Đánh giá hiệu quả của chu trình CO2 transcritical sử dụng trong kỹ thuật điều hòa không khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN TRỌNG HIẾU

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHU TRÌNH CO2
TRANSCRITICAL SỬ DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐIỀU
HÒA KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT
Mã số: 60520115

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2019


2

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc
gia Thành phố Hồ Chí Minh

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Chí Hiệp

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Hà Anh Tùng

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Bùi Trung Thành
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. Hồ
Chí Minh ngày 02 tháng 07 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS Nguyễn Văn Tuyên

2. TS Võ Kiến Quốc
3. TS Nguyễn Minh Phú
4. TS Hà Anh Tùng
5. PGS.TS Bùi Trung Thảnh
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ


3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIÊM VU LUÂN VĂN THAC sĩ
• • • •

Họ tên học viên:

Nguyễn Trọng Hiếu

Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

MSHV: 1570315
Nơi sinh: Quảng Trị

07/01/1989

Kỹ thuật nhiệt

Mã số: 60520115

I. TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu quả của chu trình CO2 transcritical sử dụng trong
kỹ thuật điều hòa không khí
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát, tính toán, đánh giá hiệu quả của các chu
trình CO2 transcritical sử dụng trong kỹ thuật điều hòa không khí
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:....................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ......................
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Tp. HCM, ngày ... tháng 07 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)


4

LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian theo học cao học tại trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP. Hồ Chí

Minh, bằng sự biết ơn và kính trọng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám
hiệu, các phòng, khoa thuộc Nhà trường và các Giáo sư, p. Giáo sư, Tiến sĩ, đặc biệt là
các thầy, cô từ bộ môn Công nghệ Nhiệt lạnh, khoa Cơ Khí đã nhiệt tình hướng dẫn,
giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá trĩnh học tập, nghiên
cứu và hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy GS.TS Lê Chí Hiệp, người
thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho em trong suốt quá trình thực hiện luận
văn.
Qua đây em xin gởi lời cám ơn đến gia đĩnh, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện,
hỗ trợ em đặc biệt về thời gian và tinh thần để em có thể theo học và hoàn thành luận
văn này.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót. Kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để luận văn của em được
hoàn thiện hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019
Học viên

Nguyễn Trọng Hiếu


5

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Việc sử dụng chu trình C02 transcritical cho các ứng dụng làm lạnh, điều hòa
không khí, bom nhiệt đã và đang đuợc quan tâm nghiên cứu trên thế giới do ảnh huởng
của các môi chất lạnh truyền thống đối với môi truờng, trong khi đó C02 là môi chất
lạnh tự nhiên, thân thiện với môi truờng và rất có tiềm năng để phát triển. Cụ thể, chỉ
số ODP (mức độ phá hủy tầng ozone) CO2 bằng 0; chỉ GWP (mức độ gây hiệu ứng nhà

kính) của C02 bằng 1, nhỏ hơn 1700 lần so với môi chất R22, 1300 lần so với R134a,
580 lần so với R32 và 1890 lần so với R410A.
Luận văn nghiên cứu đánh giá hiệu quả của chu trình CO2 transcritical sử dụng
trong trong kỹ thuật điều hòa không khí ở phạm vi dân dụng. Những kết quả nghiên
cứu cho thấy có thể sử dụng các chu trình CO2 transcritical cải tiến để tăng COP cho
chu trình.
So sánh với chu trình lạnh với môi chất truyền thống nhu R22, R32, R410A trong
cùng điều kiện hoạt động, COP của các chu trĩnh C02 transcritical là thấp hơn khá nhiều.
Tuy nhiên, năng suất lạnh riêng thể tích của các chu trình CO2 transcritical là lớn hơn
nhiều so với chu trĩnh sử dụng môi chất truyền thống. Với điều kiện hoạt động của hệ
thống điều hòa không khí, năng suất lạnh riêng thể tích trung bĩnh của các chu trĩnh
CO2 transcritical gấp khoảng 3.5 lần so với chu trình R22, 2.2 lần so với chu trình R32
và 2.4 lần so với chu trình R410A. Điều này giúp cho thiết bị thục tế của chu trình CO2
transcritical nhỏ gọn hơn.
Nhiệt độ cuối tầm nén của chu trình CO2 transcritical cơ bản là lớn hơn so với chu
trĩnh với môi chất truyền thống, tuy nhiên khi sử dụng nén 2 cấp có làm mát trung gian,
nhiệt độ cuối tầm nén sẽ giảm đáng kế. Trong điều kiện khảo sát, nhiệt độ cuối tầm nén
của chu trình có làm mát trung gian đuợc cắt giảm khoảng 15°c.
Xét về mặt hiệu quả năng luợng, nhiệt độ cuối tầm nén, độ phức tạp của chu trình,
có thế chọn chu trình CO2 transcritical nén

2

cấp làm mát trung gian, có sử dụng hồi

nhiệt là chu trình tối uu đế sử dụng trong điều hòa không khí. Công thức đơn giản để
xác định áp suất cao tối uu ptoiuu của chu trình cũng đã đuợc thiết lập là Ptoiuu =
2.825xtmt- 3.5 (Ptoiuu đơn vị là bar, tml- nhiệt độ môi truờng - đơn vị là °C).

6

THE ABSTRACT OF THE MASTER'S THESIS
The use of transcritical CO2 cycle for refrigeration, air conditioning, and heat
pump applications has been of interest in the world due to the influence of traditional
refrigerants on the environment, while C02 is a natural refrigerant, environmentally
friendly and has the potential to grow. Specifically, the ODP (Ozone Depletion
Potential) of CO2 is zero; the GWP (Global Warming Potential) of CO2 is 1, which is
1700 times smaller than R22, 1300 times smaller than R134a, 580 times smaller than
R32 and 1890 times smaller than R410A.
The thesis focuses on researching and evaluating the effectiveness of the
transcritical C02 cycles used in air conditioning technique in civil scope. The research
results show that it can use improved transcritical CO2 cycles to increase COP for the
cycle.
In the same operating conditions, transcritical CO2 cycles have a lower COP than
the traditional cycle using R22, R32, R410A. However, the volume specific
refrigeration capacity of transcritical CO2 cycles is much larger than the traditional
cycle. Under the conditions of the air conditioning system, the volume specific
refrigeration capacity of transcritical CO2 cycles is about 3.5 times more than R22 cycle,
2.2 times more than R32 cycle and 2.4 times more than R410A cycle. This makes the
practical devices of transcritical CO2 cycles more compact.
The terminal compression temperature of the basic transcritical CO2 cycle is
larger than the cycle with traditional refrigerants, however, using two-stage stage
compression with intermediate cooling makes the terminal compression temperature
significantly reduced. Under survey conditions, the terminal compression temperature
of intermediate cooling cycles is reduced about 15°c.
In terms of energy efficiency, terminal compression temperature, complexity of
the cycle, the transcritical CO2 cycle with two-stage compression with intermediate
cooling and using the internal heat exchanger is optimal for use in air conditioning. The
simple formula for determining the optimal high pressure (Ptoiuu) of the cycle was

established, which is ptoiuu = 2.825xtmt- 3.5 (unit of Ptoiuu is bar, tmt - ambient
temperature - has the unit of °C).


7

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thục và chua từng đuợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Trọng Hiếu


8

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KHÁI NIỆM, TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU sử DỤNG TRONG
LUẬN VAN ....................... .. ........................................... .' ........... .' ........................ 11
CHUƠNG 1: MỞ ĐẦU ..............................................................................................14
1.1. Giới thiệu đề tài luận văn ...............................................................................14
1.2..............................................................................................................
Tính cấp thiết của đề tài luận văn ...........................................................................14
1.3..............................................................................................................
Mục tiêu của đề tài luận văn ...................................................................................15
1.4. Đối tuợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................15
1.5. Nội dung và phuơng pháp nghiên cứu ...........................................................16
CHUƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN cứu ...............................................................17

2.1.

Tổng quan về môi chất lạnh và những vấn đề ảnh môi truờng ......................17

2.1.1. Phân loại môi chất lạnh ............................................................................17
2.1.2. Những vấn đề ảnh huởng đến môi truòng của môi chất lạnh ..................18
2.2. Lịch sử môi chất lạnh CO2 .............................................................................22
2.3. Những tính chất của CO2 ...............................................................................24
2.4..............................................................................................................
Tổng quan các nghiên cứu về chu trình lạnh C02 transcritical ...............................26
2.4.1. .......................................................................................................
Những nghiên cứu trở lại về thiết bị với chu trình CO2 transcritical ..................26
2.4.2. Những nghiên cứu về ứng dụng chu trình CO2 transcritical trong hệ thống
lạnh
và điều hòa không khí .........................................................................................27
2.4.3. Một số nghiên cứu về thiết bị trong chu trình CO2 transcritical..............31
2.5..............................................................................................................
Nhận xét chuơng .....................................................................................................38
CHUƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ CHU TRÌNH C02 TRANSCRITICAL ...................39
3.1. Chu trình CO2 transcritical cơ bản .................................................................39
3.1.1. Lý thuyết về chu trình CO2 transcritical cơ bản ......................................39
3.1.2. Phân tích khả năng nâng cao hiệu suất của chu trình ..............................41
3.2. Các chu trình CO2 transcritical cải tiến ......................................................... 48
3.2.1. Chu trình CO2 transcritical với thiết bị hồi nhiệt (SCIC) ........................ 48
3.2.2. Chu trình CO2 transcritical với thiết bị giãn nở (SCEC) ......................... 50
3.2.3. Chu trình CO2 transcritical nén 2 cấp làm mát trung gian, sử dụng thiết bị
tiết
lưu(DCTC) ...... .. ........ ... .......... .......... .. ............................... .. ........... ..
......................... ...51

9

3.2.5. Chu trình CO2 transcritical nén 2 cấp làm mát trung gian, sử dụng thiết bị giãn
nở(DCEC) ........................................................................................................... 54
3.2.6. Chu trình CO2 transcritical nén 2 cấp làm mát trung gian, sử dụng hồi
nhiệt và thiết bị giãn nở (DCIEC) ....................................................................... 55
3.3. Nhận xét chuông ............................................................................................ 57
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC CHU TRÌNH CƠ2
TRANSCRITICAL SỬ DỤNG CHO ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ.......................... 58
4.1. Phuong pháp và công cụ nghiên cứu..............................................................58

4.1.1. Phuong pháp nghiên cứu .......................................................................... 58
4.1.2. Giới thiệu về phần mền EES .................................................................... 58
4.1.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán cho chưong trình tính toán các chu trình CƠ2
transcritical .......................................................................................................... 65
4.2. Các giả thiết và điều kiện nghiên cứu ............................................................71

4.2.1. Các giả thiết nghiên cứu .......................................................................... 71
4.2.2. Các điều kiện nghiên cứu ......................................................................... 71
4.3. Khảo sát chu trình CƠ2 transcritical cơ bản .................................................. 72

4.3.1. Ảnh hưởng của áp suất cao đến COP của chu trình.................................72
4.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bay hơi đến COPmax của
chu
trình ..................................................................................................................... 74
4.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bay hơi đến áp suất cao tối
ưu
...................................... ... .............................. '. ... ... .........................................76
4.4. Đánh giá hiệu quả các chu trình C02 transcritical ..........................................78

4.4.1. Xác định COPmax của các chu trình CƠ2 transcritical cải tiến .................78
4.4.2. Xác định COP của chu trình lạnh với các môi chất truyền thống............91
4.4.3. Xác định nhiệt độ cuối tầm nén của các chu trình CƠ2 transcritical và chu trình
lạnh
với
môi
chất
truyền
thống
........................................................................................................................................9
4
4.4.4. Xác định năng suất lạnh riêng và năng suất lạnh riêng thể tích của các chu trình
CƠ2 transcritical và chu trình lạnh với môi chất truyền thống
........................................................................................................................................9
7
4.4.5. Tổng họp các kết quả về COP và so sánh các thông số ở một điều kiện hoạt
động
cụ
thể
của
các
chu
trình
........................................................................................................................................
1
5.1.
Ảnh hưởng của các thông số vận hành đến COP của chu trình DCIC
107
02
4.5. Một

số
nhận
xét
104
CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT CHU TRÌNH CƠ2 TRANSCRITICAL NÉN HAI CẤP LÀM
MÁT TRUNG GIAN, sủ DỤNG THIẾT BỊ HỒI NHIỆT .............................................. 107


10

5.1.1. Ảnh hưởng của áp suất trung gian đến COP của chu trình .................... 107
5.1.2. Ảnh hưởng của độ quá nhiệt sau thiết bị hồi nhiệt đến COPmax của chu trình.
108
5.1.3. Ảnh hưởng của áp suất cao đến COP của chu trình ............................... 110
5.2. Ảnh hưởng của các thông số vận hành đến áp suất cao tối ưu và thành lập công
thức
tính áp suất cao tối ưu của chu trình DCIC .......................................................... 112
5.2.1. Ảnh hưởng St, tmt, tbh đến Ptoiuu ........................................................ 112
5.2.2. Thành lập công thức tính Ptoiuu ............................................................ 114
5.3. Tính toán các thông số và biểu diễn chu trình DCIC trên đồ thị p-h ........... 116
5.4. Nhận xét ....................................................................................................... 118
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................. 120
6.1. Kết luận ........................................................................................................ 120
6.2. Những hạn chế và hướng phát triển của đề tài ............................................. 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO: ....................................................................................... 123
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 126


11

DANH MỤC CÁC KHÁI NIỆM, TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU sử DỤNG
TRONG LUẬN VĂN
Bảng 0.1: Danh mục các khái niệm
Ý nghĩa
Điểm tới hạn (hay trạng thái tới hạn - critical State) của
Điểm tới hạn
1
một chất là điểm giao nhau của 2 đường: lỏng sôi (x=0 ) và
(critical point)
đường hơi bão hòa khô (x=l) của chất đó
Trạng thái siêu tới Trạng thái có nhiệt độ và áp suất lớn hơn nhiệt độ và áp
2
hạn
suất của điểm tới hạn
Trạng thái dưới tới Trạng thái có nhiệt độ hoặc áp suất suất nhỏ hon nhiệt độ
3
hạn
và áp suất của điểm tới hạn
Chu trình ngược chiều hoạt động với môi chất C02, trong
Chu trình C02
4
đó môi chất đi qua các trạng thái dưới tới hạn và siêu tới
transcritical
hạn
Nhiệt độ giả tới
Nhiệt độ giả tới hạn là nhiệt độ mà tại đó nhiệt dung riêng
hạn
5
(pseudocritical của môi chất đạt giá trị lớn nhất ứng với áp suất đã cho
temperature)

Áp suất phần cao áp của chu trình, hay áp áp suất môi chất
đầu xả máy nén, áp suất tại thiết bị gas cooler (có giả thiết
6
Áp suất cao
bỏ qua tổn thất áp suất trong thiết bị trao đổi nhiệt của chu
trĩnh)
Áp suất phần hạ áp của chu trình, hay áp áp suất môi chất
7
Áp suất thấp đầu hút của nén (có giả thiết bỏ qua tổn thất áp suất trong
thiết bị trao đổi nhiệt của chu trĩnh)
Áp suất môi chất giữa hai cấp nén trong chu trình nén 2
8
Áp suất trung gian cấp
Áp suất cao tối ưu Áp suất phần cao áp mà nếu chu trình hoạt động với áp
9
suất đó, COP của chu trình đạt giá trị lớn nhất
Áp
suất
trung
gian
Áp suất trung gian mà ứng với áp suất đó, COP của chu
10
tối ưu
trình đạt giá trị lớn nhất
Làm mát trung Làm mát môi chất giữa các cấp nén đế giảm nhiệt độ môi
11
gian
chất
Thiết bị trao đối nhiệt của môi chất trạng thái siêu tới hạn
12

Gas cooler
(sau khi ra khỏi máy nén), trong đó môi chất sẽ thải nhiệt
cho môi trường
Thiết bị hồi nhiệt
hay thiết bị trao
Là thiết bị trao đối nhiệt giữa môi chất nóng trước khi tiết
đối nhiệt bên trong
13
lưu (hay giãn nở) và môi chất lạnh sau khi ra khỏi thiết bị
(internal heat
bay hơi (trước khu hút vào máy nén)
exchanger

STT

Tên khái niêm


12

Bảng 0.2: Các từ viết tẳt
TT
1

Từ viết tắt
BC

2

SCIC

3

SCEC

4

DCTC

5

DCIC

6

7

8

9
10
11
12

13
14
15
16
17
18

19

DCEC

DCIEC
R22C
R32C
R410AC
BH
GC
GN
IHE
MNHA
MNCA
MTG
NT
TL

Ý nghĩa
Chu trình CO2 transcritical cơ bản (Basic Cycle)
Chu trình CO2 transcritical với thiết bị hồi nhiệt (Single
Compression with Internal heat exchanger Cycle)
Chu trình CO2 transcritical với thiết bị giãn nở (Single
Compression with Expander Cycle)
Chu trình CO2 transcritical nén 2 cấp làm mát trung gian,
sử dụng thiết bị tiết luu (Double Compression with
Throttle valve Cycle)
Chu trình CO2 transcritical nén 2 cấp làm mát trung gian,
sử dụng thiết bị hồi nhiệt (Double Compression with
Internal heat exchanger Cycle)

Chu trình CO2 transcritical nén 2 cap làm mát trung gian,
sử dụng thiết bị giãn nở (Double Compression with
Expander Cycle)
Chu trình CO2 transcritical nén 2 cấp làm mát trung gian,
sử dụng hồi nhiệt và thiết bị giãn nở (Double Compression
with Internal heat exchanger and Expander Cycle)
Chu trình lạnh với môi chất là R22
Chu trình lạnh với môi chất là R32
Chu trĩnh lạnh với môi chất là R410A
Thiết bị bay hơi
Thiết bị gas cooler
Thiết bị giãn nở
Thiết bị hồi nhiệt (Internal heat exchanger)
Phần hạ áp của máy nén 2 cấp
Phần cao áp của máy nén 2 cấp
Thiết bị làm mát trung gian
Thiết bị ngung tụ
Van tiết luu


13

Bảng 0.3: Các ký hiệu
TT
Ký hiệu
Ý nghĩa
Kỷ hiệu các thông số
COP
Hệ số làm lạnh (coefficient of performance)
1

2

h

3

m

4

p

5
6
7

q
s
t

8
9

V

Năng suất lạnh riêng [kj/kg]
Entropy riêng [kJ/kgK]
Nhiệt độ [°C]
Thể tích riêng [m3 /kg]

w
5t

Công nén riêng [kj/kg]
Độ quá nhiệt [°C]

AP

Độ chênh lệch áp suất [%]

10
11

Aq
13
Ah
14
q
Các chỉ số dưới
12

1
2

3
4
5
6
7
8

9

bh
com
com,in
com,out
ct
gc
gn
H

Enthalpy riêng [kj/kg]
Tỉ so giữa tỉ số nén của phần cao áp và phần hạ áp của máy
nén 2 cấp
Áp suất [bar]

Độ chênh lệch năng suất lạnh riêng [kj/kg]
Độ chênh lệch enthalpy riêng [kj/kg]
Hiệu suất đẳng entropy
Bay hơi
Máy nén
Đầu vào của máy nén
Đầu ra của máy nén
Công thức
Gas cooler
Giãn nở
Phần cao áp

L
max

Phần thấp áp
Gía trị lớn nhất

12

min
mt

Gía trị nhỏ nhất
Môi trường

13
14

tg
toiuu

Trung gian
Tối ưu

10
11


14

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Giới thiệu đề tài luận văn
Luận văn này nghiên cứu về đề tài có tiêu đề là “Đánh giá hiệu quả của chu trình

C02 transcritical sử dụng trong kỹ thuật điều hòa không khí”. Chu trình CƠ2 transcritical
là chu trình nguợc chiều, làm việc với các quá trình duới và trên trạng thái tới hạn của
C02.
Nguyên lý của chu trình CO2 transcritical nguợc chiều tuông tự nhu chu trình lạnh
duới tới hạn, gồm các quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi, nén ở máy nén, tiết luu ở
thiết bị tiết luu. Tuy nhiên sụ khác nhau của 2 loại chu trình này là với chu trình C02
transcritical, quá trình nén sẽ chuyển môi chất từ trạng thái duới tới hạn lên trạng thái
siêu tới hạn, môi chất sau khi ra khỏi máy nén không thục hiện quá trình ngung tụ nhu
thông thuờng, mà thục hiện quá trình thải nhiệt cho môi truờng ở trạng thái trên tới hạn
tại thiết bị mới gọi là gas cooler. Thông thuờng, quá trình tiết luu trong chu trình CO2
transcritical sẽ chuyển môi chất từ trạng thái siêu tới hạn về trạng thái duới tới hạn.
Chu trình C02 transcritical có thể ứng dụng trong hệ thống thiết bị điều hòa không
khí, làm lạnh và bơm nhiệt. Trong phạm vi của đề tài, chỉ nghiên cứu đánh giá ứng dụng
chu trình CO2 transcritical trong lĩnh vục điều hòa không khí dân dụng cỡ vừa và nhỏ.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Nhu ta thấy, ngày nay các ứng dụng về làm lạnh, điều hòa không khí đã trở thành
những phuơng tiện không thế thiếu trong cuộc sống con nguời. Các hệ thống thiết bị
này thuờng sử môi chất lạnh tụ nhiên là NH3 và phố biến hơn là các môi chất lạnh freon
(R22, R134a, R410A...). Tuy nhiên, NH3 là môi chất độc hại nên chỉ đuợc sử dụng ở
một số ứng dụng làm lạnh, các môi chất lạnh freon tuy cũng có những uu điếm về mặt
tính chất nhiệt động nhung những chất này thuờng gây ra ảnh huởng không tốt với môi
truờng, gây phá hủy tang ozone hay hiện tuợng hiệu ứng nhà kính.


15

Trong khi đó, C02 là môi chất lạnh tự nhiên, không độc hại đối với con người
cũng như thân thiện với môi trường. Trên thế giới, những nghiên cứu về thiết bị chu
trình C02 transcritical đã và vẫn đang tiếp diễn, trong đó những thiết bị ứng dụng chu
trình này sử dụng trong lĩnh vực bơm nhiệt, điều hòa ô tô, làm lạnh đã được nghiên cứu

nhiều cũng như đã được thương mại hóa trên thị trường. Tuy nhiên những nghiên cứu
về lĩnh vực điều hòa không khí tại chỗ sử dụng chu trình CO2 transcritical còn khá
khiêm tốn.
Đe tài luận văn tập trung vào việc đánh giá hiệu quả chu trình CO2 transcitical
ứng dụng trong lĩnh vực điều hòa không khí dân dụng là cấp thiết trong việc tìm ra giải
pháp cho vấn đề ảnh hưởng đến môi trường của các môi chất lạnh truyền thống, cũng
như xem xét, đánh giá hiệu quả của chu trình này trong điều kiện hoạt động của hệ
thống điều hòa không khí cỡ nhỏ và vừa. Với những tổng họp, nghiên cứu và đánh giá
trong luận văn có thể sẽ thúc đẩy hơn nữa những quan tâm trong nước đến vấn đề mới
này, cũng như đưa ra những cơ sở lý thuyết cho những nghiên cứu thực nghiệm và tiến
tới ứng dụng công nghệ vào cuộc sống.
1.3. Mục tiêu của đề tài luận văn
Đánh giá hiệu quả về các mặt: hiệu quả năng lượng thể hiện qua chỉ số COP, đặc
điểm của nhiệt độ môi chất cuối tầm nén, năng suất lạnh riêng thể tích, tính phức tạp
của các chu trình CO2 transcritical sử dụng trong lĩnh vực điều hòa không khí dân dụng
cỡ vừa và nhỏ.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các chu
trình CO2 transcritical (cơ bản và cải tiến) có giá trị sử dụng trong điều hòa không khí;
chu trĩnh với một số môi chất lạnh truyền thống sử dụng trong điều hòa không khí.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Phạm vi nghiên cứu là các chu trĩnh hoạt động
trong các điều kiện về nhiệt độ môi trường, nhiệt độ bay hơi môi chất lạnh phù hợp với
ứng dụng điều hòa không khí; giá trị áp suất vận hành và một số thông số khác cũng
được giới hạn cho phù họp với hệ thống thực tế.


16

1.5. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Những nội dung chính thực hiện để đạt được mục tiêu luận văn:

+ Hệ thống lại cơ sở lý thuyết về chu trình C02 transcritical cơ bản và những
chu trình C02 transcritical cải tiến có giá trị ứng dụng trong điều hòa không khí.
+ Khảo sát các chu trình trong những điều kiện hoạt động khác nhau nhằm
đưa ra so sánh về hiệu quả giữa các chu trình CO2 transcritical cũng như so sánh với
chu trình dùng môi chất lạnh truyền thống.
+ Lựa chọn một chu trình tối ưu (xét về mặt hiệu quả năng lượng và độ phức
tạp của thiết bị và một vài đặc điểm khác) và khảo sát hoạt động của chu trình này trong
mối tương quan giữa các thông số; công thức xác định áp suất cao tối ưu đơn giản sẽ
được thiết lập cho chu trình này.
+ Ket luận về hiệu quả của việc ứng dụng chu trình CO2 transcritical trong kỹ
thuật điều hòa không khí.
- Phương pháp nghiên cứu: Dựa trên các kiến thức nhiệt động về chu trình ngược
chiều, chu trình C02 transcritical, sử dụng công cụ là phần mền EES để viết chương
trình tính toán, khảo sát các chu trình (xem mục 4.1, chương 4).


17

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN cứu
2.1. Tổng quan về môi chất lạnh và những vấn đề ảnh môi trường
2.1.1. Phân loại môi chất lạnh
a. Môi chất lạnh loại CFC:
CFC là những chất được dẫn xuất từ các Hydrocarbons, ở đây tất cả các nguyên
tử hydrogen trong Hydrocarbons đều được thay thế bằng các nguyên tử chlorine và
fluorine. Người ta gọi các chat CFC là Fully Halogenated Chlorofluorocarbons hay
ngắn gọn hơn là Chlorofluorocarbons.
Một số môi chất lạnh CFC từng được sử dụng rộng rãi như: RI 1, RI 2, ngoài ra,
ở một số ứng dụng người ta còn sử dụng R13, R14.
b. Môi chất lạnh loại HCFC:
HCFC cũng là dẫn xuất từ các hydrocarbons, nhưng không giống như CFC, với

môi chất HCFC, chỉ một số nguyên tử hydrogen trong các hydrocarbons được thay thế
bằng các nguyên tử chlorine và fluorine. Các môi chất loại này được gọi là Not Fully
Halogenated Hydrocarbons, hay van tat là Hydrochlorofluorocarbons.
Các môi chất lạnh HCFC có chứa đầy đủ các nguyên tử hydrogen, chlorine,
fluorine và carbon. So với các chat CFC, môi chat lạnh loại HCFC có độ bền vững kém
hơn, thể hiện qua thời gian tác động. Các nghiên cứu cho thấy thời gian tác động của
các chat HCFC chỉ khoảng từ 2 năm đến 22 năm.
Trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí, chat HCFC được dùng nhiều nhất là
R22.
c. Môi chất lạnh loại HFC:
HFC cũng là chất dẫn xuất từ các hydrocarbons, các chất này chỉ chứa các nguyên
tử hydrogen, fluorine và carbon. Tên đầy đủ của các chat HFC là Hydro fluorocarbons.
Hiện nay một trong số những chat HFC đang được sử dụng phổ biến là R134a.
d. Môi chất lanh loai hòa trôn:


18

Môi chất lạnh hòa trộn là những môi chất được tạo thành từ việc hòa trộn những
đon chất theo tỉ lệ thích hợp. Các đơn chất được dùng để hòa trộn có thể là các chất
CFC, HCFC, HFC hoặc một số chất khí có nguồn gốc từ thiên nhiên.
Người ta phân chia chất hòa trộn ra làm 2 loại:
- Loại có chứa chlorine: được cấu tạo từ một số thành phần, trong đó, thành phần
chủ chốt là R22.
- Loại không chứa chlorine: các thành phần dùng để hòa trộn thường là các chất
HFC.
Khi hòa trộn các đơn chất, có thể tạo thành các môi chất lạnh hòa trộn có tính chất
“đồng sôi” hay “không đồng sôi”. Các chất đồng sôi thường được ký hiệu bắt đầu bằng
số 5 (R500, R502, R503,...), các chất không đồng sôi thường được ký hiệu bắt đầu bằng
số 4 (R401, R404,...).

e. Môi chất lạnh loại Halon:
Môi chất lạnh loại Halon có chứa các nguyên tử bromine, fluorine và carbon,
người ta gọi môi chất lạnh loại Halon là các chat BFC. Một số môi chất lạnh BFC như:
R13B1,R12B1.
f. Môi chất lạnh loại thiên nhiên:
Đây là các môi chất lạnh có nguồn gốc từ thiên nhiên. Một số môi chất lạnh loại
này như: R290 (Propane, C3FL), R600 (n-Butan C4H10), R600a (Isobutane, C4H10),
R717 (Ammonia, NH3), không khí, CO2 , nước và hơi nước.
2.1.2. Những vấn đề ảnh hưởng đến môi trường của môi chất lạnh
2.1.2.1.

Những vấn đề về môi trường liên quan đến môi chất lạnh

a. Vấn đề suy giảm tầng ozone:
Sự suy giảm tang ozone là hiện tượng giảm lượng ozone (O3) trong tầng bĩnh lưu.
Như đã biết, lượng ozone tồn tại trong khí quyến được chia làm 3 thành phần: Thảnh
phần thứ nhất lơ lững trong bầu khí quyến sát bề mặt trái đất, tuối thọ của lớp ozone
này rất ngắn, khoảng chừng vài ngày. Thảnh phần thứ hai nằm cao hơn, trong vùng
không gian từ bề mặt đất đến độ cao cách mặt đất khoảng 1 0 km (vùng


19

đối lưu). Lượng ozone thuộc 2 thành phần này được hình thành chủ yếu do bức xạ mặt
trời làm phân hủy một số chất khí trong thành phần của khói thải, tổng lượng ozone của
2 thành phần này là không nhiều so với lượng ozone toàn bộ. Thành phần thứ ba được
xem là thành phần chủ yếu và thường tập trung ở bầu khí quyển ở độ cao từ hon 10km
đến 60km (vùng bình lưu). Nguyên nhân hình thành ozone ở vùng này chủ yếu là do
bức xạ mặt trời đến các phân tử oxygen.
Do đặc tính hấp thụ mạnh các tia cực tím (ƯV), tang ozone được xem như là tấm

lá chắn ngăn chặn các tia bức xạ mặt trời không có lợi cho sức khỏe của con người và
các sinh vật khác.
Tang ozone có vai trò quan trọng đối với sự sống trên Trái đất, tuy nhiên, ngày
nay đã xuất hiện thêm những nguyên nhân gây phân hủy ozone bên cạnh những nguyên
nhân tự nhiên, những nguyên nhân mới này hoàn toàn thuộc về con người, do hoạt động
của con người. Một trong những nguyên nhân quan trọng đến từ việc sử dụng các môi
chất lạnh Freon làm phát sinh ra các chất khí có chứa fluorine có khả năng mạnh trong
việc phá hủy tang ozone. Đe đánh giá mức độ phá hủy tầng ozone của các chất, người
ta đặt ra chỉ số ODP (Ozone Depletion Potential).
Do đó, việc giảm thiểu những nguyên nhân gây phá hủy tầng ozone được xem là
việc làm cấp bách và được quan tâm bởi nhiều quốc gia trên Thế giới, trong đó cần thiết
phải tìm kiếm những môi chất lạnh mới, thân thiện với môi trường để thay thế cho các
môi chất có tác dụng phá hủy tang ozone.
b. Hiệu ứng nhà kính và vấn đề gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển:
Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng các tia bức xạ mặt trời với bước sóng ngắn có
thế xuyên qua 1 tấm kính trong suốt, những vật ở bên dưới tấm kính này được hấp thụ
các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời và phát ra các tia bức xạ sóng dài trở lại tấm kính,
tuy nhiên với đặc điếm của tấm kính là chỉ cho các tia bức xạ sóng ngắn xuyên qua và
phản xạ trở lại các tia bức xạ sóng dài, kết quả là nhiệt lượng ở vùng không gian bên
giới tấm kính được giữ lại và làm gia tăng nhiệt độ ở đây.
Trên quy mô trái đất, một số thành trong bầu khí quyển (như C02, hơi nước) có
tác dụng tạo thành một lớp kính trong suốt, qua đó, các tia bức xạ sóng ngắn của


20

mặt trời có thể xuyên qua để đi đến bề mặt trái đất và các tia bức xạ sóng dài từ bề mặt
trái đất sẽ đuợc phản xạ trở lại. Ở điều kiện cân bằng sinh thái, nhờ hiện tuợng hiệu ứng
nhà kính mà nhiệt độ trung bình trên trái đất đuợc duy trì khoảng

15°c, đây là mức

nhiệt độ thích hợp cho sự tồn tại và phát triển của các sinh vật trên trái đất. Tuy nhiên,
ngày nay, do quá trĩnh công nghiệp hóa và các quá trình khác liên quan đến hoạt động
của con nguời, làm gia tăng đáng kể những chất gây ra hiệu ứng nhà trinh trong khí
quyển, làm tăng mức độ hiệu ứng nhà kính, tăng nhiệt độ của bầu khí quyển. Sự gia
tăng nhiệt độ này kéo theo những biến đổi khí hậu và gây ra những thiên tai không
luờng truớc đuợc. Đe đánh giá mức độ hiệu ứng nhà kính của mỗi chất khí, nguời ta đặt
ra chỉ so GWP (Global Warming Potential).
2.1.2.2.

Ảnh hưởng của các môi chất lạnh đến môi trường

- Ảnh hưởng phá hủy tầng ozone:
Các môi chất lạnh có chứa clourine đều có ảnh hưởng pháp hủy tang ozone, đặc
biệt các môi chất lạnh CFC và Halon có ảnh hưởng phá hủy tang ozone rất cao, chúng
có chỉ số ODP rất lớn.
Do môi chất lạnh HCFC có độ bền vững kém, hầu hết các chất HCFC đều bị phân
hủy trước khi đến được vùng bĩnh lưu của khí quyển, do đó, mức độ phá hủy tang ozone
của HCFC thấp hơn nhiều so với các chat CFC.
Với môi chat HFC, do không có chứa clourine nên chỉ số ODP của các chất HFC
bằng không, các chất này không tham gia vào việc phá hủy tang ozone.
- Ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính:
Hầu hết các môi chất lạnh freon đầu góp phần vào việc gây ra hiệu ứng nhả kính
lảm gia tăng nhiệt độ của trái đất, đặc biệt môi chất lạnh CFC ảnh hưởng rất lớn đối với
hiện tượng hiệu ứng nhà kính...
Đe so sánh mức độ ảnh hưởng của một số môi chất lạnh đến môi trường, có thế
dựa vào chỉ số ODP và GWP của các môi chất được trình bày trong bảng 2.1. Lưu ý,
các chỉ số lấy chuẩn theo ODP của RI 1 bằng 1 và GWP của CO2 bằng 1.

21

Bảng 2.1. Chỉ sổ ODP và GWP của một sổ môi chất lạnh [3]
Ký hiệu môi chất Công thức hóa
lanh
học/Thành phần
R11
CFC13
R12
CF2 CI2
R22
CHF2 CI
RI 23
CHCI2 CF3
R124
CHFCICF3
R134a
CF3 CH2 F
R152a
CHF2 CH3
R125
CF3 CHF2
R143a
CF3 CH3
R32
CH2 F2
R404A
R143a/125/134a
R507A

RI 43 a/125
R407C
R410A
R413A
R401A
R401B
R402A
R402B
R717
R744
2.1.2.3.

R32/125/134a
R32/125
R134a/218/600a
R22/152a/124
R22/152a/124
R22/125/290
R22/125/290

ODP

GWP

1

4000
8500
1700
93

480
1300
140
3200
4400
580
3750
3800

1

0.055
0.02
0.022
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

0.03
0.035

1610
1890

1770

0.03

1080
1190
2570
2240

NH3

0

0

C02

0

1

0.02

Vấn đề loại bỏ các môi chất lạnh và sử dụng các môi chất lạnh thay

thế
Do sự ảnh hưởng đến môi trường của các môi chất lạnh freon, nhiều thỏa thuận
Quốc tế đã được đưa ra về việc cắt giảm và loại bỏ các môi chất này.
Hội nghị Montreal năm 1987 đã quyết định loại trừ các chat CFC, cụ thế, loại bỏ
hoàn toàn việc tiêu thụ các chất này vào năm 2 0 1 0 .

Nghị định thư Montreal năm 1995 cũng quyết định thời gian biếu loại trừ dần các
chat HCFC. Trong đó, đối với các nước phát triển sẽ chấm dứt gia tăng mức tiêu thụ
HCFC vào tháng 1/1/1996 và loại bỏ các chất này vào 1/1/2020. Với các


22

nước đang phát triển, các chất HCFC được quy định loại bỏ vào 1/1/2040.
Nghị định thư Montreal cũng quy định kiểm soát và loại trừ các môi chất lạnh
Halon, kế hoạch loại trừ này cũng gần giống như kế hoạch loại trừ các chat CFC.
Việc tim kiếm và nghiên cứu môi chất lạnh mới để thay thế cho các môi chất lạnh
bị loại trừ đã và vẫn đang được thực hiện. Một số môi chất lạnh thường dùng để thay
thế như:
- R123 sử dụng để thay thế cho CFC-11, tuy nhiên HCFC-123 này là chất thay
thế có tính chất quá độ, bản thân chất này cũng bị cấm sản xuất hoàn toàn vào năm
2030.
- R134a sử dụng để thay thế cho CFC-12 trong nhiều ứng dụng khác nhau và chỉ
dùng thay thế cho R22 trong một số trường hợp giới hạn.
- R407C được xem là chất rất thích hợp để thay thế cho R22 trong các máy điều
hòa không khí.
- R410A có thể được dùng để thay thế cho R22 trong trường họp cần thiết.
Song song việc sử dụng các môi chất lạnh tổng họp mới, các môi chất lạnh
thiên nhiên với tính chất thân thiện với môi trường (không tham gia vào việc phá hủy
tang ozone và không gây ảnh hưởng đáng kể đến hiệu ứng nhà kính) cũng đang được
quan tâm, trong đó, môi chất C02 đã và đang được nghiên cứu cũng như đã có những
ứng dụng trong thực tế với các thiết bị sử dụng chu trĩnh transcritical. Môi chất C02 tỏ
ra là môi chất lạnh rất có triển vọng trong việc sử dụng để bảo vệ môi trường.
2.2. Lịch sử môi chất lạnh CO2
CO2 không phải là một môi chất lạnh mới. Trong những thập niên đầu của thế kỷ
20, CO2 được sử dụng rộng rãi như là một môi chất lạnh, chủ yếu trong các hệ thống

thiết bị trên tàu trên biến, ngoài ra cũng được sử dụng trong những ứng dụng làm lạnh
và điều hòa không khí tại chỗ.
Khái niệm hệ thống lạnh nén hơi CO2 được đề xuất đầu tiên bởi Alexander Catlin
Twining vào năm 1850, nhưng C02 thực tế được sử dụng đầu tiên trong hệ thống nén
hơi để cấp đông bởi Thaddeus Lowe vào năm 1866. Ở Brucevick, Đức,


23

Franz Windhausen đã thiết kế máy nén C02. Sau đó, công ty British J&E Hall đã mua
bằng sáng chế đó, phát triển và bắt đầu sản xuất máy nén C02 vào năm 1890. Sản phẩm
đầu tiên đuợc lắp đặt thành công trên một con tàu buôn của Anh có tên là Highland
Chief. Theo thống kê, vào năm 1900, 37% những con tàu trên thế giới sử dụng làm lạnh
bằng không khí, 37% sử dụng sự làm lạnh hấp thụ ammonia và 25 % còn lại đã sử dụng
lạnh nén hơi C02. Sau chiến tranh Thế giới I, Voorhees đã phát triển hệ thống lạnh CO2
đa mục đích, và Linde cũng áp dụng máy nén 2 cấp C02. Vào năm 1930, 80% con tàu
đã sử dụng lạnh nén hơi CO2 và 20% sử dụng lạnh hấp thụ ammonia. Với hệ thống điều
hòa không khí, đến gần năm 1919, máy nén CO2 mới bắt đầu đuợc sử dụng rộng rãi.
Tuy nhiên, do trình độ kỹ thuật thấp vào thời gian này, nhiệt độ tới hạn của CO 2
thấp (31.1°C), áp suất tới hạn của CO2 cao (73.8bar) và môi truờng làm mát của nó
thuờng là nuớc ngầm và nuớc biển có nhiệt độ thấp, hệ thống lạnh CO2 chỉ sử dụng chu
trình duới tới hạn, dẫn đến hiệu suất làm lạnh thấp. Vào năm 1928, khi Midgley và cộng
sự giới thiệu những môi chất lạnh CFC nhu RI 2, việc sử dụng CO2 cho làm lạnh đuợc
thay thế bởi những môi chất lạnh tổng hợp. RI2 và Rll đuợc giới thiệu đầu tiên cho việc
sử dụng thuơng mại lần luợt vào vào năm 1931 và 1932. Chúng không độc hại, không
dễ cháy và vận hành hiệu quả. Những môi chất lạnh tổng họp đã bắt đầu thay thế C0 2
và trở nên chiếm lĩnh trong thị truờng vào những năm 1950 và 1960.
Sụ quan tâm vào CO2 đã bắt đầu vào những năm 1990 một phần cũng bởi sụ rút
lui của những môi chất lạnh phá hủy tang Ozone. Gustav Lorentzen từ Na Uy đã quan
tâm tới CO2 và xem xét nó là một môi chất lạnh không thế thay the. Lorentzen đã công

bố một bằng sáng chế về hệ thống điều hòa không khí C02 transcritical vào năm 1990.
Chu trình transcritical của Lorentzen giải quyết các vấn đề về năng suất và tốn thất hiệu
suất mà các hệ thống duới tới hạn gặp phải khi hoạt động với nhiệt độ thải nhiệt gần
điếm nhiệt độ tới hạn. Những cải tiến công nghệ và sản xuất làm cho nó có thế đạt đuợc
áp suất cao cần thiết cho sụ vận hành xuyên qua tới hạn (transcritical). Một trong những
hệ thống CO2 transcritical đầu tiên là một mô hình của hệ thống điều hòa không khí ô
tô đuợc thiết kế và thử nghiệm bởi Lorentzen và


24

Pettersen. Hệ thống này đã được báo cáo thêm bởi Pettersen. Hiệu quả của nó là tương
tự như của hệ thống RI2, điều này khuyến khích sự phát triển hơn nữa của hệ thống
CO2 transcritical.
Việc nghiên cứu hệ thống lạnh, điều hòa không khí và bơm nhiệt CO2 vẫn đang
tiếp diễn, trong khi một số hệ thống CO2 đã thương mại hóa thành công về 3 lĩnh vực
như sau: Lĩnh vực đầu tiên là ứng dụng trong điều hòa không khí ô tô, lĩnh vực thứ hai
là trong bơm nhiệt sản xuất nước nóng. Và lĩnh vực thứ 3 là ứng dụng cho hệ thống
lạnh thương mại [4].
2.3. Những tính chất của CO2
CO2 là môi chất lạnh tự nhiên, có tính chất khác với các môi chất lạnh thông
thường. CO2 không gây phá hủy tầng Ozone và chỉ số GWP (chỉ số để đánh giá mức
độ gây ra hiệu ứng nhà kính) không đáng kể.
Vĩ nhiệt ẩn hóa hơi của C02 lớn và năng suất lạnh thể tích của CO2 khá cao, kích
cỡ của máy nén và những thành phần khác có thể nhỏ hơn. Độ nhớt hoạt động của CO2
thấp, chỉ bằng 5.2% của NH3, 23.8% R12 ở 0°c [4], điều này dẫn đến, thậm chí ở một
lưu lượng khá thấp, nó có thể dễ dàng tạo ra dòng chảy rối, vĩ thế cho hiệu quả truyền
nhiệt tốt. Vĩ hệ số dẫn nhiệt của CO2 cao, nhiệt trở nhỏ và tỉ số giữa khối lượng riêng
lỏng và khối lượng riêng hơi nhỏ, sau khi qua tiết lưu, sự phân bố của môi chất lạnh ở
thiết bị trao đổi nhiệt (bay hơi) là đồng đều, và tất cả các ống có thế sử dụng một cách

hiệu quả. Ket quả là có thế phát triển đáng kế đặc tính truyền nhiệt và truyền chất, giảm
kích cỡ đường ống và thiết bị trao đối nhiệt, vĩ thế toàn bộ hệ thống rất nhỏ gọn.
Áp suất và nhiệt độ tại điểm tới hạn của CO2 lần lượt là 73.8 bar (7.38MPa) và
31.1

°c,

xem biểu đồ pha ở hình 2 .1 . CO2 siêu tới hạn là một loại lưu chất có khối

lượng riêng cao và có đặc tính kép của cả lỏng và khí, cụ thế là khối lượng riêng của nó
cao hơn khối lượng riêng của gas và gần với khối lượng riêng của lỏng. Độ nhớt của nó
là tương tự như độ nhớt của gas nhưng nhỏ hơn độ nhớt của lỏng. Hệ số khuyết tán của
nó gần với gas nhưng lớn hơn nhiều so với lỏng, vĩ thế nó có đặc tính truyền dẫn
(transmission) tốt.


25

Một trong những tính chất quan trọng nhất của chất siêu tới hạn ở gần điểm tới
hạn là những tính chất của nó thay đổi nhanh chóng theo nhiệt độ trong một quá trình
đẳng áp, đặc biệt là gần nhiệt độ “giả tới hạn” (pseudocritical) (xem minh họa ở hĩnh
2.2). Nhiệt độ giả tới hạn là nhiệt độ mà tại đó nhiệt dung riêng của môi chất đạt giá trị
lớn nhất ứng với áp suất đã cho.

Hình 2.2. Sự biến đổi nhiệt dung riêng đẳng áp của co2 theo nhiệt độ [4]