng.
Hình 1.2: Sơ đờ ngun lý của hê ̣ thố ng làm la ̣nh bay hơi
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấ y được hê ̣ thố ng này hoàn toàn khác so với các hê ̣ thớ ng
la ̣nh dùng máy nén khí sử du ̣ng ngày nay. Hê ̣ thố ng chỉ gồ m 3 thiế t bi ̣ chính đó là bơm
nước tuầ n hoàn, qua ̣t hút không khí và tấ m trao đở i nhiê ̣t (cooling pad).
Hình 1.3: Mơ hình mơ phỏng hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thố ng
1.2.3. Đă ̣c điể m của hê ̣ thố ng làm la ̣nh bay hơi.
1.2.3.1. Ưu điể m.
Lý do mà phương pháp này ngày càng đươ ̣c ứng du ̣ng rô ̣ng raĩ là do nó có khá nhiề u
ưu điể m đáp ứng đươ ̣c nhu cầ u hiê ̣n nay đó là tiế t kiê ̣m năng lươ ̣ng và bảo vê ̣ môi trường
nhưng vẫn đáp ứng đươ ̣c những nhu cầ u cầ n thiế t. Và mô ̣t trong những ưu điể m nổ i bâ ̣t
4
nhấ t của hê ̣ thố ng này so với hê ̣ thố ng dùng máy nén khí hiê ̣n ta ̣i đó là khả năng bảo vê ̣
môi trường, làm mát bay hơi hoàn toàn không sinh ra khí gas CFC gây hiê ̣n tươ ̣ng nóng
lên toàn cầ u hay còn go ̣i là hiê ̣u ứng nhà kin
́ h do chỉ sử du ̣ng nước để làm mát. Với các
chất thải ra ngồi chỉ là khơng khí ô nhiễm do không gian điều hòa thải ra. Mà khơng khí
này thì chỉ nhiều CO2 do con người thải ra, nên tác hại cho môi trường là không đáng kể.
Ưu điểm thứ 2 của làm lạnh bay hơi là khả năng tiế t kiê ̣m năng lươ ̣ng đáng kể như
đã trình bày ở phầ n trên hê ̣ thớ ng này chỉ có bơm nước và qua ̣t là hai thiế t bi ̣sử du ̣ng điê ̣n
nhưng các thiết bị này hoạt động tiêu tốn công rất là ít so với cơng nén của máy nén máy
lạnh máy nén hơi ngày nay. Vì vậy mà năng lươ ̣ng tiêu hao của hê ̣ thố ng là rấ t thấ p.
1.2.3.2. Nhươ ̣c điể m.
Nhược điểm chính của làm mát bay hơi là sự phụ thuộc lớn vào điều kiện khơng khí xung
quanh. Ở khu vực có độ ẩm cao thì phương pháp làm mát bay hơi thực sự không mang lại
hiệu quả, tố c đô ̣ bay hơi phu ̣ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣ và đơ ̣ ẩ m của khơng khi,́ khơng khí càng
khơ nóng thì bay hơi làm mát càng có hiệu quả.
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực làm mát bay hơi trong và ngồi
nước.
1.3.1. Ngồi nước
Với tính tổng quát và qui mô rộng lớn nên các vấn đề về quá trình làm mát bay hơi
cũng được nghiên cứu rộng rãi trên tồn thế giới. Có rất nhiều các nghiên cứu, bài báo và
giải pháp liên quan đến vấn đề này. Hiện nay trên thế giới có một số cơng trình nghiên cứu
nhất định liên quan đến lĩnh vực làm mát bay hơi như nghiên cứu của O. Amer, R.
Boukhanouf, and H. G. Ibrahim, “A Review of Evaporative Cooling Technologies,”
International Journal of Environmental Science and Development, Vol. 6, No. 2, February
2015.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã đưa ra các công nghệ cũng như là phân
loại của q trình làm mát bay hơi được tóm tắt trong sơ đồ sau
5
