Tiểu luận môn Kinh tế năng lượng đề tài "Subcooling method For CO2 Refrigeration cycles A review"
Tiểu luận môn Kinh tế năng lượng đề tài "Subcooling method For CO2 Refrigeration cycles A review" của Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Kinh tế năng lượng (ENEC320832) 13 tài liệu
Trường: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 4.3 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
lOMoARcPSD| 36991220 lOMoAR cPSD| 36991220 LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tiểu luận này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành ến:
Ban giám hiệu trường Đại Học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh vì ã
tạo iều kiện về cơ sở vật chất với hệ thống thư viện hiện ại, a dạng các loại sách,
tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin.
Xin cảm ơn giảng viên bộ môn – Thầy Đặng Thành Trung ã giảng dạy tận tình,
chi tiết ể em có ủ kiến thức và vận dụng chúng vào bài tiểu luận này.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm ể tài cũng như những hạn chế về kiến thức,
trong bài tiểu luận chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
ược sự nhận xét, ý kiến óng góp, phê bình từ phía Thầy ể bài tiểu luận ược hoàn thiện hơn.
Lời cuối cùng, em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, thành công và hạnh phúc. lOMoARcPSD| 36991220 MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ...................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH PHỤ CHO CHU TRÌNH
LÀM LẠNH CO2 ................................................................................................ 3
2.1. Các khía cạnh nhiệt ộng học của làm lạnh phụ CO2 ............................. 3
2.1.1. Tóm tắt các ặc tính CO2 ........................................................................ 3
2.2. Chu trình với làm lạnh phụ và hoạt ộng ................................................ 4
2.2.1. Làm lạnh phụ trong iều kiện cận tới hạn .............................................. 5
2.2.2. Làm lạnh phụ trong iều kiện tới hạn ..................................................... 7
2.3. Lợi ích của subcooling .............................................................................. 9
2.3.1. Dung tích............................................................................................... 9
2.3.2. COP ..................................................................................................... 11
2.4. Năng lượng ược yêu cầu bởi hệ thống làm mát phụ (chi phí làm mát
.......................................................................................................................... 12
phụ) .................................................................................................................. 12
2.5. Tối ưu hóa subcooling ............................................................................. 14
2.6. Internal methods ( Phương pháp nội tại ) ............................................ 15
2.6.1. Bộ trao ổi nhiệt bên trong (IHX) ........................................................ 15
2.6.1.1 Vị trí cổ iển ................................................................................. 16
2.6.1.2. Sự kết hợp của IHX với bộ phun (ejectors) ............................... 20
2.6.1.3. Sự kết hợp của IHX với bộ giãn nở ........................................... 21
2.6.1.4. IHX với chiết xuất hơi từ bình trung gian ................................. 22
2.6.2. Economizer hoặc subcooler ................................................................ 23
2.6.3. Bộ làm mát cơ khí tích hợp ................................................................ 24
2.6.4. Hệ thống lưu trữ nhiệt ......................................................................... 26
2.7. Các phương pháp làm lạnh phụ chuyên dụng ..................................... 27
2.7.1 Làm lạnh phụ cơ học chuyên dụng (DMS) ......................................... 27
2.7.2. Hệ thống làm mát bằng nhiệt iện (TSS) ............................................. 34
2.7.3. Other hybrid systems (các hệ thống kết hợp khác) ............................ 37
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN ................................................................................ 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 41
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 42 lOMoAR cPSD| 36991220 lOMoARcPSD| 36991220
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
Các hệ thống làm lạnh bằng CO2 ã ược GS Lorentzen (1994) nghiên cứu vào
những năm 90 như một giải pháp khả thi hợp lý và kỹ thuật ể thay thế các chất
làm lạnh nhân tạo trong các ứng dụng làm lạnh và iều hòa không khí. Như
Lorentzen và Pettersen ã tuyên bố việc thực hiện các chu trình CO2 sẽ tránh tiếp
tục phát thải vài trăm nghìn tấn hóa chất lạ vào khí quyển mỗi năm liên quan ến
nguy cơ tiềm ẩn các tác ộng môi trường không lường trước ược (Lorentzen và Pettersen 1993).
Sự phục hưng của CO2 như là chất lỏng làm việc cho các ứng dụng chất làm lạnh
còn chậm, bởi vì các hệ thống làm lạnh CO2 ban ầu, ặc biệt là những hệ thống làm
việc hoặc phân tích trong iều kiện xuyên tới hạn, ạt ến mức hiệu quả năng lượng
không thể so sánh với chất làm lạnh nhân tạo. vào những thập kỷ trước. Đầu tiên,
nghiên cứu tập trung vào việc xác ịnh các sơ ồ làm lạnh thay thế và cải thiện hiệu
suất của các bộ phận riêng lẻ (Groll và Kim, 2007; Kim và cộng sự, 2004). Giai
oạn nghiên cứu ban ầu này rõ ràng cho thấy rằng các sơ ồ làm việc của các nhà
máy cạnh tranh sẽ rất khác so với các sơ ồ truyền thống ược sử dụng với chất làm
lạnh nhân tạo, do làm lạnh CO2 òi hỏi phải có sự kiểm soát tận tình ối với áp suất
thải nhiệt trong các iều kiện tới hạn (Peñarrocha et al., 2014). Thứ hai, làm lạnh
bằng CO2 ã ược thực hiện một bước tiến do sự phát triển của các thiết bị mở rộng
(Singh và Dasgupta, 2016) và hệ thống ẩy (Elbel, 2011; Elbel và Lawrence, 2016;
Hafner và cộng sự, 2014), cho phép thu hồi năng lượng trong các quá trình mở
rộng. Cuối cùng, hệ thống làm lạnh CO2 ã ược kết hợp với các hệ thống khác (hệ
thống hybrid) ể cung cấp iều hòa không khí, thực hiện thu hồi nhiệt, v.v., i. e., ể
cung cấp tất cả các nhu cầu về nhiệt của một ứng dụng bằng cách sử dụng một hệ
thống kết hợp rất hiệu quả (Pardiñas et al., 2018)
Trong những năm qua, song song với việc phê duyệt Quy chế F-Gas ở Châu Âu
(Ủy ban Châu Âu, 2014) và việc thông qua và phê chuẩn sửa ổi Kigali ối với Nghị
ịnh thư Montreal (UNEP, 2016), hệ thống lạnh CO2 ang ược mở rộng quy mô lớn.
công oạn, ặc biệt là trong siêu thị iện lạnh. Lĩnh vực này, với mức tiêu thụ iện cho lOMoAR cPSD| 36991220
mục ích làm lạnh ạt khoảng 45% tổng lượng tiêu thụ (Viện Điện lạnh Quốc tế,
2015), cần một chất làm lạnh ể giảm thiểu óng góp tiêu cực lớn của nó vào Hiệu
ứng nhà kính do sử dụng chất làm lạnh có GWP cao và tỷ lệ rò rỉ môi chất lạnh
(từ 5 ến 23% hàng năm) (Llopis và cộng sự, 2015b). Lý do ầu tiên khiến CO2 trở
thành ứng cử viên sáng giá nhất, ó là nó kết hợp các ặc tính môi trường thuận lợi
(GWP = 1) và các ặc tính bảo mật cao (phân loại A1 Ashrae). hệ thống cạnh tranh
hoặc thậm chí tốt hơn so với các hệ thống truyền thống, iều này làm tăng ộ phức tạp của tất nhiên.
Mặc dù một số nâng cấp của hệ thống làm lạnh CO2 ã ược ề cập rộng rãi trong
thập kỷ qua, những cải tiến liên quan ến "làm lạnh phụ" hoặc "sau khi làm mát"
CO2 ở lối ra của bộ làm mát khí / bình ngưng chưa ược phân tích trên toàn cầu.
Theo ó, mục ích của bài ánh giá này là tham gia vào nghiên cứu gần ây nhất liên
quan ến các chu trình, cơ chế và khả năng cải thiện hiệu suất năng lượng của các
nhà máy làm lạnh CO2 sử dụng hệ thống làm lạnh phụ ở lối ra của bộ làm mát khí
/ bình ngưng. Bản sửa ổi hiện ại ược coi là hệ thống dây chuyền cơ sở, chu trình
CO2 không có cải tiến, khả năng nâng cao hiệu suất tổng thể ạt 12% sử dụng bộ
trao ổi nhiệt bên trong, 22% sử dụng bộ tiết kiệm, 25,6% sử dụng hệ thống nhiệt
iện, 21,3% sử dụng làm mát cơ học tích hợp hệ thống và 30,3% sử dụng hệ thống
làm lạnh phụ cơ học chuyên dụng.
Đánh giá này ược giới hạn trong các hệ thống làm lạnh phụ dành cho hệ thống
làm lạnh CO2 và cụ thể cho các chu trình làm lạnh phụ ở lối ra của bộ làm mát khí
/ bình ngưng có sử dụng bộ trao ổi nhiệt. Các tùy chọn khác, chẳng hạn như công
nghệ nén song song (Chesi và cộng sự, 2014) không ược ề cập, bởi vì chúng không
trực tiếp dựa vào làm lạnh phụ CO2. Ở ây, chúng tôi nhấn mạnh vào hệ thống lạnh
bao gồm một bình tích lũy, vì thiết kế của nó là thích hợp nhất cho ứng dụng siêu
thị. Đối với các hệ thống này, do sự hiện diện của bình tích lũy, ặc tính nhiệt ộng
học của các chu trình ộc lập với iện tích chất làm lạnh. lOMoARcPSD| 36991220
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH PHỤ CHO CHU TRÌNH LÀM LẠNH CO2
2.1. Các khía cạnh nhiệt ộng học của làm lạnh phụ CO2
2.1.1. Tóm tắt các ặc tính CO2
CO2 kết hợp các ặc tính môi trường thuận lợi (GWP = 1), ặc tính bảo mật cao và
các ặc tính vật lý nhiệt tuyệt vời, iều ã khiến nó trở thành chất làm lạnh ược ưa
chuộng cho các mục ích thương mại tập trung.
Áp suất hơi CO2 cao (34,8 bar ở 0ºC và 16,8 bar ở -25ºC), nhiệt tiềm ẩn của nó
thay ổi pha (230,9 kJ · kg-1 ở 0ºC và 293,3 kJ · kg-1 ở -25ºC) kết hợp với thể tích
riêng nhỏ của nó (0,0102 kg · m-3 ở 0ºC và 0,0228 kg · m-3 ở -25ºC) dẫn ến năng
suất thể tích cao hơn từ 3 ến 10 lần so với chất làm lạnh nhân tạo ược sử dụng cho
các hệ thống thương mại tập trung, giúp giảm kích thước của dòng chất lỏng và
hơi như cũng như của máy nén (Ma và cộng sự, 2013). Đặc tính vận chuyển của CO , óng mộ 2
t vai trò quan trọng trong ặc tính truyền nhiệt và giảm áp suất, cũng
thuận lợi trái ngược với chất làm lạnh nhân tạo, ặc biệt là tính dẫn nhiệt và ộ nhớt
của nó (Kim và cộng sự, 2004). Tuy nhiên, iều khiến nó trở thành 'chất làm lạnh
ặc biệt' là nhiệt ộ tới hạn thấp (tC = 30,978 ºC) kết hợp với áp suất tới hạn cao (pC
= 73,77bar). Ở nhiệt ộ môi trường cao hơn nhiệt ộ tới hạn của nó, các chu trình
CO2 thực hiện loại bỏ nhiệt trong iều kiện xuyên tới hạn (trong thực tế ở nhiệt ộ
cao hơn 25ºC), nơi không giống như các chất làm lạnh nhân tạo thông thường, áp
suất và nhiệt ộ không i ôi với nhau (Sánchez và cộng sự, 2014b). Thay vì ngưng
tụ, CO2 dọc theo vùng siêu tới hạn trải qua quá trình làm mát bằng khí với nhiệt ộ
giảm dần và ộ trượt lớn trong quá trình loại bỏ nhiệt, do ó, bộ trao ổi nhiệt ể loại
bỏ năng lượng ược gọi là bộ làm mát khí. Chu trình tới hạn yêu cầu tối ưu hóa áp
suất thải nhiệt vì hiệu suất năng lượng của nó ược liên kết với áp suất ở phía cao
của chu trình. Giá trị tối ưu của nó thường tương quan với nhiệt ộ bay hơi và nhiệt
ộ bay hơi của môi trường / làm mát bằng khí (Chen và Gu, 2005; Kauf, 1999; Liao
et al., 2000). Đối với chu trình CO2, áp suất thải nhiệt cao (98,5 bar ở tO = -0,8ºC
và tgc, out = 40,4ºC,101,2 bar ở tO = -10,0ºC và tgc, out = 40,2ºC) và tốc ộ áp suất cao
giữa quá trình thải nhiệt và mức ộ bay hơi gây ra tổn thất do tác dụng lớn dẫn ến lOMoARcPSD| 36991220
giảm giá trị hiệu suất năng lượng của các chu trình tương ứng (Cabello et al., 2008).
Giảm tổn thất do tác dụng trong quá trình giãn nở CO2 ã là 'chìa khóa' hay 'thách
thức' ể tăng hiệu quả năng lượng của các chu trình làm lạnh CO2 trong hai thập kỷ
qua, với những thành tựu to lớn trong việc phát triển các thiết bị giãn nở (Singh
và Dasgupta, 2016) và máy phóng (Elbel và Lawrence, 2016). Những thành tựu
này, ã ược phát triển, ã ặt các chu trình CO2 ở mức hiệu quả năng lượng tương tự
như các chất làm lạnh trước ây ược sử dụng cho các mục ích thương mại tập trung.
Ngoài ra, trong thập kỷ trước, các chiến lược làm lạnh con cũng ược xem là ể tăng
hiệu suất năng lượng của các chu trình CO2.
2.2. Chu trình với làm lạnh phụ và hoạt ộng
Cấu hình chu trình tham chiếu CO2 ược xem xét ể phân tích làm lạnh con tương
ứng với cách bố trí cổ iển cơ bản nhất ược sử dụng cho các mục ích thương mại
tập trung, nó ược trình bày trong Hình 1. Nó bao gồm một hệ thống nén, một bộ
làm mát khí / bình ngưng thực hiện loại bỏ nhiệt ến bộ phận tản nhiệt (tH) , một
hệ thống làm lạnh con chung có chức năng là làm lạnh phụ năng lượng hấp thụ
CO2 dọc theo bộ làm lạnh con ở nhiệt ộ trung gian (tI ể kiểm soát áp suất loại bỏ nhiệt và một bộ thu nơi chất làm lạnh không sử dụng
ược có hàng. Sau ó, chất làm lạnh lỏng ược chiết xuất từ bình và ược ưa ến các
thiết bị bay hơi nơi chu trình hấp thụ chất tải nhiệt từ nguồn lạnh (tC). Thiết bị bay
hơi thường ược iều khiển bằng van giãn nở duy trì mức ộ quá nhiệt không ổi. lOMoARcPSD| 36991220
Hình 1. Sơ ồ bố trí hệ thống lạnh CO2 mở rộng hai cấp với hệ thống làm lạnh phụ.
Nhiệt ộ tới hạn thấp của CO2 (tcrit = 30,978ºC) ngụ ý rằng các hệ thống lạnh này
chạy theo hai chế ộ hoạt ộng chính: ở nhiệt ộ thải nhiệt thấp, chu trình hoạt ộng
trong iều kiện không tới hạn, trong ó bộ trao ổi nhiệt thực hiện thải nhiệt thông
qua quá trình ngưng tụ ở nhiệt ộ không ổi. Ở nhiệt ộ loại bỏ nhiệt cao, về mặt lý
thuyết ối với nhiệt ộ loại bỏ nhiệt cao hơn giá trị tới hạn nhưng trên thực tế ối với
nhiệt ộ cũng dưới giá trị tới hạn (Sánchez và cộng sự, 2014b), chu trình hoạt ộng
trong iều kiện siêu tới hạn. Trong trường hợp này, bộ trao ổi nhiệt hoạt ộng như
một bộ làm mát khí với nhiệt ộ giảm dần thông qua quá trình loại bỏ nhiệt. (Kim
và cộng sự, 2004). Trong suốt một năm, chu trình làm lạnh luân phiên hoạt ộng
của nó trong các iều kiện tới hạn và siêu tới hạn, là phân tích cần thiết cho cả hai chế ộ hoạt ộng.
2.2.1. Làm lạnh phụ trong iều kiện cận tới hạn
Làm lạnh CO2 trong iều kiện cận tới hạn có thể ược thực hiện bằng cách sử dụng
hai loại chiến lược, ược phân tích rộng rãi bởi Koeln và Alleyne (2014).
Loại ầu tiên bao gồm ngưng tụ ở áp suất cưỡng bức cao hơn mức tối thiểu mà
bình ngưng cho phép. Tình huống này ược thể hiện trong Hình 2a với ường ứt nét,
với nhiệt ộ ngưng tụ t .Trong trườ K * cao hơn tK
ng hợp này, bình ngưng thực hiện
loại bỏ nhiệt ở nhiệt ộ cao và có thể tự cung cấp một mức ộ làm lạnh phụ nhỏ lOMoARcPSD| 36991220
(thiết bị làm lạnh phụ có thể ược sử dụng trước ây). Chiến lược này ược sử dụng
trong thực tế cho các hệ thống lạnh công suất nhỏ sử dụng thương mại làm việc
với các ống mao dẫn, trong ó khối lượng chất làm lạnh ược tối ưu hóa ể ạt ược
mức ộ làm lạnh phụ mong muốn trong bình ngưng, như ược mô tả bởi Pisano et
al. (2015), và do ó tối a hóa hiệu suất năng lượng của hệ thống.Theo Pottker và
Hrnjak (2015), ối với chu trình nén một cấp với bình ngưng làm mát bằng nước,
làm lạnh dưới ộ bão hòa của chất lỏng làm tăng hiệu ứng chất làm lạnh và COP
của hệ thống , bởi vì làm mát phụ bằng chất lỏng làm giảm tổn thất tiết lưu trong
thiết bị giãn nở. Mô phỏng của họ ối với hệ thống iều hòa không khí chỉ ra mức
cải thiện COP là 8,4% với R-1234yf, 7,0% với R410A, 5,9% với R-134a và 2,7%
với R-717, ở nhiệt ộ ầu vào của bình ngưng và thiết bị bay hơi tương ứng là 14ºC và 0ºC. . .
Chiến lược thứ hai tương ứng với chiến lược thông thường trong các hệ thống
thương mại tập trung, ược thể hiện bằng ường liên tục trong Hình 2. Nó bao gồm
thực hiện loại bỏ nhiệt ở nhiệt ộ tối thiểu mà bình ngưng cho phép (tK), cho ến khi
bão hòa, và sau ó kết hợp hệ thống làm lạnh con ể giảm nhiệt ộ CO2 chất lỏng.
Một lần nữa, do có sẵn áp suất ngược, áp suất ngưng tụ có thể buộc phải cao hơn,
nhưng kết quả lý thuyết của Nebot-Andrés et al. (2017) chỉ ra rằng tình hình hoạt
ộng tốt nhất là khi CO2 ở lối ra của bình ngưng ang ở trạng thái bão hòa. Chế ộ
hoạt ộng này có thể thực hiện ược do sự hiện diện của áp suất ngược, áp suất này
phải tạo ra sự giảm áp suất (∆prec ) ể ảm bảo rằng bình ở iều kiện bão hòa. Trong
trường hợp này, như ược trình bày trong Hình 2a, làm lạnh con mang lại ba tác
ộng tích cực liên quan ến chu kỳ không làm lạnh phụ: giảm áp suất trong bình
(∆prec ),sự gia tăng của hiệu ứng làm lạnh cụ thể (∆qo)và giảm chất lượng hơi ở ầu
vào của thiết bị bay hơi (∆xv ),có thể dẫn ến tăng nhẹ mức ộ bay hơi (Qureshi và
cộng sự, 2013). Không có tác ộng tiêu cực nào ược ưa ra ngoại trừ chi phí làm mát
phụ. Hơn nữa, như ược quan sát trong biểu ồ nhiệt ộ-entropy trong các hình tam
giác ược tô bóng (Hình 2b), sự giới thiệu của hệ thống làm lạnh phụ ối với CO2
chu kỳ cũng làm giảm tổn thất trong quá trình tiết lưu. lOMoARcPSD| 36991220
Hình 2. Chu trình CO2 ( ỏ) và CO2 với làm lạnh phụ cơ học chuyên dụng (xanh
lục) trong iều kiện tới hạn. A: p-h; b: t-s.tenv = 20ºC, tO = -10ºC, ∆tgc = 5K, SH =
10K. Phỏng theo Nebot-Andrés et al. (2017).
2.2.2. Làm lạnh phụ trong iều kiện tới hạn
Ở nhiệt ộ thải nhiệt cao, hệ thống lạnh hoạt ộng trong iều kiện xuyên tới hạn
và chỉ có một chiến lược khả thi ể làm lạnh CO , ượ 2
c trình bày trong Hình 3. Nó
dựa trên việc sử dụng hệ thống làm lạnh phụ ở lối ra của bộ làm mát khí và trước áp
suất ngược ể cung cấp mức ộ làm lạnh phụ mong muốn. Nghiên cứu ược thảo luận
trong Phần 4 và 5 chỉ ra rằng làm mát phụ làm giảm áp suất thải nhiệt tối ưu liên lOMoARcPSD| 36991220
quan ến bố trí không làm mát phụ. Theo ó, các tác dụng có lợi của làm lạnh phụ là
tăng cường trong iều kiện xuyên tới hạn (Hình 3a), vì nó cho phép: giảm áp suất
thải nhiệt tối ưu (∆pgc ),giảm công việc nén cụ thể trong máy nén (∆wc ), giảm áp
suất ầu thu (∆prec ), sự gia tăng của hiệu ứng làm lạnh cụ thể (∆qo ) và giảm chất
lượng hơi ở ầu vào của thiết bị bay hơi (∆xv ), iều này cũng có thể dẫn ến sự gia
tăng mức ộ bay hơi (Qureshi và cộng sự, 2013). Một lần nữa, nhược iểm duy nhất
là 'chi phí làm lạnh phụ' hoặc năng lượng ầu vào cho hệ thống làm mát phụ. Ngoài
ra, theo Hình 3b, quan sát thấy rằng việc làm mát phụ làm giảm tổn thất trong các
thiết bị giãn nở, và với ộ giãn nở lớn hơn so với trong iều kiện tới hạn, do áp suất
thải nhiệt tối ưu ược giảm xuống. Thiết bị làm lạnh phụ trong iều kiện tới hạn sẽ
hoạt ộng gần iểm tới hạn, thường vượt qua ường ẳng nhiệt tới hạn (tcrit) và ôi khi là
ường nhiệt ộ giả (t ), trong ó nhiệt dung riêng ẳ PS
ng áp của CO2 ạt giá trị tối a (Liao
và Zhao, 2002) và CO2. Các ặc tính chịu sự thay ổi lớn, như phân tích của Torrella
et al. (2011). Ở nhiệt ộ loại bỏ nhiệt cao, hệ thống làm mát phụ có thể bị CO2 các
thay ổi về ặc tính, do ó, nó chỉ ra rằng các nguyên tắc thiết kế của bộ trao ổi nhiệt
làm mát phụ phải tuân theo các nguyên tắc tương tự như bộ làm mát bằng khí. lOMoARcPSD| 36991220
Hình 3. CO2 chu kỳ ( ỏ) và CO2 với hệ thống làm mát cơ học chuyên dùng (màu
xanh lá cây) trong iều kiện tới hạn.a: ph; b: ts.tenv = 33ºC, tO = -10ºC, ∆tgc = 5K, SH
= 10K. Phỏng theo Nebot-Andrés et al. (2017)
2.3. Lợi ích của subcooling 2.3.1. Dung tích
Phương trình (1) thể hiện khả năng làm lạnh của hệ thống làm lạnh CO2 có làm
lạnh phụ (Hình 1), tương ứng với tích của tốc ộ dòng khối lượng môi chất lạnh và
hiệu ứng làm lạnh cụ thể trong thiết bị bay hơi. Thuật ngữ này có thể ược biểu thị
bằng việc bổ sung công suất của chu trình CO
2 mà không cần xem xét ến quá trình
làm lạnh phụ và nhiệt ược thiết bị làm mát phụ thu ược, như ược biểu thị bằng
biểu thức. (2) và (3). Hiệu ứng làm lạnh cụ thể của chu trình không làm lạnh phụ,
phương trình. (4), là sự khác biệt giữa entanpy ở lối ra của thiết bị bay hơi và ở lối
ra của bộ làm mát bằng khí/bộ ngưng tụ, trong ó '*' biểu thị giá trị entanpy ở lối
ra của bộ làm mát bằng khí/bộ ngưng tụ ở mức tối ưu mới các iều kiện xem xét hệ
thống làm mát phụ, có thể khác với chu trình ược tối ưu hóa không có làm mát phụ. lOMoARcPSD| 36991220
Bảng 1 liên quan ến mức tăng công suất ạt ược bởi một số hệ thống làm mát phụ
nói chung, ược biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm so với hệ thống tham chiếu ược sử
dụng ể ánh giá. Torrella và cộng sự. (2011) ã o lường mức tăng công suất lên tới
12% bằng cách sử dụng bộ trao ổi nhiệt bên trong nhà máy làm lạnh một tầng so
với cách bố trí cơ bản ở nhiệt ộ loại bỏ nhiệt cao và Llopis et al. (2016a) ã o ược
mức tăng công suất lên tới 55,7% ối với nhà máy một tầng vận hành với hệ thống
làm mát con cơ học chuyên dụng R-1234yf ở iều kiện COP tối ưu. Tuy nhiên,
phần còn lại của các nghiên cứu ược ánh giá từ cách tiếp cận lý thuyết và không
báo cáo các mức tăng công suất có thể.
Li và cộng sự. (2017) ã ề xuất tham số RICOSP, Eq. (5), ể ịnh lượng mối quan hệ
giữa việc tăng công suất của hệ thống nén hơi làm mát phụ với công suất hoặc
nhiệt do thiết bị làm mát phụ tạo ra. Từ cách tiếp cận lý thuyết trong các chu kỳ
cận tới hạn, họ ã kết luận rằng công suất làm mát dưới tới hạn không thể ược
chuyển ổi hoàn toàn thành sự gia tăng sản lượng làm mát và thiết lập giới hạn
nhiệt ộng lực học của RICOSP thành 1. Ở các iều kiện dưới tới hạn như trong
Hình 2, bỏ qua tổn thất năng lượng ra môi trường , thông số RICOSP bằng một vì
mức tăng công suất (∆qo) trùng với mức chênh lệch entanpy ạt ược trong bộ làm
mát phụ (∆hsub). Trong Li et al. (2017) mô phỏng, họ ã tính toán giá trị RICOSP
là 0,805. Tuy nhiên, và cũng ược nêu bởi cùng các tác giả, nếu quá trình làm lạnh
phụ thay ổi các iều kiện hoạt ộng của chu trình, như trong trường hợp iều kiện
xuyên tới hạn (Hình 3), thì RICOSP có thể vượt quá ơn vị. Ở các iều kiện chuyển
tiếp như trong Hình 3, RICOSP vượt quá ơn vị (∆hsub>∆q0) vì quá trình làm lạnh
phụ cũng làm tăng lưu lượng khối lượng môi chất lạnh do giảm nhiệt ộ thải nhiệt lOMoARcPSD| 36991220
tối ưu. Ví dụ, Llopis et al. (2016a) ã o giá trị RICOSP là 1,19 bằng cách sử dụng
bộ làm mát phụ cơ học chuyên dụng R1234yf trong nhà máy làm lạnh CO2 một
tầng ở -10ºC của nhiệt ộ bay hơi và 40ºC của nhiệt ộ ầu ra bộ làm mát khí ở áp
suất loại bỏ nhiệt tối ưu. Việc sử dụng hệ thống làm mát phụ giúp giảm áp suất
làm mát bằng khí tối ưu là 5,2 bar, dẫn ến tăng tốc ộ dòng chảy của chất làm lạnh
trong chu trình CO2 là 0,5%.
Theo ó, có thể suy luận rằng việc sử dụng hệ thống làm lạnh phụ trong chu trình
CO2 mang lại khả năng cao nhất so với trong iều kiện cận tới hạn, vì hệ thống làm
mát phụ iều chỉnh các iều kiện vận hành của chu trình CO2 theo hướng áp suất
thấp hơn. Tuy nhiên, các giới hạn nhiệt ộng của quá trình làm lạnh phụ trong iều
kiện xuyên biên giới chưa ược phân tích rộng rãi. Ngoài ra, biểu hiện của RICOSP
cho các chu trình CO2 phải ược ánh giá ở áp suất thải nhiệt tối ưu. 2.3.2. COP
Phương trình (6) thể hiện COP của chu trình làm lạnh CO2 với làm lạnh phụ.
Xác ịnh COP của hệ thống làm mát phụ là thương số giữa nhiệt lượng ược thiết
bị làm mát phụ thu ược và năng lượng ầu vào ể kích hoạt hệ thống làm mát phụ,
Eq. (7), COP tổng thể của hệ thống làm lạnh CO2 ược làm lạnh phụ có thể ược
biểu thị thông qua sự cân bằng năng lượng trong hệ thống ược làm lạnh phụ như
ược trình bày chi tiết trong biểu thức. (số 8). Trong phương trình. (8) quan sát thấy
rằng COP tổng thể phụ thuộc vào chênh lệch entanpy CO2 do hệ thống làm mát
phụ gây ra (Δhsub) và trên COP của hệ thống làm mát phụ (COPsub). Việc làm mát
phụ sẽ có tác ộng tích cực ến COP. Có thể dễ dàng chứng minh rằng hệ thống làm
mát phụ sẽ nâng cao COP tổng thể nếu COP của hệ thống làm mát phụ thỏa mãn lOMoARcPSD| 36991220
biểu thức. (9) ở iều kiện vận hành của chu trình. Điều ó có nghĩa là một hệ thống
làm mát phụ sẽ nâng cao hiệu suất của chu trình CO2 miễn là COPsub = f(tH,tI) cao
hơn so với COPsub = f(tH,tC) của chu trình CO2. Trong trường hợp hệ thống làm
mát phụ cơ học, iều kiện của Eq. (9) nói chung là thỏa mãn nếu hệ thống làm mát
phụ thực hiện loại bỏ nhiệt ến cùng một bộ tản nhiệt như chu trình CO2 (tH), vì
nguồn lạnh của hệ thống làm lạnh phụ (tI) cao hơn nguồn lạnh của chu trình CO2
(tC). Tuy nhiên, khi hệ thống làm mát phụ có giá trị COP thấp, chẳng hạn như khi
sử dụng các thiết bị nhiệt iện, các cải tiến bị hạn chế ể áp ứng biểu thức. (9) và ạt
ược những cải tiến thấp hơn do giá trị thấp của COPsub. Những hiệu ứng này có
thể ược quan sát thấy trong các kết quả ược trình bày trong Bảng 1. Các hệ thống
nén hơi ược sử dụng làm hệ thống làm mát phụ ạt ược những cải tiến lớn về COP
tổng thể vì chúng hoạt ộng với chênh lệch nhiệt ộ thấp giữa nguồn lạnh và bộ tản
nhiệt (Llopis et al., 2016a) tuy nhiên, những cải tiến ạt ược bởi các hệ thống nhiệt
iện ngắn hơn do giá trị COP thấp (Sarkar, 2013).
Theo ó, có thể khẳng ịnh rằng các hệ thống làm mát phụ sẽ mang lại mức tăng
COP cao hơn khi COP của hệ thống làm mát phụ cao hơn, tuy nhiên, các giới hạn
nhiệt ộng lực học của cải tiến này chưa ược phân tích rộng rãi.
2.4. Năng lượng ược yêu cầu bởi hệ thống làm mát phụ (chi phí làm mát phụ)
Chi phí làm mát phụ hoặc năng lượng ầu vào bổ sung mà hệ thống yêu cầu ể có
ược làm mát phụ phụ thuộc vào lượng làm mát phụ ược cung cấp và hành vi nhiệt
ộng lực học của hệ thống làm mát phụ. phương trình (10) thể hiện tổng năng lượng
ầu vào của hệ thống, xem xét mức tiêu thụ năng lượng của chu trình CO2 và của
hệ thống làm mát phụ. phương trình (11) thể hiện mức tăng tiêu thụ năng lượng
của hệ thống ược làm lạnh phụ ('*') so với hệ thống không ược làm mát phụ. lOMoARcPSD| 36991220
Lấy hệ thống lý tưởng của Hình 1 làm tham chiếu, nếu quá trình làm lạnh phụ
ược thực hiện trong các iều kiện cận tới hạn (Hình 2), thì quá trình làm lạnh phụ
không làm thay ổi áp suất loại bỏ nhiệt tối ưu và do ó hoạt ộng của bình ngưng và
máy nén. Tương ứng, mức tăng năng lượng ầu vào của hệ thống làm mát phụ là
thương số giữa nhiệt lượng ược thiết bị làm mát phụ thu ược và COP của hệ thống
làm mát phụ, Eq. (12). Tình trạng này xảy ra trong các hệ thống CO2 cận tới hạn
và nó cũng có thể áp dụng cho các chất làm lạnh thông thường hoạt ộng trong iều
kiện cận tới hạn (Qureshi et al., 2013; Zubair, 1994).
Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống làm mát phụ trong iều kiện chuyển tiếp có thể
làm giảm áp suất loại bỏ nhiệt (Hình 3) và do ó iều chỉnh các iều kiện vận hành
của máy nén. Nếu áp suất loại bỏ nhiệt thấp hơn, lưu lượng khối lượng chất làm
lạnh CO2 của chu trình ược làm mát phụ sẽ cao hơn so với chu trình không ược
làm mát phụ, nhưng công nén cụ thể của chu trình ược làm mát phụ thấp hơn so
với chu trình không ược làm mát phụ (wcomp* < wcomp), có xu hướng ngược lại.
Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm của Llopis et al. và cộng sự. (2017) với nhà máy
hai giai oạn DMS thậm chí còn giúp giảm tổng mức tiêu thụ iện năng của hệ thống.
Sau ó, có thể khẳng ịnh rằng mức tăng tiêu thụ năng lượng do hệ thống làm mát
phụ trong iều kiện xuyên tới hạn sẽ thấp hơn mức ược thiết lập trong iều kiện cận
tới hạn, như ược biểu thị bằng biểu thức. (13). lOMoARcPSD| 36991220
2.5. Tối ưu hóa subcooling
Như ã ề cập trước ây, làm mát phụ trong hệ thống làm lạnh CO2 iều chỉnh các iều
kiện vận hành tối ưu của nó, ặc biệt là trong các iều kiện chuyển tiếp, trong ó làm
mát phụ có thể giảm áp suất loại bỏ cao tối ưu và do ó thay ổi hoạt ộng của máy
nén CO2. Rõ ràng, các hệ thống như vậy cần phải xác ịnh các tham số vận hành ể
tối a hóa COP của toàn bộ hệ thống.
COP của chu trình làm mát phụ, Eq. (6), phụ thuộc vào công suất làm mát và
năng lượng ầu vào cho máy nén và hệ thống làm mát phụ. Đối với iều kiện vận
hành cố ịnh, với mức bay hơi xác ịnh và nhiệt ộ ầu ra của bộ làm mát khí, mức
tiêu thụ iện của máy nén CO2 chỉ phụ thuộc vào áp suất loại bỏ cao, Eq. (14)
(Cabello et al., 2008), và khả năng làm mát phụ thuộc vào áp suất loại bỏ cao cũng
như vào quá trình làm mát phụ, Eq. (15). Đề cập ến hệ thống làm mát phụ, nguồn
lạnh của nó tại TI chỉ phụ thuộc vào mức ộ làm mát phụ, sau ó năng lượng ầu vào
cho hệ thống làm mát phụ là một chức năng của làm mát phụ, Eq. (16). Do ó, có
thể khẳng ịnh rằng COP của toàn hệ thống là hàm của áp suất loại bỏ nhiệt và của
mức ộ làm mát phụ, như ược biểu thị bằng biểu thức. (17). Trong các iều kiện cận
tới hạn, áp suất loại bỏ nhiệt tối ưu bằng với áp suất ngưng tụ, như ã thảo luận
trong tiểu mục 2.2, và chỉ cần tối ưu hóa mức ộ làm lạnh dưới mức. Tuy nhiên,
trong các iều kiện xuyên biên giới, COP của nhà máy bị ràng buộc bởi hai tham
số (Nebot-Andrés et al., 2017) phải ược tối ưu hóa cùng nhau.
Điều quan trọng là phải nhấn mạnh rằng các mối quan hệ cổ iển ể xác ịnh áp suất
loại bỏ nhiệt tối ưu trong các chu trình truyền CO2 (Chen và Gu, 2005; Kauf, 1999;
Liao và cộng sự, 2000) không phù hợp với các chu trình ược làm lạnh phụ, vì iều lOMoARcPSD| 36991220
kiện tối ưu cũng phụ thuộc vào trên hệ thống làm mát phụ ược sử dụng. Đây là
một chủ ề khác cần ược nghiên cứu cụ thể cho từng loại hệ thống làm mát phụ.
2.6. Internal methods ( Phương pháp nội tại )
Phần này xem xét các phương pháp ược ánh giá ể cung cấp làm lạnh phụ tại lối
ra của bộ làm mát khí / bình ngưng bên trong, i. e. sử dụng chính chu trình ể làm nguội CO ở
2 lối ra của bộ trao ổi nhiệt. Các bộ trao ổi nhiệt dòng chất lỏng hoặc
dòng chất lỏng bên trong và việc sử dụng chúng trong các bố trí chu trình khác nhau.
2.6.1. Bộ trao ổi nhiệt bên trong (IHX)
Việc sử dụng IHX là thiết bị làm lạnh phụ ầu tiên ược thực hiện trong việc sử
dụng mới CO2 làm chất làm lạnh. Trên thực tế, các nhà nghiên cứu ầu tiên hồi
sinh việc sử dụng CO , Lorentzen và Pettersen (1993), ã tuyên bố 2 rằng việc sử
dụng IXH trong các hệ thống lạnh CO2 là hoàn toàn thuận tiện, vì IHXcải thiện
COP do giảm tổn thất tiết lưu từ việc làm lạnh chất làm lạnh trước khi i vào thiết
bị tiết lưu, tuy nhiên, họ cũng tuyên bố rằng việc sử dụng nó gây ra sự gia tăng
mạnh về nhiệt ộ xả của máy nén.
Với chất làm lạnh nhân tạo, IHX ược sử dụng như một cách ể ảm bảo hoạt ộng
bình thường của các nhà máy làm lạnh, bằng cách tránh chất lỏng xâm nhập vào
máy nén và ảm bảo sự hiện diện của chất lỏng tại các van giãn nở. IHX tạo ra hai
tác ộng trái ngược nhau, tăng khả năng làm lạnh cụ thể và giảm tốc ộ dòng khối
chất làm lạnh do tăng thể tích hút riêng. Những tác ộng ngược lại này phản tác
dụng trong môi chất lạnh nhân tạo, nơi hiệu suất năng lượng của nhà máy có thể
tăng hoặc giảm tùy thuộc vào chất làm lạnh.
Trong các hệ thống CO2 xuyên tới hạn, sự gia tăng thể tích hút cụ thể trong xu
hướng IHX làm giảm tốc ộ dòng khối chất làm lạnh; tuy nhiên, làm lạnh phụ CO2
trong IHX ngoài việc tăng khả năng làm lạnh cụ thể, còn làm giảm áp suất làm
việc tối ưu (xem tiểu mục 2.3.1), do ó làm giảm tỷ số nén và có xu hướng tăng tốc
ộ dòng khối chất làm lạnh. Kết hợp lại, các tác ộng tích cực chiếm ưu thế hơn các
tác ộng tiêu cực, ạt ược công suất và tăng COP. lOMoARcPSD| 36991220
Tuy nhiên, cần phải ề cập rằng việc sử dụng IHX khiến máy nén phải chịu nhiệt
ộ xả cao, với nhiệt ộ tăng lên ến 20K (Torrella và cộng sự, 2011), iều này phải
ược xem xét trong thiết kế của nhà máy.
2.6.1.1 Vị trí cổ iển
IHX hoặc bộ trao ổi nhiệt dòng chất lỏng sang dòng hút, ược ặt ở lối ra của bộ
làm mát khí / bình ngưng và ở lối ra của thiết bị bay hơi (Hình 5, Bố trí A), làm
lạnh CO2 thông qua việc hâm nóng hơi tại các lối ra của thiết bị bay hơi. Trong
một tầm nhìn tổng thể, thiết bị này làm tăng hiệu quả làm lạnh cụ thể trong thiết
bị bay hơi do làm lạnh phụ và tăng nhiệt ộ hút của máy nén, như với các chất làm
lạnh nhân tạo thông thường. Tuy nhiên, khi nó ược sử dụng trong iều kiện tới hạn,
việc sử dụng nó có thể làm giảm áp suất thải nhiệt tối ưu, nâng cao hiệu suất của
nhà máy thông qua việc tăng tốc ộ dòng khối chất làm lạnh và giảm công việc nén
cụ thể trong máy nén (phần 2.2). Bảng 2 và Hình 4 thu thập các bước tăng COP
thử nghiệm ạt ược khi sử dụng IHX trong các nhà máy làm lạnh CO2 với các kiểu
khác nhau. Chỉ các cuộc iều tra cụ thể dành cho phân tích IHX mới ược thu thập trong Bảng 2.
Một mặt, xem xét hoạt ộng xuyên tới hạn, ối với nhiệt ộ môi trường cao hơn 30ºC,
Cavallini et al. (2005) lần ầu tiên mô phỏng một quá trình nén kép không khí với
chu trình iều chỉnh một giai oạn làm mát có và không có IHX ịnh lượng mức cải
thiện COP 7,6% do IHX, tuy nhiên, trong xác minh thử nghiệm sau ó (Cavallini
và cộng sự, 2007) Họ ã o mức tăng COP 20%. Họ lập luận rằng sự sai lệch so với
cách tiếp cận lý thuyết là nhiệt ộ tăng khi hút máy nén dẫn ến việc thải nhiệt cao
hơn ở bộ làm mát. Aprea và Maiorino (2008) ã o bằng thực nghiệm hiệu ứng IHX
trong một nhà máy iều chỉnh hai cấp nén một tầng không khí cho mục ích iều hòa
không khí. Họ o mức tăng COP từ 8,1 ến 10,5%. Rigola và cộng sự. (2010) ã ánh
giá một nhà máy iều tiết một cấp nước với máy nén kín ở nhiệt ộ bay hơi -10ºC,
o mức tăng COP do IHX từ 20,5 ến 23,2%. Đây là mức tăng lớn nhất ược báo cáo
và có thể liên quan ến việc sử dụng thiết bị mở rộng một giai oạn hoặc việc sử
dụng máy nén kín, tuy nhiên, không có dữ liệu bổ sung nào ược báo cáo. Sánchez lOMoARcPSD| 36991220
và cộng sự. (2016) ã thử nghiệm một nhà máy cấp nước khác hoạt ộng với máy
nén kín o mức tăng COP tối a là 6,7% khi sử dụng IHX. Cuối cùng, Torrella et al.
(2011) ã trình bày một thử nghiệm rộng rãi của IHX bằng cách sử dụng bộ tiết lưu
hai cấp nước với máy nén bán cấp một cấp với nhiệt ộ tăng từ -17 ến 0ºC. Họ ã
xác minh mức tăng COP, tuy nhiên, mức ộ cải thiện là thấp nhất trong số các nhà
máy ược thử nghiệm xuyên tới hạn, thay ổi từ 3,3 ến 9,7% ở iều kiện tối ưu.
Tất cả những cải tiến thử nghiệm này ược tóm tắt trong Hình 4.
Mặt khác, xem xét ảnh hưởng của IHX trong iều kiện tới hạn, Zhang et al. (2011)
về mặt lý thuyết ã dự oán về sự giảm nhẹ COP do sử dụng IHX và khuyến cáo
không sử dụng nó ở các nhà máy cận tới hạn. Xu hướng COP này ã ược xác minh
bằng thực nghiệm bởi Llopis et al. (2015c) trong chu trình tới hạn CO2 của một
nhà máy tầng có máy nén bán tiết lưu, họ nhấn mạnh rằng việc sử dụng nó ở mức
bay hơi thấp là cần thiết ể ảm bảo dầu bôi trơn hoạt ộng tốt. Hơn nữa, trong một
cuộc iều tra tiếp theo (Llopis và cộng sự, 2016b), họ ã ánh giá hiệu ứng IHX trong
COP tổng thể của một chu trình tầng, kết luận rằng việc sử dụng IHX trong chu
kỳ nhiệt ộ thấp cũng ược khuyến khích vì COP tổng thể của dòng thác ã ược cải thiện lên ến 3,7%.
Theo ó, từ các kết quả thử nghiệm ược báo cáo, rõ ràng rằng việc sử dụng IHX
trong bố trí cổ iển (thiết bị làm mát khí thoát ra / thiết bị bay hơi lối ra) ược khuyến
nghị cho các hệ thống xuyên tới hạn, không cho các chu trình tới hạn ộc lập và có
cho các chu trình nhiệt ộ thấp của hệ thống thác nước. lOMoARcPSD| 36991220
Hình 4. Các cải tiến COP thử nghiệm ược báo cáo trong các nhà máy làm lạnh CO2
Hơn nữa, nghiên cứu bổ sung cũng ược thực hiện ể ánh giá IHX ở các bố trí khác
nhau trong chu trình làm lạnh, như tóm tắt trong Bảng 3. Karampour và Sawalha
(2014) ã ánh giá về mặt lý thuyết chín vị trí của IHX trong hệ thống tăng áp hai
giai oạn có thu hồi nhiệt. Sau khi mô hình hóa bộ tăng áp cung cấp nhu cầu làm
mát 150kW ở nhiệt ộ trung bình và 50kW ở nhiệt ộ thấp, họ kết luận rằng IHX
không cung cấp cải thiện áng kể về hệ thống làm lạnh COP. ở ầu ra của bộ làm
mát bằng khí, IHX kép ở ầu ra của bộ làm mát bằng khí và ở lối ra của bình tích
lũy và IHX kép ở ầu ra của bộ làm mát bằng khí và ở ường chất lỏng ến tủ có nhiệt
ộ thấp, ối với hệ thống tăng áp có khí nhanh. Và cải thiện tới 11% với IHX gấp ôi
ở lối ra của bộ làm mát khí và ở lối ra của bình tích lũy, gấp ôi IHX ở ầu ra của
bộ làm mát bằng khí và ường chất lỏng ến tủ nhiệt ộ thấp, gấp ôi IHX ở lối ra của
bình tích lũy và gấp ôi IHX tại lối ra của bể tích tụ và dòng chất lỏng ến tủ nhiệt
ộ thấp, cho hệ thống tăng áp không có khí flash i qua. lOMoARcPSD| 36991220
Sánchez và cộng sự. (2014a) ã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm với IHX tại ba
vị trí trong chu trình cổ iển ể làm lạnh thương mại tập trung ở nhiệt ộ trung bình.
Họ ánh giá IHX tại lối ra của bộ làm mát khí (Bố trí A, Hình 5), tại lối ra của bộ
thu tích tụ (Bố trí B, Hình 5) và tăng gấp ôi IHX ở lối ra của bộ làm mát khí và ở
lối ra của bộ thu tích tụ (Bố trí C, Hình 5). Họ kết luận rằng ở bất kỳ vị trí nào
IHX ều cho kết quả dương về COP. Tuy nhiên, sự cải thiện với Bố cục B thấp hơn
ở vị trí cổ iển (Bố cục A) và Bố cục C với IHX gấp ôi cung cấp mức tăng COP
lớn nhất lên ến 13%, tuy nhiên, các tác giả khuyên rằng việc sử dụng hai IHX gây
ra sự gia tăng lưu lượng của máy nén. nhiệt ộ lên ến 20K. lOMoARcPSD| 36991220
2.6.1.2. Sự kết hợp của IHX với bộ phun (ejectors)
Việc sử dụng IHX cũng ã ược xem xét trong các hệ thống lạnh CO2 sử dụng ầu
phun có bố trí chu trình ại diện ược trình bày chi tiết trong Hình 6.
Trước hết, mô phỏng của Elbel và Hrnjak (2004) ã phân tích bốn hệ thống iều
hòa không khí CO2 khác nhau cho các thiết bị di ộng bao gồm một bộ phun khí và
phân tích ảnh hưởng của IHX ối với chu trình này ở 35ºC nhiệt ộ ầu ra của bộ làm
mát bằng khí. Họ quan sát thấy rằng ể phù hợp với khả năng làm mát (tốc ộ quay
của máy nén thay ổi), hệ thống có ầu phun và không có IHX thu ược COP cao
nhất và giảm áp suất thải nhiệt tối ưu, tuy nhiên, khi hệ thống ược phân tích dưới
tốc ộ quay không ổi của máy nén, họ nhận thấy rằng sử dụng IHX kết hợp với bộ
phun ã ạt ược COP cao nhất nhưng làm giảm công suất của hệ thống so với hệ
thống chỉ có bộ phun . Sau khi phân tích sâu hơn, họ kết luận rằng việc sử dụng
IHX kết hợp với ầu phun có máy nén dịch chuyển thay ổi không ược khuyến
khích. Giả thuyết lý thuyết trước ây ã ược chứng thực bằng thực nghiệm bởi Xu
et al. (2011) mặc dù trong một chu trình CO2 với một vòi phun cố ịnh hai pha cho
mục ích un nóng nước. Họ chứng thực rằng việc sử dụng IHX kết hợp với bộ ẩy
làm suy yếu óng góp của bộ ẩy vào hệ thống về COP nhưng họ quan sát thấy sự
gia tăng lớn của công suất làm mát do hệ thống có bộ ẩy và IHX cung cấp.
Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm của Nakagawa et al. (2011) với hệ thống lạnh
CO2 công suất 2 ến 4kW với bộ phun hai pha cho thấy IHX có lợi khi kết hợp với lOMoARcPSD| 36991220
bộ phun. Theo các tác giả, xu hướng khác nhau này có thể liên quan ến sự cải
thiện mà IHX ạt ược lớn hơn khi nhiệt ộ loại bỏ nhiệt cao hơn và sự cải thiện này
giảm xuống và thậm chí trở nên tồi tệ hơn ở nhiệt ộ thấp, do giảm sự phục hồi áp
suất trong ầu phun. Trong trường hợp này, kết quả thực nghiệm của Nakagawa et
al. (2011) thu ược ối với nhiệt ộ ầu ra của bộ làm mát bằng khí từ 42 ến 47ºC và
nhiệt ộ bay hơi từ 0 ến 4ºC, cách xa phạm vi ánh giá của Xu và cộng sự (Xu và
cộng sự, 2011). Cuối cùng, Zhang và cộng sự. (2013), sử dụng cách tiếp cận lý
thuyết, ã mở rộng phân tích việc sử dụng IHX trong các hệ thống lạnh phun. Họ ã
ưa vào phân tích hiệu suất ẳng hướng của máy phun và mở rộng các mô phỏng ến
một loạt các nhiệt ộ thoát hơi và làm mát khí. Họ phát hiện ra rằng việc sử dụng
IHX chỉ có lợi về mặt COP ối với nhiệt ộ làm mát khí và bay hơi cao và ối với các
hệ thống phun có hiệu suất ẳng hướng thấp. Đối với các hệ thống có ầu phun với
hiệu suất ẳng hướng thấp, việc sử dụng IHX mang lại những cải tiến cao nhất so
với bản thân máy phun, do ó việc sử dụng nó không ược khuyến khích.
2.6.1.3. Sự kết hợp của IHX với bộ giãn nở
Việc sử dụng IHX hiếm khi ược ánh giá kết hợp với chu trình làm lạnh CO2 sử
dụng bộ giãn nở ể thu hồi năng lượng trong quá trình giãn nở của chất làm lạnh,
sơ ồ bố trí chu trình ược trình bày trong Hình 7 và các kết quả chính ược tóm tắt trong Bảng 4.
Zhang và cộng sự. (2014) và J.Shariatzadeh et al. (2016) sử dụng các phương
pháp tiếp cận lý thuyết dựa trên Định luật Nhiệt ộng lực học thứ nhất và thứ hai ã
ánh giá ảnh hưởng của IHX trong chu trình. Họ kết luận rằng IHX làm tăng khả lOMoARcPSD| 36991220
năng làm mát cụ thể và công việc nén, cũng như giảm áp suất làm việc tối ưu.
Hiệu ứng cuối cùng này ảnh hưởng ến năng lượng thu hồi trong bộ giãn nở, làm
cho IHX chỉ có lợi cho bộ giãn nở có hiệu suất ẳng hướng thấp ở nhiệt ộ lối ra làm
mát khí cao. Họ tính toán rằng một chu kỳ giãn nở lý tưởng (ηs, exp = 100%) với
IHX cho thấy mức giảm COP tối a từ 12,3 ến 16,1% so với cùng một chu kỳ không
có IHX (Zhang và cộng sự, 2013)
2.6.1.4. IHX với chiết xuất hơi từ bình trung gian
Cuối cùng, việc sử dụng IHX cũng ã ược ánh giá kết hợp với việc hút hơi từ bình
tích tụ. Quá trình chiết hơi ược thực hiện ể tăng hiệu quả làm lạnh cụ thể trong
thiết bị bay hơi thông qua việc nén lại hơi ược chiết xuất. Nhiệt ộ của hơi chiết
xuất lạnh hơn nhiệt ộ ở lối ra của bộ làm mát bằng khí, do ó, nó có thể ược sử
dụng ể làm lạnh phụ hơi chất làm lạnh chính, như ược trình bày trong Hình 8 (
iểm phun ‘a’) kết hợp với IHX. Cabello và cộng sự. (2012) ã ánh giá bằng thực
nghiệm hiệu quả của quá trình hút hơi với sự giãn nở từ bình trung gian và sự
phun của chúng vào ba vị trí của chu trình CO2 giữa nước: a) trước IHX, b) sau
IHX và c) tại cổng hút của máy nén. Họ kết luận rằng bất kỳ cấu hình nào trong
ba cấu hình ều ạt mức tăng công suất tương tự và COP ạt giá trị tối a lần lượt là
9,8 và 7% ở tw, O, in = 5ºC và tw, gc, in = 34,9ºC. Tuy nhiên, vị trí cung cấp hệ thống
làm mát phụ ( iểm ‘a’) cho phép giảm nhiệt ộ xả của máy nén xuống mức tối thiểu
trong số các cấu hình ược ánh giá. Về mặt lý thuyết, Karampour và Sawalha
(2014) ã thu ược các kết luận tương tự ối với hệ thống tăng áp. lOMoARcPSD| 36991220
2.6.2. Economizer hoặc subcooler
Tài liệu tham khảo ầu tiên ược tìm thấy về hệ thống là nghiên cứu lý thuyết của
Cavallini et al. (2005), người ã biểu thị nó là chu kỳ phân chia và ược ánh giá cho
mục ích iều hòa không khí. Ở nhiệt ộ bay hơi là 2,7ºC và nhiệt ộ ầu ra của bộ làm
mát khí là 33ºC, họ dự oán COP là 3,17 khi không có IHX ở chế ộ hút nhiệt ộ thấp
và 3,25 khi sử dụng IHX. Lấy tham chiếu chu kỳ hai giai oạn với IHX và bộ làm
mát trung gian, chu kỳ tiết kiệm ạt ược mức cải thiện COP lần lượt là 12,4% và
15,2%. Trong nghiên cứu này, áp suất trung gian ược xem xét ể tính toán là giá trị
trung bình hình học của nhiệt ộ thiết bị làm mát khí và thiết bị bay hơi, do ó không
ược tối ưu hóa hoàn toàn. Sau ó, Cecchinato et al. (2009) về mặt lý thuyết ã tối ưu
hóa chu kỳ phân chia hai giai oạn trong các iều kiện xuyên biên giới và so sánh
nó với các chu trình hai giai oạn CO2 khác ối với các mức bay hơi 4, -10 và -30ºC
và nhiệt ộ môi trường bên ngoài từ 25 ến 35ºC. Họ kết luận rằng cả bể chớp cháy
mở và chu trình phân tách ều mang lại sự cải thiện áng kể nhất, ặc biệt ối với các
iều kiện vận hành khắc nghiệt nhất (-30 / 35ºC).
Sau ó, Wang et al. (2011) ã phân tích lý thuyết và thực nghiệm một chu trình hai
giai oạn với bộ tách bồn chứa chớp kín ở áp suất trung gian ngược lại với một chu
trình hai giai oạn với bộ làm mát khí bổ sung ở xả máy nén áp suất thấp. Thông
qua việc tối ưu hóa áp suất trung gian, họ ã xác minh hiệu suất cao hơn của hệ
thống bể chớp kín (tăng 10,87% COP), nhưng các cải tiến thử nghiệm thấp hơn
so với dự oán về mặt lý thuyết. Cuối cùng, Zhang và cộng sự. (2016) ã phân tích
lý thuyết về chu trình hai giai oạn với bình chớp kín không có bộ làm mát khí ở
mức xả nén thấp, phân tích ảnh hưởng của việc sử dụng bộ giãn nở thay vì van lOMoARcPSD| 36991220
tiết lưu trong bộ tiết lưu ở lối ra bộ làm mát khí. Họ kết luận rằng chu trình hai
giai oạn với bể chớp kín là lựa chọn tốt nhất, nó cung cấp giá trị COP cao hơn ở
mức bay hơi thấp và nhiệt ộ ầu ra làm mát khí cao hơn so với chu kỳ hai giai oạn
với bộ làm lạnh và giãn nở. Mặc dù là một chu trình hiệu suất cao, không có thêm
tài liệu tham khảo nào, ặc biệt là thử nghiệm, ã ược các tác giả tìm thấy.
Theo cách tương tự, Fazelpour và Morosuk (2014) về mặt lý thuyết ã xem xét
việc sử dụng bộ tiết kiệm trong hệ thống nén một cấp, trong ó hơi ở lối ra của bộ
làm mát phụ ược dẫn trực tiếp ến bộ hút của máy nén. Bộ tiết kiệm không ảnh
hưởng ến áp suất làm mát khí tối ưu cũng như không ảnh hưởng ến hiệu suất năng
lượng của nhà máy. Tuy nhiên, từ cách tiếp cận luật thứ hai, họ tính toán rằng việc
sử dụng thiết bị tiết kiệm ã cải thiện 7% hiệu suất sử dụng của chu trình và từ quan
iểm kinh tế xuất ngoại, thiết bị tiết kiệm ã tăng chi phí của nhà máy lên 4% ở mức bay hơi của 25ºC.
2.6.3. Bộ làm mát cơ khí tích hợp
Một cơ chế khác ể cung cấp mức ộ làm lạnh phụ lớn trong CO2 ở lối ra của bộ
làm mát khí / bình ngưng là bộ làm mát phụ cơ học tích hợp, sơ ồ nguyên lý của
nó ược trình bày chi tiết trong Hình 10 và tóm tắt nghiên cứu ã thực hiện ược thu
thập trong Bảng 6. Hệ thống này tách dòng ở lối ra của bộ làm mát khí / bình
ngưng và sử dụng bộ phụ trợ, thông qua bộ tiết lưu trong van giãn nở, ể làm lạnh
CO2 ở lối ra của bộ làm mát phụ. Hơi phụ ược làm bay hơi và nén bằng máy nén
phụ ến bộ làm mát khí áp suất cao. Ưu iểm của chu trình này trái ngược với chu
trình tiết kiệm là mức ộ bay hơi trong bộ làm mát phụ có thể cao hơn áp suất trung lOMoARcPSD| 36991220
gian trong các chu trình tiết kiệm, do ó, máy nén phụ có thể hoạt ộng với tỷ số nén
thấp hơn với hiệu suất cao hơn. Ngoài ra, cần phải ề cập rằng việc trích xuất chất
làm lạnh ể làm lạnh con có thể ược thực hiện ở lối ra của bộ làm mát bằng khí (
iểm 4, Hình 10), ở lối ra của bộ làm lạnh con ( iểm 5, Hình 10) hoặc ở lối ra. của
bình ( iểm 5, Hình 10), tuy nhiên không tìm thấy tài liệu tham khảo nào liên quan
ến hai vị trí cuối cùng. Chu trình này có thể ược sử dụng như chu trình bay hơi
một cấp như chu trình áp suất cao trong các cấu hình tăng áp.
Ưu iểm chính của chu trình này, trái ngược với chu trình chia nhỏ (Hình 9) là máy
nén phụ hoạt ộng với tỷ số nén giảm và do ó có hiệu suất lớn, và liên quan ến hệ
thống nén song song (Karampour và Sawalha, 2016) là Giảm dịch chuyển của
máy nén phụ vì nó chỉ nén môi chất lạnh bay hơi thay vì hơi từ bình trung gian.
Tuy nhiên, hiện tại, hoạt ộng của máy nén phụ và do ó hiệu suất của chu trình bị
giới hạn bởi các hạn chế vận hành của máy nén, ó là áp suất hút tối a (khoảng 55
bar) và tỷ số nén tối thiểu (khoảng 1,5). Chu trình này cung cấp một sự gia tăng
quan trọng về khả năng làm lạnh và gia tăng lớn về hiệu quả năng lượng liên quan
ến các chu trình làm lạnh CO2 cơ bản.
Tài liệu tham khảo ầu tiên ược tìm thấy về hệ thống làm lạnh cơ học tích hợp là
bằng sáng chế của Shapiro (2007). Paten tdid này không ề cập trực tiếp ến bất kỳ
chất làm lạnh nào, do ó nó có thể bao gồm ứng dụng trong các hệ thống CO2.
Shapiro (2007) ã báo cáo rằng COP của hệ thống ược liên kết với nhiệt ộ bay hơi
ở bộ làm lạnh phụ và mức ộ làm lạnh phụ tối ưu ược nâng lên ở nhiệt ộ loại bỏ
nhiệt cao. Lesage (2013), người ã ặc biệt coi hệ thống này như một cách ể giảm lOMoARcPSD| 36991220
tiêu thụ iện năng trong máy nén và do ó tăng cường COP và tăng khả năng làm mát của hệ thống này.
Sử dụng cách tiếp cận lý thuyết, Cecchinato et al. (2009) ã ánh giá mức tăng
17,3% về hiệu quả năng lượng liên quan ến chu trình CO2 một giai oạn cơ bản ở
-10ºC của nhiệt ộ bay hơi và 30ºC của nhiệt ộ ầu ra của bộ làm mát khí.
Họ kết luận rằng chu kỳ này cũng vượt qua chu kỳ nén kép tiêu chuẩn, ạt mức
tăng COP lên ến 12%. Họ khuyến nghị sử dụng hệ thống này cho các ứng dụng
nhiệt ộ bay hơi cao. Sau ó, Qureshi và Zubair (2012, 2013) ã nghiên cứu về mặt
lý thuyết và xem xét việc sử dụng hệ thống làm lạnh phụ cơ học tích hợp trong
các chu trình làm lạnh một cấp với chất làm lạnh nhân tạo. Họ kết luận rằng hệ
thống phụ trợ này nâng cao hiệu suất của chu trình, tuy nhiên họ không xem xét
CO2 trong phân tích của mình. hệ thống sử dụng ầu phun khí cho các ứng dụng
nhiệt ộ trung bình. Họ kết luận rằng hệ thống tích hợp cho phép tăng COP từ 2,8
ến 5,5% so với hệ thống nén song song nhưng không ạt ến hệ thống phun. Một
trong những lý do chính là họ cho rằng mức ộ bốc hơi tăng 3K là do khả năng các
thiết bị bay hơi bị ngập nước. Họ cũng nhấn mạnh rằng giải pháp tích hợp có tổng
chi phí ầu tư lớn hơn nhiều so với các giải pháp dựa trên ejector.
Mặc dù các khả năng của hệ thống làm lạnh con này, không có tài liệu tham khảo
nào ược các tác giả tìm thấy liên quan ến các iều kiện làm việc tối ưu (áp suất tối
ưu và mức ộ làm lạnh con tối ưu) cũng không ược xác nhận trong các hệ thống thực nghiệm.
2.6.4. Hệ thống lưu trữ nhiệt
Polzot và cộng sự. (2016) ã ánh giá hiệu suất của hệ thống tăng áp CO2 (có và
không có máy nén song song) khi sử dụng hệ thống lưu trữ nước ể cung cấp làm
lạnh phụ tại lối ra của bộ làm mát / bình ngưng khí cho các ứng dụng khí hậu ôn
hòa, sử dụng sơ ồ Hình 11. Cho mô phỏng họ coi như bể chứa nhiệt, bể chứa nước
phòng cháy của siêu thị. Vào ban êm, khi COP của nhà máy cao hơn và nhu cầu
làm mát của hệ thống thấp, két nước ược làm mát bằng cách làm bay hơi CO2 lỏng lOMoARcPSD| 36991220
từ bình trung gian sau ó ược ưa trở lại bình chứa. Trong thời gian ban ngày, nước
làm mát của bồn chứa ược sử dụng ể làm lạnh phụ chất làm lạnh ở lối ra của bộ
làm mát khí / bình ngưng ể tăng công suất của hệ thống. Mô phỏng của họ, cho
một siêu thị tiêu chuẩn của Châu Âu có công suất 140kW tại MT và 22kW tại LT
ược ặt ở miền Bắc nước Ý với hồ chứa nước 950m3, dẫn ến giảm 2,4% mức tiêu
thụ năng lượng hàng năm của việc lắp ặt. Họ cũng ánh giá khả năng tăng dung
tích của bể chứa, ối với thể tích gấp ôi, mức giảm ạt 3,5% và ối với thể tích lớn
hơn, tỷ lệ giảm năng lượng không tăng. (2016).
2.7. Các phương pháp làm lạnh phụ chuyên dụng
2.7.1 Làm lạnh phụ cơ học chuyên dụng (DMS)
Làm lạnh phụ cơ học chuyên dụng (DMS) hoặc làm lạnh sau cơ học chuyên dụng
trong các chu trình làm lạnh CO2, ược hiểu là việc sử dụng một chu trình nén hơi
bổ sung ể cung cấp làm lạnh phụ khi thoát ra của bộ làm mát khí / bình ngưng là
một trong những cải tiến gần ây ang ược nghiên cứu bởi các tác giả khác nhau.
DMS, như ược trình bày chi tiết trong Hình 12, bao gồm một hệ thống nén hơi lOMoARcPSD| 36991220
phụ trợ ặc biệt ược sử dụng ể làm lạnh phụ chất làm lạnh ở lối ra của bộ làm mát
khí / bình ngưng. Chức năng này cũng có thể ược thực hiện bởi các thiết bị làm
lạnh iều hòa không khí. Các chu trình phụ và CO2 thực hiện loại bỏ nhiệt cho cùng
một nguồn nóng, chu trình CO2 bay hơi ở nhiệt ộ sản xuất nguội và chu trình phụ
ở mức trung gian tương ứng với nhiệt ộ trung bình trong bộ làm lạnh con trừ i
chênh lệch nhiệt ộ trong bộ làm lạnh phụ (∆T ), do ó, thiế sub
t bị cuối cùng này hoạt
ộng với sự giảm nhiệt ộ tăng giữa nguồn lạnh và bộ phận tản nhiệt, ạt ến giá trị
COP cao. Chu trình phụ thường hoạt ộng với một chất làm lạnh khác và có kích
thước ể ạt ược mức ộ làm lạnh phụ tối ưu, phụ thuộc vào nhiệt ộ loại bỏ nhiệt và
mức ộ bay hơi. Như ã phân tích về mặt lý thuyết của Llopis et al. (2015a), hệ
thống này có thể tăng COP tổng thể và công suất làm lạnh do chu trình CO2 cung
cấp, và hiệu suất của nó không phụ thuộc nhiều vào chất làm lạnh ược sử dụng
trong chu trình phụ. Ngoài ra, kết quả lý thuyết của Nebot-Andrés et al. (2017) chỉ
ra rằng hệ thống này vượt qua hiệu suất của các nhà máy tầng ối với mức nâng
nhiệt ộ dưới 28,5K, nhưng xem xét hoạt ộng hàng năm, hiệu suất hàng năm của
hệ thống này cao hơn so với hệ thống tầng cho mức bay hơi cao hơn -15ºC, do ó
bao gồm phạm vi ứng dụng nhiệt ộ trung bình và ngay cả chu trình cao áp của chu trình CO2 hai giai oạn. lOMoARcPSD| 36991220
Hình 12. Hệ thống làm lạnh CO2 với bộ làm lạnh phụ cơ khí chuyên dụng R-134a.
(a) Sơ ồ T-s. (b) Sơ ồ p-h CO2.
Bảng 7 tóm tắt các kết quả lý thuyết và thực nghiệm chính liên quan ến các
phương pháp làm mát phụ chuyên dụng cho ến thời iểm hiện tại.
Các nghiên cứu lý thuyết ầu tiên về hệ thống DMS cho chu trình CO ượ 2 c thực
hiện bởi Hafner A. và Hemmingsen A. K. (2015), những người ã ánh giá hiệu suất
của hệ thống R-290 DMS trong hệ thống nén một giai oạn với bể chứa nhanh và
IHX tại thiết bị bay hơi. lối ra. Trong mô phỏng của họ, họ ã cố ịnh áp suất tại bể
thu ở 40bar và coi một DMS có công suất tối a là 30% so với chu kỳ chính. Họ ã
so sánh hiệu suất của hệ thống này với một nhà máy mở rộng trực tiếp R-404A (
ường cơ sở), với cùng một hệ thống không có DMS và với một hệ thống làm việc
với một ầu phun và máy nén song song. Mô phỏng ã ược mở rộng ến các thành
phố khác nhau và quan sát thấy rằng hệ thống DMS yêu cầu từ 77 ến 97% năng lOMoAR cPSD| 36991220
lượng ầu vào của hệ thống cơ sở và cho biết rằng DMS ạt ược những cải tiến cao
nhất ở nhiệt ộ loại bỏ nhiệt cao. Tuy nhiên, cần phải ề cập rằng việc tối ưu hóa tản
nhiệt con không ược xem xét trong trường hợp này vì công suất của DMS bị hạn chế.
Sau ó, Llopis et al. (2015a) sử dụng hiệu suất tổng thể thử nghiệm của máy nén ã
ánh giá về mặt lý thuyết sự cải thiện năng lượng của R-290 DMS trong giai oạn
ơn và giai oạn kép với các chu kỳ nén làm lạnh liên ộng ở nhiệt ộ bay hơi 5 -5 và
-30ºC trong một phạm vi nhiệt ộ môi trường rộng. Xem xét như hệ thống tham
chiếu, các chu kỳ giống nhau không có DMS, họ dự oán mức tăng COP tối a là
20,0 và tăng cường công suất tối a là 28,8 là sự cải tiến của hệ thống cao hơn ở
mức ộ loại bỏ nhiệt cao hơn và nhiệt ộ bay hơi cao. Cải thiện lớn nhất ạt ược ối
với nhiệt ộ môi trường từ 25ºC trở i. Tuy nhiên, công việc cuối cùng này cũng
không xem xét việc tối ưu hóa việc làm mát con nó bị giới hạn ở mức tối a 7,5K.
Trong cùng một dòng, Gullo et al. (2016) ã mô phỏng hoạt ộng của hệ thống lạnh
tăng áp với R-290 DMS cho một siêu thị iển hình của Châu Âu (97kW / -10ºC
MT, 18kW / -35ºC LT) ặt tại Valencia (Tây Ban Nha) và Athens (Hy Lạp). Nhiệt
ộ ngưng tụ tối thiểu trong hệ thống ược ặt ể tránh tỷ số nén thấp trong máy nén áp
suất cao. Họ cũng mô phỏng hai thiết kế của DMS, một thiết kế cho phép ạt ược
7ºC ở lối ra của bộ làm mát con và một thiết kế khác ược xếp hạng nhỏ hơn ể cung
cấp nhiệt ộ tối thiểu ở lối ra của bộ làm mát phụ là 15ºC. Ngược lại với các hệ
thống tăng áp với khí flash, họ ã ịnh lượng mức cải thiện COP trung bình là 23,2%
ối với DMS ở 15ºC và 23,3% ối với DMS ở 7ºC. Họ nhấn mạnh rằng DMS ở 7ºC
sẽ hoạt ộng hầu hết trong năm ở mức tải cục bộ thấp và cả hai thiết kế sẽ hoạt ộng
như nhau ở nhiệt ộ môi trường cao, nơi công suất cần thiết trong bộ làm mát con
giảm. Họ cũng ánh giá việc sử dụng DMS trong các hệ thống tăng áp với máy nén
song song sử dụng R-290 và R-1270 làm chất làm lạnh, tuy nhiên những hệ thống
này không ạt ược ủ cải tiến ể ược khuyến nghị. lOMoAR cPSD| 36991220
Dai et al. (2017a) ã ánh giá tác ộng của DMS trong chu trình một giai oạn bằng
cách sử dụng các giả ịnh ơn giản hóa, chủ yếu là hiệu suất ẳng hướng không ổi
của máy nén, ối với ba cấp ộ bay hơi (5, -5, -15ºC) trong một phạm vi nhiệt ộ môi
trường rộng (20-40ºC ). Họ tập trung nghiên cứu vào việc ánh giá sự cải thiện
COP và giảm áp suất cao bằng cách sử dụng các chất làm lạnh tinh khiết khác
nhau trong DMS, kết quả ược thiết lập thông qua việc tối ưu hóa mức ộ làm lạnh
phụ. Họ kết luận rằng mức ộ làm lạnh phụ tối ưu càng cao khi ộ thải nhiệt càng
cao và mức ộ bay hơi càng thấp. Ngoài ra, họ ã thu ược cải tiến tốt nhất với R-717
và thấp nhất với R-41 là chất làm lạnh DMS, tuy nhiên, cần phải ề cập rằng sự
khác biệt giữa các chất lỏng khác nhau là rất nhỏ.
Tiếp theo, Purohit et al. (2017) ã so sánh hai hệ thống làm lạnh siêu thị có nhiệt
ộ khác nhau, trong ó có giải pháp tăng áp R-744 với R-290 DMS. Bằng cách sử
dụng các mối quan hệ về hiệu suất máy nén thu ược từ dữ liệu của nhà sản xuất,
họ ã khảo sát các hệ thống xem xét sự thay ổi nhiệt ộ và tải nhiệt trong một năm
cho bốn ịa iểm. Liên quan ến DMS, họ kết luận rằng cấu hình DMS có thể có lợi
hơn về mặt năng lượng so với việc nén song song ở hoạt ộng nhiệt ộ ngoài trời
cao. Và gần ây, Dai et al. (2018) từ quan iểm lý thuyết ã ánh giá khả năng sử dụng
hỗn hợp chất làm lạnh zeotropic làm chất lỏng làm việc trong DMS thông qua
việc tối ưu hóa áp suất cao và làm lạnh phụ. kết luận rằng COP và áp suất cao tối
ưu của hỗn hợp có nhiệt ộ thấp trượt trong quá trình bay hơi tương quan trực tiếp
với quá trình bay hơi và hỗn hợp chất làm lạnh ược tối ưu hóa về mặt lướt giúp
cải thiện COP và giảm áp suất tối ưu liên quan ến chất làm lạnh tinh khiết. Họ ánh
giá các hỗn hợp chất làm lạnh khác nhau và kết luận rằng hỗn hợp R-32 / R-1234ze
(Z) (55/45 theo khối lượng) làm tăng COP lên 4,91% và giảm áp suất tối ưu 11
bar liên quan ến việc sử dụng R-32 làm chất làm lạnh tinh khiết trong DMS. Tuy
nhiên, không có xác nhận thực nghiệm nào ược trình bày.
Một cách tiếp cận tương tự, ã ược sử dụng bởi She et al. (2014), người ã nghiên
cứu sơ ồ DMS cổ iển (Hình 12) nhưng nó ược kích hoạt bởi năng lượng thu hồi
bởi một bộ giãn nở trong quá trình giãn nở CO2. Họ dự oán sự gia tăng COP theo lOMoAR cPSD| 36991220
lý thuyết lên ến 67,76% và khuyến nghị R-12 và R-717 vì những chất lỏng có lợi
nhất cho hệ thống phụ trợ.
Sử dụng phương pháp thử nghiệm, Nebot-Andrés et al. (2016) ã trình bày một
nghiên cứu thử nghiệm sơ bộ về việc sử dụng R-1234yf DMS trong nhà máy lạnh
iều tiết kép một cấp với máy nén bán tiết lưu 4kW CO2 và 0,7kW R-1234yf. Họ
ánh giá hiệu suất của nhà máy ở tốc ộ danh ịnh của máy nén ở nhiệt ộ bay hơi 0ºC
cho hai nhiệt ộ thoát ra của bộ làm mát khí (30,2 và 40ºC). Ở áp suất làm mát khí
tối ưu, họ o ược mức tăng công suất lần lượt là 34,9% và 40,7% ở 30,2 và 40,0ºC
và mức tăng COP là 22,8% ở 30,2 và 17,3% ở 40,0ºC. Llopis và cộng sự. (2016a)
sử dụng cùng một nhà máy ã mở rộng thử nghiệm lên hai cấp ộ bay hơi (0 và -
10ºC) và ba nhiệt ộ nước ầu vào ến bình ngưng và bộ làm mát khí (24,0, 30,2 và
40,0ºC). Việc ánh giá cũng ược thực hiện ở tốc ộ máy nén không ổi và chỉ xem
xét việc tối ưu hóa áp suất thải nhiệt CO2. Họ ã xác minh rằng áp suất loại bỏ nhiệt
tối ưu ược giảm xuống bằng cách sử dụng DMS (lên ến 8 bar), o công suất làm
mát ở áp suất tối ưu từ 23,1 ến 55,7% và tăng COP từ 6,9 ến 30,3%. Tuy nhiên,
nghiên cứu này không xem xét việc tối ưu hóa mức ộ làm lạnh phụ cũng như
không ược mở rộng sang các iều kiện tới hạn. Với một hệ thống công suất nhỏ
hoạt ộng với máy nén kín, Sánchez et al. (2016) ã ánh giá R-600a DMS trong hệ
thống CO2 làm việc ở nhiệt ộ bay hơi -10ºC và hai nhiệt ộ ầu ra của bộ làm mát
khí. Họ o ược mức tăng công suất từ 27,2 ến 42,8% và mức tăng COP từ 195,1 ến
19,3%. Eikevik và cộng sự. (2016) ã mô phỏng, sử dụng làm tham chiếu một
nguyên mẫu thử nghiệm, một chu trình làm lạnh tiết lưu kép nén một cấp sử dụng
R-290 DMS với máy nén cuộn. DMS ược kích hoạt khi áp suất cao CO2 ạt ến 67
bar, do ó nó không hoạt ộng trong iều kiện tới hạn. Việc loại bỏ nhiệt của nguyên
mẫu này ược thực hiện bởi một bình ngưng CO2 / R-290 làm mát bằng không khí
tích hợp. Mô phỏng của họ chỉ ra rằng nhiệt ộ môi trường tốt nhất ể bắt ầu DMS
là 23,5ºC. Và họ ã quan sát thấy sự gia tăng cao về COP và công suất lạnh trên tất
cả phạm vi ược thử nghiệm, tuy nhiên, họ không ưa ra ịnh lượng về những cải
tiến. Sử dụng dữ liệu thu ược từ hệ thống làm lạnh CO2 DMS ặt ở các nước ấm và lOMoAR cPSD| 36991220
nóng khác nhau (nhiệt ộ bên ngoài tối a lên ến 48ºC), Mazzola et al. (2016) ã phân
tích các tác ộng thực sự của DMS. Hệ thống kích hoạt DMS khi nhiệt ộ ở lối ra
của bộ làm mát khí ạt 30ºC, hoạt ộng của nó bị hạn chế ở hoạt ộng xuyên tới hạn.
Họ so sánh các phép o tiêu thụ năng lượng và nhiệt ộ xả tối a như một hàm của
nhiệt ộ môi trường trong mối quan hệ với cùng một hệ thống không có DMS. Họ
quan sát thấy rằng DMS cho phép giảm 10 bar áp suất xả và giảm ỉnh iện ịnh
lượng từ 16 ến 40%. Sau khi phân tích sâu hơn, họ kết luận rằng việc sử dụng
DMS ở những ịa iểm ó ã giảm ược 25% mức tiêu thụ năng lượng. Và cuối cùng,
Beshr et al. (2016) và Bush và cộng sự. (2017) lần ầu tiên ược mô phỏng và sau ó
xác thực bằng thực nghiệm một nguyên mẫu của hệ thống tăng áp cho các ứng
dụng siêu thị với bể chứa flash sử dụng một DMS gián tiếp làm việc với R-134a
và hỗn hợp nước-glycol làm chất lỏng truyền nhiệt. Họ ã ánh giá hệ thống theo
tốc ộ thay ổi của máy nén MT và tốc ộ cố ịnh của máy nén LT và máy nén phụ
cho ba mức ộ thải nhiệt là 29, 35 và 39ºC. Trong quá trình xác minh thực nghiệm,
họ ã quan sát thấy các hiệu ứng dự oán trên lý thuyết, giảm áp suất thải nhiệt tối
ưu (1,9 bar ở 29ºC, 0,9 bar ở 35ºC), tăng lớn công suất làm mát (+ 23,7% ở 29ºC
và + 37,9% ở 35ºC ) và một sự cải thiện lớn trong COP tổng thể của hệ thống (+
33,5% ở 29ºC và + 36,7% ở 35ºC). Tuy nhiên, các tác giả ã không ề cập ến việc
hệ thống có ược tối ưu hóa về mặt làm lạnh phụ hay không. (2018) ã mô hình hóa
hệ thống ang hoạt ộng tạm thời.
Liên quan ến hệ thống CO2 dựa trên bộ làm mát phụ cho các ứng dụng bơm nhiệt,
các công trình của (Song và Cao, 2018; Song và cộng sự, 2017; Song và cộng sự,
2018) ã chứng minh rằng hệ thống DMS cũng hữu ích cho mục ích sưởi ấm, tuy
nhiên, chúng không ược phân tích trong bản thảo này, vì nó tập trung vào hệ thống lạnh.
Như nó có thể ược nhìn thấy từ hiện ại, DMS là một hệ thống với khả năng lớn
ược dự oán và ánh giá trong việc cải thiện hiệu suất của hệ thống lạnh CO2. Tuy
nhiên, giai oạn thử nghiệm vẫn chưa hoàn tất, do việc ánh giá thử nghiệm chỉ tập
trung vào các iều kiện xuyên tới hạn, trong hầu hết các trường hợp, mức ộ làm lOMoARcPSD| 36991220
lạnh phụ tối ưu chưa ược ịnh lượng và việc sử dụng hỗn hợp chất làm lạnh
zeotropic trong hệ thống DMS cần ược khám phá.
2.7.2. Hệ thống làm mát bằng nhiệt iện (TSS)
Làm lạnh phụ ở lối ra của bộ làm mát khí, ít nhất là với ộ làm lạnh phụ thấp, cũng
có thể ược cung cấp bằng cách sử dụng hệ thống nhiệt iện, sử dụng sơ ồ ơn giản
của Hình 13. Các phần tử nhiệt iện, do hiệu ứng Peltier, tạo ra sự chênh lệch nhiệt
ộ giữa cả hai chất bán dẫn. làm cho phần tử khi dòng iện một chiều ược ặt vào
chúng, do ó chúng có thể loại bỏ nhiệt từ chất làm lạnh (subcool) và truyền nó ra
môi trường. Một trong những ưu iểm của các phần tử nhiệt iện ể làm lạnh phụ là
chúng hoạt ộng ở sự chênh lệch nhiệt ộ thấp giữa bề mặt lạnh và bề mặt nóng
(nhiệt ộ môi trường và nhiệt ộ trung bình của CO2 trong bộ làm mát phụ), nơi các
phần tử này hiển thị giá trị COP cao. chênh lệch nhiệt ộ mà tại ó nó có thể có lợi là khi COP . Ưu iể
CO2 m khác của TSS là nó có thể ược kích hoạt bằng iện
ược tạo ra bởi một bộ giãn nở kết hợp với máy phát iện một chiều (Hình 14), do ó
Nó là một cơ chế dễ dàng ể tận dụng năng lượng thu hồi ược trong quá trình mở
rộng. Bảng 8 tóm tắt các công trình lý thuyết và thực nghiệm có liên quan nhất
xem xét TSS trong các chu trình làm lạnh CO2. Hình 13. Hệ thống lạnh CO2 với
hệ thống làm lạnh phụ nhiệt iện.
Hình 13. Hệ thống lạnh CO2 với hệ thống làm lạnh phụ nhiệt iện lOMoARcPSD| 36991220
Hình 14. Hệ thống lạnh CO2 với hệ thống làm lạnh phụ nhiệt iện và bộ giãn nở (Bộ mở rộng)
Schoenfield và cộng sự. (2008) và Schoenfield et al. (2012) là tài liệu tham khảo
ầu tiên ược tìm thấy thử nghiệm TSS trong nhà máy lạnh xuyên tới hạn một cấp
CO2. Họ ã sử dụng các mô-un nhiệt iện Bismuth-Telluride giữa bộ trao ổi nhiệt vi
kênh ở phía lạnh và một ống nhiệt kín một tầng hoạt ộng với R22 làm chất làm
lạnh truyền nhiệt ra môi trường. Họ ã thử nghiệm TSS dưới dòng iện thay ổi ược
áp dụng cho các phần tử nhiệt iện. Về COP, họ quan sát thấy rằng sự cải thiện cao
nhất ã ạt ược ối với dòng ầu vào thấp, iều kiện tại ó COPTSS cao nhất, tuy nhiên,
mức tăng COP ược giảm ối với dòng ầu vào cao hơn. Tuy nhiên, họ quan sát thấy
rằng công suất của hệ thống cũng tăng lên khi dòng ầu vào tăng lên. Họ ã thiết lập
hai kịch bản ể so sánh với hệ thống ường cơ sở. Khi giá trị COP tổng thể ược tối
a hóa, họ o mức tăng COP 3,3% với mức tăng 7,9% về công suất và khi hàm mục
tiêu là công suất, họ o ược mức tăng 18,7% về công suất cùng với mức giảm 2,1%
của COP tổng thể. Họ cũng ánh giá về mặt lý thuyết khả năng kích hoạt TSS bằng
cách sử dụng năng lượng ược tạo ra bởi máy phát iện-giãn nở (Hình 14), i ến kết
luận rằng nó có thể cung cấp khả năng tăng cường 13% COP và tăng 11% công
suất, các giá trị cao hơn giá trị thu ược bằng thực nghiệm.
Sarkar (2013) ã ánh giá về mặt lý thuyết một hệ thống nén CO2 một giai oạn sử
dụng TSS ể cung cấp khả năng làm lạnh con ở lối ra của bộ làm mát khí. Sử dụng
giá trị không ổi của hiệu suất ẳng hướng của máy nén là 75% và TSS dựa trên 100
cặp bitmut-telluride, ông ã tối ưu hóa hiệu suất thiết lập cho nhiệt ộ ầu ra của bộ lOMoAR cPSD| 36991220
làm mát bằng khí từ 30 ến 50ºC và mức bay hơi từ -15 ến 5ºC. Ông nhấn mạnh
rằng một hệ thống như vậy ược liên kết với ba tham số tối ưu hóa: áp suất cao,
mức ộ làm mát phụ và ầu vào hiện tại cho TSS. Ông ã ịnh lượng là sự cải thiện tối
a cho dòng iện ầu vào là 11A, tăng 25,6% COP và giảm 15,4% áp suất xả. Tiếp
theo, Yazawa et al. (2015) và Yazawa et al. (2016) ã ánh giá về mặt lý thuyết lợi
nhuận nhiệt ộng lực học của việc sử dụng TSS giả ịnh cho hệ thống iều hòa không
khí cho các trung tâm dữ liệu. Sử dụng các phần tử nhiệt iện có hiệu suất ẳng
hướng áng kể là 1,5 và 70% cho máy nén, họ dự oán cải thiện COP 20% ở nhiệt
ộ ầu ra của bộ làm mát phụ là 12ºC cho nhiệt ộ ầu ra của bộ làm mát khí là 40ºC.
Họ cũng trình bày một phân tích chi phí của TSS, ánh giá chi phí tối thiểu của
TSS là 1,5 ến 3 ô la · W-1 của công suất làm mát, một chi phí tương ương với chi
phí của một bộ trao ổi nhiệt theo các tác giả. (2017b) ã nghiên cứu về mặt lý thuyết
việc sử dụng TSS cho chu trình làm lạnh CO2 một cấp nén kép, thu ược kết luận
tương tự như các tác giả khác. Ngoài ra, họ còn phân tích khả năng tích hợp bộ
mở rộng trong hệ thống (Hình 14) và bộ tạo iện tương ứng ể cung cấp dòng iện
một chiều cần thiết cho TSS. Họ ã ánh giá sự phân bổ hai lần có thể có của thiết
bị giãn nở, một giữa bình làm lạnh con và bình tích lũy và phân bổ thứ hai giữa
bình và thiết bị bay hơi. Phân tích của họ xác nhận rằng vị trí tốt nhất là sau bộ
làm lạnh con và ối với vị trí ó, hệ thống với TSS và bộ mở rộng dự oán cải thiện
COP 37,8%. Và cuối cùng, Jamali et al. (2017) ã ưa ra một bước tiến và cũng ược
coi là TSS bao gồm một máy phát nhiệt iện hai giai oạn thu hồi năng lượng tại bộ
làm mát khí ể cung cấp năng lượng ầu vào cho một bộ làm mát nhiệt iện hai cấp
khác cung cấp làm lạnh phụ cho CO2 ở ầu ra khí. -làm lạnh. Mô phỏng của họ ở
nhiệt ộ ầu ra của bộ làm mát bằng khí tạo thành 35 ến 50ºC và nhiệt ộ bay hơi từ
-10 ến 10ºC chỉ ra rằng, máy phát nhiệt iện chỉ cung cấp một phần công suất cần
thiết cho bộ làm mát nhiệt iện và trong chu kỳ ược ề cập, sự cải thiện COP ạt
18,9%. ở 5ºC bay hơi. Tuy nhiên, không có xác nhận thực nghiệm nào ược trình bày. lOMoARcPSD| 36991220
Từ tổng quan tài liệu về hệ thống làm lạnh phụ nhiệt iện, có thể nhận thấy rằng
từ quan iểm lý thuyết, khả năng nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh CO2 là rất
lớn, từ 3,3 ến 37,8%, tuy nhiên thách thức chính của công nghệ này là tích hợp
các phần tử nhiệt iện với các bộ trao ổi nhiệt tương ứng, trong ó cần giảm thiểu
iện trở nhiệt ể tránh giảm COP hoạt ộng của các phần tử nhiệt iện.
Nghiên cứu sâu hơn, ặc biệt là với cách tiếp cận thực nghiệm là cần thiết.
2.7.3. Other hybrid systems (các hệ thống kết hợp khác)
Tài liệu tiết lộ một số phương pháp rải rác khác ể cải thiện hiệu suất của hệ thống
lạnh CO2. Mặc dù một số người trong số họ không trực tiếp tập trung vào việc ạt
ược ộ lạnh phụ ở lối ra của bộ làm mát khí, sơ ồ nguyên tắc của họ cho thấy iều ó
là có thể và trong hầu hết các trường hợp, nó nên ược khuyến khích. Arora và
cộng sự. (2011) về mặt lý thuyết ã kết hợp một nhà máy làm lạnh CO2 một giai
oạn với một nhà máy hấp thụ BrLi-H2O một giai oạn, ược kích hoạt bằng cách thu
hồi nhiệt ở bộ làm mát bằng khí và ược sử dụng ể cung cấp thêm công suất trong
thiết bị bay hơi, ở cùng mức nhiệt ộ mà hệ thống làm lạnh hệ thống. Họ ước tính
công suất tăng từ 3,5 ến 49,8% và tăng COP tổng thể từ 3,7 ến 48,9%. Tuy nhiên,
các tác giả ã không nghiên cứu việc sử dụng khả năng làm lạnh của hệ thống hấp
thụ ể cung cấp làm lạnh phụ ở lối ra của bộ làm mát khí, phương pháp cũng sẽ
giảm áp suất làm việc tối ưu và có lợi cho hoạt ộng của máy nén. Làm lạnh con
bằng hệ thống hấp thụ ã ược phân tích bởi Salajeghe và Ameri (2016). Họ kết luận
rằng sự kết hợp này làm giảm áp suất làm việc cao tối ưu, cải thiện hệ số sử dụng
năng lượng và giảm mức tiêu thụ năng lượng liên quan ến các hệ thống nén hơi
thông thường. Hấp thụ H2O với hệ thống làm lạnh CO2 ể cung cấp 'sau khi làm
mát' ở lối ra của bộ làm mát khí. Tuy nhiên, không có nghiên cứu thực nghiệm
nào ược tìm thấy về sự tích hợp của cả hai hệ thống.
Ngoài ra, Mazzola et al. (2016) ã phân tích dữ liệu thử nghiệm từ việc lắp ặt siêu
thị CO2 sử dụng hệ thống làm lạnh nước ngầm. Hệ thống làm lạnh phụ ược kích
hoạt ở nhiệt ộ môi trường từ 25ºC, ạt ến mức giảm áp suất cao tối ưu là 15bar ở
35ºC và tiết kiệm 30% năng lượng trong suốt một năm. lOMoARcPSD| 36991220
Cuối cùng, Chen và cộng sự. (2017) về mặt lý thuyết ã phân tích và tối ưu hóa
chu trình làm lạnh CO2 hỗn hợp ược hỗ trợ bởi hệ thống làm mát phun ra iều khiển
bằng nhiệt bị loại bỏ bởi chu trình CO2. Ở nhiệt ộ bay hơi từ 0 ến 10ºC, hệ thống
hybrid cho phép tăng 25-30% tổng COP.
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
Trong những năm gần ây, việc sử dụng các phương pháp làm lạnh phụ ã ược
nghiên cứu và các phát triển khác nhau ã chỉ ra rằng quá trình làm lạnh phụ của
CO2 ở lối ra của bộ làm mát khí / bình ngưng có nhiều ưu iểm liên quan ến chu
trình làm lạnh nhân tạo, iều này làm cho nó trở thành một cải tiến cần ược xem
xét. nâng cao hiệu suất của các chu trình như vậy.
Bài báo này ánh giá toàn diện các công việc ã thực hiện cho ến nay, và các
kết luận sau ây ã thu ược từ quá trình xem xét: -
Làm lạnh phụ bằng CO2, với các phương pháp bên trong hoặc bên ngoài,
nâng cao hiệu suất của chu trình nếu COP của hệ thống làm lạnh phụ cao hơn mức
ạt ược của chu trình CO2 cô lập. Trong tình hình ó, lợi ích của việc làm lạnh phụ
là tăng công suất lớn và cải thiện COP tổng thể. Tuy nhiên, sự cải thiện dự kiến
trong iều kiện tới hạn thấp hơn so với iều kiện tới hạn (nhiệt ộ thải nhiệt cao), bởi
vì trong iều kiện tới hạn, làm lạnh phụ làm giảm áp suất làm việc tối ưu và tối a
hóa sự cải thiện. Việc tối ưu hóa nhà máy CO2 với hệ thống làm lạnh phụ liên
quan ến ít nhất hai biến số, áp suất loại bỏ nhiệt tối ưu và mức ộ làm lạnh phụ, cả
hai ều liên quan ến loại hệ thống làm lạnh phụ. -
Về các phương pháp bên trong ể cung cấp khả năng làm lạnh phụ: hiển
nhiên là việc sử dụng bộ trao ổi nhiệt bên trong (IHX) là bắt buộc khi CO2 hoạt
ộng trong iều kiện tới hạn, với mức tăng COP ược báo cáo lên ến 20% hoặc thậm
chí hơn, nhưng thành phần này có nhược iểm là tăng nhiệt ộ xả. Sự kết hợp của
IHX với các phần tử thu hồi năng lượng giãn nở (bộ phóng và bộ giãn nở) cho kết
quả tiêu cực, vì IHX phạt các phần tử ó. Tiết kiệm các chu trình CO2, thường ược
sử dụng với các hệ thống nén hai giai oạn, cho thấy sự cải thiện COP lên ến 15,2%, lOMoAR cPSD| 36991220
việc sử dụng hệ thống làm lạnh cơ học tích hợp lên ến 17,5% và sự kết hợp với
hệ thống lưu trữ nhiệt lên ến 3,5%. -
Xem xét các hệ thống làm lạnh phụ bên ngoài: các hệ thống làm mát phụ
cơ học chuyên dụng, thường dựa trên việc sử dụng hệ thống nén hơi bổ sung với
một chất làm lạnh khác, ã ược nghiên cứu rộng rãi, với dự oán cải thiện COP lên
ến 28,8% và lên ến 67,7% bằng cách sử dụng hệ thống làm mát phụ chuyên dụng
cùng với bộ mở rộng. Tuy nhiên, cách tiếp cận lý thuyết dường như dựa trên các
giả ịnh thận trọng, vì công trình thử nghiệm ược ánh giá ã báo cáo mức tăng COP
gần lên ến 40%. Người ta ề cập rằng làm lạnh con làm giảm kích thước của hệ
thống lạnh CO2, tuy nhiên, nghiên cứu hiện có không ề cập ến nó. Hệ thống làm
lạnh phụ nhiệt iện ược cho là sẽ tăng cường COP của chu kỳ từ 20 ến 25,6%,
nhưng sự kết hợp của nó với các hệ thống thu hồi năng lượng (bộ giãn nở hoặc
máy phát nhiệt iện) làm tăng con số này lên ến 37,8%. Tuy nhiên, nhược iểm
chính của tản nhiệt phụ vẫn phụ thuộc vào thiết kế của bộ trao ổi nhiệt kết hợp các
phần tử nhiệt iện với bộ làm mát phụ, nơi mà iện trở nhiệt có một vai trò quan trọng.
Kết luận từ nghiên cứu thực tế cho thấy làm lạnh phụ là một phương pháp áng giá
ể tăng hiệu suất của hệ thống lạnh CO2, tuy nhiên, do cách tiếp cận gần ây của nó,
các ối tượng sau ây cần ược chú ý thêm: -
Các iều kiện tối ưu (lý thuyết hoặc thực nghiệm) của các phương pháp cơ
học tích hợp và bên ngoài (mức ộ làm lạnh phụ và áp suất cao tối ưu) chưa ược
nghiên cứu rộng rãi. Cần phải ưa vào phân tích việc giảm kích thước hệ thống
CO2 và cũng cần có phương pháp tiếp cận kinh tế nhiệt ể ạt ược kết luận chắc chắn. -
Do sự phức tạp của hệ thống, nghiên cứu thử nghiệm là cần thiết với các hệ
thống làm mát phụ cơ học tích hợp và các chu trình tiết kiệm, vì nghiên cứu thực
tế chưa ạt ến giới hạn cải tiến. Ngoài ra, các hệ thống làm lạnh phụ chuyên dụng
phải ược khám phá từ cách tiếp cận thử nghiệm, trong ó việc sử dụng hỗn hợp lOMoAR cPSD| 36991220
chất làm lạnh trong chu trình làm lạnh phụ thậm chí có thể nâng cao hiệu suất hơn
nữa. Cần giải quyết các hệ thống thu hồi nhiệt tích hợp với chu trình làm lạnh và
các hệ thống dựa trên vật liệu thay ổi pha. -
Sự kết hợp của các chu trình làm lạnh CO2 với các hệ thống thu hồi nhiệt ể
làm lạnh con như hệ thống hấp thụ hoặc hệ thống hấp phụ là gần như không tồn
tại. Các công trình lý thuyết ã xuất bản chỉ ra rằng sự kết hợp của các hệ thống
này sẽ rất khả quan, tuy nhiên, việc ánh giá thực nghiệm sự kết hợp của nó là một thách thức cơ học. -
Các chu trình làm lạnh CO2 gần ây dựa vào việc sử dụng các ầu phun và
nén song song, mang lại kết quả tuyệt vời. Tuy nhiên, việc giới thiệu các hệ thống
làm mát con chuyên dụng cho chúng vẫn chưa ược khám phá rộng rãi. Trong
trường hợp của máy phun, hệ thống làm mát phụ có thể thu hẹp các iều kiện hoạt
ộng của nó và giúp họ ơn giản hóa thiết kế hoặc quy ịnh của nó. lOMoARcPSD| 36991220
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0140700718302160
2.http://repositori.uji.es/xmlui/bitstream/handle/10234/177108/INTERNATION
AL_JOURNAL_OF_REFRIGERATION.pdf;jsessionid=659E3A2B8463C6A72 C76B6B065C2A00B?sequence=1 lOMoARcPSD| 36991220 PHỤ LỤC
Table 1. Improvements of CO2 refrigeration systems with different subcooling systems. Simple effects.
Table 2. Conducted research to quantify the COP improvement due to IHX in the
classical position in CO2 refrigeration plants lOMoARcPSD| 36991220
Table 3. Conducted research to quantify the COP improvement due to IHX in non-
classical positions in CO2 refrigeration systems
Table 4. Research quantifying the influence of the IHX with ejectors and
expanders in CO2 refrigeration systems lOMoARcPSD| 36991220
Table 5. Research quantifying the influence of the integrated mechanical
subcooler in CO2 refrigeration systems lOMoARcPSD| 36991220
Table 6. Research quantifying the influence of the integrated mechanical
subcooler in CO2 refrigeration systems
Table 7. Research quantifying the influence of the dedicated mechanical
subcooling system in CO2 refrigeration cycles lOMoARcPSD| 36991220
Table 8. Research quantifying the influence of the thermoelectric subcooling
system in CO2 refrigeration cycles lOMoARcPSD| 36991220
Tài liệu liên quan:
-
Green Hydrogen Cost Reduction: Scaling up Electrolysers to Meet the 1.5°C Climate Goal | Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
28 14 -
Global Hydrogen Review môn Kinh tế năng lượng | Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
26 13 -
Nghiên cứu hiệu suất nhà máy điện nhiệt mặt trời | Môn Kinh tế năng lượng - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
102 51 -
Subcooling methods for CO2 refrigeration cycles-a review | Môn Kinh tế năng lượng - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
84 42 -
Tóm tắt quản lý năng lượng | Môn Kinh tế năng lượng - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
122 61