Bài viết Đánh giá khả năng sử dụng môi chất R407F để thay thế môi chất R22 cho kho lạnh bảo quản thực phẩm và điều hòa không khí đánh giá khả năng thay thế môi chất lạnh HCFCR22 bị loại bỏ vào năm 2040, nhưng hiện đang được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kho lạnh bảo quản ở nhiệt độ trung bình bằng môi chất R407F thân thiện với môi trường.
Nguyễn Duy Tuệ, Nguyễn Thế Bảo, Đào Huy Tuấn 56 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG MÔI CHẤT R407F ĐỂ THAY THẾ MÔI CHẤT R22 CHO KHO LẠNH BẢO QUẢN THỰC PHẨM VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ EVALUATING THE USE OF R407F REFRIGERANT TO REPLACE R22 REFRIGERANT IN COLD FOOD STORAGE ROOM AND AIR CONDITIONERS Nguyễn Duy Tuệ1, Nguyễn Thế Bảo2, Đào Huy Tuấn3 Trường Đại học Văn Lang; nguyenduytue1981@gmail.com Viện Phát triển Năng lượng Bền vững (ISED); drthebao@gmail.com Trường Đại học Tơn Đức Thắng, daohuytuan1981@gmail.com Tóm tắt - Bài báo đánh giá khả thay môi chất lạnh HCFCR22 bị loại bỏ vào năm 2040, sử dụng rộng rãi hệ thống kho lạnh bảo quản nhiệt độ trung bình mơi chất R407F thân thiện với mơi trường Thí nghiệm thực kho lạnh bảo quản (t = -20°C) sử dụng môi chất R22 Kết cho thấy, mơi chất R407F có suất lạnh thấp ít, nhiệt độ cuối tầm nén thấp so với R22, động máy nén chạy ổn định hệ thống không bị ngập lỏng Do đó, ta thay mơi chất R407F cho hệ thống lạnh R22 có sẵn mà khơng cần thay thiết bị khác Tuy nhiên, để đảm bảo việc hồi dầu hiệu quả, ta nên thay dầu khống mơi chất R22 dầu polyester (POE) Abstract - This paper evaluates the study of retrofiting R22 - the refrigerant which is currently used broadly in medium temperature cold storage rooms but will be phased out in 2040 by the friendly environment refrigerant R407C This experiment is based on an existing cold storage room (t = -20°C) using R22 refrigerant The result shows that the cooling capacity of R407F refrigerant is sligtly lower than R22 refrigerant, with lower discharge temperature, normal compressor operation, and non flood back happening As a result, the currently popular R22 refrigerant can be replaced directly by R407F without any equipment substitution In order to ensure oil returning, we should replace mineral oil used for R22 by polyester oil (POE) Từ khóa - môi chất lạnh; môi chất R407F; thay môi chất lạnh; loại bỏ môi chất HCFC-R22; kho lạnh bảo quản Key words - refrigerant; R407F refrigerant; refrigerant retrofiting; phase out HCFC-R22; cold storage room Đặt vấn đề Môi chất HCFC-22 có hiệu suất cao, ứng dụng nhiều hệ thống lạnh, từ hệ thống cấp đông đến điều hịa khơng khí, mơi chất có hệ số ODP = 0,05, GWP =1.760, loại bỏ nước phát triển vào năm 2020 bị loại bỏ hoàn toàn nước ta vào năm 2040 Trước tình hình trên, nhiều mơi chất lạnh có hiệu suất cao sử dụng để thay R22 nhiệt độ thấp R404A, R407F, R407C dải nhiệt độ cao như: R410a, R32, R407C, R407f Trong đó, mơi chất R407F có GWP = 1.824, mơi chất hỗn hợp (30% R32, 30% R125, 40% R134a) có tính chất nhiệt động tương đồng với R22, độ trượt nhiệt độ - K phụ thuộc vào áp suất bão hịa, mơi chất sử dụng rộng rãi giới để thay trực tiếp cho hệ thống lạnh sử dụng R22 đánh giá cao nhiều nơi giới Tại nhà máy Eurofigo, Rossetto Group (Italy), ASDA (USA), Alliance Industrial Refrigeration Services (USA), siêu thị K-VA-Food Store, Sprouts Farmar Market, Triangle Refrigerant (USA) , môi chất R407F thay trực tiếp cho R22 hệ thống tủ cấp đông (-40°C) kho lạnh (-3°C) Tất nhận định rằng, việc thay môi chất R22 dễ dàng, không cần thay cân chỉnh nhiều thiết bị tiết lưu, hệ thống vận hành tốt, không bị cố Theo ý kiến đánh giá siêu thị Triangle Refrigerant (USA), hệ thống lạnh nhiệt độ thấp (-40°C) thay R407F tốn chi phí cho việc thay dầu nhớt bơi trơn thường lệ Với nhận xét trên, báo phân tích lý thuyết, đánh giá thực tế hệ thống để đưa nhận định cho việc sử dụng môi chất cho kho lạnh bảo quản thực phẩm máy điều hịa khơng khí điều kiện khí hậu Việt Nam Cơ sở lý thuyết Việc đánh giá lý thuyết nhằm so sánh, phân tích, đánh giá thông số nhiệt động số loại môi chất sử dụng việc thay môi chất R22 cơng nghiệp, máy điều hịa khơng khí nhằm đề xuất mơi chất lạnh thích hợp Chúng ta phân tích chu trình lạnh cấp sử dụng kho lạnh bảo quản nhiệt độ trung bình (t = -20°C) máy điều hịa khơng khí với điều kiện sau: Bảng Thơng số kỹ thuật hệ thống Hệ thống lạnh bảo quản Máy điều hịa khơng khí Nhiệt độ bão hịa áp Nhiệt độ bão hòa áp suất bay hơi, to= -30°C suất bay hơi, to=8°C Năng suất lạnh, Qo = 3,51 kW Nhiệt độ bão hòa áp suất ngưng tụ, tk=45°C Độ lạnh K (trong thiết bị ngưng tụ - TBNT) Độ nhiệt hữu ích 10 K Hiệu suất nén: 75% Các thơng số nhiệt động môi chất R404A R407F tra theo [1], [2], [3], với sở lý thuyết tính tốn theo [5] Kết việc tính tốn, phân tích lý thuyết trình bày Bảng Bảng Ở dải nhiệt độ thấp, công suất máy nén R407F cao 6% so với R22, nhiệt lượng tỏa TBNT tương đương hệ số COP thấp 5,7% Thể tích hút tính tốn lớn 5% so với R22 Ở dải nhiệt độ dương, công suất máy nén R407F cao 4% so với R22, nhiệt lượng tỏa TBNT gần không đổi, hệ số COP thấp 3,6% thể tích hút tính tốn nhỏ 6,5% nên máy nén nhỏ gọn chút so với R22 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 57 Bảng Bảng phân tích hệ thống kho lạnh bảo quản Thông số R22 119,8 (100%) 17,3 (100%) 1,63 (100%) 149,1 (100%) 234,4 (100%) 5,51 (100%) 85,3 (100%) (100%) 1,75 (100%) 0,0235 3,35 (100%) 0,142 Nhiệt độ cuối tầm nén (°C) (% -R22) Áp suất ngưng tụ (bar) (% -R22) Áp suất bay (bar) (% -R22) Năng suất lạnh riêng (kJ/kg) (% -R22) Năng suất thải nhiệt riêng (kJ/kg) (% -R22) Nhiệt lượng tỏa TBNT (kW) (% -R22) Công nén riêng (kJ/kg) (% -R22) Công suất máy nén (kW) (%-R22) Hệ số làm lạnh, COP (% -R22) Lưu lượng khối lượng G (kg/s) Thể tích hút tính tốn Vtt (l/s) (% -R22) v1 (m3/kg) Mơi chất lạnh R404A R407F 77,6 105,1 (65%) (88%) 20,3 19,6 (117%) (113%) 2,01 1,6 (123%) (98%) 98,1 152,2 (65,79%) (102%) 163,3 244,4 (69,6%) (104%) 5,84 5.63 (106%) (102%) 65,2 92,2 (76,4%) (108%) 2,33 2,126 (116,5%) (106,3%) 1,5 1,65 (88%) (94,3%) 0,0357 0,023 3,57 3,5 (106%) (105%) 0,1 0,152 R407C 100,4 (84%) 17,58 (101%) 1,38 (84,6%) 148,7 (99,7%) 237,7 (101%) 5,61 (102%) 89 (104,3) 2,1 (105%) 1,67 (95,4%) 0,0236 3,98 (118%) 0,168 Bảng Bảng phân tích cho máy điều hịa khơng khí Thơng số Mơi chất lạnh R22 R410A R32 R407C R407F Nhiệt độ cuối tầm nén (°C) (% -R22) Áp suất ngưng tụ (bar) (% -R22) Áp suất bay (bar) (% -R22) Năng suất lạnh riêng (kJ/kg) (% -R22) Năng suất thải nhiệt riêng (kJ/kg) (% -R22) Nhiệt lượng tỏa TBNT (kW) (% -R22) Công nén riêng (kJ/kg) (% -R22) Công suất máy nén (kW) (%R22) Hệ số làm lạnh, COP (% -R22) Lưu lượng khối lượng G (kg/s) 80,6 (100%) 17,3 (100%) 6,42 (100%) 165,8 (100%) 200,4 (100%) 4,24 (100%) 34,6 (100%) 0,732 (100%) 4,79 (100%) 0,0211 78,9 (98%) 27 (156%) 10,24 (159%) 168,6 (102%) 205,9 (103%) 4,28 (101%) 37,3 (107,8%) 0,776 (106%) 4,52 (94,3%) 0,0208 94,2 (116%) 27,05 (156%) 10,45 (163%) 253 (153%) 308,3 (154%) 4,277 (101%) 55,3 (159,8%) 0,767 (104,8%) 4,57 (95,4%) 0,0138 73,1 (90,7%) 17,73 (102%) 6,05 (94,2%) 170,3 (103%) 206,6 (103%) 4,25 (100,2%) 36,6 (105,8%) 0,754 (103%) 4,69 (98%) 0,0206 75,3 (93,4%) 19,54 (113%) 6,83 (106%) 172,7 (104%) 210,1 (105%) 4,27 (101%) 37,6 (109%) 0,764 (104,3%) 4,62 (96,4%) 0,0203 Thể tích hút tính tốn Vtt (l/s) (% -R22) v"1 (m3/kg) 0,824 (100%) 0,039 0,568 (69%) 0,027 0,523 (63,5%) 0,038 0,848 (103%) 0,041 0,771 (93,5%) 0,038 Như vậy, việc sử dụng R407F để thay hệ thống sử dụng môi chất R22 hợp lý hệ số COP khơng bị ảnh hưởng nhiều (giảm khoảng 5%) Ngoài ra, ta khơng cần phải thay thiết bị khác nhiệt lượng thải khỏi thiết bị ngưng tụ, công nén gần không tăng, ta không cần thay van tiết lưu lưu lượng khối lượng mơi chất hệ thống vận hành môi chất tương đương Sau đây, khảo sát thực tế việc thay môi chất R407F cho hệ thống kho lạnh bảo quản máy điều hòa khơng khí sử dụng R22 để có nhận xét khả thay môi chất Xây dựng mơ hình thí nghiệm Thí nghiệm thực nhằm đánh giá khả hoạt động kho lạnh máy điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất R22 R407F Ta có kho lạnh kích thước x 1,2 x 1,8 m, sử dụng máy nén 3HP máy điều hịa khơng khí loại Casset có suất lạnh 24.000 Btu/h Nguyễn Duy Tuệ, Nguyễn Thế Bảo, Đào Huy Tuấn 58 Hình Kho lạnh máy điều hịa khơng khí sử dụng thí nghiệm Các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm lắp vào vị trí sau: - Lắp cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đường gió vào dàn lạnh - Lắp cảm biến nhiệt độ tại: đường ống lỏng thiết bị ngưng tụ, đường ống dàn lạnh, đầu đẩy máy nén, đường gió vào thiết bị ngưng tụ - Sử dụng ampe kẹp để đo cường độ dòng điện máy nén Ban đầu, hệ thống nạp mơi chất R22 để vận hành, sau thu hồi máy thu hồi môi chất lạnh, nạp R407F vào bình chứa cao áp Theo [5] [6] ta tính thơng số sau: Năng suất lạnh Qo (kW) tính tốn dựa entanpi vào, IvDL, IrDL (kJ/s) lưu lượng gió GkkDL dàn lạnh (kg/s) Lưu lượng quạt dàn lạnh mơ hình 800 (m3/h) Qo= GkkDL(IvDL – IrDN) (1) Công suất máy nén N (W) dựa điện áp U (Volt) cường độ dòng điện đo I (A), với hệ số công suất 0,85 N=1,7320,85UI hạ nhanh, thời gian hạ nhiệt độ kho lạnh từ 28°C đến -17°C môi chất cân đến phút 43, nhiệt độ kho lạnh sử dụng môi chất đạt -17°C Tuy nhiên, từ phút 43 trở sau, thời gian hạ nhiệt độ chậm dần, hệ thống sử dụng môi chất R22 hạ nhiệt độ nhanh khoảng 1~1,5°C, đến phút 63 nhiệt độ kho lạnh R22 đạt -21°C, hệ thống sử dụng R407f đạt 19,21°C Đến phút 69, hệ thống R407F đạt nhiệt độ t = -20°C, R22 đạt t = -21,3°C Điều chứng tỏ suất lạnh môi chất R407F thấp chút so với R22 4.1.2 Nhiệt độ cuối tầm nén hệ thống lạnh Nhiệt độ cuối tầm nén môi chất R22 tương đồng R407F, lớn khoảng 2-5% nhiệt độ dương Tuynhiên, nhiệt độ âm nhiệt độ cuối tầm nén R22 tăng nhanh đến khoảng 10% đạt nhiệt độ -20°C, lúc này, nhiệt độ cuối tầm nén R22 t =110°C, R407F t = 99°C Như vậy, nhiệt độ âm máy nén sử dụng R22 chịu nhiệt độ cuối tầm nén cao so với R407F (2) Hình Sự thay đổi nhiệt độ cuối tầm nén theo nhiệt độ buồng lạnh 4.1.3 Đánh giá suất lạnh Qo, nhiệt lượng Qk Đánh giá phân tích kết đạt 4.1 Đánh giá phân tích kết vận hành kho lạnh 4.1.1 Sự thay đổi nhiệt độ buồng lạnh theo thời gian Kho lạnh vận hành phịng thí nghiệm với nhiệt độ trung bình xung quanh từ 29-30°C Nhiệt độ ban đầu kho lạnh 28°C, hạ nhiệt độ đến -20°C môi chất R22 R407F Sự biến đổi nhiệt độ theo thời gian kho lạnh thể Hình Hình Năng suất lạnh, nhiệt lượng TBNT thay đổi theo nhiệt độ buồng lạnh Hình Sự thay đổi nhiệt độ kho lạnh theo thời gian (phút) Trong khoảng 43 phút đầu, nhiệt độ kho lạnh Năng suất lạnh hệ thống R407F giảm khoảng 5-10% so với R22 Vì vậy, theo Hình 2, kể từ phút 43 độ suy giảm nhiệt độ kho lạnh môi chất R407F chậm chút so với R22 Nhiệt lượng thải khỏi thiết bị ngưng tụ R407F cao 10-12% so với R22 lúc ban đầu, giảm dần nhiệt độ buồng lạnh đạt -20°C nhiệt lượng thải thiết bị ngưng tụ thấp khoảng 10-20% so với R22 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 59 Công suất nén, N (kW) dòng điện cao ảnh hưởng đến tuổi thọ máy nén [7] Vì ta khơng nên sử dụng R407F để thay vào hệ thống điều hòa khơng khí dùng R22 có sẵn Nhiệt độ buồng lạnh (°C) Hình Sự thay đổi cơng suất nén theo nhiệt độ buồng lạnh Công suất nén bắt đầu vận hành môi chất R407F tăng khoảng 10% so với R22 nhiệt độ dương, lúc này, cường độ dòng điện đo 5,7A, R22 5,2A Công suất nén môi chất giảm dần ổn định nhiệt độ -20°C, giá trị cường độ dịng điện đo 4,7A, nên khơng ảnh hưởng đến tuổi thọ máy nén [7] Vì vậy, môi chất R407F phù hợp thay R22 nhiệt độ thấp 4.1.4 Đánh giá hệ số COP Tại nhiệt độ buồng lạnh ổn định, suất lạnh thực tế giảm 5-10%, công suất nén gần không đổi Do đó, hệ số COP R407F thay cho R22 giảm tương ứng 4.1.5 Đánh giá độ nhiệt vận hành hệ thống Khi vận hành hệ thống sử dụng R407F, độ nhiệt dàn lạnh tương đồng sử dụng R22, nằm khoảng - 10 K Độ nhiệt đảm bảo cho hệ thống không bị ngập lỏng vận hành 4.2 Đánh giá phân tích thơng số vận hành máy điều hịa khơng khí Khảo sát hệ thống điều hịa khơng khí nhằm đánh giá thơng số vận hành thực tế môi chất R407F nhiệt độ dương Từ đó, đưa kết luận khả thay mơi chất cho hệ thống điều hịa khơng khí Sau vận hành, ta có số liệu sau: Bảng Thông số thực nghiệm thay R407F cho máy điều hịa khơng khí Thơng số Áp suất ngưng tụ (bar) Áp suất bay (bar) Nhiệt độ cuối tầm nén (°C) Độ nhiệt, (K) Trạng thái khơng khí vào dàn lạnh Trạng thái khơng khí dàn lạnh Nhiệt độ gió khỏi TBNT (°C) Cường độ dịng điện (A) Lưu lượng gió (m3/p) R22 21 5,8 86 10 29,8°C; 60% 16,5°C; 90% 46,5 13 R407F 24 6,5 86 11 29,5°C; 65% 17°C; 92% 46,5 15 16 Theo công thức (1), ta thấy suất lạnh hệ thống sử dụng môi chất tương đồng Tuy nhiên, cường độ dòng điện đo hệ thống hoạt động ổn định, ta thấy công suất nén sử dụng môi chất R407F tăng 15% so với R22 Việc vận hành hệ thống với cường độ Kết luận Khi thay vận hành hệ thống với môi chất R407F, ta rút số vấn đề sau: a Độ nhiệt áp suất bay không thay đổi nhiều so với sử dụng R22 đảm bảo hệ thống không bị ngập lỏng, lưu lượng khối lượng tuần hoàn hệ thống sử dụng môi chất tương đồng nhau, nên ta không cần thay van tiết lưu Ngoài ra, theo [8], hầu hết thiết bị kho lạnh sử dụng van tiết lưu ống mao hoạt động ổn định không bị ảnh hưởng thay môi chất R407F b Nhiệt độ cuối tầm nén nhiệt độ thấp R22 cao 10% so với R407F, nên thay R407F làm tăng tuổi thọ máy nén, tránh lão hóa dầu bơi trơn c Nhiệt lượng thải khỏi thiết bị ngưng tụ R407F cao 10% so với R22 nhiệt độ dương, lại thấp khoảng 10% nhiệt độ thấp, nên ta không cần phải thay thiết bị ngưng tụ vận hành d Khi vận hành nhiệt độ thấp, công suất máy nén gần không thay đổi thay môi chất, suất lạnh giảm từ 5-10% thay R407F e Mơi chất R407F thích hợp thay R22 nhiệt độ thấp, đó, khơng nên thay cho máy điều hịa khơng khí cường độ dòng điện tăng 10%, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ máy nén f Do môi chất HCFC22 sử dụng dầu khống (nhưng loại dầu khơng hịa tan với môi chất R407F), để đảm bảo dầu bôi trơn hồi máy nén, ta nên thay dầu polyeste (POE) g Lượng môi chất R407F nạp vào hệ thống 5% so với mơi chất R22 [8] Khi bắt đầu nạp môi chất, nên nạp 85% lượng mơi chất u cầu, sau đó, ta nạp bổ sung máy hoạt động theo thông số yêu cầu Lưu ý, lần nạp bổ sung nạp thêm khoảng 5% lượng môi chất, sau kiểm tra tình trạng hệ thống đạt thông số vận hành mong muốn h Máy nén làm việc ổn định, không rung động hay tượng bất thường khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Lợi, Gas, dầu chất tải lạnh, NXB Giáo dục, 2009 [2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Môi chất lạnh, NXB Giáo dục, 1998 [3] Technisolve, Mollier Chart, Version 1.2.03 [4] Honeywell, Genetron Properties 1.3 [5] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở, NXB Giáo dục, 2009 [6] Lê Chí Hiệp, Kỹ thuật điều hịa khơng khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [7] Nguyễn Đức Lợi, Sửa chữa máy lạnh điều hịa khơng khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 [8] Hướng dẫn sử dụng môi chất Honeywell Genetron Performax LT [9] Nguyễn Đức Lợi, So sánh lý thuyết môi chất lạnh R1234yf R32 với R134a tủ lạnh máy lạnh thương nghiệp (BBT nhận bài: 25/7/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 26/9/2017) ... thống vận hành môi chất tương đương Sau đây, khảo sát thực tế việc thay môi chất R407F cho hệ thống kho lạnh bảo quản máy điều hịa khơng khí sử dụng R22 để có nhận xét khả thay môi chất Xây dựng... Thí nghiệm thực nhằm đánh giá khả hoạt động kho lạnh máy điều hịa khơng khí sử dụng mơi chất R22 R407F Ta có kho lạnh kích thước x 1,2 x 1,8 m, sử dụng máy nén 3HP máy điều hịa khơng khí loại Casset... độ kho lạnh từ 28°C đến -17°C môi chất cân đến phút 43, nhiệt độ kho lạnh sử dụng môi chất đạt -17°C Tuy nhiên, từ phút 43 trở sau, thời gian hạ nhiệt độ chậm dần, hệ thống sử dụng môi chất R22