TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CÓ KẾT HỢP TÍCH TRỮ LẠNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
CÓ KẾT HỢP TÍCH TRỮ LẠNH

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ HÀ NGÂN
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2008 – 2012

Tháng 6/2012


TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
CÓ KẾT HỢP TÍCH TRỮ LẠNH

Tác giả

NGUYỄN THỊ HÀ NGÂN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn
ThS. Nguyễn Văn Lành
KS. Đinh Công Bình

Tháng 6/2012

i


LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn:
 Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.
 Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ cùng toàn thể quý thầy cô giảng dạy
trong suốt quá trình học tập và rèn luyện.
 Đặc biệt thầy ThS. Nguyễn Văn Lành, KS. Đinh Công Bình đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo chúng tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
 Các anh ở Công ty Cổ phần Dịch vụ và Kỹ thuật điện lạnh REE đã tận tình giúp
đỡ.
 Các bạn lớp Công nghệ nhiệt lạnh khóa 2008 - 2012 đã giúp đỡ tôi trong suốt
thời gian học tập và thực hiện đề tài.

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Hà Ngân

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii 
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................ v 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ vii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. viii 
Chương 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1 

1.1. Lời mở đầu ..............................................................................................................1 
1.2. Mục đích của đề tài.................................................................................................2 
1.3. Nội dung thực hiện .................................................................................................2 
Chương 2: TỔNG QUAN ............................................................................................. 3 
2.1. Tổng quan về điều hòa không khí .........................................................................3 
2.1.1. Khái niệm chung....................................................................................................3 
2.1.2. Phân loại ................................................................................................................3 
2.1.3. Đặc điểm và phạm vi sử dụng của các hệ thống điều hòa không khí ...................4 
2.2. Giới thiệu tổng quan về công nghệ tích trữ lạnh .................................................8 
2.2.1. Khái quát................................................................................................................8 
2.2.2. Cơ sở ứng dụng và nguyên lí hoạt động của hệ thống trữ lạnh .............................8 
2.2.3. Các dạng tích trữ băng .........................................................................................13 
2.2.4. Bình chứa .............................................................................................................16 
2.2.5. Mục đích sử dụng hệ thống tích trữ lạnh trong điều hòa không khí ...................17 
2.2.6. Một số hệ thống tích trữ lạnh sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới ..................18 
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ................................................. 20 
3.1. Phương pháp .........................................................................................................20 
3.1.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ......................................................................20 
3.1.2. Phương pháp thiết kế ...........................................................................................20 
3.2. Phương tiện ...........................................................................................................20 
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 22 
4.1. Cơ sở tính toán ......................................................................................................22 
4.1.1. Giới thiệu văn phòng trung tâm nhiệt lạnh Trường ĐH Nông Lâm....................22 
4.1.2. Các dữ liệu ban đầu .............................................................................................22 
iii


4.2. Tính toán phụ tải lạnh và cân bằng nhiệt ẩm ....................................................23 
4.2.1. Tính cân bằng nhiệt (tổn thất nhiệt) ....................................................................23 
4.2.2. Xác định lượng ẩm thừa WT ................................................................................29 

4.2.3. Lượng gió tươi cấp vào .......................................................................................29 
4.3. Tính toán chu trình lạnh và các thông số cần thiết ...........................................30 
4.3.1. Chọn sơ đồ điều hòa không khí ...........................................................................30 
4.3.2. Tính toán chu trình hồi nhiệt của máy nén hơi 1 cấp dùng tác nhân lạnh R22 ..34 
4.4. Tính toán lựa chọn các thiết bị chính cho hệ thống ..........................................37 
4.4.1. Lựa chọn sơ đồ hệ thống .....................................................................................37 
4.4.2. Máy nén ...............................................................................................................39 
4.4.3. Tính chọn thiết bị ngưng tụ .................................................................................39 
4.4.4. Tính chọn thiết bị bay hơi...................................................................................42 
4.4.5. Tính chọn FCU ...................................................................................................44 
4.4.6. Tính chọn bình tích trữ .......................................................................................45 
4.4.7. Tính chọn bơm....................................................................................................47 
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................... 49 
5.1. Kết luận .................................................................................................................49 
5.2. Đề nghị ...................................................................................................................49 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 50 
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 51 

iv


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Máy điều hòa cửa sổ ........................................................................................5 
Hình 2.2: Máy điều hòa 2 cụm ........................................................................................5 
Hình 2.3: Máy điều hòa nhiều cụm dàn lạnh ..................................................................6 
Hình 2.4: Máy điều hòa VRV..........................................................................................7 
Hình 2.5: Hệ thống điều hòa không khí kiểu tập trung ...................................................7 
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm ..............................................................9 
Hình 2.7: Bồn trữ lạnh ...................................................................................................10 
Hình 2.8: Chế độ nạp tải của tích trữ toàn phần ............................................................11 

Hình 2.9: Chế độ xả tải của tích trữ toàn phần ..............................................................11 
Hình 2.10: Chế độ nạp tải của tích trữ một phần...........................................................12 
Hình 2.11: Chế độ xả tải của tích trữ một phần.............................................................12 
Hình 2.12: Quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống ......................................13 
Hình 2.13: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống .........................................14 
Hình 2.14: Sự hình thành quả cầu băng ........................................................................15 
Hình 2.15: Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng ....................................................15 
Hình 2.16: Quá trình nạp và xả tải trong Nodule ..........................................................16 
Hình 2.17: Nodule trong bình chứa ...............................................................................16 
Hình 2.18: Bình chứa của Cristopia ..............................................................................17 
Hình 2.19: Kiểu bình nằm ngang ..................................................................................17 
Hình 2.20: Mô hình điều hòa không khí có hết hợp tích trữ lạnh ở trường cao đẳng Cao
Thắng, TP.HCM ............................................................................................................18
Hình 4.1: Cách phân chia dải nền ..................................................................................28 
Hình 4.2: Biểu diễn sơ đồ tuần hoàn một cấp trên đồ thị I-d ........................................30 
Hình 4.3: Sơ đồ tuần hoàn một cấp khi nhiệt độ tV thấp ...............................................31 
Hình 4.4: Chu trình hồi nhiệt. ........................................................................................34 
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống .......................................................................37 
Hình 4.6: Máy nén CA_0300 ........................................................................................39 
Hình 4.7: Dàn ngưng giải nhiệt gió FNH-8.1/28...........................................................41 
Hình 4.8: Bình bay hơi Freon ........................................................................................43 
v


Hình 4.9: FCU loại HFCF .............................................................................................45 
Hình 4.10: Bình chứa bằng nhựa 300lit kiểu đứng của hãng Tân Á .............................46 
Hình 4.11: Bơm ly tâm Pentax ......................................................................................48 

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: So sánh đặc tính của các phương pháp tích trữ lạnh.......................................8
Bảng 4.1: Thông số của các điểm I, T ...........................................................................32 
Bảng 4.2: Bảng thông số các điểm nút của chu trình hồi nhiệt ( tác nhân lạnh R22) ...34 
Bảng 4.3: Các thông số của máy nén lạnh CA_0300 ....................................................39 
Bảng 4.4: Các thông số của dàn ngưng có kí hiệu FNH-8.1/28 ....................................41 
Bảng 4.5: Các kích thước cơ bản của dàn ngưng có kí hiệu FNH-8.1/28 .....................41 
Bảng 4.6: Các thông số của bình bay hơi có kí hiệu ИTBP-5.......................................43 
Bảng 4.7: Các thông số của FCU 3 row coil của hãng TRANE có kí hiệu HFCF05 ...45 
Bảng 4.8: Các thông số của bình tích trữ có thể tích 0,3m3 ..........................................46 
Bảng 4.9: Các thông số kích thước của bơm CM50 .....................................................48 

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
tT: Nhiệt độ trong phòng, 0C
tN: Nhiệt độ ngoài trời, 0C
QT: Tổng nhiệt thừa của công trình, kW
WT: Lượng ẩm thừa, kg/s
tk: Nhiệt độ ngưng tụ, 0C
t0: Nhiệt độ bay hơi, 0C
Π: Tỷ số nén
q0: Năng suất lạnh riêng
m: Lưu lượng hơi thực tế đi qua máy nén
Vtt: Lưu lượng thể tích hơi thực tế hút vào máy nén
i: Hệ số chỉ thị thể tích
w’: Hệ số tổn thất không thấy được
: Hệ số lưu lượng của máy nén

Vh: Thể tích quét lý thuyết của máy nén , m3/s
ℓ: Công nén riêng, kJ/kg.
: Hệ số lạnh của chu trình
ν: Hiệu suất exergy, %
Ns: Công nén đoạn nhiệt (công nén lý thuyết), kW.
i: Hiệu suất chỉ thị
Ni: Công nén chỉ thị, kW.
Nms: Công suất ma sát, W.
Pms: Áp suất ma sát riêng, bar.
Ne: Công suất hiệu dụng (công suất hữu ích), kW.
N: Công suất trên trục máy nén truyền động trực tiếp, kW.
Ke: Hệ số lạnh hiệu dụng
Q’K: Nhiệt thải ra ở dàn ngưng, kW.
Qql: Nhiệt thải ra ở thiết bị quá lạnh, kW.
I : entanply, kJ/kg KKK
viii


d0 : độ chứa hơi, kg H20/ kg KKK
: Khối lượng riêng, kg/m3
Cp : Nhiệt dung riêng, kJ/kg K
k: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/m2.K
F: Diện tích, m2
DSTL: Mật độ trữ lạnh của bình trữ lạnh, Tons.h/m3
Ql: Nhiệt ẩn của chất trữ lạnh, kWh/m3
Qsl: Nhiệt hiện của chất trữ lạnh, kWh/m3/0C
T3: Nhiệt độ đầu ra của chất tải lạnh khi xả băng, 0C
Tm: Nhiệt độ trung bình của chất trữ lạnh tại cuối giai đoạn nạp tải, 0C
Tst: Nhiệt độ chuyển pha của chất trữ lạnh (PCM), 0C

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Lời mở đầu
Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã phát triển rất mạnh mẽ.
Quá trình thay đổi và ứng dụng các công nghệ mới để đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế và
thay đổi môi chất lạnh mới đã tạo ra một sự chuyển biến mạnh mẽ theo hướng tích cực
cho ngành kỹ thuật lạnh nước ta.
Ngày nay kỹ thuật lạnh phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với rất nhiều mục
đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành một nghành kỹ thuật vô cùng
quan trọng.
Kỹ thuật lạnh đã trở nên quen thuộc và không thể thiếu trong hầu hết các ngành
kinh tế quan trọng cũng như trong đời sống hằng ngày như: công nghiệp chế biến và
bảo quản thực phẩm, công nghiệp hóa chất, công nghiệp rượu, bia, y học, điều hòa
không khí ....
Một trong những ứng dụng của kỹ thuật lạnh mà con người đã sử dụng đó là
điều hòa không khí. Ngày nay, điều hòa là tiện nghi không thể thiếu trong các tòa nhà,
khách sạn, văn phòng, nhà hàng, các dich vụ du lịch, văn hóa, y tế, thể thao mà còn cả
trong các căn hộ nhà ở, các phương tiện đi lại như ôtô, tàu hỏa, tàu thủy, …
Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu về kỹ thuật lạnh
nói chung và điều hòa không khí nói riêng đang gia tăng mạnh mẽ. Có thể nói, hầu
như trong tất cả các cao ốc văn phòng, khách sạn, bệnh viện, phân xưởng sản xuất,…
đã và đang được xây dựng đều có trang bị hệ thống điều hòa không khí nhằm tạo ra
môi trường dễ chịu và tiện nghi cho người sử dụng.
Ngoài nhiệm vụ duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức yêu cầu,
hệ thống điều hòa không khí còn phải giử độ ẩm không khí trong không gian đó ổn
định ở một mức quy định. Bên cạnh đó, cũng cần phải chú ý đến vấn đề bảo đảm độ
trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và tổ chức sự lưu thông hợp lý của dòng

không khí.
1


Để vận hành những hệ thống điều hoà này, chúng ta cần một lượng năng lượng
lớn (điện năng), có thể chiếm tới 70% tổng năng lượng sử dụng của cả nhà máy.
Thêm vào đó, hiện tượng quá tải của lưới điện trong giờ cao điểm và giá điện giờ cao
điểm cao hơn gấp 3 giờ thấp điểm.
Làm thế nào để giảm thiểu được chi phí điện năng tiêu thụ cho hệ thống điều
hoà không khí là một trong những vấn đề được nhiều người quan tâm nhất hiện nay.
Có nhiều biện pháp để giảm điện năng cho hệ thống điều hoà không khí, một
cách tiết kiệm hiệu quả và đơn giản đó là công nghệ tích trữ lạnh mà đặc biệt là công
nghệ trữ băng (Ice Storage).
Do đó được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ và hướng
dẫn của hai thầy: Th.S Nguyễn Văn Lành, KS. Đinh Công Bình tôi tiến hành thực hiện
đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí có kết hợp tích trữ lạnh” cho
văn phòng Trung tâm công nghệ và thiết bị nhiệt lạnh.

1.2. Mục đích của đề tài
- Tính toán thiết kế mô hình hệ thống điều hòa không khí có kết hợp tích trữ
lạnh cho văn phòng trung tâm nhiệt lạnh Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM.

1.3. Nội dung thực hiện
-

Tìm hiểu về điều hòa không khí.

-

Tìm hiểu về công nghệ tích trữ lạnh.

-

Tìm hiểu về hệ thống điều hòa không khí có hết hợp tích trữ lạnh.

-

Tính toán phụ tải.

-

Tính toán chu trình và các thông số cần thiết.

-

Tính toán, thiết kế các thiết bị chính của hệ thống.

-

Chọn thiết bị cho hệ thống

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về điều hòa không khí
2.1.1. Khái niệm chung
Điều hòa không khí là duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức
yêu cầu, giữ độ ẩm không khí trong không gian đó ổn định ở một mức độ quy định nào

đó. Bên cạnh đó, cũng cần chú ý đến vấn đề đảm bảo độ trong sạch của không khí,
khống chế độ ồn và tổ chức sự lưu thông hợp lý của dòng không khí.
2.1.2. Phân loại
2.1.2.1. Theo mức độ quan trọng
Được chia làm 3 loại như sau:
 Hệ thống điều hòa không khí cấp I: là hệ thống điều hòa có khả năng duy trì
các thông số tính toán với mọi phạm vi thông số bên ngoài trời.
 Hệ thống điều hòa không khí cấp II: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì
các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 200 giờ trong một
năm.
 Hệ thống điều hòa không khí cấp III: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì
các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 400 giờ trong một
năm.
2.1.2.2. Theo chức năng
Cũng được chia làm 3 loại như sau:
 Hệ thống điều hòa cục bộ: là hệ thống điều hòa nhỏ chỉ sử dụng cho một
không gian hẹp (phòng nhỏ), như: máy hai mảnh, cửa sổ,…
 Hệ thống điều hòa phân tán: là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý
nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi, như: máy điều hòa VRV,…
3


 Hệ thống điều hòa trung tâm: là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý
không khí được thực hiện ở một trung tâm, sau đó không khí được dẫn theo
hệ thống kênh gió vào phòng (máy điều hòa dạng tủ).
2.1.2.3. Theo đặc điểm của chất tải lạnh
Có các loại như sau:
 Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải
lạnh.
 Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí làm chất tải lạnh

 Hệ thống điều hòa không khí dùng nước làm chất tải lạnh
 Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh
2.1.2.4. Một số cách khác
- Theo tốc độ chuyển động của không khí : nếu tốc độ chuyển động của không
khí trong các kênh dẫn lớn hơn 12,7 m/s gọi là hệ thống tốc độ cao, nếu nhỏ hơn 12,7
m/s gọi là hệ thống tốc độ nhỏ.
- Theo số ống dẫn không khí: tùy theo số ống dẫn vào phòng mà có loại 1 ống,
2 ống và loại không có ống dẫn.
- Theo dạng máy lạnh và dạng năng lượng sử dụng: có các loại máy như sau
máy nén hơi, Ejectơ, hấp thụ,…
2.1.3. Đặc điểm và phạm vi sử dụng của các hệ thống điều hòa không khí
2.1.3.1. Hệ thống kiểu cục bộ
Đây là hệ thống chỉ điều hòa không khí trong một phạm vi hẹp, thường chỉ một
phòng riêng độc lập hoặc một vài phòng nhỏ.
- Máy điều hòa cửa sổ: được lắp đặt trên tường, nó là một tổ máy lạnh được lắp
đặt hoàn chỉnh thành một khối tại nhà máy sản xuất. Trong khối này có đầy đủ dàn
nóng, dàn lạnh, máy nén, hệ thống đường ống gas, hệ thống điện. Máy loại này có
công suất nhỏ từ 7000 ÷ 24000 Btu/h. Máy này có ưu điểm là: nhỏ gọn, dễ lắp đặt, giá
thành tính cho một đơn vị năng suất lạnh thấp, chi phí đầu tư và vận hành thấp. Nhược
điểm: công suất thấp, không thích hợp cho các công trình lớn, không sử dụng được cho
các phòng nằm sâu trong công trình.
4


Hình 2.1: Máy điều hòa cửa sổ
- Máy điều hòa kiểu rời: gồm hai cụm dàn nóng và dàn lạnh tách rời nhau. Dàn
lạnh có nhiều kiểu khác nhau: đặt sàn, treo tường, áp trần, giấu trần, cassette. Ưu điểm:
giá thành rẻ, dễ lắp đặt, thích hợp cho các phòng có không gian nhỏ hẹp. Nhược điểm:
công suất hạn chế (từ 9 ÷ 60 KBtu/h), độ dài đường ống và chênh lệch độ cao giữa các
dàn bị hạn chế, không thích hợp cho các công trình lớn.

Hình 2.2: Máy điều hòa 2 cụm
- Máy điều hòa ghép: thực chất là máy điều hòa kiểu rời nhưng ở đây một dàn
nóng được sử dụng với từ 2 đến 4 dàn lạnh.

5


Hình 2.3: Máy điều hòa nhiều cụm dàn lạnh
- Máy điều hòa kiểu hai mảnh thổi tự do: đây là loại máy có công suất trung
bình từ 36 ÷ 100 KBtu/h. Ưu điểm: gió lạnh tuần hoàn được thổi trực tiếp vào không
gian điều hòa nên tổn thất nhiệt thấp, chi phí không cao, độ ồn thấp. Loại này thích
hợp cho các nhà hàng và sảnh của các cơ quan.
2.1.3.2. Hệ thống kiểu phân tán
- Máy điều hòa phân tán là máy điều hòa mà khâu xử lý không khí phân tán
nhiều nơi.
- Máy điều hòa không khí VRV: về cấu tạo cũng giống như máy hai mảnh
nhưng ở đây một dàn nóng được lắp với nhiều dàn lạnh khác nhau (từ 4 ÷ 16 dàn) và
chênh lệch độ cao giữa các dàn cũng như độ dài đường ống lớn hơn. Ưu điểm: tổng
công suất của các dàn lạnh thay đổi trong phạm vi từ 50 ÷ 130% công suất của dàn
nóng, chiều dài cho phép lớn (100m), độ cao chênh lệch giữa các OU và IU là 50m
còn giữa các IU là 15m, thích hợp cho các tòa nhà cao tầng. Nhược điểm: giải nhiệt
bằng gió nên hiệu quả làm việc chưa cao, số lượng dàn lạnh bị hạn chế nên chỉ thích
hợp cho các hệ thống có công suất vừa, giá thành đắt nhất trong tất cả các hệ thống
ĐHKK.

6


Hình 2.4: Máy điều hòa VRV

- Máy ĐHKK làm lạnh bằng nước (water chiller): là hệ thống ĐHKK trong đó
cụm máy lạnh không trực tiếp làm lạnh không khí mà làm lạnh nước, sau đó nước theo
hệ thống kênh dẫn đi đến các FCU và AHU đặt ở trong phòng để xử lý không khí. Ưu
điểm: công suất dao động lớn; hệ thống hoạt động ồn định, bền và tuổi thọ cao; hệ
thống có nhiều cấp giảm tải; thích hợp cho các tòa nhà lớn và cao tầng. Nhược điểm:
phải có phòng máy riêng; phải có người chuyên trách phục vụ; vận hành, bảo dưỡng
tương đối phức tạp; tiêu thụ điện năng tính cho một đơn vị năng suất lạnh cao.
2.1.3.3. Hệ thống kiểu tập trung
Đây là hệ thống ĐHKK mà nhiệt ẩm được xử lý ở một trung tâm rồi được các
kênh gió dẫn đến các phòng. Loại này lắp đặt và vận hành dễ dàng, khử ẩm và khử bụi
tốt thích hợp cho các công trình có đông người, giá thành nói chung không cao. Nhược
điểm: hệ thống kênh gió quá lớn, không thích hợp cho các công trình có nhiều phòng,
hệ thống thường xuyên hoạt động 100% tải nên trong nhiều trường hợp một số phòng
đóng cửa vẫn được làm lạnh.

Hình 2.5: Hệ thống điều hòa không khí kiểu tập trung
7


2.2. Giới thiệu tổng quan về công nghệ tích trữ lạnh
2.2.1. Khái quát 
Tích trữ nhiệt (Thermal Energy Storage) liên quan đến việc cấp nhiệt cho thiết
bị lưu trữ và sau đó lấy nhiệt này sử dụng cho thời điểm khác. Điều này có thể có thể
bao gồm: trữ nhiệt ở nhiệt độ cao (Heat storage), và ở nhiệt độ thấp (cool storage)
Trong các ứng dụng của HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) thì tích trữ
nhiệt lạnh ở dạng băng hay nước lạnh được sử dụng rộng rãi nhất.
Hiện nay, ở Mỹ thì hàng ngàn hệ thống lạnh có sử dụng giải pháp trữ lạnh đã
được lắp đặt và sử dụng trong lĩnh vực HVAC, phổ biến cho văn phòng cao ốc, trường
học, bệnh viện… Và ở Việt Nam thì đây là một công nghệ mới và đã bắt đầu đưa vào
với mục đích tiết kiệm năng lượng, ví dụ như Siêu thị BIGC Hải Phòng, nhà máy

Dược OPV – Bình Dương, VTV Center. Trong đó có đến 80-85% trữ lạnh dưới dạng
băng, còn 10 – 15% sử dụng giải pháp trữ lạnh dưới dạng nước lạnh hay muối
Eutectic.
2.2.2. Cơ sở ứng dụng và nguyên lí hoạt động của hệ thống trữ lạnh
2.2.2.1. Cơ sở ứng dụng
Công nghệ tích trữ lạnh như đã nói ở trên có hai dạng tích trữ đó là tích trữ
dạng băng và tích trữ dạng nước lạnh.
Có 3 phương pháp trữ lạnh:
 Tích trữ lạnh dùng nước
 Tích trữ lạnh dùng băng
 Tích trữ lạnh dùng muối eutectic hay PCM (Phase change Materials)
Tuy nhiên trong lĩnh vực HVAC thì trữ dạng băng và nước lạnh được sử dụng
rộng rãi nhất. Hệ thống tích trữ lạnh của hệ thống Water Chiller sử dụng nhiệt ẩn của
lượng nước lớn trong bình tích trữ nhiệt và liên kết với sự chuyển pha từ dạng rắn sang
dạng lỏng trong bình tích trữ lạnh.
Bảng 2.1: So sánh đặc tính của các phương pháp tích trữ lạnh
Chất dùng tích trữ Nhiệt
lạnh

độ Nhiệt độ Nhiệt độ biến Dung

tích trữ, ºC

xả tải, ºC
8

đổi pha, ºC

3

m /kWh

tích,


Nước

4÷7

5÷8

Băng

-9 ÷ -3

1÷3

0

0.0193 ÷ 0.0265

4÷6

9 ÷ 10

8,3

0.0483

Muối eutectic (PCM)

0.0861 ÷ 0.1690

Trong đó, lợi dụng nhiệt ẩn tan băng của nước 335 kJ/ kg để tích trữ năng
lượng lạnh.Với sự so sánh này thì trong thực tế sử dụng dạng băng trong tích trữ lạnh
được sử dụng nhiều với hiệu quả kinh tế cao.
Tích trữ lạnh có 2 công nghệ là: Tích trữ 1 phần và tích trữ toàn phần.
- Đối với tích trữ 1 phần: Hệ thống tích trữ lạnh trong suốt giờ thấp điểm, và chỉ
bổ sung tải một phần cho tải lạnh trong giờ cao điểm.
- Đối với tích trữ toàn phần: Hệ thống trữ lạnh trong suốt giờ thấp điểm, và cấp
lạnh cho tải trong suốt giờ cao điểm, máy lạnh water chiller ngưng hoạt động sẽ mang
lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
2.2.2.2. Sơ đồ nguyên lí
Hệ thống trữ lạnh được hợp thành từ bốn thành tố- khác với hệ thống Water
Chiller, gồm: Bình trữ lạnh (băng, nước lạnh, hay PCM), máy làm lạnh, lưu chất
truyền nhiệt (Secondary Coolant) và bơm.
Hệ thống lạnh sẽ vận hành để tích trữ năng lượng (lạnh) vào ban đêm (thấp
điểm, giá điện rẻ) dưới ba dạng như đã nói ở trên và sẽ giải phóng nguồn năng lượng
này (tan băng) cung cấp lạnh cho hệ thống vào ban ngày (cao điểm, điện giá cao). Quá
trình này sẽ lập lại theo chu kỳ hằng ngày.

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm
9


 Bình trữ lạnh:
Có thể chứa những quả cầu lạnh, nước - chúng được làm lạnh nhờ chất tải
lạnh (Secondary Coolant) - chất tải lạnh có thể là hỗn hợp nước – Etylence Glycol, hay
nước- Propylence Glycol. Loại sử dụng phổ biến nhất trong tích trữ băng Glycol gọi là
bồn tĩnh- là một bồn kín trong đó nước đá là phương tiện tích trữ năng lượng

nhiệt (lạnh). Các bồn trữ lạnh thực hiện đông đá một phần trong ngày và sau đó tan ra
trong thời điểm khác của ngày.

Hình 2.7: Bồn trữ lạnh
Trong Cristopia Energy System, thì bồn trữ lạnh được tích hợp cùng với Ball
Ice gọi là STL sẽ được giới thiệu phần sau.
 Chất tải lạnh:
- Máy lạnh trung tâm truyền nhiệt cho lưu chất truyền nhiệt đến nhiệt độ thấp
hơn nhiệt độ đóng băng của nước.Chất tải lạnh được bơm đến Bồn trữ lạnh và truyền
nhiệt cho nước bên trong bồn chứa, điều này làm cho nước đông lại.
- Theo tính toán thực tế thì hỗn hợp nước – Glycol để tối ưu là H2O là 75%,
Glycol là 25%.
- Trong các giải pháp thì hầu như trong các hệ trữ băng thì Glycol được sử dụng
nhiều.Vì:
+ So với Propylence Glycol thì Etylence Glycol có nhiệt dung riêng bé
hơn nên tốc độ dòng chảy lớn hơn dẫn đến Tốc độ tạo băng nhanh hơn.
+ Độ nhớt của Propylence Glycol lớn hơn nên chi phí bơm tăng và
Coil cũng lớn hơn, vấn đề này không kinh tế.
+ Etylence Glycol không ăn mòn, nên an toàn cho đường ống, các bộ
phận của hệ Chiller.
10


2.2.2.3. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống tích trữ lạnh được chia thành 02 giai đoạn :
- Giai đoạn thứ nhất : là giai đoạn nạp tải vào trong hệ thống tích trữ lạnh
Hệ thống gồm 02 vòng tuần hoàn tương đương : Vòng tuần hoàn thứ nhất nối với
chiller với hệ thống tích trữ lạnh, vòng thứ 2 nối chiller với hộ tiêu thụ lạnh. Hai vòng
này đặt song song với nhau trong hệ thống. Ở trường hợp thứ nhất khi hộ tiêu thụ lạnh
ít tải(ví dụ ban đêm), ứng với vẫn chiller hoạt động hết công suất, một phần tác nhân

lạnh trung gian sẽ đi vào hệ thống tích trữ lạnh. Tại đây, hệ thống tích trữ lạnh sẽ hấp
thụ năng lượng lạnh này.

Hình 2.8: Chế độ nạp tải của tích trữ toàn phần

Hình 2.9: Chế độ xả tải của tích trữ toàn phần
11


- Giai đoạn thứ 2 : là giai đoạn xả tải từ hệ thống tích trữ lạnh. Trường hợp này
khi tải của hộ tiêu thụ lạnh lớn hơn tải của máy nén cần thiết khi hoạt động hết công
suất, hệ thống tích trữ lạnh sẽ được xả tải thông qua tác nhân lạnh trung gian trong hệ
thống để bù vào tải của chiller để đáp ứng đầy đủ tải lạnh cho hộ tiêu thụ. Trường hợp
này cũng được sử dụng để ngưng vận hành máy lạnh vào gìơ cao điểm, khi đó tải lạnh
của hộ tiêu thụ sẽ được cung cấp từ hệ thống tích trữ lạnh, nhờ đó chi phí điện cho hệ
thống lạnh sẽ được giảm đáng kể.

Hình 2.10: Chế độ nạp tải của tích trữ một phần

Hình 2.11: Chế độ xả tải của tích trữ một phần.
12


 Ứng với chế độ hoạt động ta có các chế độ hoạt động như sau :
 Chế độ 1 : Vòng tuần hoàn bao gồm chiller và hệ thống tích trữ lạnh. Đây là
chế độ nạp tải hoàn toàn cho hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi hộ
tiêu thụ không sử dụng tải.
 Chế độ 2 : Vòng tuần hoàn bao gồm chiller, hệ thống tích trữ lạnh (nạp tải),
hộ tiêu thụ lạnh. Điều này xảy ra khi khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải
định mức của chiller. Hệ thống tích trữ lạnh hấp thụ năng lượng một phần

từ Chiller.
 Chế độ 3 : Vòng tuần hoàn bao gồm Chiller, hệ thống tích trữ lạnh(xả tải),
hộ tiêu thụ lạnh. Điều này xảy ra khi tải của hộ tiêu thụ là nhỏ hơn tải định
mức của Chiller. Bồn trữ lạnh đã hấp thụ trong chế độ trước để bù vào tải
của chiller đáp ứng đầy đử cho hộ tiêu thụ.
 Chế độ 4 : Vòng tuần hoàn bao gồm hệ thống tích trữ lạnh và hộ tiêu thụ
lạnh. Đây là chế độ xả tải của hệ thống tích trữ lạnh, điều này xảy ra khi ta
muốn ngừng máy nén vì một lý do nào đó và tải tiêu thụ nhỏ hơn tải của hệ
thống tích trữ lạnh hiện có.
2.2.3. Các dạng tích trữ băng
2.2.3.1. Tích trữ dạng băng tan chảy bên ngoài ống (External Melt Ice-OnCoil)

Hình 2.12: Quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống
13


Bồn tích trữ loại này gồm một dàn lạnh đặt chìm trong một bể nước, chất tải
lạnh (Secondary coolant) nhiệt độ thấp chảy trong ống. Hình dưới là trình bày quá
trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống. Chất tải lạnh thường được sử dụng là
Etylen glycol, nồng độ từ 25 ÷ 40%.
- Ở chế độ nạp tải (sản xuất băng): Glycol được chiller lạnh làm lạnh xuống đến
nhiệt độ khoảng – 7ºC, lúc này glycol chỉ đi vào dàn lạnh của bồn tích trữ, băng bắt
đầu hình thành trên bề mặt ống và dày dần lên.
- Ở chế độ xả tải (làm tan băng): Nước hồi về từ các hộ tiêu thụ sẽ được làm
lạnh tùy thuộc vào phương thức vận hành, nước ra khỏi bồn tích trữ có nhiệt độ
khoảng 1- 5ºC được đưa đến cấp lạnh cho các hộ tiêu thụ.
2.2.3.2. Tích trữ dạng băng tan chảy bên trong ống (Internal Melt ice on Coil)

Hình 2.13: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống
Quá trình hình thành băng giống như dạng tan chảy băng bên ngoài ống, nhưng

quá trình tan băng ở đây là Chất tải lạnh (Secondary coolant) thường là Glycol đi bên
trong ống để làm tan băng.
2.2.3.3. Tích trữ băng dạng quả cầu băng (Ball Ice)
Tích trữ dạng này được thực hiện qua thiết bị STL
- STL là một thuật ngữ của Cristopia Energy System, đó chính là một bình chứa
đầy Nodule
- STL được xác định bởi nhiệt độ chuyển pha và thể tích (nghĩa là từ công
suất tích trữ và tốc độ trao đổi nhiệt)
Ví dụ:
14


 Nodule là gì?
- Hầu hết các giải pháp PCM phù hợp cho HVAC và hệ thống lạnh đều có tính
ăn mòn.Cho nên một giải pháp để tránh nhiễm bẩn môi chất và ăn mòn hệ thống thì
quả cầu băng (Nodule) là một giải pháp.
- Sự hình thành quả cầu băng (Nodule) được mô phỏng dưới đây:

Hình 2.14: Sự hình thành quả cầu băng
Trên thị trường hiện nay, sản phẩm này được chế tạo và cung cấp với thị phần
lớn nhất bởi Cristopia Energy Systems.

Hình 2.15: Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng
- Vật liệu: Hỗn hợp của Polyolefin, dày khoảng1.00mm
- Bên trong chứa PCM (Phase Change Material)

15