cơ sở lý thuyết điều hòa không khí

Giáo trình Thiết bị lạnh ôtô
1.2.
1.2.1.2.
1.2.

CƠ S
CƠ SCƠ S
CƠ SỞ LÝ TH
Ở LÝ THỞ LÝ TH
Ở LÝ THU
UU
UY
YY
YẾT ĐIỀU H
ẾT ĐIỀU HẾT ĐIỀU H
ẾT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ
ÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ
ÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ


Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp ôtô đã và
đang rất phát triển. Những xe ra đời sau này được cải tiến tiện nghi, an toàn và hiện đại
hơn những chiếc xe đời cũ. Trên ôtô hiện đại đều được trang bị hệ thống điều hòa không
khí, hệ thống này góp phần đáng kể vào việc tạo ra sự thoải mái, dễ chịu và khỏe khoắn
cho hành khách trong xe. Máy điều hòa nhiệt độ điều chỉnh không khí trong xe mát mẻ
hoặc ấm áp; ẩm ướt hoặc khô ráo, làm sạch bụi, khử mùi; đặc biệt rất có lợi ở những nơi
thời tiết nóng bức hoặc khi bị kẹt xe trên đường dài. Và là một trang bị cần thiết giúp
cho người lái xe điều khiển xe an toàn.

H1.1. Hệ thống điều hòa không khí trên ôtô hiện đại
Không khí trong ôtô thích hợp nhất là khi sự trao đổi nhiệt giữa người trong xe

với môi trường xung quanh tiến hành ở điều kiện cường độ cực tiểu của hệ thống tự điều
chỉnh thân nhiệt của người. Để tạo sự thích hợp trên, có thể bằng biện pháp tự nhiên
hoặc bằng thiết bị. Biện pháp đầu gắn liền với môi trường không khí bên ngoài, nên
không khí bên trong ôtô sẽ bị thay đổi theo vùng xe chạy, tốc độ của xe, điều kiện thời
tiết khi chạy xe và điều kiện phát nhiệt máy móc cũng như sự hấp thụ nhiệt của vỏ xe.
Biện pháp sau sẽ tạo được vùng tiểu khí hậu trong xe thích hợp với người trên xe. Do
Giáo trình Thiết bị lạnh ôtô
vậy, hệ thống điều không khí được sử dụng rộng rãi và ngày càng hoàn chỉnh hơn trên
ôtô hiện đại.

Trước khi xem xét các thiết bị được sử dụng trong hệ thống này, ta hãy đề cập
đến một số yếu tố ảnh hưởng tới người trên xe gây bởi bầu không khí trong cabin – từ
đó có thể điều chỉnh cho thích hợp. Khi cabin có nhiều người, mỗi cá thể có những thích
nghi riêng, nhưng nhìn chung vẫn có một điều kiện khí hậu gây cảm giác dễ chịu chung.
Chính vì vậy mà vùng tiểu khí hậu trong cabin xe cần điều trên nhưng quan điểm tác
dụng riêng, đặc biệt ưu tiên đối với vị trí của người lái xe – người chịu trách nhiệm điều
hành xe. Chẳng hạn, nhiệt độ thấp trong cabin sẽ mau chóng làm mệt mỏi người lái xe,
có thể tạo ra những hoạt động kém chính xác (từ 10 ÷20%), làm giảm các chỉ số tâm lý
của người lái xe.
Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ lên các phần cơ thể con người cũng khác
nhau: đầu thì nhạy cảm với bức xạ nhiệt còn chân tay thì với sự lạnh giá. Trong xe, cần
duy trì nhiệt độ đồng đều trên một phần mặt phẳng nằm ngang và giảm dần theo độ cao
trong xe nhưng chênh lệch lớn nhất không quá 3 ÷ 4
0
C, nếu độ chênh nhiệt độ lớn hơn
sẽ dẫn tới phá vỡ sự điều chỉnh nhiệt của cơ thể con người.
Đặc điểm của vùng tiểu khí hậu trong xe là sự tuần hoàn của không khí. Tốc độ
luân chuyển dưới 0,1
m
/

s
là không phù hợp với lái xe.
Độ ẩm tương đối trong xe cũng là nột yếu tố quan trọng, nhất là khi xe chở đông
người thích hợp là 30 ÷ 60%.
Lượng bụi, khí CO
2
, hơi nhiên liệu, khí xả trong không khí ở cabin cũng không
được quá giới hạn cho phép.
Giáo trình Thiết bị lạnh ôtô

H.1.2. Các nguồn gây ra sức nóng bên trong xe.
Những yêu cầu và mục tiêu trên chỉ được thực hiện tốt khi khoang không gian
cần làm lạnh được bao kín, cách ly hẳn với các nguồn nhiệt xung quanh. Vì vậy cabin
ôtô cần phải được bao kín và cách nhiệt tốt.
Để có thể biết và hiểu được hết nguyên lý làm việc, đặc điểm cấu tạo của hệ
thống điều hòa không khí trên ôtô, ta cần phải tìm hiểu kỹ hơn về cơ sở lý thuyết căn
bản của hệ thống điều hòa không khí.
Qui trình làm lạnh được mô tả như là một hoạt động tách nhiệt ra khỏi vật thể -
đây cũng chính là mục đích chính của hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí.
Vậy nên, hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên những nguyên lý cơ
bản sau:
- Dòng nhiệt luôn truyền từ nơi nóng đến nơi lạnh.
- Khi bị nén chất khí sẽ làm tăng nhiệt độ.
- Sự giãn nở thể tích của chất khí sẽ phân bố năng lượng nhiệt ra khắp một vùng
rộng lớn và nhiệt độ của chất khí đó sẽ bị hạ thấp xuống.
Giáo trình Thiết bị lạnh ôtô
- Để làm lạnh một người hay một vật thể, phải lấy nhiệt ra khỏi người hay vật thể
đó.
- Một số lượng lớn nhiệt lượng được hấp thụ khi một chất lỏng thay đổi trạng
thái biến thành hơi.

Tất cả các hệ thống điều không khí ôtô đều được thiết kế dựa trên
C
CC
Cơ s
ơ sơ s
ơ sở lý
ở lýở lý
ở lý

thuy
thuythuy
thuyết
ếtết
ết

của ba đặc tính căn bản: Dòng nhiệt, sự hấp thụ nhiệt, áp suất và điểm sôi.
Dòng nhi
Dòng nhiDòng nhi
Dòng nhiệt
ệtệt
ệt
:
::
: “Nhiệt” truyền từ những vùng có nhiệt độ cao hơn (các phần tử có
chuyển động mạnh hơn) đến những vùng có nhiệt độ thấp hơn (các phần tử có chuyển
động yếu hơn). Ví dụ một vật nóng 30 độ Fahrenheit (30
0
F) được đặt kề bên vật nóng 80
độ Fahrenheit (80
0

F), thì nhiệt sẽ truyền từ vật nóng 80
0
F sang vật nóng 30
0
F – chênh
lệch nhiệt độ giữa hai vật càng lớn thì dòng nhiệt lưu thông càng mạnh. Sự truyền nhiệt
có thể được truyền bằng: Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hay kết hợp giữa ba cách trên.
D
DD
Dẫn nhiệt
ẫn nhiệtẫn nhiệt
ẫn nhiệt:
Là sự truyền có hướng của nhiệt trong một vật hay sự dẫn nhiệt xảy
ra giữa hai vật thể khi chúng được tiếp xúc trực tiếp với nhau. Ví dụ, nếu nung nóng một
đầu thanh thép thì đầu kia sẽ dần dần ấm lên do sự dẫn nhiệt.
S
SS
Sự đối l
ự đối lự đối l
ự đối lưu
ưuưu
ưu:
Là sự truyền nhiệt qua sự di chuyển của một chất lỏng hoặc một chất
khí đã được làm nóng hay đó là sự truyền nhiệt từ vật thể này sang vật thể kia nhờ trung
gian của khối không khí bao quanh chúng. Ví dụ, khi nhiệt được cấp tại phần đáy một
bình chứa khí hay chất lỏng, các phần tử đã được làm nóng lên sẽ chuyển động lên phía
trên, chất lỏng hay chất khí nặng và lạnh từ những vùng xung quanh sẽ chìm xuống để
chiếm chỗ chất khí hay chất lỏng đã được làm nóng và nổi lên phía trên.
S
SS

Sự bức xạ
ự bức xạự bức xạ
ự bức xạ:
::
:


Là sự phát và truyền nhiệt dưới dạng các tia hồng ngoại, mặc dù giữa
các vật không có không khí hoặc không tiếp xúc nhau. Ta cảm thấy ấm khi đướng dưới
ánh sáng mặt trời hay cả dưới ánh đèn pha ôtô nếu ta đứng gần nó. Đó là bởi nhiệt của
mặt trời hay đèn pha đã được biến thành các tia hồng ngoại và khi các tia này chạm vào
một vật nó sẽ làm cho các phần tử của vật đó chuyển động, gây cho ta cẩm giác nóng.
Tác dụng truyền nhiệt này gọi là bức xạ.
Giáo trình Thiết bị lạnh ôtô




S
SS
Sự hấp thụ nhiệt
ự hấp thụ nhiệtự hấp thụ nhiệt
ự hấp thụ nhiệt:


Vật chất có thể tồn tại ở một trong ba trạng thái: thể rắn, thể
lỏng, thể khí. Muốn thay đổi trạng thái của vật thể, cần phải truyền dẫn một nhiệt lượng.
Ví dụ lúc ta hạ nhiệt độ nước xuống đến 32
0
F (0

0
C), nước sẽ đông thành đá, nó đã thay
đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn.



Nếu nước được đun nóng đến 212
0
F (100
0
C), nước sẽ sôi và bốc hơi (thể khí). Ở
đây có điều đặc biệt thú vị khi thay đổi nước đá (thể rắn) thành nước (thể lỏng) và nước
thành hơi nước (thể khí). Trong quá trình làm thay đổi trạng thái của nước, ta phải tác
động nhiệt vào, nhưng lượng nhiệt này không thể đo lường cụ thể được. Ví dụ khối nước
đá đang ở nhiệt độ 32
0
F, ta nung nóng cho nó tan ra, nhưng nước đá đang tan vẫn giữ
được nhiệt độ 32
0
F. Đun nước nóng đến 212
0
F nước sẽ sôi. Ta truyền tiếp thêm nhiều
nhiệt nữa cho nước bốc hơi, nếu đo nhiệt độ của hơi nước cũng chỉ thấy 212
0
F chứ
không nóng hơn. Lượng nhiệt bị hấp thụ mất trong nước đá, trong nước sôi để làm thay
đổi trạng thái của nước gọi là ẩn nhiệt – hiện tượng ẩn nhiệt là nguyên lý cơ bản của quá
trình làm lạnh ứng dụng cho tất cả hệ thống điều hòa không khí.

Áp su
Áp suÁp su
Áp suất v
ất vất v
ất và đi
à đià đi
à điểm sôi
ểm sôiểm sôi
ểm sôi:
::
:
Áp suất giữ vai trò quan trọng đối với hoạt động của hệ
thống điều hòa không khí. Khi tác động áp suất trên mặt chất lỏng thì sẽ làm thay đổi
điểm sôi của chất lỏng này. Áp suất càng lớn, điểm sôi càng cao có nghĩa là nhiệt độ lúc
chất lỏng sôi cao hơn so với khi ở áp suất bình thường. Ngược lại nếu giảm áp suất tác
động lên một vật chất thì điểm sôi của vật chất ấy sẽ hạ xuống. Ví dụ điểm sôi của nước
ở áp suất bình thường là 100
0
C. Điểm sôi này có thể tăng cao hơn bằng cách tăng áp suất
trên chất lỏng đồng thời cũng có thể hạ thấp điểm sôi bằng cách giảm bớt áp suất trên
chất lỏng hoặc đặt chất lỏng trong chân không.
Đối với điểm ngưng tụ của hơi nước, áp suất cũng có tác dụng tương đương như
thế. Trong hệ thống điều hòa không khí, cũng như hệ thống điện lạnh ôtô đã ứng dụng
hiện tượng này của áp suất đối với sự bốc hơi và ngưng tụ của một số loại chất lỏng đặc
biệt để tham gia vào quá trình sinh lạnh và điều hòa của hệ thống. Những chất lỏng này
được gọi là môi chất lạnh hay còn gọi là tác nhân lạnh, gas lạnh, chất sinh hàn.
Giáo trình Thiết bị lạnh ôtô
Đơn v
Đơn vĐơn v

Đơn vị BTU
ị BTUị BTU
ị BTU
( British Thermal Unit)
Để đo nhiệt lượng truyền từ vật thể này sang vật thể kia người ta thường dùng
đơn vị BTU. Nếu cần nung 1 pound nước ( 0,454 kg) nóng đến 1
0
F ( 0,55
0
C) thì cần
phải truyền cho nước 1 BTU nhiệt.
Năng suất của của một hệ thống điện lạnh ôtô được định rõ bằng 1 BTU/giờ, vào
khoảng 12000-24000 BTU/giờ.