Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hòa không khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI LÊ THỊ THU HẰNG (Chủ biên) NGUYỄN THỊ NGUYỆT – TRẦN QUANG ĐẠT GIÁO TRÌNH CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Nghề: Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2021 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh ĐHKK biên soạn thông qua Hội đồng sư phạm Nhà trường Nội dung biện soạn ngắn gọn, dễ hiểu, súc tích Các kiến thức tồn giáo trình có mối liên hệ logic, chặt chẽ Khi biên soạn giáo trình chúng tơi cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến môn học phù hợp với đối tượng sử dụng gắn nội dung lý thuyết với vấn đề công việc thực tế Nội dung giáo trình biên soạn gồm: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cơ sở nhiệt động kỹ thuật truyền nhiệt Chương 3: Cơ sở kỹ thuật lạnh Chương 4: Cơ sở kỹ thuật điều hồ khơng khí Cuốn giáo trình biên soạn dựa theo nội dung tài liệu tham khảo Mặc dù có nhiều cố gắng giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp để giáo trình chỉnh sửa ngày hồn thiện Mọi góp ý xin gửi Khoa điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội Xin trân trọng cám ơn! Hà Nội, ngày tháng năm Chủ biên: Lê Thị Thu Hằng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chương Mở đầu 1.1 Tầm quan trọng kiến thức, kỹ tra bảng chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí 1.2 Các tài liệu phục vụ cho việc học tập môn học Chương Cơ sở kỹ thuật nhiệt động truyền nhiệt 2.1 Nhiệt động kỹ thuật 2.2 Truyền nhiệt 31 Chương Cơ sở kỹ thuật lạnh 70 3.1 Khái niệm chung 70 3.2 Môi chất lạnh chất tải lạnh 74 3.3 Các hệ thống lạnh thông dụng 81 3.4 Máy nén lạnh 95 3.5 Các thiết bị khác hệ thống lạnh 110 Chương Cơ sở kỹ thuật điều hịa khơng khí 136 4.1 Khơng khí ẩm 136 4.2 Khái niệm điều hịa khơng khí 147 4.3 Hệ thống vận chuyển phân phối khơng khí 159 4.4 Các phần tử khác hệ thống ĐHKK 177 TÀI LIỆU THAM KHẢO 190 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh điều hịa khơng khí Mã môn học: MH 12 Thời gian thực môn học: 90 (Lý thuyết: 60 giờ; Thực hành: 24 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Là mơn học sở kỹ thuật chun ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần - Tính chất: Mơn học thiên lý thuyết có kết hợp với tra bảng biểu Mục tiêu môn học: - Trình bày kiến thức kỹ thuật Nhiệt - Lạnh điều hịa khơng khí, cụ thể là: Các hiểu biết chất mơi giới hệ thống máy lạnh ĐHKK, cấu tạo nguyên lý hoạt động máy lạnh, cấu trúc hệ thống máy lạnh ĐHKK; - Tra bảng thông số trạng thái môi chất, sử dụng đồ thị, biết chuyển đổi số đơn vị đo giải số tập đơn giản; - Rèn luyện khả tư logic sinh viên; ứng dụng thực tế vận dụng để tiếp thu kiến thức chuyên ngành Nội dung môn học: Thời gian TT Tên chương, mục Tổng Lý số thuyết Thi/ Thực hành, thí nghiện, thảo luận, tập Kiểm tra Chương 1: Mở đầu 1 Chương 2: Cơ sở nhiệt động kỹ thuật truyền nhiệt 29 20 2.1 Nhiệt động kỹ thuật 15 10 2.2 Truyền nhiệt 14 10 Chương 3: Cơ sở kỹ thuật lạnh: 30 22 3.1 Khái niệm chung 2 3 3.2 Môi chất lạnh chất tải lạnh 3.3 Các hệ thống lạnh dân dụng 3.5 Các thiết bị khác hệ thống lạnh 10 7 Chương 4: Cơ sở kỹ thuật điều hồ khơng khí 30 17 4.1 Khơng khí ẩm 2 4.2 Khái niệm điều hịa khơng khí 4 4.3 Hệ thống vận chuyển phân phối khơng khí 12 4.4 Các phần tử khác hệ thống điều hịa khơng khí Cộng 3.4 Máy nén lạnh 10 12 5 90 60 24 Chương Mở đầu Mục tiêu: - Trình bày tầm quan trọng kiến thức, kỹ tra bảng chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí - Thống kê tài liệu phục vụ cho việc học tập môn học Nội dung chính: 1.1 Tầm quan trọng kiến thức, kỹ tra bảng chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Những kiến thức kỹ tra bảng môn học kiến thức chuyên sâu ngành kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí, tìm thơng số để tính tốn so sánh nhằm đưa hệ thống lạnh hoàn hảo 1.2 Các tài liệu phục vụ cho việc học tập môn học - Nhiệt động lực học kỹ thuật, Hồng Đình Tín – Lê Chí Hiệp, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 - Bài tập Nhiệt động lực học kỹ thuật truyền nhiệt, Hoàng Đình Tín Bùi Hải, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 - Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, Hồng Đình Tín, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 - Nhiệt kỹ thuật, Nguyễn Bốn – Hoàng Ngọc Đồng - NXB Giáo Dục - Kỹ thuật lạnh Cơ sở, Nguyễn Đức Lợi – NXB Giáo Dục, 2006 - Máy lạnh, Trần Thanh Kỳ – NXB Giáo Dục, 2006 - Máy thiết bị lạnh, Võ Chí Chính – NXB khoa học kỹ thuật - Thơng gió Điều hịa khơng khí, Võ Chí Chính – NXB khoa học kỹ thuật - Cơ sở kỹ thuật điều tiết khơng khí, TS Hà Đăng Trung – ThS Nguyễn Quân – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1997 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí, Nguyễn Đức Lợi – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2007 Chương Cơ sở kỹ thuật nhiệt động truyền nhiệt Mục tiêu: - Trình bày kiến thức chung kỹ thuật Nhiệt - Lạnh - Phân tích khái niệm nhiệt động lực học - Trình bày kiến thức thông số trạng thái - Trình bày trình nhiệt động - Trình bày chu trình nhiệt động - Trình bày trình dẫn nhiệt truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt - Phân tích q trình, ngun lý làm việc máy lạnh quy luật truyền nhiệt nói chung; - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào mơn học cho HSSV Nội dung chính: 2.1 Nhiệt động kỹ thuật 2.1.1 Chất môi giới thông số trạng thái chất môi giới a Các khái niệm định nghĩa: Hình 2.1 Nguyên lý làm việc động nhiệt máy lạnh, bơm nhiệt + Thiết bị nhiệt loại thiết bị có chức chuyển đổi nhiệt Thiết bị nhiệt chia thành nhóm: động nhiệt máy lạnh + Động nhiệt có chức chuyển đổi nhiệt thành động nước, turbine khí, động xăng, động phản lực, v.v + Máy lạnh có chức chuyển nhiệt từ nguồn lạnh đến nguồn nóng + Hệ nhiệt động (HNĐ) hệ gồm nhiều vật tách riêng khỏi vật khác để nghiên cứu tính chất nhiệt động chúng Tất vật ngồi HNĐ gọi mơi trường xung quanh Vật thực tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung quanh gọi ranh giới HNĐ Hệ nhiệt động phân loại sau : Hình 2.2 Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích khơng đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở * Hệ nhiệt động kín: HNĐ khơng có trao đổi vật chất hệ môi trường xung quanh * Hệ nhiệt động hở: HNĐ có trao đổi vật chất hệ môi trường xung quanh * Hệ nhiệt động cô lập: HNĐ cách ly hồn tồn với mơi trường xung quanh b Chất mơi giới thông số trạng thái chất môi giới * Chất môi giới hay môi chất công tác: Được sử dụng thiết bị nhiệt chất có vai trị trung gian q trình biến đổi nhiệt * Thông số trạng thái CMG: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động CMG + Các thông số trạng thái chất môi giới Nhiệt độ: Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt vật Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ số đo động trung bình phân tử m   kT Trong đó: [1-1] mμ - khối lượng phân tử ω - vận tốc trung bình phân tử k - số Bonzman , k = 1,3805.10 J/độ T - nhiệt độ tuyệt đối Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa thay đổi số tính chất vật lý vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v Thang nhiệt độ: 1) Thang nhiệt độ Celsius ( C) 2) Thang nhiệt độ Fahrenheit ( F) 3) Thang nhiệt độ Kelvin (K) 4) Thang nhiệt độ Rankine ( R) Hình 2.3 Nhiệt kế Mối quan hệ đơn vị đo nhiệt độ: o ( F – 32) o C= o C = K – 273 o C= o R – 273 Áp suất: Áp suất lưu chất (p) - lực tác dụng phân tử theo phương pháp tuyến lên đơn vị diện tích thành chứa p= F A [1-2] Theo thuyết động học phân tử : p =  n m  [1-3] : p - áp suất ; F - lực tác dụng phân tử ; A - diện tích thành bình chứa ; n - số phân tử đơn vị thể tích ; α - hệ số phụ thuộc vào kích thước lực tương tác phân tử * Đơn vị áp suất: 1) N/m ; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647) 2) Pa (Pascal) ; 6) mm H2O 3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot) Mối quan hệ đơn vị đo áp suất: atm = 760 mm Hg (at C) = 10,13 10 Pa = 2116 psf (lbf/ft ) at = 2049 psf 1at = 0,981 bar = 9,81.104 N/m2 = 9,81.104 Pa = 10 mH20 = 735,5 mmHg = 14,7 psi + Phân loại áp suất: Áp suất khí (p 0): Áp suất khơng khí tác dụng lên bề mặt vật trái đất Áp suất dư (pd): Là phần áp suất tuyệt đối lớn áp suất khí p d= p - p [1-4] Áp suất tuyệt đối (p): Áp suất lưu chất so với chân không tuyệt đối p = p d+ p [1-5] Áp suất chân không (pck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ áp suất khí pck = p0 - p [1-6] Tai lieu Luan van Luan an Do an - Dòng xạ: tổng lượng xạ phát từ diện tích F vật theo hướng không gian bán cầu đơn vị thời gian ứng với tồn chiều dài bước sóng ( =   ) Ký hiệu Q, đơn vị W - Dòng xạ đơn sắc: Q (từ  đến  + d ) - Năng suất xạ: dịng xạ ứng với đơn vị diện tích bề mặt dQ  E W / m2  [1-98] dF Trong đó: dQ – dịng xạ tồn phần phát từ bề mặt phân tố dF - Cường độ xạ: suất xạ ứng với khoảng hẹp (đơn vị) chiều dài bước sóng I  dE d W / m  [1-99] - Năng suất xạ riêng: suất xạ thân vật - Năng suất xạ hiệu dụng: Giả sử vật đục, thân phát lượng xạ gọi E1; lượng xạ từ vật xung quanh chiếu lên Et , lượng bị vật hấp thu phần A1Et phần lại (1-A1)Et bị phản hồi trở lại Ehd  E  1  AEt W / m  [1-100] b) Các định luật xạ nhiệt: * Định luật Planck: quan hệ cường độ xạ vật đen tuyệt nhiệt độ chiều dài bước sóng I 0  C15 [1-101] C2 e T  C1 = 0,374.10-15 [Wm2] C2 = 1,4388.10-12 [mK] : chiều dài bước sóng (m) T: nhiệt độ tuyệt đối vật (K) Cơng thức Planck biểu diễn đồ thị hình Đồ thị E0 (,T) cho thấy E0 tăng nhanh theo T có giá trị đáng kể miền   (0.8  10).10-6 m Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 55 Tai lieu Luan van Luan an Do an Nhiệt độ tăng giá trị cực đại m quang phổ dịch phía bước sóng ngắn, quan hệ T m xác định theo định luật Wien: m T = 2.9 (mm.K) Hình 2.34 Đồ thị biểu diễn định luật Wien * Định luật Stefan - Boltzman: Năng suất xạ vật đen tuyệt đối tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối lũy thừa   E0   I 0 d   0 C15 e C2 T d [1-102] 1 [1-103]  T  E0   0T  C0  W/m   100  0 = 5,67.10-8 [W/m2K4] số xạ vật đen tuyệt đối   C0 = 5,67 [W/m2K4] hệ số xạ vật đen tuyệt đối + Định luật Stefan - Boltzmann với vật xám:  T  E C   100  W/m  [1-104] C - hệ số xạ vật xám   0  E   I  d    I  d    I 0 d  E0  T   E   C0   ; C   C0  100  [1-105] * Định luật Kirchkoff: Các vật đục (D = 0; A + R = 1) có nhiệt độ tỉ số suất xạ hệ số hấp thụ suất xạ vật đen tuyệt đối nhiệt độ Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 56 Tai lieu Luan van Luan an Do an E1 E2    E0 A1 A2 E  E0 A  A Hay phát biểu sau: Trong điều kiện cân nhiệt động, tỉ số khả xạ hệ số hấp thu vật xám khả xạ vật đen tuyệt đối E0  T  C  E C 100       A E0 C0  T  C0    100  [1-106] b Dòng nhiệt trao đổi xạ vật Bức xạ nhiệt hai mặt phẳng rộng vơ hạn, đặt song song nhau: Giả sử có hai phẳng rộng vô hạn đặt song song Tấm thứ có nhiệt độ T1, hệ số hấp thụ A1, thứ hai có nhiệt độ T2, hệ số hấp thụ A2 Giả sử T1>T2 yêu cầu tính lượng trao đổi nhiệt xạ hai điều kiện ổn định, nghĩa nhiệt độ phẳng T 1, T2 không đổi theo thời gian Năng lượng trao đổi nhiệt xạ hai tấm: q12  Ehd  Ehd   Ehd  E1  (1  A1 ) Ehd  Ehd  E2  (1  A2 ) Ehd   A2 E1  A1 E2  q12  A1  A2  A1 A2 Theo định luật Stefan - Boltzmann Kirchhof lượng xạ tính sau:  T1   E1   1C0  4     100   q   C  T1    T2   12 qd 4   100   100    T2   E   C0      100     qd  1    1 A 1     Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn 57 [1-107] Tai lieu Luan van Luan an Do an b) Bức xạ nhiệt hai vật bọc nhau: Giả sử có hai vật bọc hình bên với thơng số sau: Vật 1: F1, T1, A1, 1 Vật 2: F2, T2, A2, 2 Hệ số góc xạ vật tới vật là: Q  21  21 Q2 [1-108]   T1  C0  T2   Q12   F1     21F2   ; W      100   100     21  1 1  2  Hình 2.35 Trao đổi nhiệt xạ hai vật bọc Để tìm giá trị 21 cần phải xét điều kiện câng nhiệt động, tức T1 = T2 lúc Q12 = T1  T2  F1    21  Q12  0 F2  T1   T2   Q12  C0 F1     ; W   F1   100   100        1  F2     qd   F1     1  F2     T1   T2       Ta có : Q12   qd C0 F1   100   100   [1-109] [1-110] Sau xét trường hợp đặc biệt sau: - Khi F1