BÁO cáo môn học đề tài TÍNH TOÁN CHU TRÌNH hệ THỐNG điều hòa KHÔNG KHÍ và THIẾT kế CHI TIẾT FCU có NĂNG SUẤT LẠNH 35 KW

Hệ thống điều hòa không khí

Khái niệm về hệ thống điều hòa không khí

Điều hòa không khí (AC) là thiết bị quan trọng giúp loại bỏ nhiệt và độ ẩm trong không gian sống, nâng cao sự thoải mái cho người sử dụng Nó không chỉ kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm mà còn điều chỉnh áp lực không khí trong phòng Với khả năng điều tiết không khí xung quanh, điều hòa không khí đóng vai trò thiết yếu trong việc tạo ra và duy trì môi trường sống lý tưởng, phục vụ nhu cầu của con người thông qua công nghệ và thiết bị hiện đại.

Hình 1.1: Mô phỏng hệ thống điều hòa không khí trong tòa nhà

Nguyên nhân chính dẫn đến sự phát triển của điều hòa không khí là sự khắc nghiệt của thời tiết và khí hậu, cùng với hiện tượng trái đất nóng lên Điều này đã gây ra nhiều hệ lụy ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người.

Hệ thống điều hòa không khí được chế tạo nhằm kiểm soát nhiệt độ theo ý thích của người sử dụng, góp phần cải thiện sức khỏe và công việc hàng ngày Những tính năng quan trọng của thiết bị này bao gồm điều hòa nhiệt độ, kiểm soát độ ẩm, lưu thông không khí, và lọc bụi cũng như các thành phần gây hại cho sức khỏe con người.

Nguyên lý hoạt động của điều hòa không khí

Dàn nóng thường hoạt động theo chu kỳ, trong khi dàn lạnh hoạt động liên tục để duy trì nhiệt độ tối ưu, mang lại hiệu quả sử dụng cao nhất cho người dùng.

Quạt dàn lạnh hoạt động liên tục để thổi và phân tán không khí đều khắp phòng, giúp duy trì sự luân chuyển không khí Bên trong dàn lạnh có bộ cảm biến nhiệt và board xử lý tín hiệu, với nhiệm vụ cảm nhận nhiệt độ không khí và gửi thông tin về dàn lạnh Khi nhiệt độ trong phòng cao hơn mức cài đặt từ 1 – 2 oC, board sẽ kích hoạt dàn nóng để cung cấp môi chất lỏng cho dàn lạnh Gas lỏng sau khi bốc hơi trong dàn lạnh sẽ thu nhiệt không khí, làm giảm nhiệt độ không khí trong phòng Khi đạt được nhiệt độ cài đặt trước, board sẽ ngưng hoạt động của dàn nóng.

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho máy điều hòa, người dùng nên duy trì nhiệt độ phòng trong khoảng từ 26 – 28 o C Khi nhiệt độ đạt yêu cầu, dàn lạnh sẽ ngưng hoạt động, nhưng nếu nhiệt độ chênh lệch hơn 1,2 o C so với cài đặt, cơ chế làm lạnh sẽ tiếp tục hoạt động Việc vận hành máy ở nhiệt độ này không chỉ giúp thiết bị hoạt động hiệu quả mà còn tốt cho sức khỏe người dùng.

Chi tiết FCU

FCU là gì?

FCU (Thiết bị Fan-Coil) là một thành phần quan trọng trong hệ thống HVAC (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí), chuyên xử lý không khí và sử dụng ống gió mềm để tối ưu hóa hiệu suất làm mát và sưởi ấm trong các không gian sống và làm việc.

TIEU LUAN MOI tải về tại skknchat@gmail.com, đề cập đến vai trò của nhiệt trong các tòa nhà dân cư, thương mại và công nghiệp FCU, một thiết bị xử lý không khí, có cấu trúc đơn giản và kích thước nhỏ hơn so với AHU.

FCU (Fan Coil Unit) là thiết bị xử lý không khí với công suất từ 2kW đến 20kW Hiện nay, các loại FCU phổ biến bao gồm kiểu Cassette thổi tròn, 4 hướng, 1 hướng thổi, áp trần, giấu tường, giấu trần, kiểu treo tường và ấm trần nối ống gió.

Hình 1.2: 2 chiếc FCU tại xưởng Nhiệt 1.2.2 Cấu tạo của FCU

Thiết bị FCU bao gồm các bộ phận chính như quạt, dàn ống, bộ lọc bụi, động cơ, dàn ống trao đổi nhiệt và màn hứng nước ngưng Một số mẫu FCU còn được trang bị thêm bộ sấy điện, mặc dù số lượng không nhiều.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của FCU

Cuộn cảm trong FCU nhận nước nóng hoặc lạnh từ điều hòa trung tâm và thực hiện quá trình truyền nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ không khí Bên trong FCU, cuộn dây quạt có thể tích hợp bộ ổn nhiệt hoặc kết nối với bộ điều khiển nhiệt từ xa Tốc độ động cơ quạt trong FCU được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu làm mát và sưởi ấm hiệu quả.

Một số modul của thiết bị FCU có khả năng điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh các vòi trên máy biến áp AC, cung cấp nguồn cho động cơ quạt Tuy nhiên, việc điều chỉnh này chỉ cho phép một tốc độ cố định và thường được thực hiện trong quá trình lắp đặt hoặc xây dựng Ngoài ra, một số modul của FCU còn được trang bị động cơ tụ tách vĩnh viễn.

1.2.4 Ứng dụng của thiết bị FCU

Hiện nay, FCU được sử dụng phổ biến trong các khu chung cư, tòa nhà cao tầng và công trình thương mại Đối với các tòa nhà cao tầng, FCU thường được lắp đặt chồng lên nhau theo chiều dọc và kết nối qua một đường ống Trong một số công trình, FCU còn được gắn âm trần trong phòng tắm hoặc cung cấp không khí lạnh cho những không gian nhỏ.

1.2.5 Một vài ưu và nhược điểm của thiết bị FCU

- Thiết bị FCU cấu tạo thiết kế nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo chắc chắn Đáp ứng được việc cung cấp lưu lượng gió cao.

Đường ống cho thiết bị FCU được cách nhiệt bằng xốp cách nhiệt và ống gió mềm có bảo ôn, giúp ngăn chặn sự ngưng tụ hình thành.

Ống đồng được sản xuất từ vật liệu chất lượng cao, kết hợp với cánh tản nhiệt bằng nhôm, giúp tối ưu hóa hiệu quả trao đổi nhiệt Thiết kế đường ống nối liền mạch, đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com nước được phủ kim loại Nên giảm thiểu được sự biến dạng khi vận chuyển và lắp đặt.

Thiết bị FCU có thể phát ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động do thiết kế của các thành phần cấu tạo Tuy nhiên, tiếng ồn này được kiểm soát ở mức tối thiểu nhờ vào việc kiểm tra cân bằng tĩnh và động của động cơ quạt, kết hợp với chất lượng cách nhiệt và cách âm cao.

FCU là thiết bị được trang bị động cơ điện chất lượng cao, đi kèm với ổ trục có độ ồn thấp, giúp loại bỏ nhu cầu bôi trơn Tính năng này không chỉ giảm thiểu thời gian bảo trì mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị.

- Không rò rỉ nhờ khay hứng nước ngưng tụ bên trên dàn trao đổi nhiệt vừa cách nhiệt với môi trường bên ngoài lại hứng được nước ngưng tụ.

- Bộ điều nhiệt để sử dụng van điều khiển hoặc tốc độ quay của quạt.

- Hệ thống hoạt động cần một không gian riêng.

- Tính tự động không cao, đòi hỏi phải có sự giám sát của người có chuyên môn.

- Bảo trình khó không linh hoạt và khi sửa chữa đòi hỏi người có chuyên môn phải cao.

Nguyên lý hoạt động của FCU

Cuộn cảm trong FCU nhận nước nóng hoặc lạnh từ điều hòa trung tâm và thực hiện quá trình truyền nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ không khí Bộ ổn nhiệt có thể được tích hợp bên trong cuộn dây quạt hoặc kết nối với bộ điều khiển nhiệt từ xa Tốc độ động cơ quạt trong FCU đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hiệu suất làm mát và sưởi ấm theo nhu cầu.

Một số modul của thiết bị FCU có chức năng điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh các vòi trên máy biến áp AC để cung cấp nguồn cho động cơ quạt Tuy nhiên, việc điều chỉnh này chỉ cho phép một tốc độ cố định và thường được thực hiện trong quá trình lắp đặt hoặc xây dựng Ngoài ra, một số modul của FCU còn được trang bị động cơ tụ tách vĩnh viễn.

Ứng dụng của thiết bị FCU

Hiện nay, FCU được sử dụng phổ biến trong các khu chung cư, nhà cao tầng và công trình thương mại Đối với các tòa nhà cao tầng, FCU thường được xếp chồng theo chiều dọc và kết nối qua một đường ống Trong một số công trình, FCU thường được lắp đặt âm trần phòng tắm hoặc cung cấp không khí lạnh cho các khu vực không gian nhỏ.

Một vài ưu và nhược điểm của thiết bị FCU

- Thiết bị FCU cấu tạo thiết kế nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo chắc chắn Đáp ứng được việc cung cấp lưu lượng gió cao.

Các đường ống kết nối với thiết bị FCU được cách nhiệt bằng xốp cách nhiệt và ống gió mềm có lớp bảo ôn, giúp ngăn chặn sự hình thành ngưng tụ.

Ống đồng được chế tạo từ vật liệu chất lượng cao, kết hợp với cánh tản nhiệt bằng nhôm, giúp tối ưu hóa hiệu suất trao đổi nhiệt Thiết kế ống nối linh hoạt và hiệu quả, đảm bảo quá trình hoạt động ổn định và bền bỉ.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com nước được phủ kim loại Nên giảm thiểu được sự biến dạng khi vận chuyển và lắp đặt.

Thiết bị FCU có thể phát ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động do thiết kế của các thành phần cấu tạo Tuy nhiên, tiếng ồn này được kiểm soát ở mức tối thiểu nhờ vào việc kiểm tra cân bằng tĩnh và động của mô tơ quạt, cùng với hệ thống cách nhiệt và cách âm chất lượng cao.

FCU là thiết bị trang bị động cơ điện chất lượng cao, đi kèm với ổ trục có độ ồn thấp, không cần bôi trơn, giúp giảm thiểu thời gian bảo trì.

- Không rò rỉ nhờ khay hứng nước ngưng tụ bên trên dàn trao đổi nhiệt vừa cách nhiệt với môi trường bên ngoài lại hứng được nước ngưng tụ.

- Bộ điều nhiệt để sử dụng van điều khiển hoặc tốc độ quay của quạt.

- Hệ thống hoạt động cần một không gian riêng.

- Tính tự động không cao, đòi hỏi phải có sự giám sát của người có chuyên môn.

- Bảo trình khó không linh hoạt và khi sửa chữa đòi hỏi người có chuyên môn phải cao.

THÀNH LẬP SƠ ĐỒ, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH

Chọn các thông số của chế độ làm việc

Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được xác định bằng các nhiệt độ cho trước như sau:

- Nhiệt độ không khí vào FCU: t kkv = 26 o C

- Nhiệt độ nước vào FCU: t nv = 7 o C

- Nhiệt độ nước ra FCU: t nr = 13 o C

2.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh

Theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế thì nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế là: t0 = tnv – ∆t0 , o C

Do thiết bị bay được chọn thiết kế trong hệ thống điều hòa không khí là thiết bị bay hơi kiểu bình bay hơi

∆t 0 – hiệu nhiệt độ bay hơi yêu cầu (độ chênh nhiệt độ yêu cầu, đối với môi trường cần làm lạnh là bình bay hơi), o C

Thay vào ta có được: t 0 = t nv - ∆t 0 = 7 – 5 = 2 o C 2.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ t k

Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ t k = t mt + ∆t k , o C

Trong đó: t mt – Nhiệt độ môi trường trung bình cao nhất ở TP Hồ Chí Minh, oC t mt = 37 o C

Trong thiết kế hệ thống điều hòa, thiết bị ngưng tụ được lựa chọn là dàn ngưng không khí, sử dụng không khí để giải nhiệt.

∆t k – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu (độ chênh nhiệt độ yêu cầu, đối với môi trường giải nhiệt là không khí), o C

Thay vào ta có được:

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com t k = t mt + ∆t k = 37 + 11 = 48 o C 2.1.3 Nhiệt độ hơi quá lạnh t ql

Nhiệt độ hơi quá là nhiệt nhiệt độ của hơi trước khi vào van tiết lưu Nhiệt độ hơi quá lạnh rất nhỏ.

2.1.4 Nhiệt độ hơi quá nhiệt (hơi hút) t qn

Để chọn độ chênh nhiệt độ quá nhiệt Δtt qn, cần xác định theo phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: h1 - h6 = h3 - h4 Từ điểm 6 với t6 = 20°C, ta có h6 = 398,36 kJ/kg Tại điểm 3, với t3 = 48°C, tra bảng bão hòa cho h3 = 268,32 kJ/kg Tại điểm 4, với t4 = 44°C, tra bảng bão hòa cho h4 = 262,19 kJ/kg.

Thay các thông số trên vào phương trình ta được h 1 = h 3 – h 4 + h 6 = 268,32 – 262,19 + 398,36 = 404,49 kJ/kg

Tra bảng hơi quá nhiệt ở áp suất p 0 = 3,146 bar ta có t 1 = 8,8

0C Vậy Δtt qn = 6,8 0 C Ta chọn Δtt qn = 7 0 C

2.1.5 Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh

Do chúng ta sử dụng môi chất R134a là Freon nên ta thấy được:

Ta có tỷ số nén: π = = 12,526 = 3,98 < 9

Vì vậy, để tăng thêm năng suất lạnh cho hệ thống, ta chọn chu trình lạnh máy nén 1 cấp có sử dụng hồi nhiệt với ∆t qn = 7 o C

Thành lập sơ đồ nguyên lí, đồ thị lgp – h và T – s

2.2.1 Thành lập sơ đồ và đồ thị của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt

1 – 2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I;

2 – 3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II;

3 – 4: quá trình quá lạnh ở thiết bị hồi nhiệt III;

4 – 5: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu IV;

5 – 6: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi V;

6 – 1: quá trình quá nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt III.

Hình 2.2: Đồ thị lgp – h và T – s của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt

Nguyên lý làm việc của máy lạnh 1 cấp thực hiện chu trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt như sau:

Hơi bão hòa khô sau khi rời khỏi thiết bị bay hơi sẽ vào thiết bị hồi nhiệt, nơi nó nhận nhiệt từ lỏng có áp suất và nhiệt độ cao, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ và chuyển đổi thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt này sau đó được máy nén hút vào để thực hiện quá trình đoạn nhiệt đẳng entropy.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Quá trình làm lạnh bắt đầu khi hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao rời khỏi đầu đẩy máy nén (trạng thái số 2) và đi vào thiết bị ngưng tụ, nơi nó nhả nhiệt cho môi trường cần giải nhiệt, thực hiện quá trình ngưng tụ đẳng áp để trở thành lỏng hoàn toàn (trạng thái số 3) Khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ, chất lỏng này vẫn có áp suất cao và nhiệt độ cao, sau đó vào thiết bị hồi nhiệt, nhả nhiệt cho hơi có áp suất thấp và nhiệt độ thấp, chuyển đổi thành lỏng quá lạnh (trạng thái số 4) Tiếp theo, chất lỏng đi qua van tiết lưu, thực hiện quá trình tiết lưu đẳng enthalpy, trở thành hơi bão hòa ẩm (trạng thái số 5) Cuối cùng, hơi bão hòa ẩm với áp suất thấp và nhiệt độ thấp đi vào thiết bị bay hơi, nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt, trở thành hơi bão hòa khô hoàn toàn.

(6) đi qua thiết bị hồi nhiệt lại được máy nén hút về, chu trình cứ thế tiếp diễn.

• Tính toán các thông số của chu trình:

1) Công cấp cho chu trình: l = h 2 - h 1

2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: q k = h 2 - h 3

3) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: q o = h 6 - h 5

2.2.3 Xác định chu trình 1 cấp có thiết bị hồi nhiệt a) Tính toán các thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình:

Bảng 2.1 trình bày thông số các chu trình điểm nút của máy lạnh một cấp trong hành trình khô, sử dụng thiết bị hồi nhiệt với môi chất R134a Các thông số bao gồm nhiệt độ, áp suất, entropy, enthalpy, thể tích riêng và trạng thái nút.

(kJ/kg.K) (kJ/kg) (m 3 /kg) (bar)

5 2 3,146 1,237 265,27 N/A Hơi bão hòa ẩm b) Tính toán các thông số của chu trình:

• Công nén riêng l: l = h 2 – h 1 = 434,46 – 404,92 = 29,54 kJ/kg

• Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi q o : q o = h 6 – h 5 = 398,36 – 265,27= 133,09 kJ/kg

• Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ q k q k = h 2 – h 3 = 434,46 – 268,32= 166,14 kJ/kg

• Hệ số làm lạnh của chu trình

• Năng suất lạnh riêng thể tích q v = = 133,09 = 2001,353 kJ/kg

• Hệ số exegi của chu trình

Nhiệt độ môi trường tại TP Hồ Chí Minh vào mùa hè có thể đạt đến 37 độ C, dẫn đến việc chỉ số COP (Hệ số hiệu suất) giảm rõ rệt.

Tính toán cho máy nén theo chu trình và chọn máy nén

• Lưu lượng hơi (năng suất khối lượng) thực tế đi qua máy nén Ta có: Năng suất lạnh của máy nén Q o = 35 kW như đề bài cho

➔ Lưu lượng hơi thực tế đi qua máy nén: m tt = 35

• Năng suất thể tích thực tế của máy nén:

• Hệ số cấp của máy nén

Dựa vào đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của hệ số cấp máy nén và tỉ số nén của môi chất R134a.

Ta thấy tỉ số nén π = 3,146 = 12,526 = 3,98

❖ Chọn máy nén từ catalogue phù hợp:

Công nén đoạn nhiệt của chu trình được tính theo biểu thức sau:

N s = m tt l = 0,263 29,54 = 7,769 (kW) Trong đó: N s còn được gọi là công nén lý thuyết; m tt – lưu lượng khối lượng qua máy nén, kg/s l – công nén riêng, kJ/kg

Công nén chỉ thị là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết:

Trong đó: – hiệu suất chỉ thị có thể được xác định theo đồ thị cho trước của nhà chế tạo nhưng cũng có thể tính theo biểu thức:

Công nén hiệu dụng Ne là công nén đã tính đến tổn thất ma sát giữa các chi tiết máy nén như pittong – xilanh, tay biên – trục khuỷu và ắc pittong Đây là giá trị công nén được đo trực tiếp trên trục khuỷu của máy nén.

N e = N i + N ms = 9,044 + 0,00085= 9,04485 kW Trong đó: N i = 9,044 kW

V tt – thể tích hút thực tế = 0,017 m 3 /s p ms – áp suất ma sát riêng Đối với máy nén Freon thẳng dòng: pms = 0,039 ÷ 0,059 MPa

Công suất điện được đo trên bảng đấu điện, bao gồm các tổn thất truyền như khớp và đai Đối với máy nén kín hoặc nữa kín, tổn thất này bằng 0 Hiệu suất chính của động cơ điện cũng được tính đến trong công suất này.

Trong đó: đ – hiệu suất truyền động khớp, đai … đ = 0,95;

• Công suất động cơ lắp đặt N đc Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn

Ngoài ra, nếu hiệu suất tương đối của máy nén theo kinh nghiệm thì chúng ta chọn

Sử dụng phần mềm Bitzer để chọn máy nén cho hệ thống.

Thao tác sử dụng phần mềm: chạy phần mềm Bitzer.

Hình 2.4: Giao diện phần mềm chọn máy

Trong giao diện phần mềm chọn “máy nén pit tông kiểu hở”.

Trong “máy nén pit tông kiểu hở” nhập các thông số vào các mục tương ứng ứng sau đó chọn “tính toán” (Calculate).

Các thông số nhập vào phần mềm:

Dòng máy (Standard): Máy nén hở

Tất cả môi chất lạnh (Refrigerant): R134a

Công suất lạnh (Cooling capacity): 35 kW

Nhiệt độ bay hơi bão hòa đầu hút (Evaproration temp): 2 o C

Nhiệt độ ngưng tụ bão hòa đầu đẩy: 48 o C

Nhiệt độ gas quá lạnh lỏng: 44 o C

Nhiệt độ gas quá nhiệt đầu hút: 9 o C

Hình 2.5 : Kết quả sau khi chọn bằng phần mềm

Ta chọn máy nén dựa vào điều kiện :

Chọn Q0 lý thuyết < Q0 phần mềm tính chọn để đảm bảo hiệu suất 0 0 ≤ 100% Chọn loại máy nén 4H-2Y

Hình 2.6: Kích thước và thông số kỹ thuật máy nén

Dựa trên kết quả có được từ phần mềm ta có kiểu máy 4H.2Y với một số thông số cần chú ý như sau:

Motor kéo cần thiết: 15 kW

Kết quả từ phần mềm cho thấy có sự chênh lệch nhỏ so với kết quả tính toán, nguyên nhân chủ yếu là do sai số trong quá trình tính toán.

Bảng 2.1: So sánh thiết kế máy nén

Thông số Đơn vị Thông số thiết Thông số Sai số kế Catalog

Công suất motor kW 12,301 15 2,7% kéo

Tính toán chọn thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng không khí

• Năng suất nhiệt riêng (Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ) q k = 166,14 kJ/kg

• Lưu lượng lỏng cao áp của môi chất khi ngưng tụ m tt = 0,263 kg/s

• Nhiệt độ không khí vào dàn ngưng t mt = t w1 = 37 o C

• Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ không khí: 10 ÷ 20 o C

➔ Chọn độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ không khí là 10 o C

• Nhiệt độ của không khí ra khỏi dàn ngưng là t w2 = t w1 + 10 = 47 o C

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com a) Hiệu nhiệt độ trung bình logarit Δt tb

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: Δt − Δt t − t 1 − t − t 2 48−37 − 48−47 Δt tb = = = = 4,17 K

48−37 Δt t − t 1 ln 48−47 Δt t − t 2 b) Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Q k

Mà Q k = m tt q k = 0,263 166,14 = 43,695 kW c) Hệ số truyền nhiệt của dàn ngưng không khí k

Tra bảng 8 – 6 / 263 Gía trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt k trong sách

HDTKHTL của thầy Nguyễn Đức Lợi, tra được: k = 30 W/m 2 K d) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng giải nhiệt gió:

Dựa vào bảng 8 – 5 / 260 Dàn ngưng quạt trong sách HDTKHTL của thầy

Nguyễn Đức Lợi đã lựa chọn dàn ngưng quạt kiểu nằm ngang ABM với diện tích trao đổi nhiệt 440 m², bao gồm 8 dãy ống và 188 ống

Bảng 2.4: So sánh thiết kế dàn ngưng không khí

Thông số Đơn vị Thông số thiết kế Thông số catalog Sai số

Diện tích trao m 2 349,279 440 20,61 % đổi nhiệt

Tính toán thiết bị bay hơi

Ta chọn là bình bay hơi ống vỏ R134a:

- Nhiệt độ nước vào bình bay hơi t nv = 13 o C;

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình bay hơi t nr = 7 o C; a Hiệu nhiệt độ trung bình logarit Δt tb Δt tb = Δt− Δt = t − t 0 − t − t 0 = 13−2 − 7−2 =7,6 K Δt t − t 0 ln

7−2 b Hệ số truyền nhiệt của bình bay hơi ống vỏ R134a (k):

Tra bảng 8 – 7 / 282 Gíá trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt k trong sách

HDTKHTL của thầy Nguyễn Đức Lợi, tra được: k = 350 ÷ 400 W/m 2 K Chọn k = 375 W/m 2 K c Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình bay hơi ống vỏ R134a:

Dựa vào bảng 8 – 9 / 283 Bình bay hơi trong sách HDTKHTL của thầy Nguyễn Đức Lợi, chọn được Bình bay hơi ống vỏ R134a sôi trong ống HTBP – 12,5 có:

• Diện tích trao đổi nhiệt : 12,5 m 2 ;

Bảng 2.5: So sánh thiết kế bình bay hơi Thông số Đơn vị Thông số thiết kế Thông sốcatalog Sai số

Diện tích trao m 2 12,5 12,5 0% đổi nhiệt

Tính toán chọn van tiết lưu

• Công suất sau van tiết lưu:

Ta chọn van tiết lưu của hãng Danfoss loại TGE 20 – 16 với catalog bên dưới

Bảng 2.6: So sánh thiết kế van tiết lưu:

Thông số Đơn vị Thông số thiết kế Thông số catalog Sai số

• Sơ đồ nguyên lí hoạt động

THIẾT KẾ CHI TIẾT FCU

Tính toán diện tích truyền nhiệt

Phòng thí nghiệm KT Sấy

Hình 3.1: Sơ đồ mặt bằng xưởng Nhiệt Sau khi khảo sát mặt bằng phòng thí nghiệm kỹ thuật Sấy, ta có:

Hình 3.2: Diện tích phòng thí nghiệm kỹ thuật Sấy 3d 3.1.1 Tính toán mật độ truyền nhiệt từ vách vào phòng

Hệ số dẫn nhiệt của tường gạch λ = 0,6 W/m.K t 1 = 37 o C – Nhiệt độ bên ngoài phòng; t 2 = 17 o C – Nhiệt độ bên trong phòng;

Mật độ truyền nhiệt qua vách trụ một lớp được tính theo công thức trong sách "Cơ sở truyền nhiệt và Thiết kế Thiết bị trao đổi nhiệt" của Thầy Hoàng Đình Tín Cụ thể, công thức được biểu diễn là q = ∆t, với kết quả tính toán là 0,12 * 0,6 * (37 – 17) = 100 [W/m²].

3.1.2 Tính toán diện tích truyền nhiệt t mt = 37 o C – Nhiệt độ môi trường trung bình của TP Hồ Chí Minh t T = 26 o C – Nhiệt độ không khí vào FCU t TƯ = 19,5 o C – Nhiệt độ bầu ướt

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆

Phòng có kích thước 8m chiều dài, 6m chiều rộng và 2.5m chiều cao, được xây dựng bằng tường gạch dày 110 mm và không tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài, có hệ số truyền nhiệt k = 2,32 W/m².K Năng suất làm lạnh của hệ thống đạt 35kW.

Chọn FCU

Trong mặt bằng trong phòng được bố trí 4 FCU.

Năng suất lạnh yêu cầu cho mỗi FCU trong phòng : Q0TCyc = 35/4 = 8,75 kW.

FCU là thiết bị trao đổi nhiệt gồm ống đồng và cánh nhôm, kết hợp với quạt gió Nước chảy trong ống trong khi không khí di chuyển qua cụm ống, giúp trao đổi nhiệt và độ ẩm Sau đó, không khí này được thổi vào phòng qua hệ thống kênh gió Việc lựa chọn FCU dựa trên bảng kết quả tính toán năng suất lạnh cho từng phòng.

Mã hiệu FCU Đặc tính đơn vị 006 008

Lưu lượng gió(tốc độ gió trung m 3 /h 744 1153 bình)

Quạt dạng Quạt ly tâm lồng sóc

Vật liệu Thép tráng kẽm Điện nguồn quạt 220V/1Ph/50Hz

Công suất quạt W 63 94 Ống nước vào/ra Inch 3/4''

42CL Đường kính trong của ống

A 26mm Ống nước ngưng 42VL Ống mềm đường kính ngoài

VMA Dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm gợn sóng

Cỡ ống Inch Áp suất làm việc kG/cm

Với năng suất lạnh tổng QT đạt 8,942 kW, lớn hơn Q0TCyc là 8,75 kW, chúng ta có thể lựa chọn FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006 của Hãng Carrier, theo hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí của thầy Nguyễn Đức Lợi trên trang 95.

Tính toán số ống, số cánh

Thiết kế dàn làm lạnh không khí FCU trong hệ thống điều hòa không khí có năng suất lạnh Q 0 = 8,942 kW, sử dụng ống đồng cánh tấm bằng nhôm với các thông số kỹ thuật cụ thể.

+ Đường kính ngoài của ống: d o =0,01 m

+ Đường kính trong của ống: d i =0,0096 m +Bước cánh: S c =0,003 m

Nhiệt độ không khí vào: t 1 & o C φ 1 = 55%

Nhiệt độ không khí ra: t 2 = 18 o C φ 2 = 85%

Chùm ống sắp xếp so le dạng tam giác đều, khoảng cách giữa các tâm ống là 40mm.

Hình 3.2.1: Sơ đồ nguyên lí chiều chuyển động của FCU

*Thiết kế và lựa chọn:

- Nhiệt độ trung bình của dòng không khí qua dàn lạnh: t k =0,5(t 1 + t 2 ) =0,5.(26 + 18) = 22 o C với t k " o C tìm được thông số vật lý của không khí như sau: ρ k = 1,197 kg/m 3 λ k = 0,02606W/mK ν k = 15,248 x 10 -6 m 2 /s

Sơ đồ bố trí kết cấu thiết bị thể hiện trên hình vẽ say đây:

Hình 3.3.2: Sơ đồ bố trí kết cấu và chiều chuyển động của FCU

Tốc độ dòng không khí bằng 0 tại tiết diện ngang ABCD trước dàn ống được xác định là tốc độ hứng gió của thiết bị Trong thiết kế hệ thống lạnh, việc lựa chọn tốc độ này là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Tốc độ dòng không khí qua chỗ hẹp nhất thường được xác định bằng cách trừ đi phần choán chỗ của ống và các cánh, với giá trị tối đa khoảng 7,5 m/s Trong hệ thống điều hòa không khí, các dàn lạnh thường có cánh dày đặc, dẫn đến tiết diện qua chỗ hẹp nhất chỉ đạt khoảng 0,58-0,6 so với tiết diện hứng gió của thiết bị Trong thiết kế này, tốc độ hứng gió được chọn là 4 m/s, do đó tốc độ không khí qua chỗ hẹp nhất sẽ được tính toán dựa trên giá trị này.

Hệ số tỏa nhiệt của cánh

Bài viết đề cập đến các thông số quan trọng trong lĩnh vực khí động học, bao gồm: S c - bước cánh, m d o - đường kính ngoài của ống, m h - chiều cao cánh, m ω - tốc độ dòng chảy qua chỗ hẹp nhất (đơn vị m/s), ν - độ nhớt động học của không khí (đơn vị m²/s), và λ - hệ số dẫn nhiệt của không khí (đơn vị W/mK) Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và thiết kế các hệ thống khí động học hiệu quả.

[Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt- Hoàng Đình Tín]

Hình 3.3.3: Bố trí chi tiết thông số ống Hiệu suất cánh:

Hình 3.3.4: Thông số chi tiết của ống

Hệ số dẫn nhiệt của nhôm λ = 203.5 W/m.K

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com m.l = 52,126.0,0129 = 0,672

Và ta có hiệu suất cánh

Cường độ tỏa nhiệt trên toàn bộ bề mặt cánh thường không đồng đều, vì vậy hệ số không đồng đều thường được chọn là 0,85 Do đó, cường độ tỏa nhiệt của cánh được tính toán dựa trên hệ số này.

Diện tích cánh của 1 m ống

0,003 Diện tích bề mặt ngoài của ống nằm giữa các cánh ứng với 1m ống:

Tổng diện tích bề mặt ngoài ứng với 1 m ống:

F= F c + F 0c = 1.014 + 0.028= 1.042 m 2 /m Diện tích bề mặt trong ứng với 1 m ống:

Các thông số vật lý như sau:

Khi nhiệt độ bề mặt cánh quạt thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí, hiện tượng ngưng tụ ẩm xảy ra trên bề mặt Điều này dẫn đến việc cường độ tỏa nhiệt tăng lên, với cường độ tỏa nhiệt được tính theo công thức α' kk = ξα 2 = 1,155 61,54 = 71.0787 W/m².K.

Trong tính toán thiết kế, nhiệt độ nước vào FCU: 5 - 7 o C, nhiệt độ nước ra FCU:

Nhiệt độ sơ bộ trong bình nước lạnh được chọn là tn = 10°C, và sẽ được kiểm tra lại sau Tại nhiệt độ tn = 10°C, các thông số vật lý của nước được xác định như sau: mật độ n = 999,7 kg/m³, nhiệt dung riêng cpn = 4,192 kJ/kg.K, hệ số dẫn nhiệt λn = 0,5745 W/m.K, và độ nhớt động học vn = 1,306 x 10^-6 m²/s.

Nước lạnh chuyển động trong dàn ống, khi thiết kế thường chọn khoảng n 0,8-1,8 m/s, ở đây ta chọn ω n = 1,1 m/s

= 1 = 1,1.0,0095 = 8001,53 > 10 4 1,306.10 −6 Đây là chế độ chảy rối nên:

Hệ số toả nhiệt về phía nước: λ

Hệ số truyền nhiệt được tính qui về 1 đơn vị diện tích bề mặt ngoài sẽ là:

❖ R b : Nhiệt trở lớp bụi chọn khoảng R b = 0.0003 m 2 K/W

❖ R cn : Nhiệt trở lớp cáu nước, tuỳ theo điều kiện chất lượng nước, khoảng

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hai dòng chất lỏng là 7.4436,95 Biến đổi nhiệt độ của mỗi loại chất lỏng không lớn, nên có thể tính toán theo trung bình số học.

Nhiệt lượng truyền qua 1 m chiều dài ống tính qui về bề mặt ngoài (bề mặt có cánh) q kk = kF∆t = 27,145 1,042 13 = 367,706 W/m Tổng chiều dài ống:

Lưu lượng không khí qua dàn lạnh:

I 1 và I 2 tra từ đồ thị t-d từ nhiêt độ không khí vào và nhiệt độ không khí ra

Diện tích tiết diện ngang chỗ hẹp nhất tương ứng:

Từ kết quả tính toán truyền nhiệt chúng ta sơ bộ bố trí kích thước dàn lạnh như sau:

Hình 3.3.5: Sơ đồ bố trí dàn lạnh

Số dãy ống theo chiều dòng: n 2 = 4

Chiều dài mỗi đoạn ống: b = 1 m

Chiều dài một dãy ống L 1 (một đường uốn khúc trên tiết diện ngang):

Tổn thất áp suất nước trong đoạn ống không nên vượt quá 3mm H2O, điều này thường được áp dụng trong thực tế Nếu chiều dài ống quá lớn cho một dãy ống, cần phải phân đoạn để đảm bảo cung cấp nước lạnh hiệu quả.

Chúng ta phải kiểm tra lại tốc độ k :

Số đoạn ống trên một dãy là:

Vậy ta chọn n 1 =7 đoạn ống trên mỗi dãy

Diện tích tiết diện hẹp nhất của thiết bị mà dòng khí lưu động qua Fmin:

Như vậy kết cấu thiết bị có kích thướt chính như sau:

Hình 3.3.6: Bố trí kích thướt dàn lạnh FCU

Đánh giá kết quả thiết kế

Từ các tính toán trên ta có thể so sánh với máy FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006 của Hãng Carrier

Bảng 3.1 Catalog thiết bị FCU

Ta so sánh với thông số thiết kế với catalog ta thấy số không khác nhiều nên thỏa điều kiên.

Bảng 3.2: Thông số so sánh Đơn vị Thông số thiết Thông số Sai số kế catalog Đường kính mm 9,5 9,5 5,26% ngoài

Công suất làm kW 8,75 8,942 20% lạnh

3.5 Bản vẽ chi tiết FCU

Hình 3.5.1 Mặt bằng và mặt đứng FCU

Hình 3.4.2 Mặt A và mặt B FCU

Hình 3.4.4 Chi tiết bố trí treo FCU

Hình 3.4.5 Bố trí đường gió vào, ra

Hình 3.4.6 Chi tiết lắp đặt FCU

Tiêu đề	Tính Toán Chu Trình Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Và Thiết Kế Chi Tiết FCU Có Năng Suất Lạnh 35 KW
Tác giả	Ngô Thành Thái
Người hướng dẫn	PGS.TS. Đặng Thành Trung
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Chuyên ngành	Đồ Án Lạnh
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	13,24 MB

BÁO cáo môn học đề tài TÍNH TOÁN CHU TRÌNH hệ THỐNG điều hòa KHÔNG KHÍ và THIẾT kế CHI TIẾT FCU có NĂNG SUẤT LẠNH 35 KW

Hệ thống điều hòa không khí

Khái niệm về hệ thống điều hòa không khí

Nguyên lý hoạt động của điều hòa không khí

Chi tiết FCU

FCU là gì?

Nguyên lý hoạt động của FCU

Ứng dụng của thiết bị FCU

Một vài ưu và nhược điểm của thiết bị FCU

THÀNH LẬP SƠ ĐỒ, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH

Chọn các thông số của chế độ làm việc

Thành lập sơ đồ nguyên lí, đồ thị lgp – h và T – s

Tính toán cho máy nén theo chu trình và chọn máy nén

Tính toán chọn thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng không khí

Tính toán thiết bị bay hơi

Tính toán chọn van tiết lưu

THIẾT KẾ CHI TIẾT FCU

Tính toán diện tích truyền nhiệt

Chọn FCU

Tính toán số ống, số cánh

Đánh giá kết quả thiết kế

THIẾT KẾ CHI TIẾT FCU

.Tính tốn số ống, số cánh