TỔNG QUAN
Tổng quan về điều hòa không khí
Con người đã sử dụng phương pháp làm lạnh từ hàng nghìn năm trước, với các phát hiện khảo cổ cho thấy những hang động có mạch nước ngầm lạnh được dùng để bảo quản thực phẩm và lương thực từ khoảng 5000 năm trước.
Các bức tranh tường trong kim tự tháp Ai Cập, có niên đại khoảng 2500 năm, mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm để làm mát không khí Khoảng 2000 năm trước, người Ấn Độ và Trung Quốc đã sáng tạo ra phương pháp trộn muối vào nước đá để hạ nhiệt độ.
Kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu từ phát hiện của giáo sư Black về nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 – 1764 Con người đã biết đến phương pháp làm lạnh thông qua quá trình bay hơi của chất lỏng ở áp suất thấp.
Vào năm 1780, Clouet và Monge đã có bước đột phá quan trọng khi lần đầu tiên hóa lỏng khí SO2 Tiếp theo, từ năm 1781, Cavallo bắt đầu tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống về hiện tượng bay hơi.
Thế kỷ 19 đánh dấu sự bùng nổ trong lĩnh vực kỹ thuật lạnh, với những công trình quan trọng của Faraday vào năm 1823 về việc hóa lỏng các khí như SO2, H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3 và HCl.
Năm 1845, ông đã thành công trong việc hóa lỏng hầu hết các loại khí, ngoại trừ các khí O2, N2, CH4, CO, NO và H2, được coi là các khí "vĩnh cửu" do Natlerev (Áo) không thể hóa lỏng chúng dù đã nén đến áp lực 3600 atm Đến năm 1869, Andrew (Anh) đã giải thích điểm tới hạn của khí hóa lỏng, mở đường cho Cailelet và Picter (Pháp) hóa lỏng O2 và N2 vào năm 1877 Tiếp theo, Dewar (Anh) hóa lỏng H2 vào năm 1898, trong khi Linde (Đức) thành công trong việc hóa lỏng O2, N2 và tách chúng bằng chưng cất Cuối cùng, K Onnes (Hà Lan) đã hóa lỏng được heli.
Năm 1834, J Perkins (Anh) đã đăng ký phát minh đầu tiên về máy lạnh nén hơi, bao gồm đầy đủ các thiết bị như máy nén, dàn ngưng tụ, dàn bay hơi và van tiết lưu Đến cuối thế kỷ 19, nhờ vào những cải tiến của Linde (Đức) trong việc sử dụng amoniac làm môi chất lạnh, việc chế tạo và ứng dụng máy lạnh nén hơi trở nên phổ biến hơn.
2 máy lạnh nén hơi mới được thực sự phát triển rộng rãi trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân
Máy lạnh hấp thụ đầu tiên được giới thiệu bởi Leslic (Pháp) vào năm 1810, sử dụng cặp môi chất H2O/H2SO4 Đến giữa thế kỷ 19, kỹ sư Carré (Pháp) đã phát triển mạnh mẽ công nghệ này với nhiều bằng phát minh cho máy lạnh hấp thụ chu kỳ và liên tục, áp dụng các cặp môi chất đa dạng.
Máy lạnh hấp thụ khuếch tán, được phát minh bởi Gepperl (Đức) vào năm 1899 và hoàn thiện bởi Platen và Munters (Thụy Điển) vào năm 1922, đã trở thành một công nghệ quan trọng được sản xuất hàng loạt trên toàn thế giới và vẫn giữ vị trí quan trọng cho đến nay.
Máy lạnh nén khí đầu tiên được chế tạo bởi bác sĩ người Mỹ Gorrie, dựa trên các nghiên cứu lý thuyết Ông đã thành công trong việc thiết kế máy lạnh nén khí để điều tiết không khí cho trạm xá chữa bệnh sốt cao của mình Nhờ thành tựu đặc biệt này, bác sĩ Gorrie và trạm xá của ông đã trở nên nổi tiếng trên toàn thế giới.
Máy lạnh ejecter hơi nước đầu tiên được chế tạo bởi Leiblanc vào năm 1910, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ lạnh nhờ vào tính đơn giản và khả năng tận dụng năng lượng nhiệt thải Năm 1930, sự ra đời và ứng dụng của freôn tại Mỹ cũng là một cột mốc lịch sử đáng chú ý Freôn, là các hợp chất hữu cơ hydrocacbua có chứa halogen, được sản xuất bởi Duponl Kinetic Inc với nhiều đặc tính ưu việt như không cháy, không nổ và không độc hại, đã trở thành môi chất lạnh phổ biến trong ngành công nghiệp lạnh.
Máy lạnh nén hơi đóng vai trò quan trọng trong chu trình làm việc của hệ thống lạnh, góp phần tích cực vào sự phát triển của kỹ thuật lạnh, đặc biệt là trong lĩnh vực điều hòa không khí.
Ngày nay, kỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển mạnh mẽ, đạt trình độ khoa học kỹ thuật tương đương với các ngành tiên tiến khác Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh đã được mở rộng đáng kể, gần đến độ không tuyệt đối Ở phía nhiệt độ cao của thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ có thể vượt qua 100 o C, phục vụ cho các ứng dụng như bơm nhiệt dùng để sưởi ấm, chuẩn bị nước nóng và sấy khô Ứng dụng này không chỉ giúp thu hồi nhiệt thải mà còn tiết kiệm năng lượng sơ cấp.
Công suất lạnh của các tổ hợp máy lạnh đã được mở rộng đáng kể, với các thiết bị trong phòng thí nghiệm có công suất chỉ vài MW, cho đến những tổ hợp máy lạnh có công suất lên tới hàng triệu W tại các trung tâm điều tiết không khí.
Hiệu suất của máy lạnh được cải thiện đáng kể, dẫn đến giảm chi phí vật tư và năng lượng cho mỗi đơn vị Tuổi thọ và độ tin cậy của thiết bị cũng tăng lên Mức độ tự động hóa trong các hệ thống lạnh và máy lạnh ngày càng cao, với sự chuyển giao từ các thiết bị thao tác bằng tay sang các thiết bị lạnh hoàn toàn tự động sử dụng điện tử và vi điện tử.
Giơ ́ i thiê ̣u về hê ̣ thống làm mát bay hơi
1.2.1 Giớ i thiê ̣u hê ̣ thống
Nhu cầu năng lượng toàn cầu cho việc làm mát và điều hòa không khí đã tăng mạnh trong vài thập kỷ qua, dẫn đến lo ngại về cạn kiệt nguồn năng lượng và tác động tiêu cực đến khí hậu Hiện nay, năng lượng cho điều hòa không khí chiếm khoảng 40-50% tổng tiêu thụ năng lượng, với các quốc gia có khí hậu nóng như Trung Đông sử dụng đến 70% năng lượng cho hệ thống HVAC truyền thống Điều hòa không khí đã trở thành thiết yếu trong cuộc sống, đảm bảo mức độ thoải mái cho người dân Do đó, nâng cao hiệu quả công nghệ làm mát, đặc biệt là các thiết bị tiết kiệm điện năng và có hiệu suất cao, là rất quan trọng Mặc dù máy làm lạnh nén cơ khí hiện vẫn chiếm ưu thế thương mại, nhưng chúng tiêu thụ nhiều năng lượng và có hiệu suất thấp trong điều kiện khí hậu nóng.
Các hệ thống làm lạnh bay hơi thân thiện với môi trường, tiêu thụ năng lượng ít hơn và hiệu suất của chúng được cải thiện khi nhiệt độ không khí tăng.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay, ngày càng nhiều nghiên cứu về làm mát bay hơi được thực hiện nhằm nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tiêu tốn năng lượng Phương pháp này đang trở nên phổ biến hơn bao giờ hết.
1.2.2 Sơ đồ nguyên lý và cấu ta ̣o hê ̣ thống
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của hê ̣ thống làm la ̣nh bay hơi
Hệ thống này hoàn toàn khác biệt so với các hệ thống lạnh sử dụng máy nén khí hiện nay Nó chỉ bao gồm ba thiết bị chính: bơm nước tuần hoàn, quạt hút không khí và tấm trao đổi nhiệt (cooling pad).
Hình 1.3: Mô hình mô phỏng hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thống
1.2.3 Đă ̣c điểm của hê ̣ thống làm la ̣nh bay hơi
Phương pháp này ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật, như khả năng tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, đồng thời vẫn đáp ứng được những nhu cầu thiết yếu hiện nay.
Hệ thống làm mát bay hơi có nhiều ưu điểm nổi bật so với hệ thống máy nén khí hiện tại, đặc biệt là khả năng bảo vệ môi trường Hệ thống này hoàn toàn không phát sinh khí CFC, nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu, vì chỉ sử dụng nước để làm mát Chất thải từ hệ thống chủ yếu là không khí ô nhiễm với hàm lượng CO2 do con người thải ra, do đó tác động đến môi trường là không đáng kể Thêm vào đó, hệ thống làm lạnh bay hơi tiết kiệm năng lượng đáng kể, chỉ sử dụng bơm nước và quạt, với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn nhiều so với máy nén khí truyền thống Nhờ vậy, năng lượng tiêu hao của hệ thống này rất thấp, mang lại hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp làm mát bay hơi là sự phụ thuộc vào điều kiện không khí xung quanh Ở những khu vực có độ ẩm cao, hiệu quả của làm mát bay hơi sẽ giảm sút Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của không khí; khi không khí khô và nóng, quá trình bay hơi sẽ mang lại hiệu quả cao hơn.
Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực làm mát bay hơi trong và ngoài nước 5 1 Ngoài nước
Với tính tổng quát và quy mô rộng lớn, quá trình làm mát bay hơi đã thu hút sự chú ý nghiên cứu trên toàn cầu Nhiều nghiên cứu, bài báo và giải pháp đã được công bố liên quan đến vấn đề này Đặc biệt, các công trình nghiên cứu như của O Amer, R Boukhanouf và H G Ibrahim trong bài viết "A Review of Evaporative Cooling Technologies" đã đóng góp đáng kể vào lĩnh vực làm mát bay hơi.
International Journal of Environmental Science and Development, Vol 6, No 2, February
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã trình bày các công nghệ và phân loại liên quan đến quá trình làm mát bay hơi, được tóm tắt rõ ràng trong sơ đồ kèm theo.
Hình 1.4: Phân loại các hệ thống làm mát bay hơi
Hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp là công nghệ lâu đời và đơn giản, trong đó không khí ngoài trời tiếp xúc trực tiếp với nước Kỹ thuật này đã được các nền văn minh cổ đại sử dụng hàng ngàn năm trước, với hai loại chính là làm mát bay hơi chủ động (DEC) và thụ động (DEC).
Đối với hệ thống DEC chủ động thì ít tốn kém năng lượng, tiết kiệm lên đến 90%, hiệu quả nhiệt kế ướt có thể đạt được 70% -80%
Đối với hệ thống DEC thụ động thì có thể làm giảm nhiệt độ không khí khoảng 9 o C
Hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp giúp giảm nhiệt độ không khí mà không làm mất độ ẩm, mang lại lợi ích vượt trội so với hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp Hệ thống này được chia thành hai loại chính: hệ thống IEC dựa trên nhiệt độ bầu ướt và hệ thống IEC dựa trên điểm sương.
Hệ thống IEC nhiệt độ bầu ướt có khả năng giảm nhiệt độ không khí xuống thấp, nhưng không thể thấp hơn nhiệt độ bầu ướt của không khí vào Hệ thống này bao gồm ba loại chính: IEC dạng tấm, IEC dạng hình ống và IEC dạng ống nhiệt.
Hệ thống IEC điểm sương có nhiệt độ không khí sơ cấp thấp hơn nhiệt độ bầu ướt và tiê ̣m cận nhiệt độ điểm sương của không khí đến
Hệ thống làm lạnh bay hơi kiểu hỗn hợp mang lại độ ẩm thấp hơn, hiệu suất cao hơn và khả năng kiểm soát độ ẩm tốt hơn so với các hệ thống làm lạnh trực tiếp và gián tiếp.
Công nghệ làm mát bay hơi (EC)
Làm mát bay hơi trực tiếp (DEC)
Chủ động DEC Thụ động DEC
Làm mát bay hơi gián tiếp (IEC)
Nhiệt độ bầu ướt IEC
Nhiệt độ điểm sương IEC
Làm mát bay hơi hỗn hợp IEC/DEC
Hai giai đoạn IEC/DEC
Ba gia đoạn IEC/DEC/ hệ thống lạnh Đa giai đoạn IEC/DEC/ hệ thống khác
Hệ thống IDEC, bao gồm các dạng hai gia đoạn, ba gia đoạn và đa gia đoạn, yêu cầu chi phí ban đầu cao và có cấu trúc phức tạp.
IDEC hai giai đoạn có hiệu quả đạt được khoảng 90-120%, nhưng mức tiêu thụ nước tăng 55%
IDEC ba gia đoạn có thể tiết kiệm năng lượng 54% -82% so với các hệ thống làm mát thông thường
Hệ thống IDEC đa gia đoạn là sự kết hợp giữa hai giai đoạn và nhiều chu kỳ làm mát, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng 75-79%, cao hơn so với hệ thống làm mát bay hơi hai giai đoạn.
Ngoài nghiên cứu trước đó, Suvarna V Mehere đã tiến hành một nghiên cứu khác nhằm phân tích và tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt cũng như truyền chất trong hệ thống làm lạnh bay hơi.
Theo phân tích của RD Gorle và SV Prayagi, lưu lượng không khí và số lượng tấm cooling pad là hai yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp Khi sử dụng số lượng tấm cooling pad tối ưu, nhiệt độ không khí đầu ra có thể đạt 25,5 oC, độ ẩm tương đối đạt 75% và hiệu suất đạt 82,6% trong điều kiện môi trường xung quanh.
Tốc độ luồng không khí tối ưu là 0.0135 kg/s ở nhiệt độ 35 độ C, những kết quả này hỗ trợ thiết kế và ứng dụng thiết bị làm mát bay trực tiếp Làm mát bay hơi không chỉ quan trọng trong việc phát triển nhiệt độ độc lập mà còn giúp điều chỉnh độ ẩm trong hệ thống điều hòa không khí Nghiên cứu về ứng dụng tiềm năng của hệ thống làm mát bay hơi sẽ thúc đẩy công nghệ điều hòa không khí thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và nâng cao sự thoải mái, góp phần tạo ra một thế giới bền vững hơn.
Trong những năm gần đây, kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí đã phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu sống tiện nghi của người dân Để tạo ra không gian thoải mái, cần có các hệ thống như điều hòa không khí, làm mát bay hơi và thông gió Hệ thống làm mát bay hơi (Evaporative Cooling) ngày càng trở nên phổ biến nhờ khả năng cung cấp tiện nghi làm mát, giảm tác động môi trường và tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà Vấn đề được quan tâm nhất của hệ thống này là nhiệt độ.
8 nước sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình bay hơi và hiệu suất của hệ thống Nhận thức được điều này, các nhà khoa học trong nước đã liên tục nghiên cứu các giải pháp để cải thiện hiệu suất hệ thống Một số nghiên cứu tiêu biểu đã được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả này.
TS Nguyễn Thế Bảo đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ làm lạnh bay hơi nước kết hợp với chất hút ẩm dạng lỏng trong các hệ thống điều hòa không khí Nghiên cứu này được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu dịch vụ công nghệ và môi trường, nhằm cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong lĩnh vực điều hòa không khí.
Lê Kim Dưỡng và Đoàn Minh Hùng đã thực hiện nghiên cứu chế tạo mô hình điều hòa không khí bằng phương pháp làm mát bay hơi Đề tài này thuộc dự án nghiên cứu khoa học cấp trường T09-2008, nhằm cải thiện hiệu quả làm mát và tiết kiệm năng lượng.
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường, công nghệ điều hòa không khí đang chuyển mình Phương pháp truyền thống sử dụng máy nén môi chất lạnh không còn được ưa chuộng do tiêu tốn điện năng và phát thải khí HCFC, CFC gây hại cho môi trường Thay vào đó, phương pháp làm lạnh bay hơi với ưu điểm tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường đang được chú ý và áp dụng rộng rãi hơn Tuy nhiên, tại Việt Nam, vẫn thiếu nghiên cứu khoa học cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả của phương pháp này.
Luận văn đã tiến hành khảo sát nhiệt độ của nước, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm mát bay hơi Nghiên cứu này không chỉ thúc đẩy các nghiên cứu tiếp theo về tác động của nước đối với quá trình làm mát bay hơi mà còn cung cấp cơ sở tham khảo quý giá cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài là tìm ra chế độ nước tối ưu cho một hệ thống làm mát bay hơi nhằm nâng cao tối đa hiệu suất.
Phương pháp nghiên cứu
Bằng cách áp dụng phương pháp thực nghiệm, chúng tôi đã tiến hành đo đạc và thu thập thông số từ mô hình làm mát bay hơi trực tiếp Kết quả cho thấy nhiệt độ nước có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của quá trình làm mát bay hơi.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và không khí
2.1.1 Quá trình bay hơi nước
Bay hơi là quá trình hóa hơi của chất lỏng xảy ra trên bề mặt, trong khi đun sôi là dạng hóa hơi diễn ra đồng thời trên toàn bộ khối lượng chất lỏng.
Trong một cốc nước, các phân tử thường không có đủ nhiệt năng để thoát khỏi chất lỏng Tuy nhiên, khi nhiệt độ đủ cao, chất lỏng sẽ nhanh chóng chuyển sang dạng hơi Các phân tử va chạm và chuyển hóa năng lượng cho nhau ở nhiều mức độ khác nhau, tùy thuộc vào cách chúng va chạm Đặc biệt, những phân tử gần bề mặt có thể trải qua sự chuyển hóa năng lượng một chiều, tích tụ đủ năng lượng để bay hơi.
Quá trình bay hơi đóng vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn nước, khi năng lượng mặt trời làm bay hơi nước từ các đại dương, hồ và độ ẩm trong đất Trong lĩnh vực thủy văn học, bay hơi và thoát hơi nước từ thực vật được gọi chung là sự thoát-bốc hơi nước Hiện tượng bay hơi chỉ xảy ra khi bề mặt nước tiếp xúc với không khí, cho phép các phân tử nước thoát ra, hình thành hơi nước và sau đó tạo thành mây.
2.1.2 Quá trình ngưng tụ hơi nước trong không khí
Quá trình ngưng tụ hơi nước là hiện tượng chuyển đổi hơi nước trong không khí thành thể lỏng, tức là hơi nước biến thành nước Đây là quá trình ngược lại với bay hơi nước.
Sự ngưng tụ hơi nước là nguyên nhân chính tạo ra hiện tượng sương, ngay cả khi bầu trời trong xanh không có mây Nước tồn tại dưới dạng hơi nước và những giọt nước li ti không thể nhìn thấy Các phân tử nước kết hợp với bụi, muối và khói trong khí quyển để hình thành hạt nhân mây, từ đó gia tăng khối lượng và phát triển thành đám mây Khi các giọt nước kết hợp và gia tăng kích thước, đám mây có thể phát triển và dẫn đến hiện tượng mưa.
2.1.3 Quá trình bay hơi của nước và không khí
Khảo sát không gian giữa không khí và nước cho thấy khi bề mặt nước tiếp xúc với không khí, các phân tử nước sẽ thoát ra và tạo thành hơi nước Ngoài ra, khi nhiệt độ giảm, lượng hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ thành dạng lỏng.
Quá trình bốc hơi và ngưng tụ giữa nước và không khí được khảo sát thông qua khái niệm về lớp không khí mỏng bao quanh bề mặt các hạt nước Lớp không khí này luôn ở trạng thái bão hòa và có nhiệt độ tương đương với nhiệt độ của các hạt nước.
Hình 2.2: Lớp không khí mỏng bao xung quanh bề mặt các hạt nước
Khi phân áp suất hơi nước pHA trong không khí ẩm lớn hơn phân áp suất hơi nước pBH xung quanh bề mặt hạt nước, hơi nước sẽ ngưng tụ quanh hạt nước Ngược lại, nếu pHA nhỏ hơn pBH, quá trình ngưng tụ sẽ không xảy ra.
Lớp mỏng không khí Hạt nước
12 nước trong lớp không khí mỏng bao quanh các hạt nước sẽ bay hơi vào không khí ẩm đang khảo sát
Quá trình bay hơi và ngưng tụ nước diễn ra khi không khí tương tác với nước phun Nếu nhiệt độ của không khí ẩm cao hơn nhiệt độ nước, không khí sẽ nhả nhiệt Ngược lại, nếu nhiệt độ không khí ẩm thấp hơn nhiệt độ nước phun, không khí sẽ nhận nhiệt.
2.1.4 Các quá trình trao đổi nhiệt và ẩm giữa nước và không khí
Hình 2.4 dưới đây chỉ ra các quá trình trao đổi nhiệt và ẩm có thể xảy ra giữa nước và không khí
Hình 2.4 minh họa đồ thị thể hiện sự thay đổi trạng thái trong quá trình truyền khối giữa nước và không khí ẩm Trong đó, A và B đại diện cho trạng thái đầu vào và đầu ra của bộ làm mát bay hơi, với t n là nhiệt độ của nước khi vào buồng công tác.
Trường hợp 1 : Đường A-1 ( tn > tA ): Trong trường hợp này nhiệt độ của nước tn
Không khí ẩm ngưng tụ
Không khí ẩm bay hơi
Nhiệt độ không khí ẩm tA luôn lớn hơn nhiệt độ khô, dẫn đến việc sau khi đi qua buồng công tác, cả nhiệt độ và độ ẩm của không khí đều tăng Nguyên nhân của hiện tượng này là do nước có nhiệt độ cao, cung cấp lượng nhiệt lớn hơn, giúp không khí ẩm hấp thụ cả nhiệt ẩn và nhiệt hiện từ nước.
Trong trường hợp 2, tại đường A-2 (t n = tA), nhiệt độ của nước tn bằng với nhiệt độ khô của không khí ẩm tA Khi không khí đi qua buồng công tác, độ chứa hơi của nó tăng lên Điều này cho thấy, do nhiệt độ của nước và không khí ẩm bằng nhau, không khí ẩm chỉ nhận nhiệt ẩn từ nước mà không có sự thay đổi nhiệt độ.
Trong trường hợp 3, khi nhiệt độ của nước (tn) lớn hơn nhiệt độ kết ướt (twb) và nhiệt độ khô (tA) của không khí ẩm, không khí ẩm sẽ trải qua một sự giảm nhẹ về nhiệt độ sau khi đi qua buồng công tác, đồng thời độ ẩm của nó tăng lên Điều này xảy ra vì nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ khô của không khí ẩm, dẫn đến việc không khí ẩm nhả nhiệt hiện và hấp thụ nhiệt ẩn từ nước.
Trong trường hợp 4, khi nhiệt độ của nước tn bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt twb của không khí ẩm, không khí ẩm sẽ giảm nhiệt độ sau khi đi qua buồng công tác, trong khi độ chứa hơi của nó tăng lên Điều này xảy ra do nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ khô của không khí ẩm, dẫn đến việc không khí ẩm nhả nhiệt hiện và nhận nhiệt ẩn từ nước Quá trình này là một quá trình trao đổi nhiệt, trong đó lượng nhiệt ẩn nhận vào bằng lượng nhiệt hiện nhả ra.
Trong trường hợp 5, đường A-5 (tdp < tn < twb), nhiệt độ của nước t n lớn hơn nhiệt độ đọng sương tđsA nhưng nhỏ hơn nhiệt độ nhiệt kế ước twb của không khí ẩm t A Khi đi qua buồng công tác, nhiệt độ không khí ẩm giảm và độ chứa hơi tăng lên một phần nhỏ Do nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ khô của không khí ẩm, không khí ẩm nhả nhiệt hiện và nhận nhiệt ẩn từ nước.
Làm lạnh bay hơi
2.2.1 Tổng quát về phương pháp làm lạnh bay hơi
Khi không khí ẩm tiếp xúc với bề mặt ẩm hoặc các hạt nước, nước sẽ bay hơi vào không khí, làm giảm nhiệt độ và tăng độ ẩm Quá trình này, được gọi là làm mát bay hơi, chuyển nhiệt từ không khí vào nước, giúp làm lạnh không khí hiệu quả.
Hình 2.5 Đồ thị thay đổi trạng thái không khí ẩm bằng làm mát bay hơi
Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi
Làm lạnh bay hơi có thể chia làm 3 loại
Làm lạnh bay hơi kiểu trực tiếp: DIRECT EVAPORATIVE COOLING (DEC)
Làm lạnh bay hơi kiểu gián tiếp: INDIRECT EVAPORATIVE COOLING (IEC)
Làm lạnh bay hơi kiểu hỗn hợp: INDIRECT - DIRECT EVAPORATIVE COOLING (IDEC)
2.2.2.1 Làm lạnh bay hơi kiểu trực tiếp
Hệ thống làm mát bay hơi là phương pháp cổ xưa và đơn giản nhất, trong đó không khí ngoài trời tiếp xúc trực tiếp với nước Kỹ thuật này đã được sử dụng từ hàng ngàn năm trước bởi các nền văn minh cổ đại Có hai loại làm mát bay hơi trực tiếp: loại chủ động (Active DEC Systems) sử dụng điện để hoạt động và loại thụ động (Passive DEC Systems) hoạt động tự nhiên với năng lượng tiêu thụ bằng không DEC thích hợp nhất cho khí hậu khô và nóng; trong khi đó, ở điều kiện ẩm ướt với độ ẩm lên tới 80%, việc cung cấp không khí trực tiếp có thể gây ra vấn đề như cong vênh, rỉ sét và mốc ở các vật liệu nhạy cảm.
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi trực tiếp
Bộ trao đổi nhiệt và ẩm giữa nước và không khí được chế tạo từ các vật liệu có độ ẩm cao như xốp, vải bông và bông, giúp tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt và ẩm.
Không khí đi qua bộ trao đổi nhiệt và ẩm, tiếp xúc trực tiếp với nước, dẫn nhiệt cho nước và nhả nhiệt trong quá trình ngưng tụ Kết quả là, không khí sau khi ra ngoài có nhiệt độ giảm gần bằng nhiệt độ của nước, đồng thời độ ẩm tăng lên gần trạng thái bão hòa.
Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo làm lạnh bay hơi trực tiếp
Hình 2.9: biểu đồ trạng thái không khí
2.2.2.1.1 Làm lạnh bay hơi trực tiếp kiểu chủ động (Active DEC Systems)
Máy làm mát bay hơi trực tiếp hoạt động thông qua các hệ thống điều khiển điện, nhưng chỉ tiêu thụ một phần năng lượng để lưu thông không khí và nước.
Công nghệ làm mát bay trực tiếp tiết kiệm năng lượng lên đến 90% so với các phương pháp làm lạnh truyền thống, giúp giảm thiểu chi phí năng lượng một cách hiệu quả Quá trình này tập trung vào việc làm mát đoạn nhiệt, mang lại hiệu suất cao và bền vững.
Tổng enthalpy không đổi trong suốt quá trình, cho phép lý thuyết cho rằng không khí cung cấp có thể được làm mát đến hiệu quả 100% Tuy nhiên, trên thực tế, hiệu quả nhiệt kế ướt chỉ đạt từ 70% đến 80% do thời gian tiếp xúc ngắn giữa nước và không khí Nước tuần hoàn và không khí cung cấp sẽ đạt đến điểm cân bằng tại nhiệt độ bầu ướt của không khí, dẫn đến việc hệ thống không thể làm mát không khí xuống thấp hơn nhiệt độ bầu ướt đó.
2.2.2.1.2 Làm lạnh bay hơi trực tiếp kiểu thụ động (Passive DEC Systems)
Kỹ thuật làm mát thụ động áp dụng hiện tượng tự nhiên và năng lượng tản nhiệt để làm mát các tòa nhà mà không cần thiết bị cơ học tiêu tốn điện năng Công nghệ này có khả năng giảm nhiệt độ không khí lên đến khoảng 9℃, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.
Các loại chính của hệ thống làm mát bay hơi làm mát trực tiếp kiểu thụ động là:
Mashrabiya là một kiểu kiến trúc Hồi giáo truyền thống, được thiết kế để thông gió và làm mát tự nhiên mà không cần năng lượng Với cấu trúc cửa sổ bằng gỗ, mashrabiya không chỉ bảo vệ khỏi ánh nắng mặt trời mà còn cho phép gió mát tự nhiên lọt vào, tạo cảm giác dễ chịu trong không gian sống.
Hình 2.10: Hệ thống làm mát mashrabiya
Tháp gió, hay còn gọi là máy hút gió, là một kỹ thuật làm mát thụ động truyền thống có nguồn gốc từ hàng trăm năm trước tại Trung Đông và Iran Thiết kế của tháp cho phép không khí xung quanh được hút vào từ phía trên và lưu thông qua tháp, mang lại không khí trong lành cho không gian bên dưới Để tăng cường hiệu quả làm mát, nước có thể được đưa vào tháp thông qua các phương pháp như bể nước ở đáy tháp, hố xốp chứa nước bên trong tháp, hoặc các tấm ướt treo ở đầu tháp.
Hình 2.11 Mô hình tháp gió cổ điển
Mái nước (Roof-pound) là một kỹ thuật làm mát bay hơi tích hợp, giúp giảm nhiệt độ môi trường bằng cách làm mát mái nhà một cách thụ động Phương pháp này không chỉ làm mát không khí trong nhà mà còn không tăng độ ẩm, từ đó giảm tiêu thụ năng lượng và hạn chế nhiệt độ tăng cao vào ban ngày Một kiểu mái nước điển hình thường bao gồm bể nước được đặt trong thùng nhựa hoặc thủy tinh trên đỉnh mái nhà.
Hình 2.12: Hê ̣ thống làm mát kiểu mái nước
2.2.2.2 Làm lạnh bay hơi kiểu gián tiếp
Thiết bị làm mát bay hơi gián tiếp hoạt động bằng cách giảm nhiệt độ không khí mà không làm tăng độ ẩm, mang lại lợi ích vượt trội so với các hệ thống DEC Một thiết bị IEC thông thường bao gồm các thành phần như bộ trao đổi nhiệt (HX), quạt nhỏ, bơm, bể chứa nước và hệ thống phân phối nước.
Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi gián tiếp cho thấy có hai dòng không khí: dòng không khí thứ cấp tiếp xúc trực tiếp với nước tán sương và dòng không khí sơ cấp cần xử lý Dòng không khí thứ cấp được làm mát bay hơi trực tiếp, dẫn đến giảm nhiệt độ Dòng không khí sơ cấp chỉ trao đổi nhiệt với dòng không khí thứ cấp qua bộ phận trao đổi nhiệt, do đó chỉ giảm nhiệt độ mà không tăng ẩm Kết quả là dòng không khí sơ cấp không đạt được điểm nhiệt độ ướt, khiến cho mức giảm nhiệt độ không đáng kể so với phương pháp làm lạnh trực tiếp.
Hình 2.14: Sơ đồ cấu ta ̣o của hệ thống làm la ̣nh gián tiếp
Hình 2.15 Biểu đồ tra ̣ng thái của không khí
2.2.2.2.1 Hệ thống IEC nhiệt độ bầu ướt
Hệ thống này có thể làm giảm nhiê ̣t đô ̣ không khí xuống thấp nhưng không thể thấp hơn nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt của không khí vào
Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý hê ̣ thống IEC nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt
Sự trao đổi nhiệt giữa hai chất lỏng qua tấm dẫn nhiệt giúp làm mát không khí mà không làm tăng độ ẩm trong dòng không khí Trong khi đó, cơ chế truyền nhiệt giữa không khí và nước trong các kênh ướt dựa vào nhiệt ẩn từ sự bốc hơi nước Hiệu quả của hệ thống này chỉ đạt từ 40-80%, thấp hơn so với các hệ thống DEC.
Có nhiều loại hệ thống IEC được phân loại dựa trên kiểu dáng của bộ trao đổi nhiệt (HX), bao gồm IEC dạng tấm, IEC dạng hình ống và IEC dạng ống nhiệt.
Công thư ́ c tính toán và đánh giá hiê ̣u quả thiết bi ̣
Hiệu suất của hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp phụ thuộc vào hiệu quả bão hòa, được xác định theo công thức sau: in out in w in db db db b.
Với T db in : Nhiệt độ bầu khô đầu vào out
T db : Nhiệt độ bầu khô đầu ra w in b
T : Nhiệt độ bầu ướt đầu vào
Để đánh giá hiệu quả của thiết bị làm mát bay hơi trực tiếp, cần sử dụng tỉ số E, là tỉ số giữa lưu lượng khối lượng nước và không khí đi vào thiết bị.
H là tỉ số entanpy giữa hiệu entanpy vào, ra của không khí và entanpy không khí vào với entanpy nước vào thiết bị
Trong đó: ṁw : Lưu lượng khối lượng của nước vào thiết bị, kg/s ṁa : Lưu lượng khối lượng của không khí vào thiết bị, kg/s
I1: entanpy của không khí vào thiết bị, kJ/kg kkk
I2: entanpy của không khí ra thiết bị, kJ/kg kkk
IW1: entanpy của nước vào thiết bị, kJ/kg
QUÁ TRÌNH ĐO ĐẠC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
3.1 Mô hình đánh giá thực nghiệm
Làm mát bằng hơi nước là giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường, giúp cải thiện không khí trong lành cho không gian làm việc và bảo vệ các thiết bị bên trong Mô hình này được sử dụng để đánh giá tác động của nhiệt độ đến hiệu suất của hệ thống làm mát bay hơi.
Tổng quát mô hình dùng để đo đạc thực nghiệm:
Hình 3.1: Mô hình làm mát bay hơi nước
Mô hình làm mát bay hơi trực tiếp bao gồm các bộ phận chính như quạt hút, bơm nước, biến tần để điều chỉnh tốc độ quạt và bơm, thùng chứa nước, cùng với tấm trao đổi nhiệt cooling pad.
Thông số kích thước các thiết bị
Bơm: công suất 400W, sử dụng điện 3 pha 220V
Quạt: công suất 400W, cũng sử dụng điện 3 pha 220V, tốc độ quay 1425 v/ph
Tấm trao đổi nhiệt cooling pad: cao 80cm, dài 62cm và rộng 15,6cm
Thùng chứa nước tuần hoàn với thể tích chứa 150 lít
Hình 3.2: Tấm trao đổi nhiệt cooling pad
3.2 Kết quả đo thực nghiệm
Việc đo đạc thực nghiệm được tiến hành thông qua các thông số đầu vào như: tA
Nhiệt độ môi trường, độ ẩm không khí ngoài môi trường, nhiệt độ đọng sương, nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ của buồng chứa nước là những yếu tố quan trọng giúp xác định nhiệt độ không khí đã được làm mát và độ ẩm không khí trong không gian được làm mát.
Trong quá trình đo đạc, ta dựa vào lưu lượng của bơm và lưu lượng của quạt để xác định được độ ẩm và nhiệt độ đầu ra
Bảng 3.1: Số lần thực hiện đo tại tâm và các vị trí khác nhau của quạt f (hz)
Diện tích trao đổi của quạt gió với DQ (đường kính quạt) là D = 0,485 (m) Áp dụng công thức 𝑆 𝑄 = 𝜋𝐷 𝑄
4 = 0,185 (𝑚 2 ) Vậy với công thứcQ kk v Q S Q ta có được bảng 3.2 lưu lượng không khí của quạt
Bảng 3.2: Lưu lượng không khí của quạt
Vận tốc gió các lần đo (m/s)
Trường hợp 1: Nhiệt độ nước lớn hơn nhiê ̣t độ bầu ướt và nhỏ hơn nhiê ̣t đô ̣ không khí tA = 27.9 o C và φ A = 79% tra đồ thi ̣ I-d ta được
Nhiệt đô ̣ đo ̣ng sương: tdp = 23.5 o C và nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt: t wb = 24.8 o C
Bảng 3.3 : Số liê ̣u quá trình đo thực nghiệm trường hợp 1
Trường hợp 2: Nhiệt độ nước bằng nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt của không khí tA = 29 o C và φ A = 82% tra đồ thi ̣ I-d ta được
Nhiệt đô ̣ đo ̣ng sương: tdp = 25.6 o C và nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt: t wb = 26.4 o C
Nhiệt đô ̣ nước: tn = twb = 26.4 o C
Bảng 3.4 : Số liê ̣u quá trình đo thực nghiê ̣m trường hợp 2
Trường hợp 3: Nhiệt đô ̣ nước lớn hơn nhiệt đô ̣ đo ̣ng sương và nhỏ hơn nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt tA = 32 o C và φ A = 68% tra đồ thị I-d ta được
Nhiệt đô ̣ đo ̣ng sương: tdp = 25.3 o C và nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt: t wb = 26.9 o C
Bảng 3.5: Số liê ̣u quá trình đo thực nghiê ̣m trường hợp 3
Trường hợp 4: Nhiệt độ nước bằng nhiê ̣t đô ̣ đọng sương của không khí tA = 32.5 o C và φ A = 66% tra đồ thi ̣ I-d ta được:
Nhiệt đô ̣ đo ̣ng sương: tdp = 25.3 o C và nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt: t wb = 27 o C
Bảng 3.6: Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 4
Trường hợp 5: Nhiệt độ nước nhỏ hơn nhiê ̣t đô ̣ đo ̣ng sương tA = 28 o C và φ A = 78% tra đồ thi ̣ I-d ta được
Nhiệt đô ̣ đo ̣ng sương: tdp = 23.8 o C và nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt: t wb = 24,8 o C
Bảng 3.7: Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 5
3.3 Đánh giá kết quả quá trình đo thực nghiệm
Từ bảng số liệu ghi nhận được trong quá trình đo thực nghiệm, ta tìm ra được độ chênh nhiệt độ max v r min t t t
cùng với độ chênh độ ẩm tương ứng ở mỗi trường hợp nhiệt độ nước khác nhau
Trong trường hợp 1, nhiệt độ nước (t n = 25.8 o C) lớn hơn nhiệt độ bầu ướt (t wb = 24.8 o C) nhưng nhỏ hơn nhiệt độ không khí (t A = 27.9 o C) với độ ẩm tương đối φ A = 79% Nhiệt độ đo đọng sương được xác định là t dp = 23.5 o C.
Dựa vào bảng số liệu, khi lưu lượng không khí đạt QKhông khí = 1125 (l/s) và lưu lượng nước là Qn = 0,166 (l/s), nhiệt độ đầu ra tối thiểu được xác định là 26°C, tương ứng với độ ẩm 82%.
Hiệu suất của hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp phụ thuộc vào hiệu quả bão hòa, được xác định qua các thông số đầu vào và đầu ra của hệ thống.
Với T db in : Nhiệt độ bầu khô đầu vào out
T db : Nhiệt đô ̣ bầu khô đầu ra w in b
T : Nhiệt độ bầu ướt đầu vào
Vậy, ứng với trường hợp 1, hiê ̣u suất mà thiết bi ̣ đa ̣t được là: in out in w in
Từ (2) và (3), ta có thể xác đi ̣nh tỉ số E và tỉ số H cho trường hợp 1 này là:
Công thức tính tỉ số E
Vớ i nhiệt độ nước t n = 25.8 o C Tra bảng 7, trang 520, TL1 ta được n 996,75 (kg/m ) 3 Với nhiệt độ không khí tA = 27.9 o C Tra bảng 4, trang 518, TL1 ta được
Công thức tính tỉ số H:
Với: tA = 27.9 o C và φ A = 79% tra đồ thi ̣ I-d ta được I1 = 73,86 (kJ/kg) min 26 t r C và độ ẩm 82% tra đồ thị I-d ta được I2 = 68,2 (kJ/kg)
Nhiệt đô ̣ nước: t n = 25.8 o C tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được Iw1 = 108,14 kJ/kg
Tương tự tính E và H cho các trường hợp còn lại, ta có bảng sau
Bảng 3.8: Tỉ số E và H cho trường hợp 1
Từ bản số liệu thực nghiệm ta chọn ra được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp này tại Qkk = 1125 (l/s)
Bảng 3.9: Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 1
Biểu đồ thể hiện mối quan hê ̣: Đồ thị 3.1: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H
Dựa trên đồ thị, có thể nhận thấy rằng tỉ số E gia tăng trong khi tỉ số H giảm khi lưu lượng nước tăng Đồng thời, nhiệt độ không khí đầu ra cũng tăng theo lưu lượng nước.
Trường hợp 2: Nhiê ̣t đô ̣ nước bằng nhiệt đô ̣ bầu ướt của không khí với t A = 29 o C và φ A
= 82% tra đồ thị I-d ta được nhiê ̣t đô ̣ đo ̣ng sương: tdp = 25.6 o C và nhiê ̣t đô ̣ bầu ướt: t wb
Theo bảng số liệu, tại lưu lượng không khí QKhông khí = 1125 (l/s) và lưu lượng nước Qn = 0,166 (l/s), nhiệt độ đầu ra nhỏ nhất đạt 26,8°C với độ ẩm 82%.
Mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E và H
Trong trường hợp này, khi nhiệt độ lớn nhất đạt được, độ ẩm vẫn không thay đổi Đối với quá trình làm mát bằng bay hơi trực tiếp, hiệu suất của hệ thống phụ thuộc vào hiệu quả bão hòa, được xác định theo công thức dưới đây.
Với T db in : Nhiệt độ bầu khô đầu vào out
T db : Nhiệt độ bầu khô đầu ra w in b
T : Nhiệt đô ̣ bầu ướt đầu vào
Vậy, ứng với trường hợp 2, hiệu suất mà thiết bị đa ̣t được là in out in w in
Từ (2) và (3), ta có thể xác đi ̣nh tỉ số E và tỉ số H cho trường hợp 2 này là:
Vớ i nhiệt độ nước t n = 26,4 o C Tra bảng 7, trang 520, TL1 ta được n 996,6 (kg/m ) 3
Với nhiệt độ không khí tA = 29 o C Tra bảng 4, trang 518, TL1 ta được kk 1,1685 (kg/m ) 3
Công thức tính tỉ số H:
Với: tA = 29 o C và φ A = 82% tra đồ thi ̣ I-d ta được I1 = 79,5 (kJ/kg) min 26,8 t r C và độ ẩm 82% tra đồ thị I-d ta được I2 = 71,4 (kJ/kg)
Nhiệt đô ̣ nước: t n = 26,4 o C tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được Iw1 = 110,65 kJ/kg
Tương tự tính E và H cho các trường hợp còn lại, ta có bảng sau
Bảng 3.10: Tỉ số E và H cho trường hợp 2
Từ bản số liệu thực nghiệm ta chọn ra được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp này tại Qkk = 1125 (l/s)
Bảng 3.11: Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 2
Biểu đồ thể hiê ̣n mối quan hệ: Đồ thị 3.2: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H
Từ đồ thị nhìn tổng quát ta thấy tỉ số E tăng, tỉ số H giảm và nhiệt độ không khí đầu ra tăng khi lưu lượng nước tăng
Trong trường hợp 3, khi nhiệt độ nước lớn hơn nhiệt độ đo sương và nhỏ hơn nhiệt độ bầu ướt với t A = 32°C và φ A = 68%, ta có thể tra đồ thị I-d để xác định nhiệt độ đo sương là tdp = 25.3°C và nhiệt độ bầu ướt là t wb = 26.9°C, trong khi nhiệt độ nước được ghi nhận là t n = 26°C.
Dựa vào bảng số liệu, khi lưu lượng không khí đạt 1125 l/s và lưu lượng nước là 0,166 l/s, nhiệt độ đầu ra tối thiểu được ghi nhận là 27,8°C với độ ẩm 69%.
Trong trường hợp này, khi nhiệt độ lớn nhất đạt được, độ ẩm sẽ tăng 1% Đối với quá trình làm mát bay hơi trực tiếp, hiệu suất của hệ thống phụ thuộc vào hiệu quả bão hòa, được định nghĩa theo công thức cụ thể.
Với T db in : Nhiệt độ bầu khô đầu vào out
T db : Nhiệt đô ̣ bầu khô đầu ra
Mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E và H
T : Nhiệt độ bầu ướt đầu vào
Vậy, ứng với trường hợp 3, hiê ̣u suất mà thiết bi ̣ đa ̣t được là in out in w in
Từ (2) và (3), ta có thể xác đi ̣nh tỉ số E và tỉ số H cho trường hợp 3 này là:
Vớ i nhiệt độ nước t n = 26 o C Tra bảng 7, trang 520, TL1 ta được n 996,7 (kg/m ) 3
Với nhiệt độ không khí tA = 32 o C Tra bảng 4, trang 518, TL1 ta được kk 1,1576(kg/m ) 3
Công thức tính tỉ số H:
Với: tA = 32 o C và φ A = 68% tra đồ thi ̣ I-d ta được I1 = 81,8 (kJ/kg) min 27,8 t r C và độ ẩm 69% tra đồ thị I-d ta được I2 = 67,6 (kJ/kg)
Nhiệt đô ̣ nước: t n = 26 o C tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được
Tương tự tính E và H cho các trường hợp còn lại, ta có bảng sau:
Bảng 3.12: Tỉ số E và H cho trường hợp 3
Từ bản số liệu thực nghiệm ta chọn ra được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp này tại Qkk = 1125 (l/s)
Bảng 3.13: Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 3
Biểu đồ thể hiê ̣n mối quan hê ̣: Đồ thị 3.3: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa luu lượng nước, tỉ số E & H
Ta thấy khi lưu lượng nước tăng và nhiệt độ đầu ra tăng thì tỉ số E và tỉ số H cũng tăng
Trong trường hợp 4, nhiệt độ nước được xác định bằng nhiệt độ đọng sương của không khí với t A = 32.5 °C và độ ẩm φ A = 66% Theo biểu đồ I-d, nhiệt độ đọng sương (tdp) là 25.3 °C, trong khi nhiệt độ bầu ướt (t wb) là 27 °C Do đó, nhiệt độ nước (t n) cũng bằng 25.3 °C.
Từ bảng số liệu, ta nhận thấy: Ở lưu lương quạt Qkk = 437 (l/s) và Qn = 0,667 (l/s), ta có được nhiệt độ đầu ra nhỏ nhất min 27, 4 t r C tương ứng với độ ẩm 67%
Trong trường hợp này, khi đạt được nhiệt độ lớn nhất, độ ẩm sẽ tăng 1% Đối với quá trình làm mát bay hơi trực tiếp, hiệu suất của hệ thống phụ thuộc vào hiệu quả bão hòa, được xác định theo biểu thức cụ thể.
Với T db in : Nhiệt độ bầu khô đầu vào
Mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H
T db : Nhiệt độ bầu khô đầu ra w in b
T : Nhiệt độ bầu ướt đầu vào
Vậy, ứng với trường hợp 4, hiệu suất mà thiết bị đa ̣t được là in out in w in
Từ (2) và (3), ta có thể xác đi ̣nh tỉ số E và tỉ số H cho trường hợp 4 này là:
Vớ i nhiệt độ nước t n = 25,3 o C Tra bảng 7, trang 520, TL1 ta được n 996,88 (kg/m ) 3 Với nhiệt độ không khí tA = 32,5 o C Tra bảng 4, trang 518, TL1 ta được
Công thức tính tỉ số H:
Với: tA = 32,5 o C và φ A = 66% tra đồ thi ̣ I-d ta được I1 = 82,45 (kJ/kg) r min t 27, 4 o C và độ ẩm 67% tra đồ thị I-d ta được I2 = 64,99 (kJ/kg)
Nhiệt đô ̣ nước: t n = 25,3 o C tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa ta được Iw1 = 106 kJ/kg
Tương tự tính E và H cho các trường hợp còn lại, ta có bảng sau:
Bảng 3.14: Tỉ số E và H cho trường hợp 4
Từ bản số liệu thực nghiệm ta chọn ra được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp này
Bảng 3.15: Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 4
Biểu đồ thể hiê ̣n mối quan hê ̣: Đồ thị 3.4: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E & H
Từ đồ thị ta thấy được khi lưu lượng nước tăng thì tỉ số E cũng tăng, tỉ số H tăng và nhiệt độ ra giảm
Trong trường hợp 5, khi nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ đo động sương với t A = 28 °C và φ A = 78%, theo đồ thị I-d, nhiệt độ đo động sương được xác định là tdp = 23.8 °C, nhiệt độ bầu ướt là t wb = 24.8 °C, và nhiệt độ nước là t n = 22 °C.
Từ bảng số liệu, ta nhận thấy: Ở lưu lương quạt Qkk = 437 (l/s) và Qn = 0,667 (l/s), ta có được nhiệt độ đầu ra nhỏ nhất min 25 t r C tương ứng với độ ẩm 76%
LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT
Viện Anh ngữ Đại Học Đà Nẵng là một công trình kiến trúc lớn, tọa lạc tại thành phố Đà Nẵng Tòa nhà cao 16 tầng, với chiều cao 62,3 m và diện tích xây dựng 1015 m², nằm ở vị trí đắc địa, giáp với đường Lê Duẩn ở phía bắc và một con đường khác ở phía đông.
Lê Lợi, tòa nhà được xây quay về hướng Tây Tòa nhà có một tầng hầm để làm bãi đậu xe
Tầng 5 đến tầng 11 của viện là khu vực giảng dạy ngoại ngữ cho sinh viên, trong khi các tầng còn lại được thiết kế làm văn phòng cho giám đốc, phó giám đốc, viện trưởng, viện phó, cùng với các chuyên gia, giáo viên và nhân viên Ngoài ra, viện còn là địa điểm tổ chức hội thảo và nghiên cứu khoa học cho các chuyên gia trong và ngoài nước.
Trong luận văn này, chúng tôi so sánh chi phí lắp đặt và vận hành của hai hệ thống điều hòa không khí: máy nén truyền thống và hệ thống làm mát bay hơi Hình 4.1 minh họa mặt bằng tổng thể của viện Anh ngữ Đà Nẵng, nơi áp dụng các hệ thống này.
Do đó ta chỉ cần tính cho 1 tầng điển hình của công trình này
Ta chọn tầng 5 là tầng điển hình cho bài toán cần tính
Mặt bằng tầng 5 như sau:
Hình 4.2: Mặt bằng tầng 5 đến tầng 11
4.2 Chọn thông số tính toán không khí trong nhà
Ta chọn thông số tính toán cho không gian điều hòa:
4.2.1 Thông số tính toán không khí ngoài nhà
Thông số nhiệt độ và độ ẩm tính toán ngoài trời được chọn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 – 2010
Theo bảng phụ lục B trang 60 TCVN 5687 – 2010 [14] chọn thông số tính toán ngoài trời cho khu vực Thành phố Đà Nẵng:
Bảng 4.1: Nhiệt độ trung bình thành phố Đà Nẵng
Mùa hè Nhiệt độ, o C Độ ẩm , %
Kết hợp với đồ thị I - d ta có các bảng thông số sau:
Bảng 4.2: Thông số tra từ đồ thị I-d của nhiệt đô (34,5 o C) và độ ẩm (74%)
4.2.2 Tính nhiệt cho công trình theo phương pháp Carrier
Các công thức tính nhiệt cho công trình đều tham khảo theo TL [14]
Phương pháp Carrier được áp dụng để tính toán cân bằng nhiệt cho toàn bộ đồ án, khác với phương pháp truyền thống ở chỗ xác định năng suất lạnh Q0 Cụ thể, Q0 được tính bằng cách cộng tổng nhiệt hiện thừa Qht và nhiệt ẩn thừa Qat từ tất cả các nguồn nhiệt tỏa ra và thẩm thấu vào phòng điều hòa.
Nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời (Q1) và bao che (Q2) kết hợp với nhiệt tỏa (Q3) chỉ bao gồm nhiệt hiện Đồng thời, nhiệt tỏa do con người, gió tươi và gió lọt được chia thành hai thành phần: nhiệt hiện và nhiệt ẩn.
Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier
Hình 4.3: Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier t N [ o C] [%] Tdp[ o C] Entanpi (I) Dung ẩm (d) kcal/kg kJ/kg g/kg kg/kg
Nhiệt hiện thừa Q ht do: Nhiệt ẩn thừa Q at do:
Khi thiết kế một công trình, việc đảm bảo đủ năng suất lạnh là rất quan trọng Điều này bắt đầu bằng việc xác định chính xác các thành phần nhiệt ảnh hưởng đến không gian điều hòa.
Có nhiều phương pháp tính toán cân bằng nhiệt ẩm để xác định năng suất lạnh cần thiết Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào phương pháp tính toán theo cách của Carrier.
Các nguồn nhiệt gây tổn thất cho không gian điều hòa:
- Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q1
- Nhiệt hiện truyền qua vách Q2
- Nhiệt hiện thẩm thấu qua trần, sàn nhà và mái nhà Q3
- Nhiệt hiện tỏa ra do máy và thiết bị chiếu sáng tỏa ra Q4
- Nhiệt hiện và ẩn do con người tỏa ra Q5
- Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào QN
- Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt vào Q6
4.2.3 Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q 1
F : Diện tích kính của cửa sổ, m 2
R: Cường độ nhiệt bức xạ mặt trời qua kính vào phòng, W
Q 1: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua cửa kính vào phòng, W n t : Hệ số tác dụng tức thời qua kính vào phòng
G ’ : Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn nằm trên mặt đất, kg
G '' : Khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất, kg
Vì hệ thống điều hòa hoạt động từ 6 giờ sáng đến 4 giờ chiều (trong các giờ có nắng) ta chọn RT=RTmax
c : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao công trình so với mặt nước biển, do ảnh hưởng này nhỏ, ta chọn c = 1
đs : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh giữa nhiệt độ đọng sương tdpC và nhiệt độ đọng sương của không khí ở mực nước biển là 20C
đs t s : Nhiệt độ đọng sương của không khí ngoài trời , C
Với tN = 34,5C và N = 74% tra đồ thị t-d ta có tdp = 29,4 C
mm : Hệ số kể đến ảnh hưởng mây mù, khi tính toán lấy trường hợp lớn nhất là lúc trời không có mây mù mm = 1
kh: Hệ số ảnh hưởng của khung cửa kính, do là khung kim loại nên chọn
Ta chọn loại kính cơ bản
Hệ số ảnh hưởng của kính m = 1 Bảng 4.3 TL [14]
Hệ số mặt trời: r = 1 khi không có màn che Bảng 4.4 TL [14]
Bảng 4.3: Lượng bức xạ mặt trời lớn nhất RTmax xâm nhập qua của kính loại cơ bản vào trong phòng, W/m 2 Bảng 4.2 TL [14]
Hướng Bắc Nam Đông Tây
Nhiệt thừa từ tia bức xạ mặt trời là một yếu tố quan trọng trong các yếu tố từ bên ngoài xâm nhập vào không gian cần điều hòa, đặc biệt là ở những công trình có diện tích kính lớn Bức xạ mặt trời ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả năng lượng và sự thoải mái trong các tòa nhà.
66 vào không gian cần điều hòa là liên tục thay đổi theo các thời điểm trong ngày và theo các tháng trong năm
Hệ số tác dụng tức thời n t
Khối lượng của tường tiếp xúc với bức xạ mặt trời và sàn nằm trên mặt đất chỉ bao gồm tường của tầng trệt, được tính bằng kilogam (kg).
G '' : Khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất, kg
Tường bao có khối lượng 360 kg/m 2 tường
Sàn không nằm trên mặt đất có khối lượng 410 kg/m 2 sàn
DT tường trong cho từng phòng
Bảng 4.4: Diện tích tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời
Phòng Học 1 Học 2 Học 3 Học 4 Học 5 GV Lap
Diện tích (m 2 ) 20,7 11,13 28,5 11,76 36,03 20,52 53,16 Vậy tổng diện tích tường trong của tầng này
Fn = 181,8 (m 2 ) Bảng 4.5: Diện tích tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời
Phòng Học 1 Học 2 Học 3 Học 4 Học 5 GV Lap
Diện tích (m 2 ) 38,4 24,5 20,64 25,44 39,84 0 26,4 Vậy tổng diện tích tường trong của tầng này
Tính nhiệt bức xạ cho từng phòng riêng biệt
Bảng 4.6: Thông số diện tích kính tầng 5
Học 1 Học 2 Học 3 Học 4 Học 5 GV Lap
Kính hướng tây 0 0 0 0 4,62 0 4,62 Đối với phòng 1
Tương tự cho các phòng còn lại ta cũng được bảng sau
Bảng 4.7: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua cửa kính vào các phòng
Học 1 Học 2 Học 3 Học 4 Học 5 GV Lap
Theo bảng 4.7/tr 157 TL[14], với gs = 458,77 kg/m 2 sàn tra được nt lớn nhất theo các hướng như sau:
Hướng Bắc : nt = 0,8 vào lúc 17h
Hướng Nam : nt = 0,58 vào lúc 14h
Hướng Đông : nt = 0,46 vào lúc 10h
Hướng Tây : nt = 0,51 vào lúc 18h
Nhiệt bức xạ qua kính:
Tương tự cách tính như trên
Bảng 4.8: Nhiệt bức xạ qua kính cho các phòng
Học 1 Học 2 Học 3 Học 4 Học 5 GV Lap
4.2.4 Nhiệt hiện truyền qua vách và nền Q 2
Nhiệt truyền qua vách Q22 gồm hai thành phần:
- Thành phần tổn thất do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài trời và không gian điều hòa
- Thành phần do bức xạ mặt trời vào tường, tuy nhiên thành phần nhiệt này không đáng kể ta coi bằng không khi tính toán
Q22c : Nhiệt truyền qua cửa ra vào, W
Q22k : Nhiệt truyền qua kính, W ki : Hệ số truyền nhiệt của tường, cửa ra vào, kính cửa sổ, W/m 2 K
Fi : Diện tích của tường, cửa ra vào, kính, m 2
t : Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa
Tính nhiệt truyền qua tường Q 22t
Nhiệt truyền qua tường tính theo biểu thức sau :
69 k t : Hệ số truyền nhiệt của tường, W/m 2 K
Hệ số truyền nhiệt của tường được xác định bởi sự chênh lệch nhiệt độ giữa không gian trong phòng và bên ngoài trời (k1, W/m²K) cũng như giữa phòng và hành lang (k2, W/m²K).
N = 20 W/m 2 K : Hệ số toả nhiệt ngoài nhà
T W/m 2 K : Hệ số toả nhiệt trong nhà
là bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp vữa (vữa xi măng)
là bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch thông thường
Đối với tường tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài:
W/m 2 K Đối với tường tiếp xúc gián tiếp với không khí bên ngoài:
Khi tường tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài
Khi tường tiếp xúc gián tiếp với hành lang
Phòng học 1 có tổng diện tích tường tiếp xúc với không khí ngoài trời là 59,1 m², bao gồm 20,7 m² tường tiếp xúc trực tiếp và 38,4 m² tường tiếp xúc gián tiếp.
Tính tương tự cho các phòng còn lại ta có bảng số liệu sau
Bảng 4.9: Nhiệt truyền qua tường cho các phòng
Tính nhiệt truyền qua cửa ra vào Q 22c
Nhiệt truyền qua cửa ra vào tính bằng biểu thức sau:
Fc: Diện tích cửa ra vào, m 2
Cửa ra vào chỉ tính cho ra vào hành lang là cửa gỗ dày 30mm, có k = 2,65 W/m 2 K, có tổng diện tích là 4,3m 2 ( cao 2,2m, rộng 1,9m) theo bảng 4.12 TL [14]
Tất cả các phòng đều có 1 cửa cùng kích thước nên Q22c đều bằng nhau
Tính nhiệt truyền qua kính Q 22k
Nhiệt truyền qua kính cửa sổ tính bằng biểu thức sau:
Q22k = kk.Fk.t k k : Hệ số truyền nhiệt qua kính, W/m 2 o K
Nhiệt truyền qua kính của phòng 1
Nhiệt truyền qua kính cho phòng 1
Tính tương tự cho các phòng còn lại ta có bảng số liệu sau
Bảng 4.10: Nhiệt truyền qua kính cho các phòng
Bảng 4.11: Nhiệt truyền qua vách cho các phòng
Q23 =kN.FN.t (W) Trong đó : F N : Diện tích nền, m 2
t = ( tN – tT ), o C : Nền đặt trên không gian không điều hoà có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình giữa bên ngoài và bên trong
Vì tòa nhà có 15 tầng, tầng 5 nằm giữa tầng 4 và tầng 6 đều có hệ thống điều hòa nên nhiệt truyền qua nền Q23 = 0 (W)
Vậy tổng Q2 cho các phòng là: Q 2 Q 22 Q 23
Bảng 4.12: Nhiệt truyền qua vách và nền cho các phòng
4.2.5 Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng Q 3
- Với đèn dây tóc, nhiệt tỏa được tính như sau : Q3 = Ni (W)
- Với đèn huỳnh quang cũng tương tự như vậy nhưng nhân thêm hệ số 1,25 với công suất ghi trên bóng đèn : Q3= 1,25.Ni
Với N là công suất của đèn
Toàn bộ hệ thống đèn chiếu sáng cho toàn bộ các phòng là đèn huỳnh quang công suất định hướng 10 12 W/m 2
Do chưa biết cụ thể tổng công suất của hệ thống đèn chiếu sáng cả phòng nên có thể lấy theo định hướng là : 12 W/m 2 [14, tr.171]
Nhiệt tỏa từ chiếu sáng bao gồm hai thành phần chính: bức xạ và đối lưu Tuy nhiên, phần bức xạ cũng bị hấp thụ bởi kết cấu bao che, dẫn đến tác động nhiệt lên tải lạnh nhỏ hơn giá trị tính toán Do đó, cần nhân thêm hệ số tác dụng tức thời và hệ số tác dụng đồng thời để có kết quả chính xác hơn.
Q3= nt.nđ 1,25.Ni W nt : Hệ số tác dụng tức thời, giả sử đèn bật 10 tiếng/1 ngày đ
Tra bảng 4.8[1], với gs = 453,5 kg/m 3 , có nt = 0,9 nđ: Hệ số tác dụng đồng thời
Ta chọn nđ = 1 đối với công trình lớn [14, tr.171, 172]
Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng Q3 cho phòng 1 là :
Tính tương tự cho các phòng còn lại ta có bảng số liệu sau:
Bảng 4.13: Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng cho các phòng
4.2.6 Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q 4
Tầng 5 gồm các phòng học, phòng giáo viên và phòng LAP, nên máy móc và nhiệt tỏa ra từ chúng là không nhiều và không đáng kể nên ta có thể lấy Q4 = 0 (W)
4.2.7 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra Q 5
Nhiệt hiện do người tỏa ra:
Nhiệt hiện do người tỏa vào không gian điều hòa chủ yếu bằng hai phương thức là đối lưu và bức xạ, được xác định bằng biểu thức sau:
Q5h = nđ.n.qh W Trong đó: n: Số người trong không gian điều hòa
Bảng 4.14: Số người trong không gian điều hòa cho các phòng
Số người 28 28 28 28 28 7 28 qh: Nhiệt hiện tỏa ra từ một người
Tra bảng 4.18 [1]: qh = 70 W/người (trường học) nđ: Hệ số tác dụng không đồng thời nđ=0,9 (nhà cao tầng công sở) [14, tr 174]
Nhiệt hiện do người tỏa vào phòng học 1 có 28 người là:
Tính tương tự cho các phòng còn lại
Bảng 4.15: Nhiệt hiện do người tỏa ra cho các phòng
Nhiệt ẩn do con người tỏa ra:
Nhiệt ẩn do người tỏa ra được xác định theo biểu thức sau:
Q5a = n.qa W Trong đó: n: Số người trong không gian điều hòa, n tùy thuộc mục đích sử dụng của phòng qa: Nhiệt ẩn tỏa ra từ một người, W
Tra bảng 4.18[14] có nhiệt ẩn tỏa ra từ một người qa = 50 W/người (trường học)
Nhiệt ẩn do người tỏa vào phòng học 1 có 28 người là:
Tính tương tự cho các phòng còn lại
Bảng 4.16: Nhiệt ẩn do người tỏa ra cho từng phòng
Bảng 4.17: Nhiệt do người cho từng phòng
4.2.8 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào Q 6h và Q 6a
Trong hệ thống điều hòa không khí, việc cung cấp gió tươi là rất quan trọng để đảm bảo đủ ôxy cho hoạt động hô hấp của con người trong phòng Gió tươi ngoài trời, ký hiệu là N, có nhiệt độ tN, độ ẩm dN và entanpy IN cao hơn so với không khí trong nhà với nhiệt độ tT, độ ẩm dTv và entanpy IT Khi gió tươi được đưa vào phòng, nó sẽ giải phóng một lượng nhiệt, bao gồm nhiệt ẩn QâN và nhiệt hiện QhN, được tính toán theo các biểu thức cụ thể.
Công thức Q6a = 3,0.n.l.(dN – dT) được sử dụng để tính toán lượng nhiệt cần thiết trong không gian điều hòa Trong đó, dN là ẩm dung của không khí ngoài trời (g/kg), dT là ẩm dung của không khí trong không gian điều hòa (g/kg), tN và tT lần lượt là nhiệt độ của không khí ngoài trời và trong không gian điều hòa (độ C), n là số người có mặt trong không gian điều hòa, và l là lượng không khí tươi cần thiết cho mỗi người trong một giây.
Tra theo TCVN5687-2010 ta có: l = 7 l/s.người = 25 m 3 /h.người
Tra đồ thị t-d với t N 34,5C, N 74%, t T 24 C, T 55% ta được: Độ chứa hơi trong dT = 10,3 g/kg Độ chứa hơi ngoài dN = 25,3 g/kg
Nhiệt hiện do gió tươi mang vào QhN ở phòng học 1 có 28 người là:
Nhiệt ẩn do gió tươi mang vào QaN ở phòng học 1 có 28 người là:
Tính tương tự cho các phòng còn lại
Bảng 4.18: Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào
Ta có bảng số liệu cho các phòng
Bảng 4.19: lượng nhiệt do gió tươi mang vào
4.2.9 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió lọt Q 7h và Q 7a
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn này nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nước, lưu lượng nước và lưu lượng không khí đến quá trình làm mát bay hơi Qua quá trình tính toán và đánh giá, báo cáo đã đưa ra những nhận xét quan trọng về các yếu tố này.
Nghiên cứu cho thấy rằng trong các hệ thống bay hơi trực tiếp, nhiệt độ nước, lưu lượng nước và lưu lượng không khí đều có tác động trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Luận văn tiến hành đo đạc ở năm trường hợp nhiệt độ nước khác nhau: khi nhiệt độ nước nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương (twb < n1t < tA), khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ đọng sương (n2t = twb), khi nhiệt độ nước nằm trong khoảng giữa nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ đọng sương (tdp < n3t < twb), khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ điểm sương (n4t = tdp), và khi nhiệt độ nước nhỏ hơn nhiệt độ điểm sương (n5t < tdp) Kết quả cho thấy thiết bị đạt hiệu suất tốt nhất khi nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ đọng sương, dẫn đến sự giảm nhiệt độ lớn, trong khi hiệu suất thấp nhất xảy ra khi nhiệt độ nước nằm giữa nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ không khí đầu vào, dẫn đến sự giảm nhiệt độ ít hơn.
Bên cạnh việc đánh giá dựa trên sự thay đổi nhiệt độ, luận văn còn thử nghiệm với 6 chế độ lưu lượng nước và không khí khác nhau để phân tích ảnh hưởng của hai yếu tố này đến quá trình làm mát bay hơi Kết quả cho thấy sự thay đổi lưu lượng nước và không khí có tác động đáng kể đến hiệu quả làm mát.
Khi lưu lượng không khí tăng, hiệu suất thiết bị sẽ cải thiện và nhiệt độ đầu ra giảm, điều này đúng với các trường hợp nhiệt độ nước (1), (2) và (3) Ngược lại, trong hai trường hợp nhiệt độ nước (4) và (5), hiệu suất sẽ không tăng theo lưu lượng không khí.
Khi lưu lượng nước vào thiết bị tăng, hiệu suất của thiết bị sẽ cải thiện và nhiệt độ đầu ra giảm, như thể hiện ở các trường hợp nhiệt độ nước (4) và (5) Ngược lại, khi lưu lượng nước giảm, hiệu suất sẽ giảm và nhiệt độ đầu ra sẽ tăng, điều này xảy ra ở các trường hợp nhiệt độ nước (1), (2) và (3).
Ở các chế độ nhiệt độ nước làm mát lớn hơn nhiệt độ điểm sương của không khí (tn > tdp), việc duy trì lượng nước làm mát nhỏ vào thiết bị sẽ giúp tăng hiệu quả làm mát Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ điểm sương, cần điều chỉnh lượng nước để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
85 không khí tn ≤ tdp, nên duy trì lượng nước làm mát lớn để phát huy hiệu quả làm mát của thiết bị bay hơi làm mát
Ngoài 3 thông số trên có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm mát bay hơi thì để tăng hiệu suất của thiết bị ta có thể tăng bề dày của tấm trao đổi nhiệt (cooling pad) nhằm tăng tối đa thời gian trao đổi nhiệt và ẩm giữa nước và không khí
Bài luận văn này tập trung vào việc thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho Viện Anh ngữ Đại học Đà Nẵng, so sánh hai phương án: hệ thống điều hòa thông thường và hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp Bài viết phân tích chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành của cả hai hệ thống để tìm ra phương án tối ưu, đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí Đặc biệt, chi phí vận hành được so sánh trong ba tháng cao điểm (tháng 6, tháng 7 và tháng 8) với điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm thấp, nhằm tối ưu hóa hiệu suất cho thiết bị làm mát bay hơi.
Trong bài viết này, chúng tôi đã tính toán phụ tải lạnh và chi phí đầu tư cho hai hệ thống điều hòa không khí Tầng 5 có tổng phụ tải lạnh là 126,85 kW, vì vậy chúng tôi đã chọn hệ thống VRF City Multi với 12 dàn lạnh PEFY-P100VMA(L)-E (công suất 11,2 kW) và 1 dàn lạnh PEFY-P71VMA(L)-E (công suất 8 kW), cùng với một dàn nóng PUCY-P1350YSKA.THR1(-BS) có công suất 142,4 kW, tổng chi phí đầu tư cho hệ thống này là 797 triệu VNĐ Đối với hệ thống làm mát bay hơi, chúng tôi đã chọn 6 thiết bị iFan1000 (công suất 10.000 m³/h) và 1 thiết bị iFan700 (công suất 700 m³/h), cùng với chiller HYS-0350WS (công suất 123 kW, tương đương 35RT), tổng chi phí đầu tư cho hệ thống này là 337 triệu VNĐ Về hiệu quả sử dụng điện, hệ thống VRF City Multi tiêu tốn 72 triệu VNĐ cho 3 tháng hoạt động, trong khi hệ thống làm mát bay hơi chỉ tiêu tốn 43,6 triệu VNĐ cho cùng khoảng thời gian.
Kết quả so sánh chi phí giữa hai hệ thống cho thấy hệ thống làm mát bay hơi tiết kiệm hơn cả về chi phí đầu tư lẫn chi phí vận hành, với khả năng tiết kiệm lên đến 58% chi phí đầu tư ban đầu và 40% chi phí vận hành so với hệ thống điều hòa không khí sử dụng máy nén và môi chất lạnh Tuy nhiên, hệ thống này chỉ nên được sử dụng vào những thời điểm nhất định trong năm, cụ thể là các tháng có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp, để đạt hiệu suất sử dụng tối ưu.
Hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp có nhược điểm lớn nhất là khó kiểm soát độ ẩm, do đó, nên kết hợp hệ thống này với các giải pháp khác, chẳng hạn như sử dụng chất hút ẩm để giảm độ ẩm không khí Bên cạnh đó, kết hợp với hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp cũng giúp giảm nhiệt độ mà không làm thay đổi độ ẩm, tuy nhiên hiệu quả không cao Để đạt hiệu suất tối ưu và kiểm soát độ ẩm, nên sử dụng đồng thời cả ba hệ thống: làm mát bay hơi trực tiếp, chất hút ẩm và làm mát bay hơi gián tiếp, mặc dù chi phí đầu tư cho hệ thống kết hợp này khá cao và phức tạp Luận văn đề xuất phát triển theo hướng kết hợp giữa làm mát bay hơi và hệ thống điều hòa không khí truyền thống để khắc phục nhược điểm của từng phương pháp, đồng thời tính toán và so sánh chi phí khi sử dụng kết hợp hai hệ thống Trong những tháng có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp, nên sử dụng làm mát bay hơi để tiết kiệm chi phí điện năng, trong khi những tháng còn lại áp dụng hệ thống điều hòa không khí thông thường, ví dụ như tại Viện Anh ngữ Đại học Đà Nẵng, sử dụng làm mát bay hơi cho tháng 6, 7, 8 và điều hòa không khí cho các tháng còn lại.