Giáo trình Kỹ thuật lạnh (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

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 còn gọi là 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 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 :

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 = 0,981 bar = 9,81 x 10^4 N/m² = 9,81 x 10^4 Pa = 10 mH₂O = 735,5 mmHg = 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, với công thức p d = p - p 0 Áp suất chân không (pck) là một khái niệm quan trọng liên quan đến áp suất này.

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 cột thủy ngân, h0 là chiều cao cột thủy ngân đã hiệu chỉnh, và h là chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t Thể tích riêng và khối lượng riêng cũng là các yếu tố quan trọng trong quá trình này.

Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn vị khối lượng chất đó :   V m [m 3 /kg] [1-8]

Khối lượng riêng (ρ), hay còn gọi là mật độ, là khối lượng tương ứng với một đơn vị thể tích của chất, được tính bằng công thức ρ = m/V và có đơn vị đo là kg/m³ Nội năng của một chất liên quan mật thiết đến khối lượng riêng của nó.

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 liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử và phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng, vì vậy nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích riêng: u = u(T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng 0, do đó 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; trong khi đối với Gkg môi chất, nội năng được 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 tương tự như nội năng, là hàm của các thông số trạng thái 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 = dq T [J/K] [1-12]

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 đại lượng thể hiện 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

Nhiệt dung riêng mol c  = N C [J/kmol.độ] [1-16]

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 = k 1 1 R

+ 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 hầu như không ảnh hưởng đến NDR Do đó, NDR có thể được biểu diễn dưới dạng hàm nhiệt độ, cụ thể là: c = a0 + a1.t + a2.t^2 + + an.t^n.

+ 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 = 

 [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 = a0 + a1 t

• Theo định nghĩa NDR: c = dq/dt

• Nhiệt trao đổi trong quá trình 1 - 2: q t t 1 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 = 

Công, hay còn gọi là cơ năng, là dạng năng lượng được hình thành trong quá trình chuyển đổi năng lượng với sự dịch chuyển của lực tác dụng Trị số của công được tính bằng tích của thành phần lực cùng phương với quãng đường dịch chuyển.

Công được định nghĩa là một dạng năng lượng, do đó 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 đương với công do lực 1 Newton tác động trên quãng đường 1 mét.

Công thay đổi thể tích, hay còn gọi là công cơ học, là công do chất môi giới (CMG) sinh ra khi bị dãn nở hoặc nhận được khi bị nén Loại công này gắn liền với sự dịch chuyển ranh giới của hệ nhiệt động (HNĐ).

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

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 =  

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 các quá trình biến đổi năng lượng của thiết bị nhiệt CMG có dạng đồng nhất về vật lý được gọi là pha, ví dụ như nước có thể tồn tại ở pha lỏng, pha rắn và pha hơi Trong các thiết bị nhiệt phổ biến, CMG thường được sử dụng ở pha khí do khả năng thay đổi thể tích lớn, giúp thực hiện công suất cao.

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, chuyển từ pha hơi sang pha lỏng Để thực hiện hóa hơi, cần cung cấp nhiệt cho chất môi trường (CMG), và khi CMG ngưng tụ, nó sẽ giải phóng nhiệt Nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi hoàn toàn 1kg CMG lỏng được gọi là nhiệt ẩn hóa hơi (rhh), trong khi nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg CMG ngưng tụ được gọi là nhiệt ngưng tụ (rnt) Cả nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt ngưng tụ đều có giá trị bằng nhau Tại áp suất khí quyển, nhiệt ẩn hóa hơi của nước là 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 Mục tiêu chính là ngăn chặn sự phân hủy của thực phẩm như rau, quả, thịt, cá và sữa do vi khuẩn Đặc biệt, ở những nước có khí hậu nóng và ẩm như Việt Nam, quá trình phân hủy diễn ra nhanh chóng hơn, vì vậy việc áp dụng kỹ thuật lạnh trong bảo quản thực phẩm là vô cùng cần thiết.

Kho lạnh bảo quản và chế biến phân phối, cùng với các thiết bị lạnh thương mại như tủ lạnh gia đình, đã trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực 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 bảo quản và phân phối sản phẩm hiệu quả.

1.1.2 Ứng dụng lạnh trong công nghiệp:

Hóa lỏng không khí là quá trình tạo ra các chất khí như clo, amoniac, cacbonic, khí đốt và khí sinh học, tất cả đều là sản phẩm của ngành công nghiệp hóa 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 chất lượng sản phẩm 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 lĩnh vực y tế, việc ứng dụng kỹ thuật lạnh để bảo quản thuốc và các vật phẩm y tế ngày càng trở nên phổ biến và mang lại hiệu quả lớn Nhiều loại thuốc quý hiếm, như vaccine, 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 và đường đua trượt băng nhân tạo, cung cấp điều kiện luyện tập cho vận động viên và tổ chức các đại hội thể thao ngay cả trong thời tiết nóng Ngoài ra, công nghệ này còn được sử dụng để sưởi ấm bể bơi, mang lại trải nghiệm thoải mái cho người sử dụng.

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, cũng như trong chế biến thủy sản Nước đá được sử dụng để giữ lạnh khi vận chuyển và bảo quản thực phẩm, đặc biệt cần thiết ở các vùng nhiệt đới để làm mát và giải khát cho con người.

1.1.8 Một số ứng dụng khác:

Trong lĩnh vực hàng không, vũ trụ và quốc phòng, máy bay và tàu vũ trụ hoạt động trong những 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 tối ưu trong môi trường cực đoan.

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 mô tả đồ thị h - x của không khí ẩm, với các nhiệt độ t1 (nhiệt độ khô), t2 (nhiệt độ ướt) và ts (nhiệt độ đọng sương) Điểm 1 thể hiện trạng thái ban đầu của không khí Khi nước được phun liên tục vào không khí khô, nước sẽ bay hơi và khuếch tán vào không khí, dẫn đến sự biến đổi trạng thái không khí theo đường đẳng enthalpy h = const, làm độ ẩm tăng từ φ1 đến φmax = 100% Qua quá trình này, không khí được làm lạnh từ 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, hỗn hợp sẽ giảm nhiệt độ 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 thay đổi pha trong quá trình hoạt động Quá trình nén không khí diễn ra ở nhiệt độ không đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 Tại bình làm mát, không khí thải nhiệt ra môi trường ở áp suất không đổi cho đến khi đạt được trạng thái mong muốn.

Chu trình máy lạnh nén khí bao gồm hai quá trình chính: nén và dãn nở đoạn nhiệt Đầu tiên, không khí được nén từ trạng thái 3 đến trạng thái 4 với nhiệt độ và áp suất thấp Sau đó, trong phòng lạnh, không khí thu nhiệt từ môi trường ở áp suất không đổi, làm nóng dần lên đến điểm 1, khép kín vòng tuần hoàn Quá trình này diễn ra với hai quá trình thu và thải nhiệt đẳng áp 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 khi môi chất di chuyển qua các khu vực có trở lực cục bộ đột ngột, và điều này xảy ra mà không sinh ra ngoại công.

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 đi qua một mạch kín được tạo thành từ hai kim loại khác nhau Kết quả là 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 được sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thụ nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải ra môi trường có nhiệt độ cao.

* 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 tiếp theo 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…

Hệ thống cần đảm bảo an toàn và không dễ cháy nổ, với áp suất ngưng tụ Pk không được vượt quá mức cho phép để giảm chiều dày thiết bị Đồng thời, áp suất bay hơi Po phải lớn hơn áp suất khí quyển nhằm tránh tình trạng chân không, giúp ngăn ngừa rò rỉ không khí 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 có môi chất lạnh lý tưởng nào đáp ứng hoàn toàn 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 để đạt hiệu quả tối ưu.

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 chất khí không màu và có mùi hắc đặc trưng Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của nó là -33,4 °C Amoniac có tính chất nhiệt động tốt, rất phù hợp cho các hệ thống máy lạnh nén hơi sử dụng 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 chế tạo máy, nhưng 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.

Nhiệt độ cuối tầm nén rất cao, do đó cần phải làm mát bằng nước Áp suất bay hơi vượt quá 1 bar, giúp máy lạnh hoạt động ổn định và ít bị chân không Chỉ khi nhiệt độ bay hơi giảm xuống dưới -33,4 oC, máy lạnh mới gặp hiện tượng chân không.

Năng suất lạnh riêng thể tích lớn giúp máy nén và thiết bị trở nên gọn nhẹ, vì đây là năng suất lạnh của một đơn vị thể tích môi chất Bên cạnh đó, độ nhớt thấp và tính lưu động cao của môi chất dẫn đến tổn thất áp suất trên đường ống được giảm thiểu.

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:

Nồng độ gây cháy nổ của NH3 trong không khí nằm trong khoảng 13,5% đến 16%, với nhiệt độ cháy đạt 651°C Do đó, trong các gian máy chứa NH3, cần tránh sử dụng ngọn lửa trần và đảm bảo thông gió tốt để giảm 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 hoá học CCl2F2, là một khí không màu có mùi thơm nhẹ Chất này nặng gấp khoảng 4 lần không khí ở nhiệt độ 30°C và có nhiệt độ sôi -28,9°C tại 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

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 bằng nước, nhiệt độ ngưng tụ tk đạt 42 o C và áp suất Pk là 16,1 bar, cho thấy môi chất này có áp suất khá cao Nhiệt độ cuối trong quá trình nén ở mức trung bình, trong khi ở áp suất khí quyển, nhiệt độ bay hơi ts 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.

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 nhiệt này tới thiết bị bay hơi, nơi chất lạnh sôi được cung cấp.

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 đảm bảo chất tải lạnh không bị bay hơi khi dừng máy, nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển cần phải cao, giúp nhiệt độ của chất tải lạnh nâng lên bằng nhiệt độ môi trường.

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.

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 chính của nó là gây 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 chu trình trong đó hơi hút vào máy nén là hơi bão hòa khô.

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

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

Hơi bão hòa khô sau TBBH được máy nén hút về, nén đoạn nhiệt đẳng entropy theo quá trình 1-2 thành hơi quá nhiệt cao áp với thông số trạng thái tại điểm 2, đưa vào TBNT Tại TBNT, hơi quá nhiệt cao áp nhả nhiệt cho môi trường làm mát, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3 thành lỏng cao áp Lỏng cao áp với thông số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu, tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số trạng thái 4 vào TBBH Tại TBBH, hơi hạ áp nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, sôi và hóa hơi đẳng áp Hơi sau TBBH tiếp tục được máy nén hút về, chu trình cứ thế tiếp diễn.

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 khi vào van tiết lưu thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ Trong khi đó, 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

Sau khi ra khỏi TBBH, hơi môi chất được quá nhiệt nhờ van tiết lưu nhiệt, với t1 > t1 Máy nén hút hơi này và nén lên 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 đẳng áp thành lỏng cao áp tương ứng với trạng thái 3’ và được làm quá lạnh nhờ 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, làm cho nó sôi và hóa hơi đẳng áp đến trạng thái 1’ Sau đó, môi chất được quá nhiệt và máy nén hút về, tiếp tục chu trình này.

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 quá trình sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt để làm nóng môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu, đồng thời làm lạnh hơi trước khi trở về máy nén.

Hình 2.8: Chu trình hồi nhiệt

HN: thiết bị hồi nhiệt.

Trong chu trình làm lạnh, máy nén hút hơi từ trạng thái 1 và nén thành hơi quá nhiệt cao áp ở trạng thái 2, sau đó đẩy vào thiết bị trao đổi nhiệt (TBNT) Tại TBNT, hơi quá nhiệt nhả nhiệt cho môi trường làm mát, chuyển đổi thành lỏng cao áp ở trạng thái 3 Lỏng cao áp tiếp tục đi đến thiết bị gia nhiệt (HN), nơi nhả nhiệt cho hơi từ thiết bị bay hơi (TBBH) và chuyển thành lỏng quá lạnh ở trạng thái 4 Lỏng này sau đó đi qua van tiết lưu, chuyển đổi thành hơi bão hòa ẩm hạ áp ở trạng thái 5 và vào TBBH Tại TBBH, môi chất nhận nhiệt từ môi trường làm lạnh, sôi và hóa hơi thành hơi ở trạng thái 6, rồi quay trở lại thiết bị HN Tại đây, 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 và làm mát trung gian không hoàn toàn là một hệ thống sử dụng hơi bão hòa khô để hút vào máy nén Trong chu trình này, quá trình nén được chia thành 2 cấp, trong đó hơi sinh ra từ máy nén hạ áp sẽ được làm mát qua một giai đoạn 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

Sau khi ra TBBH, hơi bão hòa khô có thông số trạng thái tại 1 được máy nén hạ áp hút và nén trong đoạn nhiệt, tạo thành hơi quá nhiệt trung gian với 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, ngưng tụ thành lỏng cao áp Lỏng sau TBNT đi qua van tiết lưu, chuyển đổi thành hơi bão hòa ẩm với nhiệt độ và áp suất thấp trước khi vào TBBH Tại TBBH, môi chất nhận nhiệt từ môi trường, sôi và hóa hơi trở về trạng thái ban đầu Quy trình này 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 từ trạng thái 1, hơi này được nén thành hơi quá nhiệt trung gian tại trạng thái 2 Hơi quá nhiệt trung gian sau đó được đưa vào thiết bị làm mát, nơi nó nhả nhiệt cho môi trường làm mát theo quá trình 2-3 Khi ra khỏi thiết bị làm mát, hơi quá nhiệt trung gian tại trạng thái 3 được trộn với hơi từ bình trung gian, tạo thành hỗn hợp hơi tại trạng thái 4 Hơi tại trạng thái 4 được máy nén cao áp hút vào, nén thành hơi quá nhiệt cao áp và đẩy vào TBNT Tại TBNT, hơi quá nhiệt cao áp nhả nhiệt cho môi trường làm mát, ngưng tụ đẳng áp thành lỏng cao áp ở trạng thái 6 Lỏng này sau đó đi qua VTL 1 và tiết lưu đến trạng thái 7, trong khi phần hơi sinh ra sau VTL 1 có thông số trạng thái riêng.

Hơi bão hòa ẩm ở trạng thái 9 được đưa trở lại đầu hút của máy nén cao áp, sau khi đi qua VTL 2 tiết lưu Tại TBBH, môi chất nhận nhiệt từ môi trường, làm lạnh và chuyển hóa thành hơi ở trạng thái 1 Hơi này sau đó được máy nén hút về, tiếp tục chu trình.

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]

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

Chu trình 2 cấp làm mát trung gian có nhược điểm chính là hơi hút vào máy nén chưa đạt trạng thái bão hòa khô, dẫn đến công nén chưa được giảm tối đa và nhiệt độ cuối tầm nén vẫn 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, nhằm làm mát hoàn toàn hơi nén hạ áp sau thiết bị làm mát trung gian.

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý

Sau khi trải qua quá trình nén, hơi tại trạng thái 1 được máy nén hạ áp và chuyển đổi thành hơi quá nhiệt trung gian tại trạng thái 2 Hơi quá nhiệt này sau đó được đưa vào thiết bị làm mát trung gian, nơi mà môi chất nhả nhiệt cho môi trường làm mát theo quá trình 2-3 Hơi sau khi ra khỏi thiết bị làm mát trung gian sẽ có trạng thái mới.

Hơi được sục thẳng vào bình trung gian, nơi mà một phần lỏng sau VTL 1 thu nhiệt bay hơi, làm mát tới trạng thái bão hòa khô Hơi sau bình trung gian tiếp tục được máy nén cao áp hút về, nén đoạn nhiệt với đẳng entropy, tạo thành hơi quá nhiệt cao áp được đẩy vào TBNT.

THIẾT BỊ ĐIỆN LẠNH

Đặc tính chung

Các đặc tính kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật chính:

- Các thông số kỹ thuật chính của một tủ lạnh bao gồm:

- Dung tích hữu ích của tủ, ví dụ: tủ 75 lít, 100 lít, 150 lít…

- Số buồng: 1, 2, 3, 4 … buồng, tương ứng với số cửa.

- Độ lạnh ngăn đông 1, 2, 3, 4 sao tương nhiệt độ -6, -12, -18, -24 0 C trong ngăn đông.

- Hãng sản xuất, nước sản xuất.

- Kiểu máy nén (blốc) đứng hay nằm ngang.

- Điện áp sử dụng 199, 110, 127 hoặc 220/240V, 50 hoặc 60Hz.

- Dòng điện làm việc đầy tải, công suất động cơ máy nén.

- Kích thước phủ bì, khói lượng

- Loại tủ đứng hay nằm, treo…

- Loại tủ dàn lạnh tĩnh hay có quạt dàn lạnh, loại tủ No Frost.

- Loại tủ có dàn ngưng tĩnh nằm ngoài tủ, bố trí trong vỏ tủ hay dàn ngưng quạt

Dung tích hữu ích của tủ lạnh là thông số quan trọng nhất, giúp dự đoán nhiều chỉ số khác của tủ Tủ lạnh gia đình thường có dung tích đa dạng, phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng hộ gia đình.

Tủ lạnh thương mại có dung tích từ 40 đến 800 lít, với dung tích thực tế chiếm khoảng 0,8 đến 0,93 dung tích thô Ngăn đông thường chỉ chiếm từ 5 đến 25% dung tích tổng Khối lượng của tủ tương ứng với dung tích dao động từ 0,24 đến 0,5 kg/l Đặc trưng công suất động cơ và dung tích tủ là yếu tố quan trọng cần lưu ý.

Tủ lạnh gia đình có dung tích lên đến 250 lít và công suất động cơ máy nén từ 1/12 (Hp) đến 1/6 (Hp) được giới thiệu qua bảng 3.1 của hãng Danfoss (Đan Mạch) Công suất động cơ và dung tích tủ lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dung tích ngăn đông, nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ và hiệu quả cách nhiệt của vỏ tủ Khi dung tích ngăn đông nhỏ, nhiệt độ bay hơi lớn, nhiệt độ ngưng tụ nhỏ và hiệu quả cách nhiệt tốt, yêu cầu về công suất động cơ sẽ giảm.

Bảng 3.1.Đặc trưng công suất động cơ và dung tích tủ lạnh

Công suất động cơ của máy nén Dung tích tủ lạnh (lít)

Phân loại theo chế độ nhiệt:

- Tủ mát: nhiệt độ dương từ 7 ÷ 10 o C dùng để bảo quản rau quả tươi, nước uống như tủ Cocacola…

- Tủ lạnh: nhiệt độ dưới 0 o C dùng để bảo quản ngắn hạn thực phẩm sống và chin, thông thường từ 2 ÷ 4 o C.

- Tủ đông: nhiệt độ -18 đến -35 o C để bảo quản dài hạn thực phẩm lạnh đông, một số tủ còn có chức năng kết đông thực phẩm.

- Tủ kết đông: nhiệt độ -25 đến -35 o C để kết đông thực phẩm từ 4 o C hoặc từ nhiệt độ môi trường xuống đến -18 o C.

Phân biệt theo ký hiệu (*) tủ lạnh đặc trưng cho nhiệt độ đạt được ở ngăn đông:

- Tủ 1 sao (*) có nhiệt độ ngăn đông đạt -6 o C.

- Tủ 2 sao (**) có nhiệt độ ngăn đông đạt -12 o C

- Tủ 3 sao (***) có nhiệt độ ngăn đông đạt -18 o C

- Tủ 4 sao (****) có nhiệt độ ngăn đông đạt -24 o C…

Bảng 3.2 Nhiệt độ của các loại tủ lạnh chuyên dụng khác nhau

Tủ, buồng, ngăn lạnh Nhiệt độ o C

Tủ lạnh sơ bộ đồ uống

Tủ trưng bày kẹo Buồng lạnh bảo quản kẹo

Tủ trưng bày sản phẩm sửa

Tủ trưng bày các món ăn ngon

Tủ lạnh ủ bột làm bánh

Tủ trưng bày hoa Buồng bảo quản hoa

Tủ bảo quản thực phẩm kết đông (kín)

Tủ bảo quản thực phẩm kết đông (hở)

Tủ lạnh cho buông bán lẻ

Tủ trưng bày bánh ngọt

Tủ lạnh phục vụ nhà hàng

Tủ lạnh bảo quản nhà hang

Tủ nằm trưng bày, nắp phía trên (kín)

Tủ trưng bày rau quả (kín)

Tủ trưng bày rau quả (hở)

Chỉ Tiêu Tiêu Thụ Điện Năng & Hệ Số Thời Gian Làm Việc

Hệ số thời gian làm việc:

Tủ lạnh hoạt động theo chu kỳ, với thermostat điều chỉnh dòng điện cho máy nén Khi nhiệt độ trong tủ thấp, thermostat ngắt điện và tủ ngừng hoạt động Ngược lại, khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép, thermostat sẽ kích hoạt máy nén trở lại Hệ số thời gian làm việc được tính bằng tỷ số giữa thời gian làm việc và tổng thời gian của một chu kỳ.

Trong đó: τlv : Thời gian làm việc của một chu kỳ. τck : Thời gian của cả chu kỳ.

* Ví dụ: Tủ lạnh cứ làm việc 4 phút lại nghỉ 8 phút thì: τlv = 4, τck = 4 + 8 = 12 b = 4/12 = 0,33 hoặc 33%

Vậy trong một giờ tủ chỉ làm việc có 60 x 0,33 ≈ 20 phút, nghỉ 40 phút.

Hệ số thời gian làm việc của tủ phụ thuộc vào vị trí cài đặt núm điều chỉnh rơle nhiệt độ, nhiệt độ bảo quản trong tủ lạnh, số lượng sản phẩm cần bảo quản và nhiệt độ môi trường bên ngoài.

Tiêu thụ điện năng của tủ lạnh chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi và hệ số thời gian hoạt động Những yếu tố này quyết định hiệu suất làm việc của tủ lạnh, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng điện tiêu thụ hàng tháng.

* Nhiệt độ ngưng tụ tăng:

- Nhiệt độ môi trường tăng.

- Lưu lượng gió giải nhiệt không đảm bảo.

- Dàn ngưng bị bám bẩn.

- Dàn ngưng đặt gần các thiết bị tỏa nhiệt như bếp, lò sưởi hoặc do ánh nắng mặt trời trực tiếp tỏa vào nhà.

- Máy nén được làm mát kém làm cho nhiệt độ đầu đẩy tăng cao.

- Có khí không ngưng trong hệ thống.

Hình 3.1 Sự phụ thuộc của (b) vào nhiệt độ buồng lạnh, nhiệt độ ngoài trời và vị trí núm rơle nhiệt độ.

* Nhiệt độ bay hơi giảm:

- Dàn bay hơi bị đóng băng tuyết quá dày làm giảm khả năng trao đổi nhiệt.

- Đặt nhiều thực phẩm làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của dàn.

- Rơle nhiệt độ bị trục trặc…

* Hệ số thời gian làm việc tăng:

- Nhiệt độ ngưng tụ tăng cao.

- Nhiệt độ bay hơi giảm.

- Cửa tủ bị hở, dàn bay hơi bị bám băng tuyết quá nhiều.

- Đèn trong tủ vẫn sáng khi đóng cửa tủ.

- Cách nhiệt tủ bị hỏng, tổn thất nhiệt từ ngoài vào quá nhiều, ngoài tủ có hiện tượng chảy mồ hôi.

- Phin lọc, phin sấy bị tắc một phần.

- Máy nén đã bị yếu.

Ngoài ra điện tiêu thụ còn phụ thuộc vào một số các yếu tố khác như:

Số chu kỳ làm lạnh của tủ thường dao động từ 3 đến 4 lần trong 1 giờ Nếu chu kỳ làm việc quá ngắn, điện tiêu thụ sẽ tăng do mỗi lần khởi động tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, đặc biệt là ở đầu chu kỳ Đối với các tủ sử dụng biến thế và ổn áp, cần lưu ý rằng điện năng tiêu thụ sẽ cao hơn do phải tốn thêm cho các thiết bị này Do đó, việc ngắt biến thế và ổn áp khi tủ không hoạt động là giải pháp tối ưu để tiết kiệm điện.

Khi nhiệt độ ngưng tụ tăng lên 1°C, điện năng tiêu thụ sẽ tăng thêm 1,5% Tương tự, nếu nhiệt độ bay hơi giảm đi 1°C, điện năng tiêu thụ cũng sẽ tăng thêm 1,5% Hơn nữa, hệ số thời gian làm việc càng dài thì lượng điện năng tiêu thụ càng cao.

Điện năng tiêu thụ của tủ lạnh IL-KX240l chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng lạnh, cũng như vị trí điều chỉnh của núm vặn thermostat Việc hiểu rõ những yếu tố này giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng và tiết kiệm điện năng cho tủ lạnh.

Để xác định điện năng tiêu thụ của tủ lạnh khi duy trì nhiệt độ 4 oC với nhiệt độ môi trường bên ngoài là 20 oC và núm cài đặt ở số 2, ta cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Khi nhiệt độ môi trường tăng lên 30 oC và núm cài đặt ở số 6, điện năng tiêu thụ sẽ tăng do tủ lạnh phải làm việc nhiều hơn để duy trì nhiệt độ bên trong So sánh hai trường hợp, ta nhận thấy rằng điện năng tiêu thụ sẽ cao hơn đáng kể trong trường hợp b so với trường hợp a, cho thấy rằng nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tiêu thụ điện của tủ lạnh.

Để xác định điện năng tiêu thụ của tủ lạnh trong hai trường hợp khác nhau, ta cần xem xét nhiệt độ môi trường bên ngoài là 30 oC Trong trường hợp a, khi nhiệt độ trong tủ là 8 oC và núm cài đặt ở mức 1, tủ lạnh tiêu thụ một lượng điện năng nhất định Ngược lại, trong trường hợp b, với nhiệt độ trong tủ là 2 oC và núm cài đặt ở mức 8, điện năng tiêu thụ sẽ cao hơn do yêu cầu làm lạnh sâu hơn So sánh hai trường hợp này cho thấy rằng, khi nhiệt độ trong tủ giảm xuống, điện năng tiêu thụ sẽ tăng lên, điều này cho thấy mối liên hệ trực tiếp giữa nhiệt độ trong tủ và mức tiêu thụ điện năng.

Nguyên Lý Làm Việc Hệ Thống Lạnh Tủ Lạnh

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý tủ lạnh a/ Trực tiếp b/ Gián tiếp

1 Máy nén 2 Dàn ngưng tụ

3 Phin sấy lọc 4 Ống mao

Hơi bão hòa khô được máy nén hút vào, nén lên áp suất và nhiệt độ cao, sau đó đẩy vào dàn ngưng tụ Tại đây, hơi môi chất nhả nhiệt ra môi trường bên ngoài qua quá trình trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức, ngưng tụ thành lỏng có áp suất và nhiệt độ cao Lỏng môi chất tiếp tục qua phin sấy lọc để tách ẩm và cặn bẩn, rồi đi qua ống mao, nơi áp suất và nhiệt độ giảm xuống Cuối cùng, lỏng môi chất đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, sôi lên thành hơi và được máy nén hút về, khép kín chu trình.

Ở nhiệt độ môi trường 30°C, tủ lạnh 2 sao sử dụng môi chất R134a có nhiệt độ bay hơi khoảng -20°C, với áp suất bay hơi khoảng 0,3 bar và nhiệt độ ngưng tụ tương ứng.

38 0 C, với áp suất ngưng tụ khoảng 8,6 bar.Các Thành Phần Cấu Tạo Hệ Thống Lạnh

Máy nén có chức năng hút hơi gas từ dàn bay hơi, nén chúng lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ Điều này giúp duy trì áp suất bay hơi và ngưng tụ, cũng như đảm bảo lưu lượng yêu cầu cho 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.

Dàn ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh và môi trường làm mát như nước hoặc không khí, có nhiệm vụ thải nhiệt của môi chất ngưng tụ ra ngoài Lượng nhiệt thải qua dàn ngưng tương đương với lượng nhiệt mà dàn bay hơi thu vào trong tủ lạnh cộng với điện năng tiêu tốn cho máy nén Hơi môi chất ngưng tụ này có 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.

Các Thành Phần Cấu Tạo Hệ Thống Lạnh Tủ Lạnh

Mã bài: MĐ 25 - 04 Giới thiệu:

Chương này giới thiệu cho sinh viên những kiến thức nền tảng về điều hòa không khí, bao gồm các khái niệm cơ bản, các kiểu hệ thống và phương pháp tính toán chu trình điều hòa không khí Ngoài ra, chương cũng trình bày đồ thị không khí ẩm và chức năng của một số thiết bị quan trọng trong thông gió và điều hòa không khí.

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

- Vận dụng được các kiến thức cơ sở về điều hòa không khí và hệ thống điều hòa không khí

- Lắp đặt và sửa chữa được các mô hình máy lạnh và điều hòa không khí.

- Phát huy được tính tích cực chủ động và sáng tạo trong công việc.

Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu

Đối với người dạy, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề là rất quan trọng Giáo viên cần khuyến khích học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng để nâng cao hiệu quả học tập.

- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.

- Các điều kiện khác: Không có

Kiểm tra và đánh giá bài học

 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.

 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.

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), với phần còn lại là carbon dioxide (CO2) và các khí trơ khác.

Với phân áp suất của hơi nước trong không khí ẩm rất nhỏ, hơi nước có thể được coi là khí lý tưởng Do đó, không khí ẩm có thể xem như là hỗn hợp của các khí lý tưởng, với áp suất tổng quát 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.

Không khí ẩm được phân loại như sau:

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 hạt nhỏ Nếu tiếp tục bổ sung hơi nước, không khí sẽ trở nên ẩm quá bão hòa.

+ Không khí ẩm quá bão hòa:

Không khí ẩm là 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 thành không khí ẩm quá bão hòa do chứa các giọt nước ngưng tụ.

+ Không khí ẩm chưa bão hòa:

Không khí ẩm có lượng hơi nước nhỏ hơn Gh.max, cho phép nó tiếp tục hấp thụ hơi nước cho đến khi đạt trạng thái bão hòa Trong tình huống này, việc bổ sung hơi nước sẽ không dẫn đến sự 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:

* Độ ẩm tuyệt đối (ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là h) :

Là khối lượng hơi nước có trong 1 m 3 không khí ẩm ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là h = 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 giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm chưa bão hòa (h) và độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm bão hòa (hmax) ở cùng nhiệt độ được gọi là độ ẩm tương đối.

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 h max h h h

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

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 sử dụng hai nhiệt kế thủy ngân: nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt Nhiệt kế ướt có bầu thủy ngân được bọc bằng vải thấm nước, trong khi nhiệt độ đo bằng nhiệt kế khô được gọi là nhiệt độ khô (tk) và nhiệt độ đo bằng nhiệt kế ướt là nhiệt độ ướt (tư) Hiệu số ∆t = tk – tư tỷ lệ thuận với độ ẩm tương đối của không khí, trong đó không khí khô sẽ có ∆t lớn hơn, còn không khí ẩm bão hòa sẽ có ∆t = 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  G R p V T h h h

Enthalpy của không khí ẩm được xác định bằng tổng enthalpy của không khí khô và hơi nước có trong đó Khi nói về enthalpy của không khí ẩm chứa 1kg không khí khô, điều này cũng có nghĩa là nó chứa (1+d)kg không khí ẩm, trong đó d là tỷ lệ hơi nước.

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 nước vào không khí phụ thuộc vào nhiệt lượng mà không khí truyền cho nước Nhiệt độ của không khí bão hòa trong trường hợp này được gọi là nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt τ, và nhiệt độ này gần bằng nhiệt độ của nhiệt kế ướt τ.

* Nhiệt độ nhiệt kế ướt:

Khi hơi nước bay hơi vào không khí chưa bão hòa, nhiệt độ không khí giảm và độ ẩm tương đối tăng lên Khi đạt đến trạng thái 100% độ ẩm, quá trình bay hơi dừng lại Nhiệt độ tương ứng với trạng thái bão hòa này được gọi là nhiệt độ nhiệt kế ướt, ký hiệu là tư, vì nó được xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ướt nước.

Nhiệt độ nhiệt kế ướt của một trạng thái là nhiệt độ tương ứng với trạng thái bão hòa, có entanpi I bằng entanpi của trạng thái đã cho Giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ướt tồn tại mối quan hệ phụ thuộc 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 chưa bão hòa chuyển thành không khí ẩm bão hòa, với điều kiện áp suất hơi nước không đổi (ph = const) Bằng cách tham khảo bảng nước và hơi nước bão hòa, chúng ta có thể xác định nhiệt độ tđs khi biết giá trị ph.

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 Trong vùng không khí ẩm chưa bão hòa,  có dạng đường cong lồi lên trên, nhưng khi nhiệt độ t > tsôi, nó trở thành đường 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 tăng trong khi lượng nước giữ nguyên, dẫn đến độ ẩm giảm Quá trình này được thể hiện 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 có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Để cải thiện môi trường sống và làm việc, cần thiết phải thay thế không khí trong phòng bằng không khí mới từ bên ngoài Quá trình này được gọi là thông gió, giúp giảm thiểu các yếu tố có hại và tạo ra không gian an toàn hơn cho con người.

Thông gió là quá trình trao đổi không khí giữa không gian trong nhà và bên ngoài, giúp loại bỏ nhiệt thừa, độ ẩm dư thừa và các chất độc hại Quá trình này giữ cho các chỉ số khí hậu trong phòng luôn trong giới hạn cho phép, đảm bảo môi trường sống thoải mái và an toàn.

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 chỉ áp dụng cho những khu vực có nguồn phát sinh nhiệt thừa, độ ẩm cao và các chất độc hại, như nhà bếp và toilet Việc này giúp cải thiện chất lượng không khí và tạo ra môi trường sống an toàn hơn.

- 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 dựa trên 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 đưa vào phòng, điều này tạo ra sự khác biệt rõ rệt so với thông gió Nhờ vào quá trình xử lý này, hệ thống điều hòa không khí mang lại 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 giải phóng nhiệt thừa ra bên ngoài để duy trì các thông số không khí ổn định trong giới hạn 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 hay tính trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất Bài toán tính nhiệt thừa thực chất là bài toán kinh tế, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và 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 và yêu cầu của hệ thống, có thể có hoặc không có 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 năng lực cần thiết để loại bỏ nhiệt thừa trong không gian, đảm bảo 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 các không gian được khảo sát.

Việc xác định phụ tải lạnh không chỉ đơn giản là cộng tất cả các thành phần nhiệt thừa, vì điều này có thể dẫn đến lãng phí công suất lắp đặt và tăng chi phí đầu tư cũng như vận hành Hơn nữa, hệ thống có thể gặp khó khăn khi hoạt động trong điều kiện thực tế Do đó, để giải quyết bài toán xác định phụ tải lạnh một cách hợp lý, cần phải 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 và các quá trình cơ bản trên đồ thị t-d Không khí ngoài trời ở trạng thái N được đưa qua dàn lạnh, ra ở trạng thái L Từ trạng thái L, không khí được hút vào quạt và ra ở trạng thái Q, với nhiệt độ Q cao hơn L do năng lượng cấp cho quạt chuyển thành nhiệt Khi không khí đi qua ống dẫn, trạng thái chuyển từ Q thành D, với D là trạng thái không khí vào không gian cần điều hòa, và nhiệt độ D cũng cao hơn Q Quá trình từ L đến D và từ D đến Q giữ độ chứa hơi d = const, chỉ có thành nhiệt của không khí biến 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 nhiệt thừa phát sinh trong không gian đó, và cần được giải phóng để đảm bảo hiệu quả điều hòa không khí.

- 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 hoàn toàn tương đương với tổng nhiệt thừa Q3 + Q4 của không gian cần điều hòa Tuy nhiên, tổng trị số nhiệt thừa Q3 + Q4 lại chiếm tỷ lệ lớn, do đó việc xác định cụ thể các loại nhiệt thừa này là nhiệm vụ quan trọng Đây là nội dung 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 có nhiệm vụ tạo ra không khí có trạng thái nhiệt ẩm nhất định theo yêu cầu, đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh.

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 tiêu chuẩn vệ sinh cần thiết.

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

Khâu cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạt động bao gồm các thiết bị chính như bơm, quạt, máy nén và nguồn hơi nóng để sưởi.

Nói chung khâu năng lượng phân bố rải rác trên toàn hệ thống

* Khâu đo lường, bảo vệ, điều khiển, khống chế tự động:

Khâu này bao gồm tất cả các thiết bị nhằm làm cho hệ thống hoạt động an toàn, ổn định và đạt thông số nhất định.

Khâu này bao gồm các thiết bị chủ yếu sau:

- Thiết bị đo lường: Đồng hồ nhiệt độ, đồng hồ áp suất, lưu lượng kế, tốc độ kế, ampe kế, vôn kế ….

- Thiết bị bảo vệ: van an toàn, rơ le nhiệt, aptomat ….

- Thiết bị điều khiển: van tiết lưu tự động, thermostat, ….

2.3.2 Phân loại hệ thống ĐHKK:

* Theo mức độ quan trọng:

- Hệ thống điều hòa không khí cấp I: Duy trì chế độ nhiệt ẩm trong nhà với mọi phạm vi nhiệt độ ngoài trời.

- Hệ thống điều hòa không khí cấp II: Duy trì chế độ nhiệt ẩm trong nhà với sai số không qúa 200 giờ trong 1 năm.

- Hệ thống điều hòa không khí cấp III: Duy trì chế độ nhiệt ẩm trong nhà với sai số không qúa 400 giờ trong 1 năm.

- Kiểu cục bộ: Là hệ thống nhỏ chỉ điều hòa không khí trong một không gian hẹp, thường là một phòng.

- Kiểu phân tán: Hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi.

- Kiểu trung tâm: Khâu xử lý không khí thực hiện tại một trung tâm sau đó phân đi các nơi.

2.3 Các phương pháp và thiết bị xử lý không khí:

Việc xử lý không khí bao gồm các nhiệm vụ cơ bản sau:

- Xử lý nhiệt: Làm lạnh hoặc gia nhiệt.

- Xử lý ẩm: Làm ẩm hoặc làm khô

- Xử lý chất độc hại: Bụi, các chất độc: Lọc bụi hoặc làm giảm nồng độ các chất độc

- Giảm âm truyền theo không khí vào phòng

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, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và bụi, bằng không khí mới Quá trình trao đổi không khí diễn ra thông qua sự chuyển động của không khí Không khí trong phòng tham gia vào các chuyển động khác nhau để đảm bảo sự thông thoáng và cải thiện chất lượng không khí.

* Chuyển động đối lưu tự nhiên:

Sự chênh lệch về nhiệt độ và độ ẩm dẫn đến sự thay đổi mật độ không khí, trong đó dòng không khí nóng và khô sẽ bốc lên cao, trong khi không khí lạnh và ẩm sẽ chìm xuống Chuyển động này chủ yếu bị chi phối bởi nhiệt độ, với cường độ chuyển động tăng lên khi sự chênh lệch nhiệt độ trở nên lớn hơn.

* 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 khi ra khỏi miệng thổi, giúp đồng đều tốc độ không khí trong phòng và tạo ra sự xáo trộn cần thiết Để đánh giá hiệu quả của việc trao đổi không khí trong nhà, người ta sử dụng hệ số đồng đều.

Công thức tính hiệu suất nhiệt (KE) được xác định bằng cách lấy hiệu số giữa nhiệt độ không khí ra (tR) và nhiệt độ không khí vào (tV), sau đó chia cho hiệu số giữa nhiệt độ không khí tại vùng làm việc (tL) và nhiệt độ không khí vào (tV) Trong đó, tL là nhiệt độ không khí 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 chuyển động trong không gian, và việc nghiên cứu luồng không khí vào ra ở các miệng thổi rất quan trọng Xác định tốc độ không khí tại một điểm trong luồng giúp bố trí miệng thổi và miệng hút hợp lý trong phòng Điều này đảm bảo rằng tốc độ trong vùng làm việc luôn nằm trong giới hạn cho phép.

Hình 3.14: Các loại thiết bị tiêu âm Hình 3.14: Các loại thiết bị tiêu âm a) Cấu trúc của luồng không khí từ miệng thổi:

Xét một luồng không khí được thổi ra từ miệng thổi tròn với đường kính xác định, trong đó tốc độ không khí tại đầu ra được ký hiệu là vo và được coi là phân bố đồng đều trên toàn bộ tiết diện của miệng thổi tại vị trí 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 cũng giảm Phân bố tốc độ dọc theo đường đi thay đổi, với tốc độ luồng tại biên bằng 0 do ảnh hưởng của ma sát với không khí đứng yên bên ngoài Tuy nhiên, tốc độ tại vùng tâm luồng vẫn duy trì ở mức vo Trong khoảng cách x < xd, tốc độ tại tâm luồng luôn giữ nguyên ở vo, và profil tốc độ trên tiết diện trong khoảng này có dạng hình thang với chiều cao bằng vo.

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

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

Phần thân luồng không khí bao gồm biên luồng, nơi tốc độ thay đổi, và nhân luồng, nơi có vận tốc không đổi v = vo Đoạn từ tiết diện đầu ra miệng thổi đến tiết diện xd rất ngắn và ít ảnh hưởng đến sự luân chuyển không khí trong phòng Trong khi đó, đoạn từ tiết diện xd trở đi được gọi là phần chính, có ảnh hưởng quyết định đến sự luân chuyển không khí trong không gian.

Hình dáng luồng khí từ miệng thổi không có cánh phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của miệng thổi Đối với miệng thổi dẹt, khi một cạnh lớn hơn ít nhất 5 lần so với cạnh kia (a/b > 5), luồng khí sẽ 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 không khí và xác định tốc độ của nó là rất quan trọng trong việc lựa 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 đi vào khu vực 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: xd = 1,26.bo/tg o [3-20]

 o - Là góc mép khuyếch tán của đoạn đầu:  o = 14 o 30' với miệng thổi tròn và

 o = 12 o 40' với miệng thổi dẹt do, bo - 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, vận tốc được xác định bởi công thức vx = vo m / x", trong đó m là hằng số phụ thuộc vào kích thước và loại miệng thổi Cụ thể, hằng số này có giá trị là 6,8 cho miệng thổi tròn tóp, 1,35 cho miệng thổi tròn có loa khuyếch tán, và 2,5 cho miệng thổi dẹt Tọa độ không thứ nguyên được tính toán khác nhau cho từng loại miệng thổi: x" = x/do cho miệng thổi tròn và x" = x/bo cho miệng thổi dẹt.

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

Để luồng không khí đi xa, cần chọn miệng thổi lớn với tốc độ suy giảm chậm, trong khi để luồng đi gần, nên chọn miệng thổi nhỏ với tốc độ suy giảm nhanh Trong các xí nghiệp công nghiệp có không gian điều hòa rộng và tốc độ cho phép lớn, miệng thổi dẹt là lựa chọn phù hợp Ngược lại, trong các phòng làm việc và phòng ở có không gian hẹp và trần thấp, miệng thổi kiểu khuyếch tán hoặc có cánh hướng sẽ là sự lựa chọn tối ưu.

- 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

Do 2 đặc điểm trên nên khi đi ra cách xa miệng hút một khoảng ngắn tốc độ giảm một cách nhanh chóng Nên có thể nói luồng không khí trước miệng hút triệt tiêu rất nhanh.

Tốc độ trên trục của luồng không khí trước miệng hút xác định theo công thức sau:

Công thức Vx = kH.vo.(do/x)² mô tả tốc độ không khí tại đầu vào miệng hút, trong đó vo là tốc độ không khí (m/s), do là đường kính của miệng hút, x là khoảng cách từ miệng hút đến điểm xác định, và kH là hệ số phụ thuộc vào dạng miệng hút.

Bảng 3.1: Bảng xác định hệ số kH

Sơ đồ Dạng Tiết diện ngang

- Lắp nhô lên cao Góc khuyếch tán  > 180 o , mép có cạnh 0,06 0,12

- Lắp sát tường, trần 0 o , Có mặt bích 0,12 0,24

- Lắp ở góc  o , bố trí ở góc 0,24 0,48

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 điều hòa không khí, bất kể 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 quả làm việc, 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 sự ổn định của môi trường.

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

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 trong hình 3.25a1 được tạo thành từ 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, sẽ bị uốn cong sang trái khi nhiệt độ tăng, do thanh 2 giãn nở nhiều hơn Ngược lại, khi nhiệt độ giảm xuống dưới mức định sẵn, thanh sẽ uốn cong sang phải.

Một loại bộ cảm biến khác là thanh lưỡng kim uốn cong theo dạng xoắn ốc, trong đó đầu ngoài được cố định còn đầu trong di chuyển Loại cảm biến này thường được sử dụng để chế tạo đồng hồ đo nhiệt độ, như mô tả 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 mức, đầu tự do của thanh kim loại sẽ chuyển động sang phải hoặc sang trái.

- Bộ cảm biến kiểu hộp xếp:

Hộp xếp hoặc màng mỏng có khả năng co giãn lớn, chứa đầy chất lỏng hoặc khí, có cấu tạo đặc biệt Khi nhiệt độ thay đổi, môi chất co giãn sẽ làm căng hộp xếp hoặc màng mỏng, dẫn đến sự di chuyển của một thanh gắn trên đó.

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 (hệ thống xử lý không khí) cho thấy hai dàn trao đổi nhiệt hoạt động độc lập, bao gồm một dàn nóng cho mùa đông và một dàn lạnh cho mùa hè Để cải thiện độ ẩm cho không khí, hệ thống phun nước bổ sung được bố trí tại đầu ra của 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 trong hình 3.28 bao gồm một sợi hấp thụ ẩm, với khả năng thay đổi chiều dài khi độ ẩm môi trường biến đổi 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 chất độc hại, và nồng độ bụi trong không khí (mg/m³) không được vượt quá giới hạn cho phép Để đảm bảo điều này, việc lọc bụi là cần thiết Khi chọn phương pháp lọc bụi trong thông gió và điều hòa không khí, cần xem xét nguồn gốc bụi, kích thước hạt và mức độ độc hại để 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 thực hiện các công đoạn 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 càng nguy hiểm vì dễ xâm nhập vào đường hô hấp và khó lọc sạch bằng thiết bị thông thường Loại bụi này tồn tại lâu trong không khí mà không lắng đọng, với tốc độ lắng động chậm do kích thước nhỏ Ngược lại, bụi thô rơi tự do và lắng đọng nhanh hơn Nồng độ bụi trong không khí thường 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, nồng độ bụi không được vượt quá 150 mg/m³ để đảm bảo không gây ô nhiễm khí quyển Việc 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, độc tính và các đặc tính của thiết bị Mỗi loại thiết bị lọc bụi được đặc trưng bởi những yếu tố riêng biệt, ảnh hưởng đến hiệu quả lọc và khả năng hoạt động.

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

THIẾT BỊ ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ

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 chúng lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ Điều này giúp duy trì áp suất bay hơi và ngưng tụ, đồng thời đảm bảo lưu lượng cần thiết cho hệ thống.

Máy nén kín trong điều hòa dân dụng gồm ba loại chính: máy nén piston, máy nén roto và máy nén xoắn ốc Đặc biệt, máy nén cho điều hòa không khí cửa sổ thường là loại máy nén piston kiểu kín.

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 đều đáng tin cậy Đối với máy nén cũ, việc kiểm tra chất lượng máy cần xem xét 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 kết hợp với máy nén thành một cụm máy nén - ngưng tụ Có hai loại thiết bị ngưng tụ chính: ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí (dàn ngưng) và ngưng tụ giải nhiệt bằng nước (bình ngưng) Đối với máy điều hòa dân dụng cục bộ, nhà sản xuất thường ưu tiên sử dụng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí do cấu tạo và cách 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 chuyển đến dàn ngưng tụ, nơi nó thải nhiệt ra môi trường không khí và ngưng tụ thành chất 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 thiết bị bay hơi sẽ khác nhau Hai loại thiết bị bay hơi chính thường được sử dụng là dàn lạnh (làm lạnh không khí) và bình bay hơi (làm lạnh nước) Đối với 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 Chất liệu phổ biến cho thiết bị này là ống đồng hoặc nhôm, kết hợp với các cánh bằng nhôm để tối ưu hiệu suất làm lạnh.

Ga ở áp suất và nhiệt độ thấp, sau khi đi qua ống mao, sẽ được chuyển đến dàn bay hơi Tại đây, nó hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, dẫn đến quá trình sôi và hóa hơi Sau đó, ga này sẽ được quá nhiệt trong ống 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 cần thiết để cung cấp đủ lượng ga lỏng cho dàn bay hơi, đồng thời duy trì áp suất bay hơi hợp lý Điều này đảm bảo rằng nhiệt độ bay hơi trong dàn lạnh luôn được duy trì ở mức tối ưu.

Cáp tiết lưu là thiết bị tiết lưu phổ biến trong các máy lạnh cục bộ Đối với máy điều hòa có công suất nhỏ, do chế độ làm việc ổn định, ống mao được sử dụng thay vì van tiết lưu Ống mao có cấu tạo đơn giản, là một đoạn ống với đường kính rất nhỏ 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 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 khả năng dễ bị tắc bẩn và tắc ẩm, khó khăn trong việc xác định độ dài ống, cũng như 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.

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

Độ lớn của trở lực ống mao ảnh hưởng trực tiếp đến độ lạnh mà hệ thống đạt được; khi trở lực càng lớn, độ lạnh càng sâu Tuy nhiên, năng suất lạnh của hệ thống sẽ giảm, do đó cần điều chỉnh cáp sao cho vừa đủ để 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 các máy điều hòa không khí cục bộ, bình tách lỏng được lắp đặt phía trước đầu hút máy nén, tạo thành một khối thống nhất Loại bình tách lỏng này thường là kiểu khô, với 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 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 một van đảo chiều để thay đổi chức năng của các thiết bị trao đổi nhiệt Trong chế độ lạnh, dàn bay hơi được đặt bên trong phòng, trong khi dàn ngưng tụ nằm ngoài trời Khi chuyển sang chế độ sưởi, van đảo chiều sẽ thay đổi hướng di chuyển của gas lạnh, khiến dàn trong phòng trở thành dàn ngưng tụ, cung cấp hơi ấm 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

Tiêu đề	Kỹ Thuật Lạnh
Trường học	Trường Cao Đẳng Cơ Giới Quảng Ngãi
Chuyên ngành	Điện Công Nghiệp
Thể loại	Giáo Trình
Thành phố	Quảng Ngãi

Định dạng
Số trang	152
Dung lượng	18,7 MB