Nghiên cứu thực nghiệm các tính năng ảnh hưởng đến hệ thống bơm nhiệt quá lạnh - quá nhiệt tự dùng nguồn nhiệt

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu thực nghiệm các tính năng ảnh hưởng đến hệ thống bơm nhiệt quá lạnh - quá nhiệt tự dùng nguồn nhiệt nghiên cứu ảnh hưởng hệ số làm việc của hệ thống dùng môi chất R32 để làm môi chất lạnh trong hệ thống bơm nhiệt có quá lạnh/ quá nhiệt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thực nghiệm các tính năng ảnh hưởng đến hệ thống bơm nhiệt quá lạnh - quá nhiệt tự dùng nguồn nhiệt

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 2 35 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH NĂNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ THỐNG BƠM NHIỆT QUÁ LẠNH/ QUÁ NHIỆT TỰ DÙNG NGUỒN NHIỆT EXPERIMENTAL RESEARCH ON INFLUENCE ON THE PERFORMANCE OF SUB-COOLED/ SUPERHEAT HEAT PUMP SYSTEM Hồ Trần Anh Ngọc, Hoàng Thành Đạt Trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; anhngoctr@yahoo.com, hoangthanhdat1976@gmail.com Tóm tắt - Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của hệ thống Abstract - Improving energy efficiency of air conditioning systems điều hòa không khí nhằm tiết kiệm năng lượng, giảm khí phát thải to save energy, reduce emissions to contribute to environmental góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững protection and ensure sustainable development is an important là mục tiêu hết sức quan trọng. Trong nghiên cứu này, nhóm tác goal. In this study, we set up a system for empirical investigation of giả xây dựng một hệ thống để nghiên cứu thực nghiệm sự ảnh the influence of overheating overheating system using the heat hưởng đến hệ thống bơm nhiệt có quá lạnh/ quá nhiệt bằng cách source system of the supply system, study the effect of COP on a sử dụng nguồn nhiệt của hệ thống cung cấp; nghiên cứu sự ảnh single-stage heat pump using R32 refrigerant and verify the effects hưởng đến COP hệ thống bơm nhiệt một cấp sử dụng môi chất of too cold, overheating, conditions, temperature of the media on lạnh R32; kiểm chứng sự ảnh hưởng các quá trình quá lạnh, quá the condenser, the capacity of air conditioners ...; the COP heating nhiệt, các điều kiện, nhiệt độ môi chất đến thiết bị ngưng tụ, công coefficient decreases with the evaporating temperature. At the suất của máy lạnh...; hệ số làm nóng COP tăng, giảm theo nhiệt same time theoretical calculations are tested experimentally with độ bay hơi; đồng thời tính toán lý thuyết và kiểm nghiệm bằng thực the COP and COP heat heating coefficients of both super-cooling nghiệm hệ số làm lạnh COP và hệ số làm nóng COP heat của quá and superheating. trình quá lạnh và quá nhiệt. Từ khóa - bơm nhiệt; quá lạnh; quá nhiệt; COP; năng lượng Key words - heat pump; sub-cooling; superheat; COP; energy 1. Đặt vấn đề Điều hòa không khí giúp nâng cao chất lượng môi Năng lượng là động lực của sự phát triển kinh tế. Đời trường sống và môi trường làm việc của con người. Tuy sống vật chất trong xã hội ngày càng phát triển dẫn đến chất nhiên, nó lại tiêu hao năng lượng lớn, gây ra hiệu ứng nhà lượng cuộc sống ngày càng tăng cao. Ngày nay, điều hòa kính và các tác hại khác. Đối với các môi chất lạnh truyền không khí đã trở thành nhu cầu tất yếu trong cuộc sống và thống, trong quá trình sử dụng nó sẽ bị loại trừ dần dần và trong môi trường làm việc [1]. Nhiều tài liệu thống kê rằng, được thay thế bằng các môi chất lạnh thân thiện với môi năng lượng toàn cầu tiêu thụ cho mục đích điều hòa không trường hơn, R32 là môi chất lạnh được nhiều quốc gia khí là khoảng 37%, đối với Trung Quốc thì tiêu thụ 40% nghiên cứu để thay thế. Để giải quyết các vấn đề kỹ thuật [2] và đang có xu hướng tăng nhanh [3]. Trong tổng tiêu gặp phải khi dùng môi chất R32, chúng tôi nghiên cứu dùng thụ năng lượng của công trình thì điều hòa không khí tiêu máy nén xoắn ốc 2 khoang nén cho hệ thống bơm nhiệt có thụ năng lượng chiếm phần lớn. Các số liệu không thống quá lạnh/ quá nhiệt. kê chính xác được con số tiêu thụ, đối với Trung Quốc, Ở nội dung này, nghiên cứu ảnh hưởng hệ số làm việc điều hòa không khí và thông gió tiêu thụ năng lượng trên của hệ thống dùng môi chất R32 để làm môi chất lạnh trong 55% [4]. Việt Nam có năng lượng bình quân đầu người hệ thống bơm nhiệt có quá lạnh/ quá nhiệt. Tiến hành phân thấp, thật không hợp lý nếu chúng ta sử dụng năng lượng tích lý thuyết và thực nghiệm quá trình quá lạnh/ quá nhiệt một cách bừa bãi, không tiết kiệm dẫn đến mức độ ảnh của hệ thống bơm nhiệt. Tiến hành so sánh tính hiệu quả hưởng xấu đến môi trường ngày càng nghiêm trọng. Chính của hệ thống, kiểm tra độ quá lạnh, độ quá nhiệt, nhiệt độ vì vậy, tiết kiệm năng lượng và giảm khí phát thải đã trở môi chất ra khỏi máy nén... và các thông số làm ảnh hưởng thành chính sách của nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, đến hệ thống. cùng với sự phát triển kinh tế một cách vững bền. 2. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm Những năm gần đây, trong và ngoài nước đã có rất nhiều nghiên cứu về hệ thống lạnh, đã có những cải tiến về Hình 1 là nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm nhiệt hiệu quả làm lạnh. Trong hệ thống lạnh, kỹ thuật quá lạnh có quá lạnh/ quá nhiệt tự dùng nguồn nhiệt lạnh. Hệ thống được dùng rất phổ biến trong phạm vi nhiệt độ trung bình bao gồm: 1- Máy nén xoắn ốc, 2- Bình tách dầu, 3- Đồng và thấp để tiết kiệm năng lượng. Thực hiện kỹ thuật quá hồ hiển thị áp suất và nhiệt độ, 4-7- Thiết bị quá lạnh và lạnh có các phương pháp sau đây [5]: Dùng môi trường quá nhiệt, 5- Thiết bị bay hơi, 6- Van tiết lưu, 8- Phin lọc xung quanh để làm quá lạnh, trên đường ống hút có bố trí hút ẩm, 9- Kính quan sát lỏng môi chất, 10- Thiết bị ngưng cánh trao đổi nhiệt để quá lạnh, tăng thêm bộ trao đổi nhiệt tụ, 11- Đồng hồ áp suất nước ngưng, 12- Thiết bị đo lưu để đạt được sự quá lạnh, dùng thiết bị chuyên dụng quá lượng nước ngưng, 13- Bơm nước ngưng, 14- Bình chứa lạnh [6]. Một số kết quả và kết luận được đưa ra như tính nước ngưng, 15- Thiết bị cấp nhiệt bằng điện, 16- Bình năng hệ số và hiệu suất của chu trình được nâng cao, đạt chứa nước lạnh, 17- Bơm nước lạnh, 18- Đồng hồ áp suất được kết quả của việc tiết kiệm năng lượng. nước lạnh, 19- Thiết bị đo lưu lượng nước lạnh.
36 Hồ Trần Anh Ngọc, Hoàng Thành Đạt 3 T p 2 T p T p 4 1 5 10 6 T p 7 8 9 16 14 19 12 18 17 13 11 15 15 Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm bơm nhiệt có quá nhiệt/quá lạnh Nghiên cứu thực nghiệm các tính năng ảnh hưởng quá trình quá lạnh và quá nhiệt của hệ thống bơm nhiệt, Hình 2 nguyên lý tuần hoàn bao gồm: 4 I- Máy nén, II- Thiết bị2 lgp ngưng tụ, III- Thiết bị quá lạnh, IV- Thiết bị II bay hơi, V- Thiết bị quá nhiệt. Đồ thị log p-h biểu thị: 1→1’ quá trình quá nhiệt tại thiết bị quá nhiệt, 4→4’ quá trình quá lạnh tại Pk Tk thiết bị quá lạnh, 1’→2’ quá trìnhIIIquá nhiệt nén đoạn nhiệt 4' 4 3 2 2' I tại máy nén, 1→2 quá trình không quá nhiệt nén đoạn nhiệt tại máy nén, 2’→4 quá trình ngưng 4' tụ tại thiết bị ngưng tụ, P0 T0 4→5 quá trình không quá lạnh tiết lưu, 4’→5’ quá V trình 5' 5 1 1' IV 1 bay hơi tại quá lạnh tiết lưu, 5’→1 quá trình 5 trao đổi nhiệt 1' thiết bị bay hơi. h Hình 3. Đồ thị log p-h của hệ thống bơm nhiệt 4 2 có quá lạnh/ quá nhiệt lgp II 3. Tính toán theo mô hình Hệ thống dùng môi chất R32. Các giả định khi tính toán cho hệ thống điều hòa không khí.: III - Hệ thống 4' chạy 4 trongPkđiềuTkkiện ổn3định ;2 2' I - Nhiệt độ ngưng tụ trong phạm vi 40~55°C, nhiệt độ bay hơi trong phạm vi -10~5°C; 4' - Không tính tổn thất nhiệt và tổn thất lưu động của môi P0 Tống chất di chuyển trên đường 0 và tại thiết bị trao đổi nhiệt; V - Hiệu suất5'của 5 máy nén là 0,8; Độ1quá 1'nhiệt hơi hút là 5°C. 5 IV 1 1' 3.1. Hệ thống khi không quá lạnh/ quá nhiệt Năng suất lạnh riêng: q0  h1  h5 =h1  h4 (1) Năng suất lạnh riêng thể tích: h Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt qzv  (h1  h5 )/v1 =q0 / v1 (2) có quá lạnh/ quá nhiệt
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 2 37 Công nén lý thuyết: q0-sub h1  h5' COPsub   W0  h2  h1 (3) W0 h2  h1 Công nén chỉ thị: =  h1  h5  +  h5  h5'  Wi  W0 / i (4) h2  h1 (17) Nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ: h5  h5' qk  h2  h4 =COP0  (5) h2  h1 * Hệ số làm lạnh của chu trình Hệ số làm lạnh chỉ thị: Hệ số làm lạnh lý thuyết: 𝑞0−𝑠𝑢𝑏 𝐶𝑂𝑃𝑖 = q0 h1  h5 𝑊𝑖 COP0   (6) Lượng nhiệt làm nóng Qsubheat: W0 h2  h1 Hệ số làm lạnh chỉ thị: Qsubheat  cmt  c  vt (19) q0 Hệ số làm nóng COPsubheat: COPi  (7) Wi Qsubheat COPsubheat  (20) Lượng nhiệt làm nóng Qheat: W0 Qheat  cmt  c  vt (8) 3.3. Hệ thống khi quá nhiệt Năng suất lạnh riêng: Trong đó: c - Nhiệt dung riêng của nước，J/(kg.K);  - Mật độ của nước，kg/m3; q0-sup  h1'  h5 (21) v - Lưu lượng của nước，m3/s; =  h1  h5    h1'  h1  Δt - Độ chênh nhiệt độ Năng suất lạnh riêng thể tích: t =tmout  tmin (9) qzv  (h1'  h5 )/v1' =q0-sup / v1' (22) tm-in - Nhiệt độ trung bình nước làm mát vào; Công nén lý thuyết: tm-out - Nhiệt độ trung bình nước làm mát ra. Wsup  h2'  h1' (23) Hệ số làm nóng COPheat; Công nén chỉ thị: COPheat Q  heat (10) Wi  Wsup / i (24) W0 Nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ: 3.2. Hệ thống khi quá lạnh Năng suất lạnh riêng: qk -sup  h2'  h4 (25) q0-sub  h1  h5' =h1  h4' (11) Lượng nhiệt quá nhiệt: q gr  h1'  h1 (26) Năng suất lạnh riêng thể tích: * Hệ số làm lạnh của chu trình qzv  (h1  h5' )/v1 =q0-sub / v1 (12) Hệ số làm lạnh lý thuyết COPsup: Công nén lý thuyết: q0-sup h1’  h5 Wsub  W0  h2  h1 (13) COPsup   (27) Wsup h2’  h1’ Công nén chỉ thị: Hệ số làm lạnh chỉ thị: Wi  W0 / i (14) COPi  q0-sup / Wi (28) Nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ: Lượng nhiệt làm nóng Qsupheat: qk -sub   h2  h4  +  h4  h4’  (15) Qsup heat  cmt  c  vt (29) Lượng nhiệt quá lạnh: qgl   h4  h4’  (16) Hệ số làm nóng COPsupheat: Qsup heat * Hệ số làm lạnh của chu trình COPsup heat  (30) Hệ số làm lạnh lý thuyết: Wsup
38 Hồ Trần Anh Ngọc, Hoàng Thành Đạt 4. Kết quả thực nghiệm và phân tích độ và áp suất quá lạnh/ quá nhiệt, công suất của máy nén. Hệ thống thí nghiệm dùng môi chất R32, hệ thống một Chúng ta cần đo được lưu lượng nước làm mát để tính cấp nén, tính chất của mô hình thí nghiệm khi tiến hành quá lượng nhiệt Q, hệ số làm nóng COPheat khi có độ chênh lạnh/ quá nhiệt. Để có những phân tích tốt và chính xác các nhiệt độ Δt vào và ra. tính chất khi tiến hành quá nhiệt và tiến hành quá lạnh, các Hình 6 biểu thị nhiệt độ đầu đẩy máy nén tùy theo sự thiết bị đo lường phải có độ chuẩn xác cao và đạt tiêu thay đổi nhiệt độ bay hơi. Từ Hình 6 có thể nhận thấy nhiệt chuẩn. Khi tiến hành chạy hệ thống lạnh thí nghiệm, đầu độ bay hơi càng thấp thì nhiệt độ đầu đẩy của máy càng tiên phải khởi động tủ điều khiển điện, thông qua tủ điều cao; ở nhiệt độ bay hơi -5°C và 0°C, khi quá lạnh thì nhiệt khiển khởi động và điều chỉnh hệ thống nước ngưng, khởi độ đầu đẩy giảm 4,5% và 5,6%; tại nhiệt độ bay hơi -5°C, động hệ thống điều khiển nước lạnh, sau đó tiến hành khởi nhiệt độ ra khỏi máy nén khi quá nhiệt giảm 2 -3°C; nhưng động máy nén lạnh, đồng thời khởi động hệ thống điều ở nhiệt độ bay hơi 0°C thì nhiệt độ ra khỏi máy nén khi quá khiển, giám sát để thu thập số liệu. nhiệt lại tăng 7°C. 100 Hệ thống đơn Hệ thống quá lạnh Hệ thống quá nhiệt Nhiệt độ đầu đẩy (℃) 90 80 70 -5.0 0.0 Nhiệt độ bay hơi (℃) Hình 6. Đồ thị biểu thị nhiệt độ đầu đẩy phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi Hình 7 biểu thị công suất của máy nén phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi. Từ Hình 7 ta nhận thấy ở nhiệt độ bay hơi -5°C và 0°C, công suất của máy nén khi quá lạnh so với Hình 4. Tủ điều khiển điện khi không quá lạnh giảm 1,4% và 4,1%, khi quá nhiệt thì công suất tăng 2,41% và 0,9%. Hình 7. Đồ thị biểu thị công suất của máy nén phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi Hệ thống đơn Hệ thống quá lạnh 4.0 Lượng nhiệt làm nóng (kW) Hệ thống quá nhiệt 3.5 3.0 Hình 5. Hệ thống điều khiển, giám sát để đo và thu thập số liệu 2.5 Trong quá trình thí nghiệm, đầu tiên phải để hệ thống 2.0 (đơn) chạy ổn định không quá lạnh/ quá nhiệt. Hệ thống chạy ổn định theo các thông số yêu cầu thí nghiệm, thu thập 1.5 số liệu, sau đó tiến hành quá lạnh hoặc quá nhiệt. Cần thu 1.0 thập các thông số bao gồm: Nhiệt độ hút, áp suất hút, nhiệt -5.0 0.0 độ đầu đẩy, áp suất đẩy, nhiệt độ và áp suất của môi chất Nhiệt độ bay hơi (℃) vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ nước làm mát vào Hình 8. Đồ thị biểu thị lượng nhiệt làm nóng và ra khỏi thiết bị ngưng tụ, lưu lượng nước làm mát, nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 2 39 Hình 8 biểu thị lượng nhiệt làm nóng tùy thuộc vào sự nghiệm các yếu tố ảnh hưởng của hệ thống bơm nhiệt có thay đổi nhiệt độ bay hơi. Từ Hình 8 ta nhận thấy, khi quá quá lạnh/ quá nhiệt tự dùng nguồn nhiệt lạnh, từ kết quả lạnh thì lượng nhiệt làm nóng giảm tương đối lớn, tại nhiệt thực nghiệm, tác giả rút ra được các kết luận sau đây: độ bay hơi -5°C và 0°C, khi có quá lạnh thì lượng nhiệt làm 1) Quá trình quá lạnh đối với nhiệt độ đầu đẩy của hệ nóng sẽ giảm, có sự khác biệt phân biệt rõ ràng là 32,44% thống giảm tương đối rõ rệt, như vậy rất thích hợp khi so với 42,36%. Nhưng tại nhiệt độ bay hơi 0°C thì lượng chúng ta dùng môi chất lạnh R32 để làm nóng có nhiệt độ nhiệt làm nóng khi quá lạnh giảm 8,61%, còn tại nhiệt độ đầu đẩy cao. bay hơi -5°C thì lượng nghiệt làm nóng sẽ tăng lên 11,31%. 2) Khi quá lạnh, lượng nhiệt làm nóng giảm xuống, Hình 9 biểu thị hệ số làm nóng COP tùy thuộc vào sự công suất của máy nén cũng giảm xuống nhưng hệ số làm thay đổi nhiệt độ bay hơi. Từ Hình 9 nhận thấy hệ số làm nóng COP giảm, càng làm tăng thêm độ ảnh hưởng. nóng COP khi quá lạnh giảm 31,41%, khi quá nhiệt hệ số làm nóng COP ở nhiệt độ bay hơi -5°C tăng trung bình TÀI LIỆU THAM KHẢO 9,9%, tại nhiệt độ bay hơi 0°C thì ngược lại, COP làm nóng giảm trung bình 9,4%. [1] 冷天玖, 韩雷涛, 马煌非常规能源的开发及利用前景农业工程技 Hệ thống đơn Hệ thống quá lạnh 术新能源产业, 一 2.5 Hệ thống quá nhiệt [2] 谢英柏, 燃气机热泵总能系统的理论分析与试验研究 [D], 保定, 华北电力大学博士论文, 2002. Hệ số làm nóng COP 2.0 [3] 张志莹, “建筑节能是实现建筑业可持续发展的必由之路 [J]”, 中国工程咨询, 7, 2006, pp. 18-19. 1.5 [4] 蔡伟光, 中国建筑能耗影响因素分析模型与实证研究 [D], 重庆: 重庆大学博士学位论文, 2011, 大学, 2012. 1.0 [5] Bilal Ahmed Qureshi, Syed M Zubair, “The effect of refrigerant -5.0 0.0 combinations on performance of a vapor compression refrigeration system with dedicated mechanical sub-cooling”, Internationl Nhiệt độ bay hơi (℃) Journal of Refrigeration [J], 35, 2012, pp. 47-57. Hình 9. Đồ thị biểu thị hệ số làm nóng COP [6] Qureshi B A. & Zubair S M., “Mechanical sub – Cooling phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi vaporcompression systems - Current status and future directions”, International Journal of Refrigeration [J]. 2013. 5. Kết luận [7] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính, Hệ thống máy và thiết bị lạnh, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004. Nội dung bài báo, trình bày quá trình nghiên cứu thực (BBT nhận bài: 11/09/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 26/09/2017)