Huỳnh minh trí 2012278 me3151 tính toán và thiết kế bình ngưng tụ cho hệ thống water chiller có năng suất lạnh 700kw

Kỹ thuật Nhiệt - Tính toán và thiết kế bình ngưng tụ cho hệ thống Water Chiller có năng suất lạnh 700kW - SVTH: Huỳnh Minh Trí. Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

-o0o -ĐỒ ÁN THIẾT KẾ - HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNH

GVHD: ThS Hoàng Thị Nam HươngSVTH: Huỳnh Minh Trí

- Số: …………/BKĐT

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HƯỚNG THIẾT BỊ LẠNHKHOA: CƠ KHÍ

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:

Người duyệt: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết:

Khoa: CƠ KHÍ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-o0o -

-o0o -Tp HCM, Ngày Tháng Năm 2023PHIẾU CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ(Dành cho giáo viên hướng dẫn)1 Họ và tên: HUỲNH MINH TRÍ MSSV: 2012278Ngành: KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH Lớp: CK20NH12 Đề tài: Tính toán thiết kế bình ngưng của hệ thống Water Chiller, năng suấtlạnh Q0=700 (kW ).3 Giáo viên hướng dẫn: ThS Hoàng Thị Nam Hương4 Tổng quát về bản thuyết minh:Số trang: Số chương: Số tài liệu tham khảo: Số bản vẽ: 5 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Đồ án thiết kế - hướng thiết bị lạnh là một trong 3 đồ án quan trọng mà sinhviên phải vượt qua để tiến gần hơn với chiếc bằng cử nhân kĩ thuật Đồ án này là minhchứng, là đúc kết của kết quả học tập và rèn luyện không ngừng suốt gần 3 năm họccủa sinh viên chuyên ngành kĩ thuật lạnh, là nền tảng vững chắc cho những đồ án củacác kì sau Ngoài sự nỗ lực không ngừng của mỗi cá nhân sinh viên còn có sự hỗ trợ tolớn của các anh chị đã tốt nghiệp khóa trước và đặc biệt là giảng viên hướng dẫn đồ áncủa sinh viên đó.

Những dòng đầu tiên trước khi bắt đầu đồ án, em xin gửi lời tri ân sâu sắc đếncô Hoàng Thị Nam Hương, người đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuậnlợi nhất để em có cơ hội thể hiện kiến thức mình đã tích lũy được thông qua đồ án này.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Bộmôn Công nghệ Nhiệt Lạnh đã tận tâm dạy bảo, truyền đạt những kiến thức cho emtrong suốt thời gian qua Mặc dù đã rất cố gắng ,đầu tư rất nhiều thời gian và công sứccho đồ án này nhưng với vốn kiến thức có hạn cũng như chưa có kinh nghiệm thực tếnên không thể không xảy ra những thiếu xót trong lần đầu thực hiện một đồ án Vì vậyem mong thầy cố có thể góp ý, chỉ ra những sai sót để em có thể sửa chữa, là kinhnghiệm quí báu để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn nữa, là hành trang quíbáu để em có thể bước chân vào đời vững vàng

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn !

Huỳnh Minh Trí

Danh sách hìnhảnh vi

Danh sách bảngbiểu viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 1

1.1 Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt 1

1.2 Vai trò và chức năng của bình ngưng tụ 1

1.3 Phân loại bình ngưng tụ 2

1.5 Sơ lược hệ thống điều hòa trung tâm dùng Water Chiller 13

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ THIẾT KẾ 14

2.1 Số liệu ngoài trời 14

2.2 Các số liệu ban đầu ban đầu 14

2.3 Lựa chọn các thông số tính toán 15

2.3.1 Nguyên lý chu trình của nước và môi chất 15

2.3.2 Lựa chọn nhiệt độ ngưng tụ 16

2.4.3 Lựa chọn nhiệt độ bay hơi 17

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT KẾ BÌNH NGƯNG .193.1 Xác định thông số các điểm trạng thái môi chất lạnh R134a trong chu trình 19

3.2 Tính toán trên ống cánh 20

3.2.1 Lựa chọn thông số ống cánh 20

3.2.2 Tính toán diện tích trao đổi nhiệt 21

3.3 Tính toán mật độ dòng nhiệt về phía nước 22

3.4 Tính toán mật độ dòng nhiệt về phía tác nhân lạnh 25

CHƯƠNG 6: SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM HTRI VÀ

6.1 Giới thiệu phần mềm HTRI Xchanger Suite® 37

6.2 Sử dụng phần mềm HTRI để thiết kế bình ngưng 37

6.3 Sử dụng catalogue EWWD-VZXS 48

6.4 So sánh kết quả tính toán 49

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 50

Hình 1.1 Bình ngưng NH ống nước có thân nằm ngang 3

Hình 1.2 Cấu tạo ngoài bình ngưng freon 3

Hình 1.3 Cấu tạo trong bình ngưng freon 4

Hình 1.4 Bình ngưng ống nước đứng thẳng 6

Hình 1.5 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống 7

Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản 8

Hình 1.7 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi 10

Hình 1.8 Bình ngưng xối tưới 12

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí water chiller 13

Hình 2.1 Chu trình của nước và môi chất trong hệ thống điều hòa không khí dùngwater chiller 15

Hình 3.1 Đồ thị T-S và logP – h của chu trình nhiệt 19

Hình 3.2 Tính toán trên phần mềm EES 19

Hình 3.3 Hình dạng ống cánh 21

Hình 3.4 Thông số trạng thái của nước trên EES 22

Hình 3.5 Kết quả thông số R134a 25

Hình 5.1 Bố trí ống nước và vách ngăn pass nước 34

Hình 5.2 Tra EES khối lượng riêng môi chất tại cửa vào bình ngưng 35

Hình 6.1 Giao diện khởi động HTRI Xchanger 37

Hình 6.5 Lựa chọn lưu chất lạnh 40

Hình 6.6 Chọn kiểu bình ngưng 41

Hình 6.7 Ảnh minh họa ứng với từng ký hiệu trong TEMA type 41

Hình 6.8 Điền các thông số ở mục Tube 42

Hình 6.9 Điền thông số của ống và cánh 43

Hình 6.10 Hai hướng bố trí tấm chắn dòng 43

Hình 6.11 Nhập thông số cho tấm chắn dòng 44

Hình 6.12 Nhập thông số ngõ vào và ra của môi chất lạnh và nước 44

Hình 6.13 Chọn vị trí cho các ngõ vào và ra 45

Hình 6.14 Chọn cách bố trí ống 45

Hình 6.15 Kết quả từ Output Summary 46

Hình 6.16 Kết quả từ Final Result 47

Hình 6.17 Catalogue EWWD-VZXS 48

Bảng 2.1 Nhiệt độ không khí trung bình tháng và năm (C) 14

Bảng 2.2 Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng và năm (%) 14

Bảng 2.3 Bảng thông tin các thông số ban đầu 18

Bảng 3.1 Thông số các điểm trạng thái môi chất lạnh trong chu trình 20

Bảng 3.2 Thông số ống cánh 21

Bảng 3.3 Thông số trạng thái của nước ở 34,5°C 23

Bảng 3.4 Thông số trạng thái của R134a tại 39℃ 25

Bảng 5.1 Bảng các thông số kích thước của bình ngưng 36

Bảng 6.1 So sánh kết quả tính toán 49

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRAOĐỔI NHIỆT

1.1 Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị thực hiện chức năng đem nhiệt lượng của chấtlỏng nóng truyền cho chất lỏng lạnh.

Các thiết bị trao đổi nhiệt giữ vai trò quyết định đối với các chỉ tiêu về tiêu haonăng lượng cũng như về kim loại của máy lạnh Ví dụ như chỉ riêng nhóm bình ngưngvà bình bốc hơi cũng đã chiếm đến 50 – 70% trọng lượng của thiết bị lạnh Sự làmviệc của các thiết bị trao đổi nhiệt cũng có ảnh hưởn rất lớn đến vấn đề tiêu hao nănglượng Ngày nay, việc tiết kiệm năng lượng được xem là một quyết sách thì việc ứngdụng các thiết bị trao đổi nhiệt ngày càng tăng, hầu như tất cả các ngành đều có sửdụng Cho nên trong quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cần đảm bảocác yêu cầu như: truyền nhiệt tốt, trở lực thủy lực nhỏ, dễ chế tạo, dễ dàng lắp đặt vàsửa chữa,

Nếu nhìn về phương diện cấu tạo thì thiết bị trao đổi nhiệt rất đa dạng và cónhiều tên gọi khác nhau, tuy nhiên đứng trên quan điểm nguyên lý hoạt động thì có badạng chính Trên quan điểm truyền nhiệt, người ta phân thiết bị trao đổi nhiệt theonguyên lý hoạt động, tuy có khác nhau về cấu trúc nhưng có cùng phương pháp tínhtoán cơ bản giống nhau.

1.2 Vai trò và chức năng của bình ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ hay bình ngưng tụ có nhiệm vụ truyền nhiệt lượng của tácnhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt Hơi đi qua bình ngưng thường là hơiquá nhiệt, cho nên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa, rồi đến quá trìnhngưng tụ, sau cùng là bị quá độ trước khi ra khỏi bình ngưng Quá trình làm việc củabình ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ và do đó ảnhhưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống lạnh Khi thiết bị ngưngtụ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướngkhông tốt, cụ thể là:

- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng.- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.

- Công nén tăng, mô tơ có thể quá tải.

- Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng.- Nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tới dầu bôi trơn.

1.3 Phân loại bình ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ có nhiều loại và nguyên lý làm việc khác nhau Người ta phânloại thiết bị ngưng tụ căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau:

Theo môi trường làm mát:

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước Để làm mát bằng nước cấu tạo của thiếtbị thường có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng trong các bể.

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí Một số thiết bị ngưng tụtrong đó kết hợp cả nước và không khí để giải nhiệt, trong thiết bị kiểu đó vai trò củanước và không khí có khác nhau: nước sử dụng để giải nhiệt cho môi chất lạnh vàkhông khí giải nhiệt cho nước Ví dụ như dàn ngưng tụ bay hơi, dàn ngưng kiểu tướivv…

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí Không khí đối lưu cưỡng bức hoặctự nhiên qua thiết bị và trao đổi nhiệt với môi chất.

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng chất khác Có thể thấy thiết bị kiểu này trongcác hệ thống máy lạnh ghép tầng, ở đó dàn ngưng chu trình dưới được làm lạnh bằngmôi chất lạnh bay hơi của chu trình trên.

- Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống- Bình ngưng loại tấm

- Bình ngưng bốc hơi- Dàn ngưng kiểu xối tưới

1.4.1 Bình ngưng ống nước có thân nằm ngang

Đây là loại bình ngưng được áp dụng rộng rãi đối với máy nén NH3 và freon.Đối với bình ngưng NH3 các ống trao đổi nhiệt là các ống thép áp lực còn đối vớifreon thường sử dụng ống đồng có cánh về phía môi chất lạnh.

1.4.1.1 Cấu tạo

Hình 1.1 Bình ngưng NH3 ống nước có thân nằm ngang

1- Nắp bình; 2- Ống xả khí không ngưng; 3- Ống Cân bằng; 4- Ống trao đổi nhiệt; Ống gas vào; 6- Ống lắp van an toàn; 7- Ống lắp áp kế; 8- Ống xả khí của nước; 9-Ống nước ra; 10- Ống nước vào; 11- Ống xả cặn; 12- Ống lỏng về bình chứa

5-1- Nắp bình, 2,6- Mặt sàng; 3- ống TĐN; 4- Lỏng ra; 5- Không gian giứa các ống

Hình 1.3 Cấu tạo trong bình ngưng freon

a): Kiểu mặt bích: 1- Vỏ; 2- Mặt sàng; 3- Nắp; 4- Bầu gom lỏng; 5-Van lấy lỏng; Nút an toàn b) Kiểu hàn: 1- ống trao đổi nhiệt có cánh; 2- Cánh tản nhiệt; 3- Vỏ; 4-Vỏ hàn vào ống xoắn; 5- Lỏng frêôn ra; 6- Hơi freon vào

6-1.4.1.2 Nguyên lí làm việc

Máy nén sẽ đưa gas vào bình từ 2 nhánh ở 2 đầu của bình và bao phủ khônggian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình Bên trong bình, gas sẽ trao đổi nhiệt vớinước lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt để ngưng tụ thành dạng lỏng.Lỏng ngưng tụ này sẽ ngay lập tức chảy về bình chứa đặt bên dưới bình ngưng Trongmột số trường hợp, không có bình chứa cao áp mà sử dụng một phần của bình ngưngđể làm bình chứa Trong trường hợp này, để lỏng ngưng tụ chảy thuận lợi, cần có ốngcân bằng để nối phần hơi của bình ngưng với bình chứa cao áp.

1.4.1.3 Ưu điểm

Hiệu quả giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt khá lớn 3000 – 6000 W/m2, độchênh nhiệt độ trung bình 5 – 6oK Dễ dàng thay đổi tốc độ nước trong bình để có tốcđộ thích hợp nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, bằng cách tăng số pass tuần hoànnước.

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 tiêuhao kim loại nhỏ, khoảng 40 - 45 kg/m2 diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng đẹpphù 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 cáchệ 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 sắtthường xuyên phải tiếp xúc môi trường nước và không khí nên tốc độ ăn mòn ống traođổi nhiệt khá nhanh Đối với bình ngưng, do thường xuyên chứa nước nên bề mặt traođổi nhiệt hầu như luôn luôn ngập trong nước mà không tiếp xúc với không khí Vì vậytốc độ ăn mòn diễn ra chậm hơn nhiều.

1.4.1.4 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 đườngnước vv… nên tăng chi phí đầu tư và vận hành Ngoài buồng máy, yêu cầu phải cókhông gian thoáng bên ngoài để đặt tháp giải nhiệt Quá trình làm việc của tháp luônluôn kéo theo bay hơi nước đáng kể, nên chi phí nước giải nhiệt khá lớn, nước thườnglàm ẩm ướt khu lân cận.

Kích thước bình tuy gọn, nhưng khi lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảngkhông gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh và sửa chữa khi cần thiết.

1.4.2 Bình ngưng ống nước đứng thẳng1.4.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo tương tự bình ngưng ống chùm nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụthường được chế tạo từ thép CT3, bên trong là các ống trao đổi nhiệt thép áp lực C20,kích cỡ 57x3,5, bố trí đều, được hàn hoặc núc vào các mặt sàng Nước được bơmbơm lên máng phân phối nước ở trên cùng và chảy vào bên trong các ống trao đổinhiệt Để nước chảy theo thành ống trao đổi nhiệt, ở phía trên các ống trao đổi nhiệt cóđặt các ống hình côn Phía dưới bình có máng hứng nước Nước sau khi giải nhiệtxong thường được xả bỏ Hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên Lỏngngưng tụ chảy xuống phần dưới của bình giữa các ống trao đổi nhiệt và chảy ra bìnhchứa cao áp Bình ngưng có trang bị van an toàn, đồng hồ áp suất, van xả khí, kínhquan sát mức lỏng.

Hình 1.4 Bình ngưng ống nước đứng thẳng

1- Ống cân bằng, 2- Xả khí không ngưng, 3- Bộ phân phối nước, 4- Van an toàn; Ống TĐN, 6- áp kế, 7- Ống thuỷ, 8- Bể nước, 9- Bình chứa cao áp

Do kết cấu thẳng đứng nên lỏng môi chất và dầu chảy ra ngoài khá thuận lợi,việc thu hồi dầu cũng dễ dàng Vì vậy bề mặt trao đổi nhiệt nhanh chóng được giảiphóng để cho môi chất làm mát.

1.4.2.3 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 dồidào và rẻ tiền.

Đối với hệ thống rất lớn sử dụng bình ngưng kiểu này không thích hợp, do kíchthước cồng kềnh, đường kính bình quá lớn không đảm bảo an toàn.

1.4.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống1.4.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống cũng là dạng thiết bị ngưng tụ giải nhiệtbằng nước, chúng được sử dụng rất rộng rãi trong các máy lạnh nhỏ, đặc biệt trong cácmáy điều hoà không khí công suất trung bình.

Thiết bị gồm 02 ống lồng vào nhau và thường được cuộn lại cho gọn Nướcchuyển động ở ống bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại ở phần không giangiữa các ống Ống thường sử dụng là ống đồng (hệ thống freon) và có thể sử dụng ốngthép.

Hình 1.5 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống

Do môi chất chỉ chuyển động vào ra một ống duy nhất nên lưu lượng nhỏ, thiếtbị ngưng tụ kiểu ống lồng ống chỉ thích hợp đối với hệ thống nhỏ và trung bình.

1.4.4 Bình ngưng loại tấm

1.4.4.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản là một hệ thống được tạo thành từ nhiều tấmkim loại được ép chặt với nhau thông qua hai nắp kim loại có độ bền cao Các tấm nàycó gợn sóng để làm rối dòng chuyển động của môi chất lạnh và nước giải nhiệt, đồngthời tăng hệ số truyền nhiệt và độ bền của chúng Cấu trúc gợn sóng này còn giúpgiảm nhiệt trở dẫn nhiệt do các tấm bản có chiều dày mỏng, trong khi diện tích trao đổinhiệt rất lớn Mỗi panel được tạo bởi việc hàn hai tấm kim loại với nhau Khi lắp đặt,môi chất chuyển động bên trong, trong khi nước chuyển động ở khoảng hở giữa cácpanel.

Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản

1.4.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bình ngưng gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép áp lực C20 Toàn bộ cụmống được đặt trên khung thép U vững chắc, phía dưới là bể nước tuần hoàn để giải

nhiệt, phía trên là dàn phun nước, bộ chắn nước và quạt hút gió Để chống ăn mòn, cácống trao đổi nhiệt được nhúng kẽm nóng bề mặt bên ngoài.

Hơi môi chất đi vào ống góp hơi ở phía trên vào dàn ống trao đổi nhiệt vàngưng tụ rồi chảy về bình chứa cao áp ở phía dưới Thiết bị được làm mát nhờ hệthống nước phun từ các vòi phun được phân bố đều ở ngay phía trên cụm ống trao đổinhiệt Nước sau khi trao đổi nhiệt với môi chất lạnh, nóng lên và được giải nhiệt nhờkhông khí chuyển động ngược lại từ dưới lên, do vậy nhiệt độ của nước hầu nhưkhông đổi Toàn bộ nhiệt Qk của môi chất đã được không khí mang thải ra ngoài.Không khí chuyển động cưỡng bức nhờ các quạt đặt phía trên hoặc phía dưới Đặt quạtphía dưới (quạt thổi), thì trong quá trình làm việc không sợ quạt bị nước làm ướt, trongkhi đặt phía trên (quạt hút) dễ bị nước cuốn theo làm ướt và giảm tuổi thọ Tuy nhiênđặt phía trên gọn và dễ chế tạo hơn nên thường được sử dụng Trong quá trình trao đổinhiệt một lượng khá lớn nước bốc hơi và bị cuốn theo không khí, do vậy phải thườngxuyên cấp nước bổ sung cho bể Phương pháp cấp nước là hoàn toàn tự động nhờ vanphao Bộ chắn nước có tác dụng chắn các giọt nước bị cuốn theo không khí ra ngoài,nhờ vậy tiết kiệm nước và tránh làm ướt quạt Bộ chắn nước được làm bằng tôn mỏngvà được gập theo đường dích dắc, không khí khi qua bộ chắn va đập vào các tấm chắnvà đồng thời rẽ dòng liên tục nên các hạt nước mất quá tính và rơi xuống lại phía dưới.Sau khi tuần hoàn khoảng 2/3 dàn ống trao đổi nhiệt, một phần lớn gas đã đượchoá lỏng, để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt cần tách lượng lỏng này trước, giảiphóng bề mặt trao đổi nhiệt phía sau cho lượng hơi chưa ngưng còn lại Vì vậy ở vị trínày người ta bố trí ống góp lỏng trung gian, để gom dịch lỏng cho chảy thẳng về ốnggóp lỏng phía dưới và trực tiếp ra bình chứa, phần hơi còn lại tiếp tục luân chuyển theo1/3 cụm ống còn lại.

Toàn bộ phía ngoài dàn ống và cụm dàn phun đều có vỏ bao che bằng tôn trángkẽm.

Ống góp lỏng trung gian cũng được sử dụng làm nơi đặt ống cân bằng.

Hình 1.7 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi

1- Ống trao đổi nhiệt; 2- Dàn phun nước; 3- Lồng quạt; 4- Mô tơ quạt; 5- Bộ chắnnước; 6-Ống gas vào; 7-Ống góp; 8-Ống cân bằng; 9-Đồng hồ áp suất; 10- Ống lỏngra; 11- Bơm nước; 12-Máng hứng nước; 13- Xả đáy bể nước; 14- Xả tràn

1.4.5.2 Ưu điểm

Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất của nó có thể thiết kế đạt rất lớn màkhông bị hạn chế vì bất cứ lý do gì Hiện nay nhiều xí nghiệp chế biến thuỷ sản nướcta sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi công suất đạt từ 600 - 1000 kW.

So với các thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ bay hơi ít tiêu tốn nướchơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn.

Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an toàn.Dễ dàng chế tạo, vận hành và sửa chữa.

1.4.5.3 Nhược điểm:

Do năng suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao vật liệu khá lớn.

Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí, đó làmôi trường ăn mòn mạnh, nên chóng bị hỏng Do đó bắt buộc phải nhúng kẽm nóng đểchống ăn mòn.

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng và thay đổi theo mùatrong năm.

Chỉ thích hợp lắp đặt ngoài trời, trong quá trình làm việc, khu vực nền và khônggian xung quanh thường bị ẩm ướt, vì vậy cần lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn cáccông trình.

1.4.6 Bình ngưng xối tưới tưới

1.4.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Bình ngưng xối tưới gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép nhúng kẽm nóngđể trần, không có vỏ bao che, có rất nhiều ống góp ở hai đầu Phía trên dàn là mộtmáng phân phối nước hoặc dàn ống phun, phun nước xuống Dàn ống thường được đặtngay phía trên một bể chứa nước Nước được bơm bơm từ bể lên máng phân phốinước trên cùng Máng phân phối nước được làm bằng thép và có đục rất nhiều lổ hoặccó dạng răng cưa Nước sẽ chảy tự do theo các lỗ và xối lên dàn ống trao đổi nhiệt.Nước sau khi trao đổi nhiệt được không khí đối lưu tự nhiên giải nhiệt trực tiếp ngaytrên dàn.

Gas quá nhiệt đi vào dàn ống từ phía trên, ngưng tụ dần và chảy ra ống góplỏng phía dưới, sau đó được dẫn ra bình chứa cao áp Ở trên cùng của dàn ngưng cólắp đặt van an toàn, đồng hồ áp suất và van xả khí không ngưng.

Dàn ngưng tụ kiểu tưới cũng có các ống trích lỏng trung gian để giải phóng bềmặt trao đổi nhiệt phía dưới, tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

Hình 1.8 Bình ngưng xối tưới

1.4.6.2 Ưu điểm

Hiệu quả trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền nhiệt đạt 700 - 900 W/m2K Mặt khácdo cấu tạo, ngoài dàn ống trao đổi nhiệt ra, các thiết bị phụ khác như khung đỡ, baoche hầu như không có nên suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ.

Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng cả nguồn nướcbẩn vì dàn ống để trần rất dễ vệ sinh Vì vậy dàn ngưng kiểu tưới rất thích hợp khu vựcnông thôn, nơi có nguồn nước phong phú, nhưng chất lượng không cao.

So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước tiêu thụ không lớn Nước rơi tự do trêndàn ống để trần hoàn toàn nên nhả nhiệt cho không khí phần lớn, nhiệt độ nước ở bểtăng không đáng kể.

1.5 Sơ lược hệ thống điều hòa trung tâm dùng Water Chiller

Hệ thống điều hòa không khí trung tâm là nước là hệ thống sử dụng nước lạnhđể làm lạnh không khí qua các dàn trao đổi nhiệt như AHU, AHU Hệ thống gồm cácthành phần:

- Máy làm lạnh nước Water Chiller để làm lạnh nước thường từ 12℃ xuống

- Hệ thống ống dẫn nước- Hệ thống bơm, tháp giải nhiệt

- Các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh hoặc sưởi ấm không khí bằng nước FCUhoặc AHU.

- Hệ thống gió tươi, gió hồi, vận chuyển và phân phối không khí- Hệ thống điều khiển, cảm biến.

Trong đó phần quan trọng nhất là hệ thống máy lạnh làm lạnh nước WaterChiller gồm các thành phần cơ bản như máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi,van tiết lưu.

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí water chiller

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ THIẾT KẾ2.1 Số liệu ngoài trời

Theo trang 35, 56, tài liệu [5] QCVN 02: 2009/BXD, thời tiết tại tân Sơn Nhất,thành phố Hồ Chí Minh có bảng số liệu:

Suy ra nhiệt độ nhiệt kế ướt: tu = 30℃

2.2 Các số liệu ban đầu ban đầu

Lắp đặt chiller sử dụng nước làm chất giải nhiệt:Vị trí lắp đặt: thành phố Hồ Chí Minh

Năng suất lạnh của thiết bị: Q0 = 700 kW

Tham khảo Tài liệu [5], lựa chọn môi chất lạnh R134aNhiệt độ không khí: tN = 34,6 ℃

Độ ẩm: φN = 72%

Nhiệt độ nhiệt kế ướt: tu = 30℃

2.3 Lựa chọn các thông số tính toán

2.3.1 Nguyên lý chu trình của nước và môi chất

Hình 2.1 Chu trình của nước và môi chất trong hệ thống điều hòa không khí dùngwater chiller

Vòng chu trình của môi chất lạnh:

Quá trình 1 – 2: Môi chất được nén đoạn nhiệt đẳng entropy (ΔS = 0) ở trạngthái hơi bão hoà trong máy nén Môi chất lạnh ở trạng thái hơi bão hoà từ bình bay hơivào máy nén và được nén lên ở áp suất "p" _"2" thành trạng thái hơi quá nhiệt và đivào bình ngưng.

Quá trình 2 – 3: Môi chất được ngưng hơi đẳng áp vớip2=p3=pk=const từ trạngthái hơi quá nhiệt sang trạng thái lỏng sôi diễn ra trong bình ngưng

Quá trình 3 – 4: Quá trình tiết lưu đẳng enthalpy điểm với i3 = i4 trong van tiếtlưu của môi chất lạnh từ trạng thái lỏng chưa sôi về trạng thái hơi bão hòa ẩm, áp suấtpk giảm xuống po Trong quá trình này, tuy có sự dao động enthalpy lớn nhưng lại xảyra rất nhanh và không ảnh hưởng đến dữ liệu tính toán của cả chu trình nên ta sẽ biểuthị đoạn này bằng nét đứt.

Quá trình 4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp trong p4=p1=p0=constcủa môi chấtlạnh từ trạng thái hơi bão hòa ẩm sạng thái hơi bão hòa khô diễn ra trong bình bay hơi,kết thúc 1 chu trình làm lạnh và cứ như vậy lặp đi lặp lại.

Chu trình của nước:

Nước lạnh sau khi trở về bình bay hơi từ các AHU, FCU,… sẽ truyền nhiệtlượng cho môi chất lạnh, giảm nhiệt độ rồi đi ra khỏi bình bay hơi, vào lại các AHU,FCU,… tạo thành vòng tuần hoàn kín.

Nước giải nhiệt sau khi ra khỏi tháp giải nhiệt có nhiệt độ thấp được bơm vàobình ngưng để nhận nhiệt lượng từ môi chất lạnh, tăng nhiệt độ rồi được dẫn lại vàotháp giải nhiệt để thải nhiệt ra môi trường Ở đây là chu trình hở vì có nước bổ sungcho một phần nước bay hơi trong quá trình làm mát nước ở tháp giải nhiệt.

2.3.2 Lựa chọn nhiệt độ ngưng tụ

Nhiệt độ của nước vào bình ngưng cũng chính là nước ra khỏi tháp giải nhiệt (

tw 1) ta chọn thường cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 2 – 3oC Ta chọn:

tw 1=tu+(2÷3℃)=30+2=32℃

Theo bẳng 6.11, trang156, tài liệu[3], đối với ống đồng có cánh, chênh lệch nhiệtđộ của nước ra khỏi bình ngưng cũng chính là nước vào tháp giải nhiệt (tw 2) cao hơnnhiệt độ vào bình ngưng (tw 1) từ 3 - 6oC Ta chọn chênh lệch là 5 độ

tw 2=tw 1+(3÷6℃)=32+5=37℃

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh chọn thường cao hơn nhiệt độ nước rakhỏi bình ngưng 2 – 3oC Vậy chọn nhiệt độ ngưng tụ Ta có:

tk=tw 2+2℃=37+2=39℃

2.4.3 Lựa chọn nhiệt độ bay hơi

Nhiệt độ sôi t0 ảnh hưởng đến năng suất lạnh q0 Khi giảm nhiệt độ t0 thì năngsuất lạnh q0 giảm đồng thời làm tăng công nén dẫn đến hệ số COP thấp.

Theo trang 208, tài liệu [1]

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình bay hơi làm lạnh nước (ra khỏi chiller, đi vàoAHU, FCU): 7℃

- Nhiệt độ nước vào (nước ra khỏi AHU, FCU và về bình bay hơi): 12℃

Vì ta sử dụng nước chảy trong ống nên ở bình bay hơi, nhiệt độ sôi của môichất lạnh bắt buộc phải lớn hơn 0°C để không xảy ra hiện tượng nước bị đóng băng,làm tắc đường ống, nước không thể tuần hoàn nên có thể gây hư hại cho các thiết bị.Đồng thời nhiệt độ sôi của môi chất phải thấp hơn nhiệt độ ra khỏi bình bay hơi (đivào AHU, FCU) khoảng 3oC.

Như vậy chọn nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0=7−3=4℃

Bảng 2.3 Bảng thông tin các thông số ban đầu

Nhiệt độ bay hơi của gas lạnh 4oCNhiệt độ ngưng tụ của gas lạnh 39oC

Chu trình lạnh 1 cấp