Nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động và khả năng ứng dụng của một số HFO trong lĩnh vực điều hòa không khí tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN THỊ THU HƯỜNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ HFO
TRONG LĨNH VỰC ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ

Ngành: Kỹ thuật Nhiệt
Mã số: 9520115

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

Hà Nội – 2021


Cơng trình được hồn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lại Ngọc Anh

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, các nhà khoa học và các quốc gia trên thế giới đang nghiên cứu và thực hiện các chương trình
hành động cụ thể nhằm giảm thiểu và ứng phó với các tác đợng của biến đởi khí hậu. Mục tiêu chính là cải thiện
chất lượng bảo vệ môi trường, tiến tới phát triển bền vững. Trong đó, hướng giảm thiểu các nguyên nhân gây
ra biến đổi khí hậu được quan tâm hàng đầu. Khi tìm ra các nguyên nhân và có biện pháp, hành động cụ thể thì
vấn đề chất lượng môi trường mới được cải thiện triệt để. Theo đánh giá khoa học của Ủy ban liên chính phủ
về biến đổi khí hậu (IPCC) năm 2014 [1], các khí nhà kính Flo hóa (khí F) chiếm khoảng 2 % ngun nhân gây
hiện tượng nóng lên toàn cầu. Nguồn phát thải khí F chủ yếu từ con người tạo ra và sử dụng trong các ứng dụng
dân dụng và công nghiệp. Khí F bao gồm hydrofluorocarbon HFCs (91 %), perfluorocarbon PFCs (6 %) và lưu
huỳnh hexafluoride SF6 (3 %) [2]. Trong khi đó, các chất HFCs lại là loại môi chất được ứng dụng nhiều trong
ngành lạnh và điều hịa khơng khí (ĐHKK) chiếm đến 86 % lượng sử dụng HFC (tính theo đơn vị CO2 tương
đương GWP) theo thống kê năm 2012 [3]. Nếu giảm thiểu được nguyên nhân này thì sẽ góp phần quan trọng
trong tiến trình bảo vệ môi trường của thế giới.
Nhu cầu sử dụng môi chất lạnh (MCL) cho các hệ thống máy lạnh rất lớn và không ngừng tăng theo thời gian.
Để đáp ứng được các nhu cầu phát triển của ngành mà không ảnh hưởng tới môi trường, việc giảm thiểu sử dụng
các môi chất HFCs có chỉ số tiềm năng làm nóng trái đất (GWP) cao đã trở thành một vấn đề quan trọng trong
chiến lược phát triển của ngành. Thực tế cho thấy cách sử dụng MCL thân thiện với môi trường thay thế cho các
môi chất hiện dùng luôn được ưu tiên, đặc biệt là các môi chất có hiệu suất biến đổi năng lượng cao. Vì vậy, việc
tìm MCL thay thế tiềm năng đã và đang được quan tâm. Đây là cách phát triển bền vững. MCL phù hợp vừa có
khả năng giảm thiểu ô nhiễm đến môi trường vừa có khả năng nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng.
Trong các ứng dụng về lạnh và ĐHKK, ĐHKK đóng một vai trò rất quan trọng cả trong lĩnh vực tiện nghi
phục vụ cho con người và trong lĩnh vực công nghệ phục vụ cho quá trình sản xuất. Nhu cầu điều hịa tiện nghi
hay cơng nghệ ngày mợt tăng lên, tương ứng với lượng MCL sử dụng trong các hệ thống này cũng tăng theo nhanh
chóng. Hiện nay, phần lớn các máy lạnh và ĐHKK sử dụng môi chất R22, R134a và R410A (hỗn hợp của R32 và
R125). Trong đó, R22 là chất HCFC đã bị cấm sử dụng ở các nước phát triển và đang được sử dụng trong thời

gian quá độ ở các nước đang phát triển. R134a là chất thuộc nhóm HFC không phá hủy tầng ô-dôn. Tuy nhiên, do
R134a có chỉ số làm nóng địa cầu cao (GWP = 1430) [4], nên đang được các nước phát triển nghiên cứu thay thế
hoặc cấm sử dụng. Lượng tiêu thụ R134a toàn cầu là 28 % theo thống kê năm 2012 [3]. R125 trong hỗn hợp
R410A có chỉ số GWP cao, bằng 3500 [4]. Lượng tiêu thụ R125 cũng rất lớn, 43 % [3]. Cộng đồng Châu Âu đã
đưa ra pháp lệnh và hướng dẫn cấm sử dụng các loại môi chất có chỉ số GWP lớn hơn 150 ở các loại ô tô mới
được sản suất từ năm 2011 và cấm trên tất cả các loại ô tô từ năm 2017 [5]. Ở Việt Nam, Bộ tài nguyên và môi
trường đã ra quyết định số 1888/QĐ-BTNMT [6] với các mục tiêu chi tiết nhằm đảm bảo lộ trình loại bỏ hoàn
toàn tiêu thụ các chất HCFC theo quy định của nghị định thư Montreal. Mục tiêu cụ thể là: Việt Nam tuân thủ
nghĩa vụ giảm 35 % mức tiêu thụ cơ sở các chất HCFC từ năm 2020 đến 2024; loại bỏ 1000 tấn HCFC-22 sử dụng
trong lĩnh vực làm lạnh và ĐHKK gia dụng, lĩnh vực làm lạnh, sản xuất xốp XPS. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm
kiếm, đánh giá các loại MCL thân thiện môi trường thay thế trong các hệ thống ĐHKK là rất cần thiết.
Bên cạnh lượng MCL HFCs, HCFCs sử dụng trong hệ thống ĐHKK tăng lên thì việc tiêu thụ năng lượng
cho các hệ thống này cũng là một vấn đề lớn. Lượng điện tiêu thụ trong các tòa nhà phục vụ cho hệ thống lạnh
chiếm tới 50 % tổng lượng điện tiêu thụ, và chiếm tới 20 % năng lượng tiêu thụ của một quốc gia [7]. Do đó,
nếu hiệu suất biến đổi năng lượng của các hệ thống này tăng lên sẽ góp phần giảm thiểu năng lượng tiêu thụ, từ
đó gián tiếp góp phần giảm phát thải CO2.
Chính vì vậy, khi nghiên cứu, tìm kiếm môi chất lạnh thay thế, tiêu chí quan trọng là các môi chất này phải
có hiệu suất biến đổi năng lượng cao để gián tiếp góp phần giảm phát thải CO2, không ảnh hưởng tới sức khỏe
của con người, đồng thời, thân thiện với môi trường. Hiệu suất biến đổi năng lượng của các môi chất thay thế
cho một hệ thống phải tương đương, hoặc cao hơn so với loại môi chất đang dùng trong hệ thống đó. Tiêu chí
không ảnh hưởng tới môi trường được đánh giá qua các chỉ số tiềm năng suy giảm tầng ô-dôn (ODP) và chỉ số
tiềm năng làm nóng trái đất GWP. Các chỉ số này càng thấp càng ít ảnh hưởng tới môi trường. Trong các dịng
mơi chất đang được quan tâm nghiên cứu (thế hệ MCL thứ tư) như các HFCs, HFOs, HFs, các môi chất lạnh tự
nhiên (Hydrocarbons, CO2, NH3,…) thì Hydrofluoro-olefin (HFO) là mợt trong các dịng mơi chất tiềm năng
nhất. Dịng mơi chất này thỏa mãn các tiêu chí là môi chất lạnh thay thế bền vững (có chỉ số ODP bằng 0, chỉ
số GWP thấp và có một số tính chất nhiệt động phù hợp) nên được đánh giá cao và giới khoa học đặc biệt quan
tâm. Đồng thời, các chất HFO cũng được liệt kê trong các văn bản pháp luật liên quan đến các ứng viên MCL
thay thế. Tuy nhiên, để đánh giá khả năng sử dụng và hiệu quả sử dụng của môi chất trong hệ thống như thế nào
thì nhất thiết phải có một bộ số liệu nhiệt động đầy đủ, chi tiết và chính xác.
1

Từ những phân tích trên cho thấy hướng nghiên cứu các MCL thay thế tiềm năng cho các MCL hiện dùng
trong các hệ thống lạnh và điều hồ khơng khí để giảm thiểu được ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả biến
đổi năng lượng là hướng nghiên cứu cần thiết. Vì vậy, với mong muốn nghiên cứu MCL thay thế tiềm năng phù
hợp sử dụng trong lĩnh vực ĐHKK, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động và khả
năng ứng dụng của một số HFO trong lĩnh vực điều hịa khơng khí”.

2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu MCL thay thế tiềm năng thuộc thế hệ MCL thứ 4 để thay thế cho các MCL hiện dùng trong các
hệ thống ĐHKK thỏa mãn các tiêu chí giảm thiểu ô nhiễm môi trường và/hoặc nâng cao hiệu quả làm lạnh.

3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về thế hệ các MCL, các văn bản quy phạm pháp luật liên quan đến hướng phát triển của
MCL, các hướng nghiên cứu của môi chất. Lựa chọn chất nghiên cứu trong luận án là dòng môi chất HFO:
R1234ze(Z), R1243zf, R1234yf, R1234ze(E).
- Nghiên cứu lý thuyết mô hình tương tác phân tử và phương pháp xác định các đại lượng đặc trưng của phân
tử trong mô hình tương tác phân tử. Nghiên cứu xác định các đại lượng đặc trưng của phân tử trong mô hình
tương tác phân tử để xác định bộ số liệu nhiệt động và thông số năng lượng của các chất R1234ze(Z) và R1243zf.
- Nghiên cứu và đề xuất phương pháp và quy trình lựa chọn, đánh giá và tìm kiếm môi chất lạnh thay thế cho
môi chất hiện đang được sử dụng trong hệ thống điều hồ khơng khí khơng thân thiện môi trường và/hoặc có
hiệu quả biến đổi năng lượng không cao.
- Nghiên cứu lý thuyết đánh giá hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình lạnh sử dụng các MCL tiềm năng:
R1234ze(Z), R1243zf, R1234ze(E), R1234yf và một số môi chất truyền thống R134a, R245fa, R152a, R22, R32.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu của luận án là một số MCL thay thế tiềm năng dòng HFO ứng dụng
trong lĩnh vực ĐHKK có tính chất nhiệt động tốt, không ảnh hưởng đến con người và môi trường sống.
- Phạm vi nghiên cứu: Để có thể đánh giá được khả năng ứng dụng của các mơi chất này thì cần có mợt cơ sở dữ
liệu nhiệt đợng đầy đủ, chính xác của mơi chất. Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung cho 04 nội dung bao gồm:

(1) Nghiên cứu một số mơi chất lạnh HydroFluorOlefine(HFO) có ODP = 0 và có chỉ số GWP thấp. Cụ thể là
các môi chất R1234ze(E), R1234ze(Z), R1243zf, R1234yf.
(2) Xác định bộ số liệu nhiệt động cho các chất chưa có bộ số liệu nhiệt động chính xác (R1234ze(Z) và
R1243zf) theo cơ sở lý thuyết của mô hình tương tác phân tử.
(3) Nghiên cứu lý thuyết đánh giá tiềm năng sử dụng 4 MCL tḥc dịng HFO nói trên trong chu trình hệ thống ĐHKK.
(4) Nghiên cứu thực nghiệm kiểm tra đánh giá khả năng ứng dụng của môi chất lạnh tiềm năng R1234ze(Z)
trong một hệ thống thực.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Nghiên cứu tìm kiếm và đánh giá MCL thân thiện môi trường và/hoặc có hiệu suất biến đổi năng lượng cao
là một vấn đề thời sự được các nhà khoa học, các nhà quản lý, các quốc gia, các tổ chức quốc tế quan tâm. Môi
chất thân thiện môi trường, có hiệu quả biến đổi năng lượng cao khi đưa vào ứng dụng trong thực tế sẽ giúp
giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm thiểu tác động tiêu cực của các loại MCL đang được sử dụng đến hiện
tượng phá hủy tầng ô-dôn, gây ra hiện tượng làm nóng địa cầu. Luận án là một công trình nghiên cứu cơ bản
định hướng ứng dụng. Nội dung của luận án đã tập trung nghiên cứu tìm kiếm đánh giá MCL thay thế, thiết kế
chế tạo và thử nghiệm thiết bị với các môi chất tiềm năng trong điều kiện của Việt Nam. Ý nghĩa khoa học và
thực tiễn của luận án được tóm lược như sau:
Ý nghĩa khoa học:
(1) Luận án đã góp phần làm sáng tỏ về sự liên hệ giữa năng lượng tương tác phân tử và thông số nhiệt động
của môi chất. Luận án đã xây dựng được phương pháp và quy trình xác định thông số nhiệt động của môi
chất theo lý thuyết tương tác phân tử. Luận án cũng đã xây dựng được phương pháp xác định năng lượng
tương tác phân tử bằng thuật toán tối ưu hoá phi tuyến hàm mục tiêu đa biến. Các đại lượng đặc trưng trong
mô hình toán học biểu diễn năng lượng tương tác do lực đẩy, năng lượng tương tác do lực hút và năng lượng
tương tác do sự phân cực phân tử. Các kết quả nghiên cứu từ mô hình tương tác phân tử này giúp việc thiết
lập tính tốn bợ số liệu của môi chất theo năng lượng Helmholtz có độ chính xác cao.
2


(2) Luận án đã xây dựng được phương pháp và quy trình nghiên cứu, tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn MCL tiềm
năng để thay thế các môi chất lạnh đang sử dụng không thân thiện với môi trường và/hoặc không có hiệu

quả biến đổi năng lượng cao.
Ý nghĩa thực tiễn:
(1) Luận án đã xây dựng được bộ số liệu nhiệt động có độ chính xác cao cho các môi chất R1234ze(Z) và R1243zf.
Kết quả nghiên cứu thu được là các bộ số liệu có độ chính xác cao (một trong các kết quả thu được đã được công
bố trên tạp chí khoa học quốc tế ISI có uy tín). Bợ số liệu nhiệt đợng thu được có vai trị quan trọng trong các nghiên
cứu và ứng dụng trong thực tiễn, giúp các nhà khoa học, các kỹ sư trong việc nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu ứng
dụng, thiết kế chế tạo, kiểm tra đánh giá các hệ thống thiết bị sử dụng 2 môi chất trên.
(2) Luận án đã xác định được MCL tiềm năng có khả năng thay thế các môi chất không thân thiện với môi
trường đang được sử dụng trong các hệ thống lạnh và ĐHKK hiện nay. Cụ thể: luận án đã tìm ra R1234yf,
R1234ze(E), R1243zf là MCL thay thế tiềm năng và phù hợp cho môi chất R134a và R22 đang được sử
dụng hiện nay trong các hệ thống ĐHKK. Trong đó chất R1243zf có khả năng thay thế tốt nhất.
(3) Luận án đã xác định được ảnh hưởng của một số các thông số, đại lượng đến hiệu quả biến đổi năng lượng
của chu trình lạnh sử dụng các MCL khác nhau theo nghiên cứu lý thuyết. Đây là cơ sở quan trọng làm tiền
đề trong tính toán, thiết kế, phân tích, đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa vận hành các hệ thống và chu trình
lạnh sử dụng các loại môi chất khác nhau.
(4) Luận án đã xây dựng hệ thống thí nghiệm để làm tiền đề cho các nghiên cứu và kiểm tra đánh giá khả năng ứng dụng
của môi chất lạnh tiềm năng trong một hệ thống thực. Đã sử dụng MCL tiềm năng hiện có trên thị trường R1234ze(E)
để đánh giá hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thực có xét tới ảnh hưởng của nhiệt độ nước lạnh.

6. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu đề ra phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và
kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo đạc trên thiết bị thí nghiệm để kiểm tra đánh giá lý thuyết, cụ thể là:
(1) Khảo sát, tìm hiểu, tổng hợp, phân tích các tài liệu khoa học, các công trình nghiên cứu mới nhất về MCL
thế thệ thứ tư. Để từ đó phân tích đánh giá các xu hướng nghiên cứu MCL, các cơ sở pháp lý liên quan, các
ưu nhược điểm của các hướng nghiên cứu đã có, trên cơ sở đó kế thừa những kết quả nghiên cứu hiện tại về
MCL tiềm năng mà luận án quan tâm để tiếp tục nghiên cứu, phát triển và hồn thiện những mơi chất tiềm
năng mà chưa được nghiên cứu triệt để hoặc chưa được quan tâm nhiều tính đến thời điểm hiện tại.
(2) Dựa trên mơ hình tốn học tương tác phân tử và một số số liệu đã được công bố, luận án đã tiến hành nghiên
cứu áp dụng thuật toán đơn hình để tối ưu hóa hàm phi tuyến đa tham số để xác định các đại lượng đặc trưng
của MCL nghiên cứu trong mô hình tương tác phân tử.

(3) Phương pháp nghiên cứu lý thuyết đã được ứng dụng trong nghiên cứu này để xác định các thông số nhiệt
động trong vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi quá nhiệt dựa trên các đại lượng đặc trưng thu
được từ phương pháp nghiên cứu ở trên.
(4) Phương pháp nghiên cứu lý thuyết để nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các đại lượng, thông số đặc trưng
trong chu trình lạnh sử dụng các loại MCL khác nhau để làm cơ sở lựa chọn môi chất, làm cơ sở tính toán
thiết kế và tối ưu hóa vận hành các hệ thống lạnh sử dụng các loại MCL khác nhau.
(5) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm được tiến hành trong
nghiên cứu này để so sánh đánh giá kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng
của một số đại lượng, thông số đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình lạnh.

7. Các kết quả mới của luận án
Các kết quả mới của luận án về lý thuyết và thực nghiệm:
(1) Luận án đã xây dựng được phương pháp và quy trình xác định thơng số nhiệt động của môi chất theo lý
thuyết tương tác phân tử. Kết quả mới và cụ thể thu được từ đóng góp của luận án này bao gồm:
(1a) Bộ thông số các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1234ze(Z): T0 = 413,83 K;
ρ0 = 4,057 mol/l; α = 1,44 và Q*² = 2,756.
(1b) Bộ thông số các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1243zf: T0 = 326,83 K; ρ0
= 4,375 mol/l; α = 1,39 và Q*² = 1,136.
3


(1c) Bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ cho vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi q nhiệt có độ chính xác
cao cho môi chất R1234ze(Z). Bộ số liệu nhiệt động thu được có thể làm cơ sở cho các nghiên cứu lý thuyết, nghiên
cứu thực nghiệm và các ứng dụng sau này.
(1d) Bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ cho vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi quá nhiệt có độ chính
xác cao cho môi chất R1243zf. Bộ số liệu nhiệt động của môi chất R1243zf đã được công bố trên tạp chí khoa
học quốc tế ISI. Bộ số liệu nhiệt động thu được có thể làm cơ sở cho các nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực
nghiệm và các ứng dụng sau này.
Bộ số liệu nhiệt động có độ chính xác cao cho các mơi chất R1234ze(Z) và R1243zf có vai trị quan trọng
trong các nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn. Bộ số liệu này có thể giúp các nhà khoa học, các kỹ sư trong

việc nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu ứng dụng, thiết kế chế tạo, kiểm tra đánh giá các hệ thống thiết bị sử dụng
2 môi chất trên.
(2) Luận án đã xây dựng được phương pháp và quy trình nghiên cứu, tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn MCL tiềm
năng để thay thế các môi chất lạnh đang sử dụng không thân thiện với môi trường và/hoặc không có hiệu quả biến
đổi năng lượng cao. Kết quả thu được từ phương pháp và lưu đồ thuật toán được đề xuất trong nghiên cứu này là môi
chất lạnh thay thế tiềm năng được đánh giá tổng hợp theo nhiều tiêu chí đánh giá khác nhau. Cụ thể:
(2a) R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R22. Riêng R32 có khả năng thay thế nhưng bị
hạn chế bởi chỉ số GWP cao (675). Các môi chất R152a, R1234yf, R1234ze(E), R1243zf có tiềm năng thay thế
cho R22 trong hệ thống ĐHKK. Trong đó R1243zf là môi chất có khả năng thay thế tốt nhất vì ngoài tính chất
thân thiện với môi trường, COP của môi chất này chỉ thấp hơn 2,02 %, nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 5,92
% và tỉ số nén cao hơn 6,85 % so với R22.
(2b) R32, R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R134a. Các môi chất R1234yf,
R1234ze(E), R1243zf có tiềm năng thay thế cho R134a
+ Trong các môi chất nghiên cứu, R1243zf có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a vì ngồi tính chất thân
thiện với mơi trường, các tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a gần như tương
đồng. COP của môi chất này chỉ thấp hơn 0,52 %, nhưng ưu điểm là nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 1,33
% và tỉ số nén thấp hơn 5,82 % so với R134a.
+ Môi chất R1234ze(E) có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a trong các hệ thống ĐHKK hiện tại. Độ sai
lệch của tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a rất nhỏ. COP của môi chất này chỉ
thấp hơn 0,83 %, tỉ số nén cao hơn 2,48 % nhưng bù lại nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 2,06 % so với R134a.
+ Môi chất R1234yf có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a trong các hệ thống ĐHKK hiện tại. Độ sai lệch
của tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a rất nhỏ. COP của môi chất này thấp hơn
9,61 %, nhưng bù lại nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 2,63 %, áp suất hơi hút cao hơn 3,09 % so với R134a.
(3) Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu suất nén đến hiệu quả biến đổi năng lượng
của chu trình, đánh giá ảnh hưởng của tổn thất áp suất đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình và kiểm tra đánh giá
khả năng ứng dụng và thay thế R134a bằng môi chất lạnh tiềm năng R1234ze(E) trong một hệ thống thực.
(3a) Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hiệu suất nén không thuận nghịch đến hiệu quả biến đổi năng lượng
của chu trình cho thấy hiệu suất nén là đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả biến đổi năng lượng. Khi hiệu
suất nén không thuận nghịch bằng 100%, hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thay đổi từ 5,65 đến 6,02. Trong
khi đó, cùng điều kiện làm việc nhưng sử dụng hiệu suất nén không thuận nghịch thực nghiệm thực tế (từ 53% đến

63%), hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thay đổi từ 3,01 đến 3,80.
(3b) Tổn thất áp suất có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả biến đổi năng lượng. Hiệu quả biến đổi năng lượng của
chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E) có giá trị thay đổi từ 2,33 đến 3,01 trong điều kiện suy giảm áp suất từ đầu
đẩy máy nén đến trước thiết bị tiết lưu là 25 kPa và suy giảm áp suất từ đầu vào thiết bị bay hơi tới đầu hút của máy
nén là 63 kPa. Trong cùng điều kiện làm việc (cùng nhiệt độ sau thiết bị ngưng tụ, cùng nhiệt độ vào bình bay hơi,
cùng hiệu suất nén không thuận nghịch), hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E)
được tính theo lý thuyết khi bỏ qua tổn thất áp suất trên đường ống, thiết bị thay đổi từ 3,01 đến 3,80.
(3c) Nghiên cứu cho thấy mơi chất R1234ze(E) hồn tồn có thể thay thế mơi chất lạnh R134a trong hệ
thống máy điều hồ làm lạnh nước giải nhiệt gió với hiệu quả biến đởi năng lượng trung bình nhỏ hơn 7,8%.
Nhiệt đợ nước lạnh có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình sử dụng môi chất
R134a và R1234ze(E). Khi nhiệt độ nước lạnh tăng từ 8 C đến 12 C, mức tăng COP tương ứng của chu trình
sử dụng môi chất R134a và R1234ze(E) lần lượt là 15 % và 19 %.

Chương 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MCLTHAY THẾ
Trong chương này tác giả trình bày các cơ sở khảo sát để lựa chọn MCL và định hướng nghiên cứu của luận án:
Cơ sở 1: Các thế hệ MCL; Cơ sở 2: Cơ sở pháp lý gồm các văn bản quy phạm pháp luật gồm các luật định và hướng
dẫn của một số cơ quan pháp quyền có tác động đến lĩnh vực MCL thay thế; Cơ sở 3: Các hướng nghiên cứu của các
nhà máy sản xuất cũng như hướng nghiên cứu của các nhà khoa học trong những năm gần đây.
4


1.1 Các thế hệ môi chất lạnh
MCL đã trải qua 4 thế hệ phát triển. Trong đó thế hệ MCL thứ tư (2010 – nay) là thế hệ MCL này cần được kiểm soát
cả về chỉ số ODP và GWP. Định hướng nghiên cứu của thế hệ môi chất này là các chất thuộc nhóm HFO (R1234yf,
R1234ze,HF…), các MCL tự nhiên (NH3, CO2,…) và các họ môi chất khác vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu.
Nhìn chung, MCL ngày nay ngoài tiêu chí về mặt năng lượng thì tiêu chí đánh giá mức độ ảnh hưởng tới môi
trường cũng rất quan trọng và tiêu chí này có độ ảnh hưởng rất lớn tới sự phát triển trong các thế hệ môi chất.

1.2 Cơ sở pháp lý và sự cần thiết phải nghiên cứu MCL thế hệ mới
Hiện tượng biến đổi khí hậu đã xảy ra trên phạm vi toàn cầu, gây ra nhiều tác động đến đời sống. Các động

thái của các cơ quan hành pháp trên thế giới để bảo vệ môi trường rất rõ ràng cùng với việc liên tục ban hành
những quy định và hướng dẫn thực hiện cụ thể. Một trong những cơ sở pháp lý có ảnh hưởng nhất đến các MCL
là Nghị định thư Montréal [4] về các chất làm suy giảm tầng ô-dôn ký kết vào ngày 16 tháng 9 năm 1987, và
đã có hiệu lực từ ngày 01 tháng 1 năm 1989. Lần sửa đổi gần đây nhất là Văn kiện sửa đổi Kigali năm 2016 đưa thêm vào danh sách các chất gây suy giảm tầng ô-dôn mới. Luật định số 517/2014 về khí phát thải nhà kính
mới của Liên Minh Châu Âu [5] có hiệu lực vào ngày 09/07/2014 và được áp dụng trên tồn bợ phạm vi lãnh
thở Châu Âu từ ngày 01/01/2015 đã công bố lộ trình để giảm lượng tiêu thụ khí nhà kính tới 79% vào năm 2030.
Ở Bắc Mỹ, chính phủ đã ủy quyền cho Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) thực hiện chương trình
nghiên cứu các MCL thay thế mới (SNAP). Ngày 21/10/2014, EPA đã công bố danh sách cập nhật các môi chất
được chấp nhận thay thế và các môi chất không được chấp nhận thay thế theo chương trình SNAP [12]. Nhật
Bản cũng có văn bản luật mới bổ sung sửa đổi thông qua ngày 12/06/2013 tên là “Đạo luật về hợp lý hóa việc
sử dụng và quản lý phù hợp khí Flo- các bon” [13] về việc mở rộng và tăng cường các cách để quản lý khí Flo
hóa. Luật có hiệu lực từ ngày 01/04/2015. Việt Nam phê chuẩn gia nhập và thực hiện Nghị định thư Montréal
về các chất làm suy giảm tầng ô-dôn (ozone) từ năm 1994 và đã có những hành động từng bước hạn chế sử
dụng và loại trừ dần các chất làm suy giảm tầng ô-dôn. Trong giai đoạn 2018-2023, 1000 tấn HCFC-22 sử dụng
trong lĩnh vực làm lạnh và ĐHKK, thiết bị lạnh, sản xuất xốp XPS bị loại bỏ; loại trừ hồn tồn tiêu thụ polyol
trợn sẵn HCFC-141b trong lĩnh vực sản xuất xốp cách nhiệt để Việt Nam tuân thủ nghĩa vụ loại trừ 35% mức
tiêu thụ cơ sở các chất HCFC từ ngày 01 tháng 01 năm 2020.
Tóm lại, các nước trên thế giới nói chung và 197 quốc gia gia nhập thực hiện theo nghị định thư Montreal
[4] đang hướng tới một nền công nghiệp lạnh phát triển bền vững, trong đó vấn đề MCL phải có chỉ số GWP
thấp đang rất được chú trọng.

1.3 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định tính chất nhiệt động cơ
bản của môi chất
1.4 Nghiên cứu lý thuyết xác định tính chất nhiệt động tổng thể của mơi chất
1.5 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chu trình và hệ thống thiết bị
chuyển hố năng lượng
1.6 Phân tích, đánh giá, lựa chọn môi chất lạnh tiềm năng để nghiên cứu và
hướng nghiên cứu
Bảng tổng kết các nghiên cứu thực nghiệm được công bố cho các đồng phân HFO được liệt kê trong Bảng
1.10. Trong đó, 2 Olefin R1234yf, R1234ze(E) là môi chất nhận được sự quan tâm nhiều nhất của các nhà khoa

học. Đã có rất nhiều các kết quả nghiên cứu được công bố, các dữ liệu nhiệt động và khả năng ứng dụng vào
chu trình tương đối đầy đủ. Chất R1233zd(E) cũng được nghiên cứu tương đối đầy đủ, các nghiên cứu hiện tại
hướng ứng dụng R1234ze(Z) thay thế cho R245fa trong các chu trình Rankin hữu cơ. R1234ze(Z) và R1243zf
cũng đã được một số nhà nghiên cứu quan tâm nghiên cứu tính ứng dụng làm môi chất lạnh, tuy nhiên các kết
quả công bố về thực nghiệm vẫn còn rời rạc và hầu như chưa nghiên cứu ứng dụng trong chu trình.
Bảng 1. 10 Bảng khảo sát các nghiên cứu thực nghiệm được công bố cho các đờng phân HFO (Trích bảng)
Thơng số nhiệt động
Thơng số lưu chuyển
Điểm
PvT tại
Nhiệt
Hệ số
Hệ số
Điểm
Độ nhớt
Sức căng
bão
các
dung
lệch
dẫn
tới hạn
động học
bề mặt
Môi chất
hòa
vùng
riêng
tâm
nhiệt

R1234yf
R1234ze(E)

11
13

2
2

10
14

5
6
5

4
4

1
2

7
4

2
3

R1233zd(E)
R1234ze(Z)

4
8

1
1

5
7

1
-

2
1

2

1
2

2
1

R1243zf

2

1

1

-

-

-

-

1

Hình 1.3 Đánh giá, phân tích lựa chọn MCL tiềm năng sử dụng cho lĩnh vực ĐHKK

1.8 Kết luận chương 1
Dựa trên tìm hiểu, khảo sát, nghiên cứu về các thế hệ môi chất lạnh, các văn bản quy phạm pháp luật cũng
như các hướng nghiên cứu của các nhóm nhà khoa học về MCL, tác giả đánh giá, trong điều kiện thực tế tại
Việt Nam, theo hướng nghiên cứu MCL, có thể:
(1) Nghiên cứu xác định bộ số liệu nhiệt động của 02 môi chất R1234ze(Z) và R1243zf. Lý do: có các chỉ số về
môi trường ODP bằng 0 và GWP thấp (GWPR1234ze(Z) =1,4 và GWPR1243zf = 0,82); Theo kết quả công bố của các
nghiên cứu sàng lọc, hai đồng phân này có tính chất nhiệt động tốt, có tiềm năng sử dụng làm MCL thay thế, đặc biệt
trong lĩnh vực ĐHKK. Dựa trên phân tích các ưu nhược điểm của các dạng phương trình, tác giả lựa chọn dạng
phương trình MBEOS để xây dựng PTTT cho R1234ze(Z) và R1243zf. Đây là các chất có cấu tạo phân tử nhỏ gọn,
và hiện chỉ có một số lượng dữ liệu thực nghiệm nhỏ, rời rạc. Vì vậy, theo như đã phân tích thì ứng dụng phương
trình MBEOS là phù hợp nhất trong các PTTT hiện có.
(2) Nghiên cứu lý thuyết hiệu quả biến đổi năng lượng của 04 đồng phân HFO: R1234ze(Z), R1243zf,
R1234ze(E), R1234yf và 05 môi chất thường sử dụng trong các máy lạnh hiện nay (R22, R32, R134a, R152,
R245fa) để so sánh và đánh giá tiềm năng ứng dụng.

(3) Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để kiểm tra đánh giá độ
chính xác, tin cậy từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết ở trên. Việc nhập khẩu các MCL chưa có trong danh mục
được phép nhập khẩu tại Việt Nam gặp nhiều khó khăn. Với nhiều nỗ lực trong vịng 2 năm qua, nhóm nghiên
cứu hiện nay mua được môi chất R1234ze(E). Vì vậy, luận án này sẽ nghiên cứu thực nghiệm chu trình cho
MCL R1234ze (E).
6


Chương 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình tương tác phân tử
2.1.1 Cơ sở lý thuyết lực tương tác phân tử
Trong luận án, các MCL tiềm năng được nghiên cứu bằng PTTT dựa trên tương tác phân tử, chính vì vậy trong
chương 2, tác giả trình bày cơ sở lý thuyết để tính toán, nghiên cứu môi chất. Các môi chất được cấu tạo từ các hạt
riêng biệt là phân tử. Giữa các phân tử có tồn tại các lực tương tác phân tử, hay còn gọi là lực Van der Waals.
Lực tương tác giữa các phân tử bao gồm lực hút hoặc lực
đẩy giữa các phân tử với nhau, quyết định đến các tính chất về
hình dạng và thể tích của chất đó. Độ lớn của những lực này
chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử. Khi
khoảng cách giữa các phân tử nhỏ thì lực đẩy mạnh hơn lực hút,
khi khoảng cách giữa các phân tử lớn thì lực hút mạnh hơn lực
đẩy. Khi khoảng cách giữa các phân tử rất lớn (lớn hơn nhiều
lần kích thước phân tử) thì lực tương tác giữa chúng coi như
không đáng kể. Lực tương tác giữa các phân tử có độ yếu mạnh
khác khau quyết định đến thể tồn tại của chất ở các thể rắn,
lỏng, khí.
Hình 2. 1 Thế Lennard-Jones các phân tử của một chất
Trong luận án, đối tượng nghiên cứu là MCL tiềm năng sử dụng trong các chu trình máy lạnh và bơm nhiệt.
Trong chu trình, môi chất cần thực hiện quá trình biến đổi pha để thu nhiệt và thải nhiệt ở môi trường cần làm
lạnh và môi trường làm mát. Vì vậy, việc nghiên cứu để có bộ thông số nhiệt động (nhiệt độ, áp suất, thể tích,
entanpi, entropi,…) ở các vùng là cần thiết, nhất là vùng lỏng và hơi. Sự khác nhau về trạng thái của một chất

luôn bị ảnh hưởng bởi khoảng cách giữa các phân tử và lực tương tác giữa các phân tử đó, từ đó dẫn đến sự
khác nhau giữa thế năng và động năng của phân tử nói riêng và chất nói chung. Dựa trên mối tương quan này,
để xác định được bộ thông số nhiệt động của một chất nghiên cứu cụ thể, tác giả xây dựng PTTT dựa trên lực
tương tác phân tử của chính môi chất đó.

2.1.2 Năng lượng tự do Helmholtz

F
F
F
F
= H + A + Q
RT RT RT RT

(2.3)

2.1.3 Mơ hình tốn xác định lực tương tác phân tử
Các công thức từ (2.4) đến (2.11) cho phép xác định năng lượng tương tác do lực hút, do lực đẩy, do lực
phân cực tạo ra theo mô hình tương tác phân tử. Năng lượng thu được từ các biểu thức toán học này cho phép
xác định năng lượng Helmholtz do tương tác phân tử tạo ra theo công thức (2.3). Việc lựa chọn biểu thức toán
học xác định năng lượng tương tác phân tử do lực hút, do lực đẩy, do lực phân cực tạo ra và việc xác định thông
số nhiệt động theo năng lượng Helmholtz sẽ được trình bày trong các phần tiếp theo.

2.2 Cơ sở lý thuyết xác định số liệu nhiệt động dựa trên mơ hình năng
lượng tương tác phân tử
2.2.1 Cơ sở lý thuyết xác định các thông số nhiệt động
F(, ) = F0 (, ) + Fr (, )

(2.12)
Khi xác định được năng lượng Helmholtz cho phần khí lý tưởng và phần thực, các thông số nhiệt động có

thể được xác định theo công thức (2.14) đến (2.19)
a) Áp suất

p(, )
 F 
= 1+ 

RT
 RT 

(2.15)

b) Entropy

 F  0  F  r   F  0  F  r
s(, )
=  
 +
  −
 −

R
RT
RT
RT






  RT 





(2.16)

r

7


2.2.2 Cơ sở lý thuyết xác định các đại lượng đặc trưng trong mơ hình tương tác
phân tử
Các thơng số nhiệt động (p, T, ρ,...) ở một trạng thái nào đó hồn tồn có thể xác định được từ cơng thức
(2. 12) khi biết năng lượng tương tác phân tử (năng lượng Helmholtz F và 2 thông số nhiệt động cịn lại. Khi có
bợ số liệu nhiệt đợng ở mợt số trạng thái nào đó, có thể xác định năng lượng tương tác phân tử F(0, T0, , Q*)
ở các trạng thái đó. Từ đó, có thể xác định các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử 0, T0, ,
Q* theo phương pháp hồi quy. Đây là mơ hình tốn học có 4 tham số. Các tham số này có thể được xác định
thông qua bài toán tối ưu hoá phi tuyến có nhiều tham số sử dụng hàm mục tiêu cực tiểu hoá.
2.2.2.1 Phương pháp tối ưu hóa hàm nhiều biến
Hiện nay có nhiều phương pháp tối ưu hàm nhiều biến trong đó phương pháp đơn hình Nelder- Mead được
sử dụng phổ biến vì tính hiệu quả trong thời gian tính tốn ngắn cho mợt dạng hàm số STA bất kỳ.
2.2.2.2 Quy trình xác định các đại lượng đặc trưng trong mơ hình tương tác phân tử
Bợ số liệu hiệt đợng trong vùng bão hịa được sử dụng để xác định các đại lượng đặc trưng trong mô hình
tương tác phân tử. Quy trình xác định các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử:
(1) Phân tích đánh giá và lựa chọn một số số liệu thí nghiệm về thống số nhiệt động để làm cơ sở xác định các đại lượng
đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử và làm cơ sở đánh giá độ chính xác và tin cậy của kết quả thu được.
(2) Giả thiết bộ tham số các đại lượng đặc trưng của mô hình phù hợp.

(3) Xác định áp śt bão hịa ps theo cơng thức (2.14) và xác định độ lệch chuẩn STAps[73].

STA ps = ( ps,B1 − ps,TN ) / ps 

2

(2.26)

(4) Xác định khối lượng riêng của lỏng bão hịa ρ’ theo cơng thức (2.14) và xác định độ lệch chuẩn STAρ’ [73].

STA' = (  'B1 −  'TN ) /  '

2

(2.27)

(5) Áp dụng thuật toán đơn hình để tối ưu hóa hàm mục tiêu trên để xác định các đại lượng đặc trưng trong mô
hình tương tác phân tử
STA=STA ps + STA ' → min
(2.28)
(6) Kiểm tra đánh giá độ chính xác, tin cậy của mô hình và bộ tham số đặc trưng thông qua các bộ số liệu thực
nghiệm không sử dụng để thực hiện việc tối ưu hóa để xác định các đại lượng đặc trưng.
Các đại lượng đặc trưng của mô hình tương tác phân tử thu được sẽ được sử dụng để xác định tất cả các
thông số nhiệt động của môi chất.

2.3 Cơ sở lý thuyết lựa chọn nghiên cứu môi chất lạnh tiềm năng
Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu MCL tiềm năng dùng cho lĩnh vực ĐHKK. Vì vậy các MCL được
nghiên cứu cần phải đảm bảo phù hợp với các văn bản pháp quy, có các tính chất nhiệt vật lý, tính chất mơi trường, tính
chất an tồn phù hợp sử dụng trong lĩnh vực ĐHKK. Ba tính chất này cần được so sánh giữa các môi chất thay thế tiềm
năng và các môi chất đang sử dụng trong các hệ thống ĐHKK hiện tại để tìm ra các chất thay thế phù hợp.

2.3.1 Văn bản pháp quy
2.3.2 Sàng lọc và lựa chọn mơi chất lạnh tiềm năng
2.3.2.1 Tính chất nhiệt động cơ bản
2.3.2.2 Tác động đến môi trường (ODP, GWP)
2.3.2.3. Tính an tồn (tính độc hại, khả năng cháy)

2.3.3 Xác định tính chất nhiệt động
Để xác định sự tương đương giữa 2 MCL cần phải có bộ thông số nhiệt đợng để xác định sơ bợ đường bão
hịa cũng như nghiên cứu ứng dụng MCL vào một chu trình cụ thể. Đây là một trong những khâu quan trọng
trong quá trình đánh giá khả năng thay thế của môi chất. Hướng nghiên cứu chu trình có thể thực hiện theo tính
tốn lý thút hoặc làm thực nghiệm trên mợt hệ thống thực. Trong đó nhất thiết cần phải tính tới hiệu quả biến
đổi năng lượng của chu trình sử dụng môi chất lạnh nghiên cứu cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện/
khả năng làm việc của thiết bị sử dụng trong hệ thống có sẵn. Các yếu tố ảnh hưởng có thể là: nhiệt độ đầu đẩy,
áp suất hơi hút, tỉ số nén, năng suất lạnh riêng thể tích, hiệu suất nén không thuận nghịch,…. Do chế độ làm
việc của hệ thống lạnh luôn thay đổi theo tải lạnh ở thiết bị bay hơi và điều kiện giải nhiệt của thiết bị ngưng tụ,
vì vậy, các yếu tố ảnh hưởng này cần được nghiên cứu ở các nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ khác nhau
và đánh giá sự thay đổi của hiệu quả biến đổi năng lượng.

2.3.4. Đánh giá tiềm năng thay thế
Quy trình lựa chọn MCL tiềm năng thay thế phù hợp cho một MCL đang dần bị loại bỏ được thực hiện như sau:
8


(1) Xác định MCL cần thay thế (Ví dụ trong nghiên cứu này: R22, R134a)
(2) Xác định phạm vi làm việc của MCL cần thay thế trong các hệ thống hiện tại: nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ
ngưng tụ, điều kiện môi trường giải nhiệt,...
(3) Phân tích đánh giá và lựa chọn các tiêu chí quan trọng ảnh hưởng đến việc thay thế cho một MCL đang sử
dụng. Các tiêu chí quan trọng cần đảm bảo rằng đang hướng tới khả năng thay thế của MCL nghiên cứu trong
một hệ thống đang sử dụng bao gồm:

- Đánh giá sơ bộ về tính chất nhiệt động cơ bản: Tb < 15 ºC, Tc > 50 ºC
- Xét về tính môi trường: không gây ảnh hưởng đến môi trường, đánh giá các chỉ số ODP và GWP. Tiêu
chí ODP = 0 và GWP < 750. GWP càng thấp càng tốt. Đánh giá theo thang điểm từ 1 đến n, trong đó n là số
thứ tự chỉ mức độ tốt hay xấu nhất về tiềm năng thay thế của MCL được thực hiện nghiên cứu, 1 được đánh giá
là mức “tốt nhất”.
- Xét về tính an tồn bao gồm tính đến tính đợc hại, khả năng cháy. Tiêu chí MCL cần được phân loại tḥc
nhóm A1, A2L, A2. Đánh giá theo thang điểm từ 1 đến n, trong đó n là số thứ tự chỉ mức độ tốt hay xấu nhất
về tiềm năng thay thế của MCL. MCL được phân loại thuộc nhóm A1 đánh giá là 1- mức “tốt nhất”, A2L đánh
giá là 2, A2 đánh giá là 3. Các môi chất cùng nhóm phân loại có điểm đánh giá bằng nhau.
- Xét về tính chất nhiệt động: hiệu quả biến đổi năng lượng, áp suất hơi hút, nhiệt độ đầu đẩy máy nén, hiệu
suất nén thể tích, tỉ số nén, năng suất lạnh riêng thể tích trong phạm vi làm việc của MCL cần thay thế. Tiêu chí
đánh giá dựa trên sai lệch giữa các thông số đánh giá của môi chất tiềm năng nghiên cứu với MCL cần thay thế.
Sau đó sắp xếp theo thứ tự từ ưu tiên nhất đến hạn chế lựa chọn. Môi chất cần thay thế được ký hiệu là RTT, môi
chất nghiên cứu được ký hiệu là RNC. Xác định độ sai lệch chuẩn của từng thông số đánh giá giữa các MCL
nghiên cứu và MCL cần thay thế theo công thức:

STA x =

X R NC − X R TT
X R TT

,%

(2.29)

Từ độ lệch chuẩn của các thông số đánh giá X, đánh giá từ mức 1 đến n. Trong đó mức 1 là độ lệch chuẩn
ít nhất, mức n là độ lệch chuẩn cao nhất. Từ đó xét tổng điểm của các thông số đánh giá. Sắp xếp theo thứ tự
thay thế “tốt nhất” đến “xấu nhất” cho MCL đang nghiên cứu theo công thức:

STA R =  STA Xi

(2.30)

i

Chất nào có tổng điểm (STAR) nhỏ nhất thì chất đó có khả năng thay thế tốt nhất cho môi chất cần thay thế
RTT về mặt nhiệt động. Lần lượt đánh giá các mức tổng điểm từ 1 đến n.
(4) Đánh giá chung các tiêu chí về mơi trường, an tồn và nhiệt đợng theo các thang đánh giá. Tính tổng
điểm của các tiêu chí. Tổng điểm của MCL có giá trị thấp nhất thì MCL có tiềm năng thay thế nhất.

2.5 Kết luận chương 2
Chương 2 đã nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định tính chất nhiệt động của môi chất dựa theo lý thuyết
tương tác phân tử thông qua các nghiên cứu tổng hợp vể lý thuyết tương về tác phân tử; nghiên cứu mơ hình tốn học
biểu diễn năng lượng tương tác phân tử; nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định các đại lượng đặc trưng trong mơ
hình tốn học biểu diễn năng lượng tương tác phân tử; nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động của môi chất theo năng
lượng tương tác phân tử. Đây là cơ sở lý thuyết quan trọng dùng để xác định số liệu nhiệt động của môi chất. Trên cơ
sở đó có thể nghiên cứu đánh giá hiệu quả biến đổi năng lượng của môi chất trong các chu trình nhiệt nói chung và chu
trình lạnh nói riêng. Từ đó có thể tìm kiếm được môi chất có hiệu quả biến đổi năng lượng cao. Ứng dụng cụ thể trong
việc nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động của môi chất sẽ được trình bày chi tiết trong chương 3.
Chương 2 đã xây dựng được phương pháp và quy trình nghiên cứu, tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn MCL
tiềm năng để thay thế các môi chất lạnh đang sử dụng không thực sự thân thiện với môi trường và/hoặc không
có hiệu quả biến đổi năng lượng thực sự cao. Đây là cơ sở quan trọng để tìm ra môi chất lạnh thân thiện môi
trường, có hiệu quả biến đổi năng lượng cao để thay thế các môi chất lạnh không thân thiện môi trường hoặc có
hiệu quả biến đổi năng lượng không cao đang được sử dụng trong các hệ thống lạnh hiện nay. Ứng dụng cụ thể
của phương pháp và quy trình nghiên cứu, tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn MCL tiềm năng ở đây sẽ được trình
bày cụ thể trong chương 4.

Chương 3 – NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘNG CỦA MÔI
CHẤT R1234ze(Z) VÀ R1243zf
3.1 Số liệu nhiệt động của môi chất R1234ze(Z)

9


3.1.1 Số liệu nhiệt động cơ bản của R1234ze(Z)
3.1.1.1 Tính chất chung
R1234ze(Z) (Cis-1,3,3,3-Tetrafluoroprop-1-ene) có chỉ số
ODP=0, GWP100=1,4 [2], có cơng thức hóa học (CHF=CH-CF3), dạng
liên kết được chỉ ra trong hình 3.1, là chất khí không màu, trọng lượng
phân tử: 114,0416 g/mol. Ở áp suất khí quyển (1,013bar) có nhiệt đợ
Hình 3. 1 Cấu tạo khơng gian của sơi là 282,73 K (9,58 ºC), không cháy nổ. Thời gian tồn tại trong khí
quyển chỉ có 18 ngày
R1234ze(Z)
3.1.1.2 Dữ liệu thực nghiệm của R1234ze(Z)
Bảng 3. 1 Số liệu thông số tới hạn của R1234ze(Z)
Nguồn
PP NC
Lựa
Tc [K]
pc [MPa]
c [mol/dm3]
3
chọn
Yukihiro [26]
Thực nghiệm

423,27 ±0,03 K
3,5330
4,1213±5 kg/m
426,8

3,9700

Ước lượng

Brown [34]

4,1476

Bảng 3. 2 Số liệu áp suất bay hơi của R1234ze(Z)
Tác giả
Số điểm TN
AAD, %
T min − max, K
Fedele [85] (Lab ITC-CNR)
36
283-353
0,42
Fedele [85] (Lab UnivPM)
28
238-372
0,64
Yukihiro [26]
19
310-420
0,11
T<320: AAD =1,5%,
Katsuyuki [19]
22
300-400
T≥330: AAD<0,11%

Thông số
ρ’
ρ’’
ρ
ρ quá lạnh

Bảng 3. 3 Số liệu thực nghiệm khối lượng riêng của R1234ze(Z)
Điểm
Tác giả
 min − max
T min − max
P min − max
TN
Yukihiro [26]
9
4,391-8,786
368-424
Katsuyuki [19]
22
7,397-10,691
300-400
Yukihiro [26]
9
0,395-4,127
368-424
Yukihiro [26]
71
0,397-8,786
360-440

0,94-6,03
Fedele [25]
313
8,978-11,757
283-364
0,19-34,03

Lựa chọn



Lựa
chọn


3.1.2 Xác định đại lượng đặc trưng trong mơ hình tương tác phân tử của
R1234ze(Z)
Dựa trên các tởng hợp, phân tích các số liệu thực nghiệm hiện có của mơi chất R1234ze(Z), các dữ liệu được phân
tích, lựa chọn để xác định các tham số đặc trưng trong mơ hình tương tác phân tử.
Sử dụng tḥt tốn đơn hình, tối ưu tham số bằng Thermofit, quy trình xác định được trình bày trong chương 2.
Sau khi tối ưu, các tham số đặc trưng của R1234ze(Z): T0 = 413,83 K; ρ0 = 4,057 mol/l; α = 1,44 và Q*² = 2,756.

3.1.3 Đánh giá độ chính xác, tin cậy số liệu nhiệt động của R1234ze(Z)
Các thông số nhiệt động tính từ mô hình tương tác phân tử trong vùng lỏng bão hòa có sai lệch rất ít so với các
số liệu cơng bố thực nghiệm: Áp śt bão hịa và khối lượng riêng bão hòa có sai lệch AAD là 0,43 %. Với dữ liệu
dự đoán cho vùng lỏng chưa sôi và hơi quá nhiệt, khối lượng riêng tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch trung
bình 0,68 % đối với vùng lỏng chưa sôi và 1,6 % cho vùng hơi quá nhiệt. Với số liệu đã được đánh giá, bợ số liệu
nhiệt đợng của R1234ze(Z) hồn toàn có thể ứng dụng cho các nghiên cứu tiếp theo về phân tích đánh giá khả năng
ứng dụng trong các chu trình lạnh.

3.1.4 Thông số nhiệt động của R1234ze(Z) trong vùng 1 pha
Bảng 3.5 Thông số nhiệt động trên đường bão hịa của R1234ze(Z) (theo nhiệt độ)(trích bảng)
Thể tích riêng
Entanpi riêng
Entropi riêng
Nhiệt ẩn
Nhiệt độ Áp suất
hóa hơi
Lỏng
Hơi
Lỏng
Hơi
Lỏng
Hơi
T
p
v'
v''
h'
h''
r
s'
s''
°C
kPa
m3/kg
m3/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg

kJ/(kgK) kJ/(kgK)
-40
0
5

8,77
68,70
84,60

0,000730
0,000781
0,000787

1,926782
0,281690
0,232019

0,00
47,20
53,40

10

245,00
271,00
275,00

245,00
223,80
221,60

0,00
0,19
0,21

1,05
1,01
1,01


3.1.5 Thông số nhiệt động của R1234ze(Z) trong vùng 2 pha
Bảng 3.4 Thông số nhiệt động của R1234ze(Z) trong vùng 2 pha (trích bảng)
T [°C]
0

5

h, s, v
v, m3/kg
h, kJ/kg
s, kJ/(kgK)
v, m3/kg
h, kJ/kg
s, kJ/(kgK)

0,01
1,984127
273,00
1,150
2,020202

277,00
1,170

0,5
0,000781
47,30
0,186
0,000787
53,60
0,208

P [MPa]
2
0,000781
47,90
0,183
0,000787
54,10
0,206

1
0,000781
47,50
0,185
0,000787
53,70
0,207

3
0,000775

48,30
0,182
0,000787
54,50
0,204

4
0,000775
48,70
0,181
0,000781
54,80
0,203

5
0,000775
49,10
0,179
0,000781
55,20
0,202

3.1.6 Đồ thị lgp-h của R1234ze(Z)
140ºC

Đồ thị lgp-h của R1234ze(Z)
T ref = -40 oC; href = 0 J/kg; sref = 0 J/(kgK)

130ºC

0,01 m3/kg

120ºC

110ºC
100ºC
90ºC

1,2584
80ºC
70ºC

0,005 m 3/kg

60ºC

Áp suất, MPa

0,4661

0,03 m 3/kg

50ºC
40ºC
0,5

30ºC

0,4

0,1726

0,05 m 3/kg

20ºC

0,1 m3/kg

0,2 m 3/kg
10ºC

0,3 m 3/kg
0ºC

0,0639

0,5 m3/kg

-10ºC
-20ºC

0,0237

-25ºC
1 m 3/kg

-30ºC
0,1

0,2

0,3

-35ºC

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0
1,1

-40ºC

0,0088
0

50

100

150

200

250

1.2

300

1,3

1,4 kJ/(kgK)

350

400

Entanpy, kJ/kg

Hình 3.8 Đờ thị lgp_h của HFO 1234ze(Z)

3.2 Số liệu nhiệt động của môi chất R1243zf
3.2.1 Số liệu nhiệt động cơ bản của R1243zf
3.2.1.1 Tính chất chung
R1243zf có chỉ số ODP =0, GWP= 0,82 [9], có công thức hóa học
(CH2=CH-CF3), dạng liên kết chỉ ra trong hình 3.9, là chất khí không màu, trọng
lượng phân tử: 96,05113 g/mol. Ở áp suất khí quyển (1,013bar) có nhiệt độ sôi
khoảng -180C. Khối lượng riêng ở 22.50C là 0,94g/cm3. Môi chất có tính cháy
nổ, giới hạn nổ dưới 4,7%, giới hạn nổ trên 13,5%. Khối lượng riêng lỏng ở nhiệt
độ 200C là 10 mol/l. Đợ hịa tan trong nước ≤50 mg/kg. R1243zf hiện đang được
phổ biến làm môi chất, tác nhân tạo bọt, dung mơi.
Hình 3.9 Cấu tạo khơng gian của R1243zf
3.2.1.2 Số liệu nhiệt động của R1243zf
Bảng 3.7 Số liệu thực nghiệm thông số tới hạn của R1243zf

Tc [K]
pc [MPa]
Nguồn
PP NC
Lựa chọn
c[mol/dm3]
378,6
3,61
McLinden [9]
NBP, cấu trúc phân tử

378,8
3,74
4,404
Brown [92]
Thực nghiệm
Bảng 3.8 Số liệu áp suất bay hơi của R1243zf.
Tác giả
Số điểm TN Dải nhiệt độ, K
AAD, %
Brown [20] (Lab: ITC-CNR)
55
247-353
Phương trình Wagner: 0,077%
Phương trình Antoine: 0,086%
Brown [20] (Lab: UnivPM)
28
233,8-273
Bảng 3.9 Số liệu thực nghiệm khối lượng riêng của R1243zf.
Thông số

ρ hơi
ρ quá lạnh

Tác giả

Điểm thực nghiệm

 min − max

T min − max

P min − max

Nicola [24]
Nicola [24]

99
302

990,218- 2098,424
8,215-11,659

287-369
283-354

0,235-0,912
1,297-34,555

3.2.2 Xác định đại lượng đặc trưng trong mơ hình tương tác phân tử của
R1243zf

Như đã thống kê và phân tích ở trên, để xây dựng mô hình tương tác phân tử cho môi chất R1243zf, các dữ
liệu được lựa chọn để xác định các tham số đặc trưng của mô hình tương tác phân tử.
Sử dụng thuật toán đơn hình, tối tưu tham số bằng Thermofit, sau khi tối ưu, các tham số đặc trưng của mô
hình tương tác phân tử cho R1243zf: T0 = 326,8307 K; ρ0 = 4,375 mol/l; α = 1,39 và Q*² = 1,136.
11


3.2.3 Đánh giá độ chính xác, tin cậy bộ số liệu nhiệt động của R1243zf
Các thông số nhiệt động tính từ mô hình tương tác phân tử trong vùng lỏng bão hòa có sai lệch rất ít so với các số
liệu cơng bố thực nghiệm: Áp śt bão hịa và khối lượng riêng bão hòa có sai lệch AAD lần lượt 0,28 % là 0,25 %.
Với dữ liệu dự đoán cho vùng lỏng và khí, khối lượng riêng lỏng quá lạnh tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch
trung bình 0,2 %, áp suất pha hơi tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch trung bình 0,56 %. Kết quả từ nghiên
cứu này cho thấy số liệu nhiệt động của môi chất R1243zf được tính theo biểu thức (2.4) và (2.7) có độ chính xác cao
hơn khi sử dụng công thức (2.6) và (2.8) [90]. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả được nghiên cứu và công bố
bởi Castro-Marcano và cộng sự [93]. Với số liệu đã được đánh giá, bộ số liệu nhiệt đợng của R1243zf hồn tồn có thể
ứng dụng cho các nghiên cứu tiếp theo về phân tích đánh giá khả năng ứng dụng trong các chu trình lạnh.

3.2.4 Thông số nhiệt động của R1243zf trong vùng 1 pha
Bảng 3.10 Thơng số nhiệt động của lỏng bão hịa và hơi bão hịa khơ của R1243zf (trích bảng)
Thể tích riêng
Entanpi riêng
Entropi riêng
Nhiệt độ Áp suất
Nhiệt ẩn hóa hơi
Lỏng
Hơi
Lỏng
Hơi
Lỏng
Hơi

T
p
v'
v''
h'
h''
r
s'
s''
°C
kPa
m3/kg
m3/kg kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/(kgK) kJ/(kgK)
-40
0
5

52
269
318

0,000870
0,000952
0,000971

0,38
0,08

0,07

0,00
51,30
58,20

225,00
251,00
255,00

225,00
199,70
196,80

0,00
0,20
0,23

0,96
0,94
0,93

3.2.5 Thông số nhiệt động của R1243zf trong vùng 2 pha
T [°C]
0

5

Bảng 3.51 Thông số nhiệt động của R1243zf trong vùng 2 pha (trích bảng)
P [MPa]

h, s, v
0,01
0,5
1
2
3
4
v, m3/kg
h, kJ/kg
s, kJ/(kgK)
v, m3/kg
h, kJ/kg
s, kJ/(kgK)

2,358491
259,00
1,240
2,398082
263,00
1,250

0,000952
51,40
0,202
0,000971
58,20
0,226

0,000952
51,60

0,200
0,000962
58,30
0,225

0,000952
51,90
0,198
0,000962
58,60
0,223

0,000943
52,20
0,196
0,000962
58,90
0,220

0,000943
52,50
0,193
0,000952
59,20
0,218

5
0,000943
52,80
0,191

0,000952
59,50
0,216

3.2.6 Đồ thị lgp-h của môi chất R1243zf

Hình 3.14 Đờ thị lgp-h của R1243zf

3.3 Kết luận chương 3
Chương 3 đã được nghiên cứu, thực hiện với 4 mục tiêu với kết quả như sau:
(1) Tìm kiếm, phân tích các thông tin số liệu nhiệt động lý thuyết và thực nghiệm cho đến thời điểm hiện
tại của 2 môi chất R1234ze(Z) và R1243zf.
(2) Dựa trên các số liệu lý thuyết và thực nghiệm hiện có đã xác định được bộ thông số các đại lượng đặc
trưng trong mô hình tương tác phân tử cho 2 chất trên:
+ R1234ze(Z): T0 = 413,83 K; ρ0 = 4,057 mol/l; α = 1,44 và Q*² = 2,756.
+ R1243zf: T0 = 326,83 K; ρ0 = 4,375 mol/l; α = 1,39 và Q*² = 1,136.

12


(3) Đã xác định được bộ số liệu nhiệt động cho môi chất R1234ze(Z) và R1243zf trong vùng lỏng chưa sơi,
lỏng bão hịa, hơi bão hịa khơ và hơi q nhiệt. Bộ số liệu nhiệt động thu được đã được đánh giá độ chính xác
thông qua các kết quả thực nghiệm đã công bố để khẳng định độ tin cậy của bộ số liệu.
+ Đối với R1234ze(Z): Kết quả thu được trên đường bão hòa có sai lệch rất ít so với các số liệu công bố
thực nghiệm. Áp suất bão hòa và khối lượng riêng bão hòa có sai lệch AAD là 0,43 %. Với dữ liệu dự đoán cho
vùng lỏng chưa sôi và hơi quá nhiệt, khối lượng riêng tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch trung bình
0,68 % cho vùng lỏng chưa sôi và 1,6 % cho vùng hơi quá nhiệt.
+ Đối với R1243zf: Kết quả thu được trên đường lỏng bão hòa có sai lệch rất ít so với các số liệu cơng bố thực
nghiệm. Áp śt bão hịa và khối lượng riêng bão hòa có sai lệch AAD lần lượt 0,12 % là 0,08 %. Với dữ liệu dự đoán
cho vùng lỏng chưa sôi và hơi quá nhiệt, khối lượng riêng lỏng quá lạnh tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch

trung bình 0,2 %, áp śt pha hơi tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch trung bình 0,56 %.
Với số liệu đã được đánh giá, bộ số liệu nhiệt động của R1234ze(Z) và R1243zf hoàn toàn có thể ứng dụng
cho các nghiên cứu tiếp theo về phân tích đánh giá khả năng ứng dụng trong các chu trình lạnh.
Kết quả từ nghiên cứu cho thấy số liệu nhiệt động của môi chất R1243zf được tính theo biểu thức (2.4) và
(2.7) có độ chính xác cao hơn khi sử dụng công thức (2.6) và (2.8). Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả
được nghiên cứu và công bố bởi Castro-Marcano và cộng sự [93].
(4) Bộ số liệu nhiệt động thu được đã được trình bày dưới dạng bảng và đồ thị để thuận lợi cho các nghiên
cứu, tính toán sau này.

Chương 4 – NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CHU TRÌNH LẠNH SỬ DỤNG MCL
TIỀM NĂNG
Mục tiêu của luận án là mong muốn nghiên cứu khả năng thay thế của các môi chất tiềm năng trong các hệ thống
ĐHKK. Dựa trên cơ sở phương pháp và quy trình đã được nghiên cứu, đề xuất ở chương 2, chương này tiến hành
nghiên cứu chu trình lạnh sử dụng các môi chất thay thế tiềm năng R1234ze(Z), R1243zf, R1234yf, R1234ze(E) và các
môi chất thông dụng truyền thống R134a, R152a, R22, R32, R245fa. Điều kiện làm việc được lựa chọn theo điều kiện
thiết kế chuẩn cho hệ thống ĐHKK. Ngồi ra, các chế đợ có nhiệt đợ bay hơi và ngưng tụ khác nhau cũng được thay
đổi để đánh giá các tiêu chí: nhiệt độ đầu đẩy máy nén, áp suất hơi hút, hiệu quả làm lạnh COP, năng suất lạnh riêng thể
tích qv, và tỉ số nén. Từ đó đưa ra một số kết luận thu được từ nghiên cứu lý thuyết.

4.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 4. 1 Sơ đồ thiết bị hệ thống máy lạnh nén hơi
cơ bản

Hình 4. 2 Đờ thị lgp-h của chu trình máy lạnh nén
hơi cơ bản

4.2 Phạm vi nghiên cứu lý thuyết chu trình lạnh
4.2.1 Các chế độ nghiên cứu
Trong phần này, tác giả tiến hành tính toán lý thuyết cho chu trình máy lạnh nén hơi cơ bản sử dụng

các môi chất R1234ze(Z), R1243zf, R22, R134a, R32, R245fa, R152a, R1234yf, R1234ze(E) làm MCL. Các
chế độ nghiên cứu trong luận án được thể hiện trong Bảng 4.1. Dựa trên các thông số vận hành tiêu chuẩn cho
các máy ĐHKK, tác giả lựa chọn [89] chế độ nghiên cứu chuẩn cho hệ thống máy ĐHKK là: nhiệt độ bay hơi
5 C và nhiệt độ ngưng tụ là 50 C. Theo TCVN 5687-2010 Thơng gió- ĐHKK tiêu chuẩn thiết kế [90], nhiệt
đợ sôi của MCL trong giàn bay hơi kiểu ống làm lạnh nước thiết kế không nhỏ hơn dương 2 °C, cịn đối với các
giàn bay hơi kiểu khác, nhiệt đợ thiết kế không nhỏ hơn âm 2 °C. Vì vậy, nhiệt độ bay hơi được nghiên cứu
trong dải từ -5 C đến 15 C. Môi trường giải nhiệt của thiết bị ngưng tụ sử dụng trong ĐHKK thường là không
khí hoặc nước. Điều này dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ sẽ bị dao động do không khí và nước làm mát hồn tồn
phụ tḥc vào điều kiện thời tiết bên ngồi. Chính vì vậy, trong ḷn án, nhiệt đợ ngưng tụ được nghiên cứu
trong dải từ 40 C đến 60 C.
Bảng 4. 1 Các chế độ nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ của hệ thống máy lạnh
Các chế độ tính tốn

Chế độ 1

Chế độ 2

Chế độ 3

13

Chế độ 4

Chế độ 5

T0, C


T0, C
Tk, C

-5
40

0
45

5
50

10
55

15
60

50
5

4.2.2 Lựa chọn mơi chất
Bảng 4. 2 Tính chất chung của các MCL nghiên cứu
R22

R32

R134a

R152a

R245fa

R1234
yf

R1234
ze(E)

R1234
ze(Z)

R1243
zf

86,47

52,02

102,03

66,05

134,05

114

114,04

114,04

96,05

-40,8
96,2
4,99
1810
A1

-51,7
78,2
5,78
675
A2L

-26,1
101,1
4,06
1430
A1

-24,0
104,9
3,59
124
A2

15,1
154,1
4,43
1030
A1

-29,45
94,70
3,38
4
A2L

-18,97
109,36
3,63
6
A2L

9
423,27
3,533
1,4
A2L

-18
378,8
3,74
0,82
A2L

Tính chất
Khối lượng phân tử,
g/mol
Nhiệt độ sôi thường, C
Nhiệt độ tới hạn, C

Áp suất tới hạn, MPa
GWP
Xếp loại an tồn

4.3 Cơ sở tính tốn
4.4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới chu trình
4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi
4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ
4.4.3 Ảnh hưởng của hiệu suất nén không thuận nghịch của máy nén

4.5 Đánh giá tiềm năng thay thế của các môi chất nghiên cứu
4.5.1 Môi chất thay thế cho R22
1

R32

2 R152a

3

R245fa

4

R1234yf

5 R1234ze(E)

6

R1234ze(Z)

7 R1243zf

(Môi chất- R22)100/R22, %

60

30
1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

0
1

1 2 3 4 5 6 7

-30

-60

-90

TT2
2

p1
p1

COP

qv
qv

Hình 4.12 So sánh các thông số nhiệt độ
đầu đẩy máy nén, áp suất hút, COP, VCC,
và tỉ số nén của chu trình sử dụng các môi
chất tiềm năng thay thế R22 theo dải nhiệt
đợ bay hơi từ 268,15K đến 288,15K.
Hình 4.12 biểu diễn so sánh tương
quan các thông số nhiệt độ đầu đẩy máy
nén, áp suất hút, COP, qv, và tỉ số nén của
chu trình sử dụng các môi chất tiềm năng
thay thế R22 theo dải nhiệt độ bay hơi từ 5 ºC đến 15 ºC. Hình 4.12 cho thấy sai lệch
của 2 môi chất R1234ze(Z) và R245fa với
môi chất R22 khá cao trong các tiêu chí
được xét.

Π

Trong các môi chất cịn lại R32 có cợt biểu diễn sai lệch áp suất hơi hút và qv so với R22 cao nhất. Tuy
nhiên, hai tiêu chí này đều là sai lệch dương, khi thay thế vào trong hệ thống R22 có thể đem lại một số lợi ích
nhất định. Bốn môi chất cịn lại có các cợt biểu diễn tương đối ngang bằng nhau.
Để thuận tiện cho việc đánh giá khả năng thay thế của các MCL nghiên cứu, Bảng 4.3 mô tả độ sai lệch của
các tiêu chí so sánh giữa MCL thay thế tiềm năng và môi chất thay thế. Sau đó sắp xếp theo thứ tự sai lệch ít nhất được

đánh giá là khả năng thay thế tốt nhất (giá trị bằng 1) và sai lệch cao nhất được đánh giá là tiềm năng thay thế thấp. Chi
tiết thông tin đánh giá môi chất thay thế cho R22 trình bày trong Bảng 4.4. Kết quả cho thấy trong các MCL được
nghiên cứu, về mặt nhiệt động thì MCL R1243zf có tiềm năng cao nhất. R32, R152a, R1234yf, R1234ze(E) có khả
năng thay thế. R245fa và R1234ze(Z) không phù hợp để thay thế R22 trong các hệ thống ĐHKK.
Kết quả nghiên cứu lý thuyết này tương đồng với kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã công bố. Ví dụ, trong
nghiên cứu thực nghiệm thay thế R1234yf, R1234ze(E) cho MCL R22 trong HKK cua Oruỗ [98], COP giam
dõn theo th t R22, R1234ze(E) và R1234yf. Trong đó, R1234yf có COP thấp hơn từ 5 % đến 9 % so với
R1234ze(E) tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường. Kết quả nghiên cứu trong Bảng 4.3 cho thấy chênh lệch COP
trung bình trong các trường hợp giữa 2 môi chất này là 8,63 %. Trong công bố của Devecioğlu [99] cho thấy
COP của R1234z(E) thấp hơn 5 % so với COP của R22 trong ứng dụng điều hòa. Trong nghiên cứu này, sai
14


lệch trung bình là 2,33 %. Dựa trên cơ sở so sánh các giá trị của các tiêu chí tính toán ở nghiên cứu này với các
kết quả thực nghiệm cho thấy số liệu nghiên cứu lý thuyết chu trình hoàn toàn có thể tin cậy được để có thể
đánh giá tiềm năng ứng dụng của các môi chất được nghiên cứu.
Ngồi tính chất nhiệt đợng phù hợp, các MCL thay thế tiềm năng cần phải đáp ứng các tiêu chí về tính an tồn
và khơng ơ nhiễm mơi trường. Bảng 4.5 đánh giá tổng quát tiềm năng thay thế của các môi chất nghiên cứu. Kết quả
cho thấy, môi chất R32 dù có tính chất nhiệt động phù hợp nhưng cũng chỉ là môi chất quá độ, sẽ dần bị loại bỏ do
chỉ số GWP 675 gần ngưỡng giới hạn 750. Các môi chất R152a, R1234yf, R1234ze(E), R1243zf là các MCL thay
thế tốt cho R22 trong các hệ thống ĐHKK. Trong đó R1243zf là chất thay thế phù hợp nhất.
Bảng 4.5 Đánh giá tổng thể tiềm năng thay thế của một số MCL cho môi chất R22
Đánh giá tiềm năng thay thế 1: Tốt nhất – 7: Xấu nhất
Tiêu chí đánh
Tính chất nhiệt
GWP
giá
động
Tính an tồn
Tổng

Đánh
Đánh
Mức đợ đợc hại, khả
MCL
Giá trị
Giá trị
Đánh giá
giá
giá
năng cháy
R32
18
3
675
5
A2L
2
10
R152a
13
2
124
4
A2
3
9
R1234yf
20
4
4

2
A2L
2
8
R1234ze(E)
20
4
6
3
A2L
2
9
R1243zf
12
1
0,82
1
A2L
2
4

4.5.2 Môi chất thay thế cho R134a

(Môi chất - R134a)100/R134a, %

So sánh tương quan các thông số nhiệt độ
1 R32 2 R152a 3 R245fa 4 R1234yf 5 R1234ze(E) 6 R1234ze(Z) 7 R1243zf
đầu đẩy máy nén, áp suất hút, COP, qv, và
tỉ số nén của chu trình sử dụng các môi chất
150

tiềm năng thay thế R134a theo dải nhiệt độ
bay hơi từ -5 ºC đến 15 ºC được biểu diễn
90
trên Hình 4.13. Hình 4.13 cho thấy sai
lệch của 2 môi chất R1234ze(Z) và R245fa
1 2 3 4 5 6 7
với môi chất R134a khá cao trong các tiêu
30
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7
chí được xét nên khả năng thay thế R134a
thấp. Trong các mơi chất cịn lại R32 có cột
-30
biểu diễn sai lệch áp suất hơi hút, năng suất
lạnh riêng thể tích so với R134a khá cao.
-90
Hai tiêu chí áp suất hút và qv là sai lệch
T2T2
pp1
qqv
1
COP
Π
v
dương lần lượt là 170 % và 153 %. Sai lệc
Hình 4.13 So sánh các thông số nhiệt độ đầu đẩy máy nén,
này lớn dẫn đến khó có khả năng thay thế
áp

suất hút, COP, qv, và tỉ số nén của chu trình sử dụng các
trực tiếp vào hệ thống R134a. Bốn mơi chất
cịn lại có các cột biểu diễn tương đối môi chất tiềm năng thay thế cho R134a theo dải nhiệt độ bay
hơi từ -5 ºC đến 15 ºC.
ngang bằng nhau
Để thuận tiện cho việc đánh giá khả năng thay thế của các MCL nghiên cứu, Bảng 4.6 mô tả độ sai lệch của
các tiêu chí so sánh giữa MCL thay thế tiềm năng và môi chất thay thế. Sau đó sắp xếp theo thứ tự sai lệch ít
nhất được đánh giá là khả năng thay thế tốt nhất (giá trị bằng 1) và sai lệch cao nhất được đánh giá là tiềm năng
thay thế thấp. Thông tin đánh giá môi chất thay thế cho R22 trình bày trong Bảng 4.7. Kết quả cho thấy trong
các MCL được nghiên cứu, về mặt nhiệt động thì MCL R1243zf có tiềm năng cao nhất. R152a, R1234ze(E),
R1234yf có khả năng thay thế R134a. R32, R245fa và R1234ze(Z) không phù hợp để thay thế R134a trong các
hệ thống ĐHKK.
Kết quả nghiên cứu ở Bảng 4.6 được so sánh với kết quả nghiên cứu thực nghiệm của một số chất đã công
bố. Sai lệch giữa kết quả từ nghiên cứu này và kết quả thực nghiệm rất nhỏ. Ví dụ, nghiên cứu thực nghiệm của
Jankovic [100] đưa ra kết luận ở nhiệt độ bay hơi -9,8 ºC và nhiệt độ ngưng tụ là 35,2 ºC, năng suất lạnh riêng
thể tích của R1234ze(E) thấp hơn 27 % so với R134a (ở nghiên cứu này, giá trị sai lệch trung bình là 26,7 %).
COP của R1234ze(E) thấp hơn 1 % so với R134a (ở nghiên cứu này, giá trị sai lệch trung bình là 1 %). MotaBabiloni [98] nghiên cứu thay thế R1234yf và R1234ze(E) trong hệ thống máy lạnh nén hơi sử dụng R134a ở
dải nhiệt độ bay hơi từ -13,1 ºC đến 6,9 ºC. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi không thiết bị hồi nhiệt (IHX),
đối với môi chất R1234ze(E): năng suất lạnh riêng thể tích giảm và có sai lệch trung bình là 30 %, COP thấp
hơn từ 2 % đến 8 %. Khi sử dụng thiết bị hồi nhiệt, COP được cải thiện thêm 1 %). Đối với môi chất R1234yf,
năng suất lạnh riêng thể tích giảm và có sai lệch trung bình là 9 % (ở nghiên cứu này, giá trị sai lệch trung bình là
15


13,11 %), COP thấp hơn từ 3- 11 % (ở nghiên cứu này, giá trị sai lệch trung bình là 9,61 %). Thông qua việc so sánh
các giá trị của các tiêu chí tính toán được với các kết quả thực nghiệm cho thấy số liệu nghiên cứu lý thuyết chu trình
hoàn toàn có thể tin cậy được để có thể đánh giá tiềm năng ứng dụng của mơi chất.
Ngồi tính chất nhiệt động phù hợp, các MCL thay thế tiềm năng cần phải đáp ứng các tiêu chí về tính an
tồn và khơng ơ nhiễm mơi trường. Bảng 4.8 đánh giá tổng quát tiềm năng thay thế của các môi chất nghiên
cứu. Kết quả cho thấy, môi chất R1243zf có khả năng thay thế tốt nhất cho R134a. Các môi chất R152a,

R1234yf, R1234ze(E) là các MCL thay thế tốt cho R134a trong các hệ thống ĐHKK.
Bảng 4.8 Đánh giá tổng thể tiềm năng thay thế của một số MCL cho mơi chất R134a
Tiêu chí đánh giá

Tính chất nhiệt động

GWP

Tính an tồn

MCL

Giá trị

Đánh giá

Giá trị

Đánh giá

Mức đợ đợc hại, khả năng cháy

Đánh giá

R152a
R1234yf
R1234ze(E)
R1243zf

16

18
15
12

2
4
3
1

124
4
6
0,82

4
2
3
1

A2
A2L
A2L
A2L

3
2
2
2

Tổng

9
8
8
4

4.6 Kết luận chương 4
Chương này trình bày nghiên cứu chu trình lạnh cơ bản sử dụng các môi chất R1234ze(Z), R1243zf,
R1234yf, R1234ze(E), R134a, R152a, R22, R32, R245fa làm MCL ở các chế độ nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ
khác nhau. Dựa trên đánh giá, so sánh các tiêu chí: nhiệt độ đầu đẩy máy nén, áp suất hơi hút, hiệu suất biến đổi
năng lượng COP, qv, và tỉ số nén, tính chất an toàn và chỉ số GWP có thể kết luận như sau:
(1) R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R22 do không phù hợp về mặt nhiệt động. Riêng
R32 có khả năng thay thế cho R22 nhưng bị hạn chế bởi chỉ số GWP cao (675). Các môi chất R152a, R1234yf,
R1234ze(E), R1243zf là có tiềm năng thay thế cho R22 trong hệ thống ĐHKK. Trong đó R1243zf là môi chất
có khả năng thay thế tốt nhất vì ngoài tính chất thân thiện với môi trường, COP của môi chất này chỉ thấp hơn
2,02 %, nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 5,92 % và tỉ số nén cao hơn 6,85 % so với R22.
(2) R32, R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R134a. Các môi chất R152a, R1234yf,
R1234ze(E), R1243zf là có tiềm năng thay thế cho R134a. Trong số các môi chất, R152a có chỉ số GWP bằng
124. Tuy trong nghiên cứu này, R152a vẫn đáp ứng được tiêu chí GWP< 750, nhưng với xu hướng phát triển
của MCL là có chỉ số GWP càng thấp càng tốt thì việc sử dụng R152a cũng bị hạn chế.
Trên cơ sở phương pháp và quy trình nghiên cứu tìm kiếm môi chất lạnh đã được đề xuất ở chương 2, đã
tìm ra được ba mơi chất tḥc dịng HFO (R1234yf, R1243zf và R1234ze(E)) hoàn toàn có khả năng thay thế
cho R134a và R22 trong các hệ thống hiện tại. Kết quả thu được từ nghiên cứu lý thuyết chu trình lạnh ở trên
chưa xem xét được tổn thất áp suất thực tế trên đường ống, trên thiết bị trao đổi nhiệt, trên một số thiết bị khác
và chưa có giá trị tổn thất thực tế trong quá trình nén không thuận nghịch. Để khảo sát ảnh hưởng của các loại
tổn thất đến hiệu quả biến đổi năng lượng trong một hệ thống thực, đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm. Phần
nội dung nghiên cứu này được trình bày chi tiết ở chương tiếp theo.

Chương 5 – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHU TRÌNH LẠNH SỬ MƠI
CHẤT R1234ZE(E)

5.1 Thiết bị thí nghiệm
Các thiết bị phụ trên đường ống của hệ thống lạnh gồm: các van chặn, bình chứa cao áp, bình tách lỏng,
phin lọc, mắt ga. Các thiết bị được bố trí trên mơ hình được mơ tả trong Hình 5.1. Hình ảnh thực của mô hình
được thể hiện tương ứng trong Hình 5.2.

16


T3
P2
HP
T2

P1
T1

P3

LP

T4

Hình 5.1 Sơ đờ ngun lý và bố trí thiết bị đo

Hình 5.2 Hình ảnh tổng thể mơ hình thí nghiệm sau
chế tạo

5.2 Thiết bị đo, thu thập dữ liệu và điều khiển
Trong nghiên cứu thực nghiệm, độ chính xác của thiết bị đo và thu thập dữ liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến
đến độ tin cậy của kết quả đo. Độ chính xác, tin cậy của các thiết bị đo và thu thập dữ liệu được các nhà sản

xuất công bố cho một loạt sản phẩm ở điều kiện của nhà sản xuất. Thực tế nghiên cứu cho thấy, để nâng cao độ
chính xác, tin cậy, các thiết bị đo và thu thập dữ liệu cần được hiệu chuẩn bởi các thiết bị hiệu chuẩn chuyên
dụng. Đây chính là đặc điểm khác biệt cơ bản của hệ thống thiết bị thí nghiệm so với các hệ thống thiết bị ứng
dụng trong công nghiệp và dân dụng.

5.2.1 Thiết bị thu thập số liệu và kết nối máy tính
Bợ thu thập số liệu đa kênh kết nối với máy tính được sử đụng trong nghiên cứu này có độ chính xác, ổn định cao.
Để nâng cao độ chính xác, tin cậy, các cảm biến kết nối với thiết bị đo và hiển thị giá trị đo được hiệu chuẩn độc lập ở
phịng hiệu chuẩn quốc gia. Thơng tin về các thiết bị hiệu chuẩn và độ không đảm bảo được trình bày ở mục tiếp theo.

5.2.2 Hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ, áp suất

Nhiệt độ ( C)

5.2.2.1 Hiệu chuẩn nhiệt độ
88.10
Tất cả các đầu đo nhiệt độ được hiệu chuẩn trong dải nhiệt độ
+ 0,21 K
88.00
từ -40C đến 120C bằng các thiết bị hiệu chuẩn chuyên dụng
+ 0,12 K
87.90
của phòng hiệu chuẩn quốc gia, thông tin được liệt kê chi tiết
trong Phụ lục 5B.
87.80
T2 là đầu đo nhiệt độ có độ không đảm bảo đo mở rộng U95
87.70
- 0,12 K
cao nhất, 0,12K. Bảng 5.4 liệt kê nhiệt độ đo được ở đầu cảm biến
- 0,21 K

87.60
T2 trong vòng 20 phút trong điều kiện thí nghiệm thực tế. Kết quả
87.50
biểu diễn biến thiên nhiệt đợ ở đầu đo T2, Hình 5.3, cho thấy khi
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Thời gian (s)
thực hiện thí nghiệm ngồi đợ khơng đảm bảo 0,12K cịn có thêm
phần sai số ngẫu nhiên, trong điều kiện thực nghiệm. Với kết quả Hình 5. 1 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian
của đầu đo nhiệt độ T2
đo mẫu thực tế liệt kê trong Hình 5.3, đợ khơng đảm bảo thực tế
ở hệ thống đo thực của đầu đo T2 là 0,21 K.
5.2.2.2 Hiệu chuẩn áp suất
Tương tự như hiệu chuẩn nhiệt độ, các cảm biến áp suất
cũng được kết nối với bộ thu thập dữ liệu nói trên để chuyển
đổi và hiển thị kết quả đo trên máy tính. Các đầu cảm biến
được kết nối liên thông vào môi trường áp suất mẫu cùng với
đầu cảm biến dùng để hiệu chuẩn của phòng hiệu chuẩn quốc
gia. Sau khi hiệu chuẩn, độ không đảm bảo mở rộng U95 đối
với các giá trị áp suất đo được thông qua bộ thu thập dữ liệu
đa kênh và các cảm biến áp suất P1 và P2 và P3 tối đa là 0,4
%, tương đương 1,4 kPa.
Hình 5.2 Biến thiên áp suất theo thời gian
của đầu đo áp suất P1

17


Thiết bị đo áp suất sau khi được hiệu chuẩn đã được đưa vào thí nghiệm trên mô hình thiết bị thí nghiệm ở trên.
Hình 5.4 biểu diễn áp suất đo được ở điểm P1 trong vòng 20 phút trong điều kiện thí nghiệm thực tế ở phòng thí
nghiệm. Kết quả biểu diễn biến thiên áp suất ở đầu đo P1 cho thấy khi thực hiện thí nghiệm ngồi đợ khơng đảm bảo
1,4 kPa cịn có thêm phần sai số ngẫu nhiên, trong điều kiện thực nghiệm. Với kết quả đo mẫu thực tế liệt kê trong
Bảng 5.5, độ không đảm bảo thực tế ở hệ thống đo thực của đầu đo P1 là 2,7 kPa.

5.2.3 Kết nối đồng bộ các thiết bị đo và hiển thị dữ liệu trên máy tính
Để đảm bảo các số liệu đo được đọc đồng thời và hạn chế sai số đọc và ghi chép số liệu, tất cả tín hiệu đo được
đưa về bộ thu thập dữ liệu đa kênh gồm 03 mô đun độc lập, mỗi mô đun gồm 22 kênh kết nối với thiết bị đo. Các thiết
bị đo được kết nối với máy tính và kết quả từ bộ thu thập dữ liệu được truyền qua cổng GPIB tốc độ cao về máy tính.

5.3 Cơ sở tính tốn
5.4 Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm chu trình lạnh và các bước tiến hành
5.4.1 Chế độ nghiên cứu:
Với mục tiêu nghiên cứu là môi chất lạnh ứng dụng trong ĐHKK, nhóm nghiên cứu tiến hành thực nghiệm
chu trình hệ thống lạnh ở nhiệt độ ngưng tụ từ 40 đến 50 ºC (giải nhiệt gió) và nhiệt độ môi chất vào bình bay
hơi từ 1,5 ºC đến 8 ºC.

5.4.2 Môi chất nghiên cứu: R134a và R1234ze(E)
5.4.3 Các bước tiến hành thực thực nghiệm

5.5 Nghiên cứu thực nghiệm xác định COP của chu trình lạnh sử dụng
R1234ze(E) và chu trình dùng R134a
1,97
4

Áp suất, MPa

Kết quả thí nghiệm một chu
trình điển hình được thể hiện trên
Hình 5.6. Hiệu quả biến đởi năng
lượng của chu trình sử dụng môi
chất R134a và R1234ze(E) ở thiết bị
làm lạnh nước nhiệt độ bay hơi trong
khoảng từ 4 đến 6 °C, nhiệt độ
không khí vào dàn ngưng là 35 °C,
lần lượt là 2,39 và 2,33. Áp suất hơi
của R1234ze(E) thấp hơn hẳn so với
R134a, khoảng 32 % do đó máy nén
sẽ cần làm được việc ở chế độ áp
suất thấp.

2

3

4

2

3

0,73

R134a
5

0,27

1

5
1

R1234ze(E)
0,10

0

50

100

150

200

250

300

350

Entanpy, kJ/kg

Hình 5. 6 Biểu diễn thơng số nhiệt động của chu trình hệ thống lạnh tại
các điểm đặc trưng của chu trình sử dụng mơi chất R134a, R1234ze(E)

5.6 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chu trình lạnh sử dụng mơi chất
R1234ze(E)
5.6.1 Nghiên cứu lý thuyết chu trình theo nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi
thực nghiệm và hiệu suất nén không thuận nghịch lý tưởng bằng 100 %
5.6.2 Nghiên cứu lý thuyết chu trình theo nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi và
hiệu suất nén không thuận nghịch thu được từ thực nghiệm
5.6.3 Chu trình tính theo thực nghiệm
5.6.4 So sánh đánh giá hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình lý thuyết và
thực nghiệm
Kết quả cho thấy chu trình lý thuyết với hiệu suất nén không thuận nghịch lý tưởng 100 % và bỏ qua các
loại tởn thất có COP nằm trong dải từ 5,65 đến 6,02. Khi nạp môi chất và chạy ở một hệ thống cụ thể, có xuất
hiện các loại tổn thất áp suất, tổn thất nhiệt, tổn thất nén không thuận nghịch, COP của hệ thống giảm. Hình 5.7
cho thấy khi so sánh hiệu quả biến đổi năng lượng tính theo số liệu thực nghiệm và tính tốn lý thút ở các chế
độ làm việc khác nhau, đường biểu diễn COP thực nghiệm thấp hơn trung bình 21,4 % so với đường biểu diễn COP lý
thuyết. Dạng đường biểu diễn của COP lý thuyết và thực nghiệm gần như song song với nhau. Điều này cho thấy:
i) Các nghiên cứu lý thuyết cho kết quả định hướng tốt và dự đoán được xu hướng và giá trị ước lượng cho
chu trình sử dụng cho môi chất R1234ze(E)
18


Hiệu quả biến đổi năng lượng, COP

ii) Nghiên cứu thực nghiệm đưa ra được giá trị hiệu quả biến đổi năng lượng của một chu trình lạnh sử dụng
một môi chất cụ thể.
6,5
iii) Dù đã tính hiệu suất chu trình theo hiệu
6,0
suất nén không thuận nghịch thực nghiệm, độ
5,5

sai lệch giữa COP lý thuyết và thực nghiệm
5,0
khá lớn 21,4 %. Nguyên nhân chủ yếu là khi
4,5
tính chu trình lý thuyết có áp dụng các giả thiết
4,0
quá trình hóa hơi và ngưng tụ là quá trình đẳng
3,5
áp. Trong một hệ thống thực, bao giờ cũng
3,0
xuất hiện tổn thất áp suất qua đường ống, thiết
2,5
bị, vì vậy sẽ dẫn đến sai lệch về COP. Kết quả
2,0
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
nghiên cứu cho thấy, để có được hiệu quả biến
Nhiệt độ môi chất vào thiết bị bay hơi, oC
đởi năng lượng tối ưu khi tính tốn, thiết kế hệ
Chu trình lý thuyết sử dụng hiệu suất nén không thuận nghịch thu được từ thực nghiệm
thống lạnh, cần quan tâm đến ảnh hưởng của tổn
Chu trình lý thuyết sử dụng hiệu suất nén không thuận nghịch bằng 100%
thất áp suất trong hệ thống thiết bị. Nghiên cứu
Chu trình thực nghiệm
này cũng cho thấy, để đánh giá chính xác hiệu quả

biến đổi năng lượng của một môi chất được sử
Hình 5.7 COP thay đổi theo nhiệt độ mơi chất vào bình
dụng trong mợt hệ thống cụ thể cần phải nghiên
bay hơi và hiệu suất nén không thuận nghịch của chu
cứu thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết chỉ mang
trình sử dụng môi chất R1234ze(E)
tính chất định hướng và định tính.

5.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nước lạnh đến COP của chu trình
sử dụng mơi chất R1234ze(E) và R134a
3,2

3,1
3,0
COPR134a = 0,0925*tnước lạnh + 1,8084
R= 0,98

2,9
Hệ số lạnh COP

Trong thực tế sử dụng, nhiệt độ nước lạnh
thường được quan tâm nhiều hơn là nhiệt độ
môi chất. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá ảnh
hưởng của nhiệt độ nước lạnh đến hiệu quả
biến đổi năng lượng của hệ thống là cần thiết.
Hình 5.8 cho thấy, xét về tởng thể, COP
của mơi chất R1234ze(E ) luôn thấp hơn so với
môi chất R134a. Sai lệch trung bình là 7,8%.
Vì vậy việc thay thế môi chất R1234ze(E) vào
hệ thống ĐHKK đang sử dụng R134a là tương

đối phù hợp.

2,8
2,7
2,6
2,5
2,4
R134a

2,3

R1234ze(E)

COPR1234ze(E) = 0,1087*tnước lạnh + 1,395
R = 0,97

2,2
6

8

10

12

14

16

Nhiệt độ nước lạnh, tnước lạnh oC

Hình 5.8 Quan hệ giữa nhiệt độ nước lạnh và hiệu quả
biến đổi năng lượng của máy làm lạnh nước

5.8 Kết luận chương 5
Chương 5 đã trình bày kết quả xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm để nghiên cứu khả năng thay thế của
một môi chất lạnh trong một hệ thống thực. Độ không đảm bảo U95 của các đầu đo nhiệt độ, áp suất tương ứng
là 0,21 K và 2,7 kPa. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm dùng để xác định sự thay đổi đặc tính của hệ thống
ở các điều kiện làm việc tương ứng khi sử dụng các môi chất khác nhau. Trên cơ sở môi chất đang sử dụng
trong hệ thống (R134a) đã được hiệu chỉnh, đủ độ tin cậy, có thể nghiên cứu xác định đặc tính của hệ thống sử
dụng môi chất thay thế thế khác (trong nghiên cứu này là R1234ze(E) ở cùng điều kiện làm việc).
Chương 5 trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho 2 môi chất R134a và R1234ze(E) đã được thực hiện trong
điều kiện: nhiệt độ không khí vào dàn ngưng tụ khống chế không đổi và có giá trị bằng 35 ºC, lưu lượng gió qua dàn
ngưng tụ không đổi và có giá trị bằng 0,092 kg/s, nhiệt độ nước lạnh khống chế trong khoảng 8,42 ºC đến 15,18 ºC.

CHƯƠNG 6 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Sau khi khảo sát về các thế hệ MCL, các văn bản quy phạm pháp luật cũng như các hướng nghiên cứu của
các nhóm nhà khoa học, dịng mơi chất HFO được lựa chọn là môi chất thay thế tiềm năng trong lĩnh vực ĐHKK
thực hiện trong nghiên cứu này. Luận án: “Nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động và khả năng ứng dụng
của một số HFO trong lĩnh vực điều hịa khơng khí” đã đưa ra được phương pháp và quy trình xác định thơng
số nhiệt đợng của mơi chất, phương pháp tìm kiếm và đánh giá, lựa chọn môi chất lạnh thay thế. Kết quả tiêu
biểu thu được từ luận án này gồm có:
19


(1) Bộ thông số các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1234ze(Z): T0 = 413,83 K;
ρ0 = 4,057 mol/l; α = 1,44 và Q*² = 2,756.
(2) Bộ thông số các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1243zf: T0 = 326,83 K; ρ0 =
4,375 mol/l; α = 1,39 và Q*² = 1,136.
(3) Bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ cho vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi quá nhiệt có độ chính xác

cao cho môi chất R1234ze(Z). Cụ thể, kết quả thu được trong vùng lỏng bão hòa có sai lệch rất ít so với các số liệu
cơng bố thực nghiệm. Áp śt bão hịa và khối lượng riêng bão hòa có sai lệch AAD là 0,43 %. Với dữ liệu dự đốn
cho vùng lỏng chưa sơi và hơi quá nhiệt, khối lượng riêng tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch trung bình
0,68 % cho vùng lỏng chưa sôi và 1,6 % cho vùng hơi quá nhiệt.
Bàn luận: Khi so sánh kết quả bộ số liệu nhiệt động của R1234ze(Z) thu được từ luận án này với các kết
quả thực nghiệm của các thông số nhiệt động đã công bố cho thấy AAD đạt được rất nhỏ. Từ đó kết luận: Kết
quả (3) bộ số liệu nhiệt động của R1234ze(Z) thu được từ luận án này hoàn toàn có thể tin cậy được. Cho tới
thời điểm hiện tại, hiện chỉ có nghiên cứu của Akasaka [49] (2014), Brown [34] (2010) đã mô tả số liệu nhiệt
động của R1234ze(Z) bằng các PTTT. Trong đó, PTTT mô tả tường minh theo năng lượng Helmholtz của
Akasaka [49] có độ chính xác tốt nhất tính tới thời điểm này. AAD áp suất bão hòa là 0,15%, AAD khối lượng
riêng lỏng bão hòa 0,2 % và AAD khối lượng riêng hơi quá nhiệt 0,4 %. Các kết quả của Akasaka [49] công bố
đều có giá trị nhỏ hơn so với kết quả công bố từ nghiên cứu này tương ứng là AAD áp suất bão hòa 0,43 %,
AAD khối lượng riêng lỏng bão hòa 0,43 % và AAD khối lượng riêng hơi quá nhiệt 1,6 %. Tuy nhiên, các hệ
số tìm được trong nghiên cứu của Akasaka đơn th̀n chỉ là các hệ số trong mơ hình tốn học mà không mang
một ý nghĩa vật lý nào. Chính vì vậy mà phương trình toán học thuần túy chỉ đúng trong vùng số liệu cho trước
và không có khả năng ngoại suy do nó có quá nhiều tham số. Vì vậy đặc điểm kết quả nghiên cứu của Akasaka
[49] là AAD chỉ đạt được giá trị nhỏ trong những vùng đã có số liệu thực nghiệm, và dạng triển khai năng lượng
Helmholtz này rất khó mở rộng cho hỗn hợp môi chất. Trong khi đó, kết quả từ nghiên cứu này có AAD của các
thông số nhiệt động cao hơn so với Akasaka, nhưng các hệ số tìm được trong nghiên cứu này mang ý nghĩa vật lý
riêng của môi chất được nghiên cứu (bộ thông số đặc trưng) và được dùng để tính toán các số liệu nhiệt đợng. Đây
là hướng đi hồn tồn khác so với các mơ hình tốn học th̀n túy. Kết quả này có khả năng dự đốn cho tồn bợ các
vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa và vùng hơi q nhiệt. Hơn nữa, khi đã khẳng định được độ tin cậy thông qua
các dữ liệu thực nghiệm đã công bố, bộ thông số các đại lượng đặc trưng phân tử của R1234ze(Z) ở kết quả (1) hoàn
toàn có khả năng sử dụng để mở rộng cho hỗn hợp của môi chất này với các chất khác.
(4) Bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ cho vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi quá nhiệt có độ chính xác
cao cho môi chất R1243zf. Cụ thể, áp suất bão hòa và khối lượng riêng bão hòa có sai lệch AAD lần lượt 0,12 % là
0,08 %. Khối lượng riêng lỏng quá lạnh thu được từ nghiên cứu này có sai lệch trung bình 0,2 %, áp suất pha hơi thu
được từ nghiên cứu này có sai lệch trung bình so với số liệu thực nghiệm là 0,56 %.
Bàn luận: Trong các nghiên cứu của Lai [90] (2014), Brown [34] (2010), đã mô tả số liệu nhiệt động của
R1243zf bằng các PTTT PC – SAFT và Peng-Robinson. Trong đó, phương trình trạng thái PC - SAFT trong

nghiên cứu của Lai [90] có độ chính xác tốt nhất tính tới thời điểm năm 2014 với AAD áp suất bão hòa 0,15 %,
AAD khối lượng riêng lỏng bão hòa 0,8 %, AAD khối lượng riêng lỏng quá lạnh 0,92 %, AAD áp suất hơi quá
nhiệt 0,91 %. Kết quả (4) cho thấy AAD của các thông số nhiệt động thu được từ nghiên cứu này đều có giá trị
thấp hơn so với Lai [90] tương ứng là AAD áp suất bão hòa 0,12 %, AAD khối lượng riêng lỏng bão hòa 0,08
%, AAD khối lượng riêng lỏng quá lạnh 0,2 %, AAD áp suất hơi quá nhiệt 0,56 %. Điều này cho thấy, bộ thông
số nhiệt động của R1243zf công bố từ luận án này có độ chính xác cao hơn. Đồng thời chứng minh bộ thông số
các đại lượng đặc trưng phân tử của R1243zf hoàn toàn có thể tin cậy được và ứng dụng trong mô hình có xét
đến thông số đặc trưng phân tử của môi chất. Ví dụ: chưng cất, chiết tách,.. hay nghiên cứu hỗn hợp môi chất.
(5) Nghiên cứu lý thuyết chu trình lạnh cơ bản sử dụng các môi chất R1234ze(Z), R1243zf, R1234yf, R1234ze(E),
R134a, R152a, R22, R32, R245fa làm MCL ở các chế độ nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ khác nhau và thu được một
số kết luận quan trọng sau:
(a) R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R22. Riêng R32 có khả năng thay thế nhưng bị
hạn chế bởi chỉ số GWP cao (675). Các mơi chất R152a, R1234yf, R1234ze(E), R1243zf có tiềm năng thay thế
cho R22 trong hệ thống ĐHKK. Trong đó R1243zf là môi chất có khả năng thay thế tốt nhất vì ngồi tính chất
thân thiện với mơi trường, COP của môi chất này chỉ thấp hơn 2,02 %, nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 5,92
% và tỉ số nén cao hơn 6,85 % so với R22.
(b) R32, R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R134a. Các môi chất R1234yf, R1234ze(E),
R1243zf có tiềm năng thay thế cho R134a
+ Trong các môi chất nghiên cứu, R1243zf có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a vì ngồi tính chất thân
thiện với mơi trường, các tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a gần như tương
đồng. COP của môi chất này chỉ thấp hơn 0,52 %, nhưng ưu điểm là nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 1,33
% và tỉ số nén thấp hơn 5,82 % so với R134a.
20


+ Môi chất R1234ze(E) có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a trong các hệ thống hiện tại. Độ sai lệch
của tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a rất nhỏ. COP của môi chất này chỉ thấp
hơn 0,83 %, tỉ số nén cao hơn 2,48 % nhưng bù lại nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 2,06 % so với R134a.
+ Môi chất R1234yf có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a trong các hệ thống hiện tại. Độ sai lệch của
tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a rất nhỏ. COP của môi chất này thấp hơn 9,61

%, nhưng bù lại nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 2,63 %, áp suất hơi hút cao hơn 3,09 % so với R134a.
Bàn luận: Nghiên cứu ứng dụng MCL vào một chu trình cụ thể là một trong những khâu quan trọng trong
quá trình đánh giá khả năng sử dụng của môi chất đó. Hướng nghiên cứu chu trình có thể thực hiện theo tính
toán lý thuyết hoặc làm thực nghiệm trên một hệ thống thực. Luận án đã thực hiện nghiên cứu lý thuyết chu
trình lạnh với nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ trong phạm vi ứng dụng của ĐHKK sử dụng 09 MCL gồm 04
MCL tiềm năng dòng HFO (R1234yf, R1234ze(E), R1243zf, R1234ze(Z)) và 5 MCL quá độ đang được sử dụng
trong các hệ thống hiện tại R134a, R152a, R22, R32, R245fa. Kết quả chỉ ra cho thấy 3 mơi chất dịng HFO gồm
R1234yf, R1234ze(E), R1243zf rất có tiềm năng thay thế cho 2 môi chất R134a và R22. Trong đó, khi xét tất cả các
tiêu chí R1243zf cho kết quả phù hợp thay thế nhất. R1234yf và R1234ze(E) là hai ứng cử viên phù hợp cả về nhiệt
động và tính chất môi trường.
Các nghiên cứu về 3 môi chất này thay thế cho R134a và R22 ở các hệ thống lạnh vẫn đang được tiến hành
bởi các nhóm nghiên cứu trên thế giới. Ở Việt Nam, số lượng nghiên cứu về dòng HFO còn rất hạn chế. Cho
tới thời điểm hiện tại, các văn bản luật liên quan đến dòng HFO như TCVN 10210:2013 [74] cũng chỉ đề cập
đến việc sử dụng các môi chất lạnh R-1234yf trong các bộ phận cấu thành và hệ thống lạnh của xe do nhà sản
xuất xe trang bị ban đầu. Tiêu chuẩn này cũng chưa đưa ra thời điểm áp dụng bắt buộc sử dụng MCL nào trên
hệ thống ĐHKK di động. Trong TCVN 6104-1:2015 [75] có đề cập tới R1234ze(E) là một trong những MCL
có thể được lựa chọn. Tiêu chuẩn này áp dụng cho trường hợp chuyển đổi một hệ thống sang sử dụng một môi
chất lạnh khác, tuy nhiên cũng không nêu rõ thời điểm bắt buộc. Mặt khác, Việt Nam đã phê chuẩn và tham gia
thực hiện nghị định thư Montreal với mục tiêu cụ thể là giảm 35 % mức tiêu thụ cơ sở các chất HCFC từ năm
2020 đến 2024; loại bỏ 1000 tấn HCFC-22 sử dụng trong lĩnh vực làm lạnh và ĐHKK gia dụng, lĩnh vực làm
lạnh. Vì vậy, kết quả từ nghiên cứu lý thuyết này sẽ cung cấp các định hướng ứng dụng các MCL dòng HFO
cho lĩnh vực ĐHKK. Đồng thời, hỗ trợ việc nghiên cứu tìm kiếm, đánh giá các loại MCL thân thiện môi trường
thay thế trong các hệ thống ĐHKK hiện tại để đáp ứng kịp các nhu cầu của xã hội.
(6) Nghiên cứu, chế tạo thành cơng thiết bị thí nghiệm chạy chu trình lạnh. Hệ thống thiết bị được trang bị
các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất có độ chính xác cao được kiểm chuẩn độc lập bằng các thiết bị kiểm chuẩn của
phịng kiểm chuẩn quốc gia và đánh giá đợ khơng đảm bảo đo khi lắp trực tiếp trên thiết bị. Hơn nữa, các đầu
đo này được kết nối về bộ thu thập dữ liệu đa kênh có độ phân giải cao cho phép đọc, ghi lại đồng thời các dữ
liệu chạy của chu trình. Điều này đảm bảo tồn bợ các số liệu cơng bố trong ḷn án này có độ tin cậy cao.
Nghiên cứu thực nghiệm cho môi chất R134a và R1234ze(E) đã được tiến hành và thu được một số kết quả sau:
(a) Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hiệu suất nén không thuận nghịch đến hiệu quả biến đổi năng lượng

của chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E) trong điều kiện nhiệt độ nước lạnh thay đổi cho thấy hiệu suất nén
là đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình lạnh và điều hồ khơng khí.
Khi hiệu suất nén không thuận nghịch bằng 100%, hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thay đổi từ 5,65
đến 6,02. Trong khi đó, cùng điều kiện làm việc nhưng sử dụng hiệu suất nén không thuận nghịch thực nghiệm
thực tế (từ 53% đến 63%), hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thay đổi từ 3,01 đến 3,80.
(b) Về ảnh hưởng của tổn thất áp suất, hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình sử dụng môi chất
R1234ze(E) có giá trị thay đổi từ 2,33 đến 3,01. Trong khi đó, khi cùng điều kiện làm việc (cùng nhiệt độ sau
thiết bị ngưng tụ, cùng nhiệt độ vào bình bay hơi, cùng hiệu suất nén không thuận nghịch), hiệu quả biến đổi
năng lượng của chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E) được tính theo lý thuyết khi bỏ qua tổn thất áp suất trên
đường ống, thiết bị thay đổi từ 3,01 đến 3,80. Đường biểu diễn COP thực nghiệm thấp hơn trung bình 21,4 %
so với đường biểu diễn COP lý thuyết tính theo số liệu thực nghiệm (nhiệt độ sau thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ vào
bình bay hơi, hiệu suất nén không thuận nghịch) ở các chế độ làm việc khác nhau. Dạng đường biểu diễn của
COP lý thuyết và thực nghiệm gần như song song với nhau. Kết quả cho thấy các nghiên cứu lý thuyết cho kết
quả định hướng tốt, dự đoán được xu hướng và đưa ra các giá trị định tính cho chu trình sử dụng một môi chất
nào đó. Tuy nhiên, nghiên cứu lý thuyết chưa đưa ra được giá trị chính xác hiệu quả biến đổi năng lượng của một
chu trình lạnh sử dụng một môi chất cụ thể trong điều kiện thực vì nghiên cứu lý thuyết chưa kể đến tổn thất áp suất
trên đường ống và trên các thiết bị. Ảnh hưởng của tổn thất áp suất đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình
là đáng kể. Vì vậy, các tổn thất này cần được nghiên cứu, đánh giá để có được hệ thống thực tối ưu. Nghiên cứu này
cho thấy nghiên cứu thực nghiệm là cần thiết để đánh giá chính xác hiệu quả biến đổi năng lượng của một hệ thống
thực sử dụng một môi chất nào đó.
(c) Kết quả nghiên cứu đánh giá tiềm năng thay thế của R1234ze(E) vào hệ thống ĐHKK đang sử dụng R134a:
Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ nước lạnh có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả biến đổi năng lượng COP của chu
21


trình lạnh. Hiệu quả biến đổi năng lượng của hệ thống và nhiệt độ nước lạnh có sự tương quan rất cao. Khi nhiệt độ
nước lạnh tăng từ 8 C đến 12 C, mức tăng tương ứng COP của R134a và R1234ze(E) lần lượt là 15 % và 19 %. Chênh
lệch COP hệ thống sử dụng R1234ze(E) trung bình thấp hơn COP của chu trình sử dụng R134a 7,8 %.
Bàn luận: Thiết bị thí nghiệm chu trình lạnh có thể tiến hành các MCL khác nhau. Để có thể đưa ra các
khuyến nghị phù hợp khi thay thế HFO tiềm năng vào các hệ thống lạnh hiện có thì cần phải tiến hành thêm các

nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thống thực để có các thay đổi phù hợp với môi chất được thay thế. Nghiên cứu
sinh rất mong muốn tiến hành thực nghiệm cho ba mơi chất dịng HFO (R1234yf, R1243zf và R1234ze(E)).
Đây là ba môi chất rất có tiềm năng thay thế cho R134a và R22 dùng trong lĩnh vực ĐHKK, đặc biệt là môi
chất R1243zf. Tuy nhiên, do khó khăn về vấn đề nguồn cung cấp MCL có độ tinh khiết cao để thực hiện thí
nghiệm, cũng như khó khăn trong việc nhập khẩu hóa chất chưa có trong danh mục cho phép, cho tới hiện tại
nghiên cứu sinh chỉ mua được môi chất R1234ze(E). Kết quả nghiên cứu thực nghiệm (6) thu được từ luận án
này cho thấy R1234ze(E) có thể thay thể thay thế trực tiếp vào một hệ thống ĐHKK đang sử dụng môi chất
R134a. Tuy nhiên, COP của hệ thống sẽ giảm trung bình 7,8 % trong điều kiện tải lạnh và giải nhiệt tương tự
khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình. Do đó, để thay thế cho R134a trong các hệ thống lạnh khác
nhau, rất cần thiết phải có các công trình nghiên cứu thực nghiện cụ thể trên thiết bị thực. Sau khi có kết quả
nghiên cứu mới ứng dụng thay thế trên diện rộng và đồng loạt cùng với các khuyến cáo sử dụng phù hợp.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận: Các kết quả mới của luận án về lý thuyết và thực nghiệm:
(1) Luận án đã góp phần làm sáng tỏ về sự liên hệ giữa năng lượng tương tác phân tử và thông số nhiệt động
của môi chất. Luận án đã xây dựng được phương pháp và quy trình xác định thơng số nhiệt đợng của môi chất
theo lý thuyết tương tác phân tử. Luận án cũng đã xây dựng được phương pháp xác định năng lượng tương tác
phân tử bằng thuật toán tối ưu hoá phi tuyến hàm mục tiêu đa biến. Các đại lượng đặc trưng trong mơ hình tốn
học biểu diễn năng lượng tương tác do lực đẩy, năng lượng tương tác do lực hút và năng lượng tương tác do sự
phân cực phân tử. Kết quả mới và cụ thể thu được từ đóng góp của luận án này bao gồm:
(a) Bộ thông số các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1234ze(Z): T0 = 413,83 K;
ρ0 = 4,057 mol/l; α = 1,44 và Q*² = 2,756.
(b) Bộ thông số các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1243zf: T0 = 326,83 K; ρ0 =
4,375 mol/l; α = 1,39 và Q*² = 1,136.
(c) Bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ cho vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi q nhiệt có độ chính xác cao
cho môi chất R1234ze(Z). Cụ thể, kết quả thu được trong vùng lỏng bão hòa có sai lệch rất ít so với các số liệu công
bố thực nghiệm. Sai số tuyệt đối trung bình AAD của áp suất bão hòa và khối lượng riêng bão hòa thu được từ luận
án náy so với số liệu thực nghiệm là 0,43 %. Mô hình và kết quả dự đốn bợ số liệu nhiệt đợng có đợ chính xác cao.
Cụ thể, cho vùng lỏng chưa sôi và hơi quá nhiệt, khối lượng riêng tính từ mô hình tương tác phân tử có sai lệch trung
bình 0,68 % cho vùng lỏng chưa sôi và 1,6 % cho vùng hơi quá nhiệt. Bộ số liệu nhiệt động thu được có thể làm cơ

sở cho các nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm và các ứng dụng sau này.
(d) Bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ cho vùng lỏng chưa sơi, đường bão hịa, vùng hơi q nhiệt có đợ chính
xác cao cho môi chất R1243zf. Sai số tuyệt đối trung bình của áp suất bão hòa và khối lượng riêng bão hịa lần
lượt 0,12 % là 0,08 %. Mơ hình và kết quả dự đốn bợ số liệu nhiệt động có độ chính xác cao. Cụ thể, khối
lượng riêng lỏng quá lạnh thu được từ nghiên cứu này có sai lệch trung bình 0,2 %, áp suất pha hơi thu được từ
nghiên cứu này có sai lệch trung bình so với số liệu thực nghiệm là 0,56 %. Bộ số liệu nhiệt động của môi chất
R1243zf đã được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế ISI. Bộ số liệu nhiệt động thu được có thể làm cơ sở
cho các nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm và các ứng dụng sau này.
Bộ số liệu nhiệt động có độ chính xác cao cho các môi chất R1234ze(Z) và R1243zf có vai trò quan trọng trong
các nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn. Bộ số liệu này có thể giúp các nhà khoa học, các kỹ sư trong việc nghiên
cứu lý thuyết, nghiên cứu ứng dụng, thiết kế chế tạo, kiểm tra đánh giá các hệ thống thiết bị sử dụng 2 môi chất trên.
(2) Luận án này đã xây dựng được phương pháp và quy trình nghiên cứu, tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn
MCL tiềm năng để thay thế các môi chất lạnh đang sử dụng khơng thân thiện với mơi trường và/hoặc khơng có
hiệu quả biến đổi năng lượng cao. Kết quả thu được từ phương pháp được đề xuất trong nghiên cứu này là môi
chất lạnh thay thế tiềm năng được đánh giá tổng hợp theo nhiều tiêu chí đánh giá khác nhau. Cụ thể:
(a) R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R22. Riêng R32 có khả năng thay thế nhưng bị
hạn chế bởi chỉ số GWP cao (675). Các mơi chất R152a, R1234yf, R1234ze(E), R1243zf có tiềm năng thay thế
cho R22 trong hệ thống ĐHKK. Trong đó R1243zf là môi chất có khả năng thay thế tốt nhất vì ngồi tính chất
thân thiện với mơi trường, COP của mơi chất này chỉ thấp hơn 2,02 %, nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 5,92
% và tỉ số nén cao hơn 6,85 % so với R22.
22


(b) R32, R1234ze(Z) và R245a không thể thay thế trực tiếp cho R134a. Các môi chất R1234yf, R1234ze(E),
R1243zf có tiềm năng thay thế cho R134a
+ Trong các môi chất nghiên cứu, R1243zf có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a vì ngồi tính chất thân
thiện với mơi trường, các tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a gần như tương
đồng. COP của môi chất này chỉ thấp hơn 0,52 %, nhưng ưu điểm là nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 1,33
% và tỉ số nén thấp hơn 5,82 % so với R134a.
+ Môi chất R1234ze(E) có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a trong các hệ thống hiện tại. Độ sai lệch

của tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a rất nhỏ. COP của môi chất này chỉ thấp
hơn 0,83 %, tỉ số nén cao hơn 2,48 % nhưng bù lại nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 2,06 % so với R134a.
+ Môi chất R1234yf có khả năng thay thế trực tiếp cho R134a trong các hệ thống hiện tại. Độ sai lệch của
tiêu chí đánh giá về mặt nhiệt động của môi chất này so với R134a rất nhỏ. COP của môi chất này thấp hơn 9,61
%, nhưng bù lại nhiệt độ đầu đẩy máy nén thấp hơn 2,63 %, áp suất hơi hút cao hơn 3,09 % so với R134a.
(3) Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu suất nén đến hiệu quả biến đổi năng lượng
của chu trình, đánh giá ảnh hưởng của tổn thất áp suất đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình và kiểm tra đánh
giá khả năng ứng dụng và thay thế R134a bằng môi chất lạnh tiềm năng R1234ze(E) trong một hệ thống thực.
(a) Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hiệu suất nén không thuận nghịch đến hiệu quả biến đổi năng lượng
của chu trình cho thấy hiệu suất nén là đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả biến đổi năng lượng. Khi
hiệu suất nén không thuận nghịch bằng 100%, hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thay đổi từ 5,65 đến
6,02. Trong khi đó, cùng điều kiện làm việc nhưng sử dụng hiệu suất nén không thuận nghịch thực nghiệm thực
tế (từ 53% đến 63%), hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình thay đổi từ 3,01 đến 3,80.
(b) Tổn thất áp suất có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả biến đổi năng lượng. Hiệu quả biến đổi năng lượng của
chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E) có giá trị thay đổi từ 2,33 đến 3,01 trong điều kiện suy giảm áp suất từ đầu
đẩy máy nén đến trước thiết bị tiết lưu là 25 kPa và suy giảm áp suất từ đầu vào thiết bị bay hơi tới đầu hút của máy
nén là 63 kPa. Trong cùng điều kiện làm việc (cùng nhiệt độ sau thiết bị ngưng tụ, cùng nhiệt độ vào bình bay hơi,
cùng hiệu suất nén không thuận nghịch), hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E)
được tính theo lý thuyết khi bỏ qua tổn thất áp suất trên đường ống, thiết bị thay đổi từ 3,01 đến 3,80.
(c) Nghiên cứu cho thấy môi chất R1234ze(E) hồn tồn có thể thay thế mơi chất lạnh R134a trong hệ thống
máy điều hoà làm lạnh nước giải nhiệt gió với hiệu quả biến đổi năng lượng nhỏ hơn 7,8%. Nhiệt độ nước lạnh
có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình sử dụng môi chất R134a và R1234ze(E).
Khi nhiệt độ nước lạnh tăng từ 8 C đến 12 C, mức tăng COP tương ứng của chu trình sử dụng môi chất R134a
và R1234ze(E) lần lượt là 15 % và 19 %.

Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo
(1) Thành công bước đầu của luận án là bộ số liệu nhiệt động của 2 môi chất tiềm năng thay thế trong các
hệ thống máy ĐHKK và bơm nhiệt.
+ Kết quả thu được từ nghiên cứu này có thể tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho hỗn hợp môi chất đó với các
chất khác.

+ Sử dụng bộ dữ liệu này làm cơ sở tính tốn cho các q trình nhiệt đợng, hóa học như: tởng hợp, hịa trợn,
chưng cất, phân tách, chiết tách,… các chất hữu cơ và là cơ sở dữ liệu nhiệt đợng học phục vụ cho các nghiên cứu,
tính tốn, ứng dụng sau này.
(2) Thành công khác của luận án là việc chế tạo thiết bị thực nghiệm có tích hợp các thiết bị đo lường có độ chính
xác cao, có thể nghiên cứu được các tính chất của MCL tiềm năng. Hệ thống thiết bị thí nghiệm này có một số nhược
điểm cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến để có thể thu được kết quả thí nghiệm nhanh hơn và nhiều hơn để tránh mất quá
nhiều thời gian để thu được một bộ số liệu cho một chế độ. Cụ thể, cải tiến để tự động tạo ra môi trường giải nhiệt
cho thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ và lưu lượng ổn định. Tự động hóa điều chỉnh nhiệt độ nước lạnh để có nhiệt độ
nước ổn định.
(3) Từ kết quả của đề tài này, các nhà nghiên cứu quan tâm tới môi chất lạnh có thể sử dụng theo các hướng:
+ Nghiên cứu điều tra và tối ưu hóa hiệu quả của các chu trình nhiệt, ví dụ chu trình bơm nhiệt.
+ Nghiên cứu và ứng dụng đơn chất R1234ze(E), R1243zf, R1234yf vào chu trình hệ thống lạnh thực tế và phân
tích ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi, chế độ tải nhiệt, môi trường làm lạnh, lượng nạp MCL,...
(4) Nghiên cứu của luận án này chỉ ra rằng môi chất R1234ze(Z) là không phù hợp để ứng dụng trong các
hệ thống điều hịa khơng khí. Tuy nhiên mơi chất này rất có tiềm năng thay thế cho các hệ thống bơm nhiệt
nhiệt đợ cao. Vì vậy, cần có các nghiên cứu và ứng dụng đơn chất R1234ze(Z) cho hệ thống bơm nhiệt nhiệt độ
cao để khẳng định khả năng ứng dụng của môi chất này.
(5) Phương pháp tìm kiếm MCL thay thế tiềm năng trong luận án này cần được tiếp tục nghiên cứu phát
triển theo hướng kết hợp với các thành tựu trong lĩnh vực khác như trí tuệ nhân tạo và hệ cơ sở dữ liệu lớn (Big
data) để xây dựng nên các phần mềm tự động tìm kiếm.
23