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

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 biến đổi.

Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ: oC = ( o F – 32) oC = K – 273 oC = o R – 273

+ 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 = [1-2]

Theo thuyết động học phân tử :

Hình 1.3: Nhiệt kế p = [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 = 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 (p_d).

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 điều 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 và h là chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t Ngoài ra, việc hiểu rõ về thể tích riêng và khối lượng riêng cũng rất quan trọng 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 3 /kg] [1-8]

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 = [kg/m³] Nội năng của chất liên quan đến khối lượng riêng này, phản ánh mức độ năng lượng bên trong của chất.

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, do đó nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích riêng, được biểu diễn là u = u(T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng 0, khiến 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 ký hiệu là u với đơn vị J/kg; còn đối với Gkg môi chất, ký hiệu là U với đơn vị J Nội năng cũng có thể được biểu diễn 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 = [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 lượng nhiệt cần thiết để làm thay đổi nhiệt độ của 1 đơn vị khối lượng vật chất lên 1 độ Celsius.

Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất:

Nhiệt dung riêng khối lượng c = , [J/kg.độ] [1-14]

Nhiệt dung riêng thể tích c’ = , [J/m 3 t c.độ ] [1-15]

Nhiệt dung riêng mol = [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 = ; cp = [1-20]

+ 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 chỉ ảnh hưởng rất ít đến NDR Do đó, NDR có thể được biểu diễn dưới dạng hàm của 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 = ; c = ; 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:

• Theo định nghĩa NDR: c = dq/dt

• Nhiệt trao đổi trong quá trình 1 - 2: = = (t2 – t1)

• 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 = = (t2 – t1) [1-25] c Công:

Công, hay còn gọi là cơ năng, là dạng năng lượng được hình thành trong quá trình chuyển đổi năng lượng thông qua 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 giống như đơn vị của năng lượng, thường được đo bằng Joule (J) Cụ thể, 1 Joule tương ứng với công của lực 1 Newton tác động lên quãng đường 1 mét.

Công thay đổi thể tích, hay còn gọi là công cơ học, là công do CMG sinh ra khi xảy ra quá trình dãn nở hoặc nhận được khi bị nén Công này liên quan trực tiếp đến sự dịch chuyển ranh giới của hệ nhiệt động.

Công thay đổi thể tích được xác định bằng biểu thức : l = => dl = p dv [1-26]

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 = => dlkt = - v dp [1-27]

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) là chất trung gian trong quá trình biến đổi năng lượng ở các thiết bị nhiệt CMG có thể tồn tại ở ba pha: lỏng, rắn và hơi Trong các thiết bị nhiệt, pha khí của CMG thường được sử dụng do khả năng thay đổi thể tích lớn, giúp thực hiện công hiệu quả.

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 quá trình hóa hơi, cần cung cấp nhiệt cho chất môi trường (CMG), và khi CMG ngưng tụ, nó sẽ tỏa nhiệt ra môi trường 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 gây ra Đặc biệt, ở những quốc gia có khí hậu nóng 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 vô cùng cần thiết.

Các 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 ngành công nghiệp Chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất nước đá, máy lạnh trên tàu thủy và phương tiện vận tải Ngoài ra, kho lạnh cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp rượu bia, bánh kẹo, nước uống và sữa.

1.1.2 Ứng dụng lạnh trong công nghiệp:

Hóa lỏng không khí là quá trình sản xuất các khí công nghiệp như clo, amoniac, cacbonic, 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 gắn liền với nhiều 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 của không khí, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và mức độ bụi.

1.1.5 Ứng dụng lạnh trong y tế:

Trong y tế, kỹ thuật lạnh được ứng dụng rộng rãi để bảo quản thuốc và vật tư y tế, mang lại hiệu quả to 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, cũng như trượt tuyết nhân tạo, phục vụ cho việc luyện tập của các vận động viên và các đại hội thể thao, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao Ngoài ra, công nghệ này còn được sử 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, cũng như trong chế biến thủy sản Nước đá được sử dụng rộng rãi để giữ lạnh trong quá trình vận chuyển và bảo quản, đặc biệt là ở các vùng nhiệt đới, nơi mà nhu cầu làm mát và giải khát của con người tăng cao.

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 những điều kiện khắc nghiệt, với nhiệt độ có thể đạt tới hàng ngàn độ hoặc giảm xuống dưới -100 độ C Oxy và hydro lỏng được sử dụng làm nhiên liệu cho tàu vũ trụ.

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 nước được phun liên tục vào không khí khô, nước sẽ bay hơi và khuếch tán vào không khí, làm thay đổi trạng thái không khí theo đường đẳng enthalpy h = const, đồng thời 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, việc hòa trộn 200g CaCl2 với 100g nước đá vụn cũng dẫn đến sự giảm nhiệt độ 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 sẽ thải nhiệt ra môi trường xung quanh ở áp suất không đổi.

Chu trình máy lạnh nén khí bao gồm hai quá trình chính: nén và dãn nở đoạn nhiệt Trong quá trình dãn nở, khí được nén từ trạng thái 3 xuống trạng thái 4 với nhiệt độ và áp suất thấp hơn Tại 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 Các quá trình thu và thải nhiệt diễn ra đẳng áp nhưng không đẳng nhiệt, đảm bảo hiệu suất làm lạnh tối ưu.

1.2.4 Phương pháp tiết lưu không sinh ngoại công:

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

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 vòng dây dẫn kín được tạo thành từ hai kim loại khác nhau Kết quả là một đầu nối sẽ tỏa nhiệt trong khi đầu còn lại 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 nhiệm vụ thu 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 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…

An toàn và không dễ cháy nổ là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống Áp suất ngưng tụ (Pk) cần được duy trì ở mức hợp lý, không quá cao để tránh làm giảm chiều dày của các thiết bị Đồng thời, áp suất bay hơi (Po) phải lớn hơn áp suất khí quyển nhằm ngăn ngừa tình trạng chân không, giúp hệ thống không bị rò rỉ không khí.

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.

Có thể thêm 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 có thể đáp ứng hoàn hảo tất cả các yêu cầu, mà chỉ có thể đáp ứng một phần nào đó Tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, người dùng 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 khí không màu có mùi hắc đặc trưng Ở áp suất khí quyển, điểm sôi của nó là -33,4 độ C Amoniac có các tính chất nhiệt động học tốt, rất phù hợp cho 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 lại ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng, trừ đồng thau phốt phát Vì vậy, không nên sử dụng đồng và các hợp kim đồng trong máy lạnh sử dụng NH3.

* 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, nhiệt độ cuối tầm nén cần được làm mát bằng nước do mức nhiệt độ rất cao Áp suất bay hơi vượt quá 1 bar (áp suất khí quyển) giúp máy lạnh hạn chế tình trạng chân không, chỉ xảy ra khi nhiệt độ bay hơi giảm xuống dưới -33,4 o C.

Năng suất lạnh riêng thể tích lớn giúp máy nén và thiết bị trở nên gọn nhẹ, đồng thời 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:

Nồng độ NH3 có khả năng gây cháy nổ trong không khí từ 13,5% đến 16% với nhiệt độ cháy đạt 651°C Do đó, các gian máy chứa NH3 không được phép sử dụng ngọn lửa trần và cần đảm bảo thông thoáng 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 hóa học CCl2F2, là một khí không màu và có mùi thơm nhẹ Nó nặng gấp khoảng bốn lần so với không khí ở nhiệt độ 30°C và có nhiệt độ sôi -28,9°C dưới 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).

Môi chất có tính chất lý học đặc trưng khi ngưng tụ trong điều kiện làm mát bằng nước, với nhiệt độ ngưng tụ tk = 42 o C và áp suất ngưng tụ Pk = 16,1 bar, cho thấy áp suất khá cao Nhiệt độ cuối của quá trình nén ở mức trung bình, trong khi tại áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi ts = -40,8 o C, cho thấy 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 giao nhiệt này đến thiết bị bay hơi, nơi chất lạnh sôi được 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 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 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 chu trình trong đó hơi hút vào máy nén là hơi bảo 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 đẳng entropy theo quá trình 1-2 thành hơi quá nhiệt cao áp với thông số trạng thái tại điểm 2, sau đó 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 liên tục diễn ra.

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 Ngược lại, chu trình quá nhiệt hơi hút diễn ra khi nhiệt độ hơi hút vào máy nén cao hơn nhiệt độ bay hơi, nằm trong 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 và máy nén, tạo ra hơi quá nhiệt cao áp Tại TBNT, hơi quá nhiệt này nhả nhiệt cho môi trường làm mát, ngưng tụ đẳng áp thành lỏng cao áp và được làm quá lạnh bằng 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, môi chất được quá nhiệt và hút về bởi máy nén, tạo ra 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]

- Hệ số làm lạnh :  = [2-11] b Chu trình hồi nhiệt:

Chu trình hồi nhiệt là một quá trình sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt để chuyển giao nhiệt giữa môi chất lỏng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh trước khi trở về máy nén.

Hình 2.8: Chu trình hồi nhiệt

HN: thiết bị hồi nhiệt.

Trong quá trình làm việc của hệ thống, máy nén hút hơi quá nhiệt với thông số trạng thái 1 và nén thành hơi quá nhiệt cao áp với thông số trạng thái 2, sau đó đưa vào TBNT Tại TBNT, hơi cao áp nhả nhiệt cho môi trường làm mát, chuyển đổi thành lỏng cao áp với thông số trạng thái 3 Lỏng cao áp này tiếp tục đi đến thiết bị HN, nơi nó nhả nhiệt cho hơi từ TBBH, biến thành lỏng quá lạnh Lỏng với thông số trạng thái 4 sau đó đi qua van tiết lưu, chuyển thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số trạng thái 5 và vào TBBH Tại đây, môi chất nhận nhiệt từ môi trường, sôi và hóa hơi thành hơi với thông số trạng thái 6, rồi quay 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 là một hệ thống có hơi hút vào máy nén ở trạng thái hơi bão hòa khô Trong chu trình này, quá trình nén được chia thành 2 cấp, và hơi được 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

Hơi bão hòa khô sau khi ra từ TBBH có thông số trạng thái tại điểm 1, được máy nén hạ áp hút về nén trong đoạn nhiệt Quá trình này tạo ra 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 thiết bị trao đổi nhiệt (TBNT) Tại TBNT, hơi cao áp nhả nhiệt cho môi trường làm mát, chuyển đổi thành lỏng cao áp Sau đó, lỏng này đi qua van tiết lưu, trở thành hơi bão hòa ẩm với nhiệt độ và áp suất thấp, rồi vào thiết bị bay hơi (TBBH) Tại TBBH, môi chất hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, sôi và hóa hơi, quay trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục chu trình.

- 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 = , kJ/m 3 [2-22]

- Áp suất trung gian: Ptg= [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 ở đẳng entropy, tạo ra hơi quá nhiệt trung gian tại trạng thái 2 Hơi này được đưa vào thiết bị làm mát trung gian, nơi môi chất nhả nhiệt cho môi trường làm mát trong quá trình 2-3 Khi rời thiết bị làm mát, hơi quá nhiệt trung gian tại trạng thái 3 hòa trộn với hơi từ bình trung gian, tạo thành hỗn hợp hơi tại trạng thái 4 Hơi tại trạng thái 4 tiếp tục được máy nén cao áp hút và nén thành hơi quá nhiệt cao áp, sau đó đẩy vào thiết bị 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 có thông số trạng thái riêng.

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

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 = , kJ/m 3 [2-30]

- Áp suất trung gian: Ptg= [2-31]

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 giảm tối đa và nhiệt độ cuối tầm nén vẫn cao Để khắc phục vấn đề này, người ta 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

Hơi sau TBBH có thông số trạng thái 1 được máy nén hạ áp hút về nén đoạn nhiệt đẳng entropy, tạo 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 môi chất nhả nhiệt cho môi trường làm mát theo quá trình 2-3.

Hơi được sục vào bình trung gian, nơi một phần lỏng sau VTL 1 thu nhiệt bay hơi, làm mát đến trạng thái bão hòa khô Sau đó, hơi từ bình trung gian được máy nén cao áp hút về, nén ở đoạn nhiệt đẳng entropy, tạo ra hơi quá nhiệt cao áp để 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 yếu tố quan trọng nhất, giúp dự đoán nhiều thông số khác của tủ Tủ lạnh gia đình thường có dung tích đa dạng, phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng gia đình.

Tủ lạnh thương nghiệp có dung tích từ 40 đến 800 lít, với dung tích thực tế chỉ chiếm khoảng 0,8 đến 0,93 dung tích thô Ngăn đông của tủ thường chiếm từ 5 đến 25% dung tích Khối lượng của tủ tương ứng với dung tích khoảng 0,24 đến 0,5 kg/l Đặc trưng công suất động cơ và dung tích tủ cũng cần được lưu ý khi lựa chọn.

Tủ lạnh gia đình có dung tích lên đến 250 lít thường có công suất động cơ máy nén dao động từ 1/12 (Hp) đến 1/6 (Hp) Các yếu tố như dung tích ngăn đông, nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ và hiệu quả cách nhiệt của vỏ tủ ảnh hưởng đáng kể đến dung tích và công suất động cơ Cụ thể, khi dung tích ngăn đông nhỏ, nhiệt độ bay hơi cao, nhiệt độ ngưng tụ thấp và hiệu quả cách nhiệt tốt, thì 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, trong đó thermostat đóng vai trò quan trọng Khi nhiệt độ bên trong tủ lạnh giảm xuống mức thấp, thermostat sẽ ngắt điện cho máy nén, dẫn đến việc tủ ngừng hoạt động Ngược lại, khi nhiệt độ tăng vượt quá giới hạn cho phép, thermostat sẽ kích hoạt lại máy nén Hệ số thời gian làm việc được tính bằng tỷ số giữa thời gian làm việc của máy nén và tổng thời gian của toàn bộ chu kỳ, được biểu diễn bằng công thức b = τlv/ τck.

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 lạnh phụ thuộc vào vị trí cài đặt núm điều chỉnh rơle nhiệt độ, nhiệt độ bảo quản, lượng sản phẩm trong tủ 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 và mức tiêu thụ điện của thiết bị, ảnh hưởng trực tiếp đến hóa đơn điện 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 Tuy nhiên, nếu chu kỳ làm việc quá ngắn, điện tiêu thụ sẽ tăng lên do mỗi lần khởi động tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, đặc biệt là ở đầu chu kỳ Ngoài ra, đối với tủ sử dụng biến thế và ổn áp, cần lưu ý rằng điện năng cũng sẽ bị tiêu tốn cho các thiết bị này Do đó, việc bố trí ngắt biến thế và ổn áp khi tủ không hoạt động là một giải pháp hợp lý để tiết kiệm điện.

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

Điện năng tiêu thụ của tủ lạnh IL-KX240l phụ thuộc vào nhiệt độ bên trong và bên ngoài buồng lạnh, cùng với vị trí điều chỉnh của núm vặn thermostat.

Để xác định điện năng tiêu thụ của tủ lạnh trong hai trường hợp, trước tiên, khi nhiệt độ trong tủ là 4°C và nhiệt độ môi trường là 20°C với núm cài đặt ở số 2, tủ lạnh sẽ tiêu thụ một lượng điện năng nhất định Trong trường hợp thứ hai, khi nhiệt độ trong tủ vẫn giữ ở 4°C nhưng nhiệt độ môi trường tăng lên 30°C và núm cài đặt ở số 6, điện năng tiêu thụ sẽ cao hơn do tủ lạnh phải làm việc nhiều hơn để duy trì nhiệt độ So sánh hai trường hợp, ta nhận thấy rằng điện năng tiêu thụ tăng lên đáng kể khi nhiệt độ môi trường cao hơn, điều này cho thấy tủ lạnh hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn.

Để xác định điện năng tiêu thụ của tủ lạnh trong hai trường hợp, trường hợp a với nhiệt độ môi trường bên ngoài là 30°C, nhiệt độ trong tủ là 8°C và núm cài đặt ở số 1, sẽ tiêu thụ điện năng khác so với trường hợp b khi nhiệt độ trong tủ là 2°C và núm cài đặt ở số 8 Việc so sánh hai trường hợp này cho thấy rằng tủ lạnh hoạt động hiệu quả hơn khi nhiệt độ trong tủ cao hơn, nhưng sẽ tiêu tốn nhiều điện hơn khi nhiệt độ trong tủ thấp hơn và núm cài đặt ở mức cao Nhận xét cho thấy rằng việc điều chỉnh nhiệt độ và cài đặt có ảnh hưởng lớn đến mức tiêu thụ điện năng của tủ lạnh.

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, nơi hơi môi chất nhả nhiệt ra môi trường bên ngoài qua trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức, và 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, sau đó đi qua ống mao, nơi áp suất và nhiệt độ giảm, chuyển thành lỏng môi chất có áp suất thấp và nhiệt độ thấp 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 đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm lạnh, bằng cách hút hơi gas từ dàn bay hơi và nén chúng lên áp suất cao trước khi đẩy vào dàn ngưng tụ Điều này giúp duy trì áp suất ổn định trong cả hai quá trình bay hơi và ngưng tụ, đồng thời đảm bảo lưu lượng cần thiết 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 được trong tủ lạnh cộng với điện năng tiêu tốn cho 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.

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 cơ bản về điều hòa không khí, bao gồm các khái niệm, kiểu loại và cách tính toán chu trình điều hòa không khí cơ bản Ngoài ra, chương cũng đề cập đến đồ thị không khí ẩm và chức năng của một số thiết bị sử dụng 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 Điều này không chỉ giúp học sinh tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả mà còn khuyến khích họ tham gia tích cực vào quá trình học tập Ngoài ra, giáo viên cần yêu cầu học sinh ghi nhớ các giá trị đại lượng và đơn vị của các đại lượng để đảm bảo sự hiểu biết sâu sắc và ứng dụng chính xác trong thực tiễn.

- 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% nitrogen (N2) và 21% oxygen (O2), trong khi phần còn lại là carbon dioxide (CO2) và các khí trơ khác.

Vì 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 xác định bởi 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 tạo ra những hạt nhỏ li ti Nếu tiếp tục bổ sung hơi nước, không khí sẽ trở nên ẩm ướt và đạt trạng thái 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 có sương mù, không khí ẩm trở nên quá bão hòa do sự hiện diện của các giọt nước ngưng tụ.

+ Không khí ẩm chưa bão hòa:

Không khí ẩm có chứa lượng hơi nước nhỏ hơn Gh.max, nghĩa là nó có khả năng hấp thụ thêm hơi nước để đạt trạng thái bão hòa Trong tình huống này, nếu bổ sung thêm hơi nước, nó sẽ không 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 = (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.

Là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm chưa bão hòa (ρh) và độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm bão hòa (ρhmax) ở cùng 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 (a)

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

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 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 với độ ẩm tương đối của không khí; khi không khí khô, ∆t càng lớn, và trong điều kiện không khí ẩm bão hòa, ∆t sẽ bằng 0.

Lượng hơi nước trong không khí ẩm được đo bằng kg hơi nước trên mỗi kg không khí khô, ký hiệu là d Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho hơi nước và không khí khô, ta có các công thức ph.V = Gh.Rh.T và pk.V = Gk.Rk.T, trong đó ph và pk lần lượt là áp suất hơi nước và không khí khô, V là thể tích, Gh và Gk là khối lượng riêng của hơi nước và không khí khô, Rh và Rk là hằng số khí của hơi nước và không khí khô, và T là nhiệt độ.

Từ (3-8), (c) và (d) ta có: d = , Với Rk = và Rh d = 0,622

Mà: d = 0,622 [kg hơi/kg kkk] [3-9]

Enthanpy của không khí ẩm được xác định bằng tổng enthanpy của không khí khô và hơi nước có trong nó Khi có 1kg không khí khô, enthanpy của không khí ẩm sẽ tương ứng với (1+d)kg không khí ẩm, trong đó d là độ ẩm riêng của hơi nước (Gh) Với Gk = 1, tổng G được tính là 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, nếu quá trình bay hơi nước vào không khí chỉ do nhiệt lượng từ không khí truyền đến, thì nhiệt độ bão hòa của không khí được gọi là nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt τ, trong đó nhiệt độ τ gần bằng nhiệt độ của nhiệt kế ướt.

* Nhiệt độ nhiệt kế ướt:

Khi hơi nước bay hơi vào không khí chưa bão hòa, nhiệt độ không khí sẽ giảm dần trong khi độ ẩm tương đối tăng lên Quá trình bay hơi sẽ chấm dứt 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 phản ánh nhiệt độ tại điểm bão hòa, tương ứng với entanpi I của trạng thái đó Có mối quan hệ phụ thuộc giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ướt Trong thực tế, nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí hiện tại 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 trở thành không khí ẩm bão hòa, với điều kiện áp suất hơi nước không đổi (ph = const) Để xác định nhiệt độ tđs, ta có thể tham khảo bảng nước và hơi nước bão hòa dựa trên giá trị ph 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% phân 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 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 nhưng lượng nước trong không khí vẫn giữ nguyên Quá trình này được thể hiện bằng đường thẳng vuông góc với trục d, dẫn đến sự giảm độ ẩm , như thể hiện trong quá trình 1-2 trên đồ thị hình 3.3.

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 sinh hoạt và sản xuất, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ chất độc hại có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người Để cải thiện điều kiện sống và làm việc, việc thay thế không khí trong phòng bằng không khí mới từ bên ngoài là rất cần thiết Quá trình này được gọi là thông gió, giúp giảm thiểu các yếu tố có hại và tạo ra môi trường trong lành hơn.

Thông gió là quá trình trao đổi không khí giữa không gian trong nhà 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 chỉ số khí hậu trong phòng ở mức an toàn, 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 chỉ tập trung vào những khu vực có nguồn 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 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 đưa vào phòng, tạo ra sự khác biệt rõ rệt giữa thông gió và điều tiết không khí Điều này giúp hệ thống điều hòa 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, mà hệ thống điều hòa không khí phải giải phóng ra bên ngoài Việc này nhằm đảm bảo các thông số của không khí trong không gian luôn ổn định trong các 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 có thể 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 phải lúc nào cũng xuất hiện đồng thời Một số thành phần còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh, vì vậy không nên cộng tất cả các thành phần lại 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 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 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 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, hay còn gọi là phụ tải lạnh của máy lạnh, là khả năng khử nhiệt thừa trong không gian cần điều hòa để 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 khảo sát.

Việc xác định phụ tải lạnh thường dựa trên tổng hợp các thành phần nhiệt thừa, nhưng cách tiếp cận này có thể dẫn đến lãng phí công suất lắp đặt và gia tăng chi phí đầu tư cũng như chi phí vận hành Hơn nữa, 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, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các đặc điểm riêng của hệ thống và cần có kinh nghiệm thực tiễn để đạt được kết quả hợp lý.

* 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 và khi ra khỏi quạt, trạng thái chuyển thành Q, với nhiệt độ Q cao hơn L do năng lượng cấp cho quạt biến 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 chuyển đổi từ L - D và D - Q diễn ra với độ chứa hơi d = const, chỉ có thành nhiệt 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 chính là lượng nhiệt thừa phát sinh trong không gian đó mà chúng ta cần phải giải phóng.

- 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, nhưng tổng nhiệt thừa này chiếm tỷ lệ lớn Việc xác định cụ thể các loại nhiệt thừa này là nhiệm vụ quan trọng, và 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 nhiệm việc vận chuyển không khí đã qua xử lý đến các phòng tiêu thụ, đảm bảo phân bố không khí đều khắp 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

Khâu cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạt động bao gồm các thiết bị chủ yếu 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 bằng không khí mới, giúp cải thiện chất lượng không khí Sự trao đổi không khí diễn ra thông qua chuyển động của không khí, với các luồng không khí trong không gian phòng tham gia vào quá trình này.

* Chuyển động đối lưu tự nhiên:

Sự chênh lệch về nhiệt độ và độ ẩm dẫn đến sự thay đổi mật độ không khí 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 phụ thuộc vào nhiệt độ; khi sự chênh lệch nhiệt độ tăng lên, cường độ chuyển động cũng mạnh mẽ 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 hóa 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.

Hệ số hiệu suất nhiệt (KE) được tính bằng công thức KE = (tR - tV) / (tL - tV), trong đó tR là nhiệt độ không khí ra khỏi phòng, tV là nhiệt độ không khí vào phòng, và tL là nhiệt độ không khí tại vùng làm việc, tức là 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 rất quan trọng, vì nó giúp xác định tốc độ không khí tại một điểm cụ thể trong luồng, từ đó có thể đưa ra các giải pháp tối ưu cho hệ thống thông gió.

Các loại thiết bị tiêu âm được bố trí hợp lý cho miệng thổi và miệng hút 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 hiệu quả hoạt động và giảm thiểu tiếng ồn.

Xét một luồng không khí được thổi ra từ miệng thổi tròn có đường kính D, với tốc độ ở đầu ra miệng thổi là Vo, được phân bố đều trên toàn bộ tiết diện 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 có sự thay đổi, và do ma sát với không khí đứng yên bên ngoài, tốc độ tại biên luồng bằng 0, trong khi 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, tạo ra một profil tốc độ trên tiết diện có hình 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 sẽ tăng lên Điều này có thể 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 không chuyển động bên ngoài Kết quả là không khí xung quanh sẽ tràn vào luồng, tạo thành một phần của luồng và dẫn đến sự gia tăng tiết diện.

Phần biên luồng là nơi tốc độ thay đổi, trong khi nhân luồng 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 Ngược lại, phần chính từ tiết diện xd trở đi có ảnh hưởng quyết định đến sự luân chuyển không khí trong không gian.

Hình dáng của luồng khí tại 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 chủ yếu phát triển theo hướng cạnh nhỏ, trong khi chiều còn lại gần 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 miệng thổi và bố trí chúng trong không gian điều hòa Theo quy định vệ sinh, tốc độ gió trong vùng làm việc phải nhỏ hơn 0,25 m/s, do đó, tốc độ luồng khi vào vùng này cần phải đảm bảo yêu cầu này.

+ 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: miệng thổi tròn tóp có m = 6,8, miệng thổi tròn có loa khuyếch tán m = 1,35, và miệng thổi dẹt có m = 2,5 Tọa độ không thứ nguyên được tính như sau: miệng thổi tròn có x" = x/do, trong khi miệng thổi dẹt có x" = x/bo.

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 (m lớn) với tốc độ luồng suy giảm chậm Ngược lại, khi cần luồng không khí đi gần, nên chọn miệng thổi nhỏ (m nhỏ) để tốc độ suy giảm nhanh hơn 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 Trong khi đó, ở các phòng làm việc hoặc phòng ở có không gian hẹp và trần thấp, nên sử dụng miệng thổi kiểu khuyếch tán hoặc có các 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

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:

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 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 quả làm việc Điều này giúp giảm chi phí vận hành cho công nhân Một trong những tính năng quan trọng là khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ, với bộ cảm biến nhiệt độ đóng vai trò then chốt trong việc duy trì môi trường ổn định.

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, cụ thể là 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.

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, như mô tả 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 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 mức quy định, thanh sẽ uốn cong sang phải.

Một dạng khác của bộ cảm biến là thanh lưỡng kim uốn cong theo 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 của 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 bên phải hoặc bên trái.

- Bộ cảm biến kiểu hộp xếp:

Hộp xếp hoặc màng mỏng có khả năng co giãn lớn được cấu tạo từ các nếp nhăn, bên trong chứa chất lỏng hoặc khí Khi nhiệt độ thay đổi, môi chất co giãn làm cho hộp hoặc màng 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 (hình 3.27) cho thấy AHU có hai dàn trao đổi nhiệt: dàn nóng và dàn lạnh, hoạt động độc lập và không đồng thời Vào mùa hè, dàn lạnh hoạt động để làm mát không khí, trong khi vào mùa đông, dàn nóng đảm nhận nhiệm vụ sưởi ấm Đặc biệt, hệ thống phun nước bổ sung được bố trí tại đầu ra không khí nhằm cung cấp độ ẩm cần thiết 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 trong hình 3.28 bao gồm một sợi hấp thụ ẩm, có 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 chất dẻo 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 hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cần căn cứ vào nguồn gốc bụi, kích thước hạt và mức độ độc hại để xác định nồng độ bụi trong không khí một cách chính xác.

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 môi trường bên ngoài qua gió hoặc bao bì Ngoài ra, bụi vô cơ cũng có thể phát sinh trong quá trình chế biến, như bụi từ đá ximăng, bụi amiăng, và bụi kim loại khi thực hiện các công việc 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 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 đọng chậm Trong khi đó, bụi thô lắng đọng nhanh hơn do rơi tự do Nồng độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc vào mức độ độc hại và hàm lượng silic oxyt, 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 Lưu ý rằng 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 và độc tính, đồng thời hiểu rõ đặc tính của thiết bị Mỗi thiết bị lọc bụi được đặc trưng bởi các yếu tố quan trọng như hiệu suất lọc, loại bụi mà nó có khả năng xử lý, và độ bền của bộ lọc.

Hiệu quả lọc bụi, hay còn gọi là 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 đảm bảo duy trì áp suất bay hơi, ngưng tụ và lưu lượng cần thiết.

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 đó, máy nén piston kiểu kín thường được sử dụng cho máy điều hòa không khí cửa sổ.

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 kèm theo hoàn toàn 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 lắp chung với máy nén thành một cụm máy nén - ngưng tụ Có hai loại thiết bị ngưng tụ chính: loại giải nhiệt bằng không khí (dàn ngưng) và loại giải nhiệt bằng nước (bình ngưng) Các máy điều hòa dân dụng thường 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 tự nhiên và ngưng tụ thành dạng lỏng ở cuối dàn Gas 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.

Các loại điều hòa khác nhau có cấu tạo và kích thước thiết bị bay hơi không giống nhau, nhưng chủ yếu có hai loại thiết bị bay hơi chính: 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, với chất liệu chính là ống đồng hoặc nhôm kết hợp với các cánh bằng nhôm.

Ga được đưa vào dàn bay hơi ở áp suất và nhiệt độ thấp, nơi nó hấp thụ nhiệt từ môi trường để sôi và hóa hơi Sau đó, gas này được quá nhiệt qua ống dẫn 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 hợp lý Điều này giúp đảm bảo nhiệt độ bay hơi phù hợp trong dàn lạnh, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

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 và chế độ làm việc ổn định, ống mao thường được sử dụng thay vì van tiết lưu Ống mao là một đoạn ống có đường kính rất nhỏ từ 0,6 đến 2mm và chiều dài từ 0,5 đến 5m.

Máy nén này 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 ngừng hoạt động trong vài phút, áp suất giữa hai ống mao sẽ tự cân bằng, giúp máy nén dễ dàng khởi động lại.

Nhược điểm của hệ thống này bao gồm khả năng dễ bị tắc bẩn và tắc ẩm, khó xác định độ dài ống, và không 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 hạn chế tình trạng tắc bẩn và tắc 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.

Trở lực ống mao càng lớn sẽ giúp đạt được độ lạnh sâu hơn, tuy nhiên, năng suất lạnh của hệ thống lại giảm Do đó, cần chọn cáp với kích thước 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 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 tạo 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 thay đổi chức năng của các thiết bị trao đổi nhiệt thông qua van đảo chiều gas lạnh Trong chế độ lạnh, dàn bay hơi được đặt trong phòng và dàn ngưng tụ ở ngoài Khi chuyển sang chế độ sưởi, van đảo chiều sẽ đảo ngược hướng di chuyển của gas lạnh, khiến dàn trong phòng trở thành dàn ngưng tụ, cung cấp nhiệt 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	4,3 MB