Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRƯƠNG HỒNG ANH
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DÙNG CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH
DẠNG BĂNG TAN CHẢY BÊN NGOÀI ỐNG TRONG CÁC HỆ THỐNG
ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT
MÃ SỐ: 60.52.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ


Luận văn này đã trình bày tổng quát các phương pháp tích trữ lạnh khác
nhau hiện nay đang được sử dụng. Qua đó phân tích đáng giá và lựa chọn
phương pháp tích trữ lạnh ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí phù hợp
với điều kiện kinh tế và công nghệ hiện nay tại Việt Nam. Từ đó đã lựa chọn
được phương án tối ưu là tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống. Ngoài
ra các thí nghiệm được thực hiện nhằm đo đạc bề dày lớp băng hình thành trên
bề mặt ống trong quá trình tích trữ theo thời gian, sau đó tiến hành so sánh với
kết quả mô phỏng trên máy tính và đưa ra các nhận xét.

Luận văn đã đưa ra các phương pháp tính toán chế tạo thiết bò tích trữ
lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống, viết chương trình tính toán sơ bộ hệ
thống bằng phần mềm Microsoft Access, so sánh kinh tế khi sử dụng bồn tích trữ
băng với các hệ thống truyền thống.

Các vấn đề được nêu ra trong luận văn có thể làm cơ sở tính toán chế tạo
thiết bò tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống trong điều kiện công
nghệ Việt Nam, qua đó từng bước ứng dụng công nghệ tích trữ băng vào các hệ
thống lạnh tại nước ta nhằm giảm chi phí năng lượng.
MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: 1
1.1 Yêu cầu của đề tài 1
1.2 Nội dung nghiên cứu 2
1.3 Giới hạn của đề tài 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu 3
1.5 Ýnghóa khoa học và ý nghóa thực tiễn của đề tài 4
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH 5
2.1 Tình hình sử dụng công nghệ tích trữ lạnh trên thế giới 5
2.2 Nguyên lý chung của công nghệ tích trữ lạnh 6

3.3.4.2 Gia tăng phí đầu tư ban đầu do sử dụng bồn tích trữ lạnh 41
3.3.4.3 Thời gian thu hồi vốn khi sử dụng bồn tích trữ lạnh 41
3.4 Phần mềm tính toán kinh tế kỹ thuật 42
3.4.1 Sơ đồ khối của chương trình 42
3.4.2 Các giao diện của chương trình 45
CHƯƠNG 4:THÍ NGHIỆM TÍCH TRỮ LẠNH DẠNG BĂNG TAN CHẢY
BÊN NGOÀI ỐNG 51
4.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên
ngoài ống. 51
4.1.1 Giới thiệu hệ thống thực nghiệm 51
4.1.2 Đo đạc và ghi nhận các kết quả thí nghiệm 57
4.2 Kết quả thực nghiệm 58
4.2.1 Bề dày lớp băng hình thành trên bề mặt ống theo thời gian 58
4.2.2 Quá trình thay đổi nhiệt độ của nước và chất tải lạnh 60
4.3 Kết quả mô phỏng trên máy tính 62
4.4 Nhận xét 64
4.1.1 So sánh quá trình tạo băng lý thuyết và thực tế 64
4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành băng trên ống 67
4.1.2.1 Đường kính ống dàn lạnh 67
4.1.2.2 Nhiệt độ glycol trong dàn lạnh 68
CHƯƠNG 5:ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ - KỸ THUẬT TRONG VIỆC
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH DẠNG BĂNG
TAN CHẢY BÊN NGOÀI ỐNG CHO ĐIỀU HOÀ KHÔNG
KHÍ 70
5.1 Tính toán chế tạo bồn tích lạnh dạng Băng Tan Chảy Bên Ngoài Ống 70
5.2 Tính toán kinh tế kỹ thuật 73
5.2.1 Tính toán theo phương án 1 73
5.2.1.1Cho hệ thống không có tích trữ lạnh 73
5.2.1.2 Cho hệ thống có tích trữ lạnh 75
5.2.2 Tính toán theo phương án 2 79

Hình 2.1 Sơ đồ vận hành tích trữ toàn phần 8
Hình 2.2 Sơ đồ vận hành tích trữ một phần kiểu san bằng tải 9
Hình 2.3 Sơ đồ vận hành tích trữ một phần kiểu giới hạn tải yêu cầu. 10
Hình 2.4 Sự phân tầng nước lạnh trong bồn tích trữ nước lạnh 11
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ lạnh dùng nước. 12
Hình 2.6 Băng tích trữ tan chảy bên ngoài ống 13
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống làm
lạnh trực tiếp bằng tác nhân lạnh 15
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống làm
lạnh gián tiếp bằng chất tải lạnh 17
Hình 2.9 Băng tích trữ tan chảy bên trong ống 18
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên trong ống, làm
lạnh gián tiếp bằng chất tải lạnh 20
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng động 23
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng bột băng 25
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng nổi 27
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng dạng nổi 29
Hình 3.1 Sơ đồ khối của chương trình tính toán 44
Hình 3.2 Giao diện chính của chương trình 45
Hình 3.3 Giao diện nhập thông số đầu vào 46
Hình 3.4 Giao diện kết quả tính toán 47
Hình 3.5 Giao diện các thông số bồn tích trữ lạnh 48
Hình 3.6 Giao diện đồ thò mô phỏng quá trình tạo băng trên ống 49
Hình 3.7 Giao diện tính toán kinh tế kỹ thuật 50
Hình 4.1 Mô hình thực nghiệm 51
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm 52
Hình 4.3 Cụm máy nén 53
Hình 4.4 Dàn ống trao đổi nhiệt 54
Hình 4.5 Bồn tích trữ lạnh dạng băng tan chảy trong ống 55
Hình 4.6 Nhiệt kế điện tử 56

L
: Giá điện ứng với giờ thấp điểm, đồng/kWh
C
P
: Nhiệt dung riêng chất tải lạnh, kJ/kg.độ
d
i
: Đường kính trong của ống bộ trao đổi nhiệt, m
D : Thời gian vận hành trong một năm, ngày
D
ng
: Đường kính ngoài của ống khi chưa có băng bám, m
d
td
: Đường kính tương đương, m
D
x
: Đường kính ngoài của ống khi đã có băng bám, m
f : hệ số ma sát của đoạn ống có đường kính d
g : gia tốc trọng trường, m/s
2

H : độ cao của vò trí đang khảo sát so với mặt phẳng chuẩn, m
N : Công suất bơm chất tải lạnh, kW
n : Số ống trong một lối (pass) của bồn tích trữ lạnh, ống
m : Khối lượng nước m cần để tích trữ lạnh, kg
m
1
: Khối lượng băng (đá) bám trên mỗi mét ống, kg
m

: Công suất tiêu thụ điện ứng với các giờ cao điểm, kWh
P
M
: Công suất tiêu thụ điện ứng với các giờ bình thường, kWh

P
L
: Công suất tiêu thụ điện ứng với các giờ thấp điểm, kWh
P
DH
: Công suất tiêu thụ điện để cấp lạnh trực tiếp ứng với các giờ cao
điểm, kWh
P
DM
: Công suất tiêu thụ điện để cấp lạnh trực tiếp ứng với các giờ bình
thường, kWhP
DL
: Công suất tiêu thụ điện để cấp lạnh trực tiếp ứng với các giờ thấp
điểm, kWh
P
SH
: Công suất điện tiêu thụ để tích trữ lạnh ứng với các giờ cao điểm,
kWh
P
SM
: Công suất điện tiêu thụ để tích trữ lạnh ứng với các giờ bình
thường, kWh

C
: Tổng chi phí vận hành hàng năm đối với hệ thống truyền thống,
triệu đồng
T
S
: Tổng chi phí vận hành hàng năm đối với hệ thống có sử dụng bồn
tích trữ lạnh, triệu đồng
T
S1
: Tổng chi phí vận hành hàng năm khi cấp lạnh trực tiếp, triệu
đồng
T
S2
: Tổng chi phí vận hành trong năm khi cấp lạnh bằng bồn tích trữ,
triệu đồng
t
2
: Nhiệt độ của chất tải lạnh,
0
C
α
2
: Hệ số tỏa nhiệt của chất tải lạnh, W/m
2
.độ
δ
x
: Bề dày lớp băng hình thành, m
ΔI : Mức gia tăng chi phí đầu tư ban đầu so với phương án truyền
thống khi sử dụng bồn tích trữ lạnh, triệu đồng

C
ρ : Khối lượng riêng của nước, kg/m
3

ρ
d
: Khối lượng riêng của băng (đá), kg/m
3

ρ
L
: Khối lượng riêng của chất tải lạnh, kg/m
3

ξ : hệ số tổn thất khi chất lỏng chuyển động qua các van, co, T…
τ : Thời gian tích trữ lạnh, h
ω : Tốc độ chảy của glycol trong chùm ống, m/s
TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên : TRƯƠNG HỒNG ANH
Ngày tháng năm sinh : 10-05-1975 Nơi sinh: Quảng Nam
Đòa chỉ liên lạc : Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng
65 Huỳnh Thúc Kháng, phường Bến Nghé, quận 1,
thành phố Hồ Chí Minh
Điện thoại : 0903344798
Email : QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
-Từ tháng 10/1993 → 07/1998 : Học đại học tại trường Đại Học Kỹ Thuật Đà

• Giờ cao điểm từ 18h00 ÷ 22h00, giá điện là 2530 đồng/kWh.
Mới đây, EVN đã trình chính phủ đề án tăng giá điện lên khoảng 14,8% và
kéo dài giờ cao điểm lên 7 giờ so với 4 giờ trước đây. Nước ta là một nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, đặc biệt khu vực Nam bộ
nóng ẩm quanh năm nên nhu cầu sử dụng điều hoà không khí từ lâu đã rất cần
thiết. Vài năm trở lại đây, khi kinh tế phát triển mạnh kéo theo hàng loạt các
cao ốc văn phòng, khách sạn, siêu thò, xưởng sản xuất… mọc lên thì nhu cầu sử
dụng điều hoà không khí là không thể thiếu được. Mà hệ thống điều hoà không
khí là một trong những phụ tải rất lớn đối với lưới điện, theo thống kê trong một
cao ốc văn phòng hay một khách sạn thì lượng điện cấp cho hệ thống điều hoà
không khí chiếm từ 45 đến 55% tổng lượng điện tiêu thụ. Mặc khác, các hệ
thống điều hoà không khí luôn luôn được thiết kế lớn hơn tải đỉnh của nó và số
giờ để hệ thống làm việc ở phụ tải đỉnh trong ngày là rất ít, nên xét về hiệu quả
kinh tế là chưa cao.
Để giảm phụ tải điện vào giờ cao điểm và nâng cao hiệu quả kinh tế cho
các hệ thống điều hoà không khí, việc ứng dụng công nghệ tích trữ lạnh vào
việc cấp lạnh cho các hệ thống điều hoà không khí là rất hợp lý và cần thiết.
Công nghệ tích trữ lạnh giúp san bằng phụ tải làm giảm chi phí sử dụng điện cho
các doanh nghiệp, giảm áp lực tiêu thụ điện và còn giảm lượng khí thải nhà kính
ra môi trường.
Trên thế giới, công nghệ tích trữ lạnh đã được sử dung rộng rãi nhiều nơi từ
rất lâu nhưng tại Việt Nam nó mới được quan tâm gần đây. Vì thế việc đánh giá
khả năng ứng dụng công nghệ này cho điều hoà không khí trong tình hình sử
dụng năng lượng hiện nay tại nước ta là rất cần thiết.

1
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU


- Viết chương trình phần mềm mô phỏng quá trình tạo băng và tính toán
kinh tế, kỹ thuật cho các hệ thống điều hòa không khí có sử dụng bồn tích trữ
lạnh.
1.2 Nội dung nghiên cứu
- Đưa ra các phương pháp tích trữ lạnh hiện đang sử dụng trên thế giới, sau
đó so sánh và chọn ra sơ đồ tích trữ lạnh ứng dụng trong các hệ thống điều hòa
không khí phù hợp với điều kiện hiện nay tại Việt Nam.
- Nghiên cứu lý thuyết và thực hiện các thực nghiệm liên quan đến quá
trình hình thành băng trên bề mặt ống của thiết bò tích trữ băng dạng Băng Tan
Chảy Bên Ngoài Ống.
- Xây dựng mô hình thí nghiệm bồn tích trữ lạnh dạng Băng Tan Chảy Bên
Ngoài Ống.
- Mô phỏng quá trình hình thành băng trên bề mặt ống bằng máy tính, sau
đó so sánh với kết quả thực nghiệm và đưa ra các nhận xét, đề nghò.
- Tính toán chế tạo một bồn tích trữ lạnh dạng Băng Tan Chảy Bên Ngoài
Ống và tính toán sơ bộ giá thành thiết bò, sau đó so sánh với giá thành thiết bò
ngoại nhập.
- Tính toán kinh tế, kỹ thuật cho một công trình điều hòa không khí, so sánh
các trường hợp hệ thống có sử dụng bồn tích trữ lạnh với hệ thống truyền thống.

3
So sánh trường hợp sử dụng bồn tích trữ lạnh chế tạo trong nước và bồn tích trữ
lạnh nhập từ nước ngoài. Đưa ra các nhận xét.
1.3 Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu tính toán chế tạo một trong số rất nhiều các
thiết bò tính trữ lạnh hiện nay trên thế giới, đó là bồn tích trữ lạnh dạng Băng
Tan Chảy Bên Ngoài Ống.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu phương pháp tính toán chế tạo bồn tích trữ lạnh dạng Băng
Tan Chảy Bên Ngoài Ống.

5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TÍCH TRỮ LẠNH

2.1 Tình hình sử dụng công nghệ tích trữ lạnh trên thế giới
Công nghệ tích trữ lạnh trên thế giới được quan tâm đến từ rất sớm, ở Mỹ
nó được phát triển từ những năm 1930, tuy nhiên công nghệ này bắt đầu được sử
dụng rộng rãi từ những năm 1970-1980 [4]. Công nghệ tích trữ lạnh thường được
sử dụng cấp lạnh cho văn phòng, khách sạn, bệnh viện, siêu thò, trường học, nhà
máy chế biến thực phẩm… Theo Potter (1994), trong các hệ thống tích trữ lạnh
được sử dụng thì có 80% đến 85% hệ thống tích trữ băng, 10% đến 15% tích trữ
nước lạnh và khoảng 5% tích trữ muối eutectic.
Tại Mỹ từ những năm đầu 1990 đã có từ 1500 đến 2000 công trình tích trữ
lạnh được sử dụng phổ biến. Theo Baltimore Aircoil Company, một trong những
nhà sản xuất thiết bò tích trữ lạnh hàng đầu trên thết giới, thì đến năm 1996 họ
đã cung cấp cho khoảng 500 công trình tích trữ lạnh tại Mỹ và 40 công trình tích
trữ lạnh tại Cana.
Tại Nhật, [9]:
- Năm 1990 có 1474 công trình điều hoà không khí có sử dụng tích trữ lạnh
- Năm 1993 có 2335 công trình điều hoà không khí có sử dụng tích trữ lạnh
- Năm 1998 có 5566 công trình điều hoà không khí có sử dụng tích trữ lạnh
Dự kiến đến năm 2010 các hệ thống tích trữ lạnh có thể dòch chuyển phụ tải
đỉnh khoảng 7,2.10
6
kW.

6
2.2 Nguyên lý chung của công nghệ tích trữ lạnh
Nguyên lý chung của các hệ thống tích trữ lạnh là tích trữ lạnh dưới nhiều
dạng: nước lạnh, băng… lúc hệ thống ở chế độ phụ tải thấp, giá điện rẻ và giải
phóng lạnh cung cấp cho hệ thống ở chế độ phụ tải cao, giá điện cao.

Chất dùng để
tích trữ
Nhiệt độ
tích trữ,
0
C

Nhiệt độ
xả tảiû,
0
C
Nhiệt độ biến
đổi pha,
0
C
Dung tích,
m
3
/kWh
Nước
4÷7 5÷8 / 0,0861÷0.1690
Băng
-9 ÷-3 1÷3 0 0,0193÷0.0265
Muối eutectic
4÷6 9÷10 8,3 0,0483
2.3 Các phương pháp tích trữ lạnh
2.3.1 Tích trữ toàn phần
Đối với phương pháp tích trữ này, máy lạnh hoàn toàn không hoạt động
vào giờ cao điểm vì toàn bộ tải lạnh giờ cao điểm đã được đáp ứng bằng lượng
lạnh đã được tích trữ trong hệ thống vào giờ thấp điểm. Do đặc điểm này nên