Tính toán phân tích quá trình quá lạnh đối với hệ thống lạnh

Quá trình quá lạnh lỏng xảy ra khi môi chất ở trạng thái lỏng cao áp sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ và trước khi vào hệ thống tiết lưu được làm lạnh giảm nhiệt độ. Quá lạnh lỏng sau quá trình ngưng tụ nhằm làm giảm tổn thất trước van tiết lưu và tăng công suất lạnh, dẫn đến hệ số làm lạnh COP tăng. Với nội dung này, ta sử dụng định luật nhiệt động để tính toán lý thuyết, phân tích cụ thể cho trường hợp môi chất lạnh R134a với sự ảnh hưởng của nhiệt độ quá lạnh đến công suất lạnh của hệ thống, hệ số làm lạnh COP, công tiêu tốn cho chu trình, các ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi – nhiệt độ ngưng tụ đối với sự quá lạnh, từ kết quả tính toán đưa ra các so sánh.

Điều hòa không khí tiêu hao năng lượng rất lớn trong các công trình kiến trúc, nó chiếm gần 60% trên tổng năng lượng tiêu thụ. Như vậy khi chúng ta điều chỉnh hệ thống tổng hợp máy điều hòa, độ chênh nhiệt độ lớn sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống lạnh, cụ thể là giảm nhiệt độ của môi chất cao áp sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ bằng phương pháp quá lạnh sẽ nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh.

Một số phương pháp sử dụng để quá lạnh môi chất như dùng nhiệt độ môi trường để quá lạnh môi chất sau quá trình ngưng tụ, trao đổi nhiệt với đường hút về của máy nén, cải tạo hệ thống bằng cách lắp thêm bộ phận trao đổi nhiệt để tạo nên quá trình quá lạnh, dùng thiết bị trao đổi nhiệt để quá lạnh.

1. Sơ đồ nguyên lý và độ thị logp-h của thệ thống quá lạnh

Sơ đồ nguyên lý hệ thống quá lạnh của hệ thống lạnh ( Chu trình hệ thống lạnh 1 cấp)

Đồ thị logp-h

Sơ đồ trên gồm các quá trình: 1-2 – quá trình nén đoạn nhiệt môi chất lạnh tại máy nén lạnh, 2-4 – quá trình ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt tại thiết bị ngưng tụ, 4-4’ – quá trình quá lạnh tại thiết bị quá lạnh, 4’-5 – quá trình tiết lưu đoạn nhiệt đẳng enthalpy tại thiết bị tiết lưu, 5-1 – quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt tại thiết bị bay hơi.

2. Tính toán chu trình
Trên đồ thị lgp-h ta có chu trình 1-2-4-5-1 không có quá lạnh, chu trình 1-2-4’-5’-1 có quá lạnh, dựa vào các định luật nhiệt động ta tính được như sau:

a. Chu trình không có quá lạnh

Đơn vị khối lượng lạnh riêng:

Đơn vị khối lượng lạnh thể tích:

Công nén lý thuyết:

Công nén chỉ thị:

Đơn vị phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ:

Hệ số làm lạnh chu trình COP lý thuyết:

Hệ số COP chỉ thị:

b. Chu trình có quá lạnh

Đơn vị khối lượng lạnh riêng:

Đơn vị khối lượng lạnh thể tích:

Công lý thuyết:

Công chỉ thị:

Đơn vị phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ:

Đơn vị phụ tải nhiệt ở thiết bị quá lạnh:

Hệ số làm lạnh COP lý thuyết:

Hệ số COP chỉ thị

So với vòng tuần hoàn không có quá lạnh thì vòng tuần hoàn quá lạnh có công suất lạnh tăng lên

COP tăng lên

Bảng tính năng tuần hoàn

Để thuận tiện cho việc tính toán ta giả định:

Hệ số hoạt động với các thông số ổn định
Nhiệt độ ngưng tụ được chọn trong khoảng 40-55 ⁰C, nhiệt độ bay hơi trong khoảng -10 – 5 ⁰C
Không tính tổn thất nhiệt, tổn thất lưu động và tổn thất trao đổi nhiệt với môi trường trên đường ống
Hiệu suất làm việc của máy nén 0.8 , độ quá lạnh hơi hút 5 ⁰C.

Độ quá lạnh ảnh hưởng đến COP khi nhiệt độ ngưng tụ thay đổi

Với sơ đồ trên tuy nhiệt độ ngưng tụ càng cao hệ số COP càng giảm, nhưng khi so sánh ở cùng dãy nhiệt độ ngưng tự tăng độ quá nhiệt từ 0⁰C đến 50⁰C thì hệ số COP tăng trung bình 52.78%.

Độ quá lạnh ảnh hưởng đến công suất lạnh riêng khi nhiệt độ ngưng tụ thay đổi

Quá lạnh ảnh hưởng đến COP khi nhiệt độ bay hơi thay đổi

Độ quá lạnh ảnh hưởng đến công suất lạnh riêng khi nhiệt độ bay hơi thay đổi

Ảnh hưởng nhiệt độ bay hơi đến công lý thuyết với độ quá lạnh khác nhau

Ảnh hưởng nhiệt độ ngưng tụ với hệ số COP

Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi đến hệ số COP

Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi đến công suất lạnh riêng với độ quá lạnh khác nhau

Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ đến công suất lạnh riêng với độ quá lạnh khác nhau

Quan hệ nhiệt độ ngưng tụ và công nén với sự thay đổi độ quá lạnh

KẾT LUẬN

Quá lạnh lỏng cao áp trước khi vào tiết lưu nâng cao hệ số làm lạnh COP
Ở nhiệt độ bay hơi cao thì ảnh hưởng của độ quá lạnh đối với COPsub lớn hơn, đồng thời ở nhiệt độ ngưng tụ cao, lỏng cao áp được quá lạnh sẽ giúp nâng cao hệ số làm lạnhcủa chu trình một cách rõ rệt.
Các kết quả tính toán cho thấy quá trình quá lạnh lỏng không ảnh hưởng gì đến công nén của chu trình.
Đối với hệ thống có quá lạnh, chúng ta có thể nâng cao hệ số làm lạnh của chu trình và thực hiện việc tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh, góp phần bảo vệ môi trường.

Tham khảo: