Nghiên cứu thực nghiệm xử lý nhiệt ẩm không khí

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 55 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NHIỆT ẨM KHÔNG KHÍ EXPERIMENTAL STUDY OF AIR HEAT-HUMIDIFY TREATMENT Nguyễn Thành Văn Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Xử lý nhiệt ẩm không khí là vấn đề rất quan trọng trong điều hòa không khí. Nghiên cứu quá trình xử lý nhiệt ẩm không khí giúp ta tìm biện pháp nâng cao hiệu quả của làm việc của các hệ thống điều hòa không khí và thiết bị buồng phun . Đó là một việc làm thiết thực và có ý nghĩa kinh tế cao. Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu thực nghiệm xử lý nhiệt ẩm không khí của thiết bị buồng phun và ảnh hưởng của một số nhân tố đến hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm. Từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hệ số hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm của các thiết bị. Việc nghiên cứu được tiến hành trên hệ th ống thiết bị buồng phun thuộc phòng thí nghiệm nhiệt lạnh, trường đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng . Hệ thống thiết bị thí nghiệm cho phép thay đổi nhiều thông số vận hành nhằm đánh giá ảnh hưởng của chúng . ABSTRACT Heat-humidify treatment is very important problem in the air conditioning. Studying heat- humidify treatment process of air helps us to find methods for raising working effect of air conditioning system and spray air washer. This practical problem has a big economic effect. In this article we present some experimental study results of heat-humidify treatment in dehumidifier and the influence of some factors on thermo-humidify treatment’s effect. Based on the results we suggest methods for raising heat-humidify treatment’s effect. The study was carried out on the spray air washer of the thermal refrigeration laborator of danang university of technology. The experimental equipment system allows for changing various operating parameters in order to evaluate their effects. 1. Đặt vấn đề Xử lý nhiệt ẩm là một trong những vấn đề quan trọng nhất của điều hoà không khí. Có nhiều giải pháp xử lý nhiệt ẩm khác nhau nhưng thường gặp nhất là xử lý nhiệt ẩm bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt và thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hổn hợp (xử lý bằng nước phun). Xử lý không khí bằng nước phun có ưu điểm là có thể làm tăng hoặc giảm dung ẩm không khí, do đó được sử dụng khá rộng rãi cho các đối tượng cần độ ẩm cao, hoặc đối tượng có nhiệt thừa rất lớn có thể sử dụng nước tự nhiên để làm lạnh. Khi xử lý nhiệt ẩm về mặt lý thuyết, trong điều kiện lý tưởng trạng thái không khí đầu ra sẽ đạt trạng thái bão hoà. Tuy nhiên do điều kiện thực tế không đạt như lý thuyết nên trạng thái không khí đầu ra chỉ gần đạt trạng thái bão hoà. Độ ẩm tương đối đầu ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước của các giọt nước d, hệ số phun µ, số dãy vòi phun Z, số vòi phun trên một dãy n của thiết bị buồng phun. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 56 Để đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý nhiệt ẩm ở các thiết bị, người ta sử dụng đại lượng gọi là hệ số hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm E. Hệ số E được xác định theo công thức: 1 AB AOE <= (1) Trong đó A, O, B tương ứng là các trạng thái không khí trước khi xử lý, cuối quá trình xử lý nhiệt ẩm thực và trạng thái lý thuyết. Hệ số hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm có thể xác định như sau: BA OA BA OA II II tt tt E − − = − − = (2) Trong đó: tA, tO, tB lần lượt là nhiệt độ các điểm A, O và B IA, IO, IB 2. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý nhiệt ẩm không khí lần lượt là entanpi các điểm A, O và B Trong bài báo này chúng tôi sẽ tiến hành thí nghiên cứu thực nghiệm quá trình xử lý nhiệt ẩm không khí và đánh giá ảnh hưởng của một số nhân tố đến hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm. 2.1. Thiết bị thí nghiệm Hệ thống thiết bị thí nghiệm được trình bày trên hình 2, bao gồm các thiết bị chính: hệ thống làm lạnh nước sử dụng môi chất R22 công suất 18.000 Btu/h; hệ thống bơm nước phun cao áp, buồng điều không trao đổi nhiệt ẩm giữa không khí và nước phun, bể nước lạnh, quạt hút gió, các thiết bị đo lường và điều khiển. Để duy trì nhiệt độ nước phun hệ thống có trang bị thermostat ngắt hệ thống máy nén lạnh khi nhiệt độ nước đạt yêu cầu và ổn định. Hệ thống có khả năng điều chỉnh các thông số sau: - Điều chỉnh nhiệt độ nước phun. A O B I, kJ/kg d, g/kg Hình 1. Hệ số hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị thí nghiệm HT TH MAÏY NEÏN LAÛNH DAÌN NGÆNG BÅM NÆÅÏC AÏP CAO Th TUÍ ÂIÃÛN ÂIÃÖU KHIÃØN BÃØ NÆÅÏC LAÛNH KHÄNG KHÊ VAÌOKHÄNG KHÊ RA QUAÛT GIOÏ BUÄÖNG PHUN T t = 5 - 30 °C t = 15 - 25 °C TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 57 - Thay đổi số lượng dãy vòi phun. - Thay đổi tốc độ gió. - Thay đổi trạng thái không khí đầu vào. 2.2. Kết quả thí nghiệm Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm ở nhiều thời điểm khác nhau của điều kiện môi trường xung quanh, với nhiều chế độ nước lạnh và số dãy vời phun khác nhau. Kết quả xác định hệ số trao đổi nhiệt ẩm E của thiết bị và nhiệt độ không khí đầu ra thiết bị. Trường hợp 1: Trạng thái không khí đầu vào (khí trời): nhiệt độ t = 30o C và độ ẩm ϕ=55% Hình 3. Kết quả thí nghiệm với không khí đầu vào t=30o E1, E2 - Hệ số trao đổi nhiệt ẩm khi có 1 và 2 dãy vòi phun C và ϕ=55% tk1, tk2 - Nhiệt độ không khí đầu ra thiết bị, tnl - Nhiệt độ nước phun Trường hợp 2: Trạng thái không khí đầu vào (khí trời): nhiệt độ t = 25oC và độ ẩm ϕ=60% Hình 4. Kết quả thí nghiệm với không khí đầu vào t=25oC và ϕ=60% E1, E2 - Hệ số trao đổi nhiệt ẩm khi có 1 và 2 dãy vòi phun tk1, tk2 - Nhiệt độ không khí đầu ra thiết bị, tnl - Nhiệt độ nước phun E2, % 72 75 76 80 82 86 90 E1, % 68 71 72 75,8 78 82 83 tk2, oC 11,5 12,3 15,6 16,3 17,4 21 23 tk1, oC 13,3 14,5 17,4 18,3 20,4 23 25 tnl, oC 4 6 8 10 12 14 16 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4 6 8 10 12 14 16 tnl, oC E, tk E2- Hai dãy vòi phun E1- Một dãy vòi phun tk2- Hai dãy vòi phun tk1- Một dãy vòi phun E2, % 68 72 76 76 79 79 E1, % 65 69 72 74 76 77 tk2, oC 11 12,2 16,5 17,5 18,5 22,1 tk1, oC 13,1 14,4 17,9 19,1 20 24 tnl, oC 4 6 8 10 12 14 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4 6 8 10 12 14 tnl, oC E, tk E2- Hai dãy vòi phun E1- Một dãy vòi phun tk2- Hai dãy vòi phun tk1- Một dãy vòi phun TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 58 Hình 5. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 3. Kết luận Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm có thể rút ra một số nhận xét như sau: 1. Độ ẩm không khí cuối quá trình xử lý nhiệt ẩm khá lớn, hầu hết các thí nghiệm đều đạt được độ ẩm khoảng từ 90 ÷ 92%. Việc nâng cao độ ẩm đầu ra thêm nữa là việc làm rất khó và tốn kém. Trong quá trình thí nghiệm chúng tôi nhận thấy, khi độ ẩm đã đạt trên 90% thì việc nâng cao độ ẩm không khí đầu ra là rất khó khăn. 2. Hệ số hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm E của thiết bị tăng khi nhiệt độ nước lạnh tăng (và có giá trị lớn nhất khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt, tức bằng nhiệt độ nước tự nhiên. 3. Kết quả đo đạc cho thấy giá trị hệ số E phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ nước, khi nhiệt độ nước có giá trị khác xa nhiệt độ nhiệt kế ướt thì hệ số E càng nhỏ. Việc lựa chọn hệ số E để đánh giá hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm trong nhiều trường hợp cho thấy, chưa phản ánh đúng thực chất hiệu quả của hệ thống. 4. Kết quả nghiên cứu lần nữa cho thấy, khi tăng số dãy vòi phun thì hệ số E tăng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Chí Chính, Giáo trình điều hoà không khí, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, năm 2005. [2] Hà Đăng Trung, Nguyễn Quân , Cơ sở kỹ thuật điều hoà không khí, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội năm 2005. [3] Lê Chí Hiệp , Kỹ thuật điều hoà không khí, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội năm 1998.