Giáo trình kỹ thuật lạnh (nghề điện công nghiệp trung cấp)

CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT

NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT

- Trình bày được các khái niệm về nhiệt động lực học.

- Hơi và thông số trạng thái hơi, Các quá trình nhiệt động của hơi.

- Các chu trình nhiệt động.

1.1 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới:

1.1.1 Các khái niệm và định nghĩa: a) Khái niệm chất môi giới (CMG):

Chất môi giới hay môi chất công tác là một thành phần quan trọng trong thiết bị nhiệt, đóng vai trò trung gian trong quá trình chuyển đổi giữa nhiệt năng và cơ năng.

* Thông số trạng thái của CMG:

Là các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động của CMG b) Các thông số trạng thái của chất môi giới:

Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt của vật Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử m kT

Trong đó: mμ - khối lượng phân tử ω - vận tốc trung bình của các phân tử k - hằng số Bonzman , k = 1,3805.10 5 J/độ

Nhiệt kế là thiết bị đo nhiệt độ, hoạt động dựa trên sự thay đổi của các tính chất vật lý như chiều dài, thể tích, màu sắc và điện trở khi nhiệt độ thay đổi.

Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ: oC 9

+ Khái niệm: Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa p =

Theo thuyết động học phân tử :

Hình 1.3: Nhiệt kế p = 3 m 2 n [1-3] trong đó : p - áp suất ;

F - lực tác dụng của các phân tử ;

A - diện tích thành bình chứa ; n - số phân tử trong một đơn vị thể tích ; α - hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác của các phân tử

3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch)

4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)

Mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất:

1 atm = 760 mm Hg (at 0 0 C) = 10,13 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft 2 )

1 at áp dụng các đơn vị đo lường như 0,981 bar, 9,81 x 10^4 N/m², 9,81 x 10^4 Pa, 10 mH2O, 735,5 mmHg và 14,7 psi Áp suất được phân loại thành hai loại chính: áp suất khí quyển (p0), là áp suất của không khí tác động lên bề mặt các vật thể trên trái đất, và áp suất dư (pd).

Áp suất tuyệt đối (p) là áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối, được tính bằng công thức p = p d + p 0, trong đó p d là áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển Áp suất chân không (pck) được xác định là p d = p - p 0.

Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển pck = p0 - p [1-6]

Hình 1.4: Các loại áp suất

Hình 1.5: Dụng cụ đo áp suất

Khi đo áp suất bằng áp kế thủy ngân, cần hiệu chỉnh chiều cao cột thủy ngân về nhiệt độ 0°C theo công thức h0 = h (1 - 0,000172 t), trong đó t là nhiệt độ của cột thủy ngân, h0 là chiều cao cột thủy ngân đã được hiệu chỉnh, và h là chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t Ngoài ra, cần lưu ý về thể tích riêng và khối lượng riêng trong quá trình đo lường.

Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn vị khối lượng chất đó : m

Khối lượng riêng (ρ), hay còn gọi là mật độ, là khối lượng của một chất tương ứng với một đơn vị thể tích của chất đó, được tính bằng công thức ρ = V/m [kg/m³] Nội năng là một khái niệm quan trọng trong vật lý, liên quan đến năng lượng bên trong của hệ thống.

Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lượng do chuyển động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng

Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (ud) và nội thế năng (up)

- Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật

Nội thế năng phụ thuộc vào lực tương tác giữa các phân tử và khoảng cách giữa chúng, do đó, nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích riêng: u = u(T, v) Đối với khí lý tưởng, do lực tương tác giữa các phân tử bằng 0, nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Sự thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định qua các biểu thức: du = CvdT và Δu = Cv(T2 - T1) Đối với 1kg môi chất, nội năng được ký hiệu là u với đơn vị J/kg; còn đối với Gkg môi chất, ký hiệu là U với đơn vị J Ngoài ra, nội năng còn có thể được biểu thị bằng các đơn vị khác như kCal, kWh, và Btu.

1kJ = 0,239 kCal = 277,78.10 -6 kWh = 0,948 Btu e Enthanpy:

Enthalpy (i hoặc h) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức : i = h = u + p.v [1-11]

Enthalpy của khí thực là một hàm của các thông số trạng thái, tương tự như nội năng Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Entropy (s) là một hàm trạng thái được định nghĩa bằng biểu thức : ds =

1.1.2 Hơi và các thông số trạng thái của hơi a) Các khái niệm chung:

+ Nhiệt năng (nhiệt lượng): là dạng năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự chênh lệch nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt năng:

Calorie (Cal) - 1 Cal là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 gam nước tăng từ

British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 pound nước tăng từ 59.5 0 F lên 60.5 0 F

Hình 1.6: Các hình thức truyền nhiệt

+ Nhiệt dung và nhiệt dung riêng:

Nhiệt dung của một vật là lượng nhiệt cần cung cấp cho vật hoặc từ vật tỏa ra để nhiệt độ của nó thay đổi 1 0

Nhiệt dung riêng (NDR), hay còn gọi là Tỷ nhiệt, là lượng nhiệt cần thiết để làm thay đổi nhiệt độ của 1 đơn vị vật chất thêm 1 độ.

Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất:

Nhiệt dung riêng khối lượng c m

Nhiệt dung riêng thể tích c’ V tc

Phân loại NDR theo quá trình nhiệt động:

- NDR đẳng tích cv, cv’, cμv

- NDR đẳng áp cp, cp’, cμp

Công thức Maye : cp - cv = R [1-17] cμp - cμv = Rμ = 8314 [J/kmol.độ] [1-18]

Trị số k của khí thực phụ thuộc vào loại chất khí và nhiệt độ Đối với khí lý tưởng, k chỉ phụ thuộc vào loại chất khí

Quan hệ giữa c, k và R: cv = R k

+ Nhiệt dung riêng của khí thực:

NDR của khí thực phụ thuộc vào bản chất của chất khí, nhiệt độ, áp suất và quá trình nhiệt động : c = f (T, p, quá trình).

Trong điều kiện áp suất thông dụng, áp suất tác động không đáng kể đến NDR Do đó, NDR có thể được biểu diễn dưới dạng hàm nhiệt độ với công thức: c = a0 + a1 t + a2 t^2 + + an t^n [1-21].

+ Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng:

NDR của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào loại chất khí mà không phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất

Bảng 1.1: Chỉ số đoạn nhiệt và nhiệt dung riêng của khí lý tưởng

Loại khí k cμv [kJ/kmol.độ] cμp [kJ/kmol.độ]

+ Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí: c n i i i c g

[1-22] b) Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình:

* Tính NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ t 1 ÷ t 2 khi biết NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0 ÷ t :

• NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0 ÷ t: c t 0 = a 0 + a 1 t

• Theo định nghĩa NDR: c = dq/dt

• Nhiệt trao đổi trong quá trình 1 - 2: 2

• Mặt khác có thể viết:

* Tính nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ t 1 ÷ t 2 khi biết NDR thực c = a 0 + a 1 t:

* Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình: q 2

Công, hay còn gọi là cơ năng, là dạng năng lượng được hình thành từ quá trình chuyển đổi năng lượng, trong đó có sự dịch chuyển của lực tác dụng Công được tính bằng tích của thành phần lực cùng phương chuyển động và quãng đường dịch chuyển.

Công là một dạng năng lượng, vì vậy đơn vị của công cũng chính là đơn vị của năng lượng Đơn vị phổ biến nhất để đo công là Joule (J), trong đó 1 Joule tương ứng với công của lực 1 Newton tác dụng trên quãng đường 1 mét.

Công thay đổi thể tích (l), hay còn gọi là công cơ học, là công do công máy phát sinh khi chất liệu giãn nở hoặc nhận được khi bị nén Công này liên quan chặt chẽ đến sự dịch chuyển ranh giới của hệ nhiệt động.

Công thay đổi thể tích được xác định bằng biểu thức : l 2

Công kỹ thuật (l kt ) - là công của dòng khí chuyển động được thực hiện khi áp suất của chất khí thay đổi

Công kỹ thuật được xác định bằng biểu thức: lkt 2

Qui ước: Công do HNĐ sinh ra mang dấu (+), công do môi trường tác dụng lên HNĐ mang dấu (-).

1.1.3 Các thể (pha) của vật chất:

Chất môi giới (CMG) đóng vai trò trung gian trong quá trình chuyển đổi năng lượng trong thiết bị nhiệt CMG có ba dạng vật lý: pha lỏng, pha rắn và pha hơi (khí), trong đó thiết bị nhiệt thường sử dụng CMG ở pha khí Điều này là do chất khí có khả năng thay đổi thể tích lớn, cho phép thực hiện công suất cao trong quá trình hoạt động.

Hình 1.8: Đồ thị biểu diễn pha của chất thuần khiết

* Ví dụ các quá trình chuyển pha của nước:

+ Sự hóa hơi và ngưng tụ:

Hóa hơi là quá trình chuyển đổi từ pha lỏng sang pha hơi, trong khi ngưng tụ là quá trình ngược lại Để thực hiện hóa hơi, cần cung cấp nhiệt cho CMG, trong khi ngưng tụ sẽ giải phóng nhiệt Nhiệt lượng cần thiết để hoàn toàn hóa hơi 1kg CMG lỏng được gọi là nhiệt ẩn hóa hơi (rhh), và nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg CMG ngưng tụ được gọi là nhiệt ngưng tụ (rnt) Cả hai giá trị này đều bằng nhau Tại áp suất khí quyển, nhiệt ẩn hóa hơi của nước đạt 2257 kJ/kg.

+ Sự nóng chảy và đông đặc:

CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH

KHÁI NIỆM CHUNG

- Trình bày được các kiến thức cơ sở về máy và hệ thống lạnh

1.1 Ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong đời sống và kỹ thuật:

1.1.1 Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm:

Khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong công nghệ bảo quản thực phẩm, một lĩnh vực quan trọng của kỹ thuật lạnh Công nghệ này giúp bảo quản các loại thực phẩm như rau, quả, thịt, cá, và sữa, ngăn chặn sự phân hủy do vi khuẩn Đặc biệt, ở những quốc gia có khí hậu nóng và ẩm như Việt Nam, quá trình phân hủy diễn ra nhanh chóng hơn Do đó, việc áp dụng kỹ thuật lạnh trong bảo quản thực phẩm là cực kỳ cần thiết.

Kho lạnh bảo quản và chế biến phân phối, cùng với các thiết bị lạnh thương mại và tủ lạnh gia đình, đã trở thành những phần không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp Các nhà máy sản xuất nước đá, máy lạnh lắp trên tàu thủy và phương tiện vận tải cũng đóng vai trò quan trọng Ngoài ra, ngành công nghiệp rượu bia, bánh kẹo, nước uống và sữa cũng phụ thuộc vào công nghệ lạnh để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

1.1.2 Ứng dụng lạnh trong công nghiệp:

Hóa lỏng không khí bao gồm các khí sản phẩm từ ngành công nghiệp hóa học, chẳng hạn như clo, amoniac, cacbonic, các loại khí đốt và khí sinh học.

Oxi, Nitơ được sử dụng nhiều như hàn, cắt kim loại

Các loại khí trơ He, Ar, Xe… được sử dụng trong nghiên cứu vật lý, sản xuất bóng đèn 1.1.3 Ứng dụng lạnh trong nông nghiệp:

Nhằm bảo quản giống, lai tạo giống, điều hoà khí hậu cho các trại chăn nuôi trồng trọt, bảo quản và chế biến cá, nông sản thực phẩm.

Hóa lỏng không khí thu nitơ sản xuất phân đạm

1.1.4 Ứng dụng lạnh trong điều tiết không khí:

Ngày nay, kỹ thuật điều tiết không khí không thể tách rời khỏi các ngành như cơ khí chính xác, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật phim ảnh và quang học Để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao, cần tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt về điều kiện và thông số không khí, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và mức độ bụi.

1.1.5 Ứng dụng lạnh trong y tế:

Trong y tế, việc ứng dụng kỹ thuật lạnh để bảo quản thuốc và các phẩm vật y tế ngày càng trở nên phổ biến và mang lại hiệu quả lớn Nhiều loại thuốc quý hiếm, như vacxine, kháng sinh và thuốc gây mê, cần được bảo quản ở nhiệt độ thích hợp để đảm bảo chất lượng và hiệu quả sử dụng.

1.1.6 Ứng dụng lạnh trong thể dục thể thao:

Kỹ thuật lạnh cho phép tạo ra sân trượt băng, đường đua trượt băng và trượt tuyết nhân tạo, phục vụ cho việc luyện tập của các vận động viên cũng như các đại hội thể thao, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao Bên cạnh đó, công nghệ này còn được ứng dụng để sưởi ấm bể bơi.

1.1.7 Ứng dụng lạnh trong đời sống:

Sản xuất nước đá đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản nông sản và thực phẩm, đặc biệt trong vận chuyển và chế biến thủy sản Nước đá không chỉ giúp giữ lạnh mà còn mang lại sự mát mẻ và giải khát, rất cần thiết cho sinh hoạt của con người, đặc biệt ở các vùng nhiệt đới.

1.1.8 Một số ứng dụng khác:

Trong ngành hàng không, vũ trụ và quốc phòng, máy bay và tàu vũ trụ hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt, với nhiệt độ có thể dao động từ hàng ngàn độ đến dưới -100 độ C Oxy và hydro lỏng được sử dụng làm nhiên liệu cho tàu vũ trụ, đảm bảo hiệu suất hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.

1.2 Các phương pháp làm lạnh nhân tạo:

1.2.1 Phương pháp bay hơi khuếch tán:

Một thí dụ điển hình của bay hơi khuếch tán là nước bay hơi vào không khí

Hình 2.1 minh họa đồ thị h - x của không khí ẩm, với t1 là nhiệt độ khô, t2 là nhiệt độ ướt, và ts là nhiệt độ đọng sương Điểm 1 biểu thị trạng thái ban đầu của không khí Khi phun nước vào không khí khô, nước sẽ bay hơi và khuếch tán, làm thay đổi trạng thái không khí theo đường đẳng enthalpy h = const, với độ ẩm tăng từ φ1 đến φmax = 100% Quá trình này giúp làm lạnh không khí từ nhiệt độ t1 xuống t2.

1.2.2 Phương pháp hòa trộn lạnh:

Cách đây 2000 năm, người Trung Quốc và Ấn Độ đã biết làm lạnh bằng cách hòa trộn muối và nước

Khi hòa trộn 31g NaNO3 và 31g NH4Cl với 100g nước ở nhiệt độ 10°C, nhiệt độ hỗn hợp sẽ giảm xuống -12°C Tương tự, nếu hòa trộn 200g CaCl2 với 100g nước đá vụn, nhiệt độ cũng sẽ giảm đáng kể.

Ngày nay người ta vẫn sử dụng nước đá muối để ướp cá mới đánh bắt khi cần bảo quản cá ở nhiệt độ dưới 0 0 C

1.2.3 Phương pháp dãn nở khí có sinh ngoại công: Đây là phương pháp làm lạnh nhân tạo quan trọng Các máy lạnh làm việc theo nguyên lý dãn nở khí có sinh ngoại công gọi là máy lạnh nén khí có máy dãn nở Phạm vi ứng dụng rất rộng lớn từ máy điều tiết không khí cho đến các máy sử dụng trong kĩ thuật cryô để sản xuất nitơ, oxi lỏng, hóa lỏng không khí.

Hình 2.2: Máy điều hòa không khí bay hơi nước

Sơ đồ thiết bị ; b) Chu trình lạnh biểu diễn trên đồ thị T-s

Máy lạnh nén khí bao gồm bốn thiết bị chính: máy nén, bình làm mát, máy dãn nở và buồng lạnh Môi chất lạnh có thể là không khí hoặc một chất khí khác, không xảy ra biến đổi pha trong chu trình Quá trình nén không khí diễn ra ở nhiệt độ không đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2, và tại bình làm mát, không khí sẽ thải nhiệt ra môi trường ở áp suất không đổi cho đến khi đạt được trạng thái mong muốn.

Quá trình hoạt động của máy lạnh bắt đầu từ trạng thái 3, khi khí được dãn nở ở nhiệt độ và áp suất thấp xuống trạng thái 4 Trong phòng lạnh, không khí thu nhiệt từ môi trường ở áp suất không đổi, làm tăng nhiệt độ lên điểm 1, khép kín vòng tuần hoàn Như vậy, chu trình của máy lạnh bao gồm hai quá trình chính: nén và dãn nở, kết hợp với hai quá trình thu và thải nhiệt ở áp suất không đổi nhưng không đẳng nhiệt.

1.2.4 Phương pháp tiết lưu không sinh ngoại công:

Quá trình tiết lưu là hiện tượng giảm áp suất do ma sát xảy ra khi môi chất di chuyển qua các khu vực có trở lực cục bộ đột ngột, mà không tạo ra công ngoại.

Ví dụ : môi chất chuyển động qua nghẽn van tiết lưu

Hình 2.3: Tiết lưu không sinh ngoại công của một dòng môi chất

1.2.5 Hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng Peltier:

Hiệu ứng nhiệt điện, hay còn gọi là hiệu ứng Peltier, xảy ra khi dòng điện chạy qua một mạch kín được tạo thành từ hai kim loại khác nhau Trong quá trình này, một đầu nối sẽ tỏa nhiệt trong khi đầu còn lại sẽ hấp thụ nhiệt.

MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH

- Nắm rõ các đặc điểm của môi chất lạnh.

- Ký hiệu môi chất lạnh.

- Nắm rõ các đặc điểm của chất tải lạnh.

2.1 Các môi chất lạnh thường dùng trong kỹ thuật lạnh:

Môi chất lạnh, hay còn gọi là tác nhân lạnh, là chất môi giới quan trọng trong chu trình nhiệt động ngược chiều Nó có chức năng thu nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải ra môi trường có nhiệt độ cao, giúp duy trì hiệu quả trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí.

* Ký hiệu môi chất lạnh:

Các frêon là các chất hữu cơ no hoặc chưa no mà các Hydro(H2) được thay thế một phần hay toàn bộ bằng các nguyên tử Cl, Br hay F

Các frêon thường được ký hiệu chữ đầu tiên là R.

Xét: R 1 2 3 Số lượng nguyên tử F

Số lượng nguyên tử Hydrô +1

* Ví dụ 1: Môi chất có công thức hoá học CCl2F2 Tìm ký hiệu

Số thứ nhất: số nguyên tử C –1 = 1-1 = 0

Số thứ 2: số nguyên tử H +1 = 0+1 = 1

Số thứ 3: số nguyên tử F =2

Vậy môi chất có ký hiệu: R012 hoặc R12.

* Ví dụ 2: môi chất có công thức hoá học CHClF2 Tìm ký hiệu

Số thứ nhất: số nguyên tử C –1 = 1-1 = 0

Số thứ 2: số nguyên tử H +1 = 1+1 = 2

Số thứ 3: số nguyên tử F =2

Vậy môi chất có ký hiệu: R022 hoặc R22

* Ví dụ 3: môi chất có kí hiệu R114 tìm công thức hoá học của môi chất đó

Số thứ nhất: số nguyên tử C –1 = 1 C =2

Số thứ 2: số nguyên tử H + 1 = 1 H = 0

Số thứ 3: số nguyên tử F = 4

Vậy môi chất có công thức hoá học: C2Cl2F4

Số lượng nguyên tử Cl xác định được nhờ hoá trị còn lại của nguyên tử từ Cacbon: 2 Cacbon C2H6 , có 4 F có 2 Cl.

Các chất vô cơ được ký hiệu bằng chữ R theo sau là ba chữ số, trong đó chữ số đầu tiên luôn là 7, và hai chữ số còn lại thể hiện phân tử lượng của chất đó.

* Ví dụ: môi chất NH3: R717

2.1.3 Yêu cầu đối với môi chất lạnh: a Tính chất hoá học:

Bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân huỷ và polyme hóa.

Phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn…

Để đảm bảo an toàn và tránh nguy cơ cháy nổ, cần chú ý đến các tính chất lý học của hệ thống Áp suất ngưng tụ (Pk) không được vượt quá mức cho phép, nhằm giảm độ dày của các thiết bị Đồng thời, áp suất bay hơi (Po) phải lớn hơn áp suất khí quyển để ngăn ngừa tình trạng chân không, hạn chế khả năng không khí rò rỉ vào hệ thống.

Nhiệt độ đông đặc nhỏ hơn nhiệt độ bay hơi.

Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ

Nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt.

Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt. Độ nhớt càng nhỏ càng tốt.

Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt.

Khả năng hoà tan nước càng lớn càng tốt.

Không được dẫn điện c Tính chất sinh lý:

Môi chất không được độc hại với con người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp.

Môi chất phải có mùi đặc trưng để dễ dàng phát hiện rò rỉ.

Nếu cần thiết, có thể thêm một chất có mùi đặc trưng vào môi chất, miễn là chất đó không làm ảnh hưởng đến các tính chất khác của môi chất.

Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản. d Tính kinh tế:

Giá thành phải rẻ, Dể kiếm nghĩa là môi chất được sản xuất công nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. e Tính an toàn và cháy nổ:

Phải an toàn, không dễ cháy nổ.

Không tồn tại môi chất lạnh lý tưởng hoàn hảo cho tất cả các yêu cầu, mà chỉ có thể đáp ứng một phần nào đó Tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, có thể lựa chọn loại môi chất lạnh phù hợp nhất.

1.2.4 Môi chất lạnh thường dùng: a Amoniac (NH3):

Amoniac, với công thức hóa học NH3 và ký hiệu môi chất R717, là một loại khí không màu có mùi hắc đặc trưng Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của nó là -33,4 °C Amoniac có các tính chất nhiệt động học tốt, rất phù hợp cho việc sử dụng trong máy lạnh nén hơi với máy nén piston.

NH3 bền vững ở khoảng nhiệt độ và áp suất làm việc NH3 chỉ phân huỷ thành N2 và H2 ở 260 o C.

Khi có nước và thép làm chất xúc tác thì NH3 phân huỷ ngay ở nhiệt độ 110 120 o C

Vì vậy cần làm mát tốt ở đầu xilanh và hạn chế nhiệt độ cuối tầm nén càng thấp càng tốt.

NH3 không gây ăn mòn các kim loại được sử dụng trong chế tạo máy, tuy nhiên, nó có khả năng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng, trừ đồng thau phốt phát Vì vậy, việc sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong máy lạnh NH3 là không được khuyến khích.

* Tính chất vật lý: Ở điều kiện ngưng tụ làm mát bằng nước nếu tnước = 25 o C nhiệt độ nước ra khỏi ngưng tụ t = 37 o C thì tk = 42 o C và Pk = 16,5 bar.

Để đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy lạnh, cần phải làm mát bằng nước do nhiệt độ cuối tầm nén rất cao Áp suất bay hơi lớn hơn 1 bar giúp máy lạnh ít bị chân không, chỉ xảy ra khi nhiệt độ bay hơi giảm xuống dưới -33,4 oC.

Năng suất lạnh riêng thể tích lớn giúp máy nén và thiết bị trở nên gọn nhẹ, trong khi độ nhớt thấp và tính lưu động cao giảm thiểu tổn thất áp suất trên đường ống.

Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn nên thuận lợi cho việc tính toán chế tạo thiết bị bay hơi và ngưng tụ.

Hoà tan nước không hạn chế nên van tiết lưu không bị tắc ẩm.

Không hoà tan dầu nên khó bôi trơn các chi tiết chuyển động cơ của máy nén và hệ thống máy lạnh phải bố trí bình tách dầu.

Dẫn điện nên không sử dụng cho máy nén kín

Nhược điểm cơ bản nhất của NH3 là gây độc hại đối với con người và cơ thể sống Ở nồng độ 1% trong không khí gây ngất sau 1 phút.

Có mùi đặc trưng khó chịu nên dễ phòng tránh.

Làm giảm chất lượng sản phẩm cần bảo quản.

Là môi chất lạnh dễ tìm, rẻ tiền, dễ vận chuyển và bảo quản

* Tính an toàn cháy nổ:

Trong không khí, amoniac (NH3) có khả năng gây cháy nổ khi nồng độ đạt từ 13,5% đến 16% và nhiệt độ cháy là 651°C Do đó, các gian máy chứa NH3 cần phải tránh sử dụng ngọn lửa trần và đảm bảo thông thoáng để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ.

Qua các tính chất trên ngày nay NH3 trở thành môi chất quan trọng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ nhiệt độ bay hơi +10 - 60 o C. b R12:

Môi chất lạnh R12, với công thức hóa học CCl2F2, là một khí không màu và có mùi thơm nhẹ Chất này nặng gấp khoảng 4 lần không khí ở nhiệt độ 30 oC và có nhiệt độ sôi là -28,9 oC ở áp suất khí quyển.

Bền vững trong phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.

Không phản ứng hoá học với dầu bôi trơn và vật liệu phụ trong hệ thống lạnh.

Không ăn mòn kim loại đen, màu và phi kim loại nhưng làm trương phòng một số chất hữu cơ như cao su và một số chất dẻo.

Bắt đầu phân huỷ ở nhiệt độ 540 565 o C khi có chất xúc tác, đến 760 o C thì phân huỷ hoàn toàn.

* Tính chất lý học: Áp suất ngưng tụ thuộc loại trung bình, ở nhiệt độ ngưng tụ 42 o C thì áp suất ngưng tụ

Nhiệt độ cuối tầm nén thấp. Áp suất bay hơi lớn hơn 1 bar (áp suất khí quyển).

Năng suất lạnh riêng khối lượng nhỏ, chỉ bằng 1/8 đến 1/10 NH3 nên lưu lượng tuần hoàn trong hệ thống lớn

Năng suất lạnh riêng thể tích bằng khoảng 60% của NH3 nên hệ thống cồng kềnh hơn. Độ lưu động kém nên đường ống cửa van phải làm to.

Không dẫn điện nên sử dụng được cho máy nén kín và nửa kín.

Hoà tan dầu hoàn toàn nên rất thuận lợi cho việc bôi trơn.

Không hoà tan nước nên nhược điểm rất lớn là gây tắc ẩm ở bộ phận tiết lưu.

Có đặc tính rửa sạch cặn bẩn, cát bụi, gỉ sắt trên thành máy nén và thiết bị nên phải bố trí phin lọc cẩn thận.

Có khả năng rò rỉ rất cao, có thể rò rỉ qua cả gang có cấu trúc tinh thể thô.

Không độc hại đối với con người và cơ thể sống.

Với nồng độ 30% gây ngạt vì thiếu dưỡng khí.

Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản.

Giá thành đắt tuy dễ kiếm, dễ bảo quản và vận chuyển.

Do phá huỷ tầng ôzôn nên cấm sử dụng ở các nước công nghiệp từ 1/1/1996 và các nước đang phát triển từ 1/1/2006

* Tính an toàn cháy nổ:

Không gây cháy nổ nên được được gọi là môi chất lạnh an toàn. c R22:

Là môi chất lạnh có công thức hoá học CHClF2, là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ. Ở áp suất khí quyển có ts = -40,8 o C.

Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.

Khi có chất xúc tác là thép, phân huỷ ở 550 o C.

Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy nhưng hoà tan và làm trương phòng một số chất hữu cơ (cao su, chất dẻo).

Dưới điều kiện ngưng tụ với nước làm mát, nhiệt độ ngưng tụ là 42 o C và áp suất ngưng tụ đạt 16,1 bar, cho thấy môi chất này có áp suất khá cao Nhiệt độ cuối trong quá trình nén trung bình Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi là -40,8 o C, dẫn đến áp suất bay hơi thường lớn hơn áp suất khí quyển.

Năng suất lạnh riêng thể tích lớn gần NH3 nên máy gọn nhẹ. Độ nhớt nhỏ, tính lưu động lớn.

Hoà tan hạn chế dầu nên gây khó khăn cho quá trình bôi trơn.

Không hoà tan nước nhưng mức độ hòa tan lớn gấp 5 lần của R12 nên nguy cơ tắc ẩm giảm đi.

Không dẫn điện nên có thể dùng cho máy nén kín và nửa kín.

Không độc hại đối với cơ thể sống, khi nồng độ quá cao sẽ gây ngạt do thiếu dưỡng khí.

Không ảnh hưởng xấu đến sản phẩm bảo quản.

* Tính kinh tế: Đắt tiền tuy dễ kiếm, dễ bảo quản và dễ vận chuyển.

* Tính an toàn cháy nổ:

Không cháy và không nổ tuy tính an toàn thấp hơn R12.

Chất tải lạnh, hay còn gọi là môi chất lạnh thứ cấp, đóng vai trò là môi chất trung gian trong quá trình làm lạnh Nó nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và chuyển giao nhiệt này tới thiết bị bay hơi, nơi chất lạnh sôi được cấp vào hệ thống.

2.2.1 Các yêu cầu đối với chất tải lạnh:

Giống như môi chất lạnh, chất tải lạnh lý tưởng cũng cần có các tính chất sau đây:

Không ăn mòn thiết bị

Bền vững, không phân hủy trong phạm vi làm việc.

Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh là 5 o C

Để ngăn ngừa hiện tượng bay hơi của chất tải lạnh khi dừng máy, nhiệt độ sôi phải được duy trì cao hơn nhiệt độ môi trường Điều này đảm bảo rằng khi nhiệt độ của chất tải lạnh tăng lên đến mức nhiệt độ môi trường, nó vẫn giữ được trạng thái lỏng.

Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn.

Nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt Độ nhớt và khối lượng càng nhỏ càng tốt vì giảm được tổn thất thủy lực.

Không độc hại với con người và cơ thể sống.

Không tác động xấu đến thực phẩm.

Phải rẻ tiền, dể kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản.

* Tính an toàn cháy nổ:

Không làm ô nhiểm môi trường.

2.2.2 Các chất tải lạnh thường dùng:

Là chất tải lạnh lý tưởng, nó đáp ứng hầu hết các yêu cầu đã nêu Nhược điểm duy nhất là đông đặc ở 0 o C.

Dung dịch nước muối NaCl đáp ứng tốt các yêu cầu sử dụng, tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là khả năng ăn mòn kim loại trong hệ thống lưu chuyển môi chất tải lạnh.

* Dung dịch nước muối CaCl2:

Có các tính chất gần giống NaCl tuy khó tìm.

2.3 Bài tập về môi chất lạnh và chất tải lạnh:

Câu 1: Nêu cách ký hiệu môi chất lạnh frêon ?

Câu 2: Môi chất có kí hiệu R114 Tìm công thức hoá học của môi chất đó ?

Câu 3: Tìm ký hiệu của môi chất lạnh NH3, CO2, không khí ?

CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG

- Nắm rõ các chu trình lạnh 1 cấp và 2 cấp.

- Nguyên lý hoạt động của các chu trình 1 cấp và 2 cấp.

- Cách thể hiện chu trình trên đồ thị lgp-h, t-s.

- Tính toán chu trình bằng bảng tra hoặc đồ thị.

3.1 Hệ thống lạnh với một cấp nén:

3.1.1 Sơ đồ 1 cấp nén đơn giản:

Sơ đồ 1 cấp nén đơn giản, hay còn gọi là chu trình khô, là một quá trình trong đó hơi hút vào máy nén là hơi bảo hoà khô Chu trình khô giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống nén khí.

TBBH - Thiết bị bay hơi ; TBNT - Thiết bị ngưng tụ ;

MN - Máy nén ;VTL - Van tiết lưu b) Nguyên lý làm việc:

Sau khi hơi bão hòa khô được máy nén hút vào để nén theo quá trình 1-2, nó trở thành hơi quá nhiệt cao áp với thông số trạng thái tại điểm 2, sau đó được đẩy vào TBNT Tại TBNT, hơi quá nhiệt cao áp nhả nhiệt cho môi trường làm mát, chuyển đổi thành lỏng cao áp qua quá trình 2-3 Lỏng cao áp với thông số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu, nơi nó chuyển thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số trạng thái 4, rồi vào TBBH Tại TBBH, hơi hạ áp nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, dẫn đến quá trình sôi và hóa hơi đẳng áp Hơi sau TBBH tiếp tục được máy nén hút về, chu trình này lặp lại liên tục.

Hình 2.5 : Đồ thị T - s và lgp - h d) Tính toán chu trình:

- Nhiệt lượng nhận được ở THBH : qo = h1- h4 [2-2]

- Nhiệt lượng thải ra ở TBNT : qk = h2 - h3 [2-3] qk= l + qo [2-4]

3.1.2 Sơ đồ có quá nhiệt hơi hút, quá lạnh lỏng và hồi nhiệt: a) Chu trình có quá nhiệt hơi hút, quá lạnh lỏng:

Chu trình quá lạnh lỏng xảy ra khi nhiệt độ của môi chất lỏng cao áp trước van tiết lưu thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ, trong khi chu trình quá nhiệt hơi hút diễn ra khi nhiệt độ hơi hút vào máy nén cao hơn nhiệt độ bay hơi, thuộc vùng hơi quá nhiệt Một chu trình có cả quá lạnh và quá nhiệt hơi hút sẽ bao gồm cả hai đặc điểm này.

Hình 2.6: Chu trình quá lạnh, quá nhiệt

Hơi môi chất sau khi ra khỏi TBBH được quá nhiệt nhờ van tiết lưu nhiệt, sau đó máy nén hút và nén thành hơi quá nhiệt cao áp Tại TBNT, hơi này nhả nhiệt cho môi trường làm mát, dẫn đến quá trình ngưng tụ đẳng áp thành lỏng cao áp và được làm quá lạnh bởi thiết bị quá lạnh.

Môi chất lỏng sau khi được làm lạnh qua van tiết lưu sẽ chuyển thành hơi bão hòa ẩm với nhiệt độ và áp suất thấp, sau đó được đưa vào TBBH Tại đây, môi chất hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, sôi và hóa hơi đẳng áp đến trạng thái 1’ Tiếp theo, nó được quá nhiệt và máy nén hút về, tạo nên một chu trình liên tục.

Hình 2.7: Đồ thị T - s và lgp - h

- Nhiệt lượng nhận được ở THBH : qo = h1’ - h4 [2-6]

- Năng suất lạnh riêng thể tích qov : qov = qo/v1 [2-7]

- Nhiệt lượng thải ra ở TBNT : qk = h2 - h3’ [2-8]

Chu trình hồi nhiệt là một quá trình quan trọng trong hệ thống làm lạnh, trong đó thiết bị trao đổi nhiệt hoạt động giữa môi chất lỏng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh trước khi trở về máy nén Việc sử dụng chu trình này giúp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và cải thiện hiệu quả làm lạnh.

Hình 2.8: Chu trình hồi nhiệt

HN: thiết bị hồi nhiệt.

Máy nén hút hơi quá nhiệt với thông số trạng thái 1, nén thành hơi quá nhiệt cao áp tại thông số trạng thái 2 và đẩy vào TBNT Tại TBNT, hơi quá nhiệt nhả nhiệt cho môi trường làm mát, chuyển đổi thành lỏng cao áp ở thông số trạng thái 3 Lỏng cao áp tiếp tục đến thiết bị HN, nơi nhả nhiệt cho hơi từ TBBH, biến thành lỏng quá lạnh Lỏng này qua van tiết lưu thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số trạng thái 5, vào TBBH Tại TBBH, môi chất nhận nhiệt, sôi và hóa hơi thành hơi có thông số trạng thái 6 trước khi trở lại thiết bị HN Tại thiết bị HN, hơi nhận nhiệt từ lỏng sau TBNT, trở thành hơi quá nhiệt và được máy nén hút về, tiếp tục chu trình.

- Nhiệt lượng nhận được ở THBH : qo = h6 – h5 [2-12]

- Năng suất lạnh riêng thể tích qov : qov = qo/v1 [2-13]

- Nhiệt lượng thải ra ở TBNT : qk = h2 - h3 [2-14]

3.2 Sơ đồ 2 cấp nén có làm mát trung gian:

3.2.1 Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu làm mát trung gian không hoàn toàn:

Chu trình 2 cấp với 1 tiết lưu làm mát trung gian không hoàn toàn sử dụng hơi bão hòa khô từ máy nén Quá trình nén được chia thành 2 cấp, trong đó hơi sinh ra từ máy nén hạ áp được làm mát trung gian.

Hình 2.10 : Sơ đồ nguyên lý

NHA : Máy nén hạ áp ; NCA : Máy nén cao áp ;

Q tg : Thiết bị làm mát trung gian

Hơi bão hòa khô sau khi ra khỏi TBBH có thông số trạng thái tại điểm 1, được máy nén hạ áp hút vào, sau đó nén trong quá trình nhiệt – đẳng entropy để chuyển thành hơi quá nhiệt trung gian với các thông số trạng thái mới.

Hơi quá nhiệt trung gian được làm mát trước khi vào máy nén cao áp, nơi nó được nén thành hơi quá nhiệt cao áp và đẩy vào TBNT Tại TBNT, hơi này nhả nhiệt cho môi trường làm mát, dẫn đến quá trình ngưng tụ thành lỏng cao áp Lỏng này sau đó đi qua van tiết lưu, chuyển đổi thành hơi bão hòa ẩm với nhiệt độ và áp suất thấp, rồi vào TBBH Tại TBBH, môi chất hấp thụ nhiệt từ môi trường, sôi và hóa hơi trở lại trạng thái ban đầu Quá trình này được lặp lại liên tục.

- Côngnén riêng: l = lNHA + lNCA = (h2 – h1) + (h4 – h3) , kJ/kg [2-18]

- Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị làm mát trung gian: qtg= h2 – h3 , kJ/kg [2-19]

- Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk= h4 – h5 , kJ/kg [2-20]

- Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo= h1 - h6 , kJ/kg [2-21]

- Năng suất lạnh riêng thể tích: qov 1

- Áp suất trung gian: Ptg= P 0 P k [2-23]

3.2.2 Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu làm mát trung gian không hoàn toàn:

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý

Sau khi máy nén hạ áp hút hơi tại trạng thái 1, quá trình nén diễn ra theo đẳng entropy, tạo ra hơi quá nhiệt trung gian tại trạng thái 2 Hơi này được chuyển vào thiết bị làm mát trung gian, nơi nhả nhiệt cho môi trường làm mát theo quá trình 2-3 Sau khi ra khỏi thiết bị làm mát, hơi quá nhiệt tại trạng thái 3 được trộn lẫn với hơi từ bình trung gian, tạo thành hỗn hợp hơi tại trạng thái 4 Hơi này tiếp tục được máy nén cao áp hút và nén thành hơi quá nhiệt cao áp, sau đó đẩy vào TBNT Tại TBNT, hơi quá nhiệt cao áp nhả nhiệt cho môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng cao áp ở trạng thái 6 Lỏng này sau đó đi qua VTL 1, tiết lưu đến trạng thái 7, trong khi phần hơi sinh ra sau VTL 1 được ghi nhận với thông số trạng thái.

Quá trình tuần hoàn bắt đầu khi chất lỏng ở trạng thái 9 được đưa trở lại đầu hút của máy nén cao áp Tại đây, chất lỏng này đi qua VTL 2 và chuyển thành hơi bão hòa ẩm với nhiệt độ và áp suất thấp, rồi được đưa vào TBBH Tại TBBH, môi chất hấp thụ nhiệt từ môi trường, làm cho nó sôi và hóa hơi thành hơi ở trạng thái 1 Hơi này sau đó được máy nén hút về, tạo thành một chu trình liên tục.

Gọi m1 là lượng môi chất vào NHA m4 là lượng môi chất vào NCA

Ta có lượng môi chất bão hoà khô ra khỏi BTG là m8 và lượng lỏng môi chất ra khỏi BTG vào van tiết lưu 2 là m1

Vậy tại bình trung gian ta có:

- Công nén riêng: l = lNHA + lNCA = (h2 – h1) + (h5 – h4) , kJ/kg [2-26]

- Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị làm mát trung gian: qtg = h2 – h3 , kJ/kg[2-27]

- Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h5 – h6 , kJ/kg [2-28]

- Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo= h1 – h10 , kJ/kg [2-29]

- Năng suất lạnh riêng thể tích: qov 1

- Áp suất trung gian: Ptg= P 0 P k [2-31]

[2-33]3.2.3 Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn:

Nhược điểm chính của chu trình 2 cấp làm mát trung gian không hoàn toàn là hơi hút vào máy nén chưa đạt trạng thái bão hòa khô, dẫn đến công nén chưa được tối ưu và nhiệt độ cuối tầm nén cao Để khắc phục vấn đề này, người ta đã áp dụng phương pháp sục thẳng hơi quá nhiệt trung gian vào bình trung gian, giúp làm mát hoàn toàn hơi nén hạ áp sau thiết bị làm mát trung gian.

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý

Sau khi máy nén hạ áp hút, hơi được nén trong quá trình đẳng entropy từ trạng thái 1 đến trạng thái 2, tạo ra hơi quá nhiệt trung gian Hơi này sau đó được đưa vào thiết bị làm mát trung gian, nơi môi chất nhả nhiệt cho môi trường làm mát trong quá trình 2-3 Hơi sau thiết bị làm mát trung gian đạt trạng thái mới.

Hơi được sục thẳng vào bình trung gian, nơi mà một phần lỏng sau VTL 1 thu nhiệt bay hơi và làm mát đến trạng thái bão hòa khô Sau đó, hơi từ bình trung gian được máy nén cao áp hút vào, nén theo quá trình đẳng entropy thành hơi quá nhiệt cao áp, rồi đẩy vào TBNT.

THIẾT BỊ ĐIỆN LẠNH

Máy nén

Máy nén có vai trò quan trọng trong việc hút hơi ga từ dàn bay hơi, nén chúng lên áp suất cao và sau đó đẩy vào dàn ngưng tụ Thiết bị này đảm bảo duy trì áp suất ổn định trong quá trình bay hơi và ngưng tụ, đồng thời đáp ứng lưu lượng yêu cầu của hệ thống.

Máy nén của tủ lạnh gồm nhiều chủng loại như: máy nén pittông, roto, trục vít,

… nhưng chủ yếu là máy nén kín kiểu máy nén pittông.

Cấu tạo gồm 2 phần: Động cơ điện và máy nén được bố trí trong một vỏ máy và được hàn kín.

Hình 3.4 Cấu tạo máy nén pittông

1: Thân máy nén 8: Nắp trong xilanh

2: Xi lanh 9: Nắp ngoài xilanh

6: Van đẩy 13: Ống dịch vụ

Phần động cơ điện: Gồm stato và roto.

Stato được quấn bởi 2 cuộn dây: cuộn làm việc CR và cuộn khởi động CS.

C.S.R là 3 chữ viết tắt từ tiếng Anh.

Cuộn CS có điện trở lớn hơn cuộn CR.

Thiết bị ngưng tụ

Dàn ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh ngưng tụ và môi trường làm mát như nước hoặc không khí Nhiệm vụ chính của dàn ngưng trong hệ thống lạnh là thải nhiệt của môi chất ngưng tụ ra ngoài môi trường Lượng nhiệt thải qua dàn ngưng tương đương với lượng nhiệt mà dàn bay hơi thu được để làm lạnh, cộng với điện năng tiêu thụ của máy nén Hơi môi chất ngưng tụ ở áp suất và nhiệt độ cao.

- Dàn ngưng của tủ lạnh phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Bề mặt trao đổi nhiệt phải đủ.

- Sự tiếp xúc giữa cánh tản nhiệt và ống dẫn ga phải tốt.

- Chịu được áp suất cao, không bị ăn mòn.

- Tỏa nhiệt tốt vào không khí nghĩa là đối lưu không khí qua dàn dễ dàng.

- Công nghệ chế tạo dễ dàng, bảo quản sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ.

Dàn ngưng của tủ lạnh thường được làm bằng ống thép lớn có 1-2 vòng xoắn, với cánh tản nhiệt bằng thép tấm hình vuông hoặc tròn Hầu hết các tủ lạnh nén hơi của Mỹ và Nhật có cấu tạo tương tự, sử dụng ống thép φ5 và cánh tản nhiệt bằng dây thép φ1,2 được hàn đính lên ống Các loại dàn ngưng khác cũng có ống nằm ngang (thường là ống thép φ5) nhưng cánh tản nhiệt có thể là dạng tấm liền hoặc có dập khe gió để tăng cường đối lưu không khí Hiện nay, dàn ngưng thường được bố trí phía trong vỏ tủ ở phía sau hoặc hai bên, nên không thể nhìn thấy dàn ngưng.

Hình 3.6 mô tả các thành phần của dàn nóng trong tủ lạnh, bao gồm: a) dàn ngưng hấp thụ, b) dàn ống nằm ngang với cánh tản nhiệt bằng dây thép, c) dàn ngưng nằm ngang với cánh bằng tấm liền dập khe gió, và d) dàn ngưng ống thép nằm ngang, cố định lên tấm tản nhiệt liền.

Hơi gas từ đầu đẩy máy nén được chuyển đến dàn ngưng tụ, nơi nó thải nhiệt ra môi trường không khí đối lưu tự nhiên và ngưng tụ thành lỏng Gas vào dàn ngưng tụ theo hướng từ trên xuống Hiện nay, hầu hết các tủ lạnh sử dụng vỏ tủ bên hông và phía sau làm cánh tản nhiệt.

Dàn ngưng tủ lạnh, đầu trên được lắp vào đầu đẩy máy nén, đầu dưới ( lỏng ra ) được lắp với phin sấy lọc trước khi nối với ống mao

Thiết bị bay hơi

Dàn bay hơi là thiết bị quan trọng trong hệ thống làm lạnh, hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh sôi và môi trường cần làm lạnh, chẳng hạn như không khí, nước hoặc sản phẩm cần bảo quản Nhiệm vụ chính của dàn bay hơi là thu nhiệt từ môi trường lạnh, cung cấp cho môi chất lạnh sôi ở nhiệt độ thấp, từ đó tạo ra và duy trì môi trường lạnh với nhiệt độ ổn định.

Dàn bay hơi cần đảm bảo khả năng trao đổi nhiệt độ phù hợp với máy nén và dàn ngưng, nhằm đạt năng suất lạnh theo thiết kế Điều này có nghĩa là dàn bay hơi phải có đủ diện tích trao đổi nhiệt cần thiết để hoạt động hiệu quả.

- Tuần hoàn không khí tốt.

- Tiếp xúc giữa sản phẩm bảo quản với dàn phải tốt

- Chịu áp suất tốt, không bị ăn mòn bởi thực phẩm bảo quản.

- Công nghệ chế tạo dễ dàng, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng.

Trong tủ lạnh gia đình, dàn lạnh bay hơi kiểu tấm thường có rãnh cho môi chất lạnh tuần hoàn, được làm từ thép không gỉ hoặc nhôm Đối với vật liệu nhôm, một lớp bảo vệ được phủ lên để đảm bảo không ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm Dàn bay hơi kiểu ống đứng và ống xoắn chủ yếu được sử dụng trong bể kem và đá, trong khi dàn bay hơi ống cánh phổ biến trong các tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ có đối lưu không khí cưỡng bức Dạng ống tấm là loại dàn ống cố định chắc chắn lên tấm tản nhiệt, thường thấy trong các tủ đá khô hoặc tủ đá tự tạo Hình ảnh mô tả cấu tạo của dàn bay hơi kiểu tấm bằng thép không gỉ và nhôm.

Ga ở áp suất và nhiệt độ thấp sẽ đi qua ống mao đến dàn bay hơi, nơi nó hấp thụ nhiệt từ môi trường để sôi và hóa hơi Sau đó, ga được quá nhiệt trên đường ống trước khi được máy nén hút trở về.

Dàn lạnh tủ lạnh, đầu trên được lắp vào sau ống mao ( hoặc van tiết lưu ) theo chiều chuyển động của gas lạnh và trước máy nén

Thiết bị tiết lưu

Hạ áp suất của dòng môi chất lạnh lỏng từ áp suất ngưng tụ tại dàn ngưng tụ xuống áp suất thấp ở dàn bay hơi là quá trình cần thiết để đạt được nhiệt độ sôi phù hợp.

Cung cấp và điều chỉnh đủ lượng môi chất lỏng cho dàn bay hơi, phù hợp với tải nhiệt của dàn

Duy trì áp suất bay hơi ổn định và sự chênh lệch áp suất giữa dàn bay hơi và dàn ngưng tụ

Hình 3.8 Ống mao tủ lạnh

Tủ lạnh gia đình với công suất nhỏ thường sử dụng ống mao thay vì van tiết lưu do chế độ làm việc ổn định Ống mao là một đoạn ống có đường kính rất nhỏ, dao động từ 0,6 đến 2mm và chiều dài từ 0,5 đến 5m.

Máy nén có thiết kế đơn giản, không có chi tiết chuyển động phức tạp, do đó không cần bình chứa Sau khi máy nén ngừng hoạt động trong vài phút, áp suất giữa hai ống mao sẽ cân bằng, giúp máy nén dễ dàng khởi động lại.

Nhược điểm của hệ thống này bao gồm việc dễ bị tắc bẩn và tắc ẩm, khó xác định độ dài ống, và không thể tự điều chỉnh lưu lượng theo các chế độ làm việc khác nhau Do đó, nó chỉ phù hợp cho các hệ thống lạnh có công suất nhỏ và rất nhỏ.

- Nguyên tắc khi lựa chọn ống mao:

+ Để tránh tắc bẩn và tắc ẩm nên chọn ống mao có đường kính lớn (với chiều dài lớn) không nên chọn ống mao có đường kính nhỏ.

Không nên tăng trở lực ống mao bằng cách kẹp bớt ống, vì điều này sẽ làm cho độ lạnh đạt được sâu hơn nhưng năng suất lạnh của hệ thống lại giảm Do đó, cần cân nhắc để cáp vừa đủ với độ lạnh cần thiết.

Vị trí lắp đặt: Ống mao tủ lạnh, đầu trên lắp vào sau phin lọc theo chiều chuyển động của gas lạnh và trước dàn lạnh

Thiết bị phụ

- Hút ẩm, đề phòng hiện tượng tắc ẩm trong hệ thống.

- Lọc cặn bẩn để tránh hiện tượng tắc bẩn và ăn mòn thiết bị.

Vỏ chứa được làm từ đồng hoặc thép, bên trong có lưới chặn và có thể được bổ sung thêm lớp nỉ hoặc dạ Giữa cấu trúc này là các hạt hóa chất hút ẩm như silicagel hoặc zeolit.

1 Đầu nối với dàn ngưng 2.Lưới lọc thô

3.Chất hút ẩm 4.Lưới lọc tinh

5.Đầu nối với ống mao

Phin sấy lọc thường được chế tạo từ đồng, mặc dù cũng có thể làm từ nhôm hoặc thép, và có nhiều kích thước cũng như hình dáng khác nhau Sản phẩm này được thiết kế để phù hợp với từng hệ thống lạnh, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Phin sấy lọc tủ lạnh là ống đồng hình trụ, được thiết kế với hai đầu tóp Chức năng chính của phin là lọc cặn bẩn và ngăn chặn hạt hút ẩm bị mài mòn hoặc rã Để đảm bảo hiệu quả lọc, cả đầu vào và đầu ra của phin đều được trang bị các lớp lưới lọc phù hợp.

Hình 3.11 Cấu tạo phin sấy lọc của tủ lạnh

Vị trí lắp đặt phin rất quan trọng vì Silicagel chỉ hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ dưới 33°C, do đó cần đặt phin ở phía hạ áp Nếu lắp ở phía cao áp, cần đảm bảo khoảng cách xa đầu máy nén và dàn ngưng Ngược lại, Zeolit có thể được lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào.

Để bảo vệ các thiết bị trong hệ thống lạnh, tốt nhất là đặt phin sấy lọc trước ống mao và cả van điện từ, mắt ga.

Khi lắp đặt phin ở vị trí hạ áp, cần thiết phải thêm một phin lọc (gồm lưới và có thể bổ sung lớp nỉ hoặc lớp dạ) trước van tiết lưu hoặc ống mao Điều này giúp bảo vệ ống mao và van tiết lưu khỏi tình trạng tắc nghẽn do bụi bẩn.

Tư thế lắp đặt của phin sấy lọc rất quan trọng đối với tủ lạnh Nên lắp phin theo chiều đứng hoặc nghiêng để ga lỏng di chuyển từ trên xuống dưới, giúp đảm bảo ga phun vào dàn là ga lỏng và ống mao hoạt động ổn định hơn.

- Ngăn ngừa lỏng hút về máy nén gây va đập thuỷ lực.

- Thường dàn bay hơi bị tràn lỏng trong trường hợp xả băng bằng hơi nóng hoặc khi phụ tải trong tủ lạnh tăng đột ngột.

Bình gom lỏng là một thiết bị hình trụ hoặc một mạng ống hút liên kết, có chức năng thu hồi hơi từ dàn bay hơi Thiết bị này giúp ngăn chặn sự tích tụ lỏng, cho phép hơi được hút trở lại máy nén, từ đó tránh hiện tượng va đập thủy lực.

Bình gom lỏng tủ lạnh, đầu trên lắp vào dàn bay hơi theo chiều chuyển động của gas lạnh và trước đầu hút về của máy nén

Một Số Mạch Điện Cơ Bản Của Tủ Lạnh Nén Hơi

Các thiết bị điện và bảo vệ

Rơle bảo vệ, còn được biết đến với các tên gọi như rơle bảo vệ quá tải, rơle quá tải, rơle nhiệt hay thermic, là thiết bị tự động có chức năng ngắt mạch điện nhằm bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải.

Trong động cơ, nhiệt độ cuộn dây không được vượt quá 120 độ C để tránh tình trạng cháy lớp sơn cách điện, dẫn đến chập mạch và hư hỏng các vòng dây Do đó, việc bảo vệ động cơ chủ yếu nhằm duy trì nhiệt độ ở mức an toàn này.

Có 3 phương pháp bảo vệ động cơ là:

Sử dụng tiếp điểm thanh lưỡng kim hoặc thermistor gắn trực tiếp lên cuộn dây là phương pháp tối ưu để thu tín hiệu bảo vệ từ nhiệt độ cuộn dây Tuy nhiên, phương pháp này gây khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa blốc tủ lạnh, vì mỗi lần sửa chữa đều cần phải tháo rời blốc.

Sử dụng tín hiệu dòng điện quá tải của động cơ, khi dòng điện cho thấy nhiệt độ có thể vượt quá 120°C, kết hợp với nhiệt độ trên vỏ blốc để ngắt tiếp điểm lưỡng kim Mặc dù phương pháp này không chính xác bằng phương pháp đầu tiên, nhưng nó mang lại nhiều ưu điểm trong vận hành, vì nằm ngoài máy nén, dễ dàng tháo ra để bảo dưỡng và sửa chữa Loại rơle này cũng cần được bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ.

- Phương pháp 3 giống phương pháp 2 nhưng chỉ dùng dòng điện quá tải làm tín hiệu ngắt tiếp điểm lưỡng kim, nên không hiệu quả bằng phương pháp 2

Trong tủ lạnh thường sử dụng phương pháp 2 là dùng tín hiệu dòng quá tải kết hợp nhiệt độ vỏ blốc để bảo vệ động cơ.

1 - Dây nối, 2 - Chụp nối; 3 - Chốt tiếp điểm; 4 - Đầu cực

5 - Tiếp điểm; 6 - Cơ cấu lưỡng kim; 7 - Điện trở; 8 - Thân; 9 - Vít

Nguyên lý hoạt động của rơle bảo vệ động cơ là khi động cơ và máy nén hoạt động bình thường, dòng điện qua dây điện trở ở mức vừa phải, dẫn đến nhiệt sinh ra không đủ để uốn thanh lưỡng kim, giữ tiếp điểm ở trạng thái đóng Khi động cơ quá tải hoặc không khởi động được, dòng điện tăng cao, nhiệt độ tăng làm thanh lưỡng kim uốn cong, mở tiếp điểm và ngắt nguồn điện, giúp bảo vệ động cơ khỏi cháy Để duy trì độ lạnh cho buồng bảo quản, thanh lưỡng kim cần thời gian để nguội trước khi đóng mạch lại cho động cơ máy nén Thời gian ngắt và giữ tiếp điểm khi quá tải là đặc tính quan trọng của rơle, và mỗi loại động cơ cần có rơle bảo vệ tương ứng với đặc tính phù hợp.

- Rơ le khởi động kiểu dòng

- Rơ le khởi động kiểu PTC

Kiểu đứng: 1 Vỏ bakelit, 2 Lò xo; 3 Trục dẫn hướng, 4 Cuộn dây,

5 Lõi sắt, 6 Tiếp điểm tĩnh, 7 Tiếp điểm động, nắp.

Hình 3.15: Role dong điện 3 chân và role dòng điện 4 chân

Rơle khởi động kiểu dòng được thiết kế với một cuộn dây điện có kích thước tương đương với cuộn dây làm việc Bên trong cuộn dây, lõi thép di chuyển lên xuống, giúp điều khiển việc đóng và ngắt tiếp điểm điện.

Khi động cơ tủ lạnh được cấp nguồn, cuộn dây làm việc R nhận dòng điện ngắn mạch lớn do rôto đứng yên Dòng điện này cũng xuất hiện trên cuộn dây của rơ le khởi động, khiến lõi thép hút lên và tiếp điểm K đóng, cấp điện cho cuộn khởi động CS Khi dòng điện tăng, cả hai cuộn CR và CS đều có dòng ngắn mạch, tạo mô men lệch pha giúp rôto bắt đầu quay Khi rôto quay nhanh hơn, dòng điện giảm xuống mức quá nhỏ, không đủ để giữ tiếp điểm K, làm lõi sắt rơi xuống và tiếp điểm K ngắt Thời gian khởi động của động cơ kéo dài khoảng 1-2 giây.

Rơ le khởi động kiểu PTC

Hình 3.15 :Cấu tạo PTC(3 loại PTC)

CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

KHÔNG KHÍ ẨM

- Nắm được các kiến thức về không khí ẩm và thông số của không khí ẩm.

- Hiểu và sử dụng được đồ thị I-d, t-d.

1.1 Các thông số trạng thái của không khí ẩm:

1.1.1 Thành phần của không khí ẩm:

Không khí ẩm là sự kết hợp giữa không khí khô và hơi nước, đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật và đời sống hàng ngày Không khí khô chủ yếu bao gồm 78% nitơ (N2) và 21% oxy (O2), trong khi phần còn lại là carbon dioxide (CO2) và các khí trơ khác.

Trong không khí ẩm, phân áp suất của hơi nước rất nhỏ, cho phép coi hơi nước như một khí lý tưởng Do đó, không khí ẩm có thể được xem là một hỗn hợp của các khí lý tưởng, với áp suất tổng hợp được tính theo công thức: p = pk + ph.

Trong đó: k và h nhỏ chỉ cho không khí khô và hơi trong không khí ẩm.

* Phân loại không khí ẩm:

Không khí ẩm được phân loại như sau:

+ Không khí ẩm bão hòa:

Là không khí ẩm trong đó hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa khô và lượng hơi nước trong không khí ẩm là lớn nhất (Gh.max)

Khi thêm hơi nước vào không khí, nó sẽ ngưng tụ thành những giọt nhỏ Nếu tiếp tục bổ sung hơi nước, không khí sẽ trở nên ẩm ướt và đạt đến trạng thái bão hòa.

+ Không khí ẩm quá bão hòa:

Không khí ẩm là loại không khí chứa lượng hơi nước lớn hơn Gh.max, với hơi nước bão hòa ẩm và một lượng nước ngưng nhất định (Gn) Khi không khí ẩm có sương mù, nó trở nên quá bão hòa, dẫn đến sự xuất hiện của những giọt nước ngưng tụ.

+ Không khí ẩm chưa bão hòa:

Không khí ẩm có chứa lượng hơi nước nhỏ hơn Gh.max, cho phép nó hấp thụ thêm hơi nước để đạt trạng thái bão hòa Điều này có nghĩa là nếu ta bổ sung hơi nước vào không khí ẩm, hơi nước sẽ vẫn chưa bị ngưng tụ.

Hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa là hơi quá nhiệt

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm:

Là khối lượng hơi nước có trong 1 m 3 không khí ẩm ρh = G V h (kg/m 3 ) [3-5]

Trong đó: V – thể tích không khí ẩm, m 3

G h – Khối lượng hơi nước có trong không khí ẩm, kg.

Trong thực tế để biết khả năng chứa hơi nước nhiều hay ít của không khí ẩm ta cần dùng đến độ ẩm tương đối.

Tỷ số độ ẩm tương đối được tính bằng cách so sánh độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm chưa bão hòa (ρh) với độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm bão hòa (ρhmax) tại cùng một nhiệt độ.

Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho hơi nước ta có :

Với hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa: ph.V = Gh.Rh.T h h h h

Với hơi nước trong không khí ẩm bão hòa : phmax.V = Ghmax.Rh.T max max max

Từ (3-6), (a) và (b), ta có: max h h p p [%] [3-7]

Vì 0 ≤ ph ≤ phmax nên 0 ≤ φ ≤ 100 % Không khí khô có φ = 0, không khí ẩm bão hòa có φ = 100 % Độ ẩm tương đối là một đại lượng có ý nghĩa lớn không chỉ trong kỹ thuật mà trong cuộc sống con người Con người sẽ cảm thấy thoải mái nhất trong không khí có độ ẩm tương đối φ = 40 ÷ 70 % Trong bảo quản rau quả thực phẩm có độ ẩm tương đối khoảng φ = 90 % (0 ÷ 5 o C).

Dụng cụ đo độ ẩm tương đối được gọi là ẩm kế, trong đó ẩm kế thông dụng gồm hai nhiệt kế thủy ngân: nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt Nhiệt kế ướt có bầu thủy ngân được bọc bằng vải thấm ướt, trong khi nhiệt độ đo bằng nhiệt kế khô được gọi là nhiệt độ khô (tk) và nhiệt độ đo bằng nhiệt kế ướt được gọi là nhiệt độ ướt (tư) Hiệu số ∆t = tk – tư tỷ lệ với độ ẩm tương đối của không khí; khi không khí khô, ∆t sẽ lớn, còn khi không khí ẩm bão hòa, ∆t sẽ bằng 0.

Là lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm ứng với 1kg không khí khô d k h

G , kg hơi nước/kg không khí khô [3-8] Áp dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho hơi nước và không khí khô ta có: ph.V = Gh.Rh.T

* Enthanpy của không khí ẩm:

Enthalpy của không khí ẩm được xác định bằng tổng enthalpy của không khí khô và hơi nước trong đó Khi tính toán enthalpy của không khí ẩm, ta xem xét 1kg không khí khô, tương đương với (1+d)kg không khí ẩm, trong đó d là độ ẩm.

G d = Gh, (do Gk = 1), G = Gk + Gh = 1 + d

Trong đó: ik : enthanpy 1kg không khí khô, được xác định: ik = 1,0048.t ≈ t [kJ/kg] ih: enthanpy hơi nước, được xác định: ih = 2500 +2.t [kJ/kg]

* Nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt τ:

Khi không khí tiếp xúc với nước, sự bay hơi của nước vào không khí phụ thuộc vào nhiệt lượng từ không khí Nhiệt độ bão hòa của không khí, được gọi là nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt τ, có thể được ước lượng gần đúng bằng nhiệt độ của nhiệt kế ướt τ.

* Nhiệt độ nhiệt kế ướt:

Khi hơi nước bay hơi vào không khí chưa bão hòa (I=const), nhiệt độ không khí giảm dần trong khi độ ẩm tương đối tăng lên Quá trình bay hơi sẽ kết thúc khi đạt trạng thái 100% độ ẩm Nhiệt độ tại trạng thái bão hòa này được gọi là nhiệt độ nhiệt kế ướt, ký hiệu là tư Tên gọi này xuất phát từ việc nhiệt độ này được xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ướt nước.

Nhiệt độ nhiệt kế ướt của một trạng thái tương ứng với nhiệt độ bão hòa, có entanpi I bằng entanpi của trạng thái đã cho Mối quan hệ giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ướt là phụ thuộc lẫn nhau Trong thực tế, nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí hiện tại có thể được đo bằng nhiệt độ trên bề mặt thoáng của nước.

Nhiệt độ đọng sương (tđs) hay điểm sương là nhiệt độ mà không khí trở nên bão hòa ẩm khi áp suất hơi nước giữ nguyên (ph = const) Để xác định nhiệt độ tđs, người ta có thể tham khảo bảng nước và hơi nước bão hòa, từ đó tìm ra giá trị tđs dựa trên áp suất hơi nước đã biết.

1.2 Đồ thị I - d và d - t của không khí ẩm:

Hình 3.1: Các đường đặc trưng trên đồ thị I – d

Trên đồ thị trục I và d hợp với nhau một góc 135 o C.

- Đường I = const : là đường thẳng hợp với trục d một góc 135 o C.

- Đường d = const : là những đường thẳng đứng.

- Đường t = const : là những đường thẳng hơi dốc, càng lên cao có khuynh hướng phân kỳ.

Đường 100% chia không khí ẩm thành hai vùng: vùng trên là không khí ẩm chưa bão hòa và vùng dưới là không khí ẩm quá bão hòa Vùng không khí ẩm chưa bão hòa có dạng đường cong quay lồi lên trên, trong khi ở vùng có nhiệt độ t > tsôi, đường trở thành thẳng vuông góc với trục d Để xác định các thông số của không khí ẩm, cần biết ít nhất hai trong số các thông số: i, d, t, …

- ph : phân áp suất hơi nước.

Cho biết không khí ẩm có nhiệt độ t = 25 o C, = 60% Xác định nhiệt độ đọng sương tđs và nhiệt độ nhiệt kế ướt tư ?

- Trên đồ thị I-d, ta xác định được giao điểm của đường t = 25 o C và = 60%.

- Đường đẳng d qua điểm giao nhau, cắt đường = 100% tại đâu, thì đường nhiệt độ qua điểm đó là tđs.

- Đường đẳng I qua điểm giao nhau, cắt đường = 100% tại đâu, thì đường nhiệt độ qua điểm đó là tư.

Trên đồ thị trục t và d hợp với nhau thành 1 góc vuông.

- Đường I = const : là đường thẳng hợp với trục t một góc 135 o C.

- Đường d = const : là những đường nằm ngang.

- Đường t = const : là những đường thẳng đứng.

- Đường = const là những đường cong lõm, càng đi lên phía trên càng tăng Trên đường = 100% là vùng sương mù hay vùng hơi quá bão hòa.

- ph : phân áp suất hơi nước.

Hình 3.2: Các đường đặc trưng trên đồ thị t – d

1.3 Một số quá trình của không khí ẩm khi ĐHKK:

Khi không khí ẩm được gia nhiệt, nhiệt độ sẽ tăng lên trong khi lượng nước trong không khí giữ nguyên, dẫn đến sự giảm độ ẩm Quá trình này được biểu diễn bằng đường thẳng vuông góc với trục độ ẩm trên đồ thị.

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn quá trình gia nhiệt

Khi làm lạnh không khí ẩm, nhiệt độ sẽ giảm xuống và độ ẩm sẽ tăng lên, quá trình này xảy ra trong hai trường hợp:

- Nếu nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ điểm sương (t > tđs), do độ chứa hơi d

= const nên khi nhiệt độ giảm thì sẽ tăng lên (quá trình1-2 trên đồ thị hình 3.4)

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn quá trình làm lạnh

KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

- Nắm được các kiến thức cơ sở về điều hòa không khí và hệ thống ĐHKK.

- Các chu trình điều hòa không khí.

- Tính toán các chu trình điều hòa dựa vào đồ thị I-d, t-d.

- Chức năng các thiết bị trong hệ thống ĐHKK.

- Các hệ thống điều hòa không khí.

- Nắm rõ về thông gió.

- Hiểu được các khái niệm về ĐHKK, vai trò và chức năng của các thiết bị chính trong hệ thống ĐHKK.

2.1 Khái niệm về thông gió và ĐHKK:

Trong quá trình sinh hoạt và sản xuất, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ chất độc hại cao có thể gây hại cho sức khỏe con người Để giảm thiểu những yếu tố này, việc thay không khí trong phòng bằng không khí mới từ bên ngoài là rất cần thiết Quá trình này được gọi là thông gió.

Thông gió là quá trình trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài, giúp loại bỏ nhiệt thừa, độ ẩm cao và các chất độc hại Quá trình này rất quan trọng để duy trì các thông số khí hậu trong phòng ở mức an toàn và không vượt quá giới hạn cho phép.

Như vậy trong thông gió không khí trước khi thổi vào phòng không được xử lý nhiệt ẩm.

- Thông gió tổng thể: Thông gió trên toàn bộ thể tích phòng hoặc công trình.

Thông gió cục bộ là phương pháp thông gió được thực hiện tại những khu vực có sự phát sinh nhiệt thừa, độ ẩm cao và các chất độc hại, như nhà bếp và toilet.

- Thông gió cưỡng bức: Thực hiện nhờ quạt.

- Thông gió tự nhiên: Thực hiện nhờ chuyển động tự nhiên của gió dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm, áp suất.

Điều hòa không khí, hay còn gọi là điều tiết không khí, là quá trình tạo ra và duy trì ổn định các thông số trạng thái của không khí theo một chương trình đã được định sẵn, không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bên ngoài.

Trong hệ thống điều hòa không khí, không khí được xử lý nhiệt ẩm trước khi được thổi vào phòng, tạo ra sự khác biệt rõ rệt so với thông gió Điều này giúp hệ thống điều hòa không khí đạt hiệu quả cao hơn so với chỉ thông gió đơn thuần.

2.1.3 Khái niệm về nhiệt thừa và tải lạnh cần thiết của công trình:

* Khái niệm về nhiệt thừa:

Nhiệt thừa là tổng hợp các nguồn nhiệt phát sinh trong không gian cần điều hòa Hệ thống điều hòa không khí cần phải giải phóng nhiệt thừa ra bên ngoài để duy trì các thông số không khí trong không gian đó luôn ổn định trong phạm vi yêu cầu.

Về các yếu tố phát sinh lượng nhiệt thừa trong không gian cần điều hòa, về nguồn gốc xuất phát ta có thể phân thành 2 nhóm như sau:

- Nhiệt thừa xuất phát từ bên trong không gian cần điều hòa

+ Nhiệt thừa phát ra từ cơ thể con người

+ Nhiệt thừa phát ra từ các loại đèn chiếu sang

+ Nhiệt thừa phát ra từ động cơ điện và các loại dụng cụ điện khác

+ Nhiệt thừa phát ra từ các dụng cụ trong nhà bếp

+ Nhiệt thừa phát ra từ các ống và thùng chứa môi chất nóng

- Nhiệt thừa do sự xâm nhập các nguồn nhiệt bên ngoài vào bên trong không gian cần điều hòa.

+ Nhiệt thừa do tác động của các tia bức xạ mặt trời

+ Nhiệt thừa do sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và bên trong không gian cần điều hòa.

+ Nhiệt thừa do tác động của sự rò rỉ

+ Nhiệt thừa do không khí đi qua quạt và ống dẫn

Nhiệt thừa được chia thành hai loại: nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩn thừa Khi tính toán nhiệt thừa, cần lưu ý đến tính không đồng thời của các thành phần nhiệt thừa, vì chúng không xuất hiện đồng thời và phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh Do đó, không nên cộng tất cả các thành phần lại hay tính trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất Việc tính toán nhiệt thừa thực chất là một bài toán kinh tế, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và sự hiểu biết của người thiết kế.

Kỹ thuật điều hòa không khí là quá trình kiểm soát các thông số không khí trong không gian cần điều hòa, đảm bảo chúng nằm trong giới hạn cho phép Tùy thuộc vào đặc điểm môi trường xung quanh và yêu cầu cụ thể của hệ thống, có thể có hoặc không có các bộ phận gia nhiệt Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống điều hòa không khí đều bao gồm cụm thiết bị máy lạnh.

Phụ tải lạnh của hệ thống điều hòa không khí là khả năng khử nhiệt thừa trong không gian cần điều hòa, giúp duy trì nhiệt độ và độ ẩm ổn định Cần lưu ý rằng phụ tải lạnh không chỉ đơn thuần là lượng nhiệt thừa phát sinh mà phải luôn lớn hơn khả năng phát nhiệt tính toán của không gian khảo sát.

Việc xác định phụ tải lạnh không chỉ đơn thuần là cộng tất cả các thành phần nhiệt thừa, vì điều này có thể dẫn đến lãng phí công suất lắp đặt và gia tăng chi phí đầu tư cũng như vận hành Hệ thống có thể gặp khó khăn khi hoạt động trong điều kiện thực tế, do đó, việc xác định phụ tải lạnh là một bài toán phức tạp Để hoàn thành một cách hợp lý, cần hiểu rõ các chi tiết đặc thù của hệ thống và có đủ kinh nghiệm thực tế.

* Bài tập về tính toán tải lạnh đơn giản:

Hệ thống điều hòa không khí đơn giản nhất được mô tả qua sơ đồ nguyên lý, trong đó không khí ngoài trời ở trạng thái N đi qua dàn lạnh và ra ở trạng thái L Không khí ở trạng thái L được hút vào quạt, chuyển thành trạng thái Q với nhiệt độ cao hơn do năng lượng cấp cho quạt biến thành nhiệt Khi không khí di chuyển qua ống dẫn, trạng thái của nó chuyển từ Q thành D, với D là trạng thái không khí vào không gian cần điều hòa, và nhiệt độ ở D cũng cao hơn ở Q Quá trình chuyển đổi từ L - D và D - Q diễn ra với độ chứa hơi d = const, chỉ có thành nhiệt hiện của không khí thay đổi.

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điều hòa không khí loại đơn giản

1– Dàn lạnh; 2 – Quạt; 3 - Ống dẫn không khí; 4 – Không gian cần điều hòa

Hình 3.12: Các quá trình cơ bản trên đồ thị t-d của sơ đồ hình 3.11

Trong ví dụ nêu trên, không khí đi vào hệ thống hoàn toàn là khí tươi ở ngoài trời Ở đây ta có một số các kí hiệu như sau:

IN : enthanpy của không khí ở ngoài trời

IL : enthanpy của không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh

IQ : enthanpy của không khí sau khi đi qua quạt

ID : enthanpy của không khí sau khi đi qua ống dẫn không khí

IP : enthanpy của không khí trong không gian cần điều hòa m: lưu lượng khối lượng không khí đi qua quạt

- Phụ tải lạnh của hệ thống máy lạnh:

- Nhiệt lượng mà không khí bị hấp thụ khi đi qua quạt

- Nhiệt lượng mà không khí bị hấp thụ khi đi qua ống dẫn không khí

Lượng nhiệt mà không khí cần hấp thụ để duy trì sự ổn định trong không gian điều hòa là lượng nhiệt thừa phát sinh trong môi trường đó, và nhiệm vụ của chúng ta là phải giải phóng lượng nhiệt này.

- Lượng nhiệt ẩn mà không khí cần hấp thụ hay nhiệt lượng ẩn phát sinh trong không gian cần điều hòa mà ta phải giải phóng:

- Nhiệt lượng mà không khí tươi cần phải nhả ra để biến đổi từ trạng thái ngoài trời thành trạng thái trong không gian cần điều hòa:

Như vậy ta có thể viết:

Phụ tải lạnh Q của hệ thống lạnh không phải là nhiệt thừa Q3 + Q4 của không gian cần điều hòa Tuy nhiên, tổng nhiệt thừa Q3 + Q4 chiếm tỉ lệ lớn, vì vậy việc xác định cụ thể các loại nhiệt thừa này là rất quan trọng Đây là nhiệm vụ cơ bản cần thực hiện khi xác định phụ tải lạnh của hệ thống điều hòa không khí.

2.3.1 Các khâu của hệ thống ĐHKK:

Nói chung một hệ thống điều hòa không khí bao giờ cũng có 4 khâu chủ yếu:

* Khâu xử lý không khí:

Khâu xử lý không khí đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra không khí với trạng thái nhiệt ẩm phù hợp theo yêu cầu, đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh cần thiết.

Như vậy khâu xử lý không khí bao gồm các thiết bị chính:

- Làm lạnh hoặc sấy nóng không khí.

- Thiết bị làm ẩm hoặc làm khô.

* Khâu vận chuyển và phân phối không khí:

Khâu này đảm nhận việc vận chuyển không khí đã qua xử lý đến các phòng tiêu thụ, nhằm đảm bảo sự phân bố đồng đều của không khí trong không gian và đáp ứng các yêu cầu về vệ sinh.

Hệ thống bao gồm các thiết bị chính sau:

- Hệ thống các kênh dẫn gió và hồi gió.

- Các miệng hút, miệng thổi, các cửa cấp gió và thải gió.

- Các hộp tiêu âm và lọc bụi trên đường ống.

- Các thiết bị phân chia dòng không khí.

- Hệ thống các quạt cấp gió và quạt hồi gió

- Hệ thống kênh dẫn gió

HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ

- Cách phân phối không khí trong hệ thống điều hòa không khí và vai trò chức năng của các thiết bị trong hệ thống phân phối không khí.

3.1 Trao đổi không khí trong phòng:

Mục đích của thông gió và điều hòa không khí là thay thế không khí ô nhiễm trong phòng bằng không khí mới Quá trình trao đổi không khí diễn ra nhờ vào sự chuyển động của không khí Không khí trong không gian phòng tham gia vào các chuyển động cần thiết để duy trì môi trường trong lành.

* Chuyển động đối lưu tự nhiên:

Do sự chênh lệch về nhiệt độ và độ ẩm, mật độ không khí thay đổi Dòng không khí nóng và khô sẽ bốc lên cao, trong khi dòng không khí lạnh và ẩm sẽ chìm xuống Chuyển động này chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ; khi chênh lệch nhiệt độ càng lớn, thì chuyển động không khí càng mạnh mẽ.

* Chuyển động đối lưu cưỡng bức:

Do quạt tạo nên và đóng vai trò quyết định trong việc trao đổi không khí.

Chuyển động khuếch tán là sự chuyển động của không khí đứng yên vào một dòng không khí chuyển động

Chuyển động khuếch tán đóng vai trò quan trọng trong việc làm giảm tốc độ dòng không khí sau khi ra khỏi miệng thổi, giúp tạo ra sự đồng đều trong tốc độ không khí trong phòng Điều này cũng góp phần tạo ra sự xáo trộn cần thiết trên toàn bộ không gian Để đánh giá hiệu quả của việc trao đổi không khí trong nhà, người ta sử dụng hệ số đồng đều.

KE = (tR - tV) / (tL - tV), trong đó tR và tV lần lượt là nhiệt độ không khí ra và vào phòng, còn tL là nhiệt độ không khí tại vùng làm việc, được xác định trong khoảng không gian từ sàn đến độ cao 2m.

Hệ số KE càng cao càng tốt

3.1.1 Các dòng không khí tham gia trao đổi không khí trong phòng:

Luồng không khí là dòng khí di chuyển, chiếm lĩnh không gian xung quanh Nghiên cứu luồng không khí tại các miệng thổi là rất quan trọng, vì nó giúp xác định tốc độ không khí tại một điểm cụ thể, từ đó có thể đưa ra các giải pháp hiệu quả trong quản lý và tối ưu hóa hệ thống thông gió.

Các thiết bị tiêu âm được bố trí miệng thổi và miệng hút hợp lý trong không gian phòng nhằm đảm bảo tốc độ không khí trong vùng làm việc nằm trong giới hạn cho phép Cấu trúc của luồng không khí từ miệng thổi rất quan trọng để duy trì sự thoải mái và hiệu quả trong môi trường làm việc.

Xét một luồng không khí được thổi ra từ miệng thổi tròn có đường kính D, với tốc độ tại đầu ra miệng thổi là Vo, được phân bố đồng đều trên toàn bộ tiết diện tại x = 0.

Hình 3.15: Luồng không khí đầu ra một miệng thổi tròn

Khi khoảng cách từ miệng thổi tăng lên, động năng của dòng không khí giảm, dẫn đến tốc độ trung bình giảm theo Phân bố tốc độ dọc theo đường đi cũng thay đổi, với tốc độ luồng tại biên bằng 0 do ảnh hưởng của ma sát với không khí đứng yên bên ngoài, trong khi tốc độ tại vùng tâm luồng vẫn giữ được giá trị vo Đặc biệt, trong khoảng cách x < xd, tốc độ tại tâm luồng luôn duy trì ở mức vo, và profil tốc độ trên tiết diện trong khoảng này có hình dạng giống như hình thang với chiều cao bằng vo.

- Ngoài khoảng x > xd tốc độ tại tâm của luồng giảm dần.

Khi tốc độ luồng không khí giảm, tiết diện của luồng tăng lên Điều này được giải thích theo định luật Bernoulli, trong đó các phần tử không khí chuyển động có áp suất tĩnh thấp hơn so với các phần tử đứng yên bên ngoài Kết quả là không khí xung quanh tràn vào luồng, tạo thành một phần của luồng, dẫn đến việc tiết diện luồng tăng dần.

Trong hệ thống luồng khí, biên luồng là phần nơi tốc độ thay đổi, trong khi nhân luồng là phần có vận tốc không đổi v = vo Đoạn từ tiết diện ở đầu ra miệng thổi đến tiết diện xd rất ngắn và ít ảnh hưởng đến sự luân chuyển không khí trong phòng Ngược lại, phần chính từ tiết diện xd trở đi có vai trò quyết định trong việc điều chỉnh và cải thiện sự luân chuyển không khí trong không gian.

Hình dáng của luồng không khí từ miệng thổi không có cánh phụ thuộc vào kết cấu của miệng thổi Đối với miệng thổi dẹt, nơi một cạnh lớn hơn ít nhất 5 lần so với cạnh kia (a/b > 5), luồng không khí chủ yếu phát triển theo hướng của cạnh nhỏ, trong khi chiều còn lại hầu như không mở rộng.

Hình 3.16: Luồng không khí đầu ra một miệng thổi dẹt

Nghiên cứu luồng và xác định tốc độ của luồng là rất quan trọng trong việc chọn và bố trí miệng thổi trong không gian điều hòa Theo quy định vệ sinh, tốc độ gió trong khu vực làm việc phải nhỏ hơn 0,25 m/s, do đó, tốc độ luồng khi vào vùng này cần phải đáp ứng yêu cầu đó.

+ Đối với luồng không khí từ miệng thổi tròn: xd = 1,145.do/tg o [3-19]

Đối với luồng không khí từ miệng thổi dẹt, công thức tính là xd = 1,26.bo/tg o [3-20] o, trong đó o là góc mép khuyếch tán của đoạn đầu Cụ thể, với miệng thổi tròn, góc này là o = 14 o 30', còn với miệng thổi dẹt, góc là o = 12 o 40' Tham số bo đại diện cho đường kính của miệng thổi tròn và chiều nhỏ của miệng thổi dẹt.

- Phân bố tốc độ tại trục của luồng ở vùng chính:

+ Đối với luồng không khí từ miệng thổi tròn: vx = vo m / x" [3-21]

Đối với luồng không khí từ miệng thổi dẹt, tốc độ vx được xác định bằng công thức vx = vo m / x", trong đó m là hằng số phụ thuộc vào kích thước và loại miệng thổi Cụ thể, các giá trị của m cho các loại miệng thổi khác nhau như sau: miệng thổi tròn tóp có m = 6,8, miệng thổi tròn có loa khuyếch tán có m = 1,35, và miệng thổi dẹt có m = 2,5 Đối với tọa độ không thứ nguyên, miệng thổi tròn được tính bằng x" = x/do, trong khi miệng thổi dẹt được tính bằng x" = x/bo.

Như vậy khi chọn miệng thổi chúng ta phải căn cứ vào trị số m

Để tối ưu hóa luồng không khí, cần lựa chọn kích thước miệng thổi phù hợp: miệng thổi lớn (m lớn) giúp luồng không khí đi xa với tốc độ suy giảm chậm, trong khi miệng thổi nhỏ (m nhỏ) thích hợp cho luồng không khí gần với tốc độ suy giảm nhanh Ở các xí nghiệp công nghiệp với không gian rộng và tốc độ cho phép lớn, miệng thổi dẹt là lựa chọn tối ưu Ngược lại, trong các phòng làm việc hoặc phòng ở có không gian hẹp và trần thấp, nên sử dụng miệng thổi kiểu khuyếch tán hoặc có cánh hướng để đảm bảo hiệu quả.

- Phân bố tốc độ trung bình của luồng ở vùng chính:

+ Đối với luồng không khí từ miệng thổi tròn: vx = 3,29vo /(1 + 2xtg o/do) [3-23] v"x = 0,645vo /(1 + 2xtg o/do) = 0,2.vx [3-24]

+ Đối với luồng không khí từ miệng thổi dẹt: vx = 1,88vo / 1 + 2xtg o/bo) [3-25] v"x = 0,78vo / 1 + 2xtg o/bo) = 0,4.vx [3-26] b) Cấu trúc của dòng không khí gần miệng hút:

Khác với luồng không khí trước các miệng thổi, luồng không khí trước các miệng hút có 2 đặc điểm khác cơ bản:

- Luồng không khí trước miệng thổi có góc loe nhỏ, luồng không khí trước miệng hút chiếm toàn bộ không gian trước miệng hút nghĩa là lớn hơn nhiều.

- Lưu lượng không khí trong luồng trước miệng thổi tăng dần, còn miệng hút là không đổi.

Hình 3.17: Luồng không khí trước miệng hút

CÁC PHẦN TỬ KHÁC CỦA HỆ THỐNG ĐHKK

- Hiểu được các khâu điều chỉnh tự động, các thiết bị lọc bụi tiêu âm, các thiết bị cung cấp nước cho hệ thống trong ĐHKK.

4.1 Khâu tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong phòng:

Hệ thống điều chỉnh tự động có chức năng duy trì và ổn định các thông số vận hành của hệ thống điều hòa không khí, bất chấp sự biến đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài và tải trọng bên trong.

Các thông số cơ bản cần duy trì là:

Trong các thông số trên nhiệt độ là thông số quan trọng nhất.

Hệ thống điều khiển không chỉ đảm bảo các thông số khí hậu trong phòng mà còn bảo vệ an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa sự cố và tối ưu hóa hiệu suất làm việc Điều này giúp giảm chi phí vận hành cho công nhân Một trong những chức năng quan trọng là tự động điều chỉnh nhiệt độ, với bộ cảm biến nhiệt độ đóng vai trò then chốt trong việc duy trì điều kiện môi trường lý tưởng.

Tất cả các bộ cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên tắc rằng các tính chất nhiệt vật lý của chất thay đổi theo nhiệt độ, bao gồm sự giãn nở do nhiệt và sự thay đổi điện trở Một số loại cảm biến nhiệt độ phổ biến mà chúng ta thường gặp bao gồm thermocouples, RTDs và thermistors.

Hình 3.25: Các kiểu bộ cảm biến a 1: thanh lưỡng kim thẳng; a 2: thanh lưỡng kim uốn cong; b: cảm biến kiểu ống và thanh; c: cảm biến kiểu hộp xếp.

- Thanh lưỡng kim (bimetal strip):

Cơ cấu thanh lưỡng kim, được minh họa trong hình 3.25a1, gồm hai thanh kim loại mỏng với hệ số giãn nở nhiệt khác nhau Một đầu của thanh được giữ cố định, trong khi đầu còn lại tự do Thanh 1, làm từ vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn thanh 2, sẽ uốn cong sang trái khi nhiệt độ tăng do thanh 2 giãn nở nhiều hơn Ngược lại, khi nhiệt độ giảm xuống dưới giá trị định mức, thanh sẽ uốn cong sang phải.

Một dạng khác của bộ cảm biến là thanh lưỡng kim được uốn cong theo hình dạng xoắn ốc, với đầu ngoài cố định và đầu trong di chuyển Loại cảm biến này thường được sử dụng để chế tạo đồng hồ đo nhiệt độ, như minh họa trong hình 3.25a2.

- Bộ cảm biến ống và thanh:

Cấu tạo của thiết bị bao gồm một thanh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt lớn, được đặt bên trong một ống trụ kim loại có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn Một đầu của thanh kim loại được hàn chặt vào đáy ống, trong khi đầu còn lại tự do di chuyển Khi nhiệt độ thay đổi so với mức định sẵn, đầu tự do của thanh kim loại sẽ chuyển động sang bên phải hoặc bên trái.

- Bộ cảm biến kiểu hộp xếp:

Cấu tạo của thiết bị bao gồm một hộp xếp hoặc màng mỏng co giãn, bên trong chứa chất lỏng hoặc khí Khi nhiệt độ thay đổi, môi chất co giãn làm cho hộp xếp hoặc màng mỏng căng lên, từ đó di chuyển một thanh gắn liền với nó.

Hình 3.26: Bộ cảm biến kiểu hộp xếp có ống mao và bầu cảm biến

Cảm biến điện trở có các loại sau đây:

- Cặp nhiệt b) Sơ đồ điều khiển nhiệt độ:

Hình 3.27: Sơ đồ điều khiển nhiệt độ

Sơ đồ điều khiển nhiệt độ của AHU trong hình 3.27 cho thấy hai dàn trao đổi nhiệt hoạt động độc lập: dàn lạnh hoạt động vào mùa hè và dàn nóng vào mùa đông Hệ thống còn có thiết kế phun nước bổ sung tại đầu ra để tăng cường độ ẩm cho không khí.

Nước nóng, nước lạnh và nước phun được cấp vào nhờ các van điện từ thường đóng (NC-Normal Close) và thường mở (NO- Normal Open).

4.1.2 Tự động điều chỉnh độ ẩm trong một số hệ thống ĐHKK công nghệ: a) Bộ cảm biến độ ẩm:

Bộ cảm biến độ cũng hoạt động dựa trên nguyên lý về sự thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của môi chất khi độ ẩm thay đổi

Có 02 loại cảm biến độ ẩm:

- Loại dùng chất hữu cơ (organic element)

- Loại điện trở (Resistance element)

Hình 3.28: Bộ cảm biến độ ẩm

Bộ cảm biến độ ẩm, như hình 3.28, bao gồm một sợi hấp thụ ẩm, có khả năng thay đổi chiều dài khi độ ẩm môi trường biến động Sợi hấp thụ này có thể được làm từ tóc người hoặc vật liệu nhựa axêtat.

4.1.3 Lọc bụi và tiêu âm trong ĐHKK:

4.1.4 Tác dụng của lọc bụi:

Bụi là một trong những chất độc hại trong không khí, và nồng độ bụi (mg/m³) không được vượt quá giới hạn cho phép Để đảm bảo điều này, cần tiến hành lọc bụi hiệu quả Việc lựa chọn phương pháp lọc bụi trong hệ thống thông gió và điều hòa không khí (ĐTKK) phải dựa vào nguồn gốc, kích thước hạt và mức độ độc hại của bụi, từ đó xác định nồng độ bụi an toàn trong không khí.

Bụi trong không khí có hai nguồn gốc chính:

- Bụi hữu cơ có nguồn gớc động thực vật, phát sinh trong quá trình chế biến, gai công các sản phẩm bông, gỗ, giấy, da, thực phẩm, nông sản…

Bụi vô cơ, bao gồm bụi khoáng và bụi kim loại, có thể được mang vào từ bên ngoài qua gió hoặc bao bì, và cũng có thể phát sinh trong quá trình chế biến, chẳng hạn như bụi từ đá ximăng, bụi amiăng, và bụi kim loại khi mài hoặc đánh bóng.

Cỡ hạt của bụi được phân làm:

- Cỡ hạt rất mịn, khi hạt bụi có kích thước từ 0,1 1 m (bụi có hạt nhỏ hơn 0,001 m là tác nhân gây mùi)

- Cỡ mịn, khi hạt bụi có kích thước từ 1 10 m

- Cỡ hạt thô khi kích thước hạt bụi lớn hơn 10 m.

Bụi mịn có nguy cơ cao hơn do dễ xâm nhập vào đường hô hấp và khó lọc bằng thiết bị thông thường, đồng thời tồn tại lâu trong không khí mà không lắng đọng Mặc dù bụi cỡ mịn có thể rơi, nhưng tốc độ rơi chậm khiến chúng lắng đọng lâu hơn so với bụi thô, vốn rơi tự do và lắng đọng nhanh hơn Nồng độ bụi cho phép trong không khí được xác định dựa trên mức độ độc hại và hàm lượng silic oxyt, như được thể hiện trong Bảng 3.6 về nồng độ bụi trung tính trong không khí có điều hòa.

Hàm lượng SO2 trong bụi % Không khí vùng làm việc Không khí tuần hoàn

Trong trường hợp không khí có bụi được lọc sơ bộ trước khi thải ra ngoài trời, nồng độ bụi cho phép có thể cao hơn nhiều Tuy nhiên, để tránh ô nhiễm khí quyển, nồng độ bụi không được vượt quá 150 mg/m³ Lưu ý rằng vấn đề lọc bụi công nghiệp và thải bụi vào khí quyển không nằm trong phạm vi của cuốn sách này.

Khi chọn thiết bị lọc bụi, cần xem xét nồng độ bụi cho phép, kích thước hạt bụi và độc tính, đồng thời hiểu rõ đặc tính của thiết bị Mỗi thiết bị lọc bụi thường được đặc trưng bởi các yếu tố quan trọng.

Hiệu quả lọc bụi, hay còn gọi là năng lực làm sạch bụi, được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm giữa lượng bụi còn lại trong thiết bị và tổng lượng bụi đã đi vào.

THIẾT BỊ ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ

Hệ thống kiểu cục bộ

Hệ thống điều hòa không khí kiểu cục bộ thường được sử dụng cho không gian hẹp, chủ yếu là các phòng riêng độc lập Các loại hệ thống điều hòa kiểu cục bộ phổ biến bao gồm nhiều lựa chọn khác nhau.

- Máy điều hòa dạng cửa sổ

- Máy điều hòa kiểu rời

- Máy điều hòa kiểu ghép

- Máy điều hòa rời dạng tủ thổi trực tiếp

Máy điều hòa 1 khối (máy điều hòa cửa sổ)

Máy điều hòa cửa sổ được lắp đặt trên tường như các cửa sổ, với cấu tạo là một khối máy lạnh hoàn chỉnh Tại nhà máy sản xuất, máy đã được lắp đặt đầy đủ các bộ phận như dàn nóng, dàn lạnh, máy nén lạnh, hệ thống đường ống ga và hệ thống điện, cùng với ga đã được nạp sẵn Người lắp đặt chỉ cần kết nối điện là máy có thể hoạt động và tạo ra không khí lạnh.

Máy điều hòa kiểu rời, hay còn gọi là máy điều hòa 2 khối, được phát minh để khắc phục nhược điểm của máy điều hòa cửa sổ, như việc không thể lắp đặt cho các phòng sâu trong công trình và sự hạn chế về kiểu dáng Thiết kế của máy điều hòa rời bao gồm hai cụm: dàn nóng (Outdoor Unit) và dàn lạnh (Indoor Unit) được tách rời, với dàn nén thường nằm trong cụm dàn nóng Quá trình điều khiển máy được thực hiện từ dàn lạnh thông qua bộ điều khiển có dây hoặc điều khiển từ xa.

Hình 4.2: Máy điều hòa 2 khối c Máy điều hòa kiểu ghép (multi-split)

Máy điều hòa kiểu ghép (multi-split) bao gồm 1 dàn nóng và từ 2 đến 4 dàn lạnh, với mỗi dàn lạnh hoạt động độc lập trong một hệ thống Các dàn lạnh có thể là các chủng loại khác nhau, nhưng đều có cấu tạo và đặc điểm tương tự như máy điều hòa kiểu rời Việc sử dụng dàn nóng chung giúp tiết kiệm diện tích lắp đặt, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

Hình 4.3: Máy điều hòa kiểu ghép d Máy điều hòa rời dạng tủ thổi trực tiếp

Máy điều hòa dạng tủ có công suất trung bình, thường được lắp đặt tại các nhà hàng và sảnh cơ quan Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tương tự như máy điều hòa kiểu rời, bao gồm dàn nóng, dàn lạnh, hệ thống ống đồng và dây điện kết nối giữa các bộ phận.

Hình 4.4: Máy điều hòa rời dạng tủ thổi trực tiếp

Hệ thông điều hòa kiểu phân tán

Hệ thống điều hòa không khí kiểu phân tán là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi.

Máy điều hòa VRV

Máy điều hòa không khí VRV (Variable Refrigerant Volume) là hệ thống điều hòa có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất, giúp tối ưu hóa năng suất lạnh theo nhu cầu sử dụng.

Hình 4.5: Máy điều kiểu phân tán (VRV)

Hệ thống Water Chiller

Hệ thống điều hòa không khí Water chiller hoạt động bằng cách sử dụng nước lạnh 7 độ C để làm mát không khí thông qua các dàn trao đổi nhiệt FCU và AHU.

Hình 4.6: Cụm water chiller giải nhiệt nước và cụm water chiller giải nhiệt gió

Hệ thống điều hòa kiểu trung tâm

Hệ thống điều hòa trung tâm là giải pháp xử lý nhiệt ẩm tại một trung tâm, với không khí được dẫn qua các kênh gió đến các hộ tiêu thụ Máy điều hòa dạng tủ thực chất là một dạng của hệ thống trung tâm Trong hệ thống này, không khí sẽ được xử lý nhiệt ẩm bởi một máy lạnh lớn trước khi được phân phối đến các khu vực sử dụng thông qua hệ thống kênh dẫn.

Hình 4.7: Hệ thống điều hòa trung tâm

Nguyên Lý Làm Việc hệ thống lạnh máy Điều Hoà Không Khí.

Các máy điều hòa không khí hoạt động dựa trên nguyên lý làm lạnh cơ bản của kỹ thuật lạnh, tương tự như các hệ thống lạnh khác đã được giới thiệu trước đó.

Hình 4.8: Nguyên lý làm lạnh trên các loại máy điều hòa không khí.

Hơi sinh ra ở dàn bay hơi được máy nén hút và nén thành hơi có áp suất và nhiệt độ cao, sau đó đẩy vào dàn ngưng tụ Tại dàn ngưng tụ, môi chất nóng thải nhiệt cho không khí làm mát để ngưng tụ thành lỏng Lỏng đi qua thiết bị tiết lưu, giảm áp suất và nhiệt độ xuống mức bay hơi, rồi tiếp tục vào dàn bay hơi Tại đây, môi chất trao đổi nhiệt với môi trường làm lạnh, thu nhiệt để sôi bay hơi, khép kín chu trình Ví dụ, với máy điều hòa ở nhiệt độ môi trường 30°C và sử dụng môi chất R22, nhiệt độ bay hơi khoảng 10°C (tương ứng với nhiệt độ trong phòng 17°C), áp suất bay hơi khoảng 6,8 bar và nhiệt độ ngưng tụ khoảng 35°C với áp suất ngưng tụ khoảng 13,5 bar.

Tùy thuộc vào từng loại điều hòa, có thể trang bị thêm các thiết bị phụ trợ nhằm cải thiện hiệu suất, mở rộng phạm vi hoạt động và kéo dài tuổi thọ của thiết bị Các thiết bị này bao gồm thiết bị tách lỏng, tách dầu, bình chứa lỏng cao áp, hạ áp, phin sấy lọc, mắt xem gas, cùng với các đồng hồ và rơ le áp suất.

Các Thành Phần Cấu Tạo Máy Điều Hoà Không Khí Cục Bộ

Thành Phần Cấu Tạo `thống nhiệt

Máy nén là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống nhiệt máy điều hòa Tùy từng loại máy điều hòa mà có các loại máy nén khác nhau.

Hình 4.9: Cấu tạo, máy nén máy lạnh loại roto lăn

Hình 4.10: : Cấu tạo, máy nén máy lạnh loại roto cánh xoắn và cấu tạo.

Hình 4.11: Cấu tạo, máy nén kín loại piston.

Máy nén có chức năng hút hơi ga từ dàn bay hơi, nén lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ Điều này giúp duy trì áp suất bay hơi, ngưng tụ và đảm bảo lưu lượng cần thiết cho hệ thống.

Máy nén kín trong điều hòa dân dụng bao gồm ba loại chính: máy nén piston, máy nén roto và máy nén xoắn ốc Trong các hệ thống điều hòa không khí cửa sổ, máy nén piston kiểu kín là loại phổ biến nhất.

Hình 4.12: Cấu tạo máy nén piston

1 Stato, 2 Piston, 3 Hơi hút, 4 Van hút đẩy, 5 Thanh truyền, 6 Đầu hút.

A.Hơi hút có áp suất thấp, B Hơi đẩy có áp suất cao.

Phần động cơ điện: Gồm stato và roto.

Stato được quấn bởi 2 cuộn dây: cuộn làm việc CR và cuộn khởi động CS.

C.S.R là 3 chữ viết tắt từ tiếng Anh.

Cuộn CS có điện trở lớn hơn cuộn CR Đối với máy nén mới, các thông số kỹ thuật trên mác máy hoặc trong catalog kỹ thuật là hoàn toàn đáng tin cậy Để đánh giá chất lượng của máy nén cũ, cần kiểm tra cả phần điện và phần cơ.

* Phần cơ cần đạt các yêu cầu sau:

- Máy chạy êm, không ồn, không rung, không có tiếng động lạ.

- Có khả năng hút chân không cao, Có khả năng nén lên áp suất cao.

- Các clapê hút và đẩy phải kín, không đóng muội.

* Phần điện cần đạt các yêu cầu:

- Các cuộn dây làm việc bình thường, an toàn.

- Thông mạch các cuộn dây: Đảm bảo các chỉ số điện trở của các cuộn dây

- Đảm bảo độ cách điện giữa vỏ và các cuộn dây, kiểm tra bằng megaôm, độ cách điện phải đạt 5MΩ trở lên.

Ngưng tụ hơi ga áp suất cao, nhiệt độ cao và thải nhiệt ngưng tụ ra môi trường bên ngoài

Trong các máy điều hòa, thiết bị ngưng tụ thường được lắp chung với máy nén thành một cụm máy nén - ngưng tụ Có hai loại thiết bị ngưng tụ chính: giải nhiệt bằng không khí (dàn ngưng) và giải nhiệt bằng nước (bình ngưng) Đối với máy điều hòa dân dụng cục bộ, thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí thường được ưu tiên sử dụng do cấu tạo và vận hành đơn giản, với chất liệu chủ yếu là ống đồng và cánh bằng nhôm.

Hình 4.17: Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt không khí

Hơi gas từ đầu đẩy máy nén được dẫn đến dàn ngưng tụ, nơi nó thải nhiệt ra môi trường không khí tự nhiên và ngưng tụ thành dạng lỏng ở cuối dàn Quá trình này diễn ra khi gas đi vào dàn ngưng tụ theo hướng từ trên xuống.

Dàn ngưng máy lạnh, đầu trên được lắp vào đầu đẩy máy nén, đầu dưới ( lỏng ra ) được lắp với phin sấy lọc trước khi nối với ống mao

Dàn bay hơi thu nhiệt và duy trì nhiệt độ môi trường cần làm lạnh nhờ ga lạnh sôi ở nhiệt độ thấp.

Tùy thuộc vào từng loại điều hòa, cấu tạo và kích thước của thiết bị bay hơi sẽ khác nhau, nhưng chủ yếu có hai loại thiết bị bay hơi chính: thiết bị bay hơi làm lạnh không khí (dàn lạnh) và thiết bị bay hơi làm lạnh nước (bình bay hơi) Đối với các máy điều hòa dân dụng dạng cục bộ, do cấu tạo và cách vận hành đơn giản, thiết bị bay hơi làm lạnh không khí thường được ưu tiên sử dụng, với chất liệu chủ yếu là ống đồng hoặc nhôm kèm theo các cánh bằng nhôm.

Ga ở áp suất và nhiệt độ thấp được dẫn qua ống mao đến dàn bay hơi, nơi nó hấp thụ nhiệt từ môi trường để sôi và hóa hơi Sau đó, khí ga được quá nhiệt trước khi được máy nén hút về.

Dàn lạnh máy lạnh, đầu trên được lắp vào sau ống mao ( hoặc van tiết lưu ) theo chiều chuyển động của gas lạnh và trước máy nén

Giảm áp suất và nhiệt độ là yếu tố quan trọng để cung cấp đủ lượng gas lỏng cho dàn bay hơi, đồng thời duy trì áp suất bay hơi ổn định, phù hợp với nhiệt độ bay hơi trong dàn lạnh.

Cáp tiết lưu là thiết bị phổ biến trong các máy lạnh cục bộ, thường được sử dụng thay cho van tiết lưu trong các máy điều hòa có công suất nhỏ Đặc điểm của ống mao là nó có đường kính rất nhỏ, từ 0,6 đến 2mm, và chiều dài từ 0,5 đến 5m, giúp duy trì chế độ làm việc ổn định cho máy.

Máy nén có ưu điểm nổi bật là thiết kế đơn giản, không có chi tiết chuyển động phức tạp, do đó không cần bình chứa Sau khi máy nén ngừng hoạt động trong vài phút, áp suất giữa hai ống mao sẽ tự cân bằng, giúp máy nén khởi động lại một cách dễ dàng.

Nhược điểm của hệ thống này bao gồm việc dễ bị tắc bẩn và tắc ẩm, khó xác định độ dài ống, cũng như không có khả năng tự điều chỉnh lưu lượng theo các chế độ làm việc khác nhau Do đó, nó chỉ phù hợp cho các hệ thống lạnh có công suất nhỏ và rất nhỏ.

Khi lựa chọn ống mao, cần ưu tiên ống có đường kính lớn và chiều dài dài để tránh tình trạng tắc bẩn và tắc ẩm Tránh sử dụng ống mao có đường kính nhỏ và không nên tăng trở lực của ống bằng cách kẹp bớt ống mao.

Khi trở lực ống mao tăng lên, độ lạnh đạt được sẽ sâu hơn, tuy nhiên năng suất lạnh của hệ thống sẽ giảm Do đó, cần cân nhắc để sử dụng cáp với trở lực vừa đủ nhằm đạt được độ lạnh mong muốn.

Vị trí lắp đặt Ống mao máy lạnh, đầu trên lắp vào sau phin lọc theo chiều chuyển động của gas lạnh và trước dàn lạnh

Tách lỏng ra khỏi dòng hơi tước khi hút về máy nén nhằm tránh hiện tượng va đập thủy lực (thủy kích)

Hình 4.20: (a) Bình tách lỏng kiểu khô; (b) bình tách lỏng kiểu ướt

1,3-Đường vào ra hơi hạ áp;2-Áp kế;4-Tấm chắn;5-Nón chắn;6-Ống thủy tối van phao; 7-Đường ra lỏng hạ áp

- Do giảm vận tốc đột ngột khi từ ống nhỏ ra bình lớn.

- Do lực ly tâm khi ngoặc dòng.

- Do mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn.

Trong máy điều hòa không khí cục bộ, bình tách lỏng thường được lắp đặt ngay phía trước đầu hút của máy nén Loại bình tách lỏng này chủ yếu là kiểu khô, có cấu trúc đơn giản và dung tích được tính toán đủ lớn để chứa lượng lỏng tối đa khi thiết bị hoạt động không tải, cũng như để nạp gas dạng lỏng trong quá trình lắp đặt và sửa chữa.

Bình tách lỏng máy lạnh đầu trên lắp vào dàn bay hơi theo chiều chuyển động của gas lạnh và trước đầu hút về của máy nén

Máy điều hòa hai chiều hoạt động bằng cách sử dụng van đảo chiều để thay đổi chức năng của các thiết bị trao đổi nhiệt Trong chế độ lạnh, dàn bay hơi được đặt trong phòng và dàn ngưng tụ nằm ngoài trời Khi chuyển sang chế độ sưởi, van đảo chiều thay đổi hướng di chuyển của gas lạnh, khiến dàn trong phòng trở thành dàn ngưng tụ, cung cấp nhiệt và độ ẩm cho không gian, trong khi dàn ngoài trời trở thành dàn lạnh.

Hình 4.22: Van đảo chiều 4 ngã và cấu tạo của nó

Van đảo chiều có hai phần: Phần điều khiển và phần chấp hành