Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt, ống lồng ống tận dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hòa không khí 2 cục ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG BƠM NHIỆT
SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG TẬN DỤNG
NHIỆT ĐẦU ĐẨY MÁY NÉN CỦA MÁY ĐIỀU HỊA
KHƠNG KHÍ 2 CỤC

GVHD: TS. NGUYỄN XUÂN VIÊN
ThS. ĐOÀN MINH HÙNG
SVTH: PHẠM THẾ HUY
MAI TRUNG KHÁNH
NGÔ TRUNG KỲ
NGUYỄN VĂN THỚI

S K L0 0 7 9 9 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG

BƠM NHIỆT SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
TẬN DỤNG NHIỆT ĐẦU ĐẨY MÁY NÉN CỦA MÁY
ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 2 CỤC
SVTH: PHẠM THẾ HUY
MSSV: 15147092
SVTH: MAI TRUNG KHÁNH
MSSV: 15147099
SVTH: NGÔ TRUNG KỲ
MSSV: 15147103
SVTH: NGUYỄN VĂN THỚI
MSSV: 15147128
GVHD: TS. NGUYỄN XUÂN VIÊN
Th.S. ĐOÀN MINH HÙNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
Tên đề tài:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG
BƠM NHIỆT SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
TẬN DỤNG NHIỆT ĐẦU ĐẨY MÁY NÉN CỦA MÁY
ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 2 CỤC
SVTH: PHẠM THẾ HUY
MSSV: 15147092

SVTH: MAI TRUNG KHÁNH
MSSV: 15147099
SVTH: NGÔ TRUNG KỲ
MSSV: 15147103
SVTH: NGUYỄN VĂN THỚI
MSSV: 15147128
GVHD: TS. NGUYỄN XN VIÊN
Th.S. ĐỒN MINH HÙNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Phạm Thế Huy

MSSV: 15147092

2. Mai Trung Khánh

MSSV: 15147099

3. Ngô Trung Kỳ

MSSV: 15147103

4. Nguyễn Văn Thới

MSSV: 15147128

Chuyên ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt

Mã ngành đào tạo: 52510206

Khóa: 2015

Lớp: 159470A, 151470B

Hệ đào tạo: Chính quy
1. Tên đề tài: ‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống
lồng ống tận dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’.
2. Nhiệm vụ đề tài:
Tìm hiểu về thiết bị trao đổi nhiệt, phương pháp gia nhiệt nước nóng bằng nhiệt
thải và các thiết bị trong hệ thống lạnh.
Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng ống tận
dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục.
Kiểm chứng thực nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thống gia nhiệt nước trên mơ
hình thực tế.
3. Sản phẩm của đề tài:
Mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng ống tận dụng nhiệt đầu
đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục 1,5 HP.

4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 10/10/2019
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 07/01/2020
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: ‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng
ống tận dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’.
Họ tên sinh viên: 1. Phạm Thế Huy

MSSV: 15147092

2. Mai Trung Khánh

MSSV: 15147099

3. Ngô Trung Kỳ

MSSV: 15147103

4. Nguyễn Văn Thới

MSSV: 15147128

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn):
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay khơng):..........................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):.............................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng…..năm 2020
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: ‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng
ống tận dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’.
Họ tên sinh viên: 1. Phạm Thế Huy

MSSV: 15147092

2. Mai Trung Khánh

MSSV: 15147099

3. Ngô Trung Kỳ

MSSV: 15147103

4. Nguyễn Văn Thới

MSSV: 15147128

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn):
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay khơng):..........................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):.............................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng…..năm 20…
Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: ‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng
ống tận dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’.
Họ tên sinh viên: 1. Phạm Thế Huy

MSSV: 15147092

2. Mai Trung Khánh

MSSV: 15147099

3. Ngô Trung Kỳ

MSSV: 15147103

4. Nguyễn Văn Thới

MSSV: 15147128

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng: _____________________

___________________

Giảng viên hướng dẫn: __________________

___________________

Giảng viên phản biện: ___________________

___________________

Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng…..năm 2020


LỜI CẢM ƠN
Đề tài ‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng ống
tận dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’ là nội dung chúng
em được giao để nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp sau 4 năm theo học chương trình
đại học, chuyên nghành Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Để hồn thành nhiệm vụ, bên cạnh sự nỗ lực học hỏi của bản thân cịn có sự hướng
dẫn tận tình của thầy cơ hướng dẫn và bạn bè xung quanh. Đặc biệt, chúng em xin gửi
đến TS. Nguyễn Xuân Viên, ThS. Đoàn Minh Hùng và học viên cao học Nguyễn Lan
Phương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hồn thành đề tài này lời cảm ơn sâu

sắc nhất. Bên cạnh đó chúng em chân thành cảm ơn quý thầy (cô) của khoa Cơ Khí Động
Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến
thức trong những năm em học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong q trình học
khơng chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đề tài này mà nó cịn là hành trang q
báu để chúng em áp dụng vào thực tế một cách vững chắc và tự tin.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm có
hạn và cũng là lần đầu tiên được tiếp xúc, làm việc thực tế nên kết quả của chúng em
cịn có nhiều thiếu sót trong việc trình bày, đánh giá và đề xuất ý kiến. Chúng em rất
mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của q thầy cơ và các bạn.
Một lần nữa chúng em xin trân trọng cảm ơn!

i


TĨM TẮT
Hiện nay nhu cầu sử dụng nước nóng trong sinh hoạt hằng ngày là rất lớn. Tuy
nhiên năng lượng chủ yếu được sử dụng để đun nước như là năng lượng hóa thạch,
năng lượng điện,… thì rất là tốn kém. Nguồn năng lượng hóa thạch, cũng như nguồn
dự trữ điện năng đang ngày càng càng kiệt, vì thế vấn đề tiết kiệm năng lượng đã và
đang là mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam.
Việt Nam là quốc gia có khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm quanh năm, do đó
nhu cầu sử dụng điều hịa khơng khí là rất lớn. Tuy nhiên bên cạnh lợi ích của việc
làm mát thì thiết bị này cũng thải ra mơi trường một lượng nhiệt vô cùng lớn. Việc
thải nhiệt trực tiếp ra mơi trương là vơ cùng lãng phí, bên cạnh đó việc tận dụng các
nguồn nhiệt này để phục vụ sinh hoạt cho con người như: làm nóng nước phục vụ
cho nhu cầu tắm, giặc, rửa chén bát,…tận dụng nhiệt để hong khô quần áo, các loại
nông sản hay thực phẩm,… là vô cùng tiềm năng.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều những nghiên cứa về tận dụng nhiệt thải của
hệ thống điều hịa khơng khí. Tiếp nối những nghiên cứu đã có, nhóm chúng em đã
nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt hồn tồn mới đó là

‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng ống tận
dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’. Thiết bị này hoạt
động dựa theo nguyên lý đối lưu tự nhiên không tiêu tốn năng lượng nhằm tiết kiệm
năng lượng một cách tối ưu. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động rất tốt
giúp nâng hệ số sử dụng năng lượng từ 3,3 lên 3,61.

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i
TÓM TẮT ...................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .......................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu chọn đề tài ................................................................................................. 3
1.3. Tình hình tiêu thụ điện trong và ngồi nước ............................................................ 3
1.3.1. Tình hình tiêu thụ điện trong nước ............................................................... 3
1.3.2. Tình hình tiêu thụ điện ngồi nước ............................................................... 3
1.4. Những nghiên cứu nổi bật về hệ thống tiết kiệm năng lượng trên hệ thống lạnh ở
trong và ngoài nước ......................................................................................................... 4
1.4.1. Nghiên cứu trong nước ................................................................................. 4
1.4.2. Nghiên cứu ngoài nước ................................................................................. 5
1.5. Nhu cầu sử dụng nước nóng trong và ngồi nước.................................................... 6
1.5.1. Nhu cầu nước sử dụng nước nóng trong nước: ............................................ 7
1.5.2. Nhu cầu sử dụng nước nóng ngoài nước: ..................................................... 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 8
2.1. Các tính chất của R134a (CH2F-CF3 Tetrafloetan) ................................................. 8
iii


2.2. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống ................................................................. 9
2.2.1. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống thẳng ........................................... 9
2.2.2. Ống lồng ống cong, xoắn ............................................................................ 10
2.2.3. Ống lồng ống elipse, chữ nhật .................................................................... 11
2.3. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn...................................................................... 12
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ .................................................................... 13
3.1. Tính tốn chu trình máy lạnh 1 cấp ........................................................................ 13
3.1.1. Chọn các thông số làm việc của hệ thống................................................... 13
3.1.2. Tính tốn chu trình hệ thống lạnh ............................................................... 14
3.2. Tính tốn trao đổi nhiệt qua ống xoắn .................................................................... 14
3.2.1. Hệ số tỏa nhiệt của R134a chảy bên trong ống là α1: ................................. 16
3.2.2. Hệ số trao đổi nhiệt của nước bên ngoài ống α2: ........................................ 17
3.2.3. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ................................................................. 19
3.2.4. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ................................................................... 19
3.3. Tính chọn bình chứa nước ...................................................................................... 20
3.4. Hệ số hiệu quả năng lượng ..................................................................................... 20
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM ........................................................... 21
4.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống .......................................................... 21
4.1.1. Cấu tạo ........................................................................................................ 21
4.1.2. Nguyên lý làm việc ..................................................................................... 21
4.2. Chế tạo hệ thống ..................................................................................................... 22
4.2.1. Vật tư chế tạo .............................................................................................. 22
4.2.2. Quy trình chế tạo......................................................................................... 28
iv

4.3. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................................... 32
4.3.1. Quy trình thực hiện ..................................................................................... 32
4.3.2. Phương pháp thực hiện ............................................................................... 32
4.4. Bảng thông số thực nghiệm .................................................................................... 33
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .............................................................. 37
5.1. Thông số chạy thực nghiệm ................................................................................... 37
5.1.1. Sự ảnh hưởng của chế độ làm lạnh lên nhiệt độ đầu đẩy máy nén và nhiệt độ
nước ra ........................................................................................................................... 37
5.1.2. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến nhiệt đầu đẩy máy nén .......... 42
5.2. Hệ số tiết kiệm năng lượng thực............................................................................. 43
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 45
6.1. Kết luận................................................................................................................... 45
6.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 46

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
TBTĐN: Thiết bị trao đổi nhiệt
TĐN: Trao đổi nhiệt
G

Lưu lượng [kg/s]

ρ

khối lượng riêng [kg/m3]

p

Áp suất [Bar]

h

entanpy [kJ/kg]

s

entropy [kJ/kg.độ]

q

Nhiệt lượng trên một đơn vị lưu lượng [kJ/kg]

Q

Nhiệt lượng [w]

λ

Hệ số dẫn nhiệt [W/m.độ]

ν

Vận tốc khối lượng [m2/s]

Pr

Tiêu chuẩn Prandlt

Re

Tiêu chuẩn Reynold

Ra

Tiêu chuẩn Rayleigh

Nu

Tiêu chuẩn Nusselt

Gr

Tiêu chuẩn Grashoft

cp

Nhiệt dung riêng [kJ/kg.độ]

k

Hệ số truyền nhiệt [W/m2K]

ω

Tốc độ dịng chảy [m/s]

ε

Hệ số hiệu chỉnh

R

Bán kính [m]

d

Đường kính [m]
vi


t

Nhiệt độ [oC]

∆t

Độ chênh nhiệt độ

𝛼

Cường độ tỏa nhiệt [W/m2]

𝛿

Chiều dày vách [m]

µ

Độ nhớt động học [Pa.s]

r

Nhiệt ẩn hóa hơi [kJ/kg]

v

Thể tích riêng [m3/kg]

V

Thể tích [ m3]

β

Hệ số tính chất vật lý

F

Diện tích [m2]

l

Chiều dài [m]

n

Số vịng xoắn [vịng]

C

Chu vi [m]

τ

Thời gian [s]

H

Chiều cao [m]

g

Gia tốc trọng trường [m/s2]

R134a Môi chất lạnh
R22

Môi chất lạnh

R12

Môi chất lạnh

COP

Hệ số hiệu quả năng lượng

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Biểu đồ so sánh chi phí các loại năng lượng dùng làm nóng nước. ................ 2
Hình 2.1. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống thẳng. ........................................... 10
Hình 2.2. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống cong, xoắn.................................... 10
Hình 2.3. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống elipse. ........................................... 11
Hình 2.4. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống chữ nhật. ...................................... 11
Hình 2.5. Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn. ............................................... 12
Hình 3.1. Đồ thị lg p – h và T – s của chu trình máy lạnh 1 cấp. .................................. 13
Hình 3.2. Đồ thị hiệu số nhiệt độ trung bình của thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn. ....... 19
Hình 4.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống. ........................................................................... 21
Hình 4.2. Chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống. ................................................. 28
Hình 4.3. Chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn. ....................................................... 28
Hình 4.4. Chế tạo bình nước trao đổi nhiệt. .................................................................. 29
Hình 4.5. Lắp giá đỡ cho hệ thống. ............................................................................... 29
Hình 4.6. Lắp đặt dàn lạnh. ........................................................................................... 30
Hình 4.7. Bọc cách nhiệt và lắp đặt bình chứa nước. .................................................... 30
Hình 4.8. Kết nối đường ống nước. ............................................................................... 31
Hình 4.9. Mơ hình hồn chỉnh. ...................................................................................... 31
Hình 5.1. Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ đầu đẩy của máy nén khi SET nhiệt độ làm lạnh
tại 17 0C. ........................................................................................................................ 37
Hình 5.2. Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ đầu đẩy của máy nén khi SET nhiệt độ làm lạnh
tại 19 0C. ........................................................................................................................ 38
viii

Hình 5.3. Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ đầu đẩy của máy nén khi SET nhiệt độ làm lạnh
tại 21 0C. ........................................................................................................................ 39
Hình 5.4. Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ đầu đẩy của máy nén khi SET nhiệt độ làm lạnh
tại 23 0C. ........................................................................................................................ 40
Hình 5.5. Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ đầu đẩy của máy nén khi SET nhiệt độ làm lạnh
tại 25 0C. ........................................................................................................................ 41
Hình 5.6. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến hệ số tiết kiệm năng lượng....... 44

ix


DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Bảng mức tiêu thụ nước nóng cho mỗi đầu người cho một số nơi. ................ 6
Bảng 3.1. Thơng số các điểm nút của chu trình. ........................................................... 14
Bảng 3.2. Bảng thông số ống đồng cuộn PC của Tồn Phát. ........................................ 15
Bảng 4.1. Bảng ghi thơng số vận hành của hệ thống. ................................................... 33
Bảng 4.2. Bảng thông số vận hành khi SET nhiệt độ phòng 17 0C. .............................. 34
Bảng 4.3. Bảng thông số vận hành khi SET nhiệt độ phịng 19 0C. .............................. 34
Bảng 4.4. Bảng thơng số vận hành khi SET nhiệt độ phòng 21 0C. .............................. 35
Bảng 4.5. Bảng thông số vận hành khi SET nhiệt độ phịng 23 0C. .............................. 35
Bảng 4.6. Bảng thơng số vận hành khi SET nhiệt độ phòng 25 0C. .............................. 36
Bảng 5.1. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường tới nhiệt độ đầu đẩy của máy nén. . 42
Bảng 5.2. COP theo nhiệt độ môi trường. ..................................................................... 43

x


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường và những hạn chế của năng lượng hóa thạch
xuất hiện như một cuộc khủng hoảng nghiêm trọng không chỉ trong phạm vi mỗi quốc
gia mà đã trở thành vấn đề của thế giới. Các ngành công nghiệp đang phải đối đầu với
nguy cơ thiếu năng lượng, nguồn dự trữ năng lượng cũng gần cạn kiệt, vì thế vấn đề tiết
kiệm năng lượng là cần thiết trong tất cả các thiết bị tiêu thụ năng lượng bao gồm hệ
thống điều hịa khơng khí.
Ở Việt Nam, đi đơi với sự phát triển cơng nghiệp hóa hiện đại hóa thời kì cận hiện
đại là sự xuất hiện mạnh mẽ của nhiều tòa nhà cao tầng. Hàng trăm ngôi nhà cao tầng ở
các thành phố lớn được sử dụng để làm văn phòng làm việc, khách sạn, ngân hàng, trung
tâm thương mại, nhà ở chung cư mọc lên theo sự đổi mới nhịp sống xã hội. Theo sau
nhu cầu sử dụng và sự hiện đại đó chính là lượng tiêu thụ năng lượng đang ngày một gia
tăng, vì thế việc phát triển hệ thống sử dụng năng lượng tiêu thụ một cách tiết kiệm hơn
mang tính chiến lược để phát triển nền kinh tế đất nước nói riêng và của thế giới nói
chung.
Tháng 3/2019, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình quốc gia về sử
dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2019 – 2030 [1]. Chương trình đề ra
mục tiêu đạt mức tiết kiệm năng lượng 5 - 7% tổng tiêu thụ năng lượng toàn quốc trong
giai đoạn từ năm 2019 - 2025 và từ 8 - 10% trong giai đoạn 2019 - 2030. Tại diễn đàn,
nhiều chuyên gia cho rằng, ngoài việc hình thành thói quen sử dụng năng lượng tiết kiệm,
thì các giải pháp về công nghệ mới cũng cần được áp dụng để nâng cao hiệu suất tiết
kiệm năng lượng, đẩy lùi các cơng nghệ cũ. Ơng Nguyễn Qn, Ngun Bộ trưởng Bộ
Khoa học Công nghệ, Chủ tịch Hôi tự động hóa cho rằng, đã đến lúc phải nhìn nhận lại
việc sử dụng năng lượng để nâng cao hiệu quả của nền kinh tế nói chung. Hiện nay,
khoảng 30% sản lượng điện dành cho chiếu sáng (dân dụng, công cộng…) chỉ cần tiết
kiệm một nửa số điện hiện dùng bằng công nghệ đèn led,... sẽ tiết kiệm tương đương
việc phải xây dựng một nhà máy điện hạt nhân công suất khoảng 4000 MW. Hay với
1


điều hòa nhiệt độ, với khoảng 10 triệu chiếc điều hịa trên cả nước, nếu có cơng nghệ

mới đưa vào để tiết kiệm được khoảng 10% lượng điện cũng tiết kiệm con số tương đối
lớn.
Điều hòa nhiệt độ là thiết bị tiêu thụ năng lượng có số lượng lớn trên tồn quốc
hiện nay và nhu cầu sử dụng nước nóng trong ăn uống và sinh hoạt ngày càng cao, từ đó
ý tưởng để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước nóng tiết kiệm năng lượng bằng thiết bị trao
đổi nhiệt (heat exchanger) là một ưu thế. Loại hình thiết bị trao đổi nhiệt là loại hình
cơng nghệ hiện đại đã đang được nghiên cứu và sử dụng.
Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt gia nhiệt nước trong đời sống rất quan trọng. Mỗi
gia đình tại thành phố lớn hay nơng thơn đều sử dụng một lượng nước nóng vơ cùng lớn.
Các phương pháp truyền thống như sử dụng điện, gas, dầu,… thì sẽ tiêu hao lượng năng
lượng hóa thạch cũng như ảnh hưởng từ khí thải tới mơi trường.

Hình 1.1. Biểu đồ so sánh chi phí các loại năng lượng dùng làm nóng nước. [1]
Từ việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt tận dụng nhiệt thải gia nhiệt nước nóng nhờ
vào năng lượng thừa của thiết bị điều hịa nhiệt độ sẽ tạo ra giải pháp tuyệt vời cho vấn
đề tiết kiệm năng lượng cũng như phát triển nền kinh tế đất nước. Từ sự phân công đề
tài và tầm nhìn chiến lược cao của giáo viên hướng dẫn nhằm góp phần giảm sự tiêu thụ
năng lượng và bảo vệ mơi trường phát triển kinh tế đất nước, nhóm em xin thực hiện đề
2


tài : ‘‘Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng ống tận
dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục’’ làm đề tài tốt nghiệp.
1.2. Mục tiêu chọn đề tài
Tìm hiểu về thiết bị trao đổi nhiệt, phương pháp gia nhiệt nước nóng bằng nhiệt
thải và các thiết bị trong hệ thống lạnh.
Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống bơm nhiệt sử dụng ống nhiệt ống lồng ống tận
dụng nhiệt đầu đẩy máy nén của máy điều hịa khơng khí 2 cục.
Kiểm chứng thực nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thống gia nhiệt nước trên mơ
hình thực tế.

1.3. Tình hình tiêu thụ điện trong và ngồi nước
1.3.1. Tình hình tiêu thụ điện trong nước
Lượng điện được tiêu thụ ngày càng tăng cao, tại miền Nam thiếu hụt điện càng
nghiêm trọng. Theo thống kê, nhu cầu tiêu thụ điện năm 2018 tăng cao hơn so với kế
hoạch 2,4 tỷ kWh, việc cấp than cũng không đáp ứng nhu cầu sản xuất điện, lưu lượng
nước về các hồ thủy điện cuối năm ít ở các tỉnh miền Trung. Các nguồn năng lượng tái
tạo như gió, mặt trời, sinh khối, hay thủy triều, của Việt Nam được đánh giá rất giàu có
và phong phú nhưng vẫn là tiềm năng chưa thể khai thác. Do vậy tiết kiệm lượng tiêu
thụ điện là cần thiết.
1.3.2. Tình hình tiêu thụ điện ngoài nước
Năm 2017, theo thống kê tổng lượng điện năng tiêu thụ trên toàn thế giới đạt 25,551
triệu tỷ kWh, tăng 3,1% so với năm 2016. Trong đó tỷ trong nguồn sản xuất điện từ than
đá chiếm 38%, khí tự nhiên chiếm 23%, thủy điện chiếm 16%, điện hạt nhân 10%, dầu
4%, năng lượng tái tạo 8% và 1% từ nguồn khác.
Sự ấm lên toàn cầu cũng là nguyên nhân gây ra sự gia tăng nhu cầu sử dụng điện
của thế giới.

3


1.4. Những nghiên cứu nổi bật về hệ thống tiết kiệm năng lượng trên hệ thống
lạnh ở trong và ngoài nước
1.4.1. Nghiên cứu trong nước
Trong nước, Nguyễn Đình Vịnh, Hà Đăng Trung đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo
và thử nghiệm thiết bị bơm nhiệt đun nước nóng sử dụng tác nhân lạnh R22 và dàn lạnh
khơng khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam [2]. Các tác giả đã kết luận thiết bị bơm
nhiệt đun nước nóng có COP đạt 3,3 đến 3,8 trong điều kiện môi trường trong nhà 22 °C
và độ ẩm 60%, tiết kiệm được 65% đến 70% năng lượng tiêu thụ so với bình đun nước
nóng bằng điện.
Theo Nguyễn Cơng Vinh, Nguyễn Lê Châu Thành đã nghiên cứu tận dụng nhiệt

thải của khói lị hơi cơng nghiệp để gia nhiệt cho khơng khí và nước cấp trong lị hơi để
góp phần sử dụng tiết kiệm và hiệu quả thì việc thu hồi nhiệt thải từ khói lị của lị hơi
cơng nghiệp là rất cần thiết [3]. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng tận dụng nhiệt
thải từ khói lị để nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường là có ý
nghĩa rất lớn.
Đối với máy điều hịa là thay đổi nhiệt độ cài đặt ban ngày, ban đêm, thay đổi lưu
lượng khơng khí theo phụ tải thực tế [4] hoặc sử dụng bơm nhiệt để tiết kiệm năng lượng
[5]. Hai bài báo này trình bày nguyên lý làm việc, phương pháp đánh giá hiệu quả năng
lượng và các khả năng sử dụng bơm nhiệt hiệu quả trong nền kinh tế quốc dân để tiết
kiệm năng lượng sơ cấp. Bài báo cũng nêu ra khả năng kết hợp bơm nhiệt với các nguồn
năng lượng mới, năng lượng thu hồi, tái sinh để nâng cao hơn nữa hiệu quả của các thiết
bị hệ thống nhiệt – lạnh.
Theo nghiên cứu chế tạo mơ hình gia nhiệt nước nóng bằng bơm nhiệt [6]. Báo cáo
đã tìm hiểu tổng quan về các loại bơm nhiệt đã sử dụng hiện nay để thấy được phạm vi
ứng dụng của nó trong thực tế, từ đó nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt đô bay hơi, nhiệt độ
ngưng tụ của bơm nhiệt. Trong bài báo cũng đồng thời nghiên cứu, tính tốn, chế tạo mơ
hình gia nhiệt nước nóng bằng bơm nhiệt sử dụng trong các hộ gia đình để kiểm chứng.
4


Qua nghiên cứu sẽ đánh giá được hiệu quả kinh tế - xã hội - môi trường của thiết bị
nghiên cứu so với các thiết bị sử dụng điện truyền thống để gia nhiệt nước nóng.
Bùi Ngọc Hùng đã nghiên cứu và chế tạo mơ hình thu hồi nhiệt thải từ dàn ngưng
của máy điều hịa khơng khí cơng suất nhỏ đun nước nóng để tiết kiệm năng lượng [7]
và đã kết luận việc thu hồi nhiệt thải ngoài việc tiết tiết kiệm năng lượng thì cũng khơng
ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các máy điều hịa khơng khí cơng suất nhỏ.
Để tiết kiệm năng lượng trong việc điều hịa khơng khí và đun nước nóng, bài báo này
trình bày việc nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình thu hồi nhiệt thải từ dàn nóng của các
máy điều hịa khơng khí trung tâm để đun nước nóng qui mô công nghiệp phục vụ cho
các nhu cầu [6] về nước nóng với số lượng lớn như các khách sạn hoặc các nhà máy chế

biến thủy sản,... Mơ hình sử dụng dàn trao đổi nhiệt dạng tấm trong đó nước nóng trong
bình được bơm tuần hồn qua dàn trao đổi nhiệt tấm để thu hồi nhiệt thải.
1.4.2. Nghiên cứu ngoài nước
Trên phương diện quốc tế, các nhà khoa học nghiên cứu về việc thu hồi năng lượng
và bảo vệ môi trường rất sôi nổi. Theo Pinart Mere Cuce và Saffa Riffat tại Department
of Architecture and Built Environment, Faculty of Engineering, University of
Nottingham. Bài báo này thể hiện sự đánh giá toàn diện về ứng dụng của hệ thống thu
hồi nhiệt trong tòa nhà [8]. Đánh giá này được đưa ra dựa trên sự tóm tắt về các thành
quả đi trước một cách rõ ràng và dễ hiểu. Bài báo này bao gồm những mô tả chi tiết về
hệ thống thu hồi nhiệt với nguyên lý làm việc và thành phần của hệ thống, cơng nghệ thu
hồi nhiệt điển hình hiện tại bao gồm ứng dụng xây dựng, lý thuyết, thực nghiệm và công
việc mô phỏng được thực hiện cho các công nghệ thu hồi nhiệt khác nhau và đánh giá
hiệu suất nhiệt động lực học. Hơn thế nữa, tác động từ hệ thống thu hồi nhiệt ra môi
trường cũng được đánh giá. Bức tranh tương lai của hệ thống thu hồi nhiệt cũng được
cân nhắc, đánh giá trong việc nghiên cứu. Và những nghiên cứu trên đã được đúc kết
rằng hệ thống thu hồi nhiệt rất hứa hẹn sẽ giảm thiểu lượng tiêu thụ nhiên liệu cho tòa
nhà, do vậy hệ thống này có thể đóng góp đáng kể trong việc giảm hiệu ứng nhà kính
trong khí quyển.
5


Đến nay đã có nhiều nghiên cứu để giảm lượng điện năng tiêu thụ của máy điều
hịa khơng khí và máy nước nóng.. Việc sử dụng ống nhiệt dao động để thu hồi nhiệt thải
từ thiết bị ngưng tụ dạng ống - vỏ đã được thực hiện bởi Bùi Ngọc Hùng và các cộng sự
[9]. Với hệ thống điều hòa khơng khí, P.Sathiamurthi và PSS.Srinivasan [10] đã kết luận
tính khả thi và hiệu quả kinh tế của hệ thống thu hồi nhiệt thải từ máy điều hịa khơng
khí trung tâm cơng suất 16 tấn lạnh để cung cấp nước nóng cho sinh hoạt của 600 sinh
viên trong một ký túc xá. Trong lĩnh vực dân dụng, M. L. Rahman, Chin Wai Meng và
Adrian Ng [11] đã nghiên cứu hệ thống thu hồi nhiệt thải đun nước nóng từ máy điều
hịa khơng khí dân dụng với thiết bị trao đổi nhiệt bằng ống đồng quấn bên ngồi vỏ của

bình nước nóng và đã kết luận rằng có thể gia nhiệt hước trong bình từ 30 0C đến 75 0C
trong vịng 8 giờ máy điều hòa hoạt động.
1.5. Nhu cầu sử dụng nước nóng trong và ngồi nước
Nhu cầu sử dụng nước trên thế giới hiện nay rất cao, nó được thể hiện qua bảng
sau:
Bảng 1.1. Bảng mức tiêu thụ nước nóng cho mỗi đầu người cho một số nơi. [12]

6


1.5.1. Nhu cầu nước sử dụng nước nóng trong nước:
Nhiệt độ trung bình của nước nóng sử dụng trong hộ gia đình ở 45 ℃ trên đầu
người trong năm ở Việt Nam. Theo [13] nhu cầu sử dụng nước nóng được thống kê trung
bình như sau:
- Tiêu thụ trung bình: 40 lít/người/ngày.
- Tiêu thụ trung bình cao: >60 lít/người/ngày.
- Tiêu thụ trung bình thấp: > 30 lít/người/ngày.
1.5.2. Nhu cầu sử dụng nước nóng ngồi nước:
Lượng nước trung bình một người sử dụng ở nước Anh là 150 lít/người/ ngày, bao
gồm sử dụng nước nóng và lạnh. Nước nóng chiếm 30% tổng lượng nước sử dụng một
ngày. Lượng nước nóng tiêu thụ trung bình cho máy giặt là 4 lít, 35 lít để tắm, 10 lít để
rữa mặt, rữa tay và rữa chén. Nhu cầu sử dụng nước nóng của người Anh được thống kê
trung bình như sau:
- Tiêu thụ trung bình: 49 lít/người/ngày.
- Tiêu thụ trung bình cao: > 65 lít/người/ngày.
- Tiêu thụ trung bình thấp: >30 lít/người/ngày.
Thơng tin trên dựa theo thống kê của chính phủ BERR năm 2005 [14]. Hiện nay
lượng tiêu thụ đó đã tăng lên đáng kể trên mỗi đầu người một ngày.

7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Các tính chất của R134a (CH2F-CF3 Tetrafloetan)
R134a là mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động tương đối cao, thua R12 và R22, là
môi chất lạnh mới, được dùng rộng rãi cho máy lạnh 1 cấp trong điều hịa khơng khí, là
mơi chất thân thiện với mơi trường do trong thành phần hóa học khơng có Cl nên khơng
phá hủy tầng ozon khi rị rỉ. Ký tự “a” là ký hiệu môi chất R134a là một đồng phân của
C2H2F4. [15]
Các tính chất về nhiệt động:
- Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển thấp: p = 1,013 bar; t = -26,2 oC.
- Ở nhiệt độ môi trường áp suất ngưng tụ vừa phải: t = 40 0C; p = 10,1761 bar.
- Nhiệt độ tới hạn tương đối cao: tth = 101,15 oC; pth = 40,46 bar.
- Nhiệt độ đông đặc điểm 3 pha thấp.
- Nhiệt ẩn hóa hơi tương đối lớn, ví dụ r = 269,2 kJ/kg tại -15oC.
- Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
- Độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn khơng khí nên R134a có thể rị rỉ qua các khe hở mà
khơng khí khơng đi qua được, độ nhớt R134a lớn hơn nitơ một chút nên thử kín phải
dùng nitơ khơ
Các tính chất về hóa học:
- Khơng gây cháy.
- Khơng gây nổ; tuy nhiên ở nhiệt độ cao R134a phân hủy thành chất cực kỳ độc
hại như HF
- Dầu bôi trơn chuyên dụng; khối lượng riêng ρ của dầu nhỏ hơn khối lượng riêng
của lỏng R134a (Ví dụ tại -15oC lỏng R134a có khối lượng riêng là 1428,57kg/m3), độ
hịa tan dầu bôi trơn phụ thuộc vào loại dầu, thường dùng dầu polyolester POE,
polyalkylenglycol PAG hoặc polygycol PG để có thể hịa tan dầu.
8