M c tiêu
- Tính toán thông s c a chu trình l nh thông qua ph n m m REFPROP 9.0;
- Thi t l p và xây d ng mô hình th c nghi m ch y th nghi m tác nhân l nh R22 và các tác nhân l nh thay th ;
- Xácăđ nh kh iăl ng n p t iă uăđ i v i các lo i gas R22, R290, R1270 và R422D;
Nghiên cứu này đánh giá hiệu suất làm lạnh của các tác nhân lạnh hydrocarbon R290 và R1270, so sánh với tác nhân lạnh R422D trong hệ thống điều hòa sử dụng R22 Kết quả cho thấy rằng hydrocarbon có hiệu suất tối ưu hơn, mang lại hiệu quả năng lượng cao hơn và giảm thiểu tác động đến môi trường.
- Tác nhân l nh hydrocacbon thu c nhóm d cháy nên c n có nh ng bi năphápăđánhă giá, phòng ng a và an toàn trong khi s d ng tác nhân l nh thay th
Ph m vi
R22 là một tác nhân lạnh phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điều hòa không khí dân dụng và trung tâm Tuy nhiên, nghiên cứu này tập trung vào việc thay thế R22 trong hệ thống điều hòa không khí dân dụng Sự phát triển các tác nhân lạnh thay thế R22 cho điều hòa không khí dân dụng là cần thiết để đáp ứng nhu cầu nghiên cứu và thay thế R22 trong các thiết bị có quy mô và công suất khác nhau.
K t qu tính toán d a trên ph n m m REPROP 9.0 trong kho ng nhi tăđ bayăh iăt -20 o Căđ n 10 o C và nhi tăđ ng ngăt t 40 đ n 50 o C
Tác nhân lạnh hydrocarbon đang trở thành giải pháp hiệu quả cho ngành HVAC, góp phần giảm thiểu khí thải gây ô-zôn và hiện tượng nóng lên toàn cầu Việc tìm kiếm các tác nhân lạnh mới có khả năng thay thế R22 không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp này Hydrocarbon, với tính phổ biến và hiệu suất cao, đang dần thay thế các tác nhân lạnh truyền thống, mang lại lợi ích kinh tế và kỹ thuật cho người sử dụng Sự chuyển đổi này không chỉ đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường mà còn tối ưu hóa hiệu suất hệ thống điều hòa không khí.
Với lý thuyết V m t, nghiên cứu đã chứng minh rằng phần mềm REPROP 9.0 hoàn toàn có khả năng tính toán cho hydrocacbon Dựa trên REPROP 9.0, nghiên cứu đã xác định được giá trị enthalpy và áp suất, cung cấp tài liệu kỹ thuật hữu ích cho các ứng dụng trong thực tế.
1.5 M t s công trình nghiên c uătr căđơy [3]
N m Tác gi tài Tác nhân l nh Thông s K t lu n
1997 Bensafiet al ánhă giáă th nghi m m t s gi i pháp thay th R22ă đ că đ xu t trong thi t b làm l nh và thi t b đi u hoà không khí
R407C Hi u su t và công su t S suy gi m v công su t và ch s EER so v i R22
Mô hình d aătrênăc ăs h pălýăđ đánhăgiá kh i l ng ch t làm l nh t i uătrongămáyăl nh
R410A COP,ă n ngă su t l nh, công c a máy nén
Quá trình nắm bắt giá trị COP trong sản xuất làm lạnh là rất quan trọng Giá trị COP có thể tăng lên hoặc giảm xuống tùy thuộc vào chất lượng làm lạnh Việc nâng cao chất lượng làm lạnh sẽ giúp cải thiện hiệu suất và giá trị COP, từ đó tiết kiệm năng lượng và chi phí cho người sử dụng.
H n h p ch t làm l nh ti t ki mă n ngă l ng
Hi u qu n ngăl ng, GWP
R417Aă đưă đ c ch ng minh là phù h p v i toàn b ph m vi nhi t đ c a các ng d ng t đi u hòa
R125, R134a, R600 và R600a là những chất làm lạnh không gây hại cho môi trường, giúp hệ thống làm lạnh hoạt động hiệu quả mà không gặp phải vấn đề về công suất Hơn nữa, R134a đã được chứng minh là phù hợp để thay thế R502, một chất HCFC, mà không cần thay đổi hệ thống hoặc điều chỉnh các van thiết bị.
2005 Devotta et al ánhăgiáăhi u su t c a HC-290 là ch t thay th cho HCFC-22 trong m tă máyă đi u hòa không khí
COP, áp su t đ uăđ y, công su t làm l nh, tiêu th n ngăl ng
Kh n ngălàmăl nh c a HC- 290 th păh nătrongăkho ng 6,6-9,7% Tiêu th n ngăl ng khi s d ng HC-290 th pă h nă trongă kho ng 12,4ậ13,5% Áp su t đ u đ y c a
HC-290 th pă h nă trongă kho ng 13,7-18,2%
2005 Devotta et al ánhăgiáăhi u su t c a máyăđi u hòa không khí dùng HCFC-22ă đ c c i ti n thêmăđ s d ng R- 407C
Công su t làm l nh, COP, công su t tiêu th , áp su t đ u đ y
Công su t làm l nh c a R-407C th păh nătrongăkho ng 2,1-7,9%
M c tiêu th đi nă n ngă v i R- 407Căcaoăh nătrongăkho ng 6-7% Áp su t đ uăđ y c a R-407C cao h nătrongăkho ng 11ậ13%
Hi u su t c a chu trình làm l nh m i s d ng h n h p ch t làm l nh R32/R134a cho các ng d ngă đi u hòa không khí dân d ng
H n h p R32/R134a COP,ă n ngă su t l nh riêng th tích
Trong chu trình làm lạnh thông thường (CRC), hỗn hợp R32/R134a có hiệu suất gần bằng với hiệu suất đạt được của chất làm lạnh R22 Tuy nhiên, hỗn hợp R32/R134a trong NRC (chu trình làm lạnh mới) sẽ mang lại hiệu suất cao hơn COP có thể đạt được trong khoảng 8-9% so với CRC và vẫn đảm bảo hiệu suất làm lạnh tốt.
7 th tích có th t ngă lênă kho ng 9,5%
Tác nhân l nh thân thi nă môiă tr ng thay th cho halogen ậ T ng quan
S l a ch n thay th cho R22 trong các ng d ngă đi u hòa không khí là R407C và R410A có s n trên th tr ng nă
Kh o sát hi u su t c a tác nhân l nh R404A và R507 thân thi n v i t ng Ô ậzônănh ănh ng ch t thay th cho R22 trongă máyă đi u hoà không khí
T s nén, nhi tăđ đ u đ y, công su t máy nén,ă n ngă l ng tiêu th ,ă n ngă su t l nh, COP
Nhi tăđ đ uăđ y trung bình thu đ c khi s d ng R507 và R404A caoă h nă R22ă l nă l t 4,2% và 15,3% Công su t máy nén và tiêu th n ngăl ng th p nh tăcóăđ c t h th ng trang b thêm R507
N ngă su t l nh trung bình c a R507ăvàăR404Aăcaoăh năl năl t 4,7% và 8,4% so v i R22 COP trung bình c aă R507ă t ngă lênă 10,6% và R404A gi m 16% so v i R22
2011 Chinnaraj et al nhăh ng c a van ti t l uă đ n hi u su t máy đi u hoà không khí d ng R407C và R290
Van ti tăl uăchoăth y hi u su t so v i h th ng ng mao d n COP c a R290 là l n nh t trong ba lo i tác nhân l nh
Nghiên c u v ch t làm l nh R161 cho các ng d ngă đi u hòa không khí dân d ng
R161 N ngăsu t l nh, COP, nhi tăđ đ uăđ y
N ngă su t làm l nh gi m 7,6% EER làm l nhăt ngă 6,1%ă L ng n p t iă uăhóaăch t làm l nh gi m
43% so v i R22 R161 có nhi tăđ đ uăđ y th păh n
Hi u qu n ngăl ng và so sánh R22, R134a, R290ăvàăR407Căđ thay th R22 trong h th ng đi u hoà không khí
Ch t làm l nh R290 là ch t làm l nh t t nh t trong s các ch t làm l nhănh ngănóăcóătínhăd cháy Do đó,ă R407Că cóă th đ c s d ng đángăk đ thay th R22
2014 Ramu et al ánhăgiáăhi u qu n ngă l ng c a h n h p R32 /ă R125ă /ă R600aă nh ă làă nh ng l a ch n thay th
COP, công su t tiêu th c a máy nén, nhi t đ đ uă đ y c a máy nénăvàăn ngăsu t l nh
1 VCC c a h n h p ch t làm l nh m i g n v iăR22ăh n
2 COP c a h n h păđ c tìm th y th păh năkho ng 16-20%
9 có th có cho R22 trong h th ng l nh riêng th tích (VCC)
T ngă tácă đ ngă t ng đ ngăv i s nóng lên toàn c u (TEGWI)
3 Nhi tăđ đ uăđ y máy nén c a h n h p ch t làm l nh m iăđ c quan sát là th păh nă6-11 o C
4 TEGWI c a h n h p ch t làm l nh m iăđ c tìm th yăcaoăh nă R22 kho ng 20%
Kh o sát th nghi m và đánhă giáă hi u su t c a máyăđi u hòa không khí 1,5 TR b ng cách s d ng R22, R407C và
R410A b ng cách thay đ iă đ cao ng mao qu nj
R407C và R410A COP, công su t máy nén,
R410A v iă b că đ m ng mao d n 18mm cho COP t t nh tă đ trang b thêmă choă máyă đi u hòa không khí ho tăđ ng trên R22
Tác nhân lãnh hay ảnh hưởng đến môi trường là những yếu tố có tác động mạnh mẽ đến hệ thống lãnh, làm nhiễm và hấp thu nhiệt của khí quyển, gây ra áp suất thấp, nhiệt độ thấp và thời tiết khắc nghiệt Những tác nhân này có thể bao gồm áp suất cao và nhiệt độ cao, ảnh hưởng trực tiếp đến các tiêu chí quan trọng được đề cập trong bảng 2.1.
B違ng 2.1 Tiêu chí c a tác nhân l nh lýăt ng [4]
STT Tính ch t Di n gi i chi ti t
1 Tính ch t sinh lý - Khôngăđ c h i v iăc ăth s ng;
- C năcóămùiăđ d dàng phát hi n rò r và v trí rò r
2 Tính cháy n - An toàn, không cháy n ;
- Nhi tăđ đóngăb ngăth p, th păh năsoăv i nhi tăđ sôi yêu c u
3 Tính hoá h c - B n hoá h c và không d phân hu trong ph m vi nhi tăđ và áp su t làm vi c;
- Tr ăv m t hoá h c,ăkhôngă nămònăvâtăli u thi t b , phù h p v i d u l nhăđ d dàngăbôiătr năcácăchiăti t trong h th ng, không b oxy hoá trong không khí, h iă m và t p ch t trong máy l nh
- Áp su tăng ngăt khôngăđ căquáăcaoăđ gi m nguy c ăròăr thi t b ;
- Nhi tăđ cu i t mănénăđ c yêu c u th p không gây hi năt ng cháy d uăvàăt ngătu i th máy nén;
- Áp su tăbayăh iăkhôngăđ c quá th păđ tránh rò r không khí vào phía h áp;
- Nhi tăđ đôngăđ c th păh nănhi tăđ bayăh i;
- N ngăsu t l nh riêng th tích càng l n, thi t b càng nh ;
- nh t nh , t n th p áp su tătrênăđ ng ng nh , vanăvàăđ ng ng;
- H s d n nhi t càng l n càng t tăđ thi t b traoăđ i nhi t càng nh ;
- Tác nhân l nh hoà tan d u càng t t thì càng d bôi tr n;
- Không d năđi năđ có th s d ng cho máy nén kín và n a kín;
- Ph i có hi u su tăn ngăl ng cao trong chu trình l nh;
- T s nén (t s áp su tăng ngăt và áp su tăbayăh i)ă càng th p càng t tăđ đ t hi u su t máy nén cao
5 Tínhămôiătr ng Thân thi n v iămôiătr ng, không phá hu t ng Ô ậ zôn vàăgâyănóngăđa c u
Tính kinh tế của tác nhân là một tiêu chí quan trọng trong việc lựa chọn địa điểm Một tác nhân kinh tế cần được xem xét phù hợp với mục tiêu thu thập của phần lớn dân số, bao gồm các yếu tố như chi phí, lợi nhuận và tiềm năng phát triển.
- R ti nănh ngăđ m b o ch tăl ng
- D tìm và s n xu t quy mô công nghi p
Tuyănhiên,ăchoăđ n ngày nay, v năch aăt n t i m t tác nhân l nh đ căcoiălàălýăt ng
Tác nhân lnh hi năn có thể chia thành hai loại chính: có ảnh hưởng tích cực và có ảnh hưởng tiêu cực Do đó, khi thiết kế loại máy lnh, cần lựa chọn các tác nhân lnh có khả năng phát huy hiệu quả tích cực nhất có thể.
Tác nhân làm lạnh tự nhiên bắt đầu được nghiên cứu vào giữa thế kỷ 19, trong đó ngành lạnh đã nhận diện hai tác nhân làm lạnh đầu tiên bao gồm amoniac và khí không khí Chúng được sử dụng trong hệ thống lạnh công nghiệp Ete etylic được Perkins phát hiện và ứng dụng trong hệ thống lạnh nhằm cải thiện hiệu suất Ngày nay, lạnh tự nhiên còn sử dụng các chất như amoniac, sulfur dioxide và cacbon dioxide, đồng thời methyl clorua được sử dụng làm lạnh mặc dù là hợp chất dễ cháy và độc hại.
B違ng 2.2 M t s tác nhân l nh t nhiên
CRP (bar) Nhóm ODP GWP
Chlorofluorocarbons (CFCs) là nhóm tác nhân lạnh được phát triển vào giữa thế kỷ 20 nhằm đáp ứng nhu cầu về chất làm lạnh an toàn và không cháy Các loại CFC như R11, R12 và R502 được coi là những đại diện đầu tiên của tác nhân lạnh chứa flo Tuy nhiên, CFCs đã được xác định là mối đe dọa nghiêm trọng cho môi trường, khi chúng thải vào khí quyển và tích tụ trong tầng bình lưu, dẫn đến sự phá hủy tầng ô-zôn Tầng ô-zôn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sự sống trên Trái đất, ngăn chặn tác hại của bức xạ cực tím từ mặt trời Các phân tử CFC bị phân hủy trong tầng bình lưu do bị tia cực tím chiếu xạ, giải phóng các nguyên tử clo, góp phần làm suy giảm tầng ô-zôn.
13 t O3 và phá hu N mă1987, Ngh đ nhăth ăMontrealăđ ng ý vi c lo i b s d ng ch t suy gi m t ng Ô ậ zôn
Tác nhân làm lạnh hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) là loại khí chứa nguyên tố Clo, được sử dụng để thay thế CFCs Nhóm chất này bao gồm các hợp chất như R22, R123, R401A, R401B, R402A, và R402B, với chỉ số ODP và GWP vẫn cao hơn so với CFCs Tuy nhiên, HCFCs vẫn gây ảnh hưởng đến môi trường và đang bị kiểm soát chặt chẽ theo quy định quốc tế Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu không ngừng tìm kiếm nhóm tác nhân làm lạnh mới, thân thiện hơn với môi trường.
Hydrofluorocarbons (HFCs) là một loại hợp chất chứa flo, được sử dụng để thay thế các chất CFCs và HCFCs Chúng thường được áp dụng trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí HFCs có đặc tính không cháy, an toàn, dễ sử dụng và tiết kiệm năng lượng Mặc dù HFCs không gây hại cho tầng ozone, nhưng chúng có khả năng gây hiệu ứng nhà kính cao.
Các tác nhân làm lạnh hydrocacbon (HCs) như propan (R290), propylene (R1270) và isobutane (R600a) đang được sử dụng phổ biến hiện nay Chúng có chỉ số ODP bằng 0 và GWP rất thấp (GWP ≤ 3), thuộc nhóm A3 theo tiêu chuẩn ASHRAE 34, với tính chất cháy nổ cao Các tác nhân này đang được nghiên cứu và áp dụng trong lĩnh vực làm lạnh và điều hòa không khí dân dụng, nhờ vào hiệu suất làm lạnh tốt so với các tác nhân làm lạnh truyền thống.
CFCs và HCFCs góp phần vào quá trình phá hủy tầng ô-zôn và nóng lên toàn cầu HFCs, mặc dù không chứa Clo hay Brom và có giá trị ODP thấp, nhưng lại là nhóm khí nhà kính với giá trị GWP cao Ngược lại, các chất làm lạnh tự nhiên không gây tác động đến tầng ô-zôn với giá trị ODP bằng 0.
Không cháy n A1 B1 c tính th p c tính cao
*Nhóm A2L và B2L là tác nhân l nh có tính cháy n th p v i t c đ cháy ≤ 10 cm/s
Hình 2.1 Nhóm phân lo i v tính an toàn c a tác nhân l nh theo tiêu chu n
B違ng 2.3 Tácăđ ng c aămôiătr ng c a nhóm tác nhân l nh khác nhau [5, 6]
STT Nhóm tác nhân l nh ODP GWP
Th i gian t n t i trong không khí (n m)
Tác nhân l nh đi n hình ánhăgiá
ODP và GWP trung bình
Tính cháy ntngă dn cătínhăt ngăd n