nghiên cứu, tính toán, chế tạo mô hình thực nghiệm hệ thống điều hòa hai mảnh khi có hoặc không có quá lạnh quá nhiệt với môi chất lạnh hiện nay r410a, r32

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
-------*****-------

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2019

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, CHẾ TẠO MƠ HÌNH
THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA HAI MẢNH
KHI CĨ HOẶC KHƠNG CĨ Q LẠNH - Q NHIỆT
VỚI MÔI CHẤT LẠNH HIỆN NAY R410A, R32

Mã số: T2019-06-119

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-1-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

Đà Nẵng, 8/2020
Tiết kiệm năng lượng luôn là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm và nghiên
cứu các giải pháp nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng góp phần vào việc bảo vệ nguồn
tài ngun khống sản và mơi trường.
Các quốc gia hiện nay đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt năng lượng và
chi phí dành cho năng lượng ngày càng tăng, đồng thời các doanh nghiệp cũng gặp nhiều

khó khăn trong việc đảm bảo đáp ứng các nguồn năng lượng phục vụ cho những mục
tiêu tăng trưởng và phát triển.
Do đó chúng ta cần có phương pháp giám sát và quản lý nhằm sử dụng hiệu quả
nguồn năng lượng, hạn chế về mức thấp nhất các tổn thất và lãng phí trước khi chúng ta
bước thêm bước tái sử dụng một cách tối ưu và tìm kiếm các nguồn năng lượng mới,
năng lượng tái tạo hay năng lượng thay thế
Kinh tế phát triển, đời sống của người dân dần được cải thiện về nhiều mặt, vậy
nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng trong đời sống. Hệ thống điều hòa khơng
khí chiếm tỉ trọng tiêu thụ điện năng lớn vì vậy việc nghiên cứu tiết kiệm năng lượng
trong hệ thống điều khí đóng vai trị thiết yếu, các hãng điều hịa lớn khơng ngừng đẩy
mạnh việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới vào hệ thống nhằm nâng cao chất lượng
hệ thống điều hịa khơng khí và tiết kiệm năng lượng. Ở đề tài này tác giả đã nghiên cứu
quá lạnh trong hệ thống lạnh nhằm nâng cao hệ số làm lạnh COP trung bình khi quá lạnh
10C thì COP của hai môi chất R32 và R410A tăng lên trung bình 1% từ đó ta nâng cao
được hệ số làm lạnh và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh.
Trong đề tài này tính tốn cụ thể từ lý thuyết cho đến chế tạo mơ hình thực
nghiệm cho hai mơi chất lạnh mới hiện nay đó là R32 và R410A hai mơi chất này có tính
chất hóa học tương đồng nhau nhưng cơng nén và tính chất vận hành bảo trì bảo dưỡng
khác nhau hồn tồn.
Vì vậy đề tài này đóng góp những kiến thức rất cần thiết cho sinh viên ngành
Nhiệt để nghiên cứu sâu hơn về việc tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh, giúp cho
các kỹ thuật viên vận hành bảo trì, bảo dưỡng hệ thống lạnh am hiểu hơn về hai loại môi
chất này.
Hiện tại các nước phát triển đã nghiên cứu và ứng dụng sâu rộng hai loại môi chất
mới này vào hầu hết tất cả các hệ thống lạnh hiện nay vì hai mơi chất này có tính nhiệt
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-2-

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
động rất tốt và cơ bản nhất là thân thiện với môi trường, không làm hỏng tầng O3. Các
môi lạnh cũ như R22 trên thế giới đã cấm dùng nhưng riêng nước ta và các nước có kinh
tế cịn chậm phát triển vẫn dùng đến 2040 thì sẽ cấm hồn tồn và thay vào đó là dùng
hai loại môi chất mới là R32 và R410A.
Trong hệ thống lạnh việc quá lạnh và quá nhiệt không phải là những vấn đề mới
nhưng được nghiên cứu tính tốn so sánh cho hai môi chất mới này là chưa nhiều tác giả
nghiên cứu, riêng ở Việt Nam thì càng mới, nên đề tài này hi vọng sẽ góp phần nhỏ trong
khối kiến thức khổng lồ của nhân loại về chuyên ngành Nhiệt máy lạnh.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-3-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuyết về điều hịa khơng khí đã phát triển từ rất lâu nhưng mãi đến đầu thế kỷ
XIX mới phát triển và dần dần hoàn thiện phát triển mạnh mẽ kể từ sau thế chiến thứ 2.
Hiện nay điều tiết không khí đóng vai trị rất quan trọng trong kỹ thuật và đời sống trên
thế giới. Đặc biệt đối với khí hậu nóng ẩm của Việt Nam chúng ta thì kỹ thuật điều tiết
khơng khí càng có vai trị quan trọng trong đời sống và khoa học kỹ thuật.
1.1 Tổng quan về quá lạnh – quá nhiệt hệ thống điều hòa khơng khí
1.1.1 Ngồi nước
Vấn đề q lạnh và q nhiệt được các tác giả trên thế giới nghiên cứu và phân tích
các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm lạnh của hệ thống. Đầu tiên năm 1975 Reistad
người Mỹ mở đầu cho việc nghiên cứu lợi dụng năng lượng hữu ích [1], sau này rất
nhiều tác giả trên thế giới cũng nghiên cứu phân tích đối với năng lượng và năng lượng

hữu ích. Các nhà nghiên cứu kết hợp với các chuyên gia để thực hiện ứng dụng năng
lượng hữu ích này, đồng thời thành lập những bộ phận chun nghiên cứu ứng dụng q
trình nhiệt động. Ví dụ như Jaber và nhiều tác giả khác vận động và thành lập các bộ
phần phân tích và ứng dụng năng lượng [2]. Dincer ...thành lập bộ phận lợi dụng năng
lượng hữu ích vào thực tế ở Saudi Arabia [3].
Vào năm 1902 hệ thống điều hịa khơng khí hiện đại đầu tiên được phát triển bởi
một kỹ sư trẻ tên là Willis Haviland Carrier. Ban đầu hệ thống được thiết kế để làm giảm
độ ẩm của khơng khí trong xưởng in của một cơng ty bằng cách thổi khơng khí qua ống
ướp lạnh. Khơng khí được làm mát khi nó đi qua các đường ống lạnh hơi ẩm trong
khơng khí bị làm lạnh và ngưng tụ lại thành nước ngưng và dễ dàng lấy ra ngồi lúc này
khơng khí trở lên khơ hơn. Q trình làm giảm độ ẩm trong nhà máy đã tạo ra một lợi
ích phụ là giảm nhiệt độ khơng khí và một cơng nghệ mới đã được sinh ra. Đó là cơng
nghệ điều hịa khơng khí.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-4-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
1.1.2 Trong nước
Chưa tìm thấy các tác giả khác đăng bài ngoại trừ bài của chính tác giả Hồng
Thành Đạt (2017), Tính tốn phân tích q trình q lạnh đối với hệ thống lạnh, tạp chí
khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11(120)2017 – quyển 2; Hoàng Thành Đạt và
Hồ Trần Anh Ngọc đăng trong hội nghị khoa học toàn quốc được tổ chức tại Đại học
Bách Khoa Đại học Đà Nẵng.
Điều hịa khơng khí ngày nay hầu như có mặt trên tất cả các hộ gia đình và các tịa
nhà cao tầng từ những hệ thống điều hịa cơng suất lớn như hệ thống điều hòa trung tâm
water chiller, VRV cho đến các hệ thống điều hịa khơng khí hai mảnh nhỏ gọn phục vụ
cho các căn hộ và gia đình ở khắp mọi nơi trên thế giới có chức năng điều tiết khơng khí

về mặt nhiệt độ, độ ẩm và độ trong sạch của khơng khí phù hợp với nhu cầu sản xuất và
cuộc sống của con người.
1.2 Hệ thống điều hòa khơng khí trung tâm
Là hệ thống mà khâu khơng khí được xử lý về nhiệt độ và độ ẩm tại một trung
tâm (AHU, OHU) sau đó được dẫn theo hệ thống kênh dẫn gió đến các hộ tiêu thụ gọi là
hệ thống điều hoà trung tâm. Hệ thống điều hoà trung tâm có thể làm lạnh nước ở nhiệt
độ thấp thích hợp sau đó được bơm nước lạnh đến các FCU để trao đổi nhiệt làm lạnh
khơng khí tại các hộ tiêu thụ.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-5-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Hình 1.1. Dàn trao đổi nhiệt của AHU
Hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm có cơng suất lớn thích hợp cho các tịa nhà có
khơng gian lắp đặt lớn. Đối với hệ thống điều hòa trung tâm do xử lý nhiệt ẩm tại một
nơi duy nhất nên chỉ thích hợp cho các phịng lớn, đơng người.

Hình 1.2. Cụm máy nén trục vít và bình ngưng tụ nằm ngang

Hình 1.3. Bơm dẫn nước lạnh hệ điều hịa trung tâm Water Chiller
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hồng Thành Đạt

-6-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Đối với các tòa nhà làm việc, khách sạn, công sở .. là các đối tượng có nhiều phịng

nhỏ với các chế độ hoạt động khác nhau, khơng gian lắp đặt bé, tính đồng thời làm việc
khơng cao thì hệ thống này khơng thích hợp.
1.3 Hệ Thống điều hịa khơng khí hai mảnh
Hệ thống điều hịa khơng khí hai mảnh thơng thường thì chỉ có một dàn nóng và
một dàn lạnh, hai dàn này được kết nối với nhau qua hệ thống ống đồng, dàn lạnh được
đặt trong phòng theo nhu cầu sử dụng, còn dàn nóng thì đặt ở ngồi trời để tỏa nhiệt ra
mơi trường xung quanh. Cơng suất của loại điều hịa này không cao thông thường từ
9000 BTU/h cho đến 36000 BTU/h, nguyên lý hoạt động và cấu tạo được thể hiện hình
sau:

Hình 1.4. Ngun lý cấu tạo của máy điều hịa hai mảnh

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-7-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Các nhãn hiệu điều hòa hiện nay được dung phổ biến tại Việt Nam cũng trên thế
giới như Carrier, Toshiba, Panasonic, Daikin, LG, Mitsubishi, Electrolux… Sau đây một
số hình ảnh về dây chuyền chế tạo máy điều hịa khơng khí Daikin:

Hình 1.5. Dây chuyền sản xuất máy điều hịa hai mảnh
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hồng Thành Đạt

-8-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
1.4 Quá lạnh – quá nhiệt trong hệ thống lạnh

1.4.1 Quá lạnh trong hệ thống lạnh
Điều hịa khơng khí tiêu hao năng lượng rất lớn trong các cơng trình kiến trúc chiếm
gần 60% [4] , chính yếu là các hệ thống điều hòa lớn như hệ thống điều hòa trung tâm
water chiller. Như vậy chủ yếu chúng ta điều chỉnh tổ hợp hệ thống tổ hợp máy điều hòa,
độ chênh nguồn nhiệt cao thấp tương đối lớn ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống lạnh.
Đồng thời để đáp ứng được phụ tải nhiệt thì máy nén phải thường xuyên hoạt động trong
điều kiện phụ tải nhiệt lớn, tiêu hao năng lượng lớn đồng thời hệ thống làm việc trong
điều kiện nặng nề. Vì vậy việc giảm độ chênh nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh
cụ thể giảm nhiệt độ của môi chất cao áp sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ bằng phương
pháp quá lạnh sẽ đem lại kết quả là nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh [5].

Hình 1.6. Sơ đồ ngun lý hệ thống lạnh khơng có q lạnh
Những năm gần đây, trong nước và ngồi nước đã có rất nhiều cơng trình nghiên
cứu đối với hệ thống lạnh nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống lạnh. Kỹ thuật quá lạnh
đã được ứng dụng khá phổ biến ở nhiệt độ trung bình và thấp nhằm tiết kiệm năng lượng
cho hệ thống lạnh. Một số phương pháp thường dùng để quá lạnh như sau: Dùng nhiệt
độ môi trường để quá lạnh, trao đổi nhiệt với đường hút về máy nén để tiến hành quá
lạnh, cải tạo hệ thống bằng cách tăng thêm bộ phận trao đổi nhiệt để quá lạnh, dùng thiết
bị trao đổi nhiệt để quá lạnh [6-8]. Một số kết quả và kết luận quan trọng đã được đưa ra
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

-9-


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
nâng cao được hiệu suất của hệ thống lạnh, đạt được hiệu quả cao của việc tiết kiệm
năng lượng.
Có một số thiết bị do thiết kế diện tích trao đổi nhiệt thiếu nên mơi chất ngưng tụ
khơng hồn tồn dẫn đến làm tổn thất tiết lưu như hệ thống lạnh.
Ở nội dụng này chủ yếu nghiên cứu dùng môi chất lạnh R32 và R410A cho hệ

thống lạnh, dùng thiết bị q lạnh, tiến hành tính tốn phân tích lý thuyết và thực
nghiệm. Đưa ra được kết quả tính tốn và các thơng số ảnh hưởng đến hệ số làm lạnh
của hệ thống lạnh.
1.4.2 Quá nhiệt trong hệ thống lạnh
Hơi của môi chất lạnh được nhận nhiệt hóa hơi tại thiết bị sinh hơi thơng qua
đường ống hút để đến máy nén, trên đường hút về máy nén thì bị quá nhiệt, độ quá nhiệt
này ảnh hường đến hệ số làm lạnh, công tiêu tốn và nhiệt độ cuối tầm nén của hệ thống
như thế nào thì cần phải tính tốn và phân tính cụ thể, những lợi ích và tác hại của việc
quá nhiệt đối với mơi chất Freon nói chung và mơi chất mới nói riêng như R32 và
R410A nhằm nâng cao hệ số làm lạnh của chu trình và đảm bảo tính an tồn của hệ
thống.

Hình 1.7. Quá nhiệt thu hồi nhiệt

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 10 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Lợi ích của việc quá nhiệt là khi môi chất được hút về máy nén để thực hiện quá
trình nén đoạn nhiệt tại máy nén thì môi chất tiếp tục nhận nhiệt từ môi trường xung
quanh và nhiệt độ trên đường hút về máy nén, nhiệt độ của máy nén nên mơi chất cịn ở
các dạng giọt ẩm nhận nhiệt bay hơi và trở thành hơi quá nhiệt hỗ trợ đắc lực cho thiết bị
bay hơi khi bay hơi không kịp, đồng thời đảm bảo hơi hút về máy nén hồn tồn là hơi
khơng cịn lỏng để đảm bảo máy nén khơng bị thủy kích khi làm việc nâng cao độ an
toàn của máy nén và của tồn hệ thống.
1.5 Mơi chất lạnh R32 và R410A
1.5.1 Môi chất lạnh R32
Môi chất lạnh R32 (Difluoromethane), công thức hóa học CH 2F2 cịn được gọi là

HFC-32, là một hợp chất hữu cơ giống dihalogenoalkane. Cơng thức hóa học CH 2F2.
Môi chất lạnh R32 không độc hại, ODP bằng 0, GWP gấp 675 lần so với carbon dioxide,
dựa trên khung thời gian 100 năm, nó được sử dụng trong các hệ thống lạnh - bơm
nhiệt, có hiệu suất nhiệt tuyệt vời. Học giả Fujino và cộng sự [9] đã phân tích các đặc
tính truyền nhiệt của R32 trong ống nằm ngang. Kết quả cho thấy, so với R22, hệ số
truyền nhiệt của R32 trong quá trình bay hơi của ống trơn tăng 50% và quá trình ngưng
tụ tăng 40%. Tài liệu [10] phân tích cụ thể hiệu quả giảm phát thải và lợi ích tiết kiệm
năng lượng của R32 thay thế R22 trong điều hịa khơng khí gia đình, thương mại và so
sánh với R410A, R290, R161 v.v.

Hình 1.8. Gas lạnh R32
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 11 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Đặc tính vật lý nhiệt, hiệu suất nhiệt, đặc tính bảo vệ mơi trường, an tồn, tính sẵn
có của thị trường v.v. So với R1234yf, R410A và R290, tất cả đều tin rằng R32 là một
chất làm lạnh thay thế đầy hứa hẹn. Daikin [11] đã thực hiện các tính tốn mơ phỏng và
so sánh thử nghiệm của R32 và R22 vào đầu năm 1995. Kết quả cho thấy rằng COP của
hệ thống R32 tăng khoảng 4,1% so với hệ thống R22.

Hình 1.9. Đồ thị T-h của mơi chất R32

Hình 1.10. Đồ thị T-s của mơi chất R32
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 12 -

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

Hình 1.11. Đồ thị p-v của mơi chất R32
1.5.2 Mơi chất lạnh R410A
Gas R410A

Hình 1.12. Gas lạnh R32
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 13 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Mơi chất lạnh R410A có cơng thức hóa học là: CH 2F2/CHF2CF2 là hỗn hợp đồng sôi
50% của R32 và 50% của R125 được biểu thị dưới bản sau đây:
R32

R410A

CH2F2

CH2F2/CHF2CF2

Thành phần

Gas đơn chất

Tỉ lệ 50:50; R32:R125

Nhiệt độ sôi

-51,70C

-51,70C

0

0

675

2090

Hơi dễ cháy A2L

Không gây cháy A1

0

0

Công thức

Chỉ số hủy tầng Ozone (ODP)
Chỉ số hiệu ứng nhà kính
(GWP)
Tính chất cháy
Tính độc hại

Gas R410A được nghiên cứu để thay thế gas lạnh cũ là R22, gas R410A làm việc
với áp suất cao hơn khoảng 60% gas R22. R410A khó cháy hơn các loại gas trước đó,
tính độc hại cũng ít hơi nên mức độ an toàn khi sử dụng R410A hơn nhiều.
Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và Enthalpy, Entropy của mơi chất R410A

Hình 1.13. Đồ thị T-h của mơi chất R410A

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hồng Thành Đạt

- 14 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

Hình 1.14. Đồ thị T-h của mơi chất R410A

Hình 1.15. Đồ thị p-v của mơi chất R410A
1.6 Kết luận
Hai loại môi chất lạnh mới trên đáp ứng được các yêu cầu về môi chất lạnh, về yêu cầu
kỹ thuật và môi trường. Hai môi chất này đã được cả thế giới tin dùng. Mỗi loại gas có cơng
thức hóa học khác nhau nhưng một điều cần phân biệt rõ là R32 là đơn chất còn R410A là hỗn
hộp đồng sôi 50:50 của R32 và R125.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 15 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

CHƯƠNG 2
TÍNH TỐN LÝ THUYẾT VỀ QUÁ LẠNH – QUÁ NHIỆT
TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Đối với hệ thống lạnh việc tính tốn nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số
làm lạnh COP đóng vai trị quan trọng, các yếu tố nào ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp
đến hệ số làm lạnh, mức độ ảnh hưởng bao nhiêu phần trăm sẽ được tính tốn phân tích
cụ thể ở chương này như mức độ quá lạnh, độ quá lạnh ảnh hưởng như thế nào? ảnh
hưởng bao nhiêu? khi q lạnh và khơng q lạnh thì hệ số COP của hệ thống thay đổi
bao nhiêu? Tương tự như vậy đối với yếu tố quá nhiệt và không quá nhiệt.
2.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý làm việc, đồ thị và tính tốn cho hệ thống khi khơng
q lạnh và quá nhiệt
2.1.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý làm việc, đồ thị và tính tốn cho hệ thống khi
không quá lạnh
a) Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh khi không quá lạnh
Trên sơ đồ nguyên lý thể hiện: I- máy nén lạnh; II- thiết bị ngưng tụ; III- tiết lưu;
IV- thiết bị bay hơi

4
2
II

III

I

5
IV

1

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống khi không quá lạnh
b) Nguyên lý làm việc hệ thống
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 16 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Hơi mơi chất bão hịa ẩm sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi (IV) ở trạng thái áp suất
và nhiệt độ thấp được máy nén lạnh hút về máy nén và được nén đoạn nhiệt lên áp suất
và nhiệt độ cao trở thành hơi quá nhiệt được đưa vào thiết bị ngưng tụ, tại thiết bị ngưng
tụ môi chất được làm mát nhờ môi trường làm mát (nước hoặc khơng khí) ngưng tụ
thành lỏng cao áp, lỏng cao áp ra khỏi thiết bị bay hơi tiếp tục đi vào van tiết lưu (III).
Quá trình tiết lưu diễn ra, áp suất và nhiệt độ giảm xuống đến trạng thái tại thiết bị bay
hơi, lỏng hạ áp được đưa vào thiết bị bay hơi, tại đây môi chất nhận nhiệt của môi trường
làm lạnh bay hơi và được hút về máy nén tiếp tục chu trình làm lạnh.
c) Đồ thị lgp-h và T-s
Hình 2.2 biểu diễn các quá trình nhiệt động trên đồ thị lgp-h và T-s bao gồm các
quá trình sau:
1-2: Nén đoạn nhiệt tại máy nén
2-3-4: Ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt hơi môi chất tại thiết bị ngưng tụ
4-5: Tiết lưu tại thiết bị tiết lưu
5-1: Bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt tại thiết bị bay hơi

l gp

T
4
5

3

2

1

h
Hình 2.2. Đồ thị lgp-h

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 17 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019

T
3

4

2

Tk

1

5

2

3

To

1
s

h
Hình 2.3. Đồ thị T-s
d) Tính tốn chu trình khi khơng q lạnh
Đơn vị khối lượng lạnh riêng
, kJ/kg

(1)

Trong đó:
h1: Entanpi của hơi bão hịa trước khi hút về máy nén, kJ/kg
h5: Entanpi của lỏng cao áp sau khi quá lạnh, kJ/kg
Đơn vị khối lượng lạnh thể tích
, kJ/kg

(2)

Trong đó:
v1: Thể tích riêng tại điểm 1, m3/kg
Cơng lý thuyết
, kJ/kg

(3)

Trong đó:
h2: Entanpi của hơi q nhiệt ra khỏi máy nén, kJ/kg
Công chỉ thị
Wi  W0 / i

(4)

Trong đó:
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hồng Thành Đạt

- 18 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
: Hiệu suất chỉ thị của máy nén
Phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ
, kJ/kg

(5)

Trong đó:
h4: Entanpi của lỏng cao áp, kJ/kg
Hệ số làm lạnh của chu trình khơng q lạnh COP0
(6)

2.1.2 Sơ đồ ngun lý, ngun lý làm việc, đồ thị và tính tốn hệ thống khi quá lạnh
a) Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh khi quá lạnh
Trên hình 2.3 thể hiện: I- máy nén lạnh; II- thiết bị ngưng tụ; III- thiết bị quá lạnh;
IV- thiết bị bay hơi

4

2
II

III
I
4'
5

IV

1

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống khi quá lạnh
b) Nguyên lý làm việc hệ thống
Nguyên lý làm việc của hệ thống có quá lạnh cơ bản cũng y như hệ thống không
quá lạnh nhưng chỉ khác biệt ở chỗ là lỏng cao áp sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ trước
khi đi vào tiết lưu thì được quá lạnh tại thiết bị (III) giảm nhiệt độ nhưng áp suất không
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 19 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
thay đổi. Quá trình giảm nhiệt độ này được thực hiện thông qua nhiều cách đã trình bày
ở chương 1.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hồng Thành Đạt

- 20 -


0

Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
c) Đồ thị lgp-h và T-s

T

l gp

4' 4
5' 5

P0 T0

4
4'

3 2

Pk Tk
1

5
h

Hình 2.5. Đồ thị lgp-h

T
3 2

Pk Tk
T0

4
4'

Tk

5' 5

1

To

2
3

1
s

h
Hình 2.6. Đồ thị T-s

Hình 2.5, 2.6 biểu diễn các quá trình nhiệt động trên đồ thị lgp-h và T-s bao gồm
các quá trình sau:
1-2: Nén đoạn nhiệt tại máy nén
2-3-4: Ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt hơi môi chất tại thiết bị ngưng tụ

4-4’: Quá lạnh tại thiết bị quá lạnh

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 21 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
4-5: Tiết lưu tại thiết bị tiết lưu
4’-5’: Tiết lưu tại thiết bị tiết lưu
5-1: Bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt tại thiết bị bay hơi
d) Tính tốn chu trình khi q lạnh
Đơn vị khối lượng lạnh riêng
(7)
Trong đó:
h1: Entanpi của hơi bão hịa trước khi hút về máy nén, kJ/kg
h4’: Entanpi của lỏng cao áp sau khi quá lạnh, kJ/kg
h5’: Entanpi của lỏng sau khi tiết lưu từ trạng thái 4’ đến 5’, kJ/kg
Đơn vị khối lượng lạnh thể tích
(8)
Trong đó:
v1: Thể tích riêng tại điểm 1, m3/kg
Công lý thuyết
Wsub  W0  h2  h1

(9)

Trong đó:
Wsub: Cơng thực hiện chu trình khi có q lạnh, kJ/kg
W0: Cơng thực hiện chu trình khi khơng q lạnh, kJ/kg

Cơng chỉ thị
Wi  W0 / i

(10)

Trong đó:
: Hiệu suất chỉ thị của máy nén
Đơn vị phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ
qk -sub   h2  h4  +  h4  h4’ 

(11)

Trong đó:
h4: Entanpi của lỏng cao áp trước khi quá lạnh, kJ/kg
Đơn vị phụ tải nhiệt ở thiết bị quá lạnh

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 22 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
(12)
Hệ số làm lạnh của chu trình khơng q lạnh COP0
(13)
Hệ số làm lạnh của chu trình có q lạnh COPsub
COPsub 

q0-sub h1  h5'  h1  h5  +  h5  h5' 


=
W0
h2  h1
h2  h1

=COP0 

h5  h5'
h2  h1

COPi chỉ thị:

(14)
(15)

So với chu trình khơng q lạnh thì chu trình có quá lạnh lượng làm lạnh tăng lên:
, COP tăng lên

(16)

Trong đó:
m0: Lượng mơi chất tuần hồn trong hệ thống, kg/s
2.1.3 Tính tốn và phân tích kết quả khi q lạnh đối với R32 và 410A
Tính cho mơi chất lạnh thường dùng trong hệ điều hịa khơng khí R32, R410A. Để
thuận tiện cho việc tính tốn ta giả định:
Hệ thống hoạt động với các thông số ổn định;
Nhiệt độ ngưng tụ được chọn trong khoảng 40~50℃, nhiệt độ bay hơi trong
khoảng -5~5℃;
Khơng tính tổn thất nhiệt, tổn thất lưu động và tổn thất trao đổi nhiệt với môi
trường trên đường ống;

Hiệu suất làm việc của máy nén là 0,8.
2.1.3.1 Độ quá lạnh ảnh hưởng đến hệ thống khi nhiệt độ ngưng tụ thay đổi
a) Độ quá lạnh ảnh hưởng đến qo-sub với nhiệt độ bay hơi t0 = 5℃, nhiệt độ ngưng tụ
tk = 40℃.
Hình 2.7 thể hiện mối quan hệ giữa độ quá lạnh và năng suất lạnh riêng. Mơi chất
R32 có năng suất lạnh riêng lớn hơn mơi Chất R410A, khi độ quá lạnh tăng lên 20 ℃ thì
cả hai mơi chất R32, R410A có q o-sub tăng lên tương ứng 16,4% và 21,5%. Như vậy, khi
Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 23 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
độ quá nhiệt tăng lên thì cả hai mơi chất đều tăng lên nhưng R410A có độ tăng lên nhanh
hơn R32 là 5,1%.

Hình 2.7. Ảnh hưởng độ quá lạnh đến qo-sub
b) Độ quá lạnh ảnh hưởng đến Wsub với nhiệt độ bay hơi t0 = 5℃, nhiệt độ ngưng tụ
tk = 40℃.
Hình 2.8 thể hiện mối quan hệ giữa độ quá lạnh và công nén riêng chu trình. Mơi
chất R32 có cơng nén lớn mơi chất R410A, lớn hơn 31.4%. Khi độ quá lạnh tăng lên thì
cả hai mơi chất R32, R410A có Wsub khơng thay đổi.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 24 -


Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019
Hình 2.8. Ảnh hưởng độ quá lạnh đến Wsub

c) Độ quá lạnh ảnh hưởng đến COPsub Với nhiệt độ bay hơi t0 = 5℃, nhiệt độ
ngưng tụ tk = 40℃.
Hình 2.9 thể hiện mối quan hệ giữa độ quá lạnh và hệ số làm lạnh của chu trình
COPsub. Khi khơng có q lạnh thì R32 có hệ số làm lạnh lớn hơn R410A. Khi độ quá
lạnh tăng lên 20℃ thì cả hai mơi chất R32, R410A có COPsub tăng lên tương ứng
16,41% và 21,57%. Như vậy, khi độ q lạnh tăng lên thì cả hai mơi chất đều tăng lên
nhưng R410A có độ tăng nhanh hơn R32 là 5,16%.

Hình 2.9. Ảnh hưởng độ quá lạnh đến COPsub
2.1.3.2 Độ quá lạnh ảnh hưởng đến hệ thống khi nhiệt độ bay hơi thay đổi
a) Độ quá lạnh ảnh hưởng đến qo-sub Với nhiệt độ bay hơi t0 = -5℃, nhiệt độ ngưng
tụ tk = 45℃
Hình 2.10 thể hiện mối quan hệ giữa độ quá lạnh và năng suất lạnh riêng. Mơi chất
R32 có năng suất lạnh riêng lớn hơn môi chất R410A, lớn hơn 53,01%. Khi độ quá lạnh
tăng lên 20℃ thì cả hai mơi chất R32, R410A có qo-sub tăng lên tương ứng 17,5% và
24,15%. Như vậy, khi độ q tăng lên thì cả hai mơi chất đều tăng lên nhưng R410A có
độ tăng lên nhanh hơn R32 là 6,65%.

Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thành Đạt

- 25 -