Đề tài nghiên cứu khoa học: Ảnh hưởng của lưu lượng nước giải nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm đến hiệu quả làm việc của bộ xử lý nước điện phân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:92

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Ảnh hưởng của lưu lượng nước giải nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm đến hiệu quả làm việc của bộ xử lý nước điện phân" này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng nước đến quá trình hoạt động của bộ điện phân. Từ đó có thể đánh giá đưa ra các kết luận, để có thể lựa chọn các thông số để thiết kế áp dụng, nâng cao hiệu quả xử lý của thiết bị.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Ảnh hưởng của lưu lượng nước giải nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm đến hiệu quả làm việc của bộ xử lý nước điện phân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN MÃ SỐ: SV2020-03 SKC 0 0 7 3 7 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN Mã số đề tài: SV2020-03 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đoàn Anh Tài TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN Mã số đề tài : SV2020-03 Thuộc nhóm ngành khoa học: Nghiên cứu và ứng dụng SV thực hiện: Nguyễn Đoàn Anh Tài Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 161470B - Cơ khí động lực Năm thứ: Tư / Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công nghệ Kĩ Thuật Nhiệt Người hướng dẫn: TS Lê Minh Nhựt TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2020
Mục lục Danh mục hình ảnh .....................................................................................................9 Danh mục bảng ..........................................................................................................12 Danh mục các chữ viết tắt .........................................................................................13 MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN ..........................................................................................16 Tổng quan về công nghệ điện phân ...........................................................................16 Tình hình nghiên cứu .................................................................................................17 Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................. 18 Mục đích của đề tài ....................................................................................................19 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................19 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 19 Chương 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT ............................................................................22 1.1 Chất lượng nước trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử dụng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước ............................................................................................ 22 1.2 Khái niệm nước cứng .......................................................................................... 25 1.3 Một số vấn đề của nước giải nhiệt cho chiller ..................................................... 29 1.4 Ảnh hưởng của cáu cặn ....................................................................................... 42 1.5 Lí thuyết về điện phân ......................................................................................... 45 1.6 Quá trình điện phân nước giải nhiệt ....................................................................48 1.7.Vật liệu điện cực ..................................................................................................51 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ điện phân xử lý nước giải nhiệt cho Chiller. ....................................................................................................................... 53 Chương 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ...............................................62 2.1 Mô hình tổng quan ............................................................................................... 62 2.2 Thiết bị mô phỏng mạch nước giải nhiệt của hệ thống Chiller giải nhiệt nước ..63 2.2 Thiết bị của bộ xử lí nước bằng công nghệ điện phân ........................................68 2.3 Phương pháp và thông số thí nghiệm ..................................................................75 7
Chương 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN ........................................81 3.1 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn mật độ dòng điện .....................................81 3.2 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn khoảng cách giữa các điện cực ................85 3.3 Kết quả thí nghiệm định hướng chọn thể tích bể phản ứng ................................ 89 3.4 Kết quả thí nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu suất của bộ điện phân ................................................................................................ 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................97 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................98 8
Danh mục hình ảnh Hình 1 Nhu cầu sử dụng nước trong các tòa nhà ............................................................. 18 Hình 1.1 Vòng tuần hoàn nước của tháp giải nhiệt .......................................................... 25 Hình 1.2 Ảnh hưởng của nước cứng đến lò hơi, nồi hơi trong công nghiệp ..................... 27 Hình 1.3 Những vấn đề mà các thiết bị trao đổi nhiệt gặp phải ....................................... 30 Hình 1.4 Ăn mòn bên trong đường ống ............................................................................. 31 Hình 1.5 Ăn mòn đường ống trong hệ thống ..................................................................... 33 Hình 1.6 Đóng cáu trong thiết bị trao đổi nhiệt ................................................................ 36 Hình 1.7 Cặn CaCO3 tron g đường ống ............................................................................ 37 Hình 1.8 Nồng độ H+ theo pH ........................................................................................... 39 Hình 1.9 Biều đồ thể hiện sự thay đổi công suất chiller theo lớp cáu cặn ........................ 41 Hình 1.10 Tác động của cáu cặn bình ngưng tới hiệu suất hoạt động của chiller ........... 43 Hình 1.11 Ảnh hưởng của bề dày cáu cặn tới hiệu suất trao đổi nhiệt ............................. 44 Hình 1.12 Mô tả quá trình điện phân ................................................................................ 46 Hình 1.13 Điện cực titan .................................................................................................... 52 Hình 1.14 Sơ đồ mạch điện bộ điện phân ......................................................................... 55 Hình 1.15 Quá trình khuếch tán đến bề mặt điện cực ....................................................... 58 Hình 2.1 Điện trở ............................................................................................................... 64 Hình 2.2 Bơm nước tuần hoàn giải nhiệt cho bình ngưng ................................................ 65 Hình 2.3 Bơm nước nóng ................................................................................................... 66 Hình 2.4 Thùng nước nóng chứa điện trở để gia nhiệt cho nước ..................................... 67 Hình 2.5 Bơm chìm ............................................................................................................ 67 Hình 2.6 Bút đo PH P-2S của hãng total meter ................................................................ 68 Hình 2.7 Quá trình đo pH cho nước thí nghiệm................................................................. 69 Hình 2.8 Bút đo TDS ......................................................................................................... 70 Hình 2.9 Quá trình đo chỉ số TDS cho nước thí nghiệm. ................................................... 70 Hình 2.10 Thiết bị đo EC được sử dụng là bút Đo EC DiST4 HI98304 của hãng Hanna- Romania . ............................................................................................................................ 71 9
Hình 2.11 Bộ chuẩn độ cứng. ............................................................................................. 72 Hình 2.12 Quá trình chuẩn độ cứng cho nước thí nghiệm ................................................. 73 Hình 2.13 Cảm biến lưu lượng nước .................................................................................. 74 Biểu đồ 1.1 Biểu đồ thể hiện độ dẫn nhiệt của các tác nhân ............................................. 34 Biểu đồ 3.1 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian ............................................................................................................................................ 81 Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian ......... 82 Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến sự dao động ph của nước theo thời gian ........... 83 Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng của MĐDĐ đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng ...... 84 Biểu đồ 3.5 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian ...................................................................................................... 85 Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian ...................................................................................................................... 86 Biểu đồ 3.7 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự dao động ph của nước theo thời gian ...................................................................................................................... 87 Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng .................................................................................................................... 88 Biểu đồ 3.9 Ảnh hưởng của thể tích của bể điện phân đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian. ............................................................................................................ 89 Biểu đồ 3.10 Ảnh hưởng của thể tích của bể điện phân đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian .............................................................................................................................. 90 Biểu đồ 3.11 Ảnh hưởng của thể tích của bể điện phân đến sự dao động pH của nước theo thời gian .............................................................................................................................. 91 Biểu đồ 3.12 Ảnh hưởng của thể tích bể điện phân đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng ................................................................................................................................... 92 Biểu đồ 3.13 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự sụt giảm tổng độ cứng của nước theo thời gian ...................................................................................................... 93 Biểu đồ 3.14 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự sụt giảm TDS của nước theo thời gian ...................................................................................................................... 94 10
Biểu đồ 3.15 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự dao động pH của nước theo thời gian ...................................................................................................................... 95 Biểu đồ 3.16 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến hiệu quả xử lý nước và tiêu thụ năng lượng .................................................................................................................... 96 11
Danh mục bảng Bảng 1.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 về chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh và nước giải nhiệt. .................................................................................... 38 Bảng 1.2 Thể hiện sự gia tăng của tiêu thụ năng lượng theo đường thẳng tướng ứng với bề dày của lớp cáu cặn. ........................................................................................................... 42 Bảng 1.3. Tác động của Ta đến COP ................................................................................. 45 Bảng 2.1. Thông số của điện trở ........................................................................................ 64 Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật tháp giải nhiệt ........................................................................ 64 Bảng 2.3 Thông số bơm nước nước giải nhiệt ................................................................... 65 Bảng 2.4 Thông số bơm nước nóng .................................................................................... 66 Bảng 2.5 Thông số thùng chứa nước nóng ......................................................................... 67 Bảng 2.6 Thông số bơm chìm ............................................................................................. 68 Bảng 2.7 Các thông số điện cực ban đầu. .......................................................................... 76 Bảng 2.8 Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 232-1999 về chất lượng nước cấp cho hệ thống tuần hoàn nước lạnh và nước cấp giải nhiệt . ............................................................................ 77 Bảng 2.9 Thông số nước đầu vào bộ điện phân ban đầu. .................................................. 77 Bảng 2.10 Các thông số đầu vào trong thí nghiệm đánh giá lưu lượng ............................ 79 12
Danh mục các chữ viết tắt Viết tắt Ý nghĩa COP Coefficient of Performance CTI Cooling Technology Institute ĐNTT Điện năng tiêu thụ HVAC Heating, Ventilating, and Air Conditioning MĐDĐ Mật độ dòng điện 13
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: ẢNH HƯỞNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC GIẢI NHIỆT CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN PHÂN - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đoàn Anh Tài Mã số SV: 16147189 - Lớp: 161470 Khoa: Cơ khí động lực - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Nguyễn Đoàn Anh Tài 16147189 161470B Cơ khí động lực 2 Trần Trọng Nghĩa 16147165 161470C Cơ khí động lực 3 Lê Văn Nguyên 16147167 169470A Cơ khí động lực 4 Trần Trung Hảo 16147138 169470A Cơ khí động lực - Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Nhựt 2. Mục tiêu đề tài: Tiến hành thí nghiệm công nghệ điện phân cho nước giải nhiệt chiller. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý của công nghệ điện phân. 3. Tính mới và sáng tạo: Nghiên cứu đã đưa ra đánh giá yếu tố về mặt lưu lượng, là một trong những đánh giá quan trọng và còn thiếu rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề này. Từ đó mở ra những nghiên cứu khác sâu hơn rộng hơn, để có thể đưa công nghệ vào thực tiễn. 4. Kết quả nghiên cứu: Đưa ra đánh giá chi tiết đến khả năng xử lý của của công nghệ điện phân. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Đề tài đã đưa ra các đánh giá về khả năng hoạt động của công nghệ điện phân phân ở các điều kiện khác nhau. Từ đó củng cố khả năng áp dụng thành công vào thực tiễn, thay đổi các các công nghệ xử lý nước truyền thống thiếu hiệu quả và tốn kém về mặt kinh tế. Nó cũng mở ra con đường nghiên cứu về nhiều yếu tố khác. 14
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ và tên) 15
MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN Tổng quan về công nghệ điện phân Tháp giải nhiệt là một thiết bị giải nhiệt cho nước làm mát bình ngưng trong hệ thống Chiller giải nhiệt nước. Nhiệt được thải ra khí quyển thông qua quá trình làm mát bay hơi và các tháp giải nhiệt thường dùng cho hệ thống chiller giải nhiệt nước trong các tòa nhà thương mại vừa và lớn. Với sự bay hơi liên tục của nước, điều này để lại rất nhiều thành phần khoáng chất, ion nước cứng. Nước cấp có lượng tạp chất khoáng tự nhiên (ví dụ: silica, canxi và magiê), do đó, nước ngưng tụ còn lại sẽ có lượng tạp chất ngày càng tăng do lượng nước bốc hơi nhiều. Những tạp chất này cuối cùng sẽ kết tủa, đóng cáu, dẫn đến kết tủa rắn. Kết tủa rắn này thường được gọi là cáu cặn và sẽ bám lại trên các bề mặt khác nhau mà nó tiếp xúc. Cáu cặn này có tác động bất lợi đến truyền nhiệt bề mặt; làm giảm hiệu quả của làm việc của Chiller, năng lượng tiêu tốn vì thế cũng tăng theo thời gian. Xử lý nước điển hình là thêm hóa chất vào nước giải nhiệt cho những mục đích sau: • Ức chế quá trình hình thành cáu cặn. • Ức chế các quá trình ăn mòn. • Diệt các vi sinh vật có mặt trong nước, và hạn chế khả năng phát triển của chúng. Ngoài việc sử dụng hóa chất để xử lý nước tháp giải nhiệt, một phần nước tháp giải nhiệt thường được thải bỏ. Điều này thường được gọi là quá trình xả bỏ nước giải nhiệt ra khỏi vòng tuần hoàn nước. Khi quá trình xả bỏ diễn ra, nước cấp sẽ được bổ sung vào để bù đắp lượng nước đã xả bỏ, điều này đã làm tăng lượng nước sử dụng cho tháp giải nhiệt. Gần đây, công nghệ điện phân được nghiên cứu để lọc nước, xử lý nước cho tháp giải nhiệt, xử lý nước thải cho các nhà máy dệt,.. Hứa hẹn sẽ một công nghệ trong tương lai. Công nghệ này đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới với các thí nghiệm khác nhau. Chủ yếu nghiên cứu về các yếu tố anh hưởng đến hiệu suất loại bỏ ion nước cứng trong nước của tháp giải nhiệt. 16
Các thí nghiệm này gồm các điện cực được làm bằng kim loại như nhôm, sắt, titan. Gồm hai cực chính được cấp bởi nguồn điện một chiều. Khi quá trình điện phân xảy ra nó có khả năng tách các ion nước cứng ra khỏi nước và thu về phía điện cực âm. Vì đây là một công nghệ mới các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ nước cứng như mật độ dòng điện, khoảng cách điện cực, vật liệu điện cực,… Ở bài báo này ta sẽ chủ yếu nghiên cứu về yếu tố lưu lượng nước được trích ra từ hệ thống giải nhiệt [1]. Tình hình nghiên cứu Các nghiên cứu về công nghệ điện phân rất đa dạng nhưng chủ yếu tập trung theo các hướng sau như về mật độ dòng điện, khoảng cách điện cực, vật liệu điện cực, ph của nước xử lý. Sau đây là một vài nghiên cứu trên thế giới: - Hussein I. Abdel-Shafy [2] và cộng sự đã tiến hành thí nghiệm với bể xử lý có thể tích 1L với các điện cực có kích thước 8cmx8cm diện tích bề mặt xấp xỉ 65cm2 được cấp nguồn từ nguồn DC 30V – 5A. Thí nghiệm này chủ yếu đánh giá về thời gian điện phân, ảnh hưởng của mật độ dòng điện, khoảng cách điện cực, ph đến hiệu suất xử lý loại bỏ nước cứng. - Rapeepat Rungvavmanee [3] và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm để đánh giá hiệu suất xử lý về độ cứng canxi, tổng độ cứng, tổng lượng chất rắn với các điện cực nhôm, các mật độ dòng điện, thời gian điện phân khác nhau. - S.L. ZHI [4] và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm với bể điện phân có kích thước 8cm x 20cm x 16cm thể tích bể 1.5L, điện cực có kích thước 18cm x 18cm. Thí ngiệm không chỉ đánh giá mật độ dòng điện khoảng cách điện cực, thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý, mà còn đánh giá về năng lượng tiêu thụ. Ứng dụng công nghệ điện phân để xử lí nước làm mát cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm giải nhiệt nước đã được một số doanh nghiệp, công ty triển khai và thực hiện. Nhưng vẫn chưa có bài báo khoa học hay một đánh giá chi tiết hay tổng quan nào về công 17
nghệ này. Đó là lí do nhóm chúng em xin chọn đề tài “Ảnh hưởng của lưu lượng nước giải nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm đến hiệu quả làm việc của bộ xử lý nước điện phân” để thực hiện. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay với sự phát triển của kinh tế, đời sống con người ngày càng được nâng cao, nhất là nhu cầu làm mát. Đối với các trung tâm thương mại thì chiller là một thiết bị làm mát phổ biến. Một vấn đề nảy sinh là lượng tiêu thụ nước cho tháp giải nhiệt của chiller là vô cùng lớn. Bảng phân tích tiêu thụ nước trong các tòa nhà văn phòng ở Hoa kỳ được cung cấp trong Hình 1 và cho thấy khoảng 28% lượng nước tiêu thụ liên quan đến sưởi ấm và làm mát. Hình 1 Nhu cầu sử dụng nước trong các tòa nhà [1] Lượng nước tiêu thụ này do trong thời gian hoạt động dài thì nước trong hệ thống bị bám bẩn làm cho độ cứng của nước tăng lên vì thế cần phải xử lý hoặc thải bỏ. Mặc dù đã có một số phương pháp xử lý nhưng hiệu quả không cao mức lãng phí nước vẫn còn. Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới đã áp dụng công nghệ điện phân 18
để xử lý nước cứng. Dù có nhiều nhiên cứu về công nghệ này nhưng vẫn chưa có nghiên cứu nào đánh giá đến ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến quá trình điện phân, từ lý do đó nên nhóm em quyết định chọn đề tài này để nâng cao hiệu quả xử lý của công nghệ và đưa ra các đánh giá chính xác. Mục đích của đề tài Đề tài này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng nước đến quá trình hoạt động của bộ điện phân. Từ đó có thể đánh giá đưa ra các kết luận, để có thể lựa chọn các thông số để thiết kế áp dụng, nâng cao hiệu quả xử lý của thiết bị. Phạm vi nghiên cứu Trong thời gian thực hiện đề tài nhóm chủ yếu nghiên cứu về lý thuyết điện phân, các yếu tố ảnh hưởng đến điện phân như mật độ dòng điện, khoảng cách điện cực, thể tích bể điện phân, lưu lượng. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng quan tài liệu: Thông qua các bài báo khoa học, giáo trình, tài liệu chuyên khảo về công nghệ điện phân ứng dụng trong xử lý nước. - Phương pháp tính toán lý thuyết: Tính toán, thiết kế hệ thống phục vụ cho việc thực nghiệm. - Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng phương pháp và tiến hành thí nghiệm trên mô hình, phân tích, đánh giá các giá trị thực nghiệm thu được từ vận hành thực tế phục vụ cho việc đánh giá, bàn luận, kết luận và đưa ra kiến nghị. 19
Chương 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Chất lượng nước trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử dụng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước: Hệ thống điều hòa không khí kiểu làm lạnh bằng nước (water chiller) là hệ thống trong đó cụm máy lạnh không trực tiếp xử lý không khí mà làm lạnh nước đến khoảng 7℃. Sau đó nước được dẫn theo đường ống có bọc cách nhiệt đến các dàn trao đổi nhiệt gọi là các FCU và AHU để xử lý nhiệt ẩm không khí. Như vậy trong hệ thống này nước được sử dụng làm chất tải lạnh [5]. Hệ thống điều hòa không khí làm lạnh bằng nước được phân loại làm hai loại chính: Hệ thống water chiller giải nhiệt nước và hệ thống water chiller giải nhiệt gió. Hệ thống water chiller giải nhiệt nước bao gồm các thiết bị chính sau: - Cụm máy lạnh chiller - Tháp giải nhiệt - Bơm nước giải nhiệt - Bơm nước lạnh tuần hoàn - Bình giãn nở và cấp nước bổ sung - Hệ thống xử lí nước - Các dàn lạnh FCU và AHU Đặc điểm của các thiết bị chính: - Cụm máy lạnh chiller là thiết bị quan trong nhất của hệ thống điều hòa làm lạnh nước. Bao gồm các thiết bị chính như sau: + Máy nén có 4 loại máy nén được sử dụng phổ biến là máy nén piston, máy nén xoắn ốc, máy nén trục vít và máy nén ly tâm. 22
+ Bình ngưng tụ có nhiệm vụ giải nhiệt cho môi chất lạnh từ hơi ở áp suất cao nhiệt độ cao thành lỏng áp suất cao. + Bình bay hơi có nhiệm vụ làm lạnh nước thông thường từ 7-12 ℃. + Tủ điện điều khiển. - Bơm nước gồm có hệ bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt + Hệ bơm nước lạnh có nhiệm vụ vận chuyển nước lạnh đến các FCU, AHU để trao đổi nhiệt làm lạnh không gian phòng. + Hệ bơm nước giải nhiệt có nhiệm vụ vận chuyển nước nhiệt độ cao đến tháp giải nhiệt để làm mát nước và trở lại cụm máy lạnh chiller làm mát cho môi chất lạnh. - Bình dãn nở là bình chứa dùng để điều tiết sự dãn nở của nước trong hệ thống khi có sự thay đổi và nhiệt độ trong quá trình hệ thống dừng hay làm việc. Bao gồm các loại chính là bình dãn nở kiểu hở và bình dãn nở kiểu kín. - Tháp giải nhiệt là thiết bị tận dụng sự bay hơi của nước vào không khí để làm mát cho nước giải nhiệt trong bình ngưng. - Dàn lạnh bao gồm FCU và AHU. + FCU là thiết bị có cấu tạo cơ bản gồm dàn ống đồng cánh nhôm và quạt gió. Nước chuyển động trong ống, không khí thổi qua dàn ống đồng cánh nhôm sẽ trao đổi nhiệt hiện ẩm thành lạnh. Nhiệt lạnh đó sẽ được thổi trực tiếp hay theo ống gió vào phòng. + AHU là thiết bị trao đổi nhiệt có chức năng giống FCU nhưng ở AHU lưu lượng nước và gió trao đổi lớn hơn nhiều. * Một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản của tháp giải nhiệt: - Hiệu nhiệt độ ướt (approach different) là hiệu nhiệt độ nước ra khỏi tháp và nhiệt độ ướt của không khí khi vào tháp [5]. Δtư = tw1 - tư = 3 – 5 0K (1.1) tw1 – là nhiệt độ nước ra khỏi tháp bằng nhiệt độ nước vào bình ngưng. tư – nhiệt độ ướt của không khí vào tháp. 23
- Hiệu nhiệt độ nước vào ra (range different) là hiệu nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp [6]. Δtw = tw2 - tw1 = 5 0K (1.2) tw2 – là nhiệt độ nước vào tháp bằng nhiệt độ nước ra bình ngưng. - Nước xả (blowdown): Khi vận hành trong thời gian dài, do lượng nước bay hơi nên nồng độ tạp chất như độ cứng, cặn bẩn… tăng lên vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Để bảo vệ bình ngưng không bị đóng cáu cặn và ăn mòn người ta phải xả bỏ một phần nước tuần hoàn để thay thế bằng một lượng nước mới hoàn toàn. - Nước bổ sung nước cấp (makeup water): nước bổ sung cho tháp từ nguồn nước sẵn có bù vào lượng nước bay hơi, nước xả và các tổn thất do rò rỉ hoặc cuốn mất theo gió… Thường lượng nước bổ sung nằm trong khoảng 2% lượng nước tuần hoàn - Lượng nước bay hơi: là lượng nước bay hơi vào không khí để thải nhiệt cho nước nhờ nhiệt ẩn hóa hơi. Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở áp suất thường là r = 2258 KJ/kg [6]. - Cycles of concentration (COC) là một trong những thuật ngữ phổ biến được sử dụng trong mô tả hiệu quả sử dụng nước của hệ thống tháp giải nhiệt là COC. COC đại diện cho mối quan hệ giữa lượng nước bổ sung và lượng xả. COC là giá trị dùng để đo tổng nồng độ các khoáng chất có trong tháp giải nhiệt tương ứng với tổng nồng độ các khoáng chất có sẵn trong nguồn nước bổ sung. COC càng cao, hiệu quả sử dụng nước càng lớn. tháp giải nhiệt hoạt động với hiệu quả cao nhất với COC từ 3 đến 10, trong đó 3 thể hiện hiệu quả có thể chấp nhận được và 10 là cho hiệu quả tốt nhất trong thang đo. Nó đã được tìm thấy rằng phạm vi từ 5 đến 7 COC đại diện cho hiệu quả tốt nhất khi tính cả về mặt chi phí [7]. M COC  (1.3) B M: lượng nước cấp bổ sung (kg/s) B: lượng nước xả bỏ đi (kg/s) Để xác định COC, bạn phải biết hàm lượng khoáng chất của cả nước cấp bổ sung và nước xả. Ta phải xác định cả độ dẫn điện của nước tuần hoàn tháp giải nhiệt và độ dẫn điện 24
của nước cấp bổ sung. (Lưu ý rằng nước xả đáy sẽ có cùng độ dẫn với nước tuần hoàn). Mối quan hệ được thể hiện bằng phương trình này [7]. BEC COC  (1.4) M EC MEC: độ dẫn điện của lượng nước cấp bổ sung (kg/s). BEC: độ dẫn điện của lượng nước xả bỏ đi (kg/s). Hình 1.1 Vòng tuần hoàn nước của tháp giải nhiệt [7] 1.2 Khái niệm nước cứng 1.2.1 Nước cứng Nước cứng có tên tiếng anh là Hard Water - là loại nước có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+. Tổng hàm lượng hai ion trên sẽ quyết định tính chất của nước. Trong thực tế, nước có ít Ca và Mg thì độ cứng của nước sẽ thấp và ngược lại, nếu nước có nhiều Ca, Mg thì độ cứng của nước sẽ cao. Theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế thì độ cứng của nước cho phép phải nhỏ hơn 300 mg/lít. Nếu độ cứng trong nước vượt trên 100mg/ lít thì sẽ xuất hiện cáu cặn khi nước sôi. Và đun nước sôi cũng là phương pháp giúp ta nhận biết nước cứng đơn giản nhất hiện nay. 25