Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật Nhiệt-Lạnh và Điều hòa không khí, cụ thể là: Môi chất lạnh, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Máy lạnh, cấu trúc cơ bản của hệ thống lạnh và hệ thống ĐHKK. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 sau đây!
Chương III CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH §1 CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH Mục tiêu: - Trình bày ý nghĩa kỹ thuật lạnh đời sống kỹ thuật; - Trình bày ứng dụng kỹ thuật lạnh đời sống kỹ thuật; - Trình bày yêu cầu môi chất lạnh; - Vẽ trình bày phương pháp làm lạnh bản; - Chú ý cẩn thận tỉ mỉ trình vẽ hình I Ý NGHĨA CỦA KỸ THUẬT LẠNH Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm Năm 1745 nhà bác học Nga Lômônôxốp luận án tiếng “Bàn nguyên nhân nóng lạnh“ cho rằng: Những trình sống thối rửa diễn nhanh nhiệt độ cao kìm hãm chậm lại nhiệt độ thấp Thật vậy, biến đổi thực phẩm tăng nhanh nhiệt độ 40 oC ÷50 oC nhiệt độ thích hợp cho hoạt hố men phân giải (Enzim) thân thực phẩm vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp phản ứng hoá sinh thực phẩm bị ức chế Trong phạm vi nhiệt độ bình thường giảm 10oC tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động men phân giải không tiêu diệt chúng Nhiệt độ xuống 0oC, phần lớn hoạt động Enzim bị đình Tuy nhiên số men Lipaza, Trypsin, Catalaza nhiệt độ -191oC không bị phá huỷ Nhiệt độ thấp khả phân giải giảm, ví dụ men Lipaza phân giải mỡ Khi nhiệt độ giảm hoạt động sống tế bào giảm do: - Cấu trúc tế bào bị co rút - Độ nhớt dịch tế bào tăng - Sự khuyếch tán nước chất tan tế bào giảm - Hoạt tính Enzim có tế bào giảm 53 Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống độc lập với thể sống Vì khả chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật khơng bị chết nước chưa đóng băng Tế bào động vật có cấu trúc hoạt động sống phức tạp, gắn liền với thể sống Vì khả chịu lạnh Đa số tế bào động vật chết nhiệt độ giảm xuống oC so với thân nhiệt bình thường Tế bào động vật chết chủ yếu độ nhớt tăng phân lớp chất tan thể Một số lồi động vật có khả tự điều chỉnh hoạt động sống nhiệt độ giảm, thể giảm hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường điều kiện mơi trường khoảng thời gian định Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống chúng phục hồi, điều ứng dụng vận chuyển động vật đặc biệt thuỷ sản dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt giảm chi phí vận chuyển * Ảnh hưởng lạnh vi sinh vật - Khả chịu lạnh lồi vi sinh vật có khác Một số lồi chết nhiệt độ 20oC ÷ 0oC Tuy nhiên số khác chịu nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ hạ xuống thấp nước tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng tế bào sinh vật Mặt khác nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mơi trường khuyếch tán chất tan, gây biến tính nước làm cho vi sinh vật chết Trong tự nhiên có loại vi sinh vật thường phát triển theo chế độ nhiệt riêng Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhiệt độ -10oC hầu hết ngừng hoạt động trừ loài Mucor, Rhizopus, Penicellium Để ngăn ngừa mốc phải trì nhiệt độ -15oC Các lồi nấm sống nơi khan nước tối thiểu phải đạt 15% nhiệt độ -18oC, 86% lượng nước đóng băng, cịn lại 14% khơng đủ cho vi sinh vật phát triển Vì để bảo quản thực phẩm lâu dài cần trì nhiệt độ kho lạnh -18oC Để bảo thực phẩm người ta thực nhiều cách như: phơi, sấy khơ, đóng hộp bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo quản lạnh tỏ có ưu điểm bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nơng sản thích hợp phương pháp - Việc thực bảo quản nhanh chóng hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ nhiều loại thực phẩm nông sản - Bảo tồn tối đa thuộc tính tự nhiên thực phẩm, giữ gìn hương vị, màu sắc, vi lượng dinh dưỡng thực phẩm * Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm: có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm xử lý lạnh xử lý lạnh đông: 54 a Xử lý lạnh Là làm lạnh sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu Nhiệt độ bảo quản phải nằm điểm đóng băng sản phẩm Đặc điểm sau xử lý lạnh, sản phẩm mềm, chưa bị hóa cứng đóng băng b Xử lý lạnh đông Là kết đông (làm lạnh đông) sản phẩm Sản phẩm hồn tồn hóa cứng hầu dịch sản phẩm đóng thành băng Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt 8oC, nhiệt độ bề mặt đạt từ -18oC đến -12oC Xử lý lạnh đơng có hai phương pháp + Kết đông hai pha: Thực phẩm nóng làm lạnh từ 37 oC xuống khoảng 4oC sau đưa vào thiết bị kết đơng để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -8oC + Kết đơng pha: Thực phẩm cịn nóng đưa vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt -8oC Kết đông pha có nhiều ưu điểm so với kết đơng hai pha tổng thời gian q trình giảm, tổn hao khối lượng nước giảm nhiều, chi phí lạnh diện tích buồng lạnh giảm Đối với chế biến thịt thường sử dụng phương pháp pha Đối với hàng thuỷ sản phải qua khâu chế biến tích trữ kho chờ đơng nên thực tế diễn pha Ở chế độ bảo quản lạnh giai đoạn đầu trình kết động hai pha, người ta phải gia lạnh sản phẩm Thông thường thực phẩm gia lạnh mơi trường khơng khí với thơng số sau: - Độ ẩm khơng khí buồng: 85% ÷ 90% - Tốc độ khơng khí đối lưu tự nhiên: 0,1 m/s đến 0,2 m/s; đối lưu cưỡng cho phép 0,5 m/s (kể rau quả, thịt, cá, trứng ) Trong kho lạnh có buồng gia lạnh riêng biệt Song sử dụng buồng bảo quản lạnh để gia lạnh Khi đó, số lượng sản phẩm đưa vào phải phù hợp với suất lạnh buồng Các sản phẩm nóng phải bố trí cạnh dàn lạnh để rút ngắn thời gian gia lạnh Sản phẩm gia lạnh xong phải thu dọn xếp vào vị trí hợp lý buồng để tiếp tục gia lạnh đợt Ứng dụng sản xuất bia, nước Bia sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận cách lên men rượu nhiệt độ thấp dịch đường (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch 55 vv ), nước hoa húp lơng Qui trình công nghệ sản xuất bia trải qua nhiều giai đoạn cần phải tiến hành làm lạnh đảm bảo yêu cầu Ứng dụng cơng nghiệp hố chất Trong cơng nghiệp hố chất hố lỏng chất khí sản phẩm cơng nghiệp hố học Clo, Amơniắc, Cacbonnic, Sunfuarơ, loại chất đốt, khí sinh học vv Kỹ thuật lạnh ứng dụng để: - Tách chất từ hỗn hợp - Điều khiển tốc độ phản ứng Ứng dụng điều hồ khơng khí Ngày kỹ thuật điều hồ sử dụng rộng rãi đời sống công nghiệp Khâu quan trọng hệ thống điều hồ khơng khí hệ thống lạnh Máy lạnh sử dụng để xử lý nhiệt ẩm khơng khí trước cấp vào phịng Máy lạnh khơng sử dụng để làm lạnh mùa hè mà cịn đảo chiều để sưởi ấm mùa đơng Điều hồ khơng khí sử dụng với mục đích: - Phục vụ sống tiện nghi người (Hệ thống điều hoà đời sống, dân dụng…) - Phục vụ trình sản xuất (Hệ thống điều hồ cơng nghiệp…) Ứng dụng siêu dẫn Một ứng dụng quan trọng kỹ thuật lạnh sử dụng kỹ thuật siêu dẫn Người ta nhận thấy làm lạnh chất dẫn điện xuống nhiệt độ thấp điện trở Thơng thường nhiệt độ thấp Khi dây đạt nhiệt độ siêu dẫn sử dụng vật liệu dẫn điện mà không gây tổn thất điện đường dây Trong trường hợp ứng dụng để tạo nam châm cực lớn máy gia tốc nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, đệm từ cho tàu cao tốc, nam châm điện cầu cảng vv… Ứng dụng y tế sinh học cryô a Ứng dụng y tế Các ứng dụng kỹ thuật lạnh y tế phong phú, từ việc điều hoà bệnh viện, bảo quản thuốc buồng lạnh, đến bảo quản phận thể b Kỹ thuật Cryô Kỹ thuật lạnh ngày đóng vai trị quan trọng nơng, lâm nghiệp, sinh học, vi sinh vv Kỹ thuật lạnh thâm độ cịn gọi kỹ thuật Cr (-80oC ÷ -196oC) 56 hỗ trợ đắc lực cho việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông, gây đột biến kỹ thuật khác lai tạo giống Ứng dụng thể thao Trong số môn thi đấu nhà người ta trì nhiệt độ thấp để khơng làm ảnh hưởng tới sức khoẻ nâng cao thành tích vận động viên Trong hầu hết nhà thi đấu có trang bị hệ thống điều hồ khơng khí Trong thể thao kỹ thuật lạnh ứng dụng rộng rãi Trong môn trượt băng nghệ thuật, để tạo sân băng người ta dùng hệ thống lạnh để tạo băng theo yêu cầu Ứng dụng xây dựng Quá trình kết rắn bê tơng gắn liền với q trình toả nhiệt, nhiệt Hydrat hố tuỳ theo thành phần xi măng đạt từ 250 kJ/kg đến 500 kJ/kg xi măng Nhiệt toả mơi trường Các thử nghiệm cho thấy nửa lượng nhiệt toả ngày đầu toàn nhiệt lượng toả suốt năm kết thúc Do bê tông toả nhiệt nên nhiệt độ tăng khoảng 20 oC đến 30oC so với nhiệt độ môi trường Đối với tường mỏng nhiệt khơng q quan trọng nhiệt nhanh chóng toả mơi trường nhiệt độ tường trì xem đồng Nhưng cơng trình đổ khối bê tơng lớn, ví dụ đập chắn sóng Do hệ số dẫn nhiệt bê tông =2 W/mK hệ số dẫn nhiệt độ a= 0,004 m2/h, nên nhiệt toả từ khối bê tông bên chậm, ảnh hưởng định đến chất lượng bê tông Khi tường dày 2m thời gian làm lạnh ngày, tường dày 60m thời gian làm nguội lên đến 10 năm mà hiệu nhiệt độ so với mơi trường bên ngồi khơng giảm xuống cịn nửa so với lúc ban đầu Như vậy, bề mặt đập lạnh đông cứng từ lâu mà tường đập nhiệt độ cao Sự chênh lệch nhiệt độ tạo ứng lực kéo bề mặt đập gây vết rạn nứt bê tông Do thải nhiệt tự môi trường để tránh hiệu nhiệt độ cao tâm tường bề mặt tường cần phải có biện pháp làm lạnh nhân tạo tường đập đổ bê tơng Có phương pháp khả thi sau đây: + Đặt ngầm đường ống làm lạnh bên đập: Người ta bố trí ống nước lạnh đường kính 25mm đập cách theo chiều ngang khoảng 2,4 m; chiều cao khoảng 3m liên tục bơm nước lạnh qua để thải nhiệt cho bê tông Tốc độ nước ống khoảng 0,6 m/s + Làm lạnh cách trộn thêm nước đá: Làm lạnh vữa bê tơng xuống khoảng 4oC sau cho thêm vào vữa nước đá dạng đá mảnh, đá vụn tính tốn cho dung nhiệt đủ để cân tồn nhiệt Hydrat hố 57 Nước trộn bê tông làm lạnh máy sản xuất nước lạnh đến oC Nước đá đưa vào máy trộn cần nghiền nhỏ để nước đá tan nhanh Tốc độ tan đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhiệt độ máy trộn, kích thước cục đá lượng đá trộn máy trộn Đá phải đảm bảo tan hết vữa bê tông khỏi máy trộn Ứng dụng khác a Công nghệ lai tạo giống thực vật Trong kỹ thuật sinh học lai tạo giống phục vụ ngành nông, lâm nghiệp, yêu cầu thực tế đặt cần lai tạo giống có khả chịu đựng điều kiện khí hậu khắc nghiệt để gieo trồng vùng khí hậu định Có giống địi hỏi chịu đựng nhiệt độ cao, khơng khí khơ hạn, có giống địi hỏi phải chịu đựng khí hậu lạnh, ẩm ướt Ở số viện nghiên cứu lai tạo giống thực vật người ta xây dựng phòng thử nghiệm, nhà kính người ta trồng loài thực vật thử nghiệm, nhiệt độ khơng khí điều chỉnh Những phịng thí nghiệm người ta gọi Phytotron Các thơng số khí hậu điều chỉnh phịng nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2, cường độ chiếu sáng vv Điều kiện chiếu sáng mô ngày đêm b Làm mát động máy phát Nhiệt độ môi trường cao, khối lượng khơng khí hút vào động đốt nhỏ cơng suất động giảm Bằng cách làm lạnh khơng khí cấp cho động người ta nâng cơng suất động lên cao Khơng khí cấp cho động Diesel làm lạnh trực tiếp nhờ chu trình nén khí gián tiếp nhờ môi chất lạnh sôi II CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH Tủ lạnh nước đá đơn giản Hình 1.1 biểu diễn tủ lạnh đơn giản nước đá Đó tủ cách nhiệt, bên có ngăn đựng đá cục Đá tan 0oC nên nhiệt độ tủ lạnh xuống đến 0oC Nếu dùng nước đá NaCl đạt -21oC nước đác CaCl2 đạt -55oC nước đá khơ (CO2 rắn) đạt -78oC 58 1: Tủ cách nhiệt; 2: Nước đá; 3: Ống nước xả; 4: Giá để thực phẩm; 5: Dòng nhiệt truyền vào tủ lạnh Hình 1.1 Tủ lạnh dùng nước đá Làm lạnh bay chất lỏng Khi bay (hoặc sôi) chất lỏng thu nhiệt Khi chất lỏng bay nhiệt độ thấp thu nhiệt môi trường tạo hiệu ứng lạnh Khi trời nóng bức, sau tắm xong, đứng trước quạt ta thấy mát, nước thể bay thu nhiệt thể Cồn, xăng, ete… chất dễ bay Cồn gas butan( bật lửa) cho hiệu ứng tương tự Đối với gas lạnh thông thường NH3, R12, R22… chất có nhiệt độ sơi thấp, để chất lỏng dây vào da gây bỏng lạnh nhiệt độ thấp bay tức thời làm chết tế bào giống bị bỏng nóng Tủ lạnh R12 sơi áp suất khí Hình 1.2 mô tả tủ lạnh nhờ hiệu ứng lạnh từ bốc gas lỏng R12 áp suất khí Nhiệt độ tủ lạnh đạt tới gần -29,8oC 1: Bình bốc hơi; 2: R12 lỏng; 3: Ống thơng Hình 1.2 Tủ lạnh R12 sơi tự nhiên khí Tủ lạnh khống chế áp suất sơi Nếu muốn tạo nhiệt độ phù hợp tủ, cần phải khống chế áp suất sôi Thật vậy, nối ống (hình 1.3) vào máy nén điều chỉnh số vịng quay vơ cấp ta điều chỉnh áp suất sôi ý muốn Khi cho máy nén quay chậm, tạo áp suất 3,1 bar bình bay hơi, nhiệt độ sơi oC máy nén quay nhanh , tạo áp suất 0,6 bar nhiệt độ sôi -41oC 59 1: Vỏ cách nhiệt; 2: Bình bốc hơi; 3: R12 lỏng; 4: Ngăn đựng thực phẩm Hình 1.3 Tủ lạnh khống chế áp suất sôi Tủ lạnh với vịng tuần hồn kín gas lạnh Ta biết áp suất 12,2 bar gas R12 ngưng tụ nhiệt độ 50oC nhả nhiệt Từ hình 1.3 ta lắp thêm dàn ngưng tụ phía đầu đẩy máy nén phận tiết lưu để giảm áp suất nhiệt độ đồng thời phun gas lỏng vào dàn bay ta có hệ thống lạnh mà gas lạnh tuần hồn chu trình kín liên tục khơng bị gas lạnh Để tạo điều kiện thuận lợi cho trình trao đổi nhiệt, tủ lạnh, bình bay thay dàn bay hơi, có cánh tản nhiệt tương tự cho dàn ngưng, đơi có thêm quạt 60 1: Van tiết lưu; 2: Dàn lạnh; 3: Ống hút; 4: Máy nén; 5: Ống nén; 6: Dàn nóng; 7: Bình chứa; 8: Ống dẫn lỏng Hình 1.4 Tủ lạnh với vịng tuần hồn kín gas lạnh III MÔI CHẤT LẠNH, CHẤT TẢI LẠNH Khái niệm yêu cầu môi chất lạnh a Môi chất lạnh Môi chất lạnh chất môi giới sử dụng chu trình nhiệt động carnot ngược chiều để bơm dịng nhiệt từ mơi trường có nhiệt độ thấp đến mơi trường có nhiệt độ cao b Các yêu cầu môi chất lạnh Do đặc điểm chu trình lạnh, hệ thống thiết bị, điều kiện vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa, an toàn cháy nổ, an toàn độc hại,…, mơi chất lạnh cần phải có tính chất phù hợp sau - Tính chất bảo vệ mơi trường : Khơng làm nhiễm mơi trường, khơng có hại mơi trường - Tính chất hố học: + Phải bền vững mặt hoá học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc, không phân huỷ polyme hoá + Phải trơ mặt hoá học, khơng ăn mịn vật liệu chế tạo thiết bị hệ thống, không phản ứng với dầu bôi trơn, ôxy khơng khí ẩm + Phải an tồn, khơng gây cháy, nổ - Tính chất sinh lý : + Không độc hại người thể sống khác, không gây phản ứng với quan hơ hấ, khơng tạo khí độc hại tiếp xúc với lửa hàn vật liệu chế tạo máy + Phải có mùi đặt biệt để dễ dàng phát rị rỉ có biện pháp phịng chống an tồn Nếu mơi chất khơng có mùi co thể pha thêm chất có mùi vào để dễ nhận biết chất khơng ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh + Khơng làm hỏng hay ảnh hưởng xấu đến sản phẩm bảo quản rị rỉ - Tính chất vật lí: + Ở điều kiện mơi trường, áp suất ngưng tụ không cao để số cấp nén máy nén tốt, giảm rị rỉ mơi chất, giảm chiều dày vách thiết bị áp lực để tiết kiệm vật liệu kim loại an toàn, giảm nguy nổ vỡ thiết bị 61 + Áp suất bay không thấp điều kiện mơi trường, phải lớn áp suất khí để hệ thống khơng bị chân khơng, tránh rị lọt khơng khí vào hệ thống + Nhiệt độ đông đặc môi chất phải thấp nhiệt độ bay nhiều để mở rộng dải làm việc mơi chất phía nhiệt độ thấp + Nhiệt độ tới hạn môi chất phải cao nhiệt độ ngưng tụ nhiều để mở rộng dải làm việc mơi chất phía nhiệt độ cao + Nhiệt ẩn hoá nhiệt dung riêng môi chất lỏng lớn tốt chúng khơng đóng vai trị quan trọng việc đánh giá chất lượng mơi chất lạnh Nhiệt ẩn hố lớn, lượng mơi chất tuần hồn hệ thống nhỏ suất lạnh riêng khối lượng lớn + Độ nhớt động lực học môi chất nhỏ tốt tổn thất áp suất đường ống van giảm, nhiên môi chất dễ rị rỉ mơi trường + Hệ số dẫn nhiệt (), hệ số dẫn nhiệt độ lớn tốt + Sự hịa tan dầu mơi chất đóng vai trò quan trọng vận hành bố trí thiết bị Mơi chất hồ tan dầu hồn tồn (R12) có ưu điểm q trìng bơi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt rửa lớp dầu bám bề mặt, trình trao đổi nhiệt tốt có nhược điểm làm độ nhớt dầu giảm tăng nhiệt độ bay tỷ lệ dầu môi chất lạnh lỏng áp suất bay tăng Môi chất không hồ tan dầu (NH3) có nhược điểm q trình bay khó thực hơn, lớp dầu bám bề mặt thiết bị làm cảng trở trình trao đổi nhiệ, lại có ưu điểm khơng làm giảm độ nhớt dầu ,không làm sủi bọt dầu, không làm tăng nhiệt độ bay môi chất + Mơi chất hồ tan nhiều nước pha tốt tránh tắt ẩm cho van tiết lưu + phải khơng dẫn điện, sử dụng cho máy nén kín kín - Tính kinh tế: + Dễ chế tạo, giá thành rẻ + Dễ kiếm, nghĩa việc sản xuất vận chuyển, bảo quản dễ dàng - Trong thực tế khơng có môi chất đáp ứng tất u cầu trên, chọn mơi chất cho ứng dụng cụ thể cần phát huy ưu điểm cách tối đa hạn chế đến mức thấp nhược điểm Các mơi chất lạnh thông dụng: Các môi chất lạnh thường sử dụng như: R22, R123, R134a, R410, R32, R404A, R407C, R717…… 62 khí ẩm chưa bão hịa cịn nhận thêm nước để trở thành khơng khí ẩm bão hịa b Khơng khí ẩm bão hịa Khơng khí ẩm bão hịa khơng khí ẩm mà lượng nước đạt giá trị cực đại(G=Gmax) nước bão hịa khơ Vì khơng khí ẩm bão hịa khơng thể nhận thêm nước c Khơng khí ẩm q bão hịa Khơng khí ẩm q bão hịa khơng khí ẩm mà có phần nước ngưng tụ thành nước Gn phần lại đạt giá trị cực đại Gmax Khơng khí ẩm q bão hịa khơng nhận thêm nước được, nước tồn khơng khí ẩm q bão hịa nước bão hòa ẩm II ĐỒ THỊ i-d VÀ t-d CỦA KHƠNG KHÍ ẨM Các thơng số đặc trưng khơng khí ẩm a Độ ẩm tuyệt đối (kg/m3) Độ ẩm tuyệt đối khơng khí ẩm tỷ số lượng nước G h thể tích khơng khí ẩm V Gh V Do thể tích khơng khí ẩm thể tích nước nên độ ẩm tuyệt đối không khí ẩm khối lượng riêng nước khơng khí ẩm Nếu G=Gmax = max b Độ ẩm tương đối (%) Độ ẩm tương đối khơng khí ẩm tỷ số độ ẩm tuyệt đối so với độ ẩm tuyệt đối khơng khí ẩm bão hịa có nhiệt độ h G h max G max Độ ẩm tương đối nằm khoảng 100% Độ ẩm tương đối ứng với =0% khơng khí khơ tuyệt đối, độ ẩm tương đối ứng với =100% khơng khí ẩm bão hòa Như độ ẩm tương đối biểu thị khả nhận thêm nước khơng khí ẩm, độ ẩm bé khả lớn c Độ chứa d (kgh/kgkkk) Độ chứa d lượng nước chứa kg không khí khơ d Gh Gk 144 Dựa vào phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: d 0,622 ph p ph d Nhiệt độ đọng sương Nhiệt độ đọng sương tđs khơng khí ẩm nhiệt độ khơng khí ẩm bão hịa có phân áp suất nước với khơng khí ẩm khảo sát e Nhiệt độ nhiệt kế ướt Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư giá trị nhiệt độ nhiệt kế thông thường bầu nhiệt kế bao bọc miếng giẻ ướt f Entanpy khơng khí ẩm Entanpy khơng khí ẩm tổng entanpy khơng khí khơ entanpy nước chứa I=ik+dih=Cpkt+d(r+Cpht)=1,004t+d(2500+1,93t) Với ik entanpy khơng khí khơ ih entanpy q nhiệt khơng khí ẩm, r ẩn nhiệt hóa Đồ thị khơng khí ẩm Vì khơng khí ẩm phụ thuộc vào áp suất p nên đồ thị xây dựng với áp suất định Để đường đồ thị tách xa nhằm mục đích dễ sử dụng hai trục OI Od khơng vng góc với đồ thị khác mà hợp với góc 135o Tuy nhiên vẽ người ta vẽ góc vng thứ nên đường i=const đường làm với trục OI góc 45o Hình 1.1 Xác định nhiệt độ ướt nhiệt độ đọng sương khơng khí ẩm 145 Họ đường =const đường cong hướng lên hình vẽ Đường tương ứng với =100% hay đường biểu diễn trạng thái không khí ẩm bão hịa Càng lên độ ẩm tương đối giảm Như họ đường =const chia đồ thị làm vùng: - Vùng khơng khí ẩm q bão hịa: gồm trạng thái nằm phía đường =100% - Vùng khơng khí ẩm bão hòa: gồm trạng thái nằm đường =100% - Vùng khơng khí ẩm chưa bão hịa: gồm trạng thái nằm phía đường =100% Các q trình nhiệt động khơng khí ẩm a Q trình đốt nóng đẳng áp Hình 1.2 Q trình đốt nóng đẳng áp Đặc điểm q trình đốt nóng đẳng áp độ chứa d=const nhiệt độ tăng, entanpy tăng độ ẩm tương đối giảm Quá trình thực thiết bị đốt nóng khơng khí hệ thống sấy thường gọi calorifer b Quá trình làm lạnh đẳng áp Trong trình làm lạnh đẳng áp, độ chứa d khơng đổi, nhiệt độ giảm, entapy giảm độ ẩm tương đối tăng Khi độ ẩm tương đối =100% trình làm lạnh tiếp tục theo đường =100% 146 Hình 1.3 Quá trình làm lạnh đẳng áp c Quá trình tăng ẩm trình giảm ẩm Quá trình tăng ẩm trình tăng độ chứa d Ngược lại trình giảm ẩm trình giảm độ chứa d khơng khí Ngun tắc chung tăng ẩm đưa nước nước vào khơng khí Nhiệt độ khơng khí sau tăng ẩm tăng lên hay giảm tùy thuộc vào nhiệt độ nước nước đưa vào d Quá trình hịa trộn hai dịng khơng khí Hình 1.4 Q trình hịa trộn hai dịng khơng khí Giả sử hịa trộn lượng khơng khí trạng thái A(I A,dA) có khối lượng phần khô LA với lượng không khí trạng thái B(IB,dB) có khối lượng phần khơ 147 LB thu lượng khơng khí trạng thái C(IC,dC) có khối lượng phần khơ LC Ta xác định thông số trạng thái điểm hịa trộn C Ta có phương trình: - Cân khối lượng: LC=LA+LB - Cân ẩm: dC.LC=dA.LA+dB.LB - Cân nhiệt IC.LC=IA.LA+IB.LB Ta rút I A IC d d C LB A IC I B d C d B LA Từ phương trình suy điểm C nằm AB chia đoạn AB theo tỷ lệ LB/LA cụ thể sau: AC I A I C d A d C LB CB I C I B d C d B L A Thông số trạng thái C xác định sau IC IA LA L IB B LC LC dC dA dA d dB B dC dC e Quá trình sấy lý thuyết Quá trình sấy lấy bớt nước vật liệu sấy Đặc trưng trình sấy lý thuyết IB=IC=const Khơng khí ẩm có trạng thái A đốt nóng đẳng áp đến trạng thái B Q trình đốt nóng làm cho nhiệt độ tăng lên độ ẩm tương đối giảm xuống nên khả nhận nước tăng lên Khơng khí ẩm trạng thái B đưa vào thiết bị sấy thực trình sấy lý thuyết đến điểm C Độ chứa khơng khí trước sau trình sấy tăng lên 148 Hình 1.5 Quá trình sấy lý thuyết Lượng nước Gn vật liệu sấy mà 1kg khơng khí khơ lấy Gn=(dC-dB) Lượng khơng khí khơ Gk cần thiết để làm bay 1kg nước vật sấy Gk= dC d B Lượng khơng khí ẩm cần thiết trạng thái ban đầu G1 trạng thái cuối G2 trình sấy để làm bay 1kg nước vật liệu sấy G1 =(1+dB)Gk G2 =(1+dC)Gk Nhiệt lượng cần thiết cho q trình đốt nóng q=(IB-IA) (J/kgkk) Nhiệt lượng cần thiết để làm bay 1kg nước vật sấy Q=Gkq=Gk(IB-IA)= IB IA dC d B 149 Bài tập: Hãy xác định thông số trạng thái cịn lại khơng khí ẩm biết khơng khí có nhiệt độ 32oC, độ ẩm 65%? Khơng khí ẩm có nhiệt độ ban đầu 30oC, độ ẩm 60% đốt nóng lên 120oC, xác định thơng số trạng thái khơng khí sau đốt nóng? Câu hỏi ơn tập: Hãy trình bày thơng số khơng khí ẩm? Phương pháp xác định thông số khơng khí ẩm? Hãy trình bày q trình hịa trộn khơng khí ẩm? Phương pháp xác định điểm sau hịa trộn? Hãy vẽ trình bày ngun lý q trình sấy, cơng thức tính nhiệt lượng q trình sấy? 150 §2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Mục tiêu: - Trình bày khái niệm thơng gió; - Trình bày đặc điểm hệ thống điều hịa khơng khí; - Trình bày ưu nhược điểm hệ thống điều hịa khơng khí; - Chú ý cẩn thận tỉ mỉ q trình phân tích I KHÁI NIỆM Khái niệm, mục đích hệ thống thơng gió a Khái niệm Trong q trình sản xuất sinh hoạt người không gian điều hoà thường sinh chất độc hại nhiệt thừa, ẩm thừa làm cho thơng số khí hậu thay đổi, mặt khác nồng độ ơxi cần thiết cho người giảm, sinh mệt mỏi ảnh hưởng lâu dài sức khoẻ Vì cần thiết phải thải khơng khí bị nhiễm (bởi chất độc hại nhiệt) bên ngoài, đồng thời thay vào khơng khí xử lý, khơng có chất độc hại, có nhiệt độ phù hợp lượng ôxi đảm bảo Quá trình gọi thơng gió Q trình thơng gió thực chất q trình thay đổi khơng khí phịng nhiễm khơng khí bên ngồi trời qua xử lý b Mục đích thơng gió Thơng gió có nhiều mục đích khác tuỳ thuộc vào cơng trình phạm vi định Các mục đích bao gồm: - Thải chất độc hại phịng bên ngồi Trong không gian sinh hoạt chất độc hại phổ biến CO2 - Thải nhiệt thừa ẩm thừa bên ngồi - Cung cấp lượng ơxi cần thiết cho sinh hoạt người - Trong số trường hợp đặc biệt mục đích thơng gió để khắc phục cố lan toả chất độc hại hoả hoạn Phân loại hệ thống thông gió a Theo hướng chuyển động gió người ta chia loại sau - Thơng gió kiểu thổi : 151 + Thổi khơng khí vào phịng khơng khí phịng thải bên ngồi qua khe hở phòng nhờ chênh lệch cột áp + Phương pháp thơng gió kiểu thổi có ưu điểm cấp gió đến vị trí cần thiết, nơi tập trung nhiều người, nhiều nhiệt thừa, ẩm thừa, tốc độ gió luân chuyển thường lớn Tuy nhiên nhược điểm phương pháp áp suất phịng dương nên gió tràn hướng, tràn vào khu vực khơng mong muốn - Thơng gió kiểu hút : + Hút xả khơng khí bị nhiễm khỏi phịng khơng khí bên ngồi tràn vào phịng theo khe hở cửa lấy gió tươi nhờ chênh lệch cột áp + Thơng gió kiểu hút xả có ưu điểm hút trực tiếp khơng khí nhiễm nơi phát sinh, khơng cho phát tán phịng, lưu lượng thơng gió nhờ khơng u cầu q lớn, hiệu cao Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm gió tuần hồn phịng thấp, khơng có tuần hồn đáng kể, mặt khác khơng khí tràn vào phịng tương đối tự do, khơng kiểm sốt chất lượng gió vào phịng, khơng khí từ vị trí khơng mong muốn tràn vào - Thơng gió kết hợp : + Kết hợp hút xả lẫn thổi vào phòng, phương pháp hiệu + Thơng gió kết hợp hút xả thổi gồm hệ thống quạt hút thổi Vì chủ động hút khơng khí nhiễm vị trí phát sinh chất độc cấp vào vị trí u cầu gió tươi lớn Phương pháp có tất ưu điểm hai phương pháp nêu trên, loại trừ nhược điểm hai kiểu cấp gió Tuy nhiên phương pháp kết hợp có nhược điểm chi phí đầu tư cao b Theo động lực tạo thơng gió - Thơng gió tự nhiên : Là tượng trao đổi khơng khí nhà ngồi trời nhờ chênh lệch cột áp Thường cột áp tạo chênh lệch nhiệt độ bên ngồi bên dịng gió tạo nên - Thơng gió cưỡng : Q trình thơng gió thực ngoại lực tức sử dụng quạt c Theo phương pháp tổ chức - Thông gió tổng thể : Thơng gió tổng thể cho tồn phịng hay cơng trình - Thơng gió cục : Thơng gió cho khu vực nhỏ đặc biệt phịng hay phịng có sinh chất độc hại lớn 152 d Theo mục đích - Thơng gió bình thường : Mục đích thơng gió nhằm loại bỏ chất độc hại, nhiệt thừa, ẩm thừa cung cấp ôxy cho sinh hoạt người - Thơng gió cố : Nhiều cơng trình có trang bị hệ thống thơng gió nhằm khắc phục cố xảy + Đề phòng tai nạn tràn hoá chất : Khi xảy cố hệ thống thơng gió hoạt động thải khí độc đến nơi định sẵn bên + Khi xảy hoả hoạn : Để lửa không thâm nhập cầu thang cửa hiểm, hệ thống thơng gió hoạt động tạo áp lực dương đoạn để người thoát hiểm dễ dàng Hệ thống thơng gió cố hoạt động xảy cố Khái niệm điều hịa khơng khí Điều hịa khơng khí thường người sử dụng thành loại ới nội dung rộng hẹp khác nhau: - Điều tiết khơng khí: thường dùng để thiết lập mơi trường thích hợp với việc bảo quản máy móc, thiết bị đáp ứng yêu cầu công nghệ sản xuất, chế biến cụ thể - Điều hịa khơng khí: nhằm tạo môi trường tiện nghi cho sinh hoạt người - Điều hòa nhiệt độ: nhằm tạo mơi trường có nhiệt độ thíc hợp Như vậy, phụ thuộc vào điều kiện cụ thể khác nhau, việc điều chỉnh nhiệt độ khơng gian cần điều hịa lúc theo chiều hướng giảm so với nhiệt độ môi trường xung quanh Tương tự vậy, độ ẩm khơng khí điều chỉnh khơng giảm mà u cầu tăng lên so với độ ẩm bên II CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Ta phân loại hệ thống điều hịa khơng khí thành loại sau: - Hệ thống điều hịa khơng khí dùng trực tiếp mơi chất lạnh làm chất tải lạnh - Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh khơng khí - Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh nước - Hệ thống điều hịa khơng khí dùng khơng khí nước làm chất tải lạnh Hệ thống điều hịa khơng khí dùng trực tiếp mơi chất lạnh làm chất tải lạnh 153 Trong trường hợp không gian cần điều hịa khơng khí có kích thước nhỏ, u cầu kỹ thuật không phức tạp, thông thường người ta dùng máy điều hòa cửa sổ hay hai mảng Về cấu tạo, máy điều hịa khơng khí loại cửa sổ có hình dạng khối chữ nhật, người ta lắp đầy đủ hoàn chỉnh phận cần thiết máy lạnh 1: Dàn nóng ; 2: Máy nén; 3: Môtơ quạt; 4: Quạt dàn lạnh; 5: Dàn lạnh; 6: Lưới lọc; 7: Cửa hút gió lạnh; 8: Cửa thổi gió; 9: Tường nhà Hình 2.1 Hệ thống máy điều hịa cụm Nói chung máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ có ưu điểm rẻ tiền dễ lắp đặt Tuy nhiên, máy điều hòa loại có số nhược điểm như: - Khó chọn vị trí lắp đặt - Độ ồn ngày tăng - Tính thẩm mỹ - Cơng suất tương đối nhỏ Từ nhược điểm trên, ta thấy máy điều hòa mảng sản xuất nhiều xuất nhiều thị trường Về cấu tạo ta thấy máy mảng tạo nên từ hai phần hoàn toàn rời nhau: phần làm lạnh lắp bên khơng gian cần điều hịa phần thảy nhiệt lắp bên ngồi khơng gian cần điều hịa Hệ thống điều hịa khơng khí loại hai mảng có nhiều ưu điểm: - Dễ chọn vị trí lắp đặt 154 - Độ ồn - Tính mỹ quan cao Hình 2.2 Hệ thống máy điều hịa hai cụm Tuy nhiên máy điều hịa khơng khí kiểu mảng có nhược điểm định, giá thành cao địi hỏi phải có thợ chun mơn lắp đặt Khi phụ tải kích thước khơng gian cần điều hịa lớn hơn, sử dụng máy điều hịa dạng ngun cụm Máy ngun cụm có loại sau: - Loại thổi gió lạnh trực tiếp vào khơng gian cần điều hịa 155 - Loại chuyển tải khơng khí thơng qua ống dẫn ngắn - Loại dùng đường ống dẫn dài để phân phối lạnh Hình 2.3 Hệ thống máy điều hịa ngun cụm Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh khơng khí Để điều hịa khơng khí khơng gian rộng lớn ta sử dụng khơng khí làm chất tải lạnh Hệ thống sử dụng khơng khí làm chất tải lạnh thường máy điều hòa trung tâm Hệ thống điều hòa trung tâm hệ thống mà xử lý nhiệt ẩm tiến hành trung tâm dẫn theo kênh gió đến hộ tiêu thụ Trên thực tế máy điều hòa dạng tủ máy điều hòa kiểu trung tâm Ở hệ thống khơng khí xử lý nhiệt ẩm máy lạnh lớn, sau dẫn theo hệ thống kênh dẫn đến hộ tiêu thụ 156 Hình 2.4 Hệ thống máy điều hịa với chất tải lạnh khơng khí Ngồi người ta cịn sử dụng thiết bị làm lạnh nước gọi Water Chiller để thực trình làm lạnh nước, sau nước bơm nước vận chuyển đến FCU AHU… từ FCU, AHU nước làm làm khơng khí bên khơng gian cần điều hịa Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh nước Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh nước xem thích hợp cho nhà cao tầng, có nhiều không gian riêng biệt, cấu trúc phức tạp Về hệ thống điều hòa với chất tải lạnh nước tương tự chất tải lạnh khơng khí, hệ thống khơng có hệ thống đường ống dẫn khơng khí, mà FCU AHU đặt khơng gian cần điều hịa, AHU có kích thước nhỏ nhiều Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh nước kết hợp với khơng khí Hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng chất tải lạnh nước khơng khí có ưu nhược điểm riêng, ta thấy ưu điểm hệ thống nhược điểm hệ thống nên phương án kết hợp nước khơng khí làm chất tải lạnh thường nhà thiết kế sử dụng nhằm phát huy ưu điểm phương án hạn chế nhược điểm chúng Câu hỏi ơn tập: Hãy trình bày khái niệm phân loại thơng gió? Hãy trình bày đặc điểm hệ thống điều hòa khơng khí? Hãy vẽ trình bày ngun lý làm việc hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng chất tải lạnh khơng khí? 157 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Võ Chí Chính Giáo trình điều hịa khơng khí NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2005 Nguyễn Đức Lợi- Phạm Văn Tùy Kỹ thuật lạnh sở NXB Giáo dục 1996 Nguyễn Đức Lợi Gas, dầu chất tải lạnh NXB Giáo dục 2007 Lê Chí Hiệp Kỹ thuật điều hịa khơng khí NXB Khoa học kỹ thuật 2007 Hồng Đình Tín- Lê Chí Hiệp Nhiệt động lực học kỹ thuật NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh 2007 GS.TSKH Trần Văn Phú Giáo trình nhiệt kỹ thuật NXB Giáo dục 2007 Nguyễn Đức Lợi Dạy nghề sữa chữa tủ lạnh máy điều hòa dân dụng NXB Giáo dục 2007 PGS.TS Bùi Hải-PGS-TS Trần Thế Sơn Kỹ thuật nhiệt NXB Khoa học kỹ thuật 2006 158 ... Làm mát động máy phát Nhiệt độ mơi trường cao, khối lượng khơng khí hút vào động đốt nhỏ cơng suất động giảm Bằng cách làm lạnh khơng khí cấp cho động người ta nâng cơng suất động lên cao Khơng... TL:Van tiết lưu Hình 2. 2 Chu trình khơ Các q trình chu trình khơ : Q trình 1 -2 : Q trình nén đoạn nhiệt (s1 = s2 s = ) từ áp suất bay nhiệt độ bay lên áp suất ngưng tụ nhiệt độ T2 >Tk Quá trình. .. (hoặc sử dụng van tiết lưu nhiệt) nên hút trước vào máy nén có nhiệt độ cao nhiệt độ bay 68 a Định nghĩa Chu trình lạnh q nhiệt chu trình có nhiệt độ lỏng vào van tiết lưu nhỏ nhiệt độ ngưng tụ