Công thức tính tỷ lệ chuyển hóa nhiệt của máy nén khí

Ý nghĩa cơ bản của hệ số chuyển hóa nhiệt của máy nén khí

Trong quá trình vận hành, sau khi điện năng được đưa vào, máy nén khí sẽ chuyển hóa thành nhiệt thông qua các quá trình như nén, ma sát, tản nhiệt qua đường dầu và hệ thống làm mát. Khi bàn luận về tỷ lệ chuyển hóa nhiệt, người ta thường chú trọng đến mối quan hệ tỷ lệ giữa lượng nhiệt có thể thu hồi và năng lượng đầu vào. Chỉ số này có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả trong các ứng dụng tiết kiệm năng lượng như thu hồi nhiệt thải, làm mát phòng máy hoặc sản xuất nước nóng.

Công thức tính toán chung

Hiệu suất chuyển hóa nhiệt = Nhiệt lượng có thể thu hồi ÷ Năng lượng đầu vào × 100%

Nếu tính theo chu kỳ thời gian, năng lượng đầu vào có thể được xác định bằng lượng điện tiêu thụ của máy nén khí trong khoảng thời gian tương ứng; còn nhiệt lượng có thể thu hồi chính là phần nhiệt lượng bị môi chất làm mát mang đi và có thể được tận dụng. Công thức có thể được viết như sau:

• Hiệu suất chuyển hóa nhiệt η = Qthu hồi ÷ Ein × 100%
• Ein = P × t, trong đó P là công suất đầu vào, t là thời gian vận hành.
• Qrecover cần được tính toán riêng biệt kết hợp với gió nóng, nước nóng hoặc các phương thức trao đổi nhiệt khác.

Khi tính toán, cần bảo đảm các đơn vị thống nhất; ví dụ, tất cả đều quy đổi về joule hoặc kilowatt-giờ.

Tính toán trong bối cảnh thu hồi nước nóng

Khi nhiệt thải của máy nén khí được sử dụng để làm nóng nước, lượng nhiệt thu hồi có thể được tính toán dựa trên lưu lượng khối lượng của nước, nhiệt dung riêng và chênh lệch nhiệt độ giữa nước vào và nước ra:

Qnước = m × c × ΔT

• m: Khối lượng nước được đun nóng, hoặc lưu lượng khối lượng trên đơn vị thời gian
• c: Nhiệt dung riêng của nước, nên lấy giá trị theo các thông số vật lý thường dùng trong kỹ thuật.
• ΔT: Hiệu số giữa nhiệt độ nước đầu ra và nhiệt độ nước đầu vào

Nếu tính công suất nhiệt trên đơn vị thời gian, có thể thay thế khối lượng bằng lưu lượng khối lượng để thu được lượng nhiệt thu hồi trong một đơn vị thời gian.

Tính toán trong bối cảnh thu hồi khí nóng

Khi đối tượng thu hồi là khí nóng làm mát, có thể ước tính bằng lưu lượng không khí, mật độ không khí, nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi và chênh lệch nhiệt độ:

Qair = ρ × L × cp × ΔT

• ρ: Khối lượng riêng của không khí, phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất
• L: Lưu lượng thể tích
• cp: Nhiệt dung riêng theo áp suất không đổi của không khí
• ΔT: Hiệu số giữa nhiệt độ gió thải và nhiệt độ gió vào

Việc thu hồi nhiệt gió thường được áp dụng trong thông gió phòng máy, sưởi ấm mùa đông hoặc làm nóng sơ bộ trong quy trình công nghệ; lượng nhiệt thực tế có thể tận dụng bị ảnh hưởng bởi trở lực của đường dẫn gió, tổn thất do trộn lẫn và hiệu suất truyền nhiệt.

Phương pháp xác định năng lượng đầu vào

Năng lượng đầu vào cần được xác định dựa trên số liệu đo đạc thực tế; các phương pháp phổ biến bao gồm đọc chỉ số từ đồng hồ điện, thiết bị đo công suất hoặc nhật ký tiêu thụ năng lượng trong hệ thống điều khiển. Nếu chỉ tiến hành ước tính lý thuyết, có thể tham khảo công suất ghi trên nhãn thiết bị và tình trạng tải; tuy nhiên, cần tránh lấy thẳng công suất ở chế độ đầy tải để thay thế cho mức tiêu thụ thực tế, vì điều này có thể dẫn đến sai số trong kết quả.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tỷ lệ chuyển hóa nhiệt

• Loại máy nén khí, hệ số tải và điều kiện vận hành
• Phương thức làm mát, chẳng hạn như làm mát bằng gió, làm mát bằng dầu hoặc làm mát bằng nước
• Vị trí lắp đặt của thiết bị thu hồi nhiệt thải và đường dẫn truyền nhiệt
• Bảo ôn đường ống, lưu lượng chất lỏng và độ ổn định của chênh lệch nhiệt độ
• Nhiệt lượng có được sử dụng liên tục hay không, và đầu dùng nhiệt có phù hợp hay không

Lời khuyên sử dụng

Khi tiến hành tính toán tiết kiệm năng lượng, nên phân tách hiệu suất chuyển hóa nhiệt thành ba yếu tố: tỷ lệ sinh nhiệt lý thuyết, tỷ lệ có thể thu hồi và tỷ lệ sử dụng thực tế, rồi lần lượt phân tích từng yếu tố. Nếu dùng để nghiệm thu dự án hoặc đánh giá cải tạo tiết kiệm năng lượng, cần ghi lại các số liệu hiện trường như thời gian vận hành, điện năng tiêu thụ, lưu lượng, nhiệt độ đầu vào và đầu ra, đồng thời lưu giữ quá trình tính toán để phục vụ công tác kiểm tra, rà soát.