Nghiên cứu ứng dụng công nghệ làm lạnh bay hơi trong các hệ thống điều hòa không khí tại các tỉnh phía nam

Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------

Nguyễn Công Hoan

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH
BAY HƠI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ
KHÔNG KHÍ TẠI CÁC TỈNH PHÍA NAM.
CHUYÊN NGÀNH : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ :

60.52.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 naêm 2004


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

PGS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1

:

TS. Nguyễn Thế Bảo

Cán bộ chấm nhận xét 2

:

TS. Bùi Ngọc Hùng

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 17 tháng 09 năm 2004


Nhiệm vụ
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên
: Nguyễn Công Hoan
Phái
: Nam
Ngày, tháng, năm sinh
: 03-02-1970
Nơi sinh
: Thanh Hóa
Chuyên ngành
: Cơ khí chế tạo máy

Mã số
: 60.52.04
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH BAY HƠI TRONG CÁC
HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TẠI CÁC TỈNH PHÍA NAM
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về tình hình sử dụng làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất
hút ẩm
2. Cơ sở lý thuyết của làm lạnh bay hơi trực tiếp
3. Mô hình toán và phương pháp giải, xây dựng phần mềm tính toán
4. Thí nghiệm làm lạnh bay hơi kết hợp chất hút ẩm CaCl2
5. Sơ đồ đề nghị và ứng dụng cho hệ thống điều hoà không khí cho các tỉnh phía
Nam.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VU
Ï: 09-02-2004
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU
Ï: 09-07-2004
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
VI. HỌ VÀ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :
VII. HỌ VÀ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày tháng năm 2004

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

(Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh luận văn).

Trang: 0-2


Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc só với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ làm lạnh bay hơi
trong các hệ thống điều hoà không khí tại các tỉnh phía Nam Việt Nam” là một
luận văn được thực hiện dưới dạng một bài nghiên cứu với ba phần nghiên cứu
lý thuyết, thực nghiệm kiểm chứng và các đề xuất ứng dụng.
Luận văn được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ to lớn của thầy hướng dẫn PGS.
TS. Lê Chí Hiệp, và sự hỗ trợ toàn bộ kinh phí thực nghiệm đề tài của công ty
Bách Khoa.
Tôi xin gửi lời biết ơn đến PGS. TS. Lê Chí Hiệp đã trực tiếp hướng dẫn đề tài
này.
Tôi xin gửi lời biết ơn đến các thầy và cô của khoa Cơ khí và bộ môn Công
Nghệ Nhiệt và TS. Bùi Ngọc Hùng, KS. Vũ Đình Huy cùng nhóm Nghiên cứu và
Phát triển của công ty Bách Khoa.
Tôi xin gửi lời biết ơn đến gia đình, đến anh Trần Đình Giai và phòng Nghiệp
vụ 1 - Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3, đến những người
thân và bạn bè đã hết lòng tạo điều kiện cho việc học tập và nghiên cứu của tôi
trong những năm qua.
TP. HCM tháng 07 năm 2004.
Người thực hiện: Nguyễn Công Hoan.

Trang: 0-3


Tóm tắt luận văn Thạc só

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Kỹ thuật làm lạnh bay hơi và tách hơi ẩm trong không khí bằng phương pháp sử
dụng chất hút ẩm dạng lỏng đã được nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm
nhằm mục đích ứng dụng trong thông gió công nghiệp cũng như điều hòa không khí.
Một chương trình máy tính mô phỏng quá trình truyền nhiệt và khối lượng giữa
không khí và chất hút ẩm đã được xây dựng.
Những nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành với H2O và dung dịch chất hút
ẩm H2O/CaCl2 để xác định những điều kiện hoạt động của hệ thống.
Những số liệu thực nghiệm đã được ghi nhận và so sánh với các kết qủa của chương
trình mô phỏng.
Kết quả nhận được chứng tỏ rằng chương trình mô phỏng có thể được sử dụng cho
việc sơ bộ đánh giá cơ chế hoạt động của hệ thống hút ẩm sử dụng chất hút ẩm
dạng lỏng.
Sơ đồ đề nghị trong việc ứng dụng trong hệ thống điều hoà không khí tại các tỉnh
phía Nam.

ABSTRACT
Air dehumidification based on the use of liquid desiccant has been investigated both
theoretically and experimentally for industrial ventilation and air conditioning
applications.
A computer programme simulating the process of heat and mass transfer between
air and liquid desiccant has been developed and experimental studies on H2O and
desiccant H2O/CaCl2 were carried out.
Experimental data have been reported and compared to the results of the computer
simulations.

The results showed that the proposed model could be used for estimating the
operating mechanism in the dehumidification system using liquid desiccant.
Based on the done studies, several diagrams have been proposed to design the air
conditioning systems in climate condition of South Viet Nam.

Trang: 0-4


Mục lục

MỤC LỤC
NỘI DUNG

TRANG

Trang bìa

0-1

Trang giao nhiệm vụ

0-2

Lời cảm ơn

0-3

Tóm tắt luận văn

0-4

Mục lục

0-5

Chương 1 Giới thiệu công nghệ làm lạnh bay hơi kết hợp với sử dụng

1

chất hút ẩm
1.1

Quá trình phát triển

1

1.2

Một số ứng dụng của làm lạnh bay hơi

3

1.3

Phân tích lựa chọn mô hình hệ thống điều hoà không

16

khí sử dụng công nghệ làm lạnh bay hơi và tách ẩm
bằng chất hút ẩm thích hợp trong các điều kiện các tỉnh

phía Nam
Chương 2 Cơ sở lý thuyết của làm lạnh bay hơi trực tiếp và chất hút ẩm

18

2.1

Truyền nhiệt và truyền khối

18

2.2

Nhiệt ẩn và nhiệt hiện của không khí

19

2.3

Sự bão hoà đoạn nhiệt

21

2.4

Các giới hạn của làm lạnh bay hơi trực tiếp

22

2.5

Ẩm đồ

23

2.6

Các quá trình trên ẩm đồ

23

2.7

Quá trình bay hơi lý tưởng

34

2.8

Làm lạnh bay hơi thông thường

35

2.9

Lý thuyết về tách ẩm bằng chất hút ẩm

38

Chương 3 Thí nghiệm

3.1

54

Thí nghiệm trên máy tính
3.1.1 Mô tả toán học phương pháp làm lạnh trực tiếp

Trang: 0-5

54


Mục lục

3.2

3.1.2 Phương pháp giải

56

3.1.3 Mô tả toán học cho phương pháp hút ẩm

62

Thí nghiệm thực tế

66

3.2.1

66

Phân tích và lựa chọn sơ đồ thí nghiệm

3.2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

68

3.2.3 Phương pháp đo

68

3.2.4 Trình tự tiến hành

69

Chương 4 Kết quả thí nghiệm

71

4.1

Kết quả thí nghiệm làm lạnh bay hơi

71

4.2

Đánh giá kết quả

88

Chương 5 Ứng dụng

89

5.1

Ứng dụng

89

5.2

Các ứng dụng được khảo sát

89

5.2.1 Sơ đồ đề nghị cho trang trại chăn nuôi

89

5.2.2 Sơ đồ đề nghị cho ngành dược

90

Phần kết luận

98

Phụ lục 1 Chương trình Matlab

99

Phụ lục 2 Sơ đồ thí nghiệm với dung dịch chất hút ẩm sử dụng kèm

118

colector, các hình ảnh mô tả thí nghiệm
Phụ lục 3 Các dạng bề mặt được sử dụng trong làm lạnh bay hơi

123

Phụ lục 4 Mô tả một kết quả đo đạc điển hình từ Data Logger

125

Phụ lục 5 Thiết bị làm lạnh bay hơi ExcelAir

126

Phụ lục 6 Các hình ảnh về ứng dụng của làm lạnh bay hơi

127

Phụ lục 7 Bảng dự toán chi tiết hạng mục điều hoà không khí truyền

128

thống.

Phụ lục 8 Một số đặc tính của CaCl2 đã được thí nghiệm trên thế giới

134

Tại liệu tham khảo

146

Trang: 0-6


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ LÀM LẠNH BAY HƠI CÓ
KẾT HP VỚI SỬ DỤNG CHẤT HÚT ẨM

Trong tự nhiên, sự làm lạnh không khí bằng quá trình bay hơi diễn ra ở gần các thác
nước hay dòng suối, trên mặt hồ hay mặt đại dương, dưới tán lá rậm và trên các bề
mặt ẩm ướt, và đặc biệt là trên da người.
Loài người nguyên thủy hẳn đã quan sát hiện tượng này, việc ứng dụng hiện tượng
này xuất hiện ở nhiều vùng và qua nhiều thời đại.
1.1.

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

Làm lạnh bay hơi đã được người Ai Cập cổ biết đến. Trên các bức hoạ vào khoảng
năm 2500 trước công nguyên đã có hình các nô lệ quạt những bình chứa nước để
làm lạnh chúng. Những bình chứa này có bề mặt xốp để duy trì các bề mặt ướt tạo

thuận lợi cho quá trình.
Một bức tranh vẽ trên tường ở Herculaneum vào khoảng năm 70 sau công nguyên
có vẽ một bình chứa nước bằng da được dùng để làm lạnh nước uống.
Ở Ấn Độ, hiện tượng này thậm chí còn được khai thác để làm nước đá. Những ngôi
nhà ở và công trình xây dựng ở Iran cũng thường được làm lạnh bằng hiện tượng
bay hơi; các phòng có một phần nằm dưới mặt đất để tránh sức nóng mặt trời và có
các bể chứa nước chảy ngang qua với các tháp thông gió phía trên để hứng gió và
hướng nó đi qua bề mặt của dòng nước ở phía dưới. Các bể chứa nước uống cũng

Trang: 1


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

được làm lạnh bằng cách tương tự . Cả người Persian cổ và người Indian ở Châu Mỹ
đều trùm lều của họ bằng da được giữ ẩm để làm mát… Các hệ thống lạnh đầu tiên
trên thế giới chính là các hệ thống lạnh sử dụng nguyên lý làm lạnh bay hơi với cấu
tạo đơn giản bằng gỗ hay kim loại như trong hình 1-1 và hình 1-2.

Hình 1-1: Thiết bị làm lạnh bay hơi cổ điển bằng gỗ.
Vào khoảng năm 1930, các thiết bị làm lạnh bay hơi kiểu cơ khí đầu tiên đã được
sản xuất tại Mỹ và nhanh chóng được sản xuất hàng loạt.
Ngày nay, hệ thống lạnh đã được phát triển tương đối hoàn chỉnh với máy lạnh nén
hơi có dải công suất rất rộng từ nhỏ, vừa cho đến công suất lớn và rất lớn, sử dụng
máy nén một cấp hay nhiều cấp và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lónh vực
khác nhau. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ thống này là mức tiêu thụ năng
lượng rất lớn và các tác nhân lạnh sử dụng trong hệ thống ít nhiều đều có gây tác
hại đến môi trường. Chính vì vậy, hệ thống làm lạnh bay hơi vẫn còn được sử dụng
ở những nơi cần điều hoà không khí nhưng lại yêu cầu độ ẩm cao như các nhà máy
dệt, các nhà kính,v.v…. Ngoài ra hiện nay trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu

Trang: 2


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

nhằm nâng cao hiệu quả của việc làm lạnh bay hơi hay sử dụng thiết bị làm lạnh
bay hơi như một thiết bị lạnh phụ trong hệ thống máy lạnh hấp thụ kết hợp sử dụng
năng lượng mặt trời và một số lónh vực khác ngoài điều hoà không khí.

Hình 1-2: Thiết bị làm lạnh bay hơi kiểu cơ khí sản xuất vào những năm 1930.
1.2.

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI

1.2.1. Bộ làm lạnh bay hơi được sử dụng như một thiết bị làm lạnh phụ
Trong hệ thống này, chúng ta có ba vòng tuần hoàn của chất lỏng:
a.

Vòng tuần hoàn của tác nhân lạnh qua máy nén, dàn ngưng, van tiết lưu
và dàn bay hơi: dùng để lấy đi nhiệt hiện.

b.

Vòng tuần hoàn của chất tách ẩm qua bộ tách ẩm, bộ trao đổi nhiệt và
bộ tái tạo: dùng để lấy đi nhiệt ẩn.
Trang: 3


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

c.

Vòng tuần hoàn của nước qua bộ làm lạnh kiểu bay hơi: một mặt được
dùng để làm lạnh không khí luân chyển bằng phương pháp bay hơi, mặt
khác được dùng để làm lạnh chất tách ẩm đã được tái tạo.

Trong hoạt động của hệ thống, có ba dòng không khí:
a.

không khí luân chuyển đưa vào không gian điều hòa,

b.

không khí lạnh qua phía dàn nóng được thải ra ngoài,

c.

không khí tái tạo để lấy đi hơi nước được tách ra từ dung dịch tách ẩm
loãng. Không khí nóng ẩm được đưa vào bộ tách ẩm, mà chủ yếu gồm
có cụm giấy tổ ong, vòi phun và bơm.

Hình 1.3: Hệ thống máy lạnh hấp thụ có sử dụng thiết bị làm lạnh bay hơi.

Trang: 4


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

Dung dịch tách ẩm đặc được phun lên cụm tổ ong bằng vòi phun, hình thành nên
một màng dung dịch mỏng dọc theo vách tổ ong. Hơi ẩm của không khí luân chuyển

được hấp thu khi không khí được đưa vào tiếp xúc với màng dung dịch.. Trong hình
1-3, một bộ làm lạnh bay hơi được đặt trước bộ trao đổi nhiệt. Nó đóng vai trò ngăn
những giọt dung dịch tách ẩm theo dòng không khí ra khỏi bộ tách ẩm hay đôi khi
hoạt động như một bộ làm lạnh bay hơi trực tiếp nếu độ ẩm của không khí quá thấp.
Không khí sau khi tách ẩm được thổi qua bộ trao đổi nhiệt và được làm lạnh bởi
phần không khí khác đã được làm lạnh sơ bộ ở bộ làm lạnh bay hơi. Đó chính là
tiến trình của việc làm lạnh bay hơi gián tiếp. Không khí luân chuyển có thể được
làm lạnh mà không tách ẩm bằng cách này. Sau đó không khí luân chuyển được đưa
vào hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi và được điều hòa tới những điều kiện theo yêu
cầu. Dung dịch tách ẩm loãng được bơm vào phần tái tạo và lại được cô đặc lại.
Không khí qua dàn ngưng có thể được dùng để tái tạo dung dịch tách ẩm rồi được
thải ra ngoài, hoặc nhiệt lượng tái tạo phải được đưa vào qua bộ tái tạo được thiết
kế đặc biệt. Nguồn năng lượng để tái tạo chất tách ẩm có thể là năng lượng cấp
thấp như năng lượng mặt trời, nhiệt thải,v.v…do nhiệt độ tái tạo của chất tách ẩm
chỉ khoảng 50 - 650C. Có hai bộ trao đổi nhiệt trong vòng tuần hoàn của dung dịch
tách ẩm. Chất tách ẩm đặc được làm lạnh bởi chất tách ẩm loãng và vòng tuần hoàn
của nước làm lạnh trong bộ làm lạnh bay hơi.
Trong hình 1-4 cũng là một hệ thống làm lạnh hấp thụ kết hợp sử dụng năng lượng
mặt trời và thiết bị giải nhiệt là một tháp làm lạnh bay hơi.
Ban đầu, năng lượng mặt trời được thu qua Collector và được tích vào bồn chứa
nước nóng. Sau đó, nước nóng trong bồn chứa được cấp vào cho bộ tái tạo để làm
sôi và bay hơi nước từ dung dịch lithium bromide. Hơi nước được làm nguội và
ngưng tụ lại ở dàn ngưng rồi qua dàn bay hơi, ở đây nước lại bay hơi lần nữa dưới
áp suất thấp và làm lạnh nước, nước sau khi được làm lạnh sẽ vào bồn chứa nước
lạnh, từ đó được bơm tiếp vào không gian cần làm lạnh. Trong khi đó, dung dịch
đậm đặc ra khỏi bộ tái tạo sẽ đi vào bộ hấp thụ sau khi qua bộ trao đổi nhiệt để làm
Trang: 5


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

nóng dung dịch loãng đi vào bộ tái tạo. Trong bộ hấp thụ, dung dịch đậm đặc hấp
thụ hơi nước vừa ra khỏi dàn bay hơi.

Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí sử dụng năng lượng mặt trời giải nhiệt
là một tháp làm lạnh bay hơi (cooling tower).
Nước lạnh từ tháp giải nhiệt lấy đi nhiệt sinh ra do phản ứng hoà trộn và do ngưng
tụ. Do nhiệt độ của bộ hấp thụ có ảnh hưởng nhiều hơn đến hiệu suất của hệ thống
so với nhiệt độ ngưng tụ nên chất giải nhiệt được cho qua bộ hấp thụ trước rồi mới
qua dàn ngưng. Một nguồn năng lượng phụ được sử dụng để hâm nước nóng cấp
vào bộ tái tạo khi năng lượng mặt trời không đủ để hâm nước đến nhiệt độ yêu cầu
của bộ tái tạo. Bồn chứa nước nóng được phân ra để sử dụng như hai bồn chứa riêng
biệt. Vào buổi sáng, collector được nối vào phần trên của bồn, trong khi vào buổi
chiều, toàn bộ bồn chứa được sử dụng để cung cấp năng lượng nhiệt cho chiller.
Trong hình 1.5 là một hệ tổ hợp được đề nghị bởi A.A Kinsara như sau: Hệ thống đề
nghị gồm có 3 vòng tuần hoàn.
Trang: 6


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

a.

Vòng tuần hoàn của không khí trong không gian điều hoà,

b.

Vòng tuần hoàn của dung dịch lỏng hút ẩm,

c.

Và vòng tuần hoàn của không khí tái tạo chất hút ẩm.

Không khí tuần hoàn trong không gian điều hoà được lọc sạch trước và sau khi tách
ẩm bằng các bộ lọc không khí bằng nước. Không khí sau khi tách ẩm bằng thiết bị
tách ẩm không khí dạng khay (ADPB: air-dehumidification packed bed) sau đó được
làm lạnh thông qua dàn lạnh của hệ thống máy lạnh nén hơi để đạt được các điều
kiện của nhiệt độ và độ ẩm trong không gian điều hoà.
Không khí hồi từ không gian điều hoà ở trạng thái 1 được phun ẩm trong bộ lọc
không khí bằng nước kiểu phức tạp (kiểu giao nhau) (counter-current-flow air
washer), do tiếp xúc trực tiếp với nước (xem hình 1-5). Độ bão hoà của không khí ở
trạng thái 2 tùy thuộc vào hiệu suất làm ẩm của bộ lọc. Không khí ở trạng thái 2
được làm tăng nhiệt hiện trong bộ trao đổi nhiệt của bộ phận tái tạo bằng một phần
nhiệt hồi từ dòng không khí nóng ra khỏi ADPB. Không khí ở trạng thái 4 tạo bởi sự
hoà trộn giữa một phần không khí tươi ở trạng thái 30 với không khí ở trạng thái 3.
o

Không khí với lưu lượng G a ở trạng thái 4 vào ADPB, ở đây nó tiếp xúc trực tiếp
o

với dòng đối lưu của dung dịch lỏng hút ẩm với lưu lượng G L ở trạng thái L1.
Không khí đã được tách ẩm ra khỏi ADPB ở trạng thái 5 và được làm giảm nhiệt
hiện bởi không khí lạnh ở trạng thái 2 trong bộ trao đổi nhiệt của bộ phận tái tạo,
sau đó được làm lạnh ở dàn lạnh tới trạng thái 7. Rồi không khí được đưa qua bộ lọc
thứ hai để đạt tới điều kiện cấp vào ở trạng thái 8. Không khí ở trạng thái 8 sẽ vào
không gian điều hoà và lấy đi tải lạnh (cooling load) của không gian. Chu trình của
một vòng tuần hoàn không khí thông thường được phác họa trên đồ thị ở hình 1-6.
Chú ý từ 4 sang 5 là tiến trình tách ẩm
Vòng tuần hoàn dung dịch lỏng hút ẩm bao gồm một bộ trao đổi nhiệt khí-khí
(HE1). Hai bộ trao đổi nhiệt giữa khí và chất lỏng hút ẩm (HE4 và HE2), một bộ

trao đổi nhiệt dung dịch - dung dịch (HE3), một bơm dung dịch, một bộ giải nhiệt
Trang: 7


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

bằng nước, một cụm tái tạo chất lỏng hút ẩm dạng khay (liquid desiccant
regeneration packed bed: LDRPB) và một máy bơm nhiệt. Bơm nhiệt được dùng
như một nguồn nhiệt bên ngoài để gia nhiệt cho dung dịch lỏng hút ẩm hay cho
không khí cấp trước khi vào LDRPB hoặc cho cả hai. Dung dịch loãng (dung dịch
sau khi đã hút ẩm) ra khỏi ADPB ở trạng thái L2 (như hình 1-5) phải được tái tạo
(cô đặc lại) và trở lại trạng thái L1. Dung dịch loãng ở trạng thái 2 được gia nhiệt
trong HE3 và HE4 bằng nhiệt hồi tương ứng từ dung dịch đặc nóng và không khí ẩm
ra khỏi LDRPB. Dung dịch loãng tiếp tục được gia nhiệt trong HE2 bởi không khí
nóng từ nguồn bên ngoài (bơm nhiệt) để đạt được nhiệt độ dung dịch ở trạng thái
L5. Dung dịch đặc ra khỏi LDRPB ở trạng thái L6 được làm lạnh lại trong HE3 và
trong bộ giải nhiệt. Dàn bay hơi của bơm nhiệt cũng được sử dụng để làm lạnh dung
dịch đặc lần nữa trước khi vào ADPB.

Trang: 8


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm
20
28
v3

v2

Máy nén

Dàn nóng
Van tiết lưu

L1

8

v4
6

7

5

ADPB

Phòng

`

Dàn lạnh
Bộ lọc

1

2

4

Bộ tái tạo
16

L2

3

30

27

L7

Dàn bay hơi

v1

Chất lỏng
hút ẩm

p1

L8

p4

Bộ giải nhiệt

HE 3
HE 1

L3
15

24

Máy nén

23

HE 4

p3

22
p2

L4

10
18

12

HE 2
L6

14
L5

11

26

B

17

21
25
19

LDRPB

20

13

Không khí
ngoài trời

9

Hình 1-5 : Sơ đồ đề nghị của A. A. Kinsara cho hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi kết
hợp sử dụng chất hút ẩm.

Trang: 9


Đư

ờn
gb
ã o

ho
øa

Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

4
2

3

1

8
7

Độ chứa hơi,kghơi /kgkkkhô

30

5

6

Nhiệt độ nhiệt kế khô,T C
0

Hình 1-6 : Đồ thị của không khí được điều hoà
Trong vòng tuần hoàn của không khí tái tạo, nhiệt thải từ dàn ngưng của máy lạnh
nén hơi được dùng để gia nhiệt cho không khí bên ngoài tới trạng thái 2. Không khí
này được hoà trộn với không khí vừa ra khỏi HE2 ở trạng thái 18, hoặc với không
khí môi trường sau khi đã được gia nhiệt trong HE1, tuỳ thuộc vào dòng không khí
nào có nhiệt độ cao hơn. Không khí hoà trộn ở trạng thái 12 đi qua quạt (constantspeed air fan) và được gia nhiệt ở dàn ngưng của bơm nhiệt lên đến nhiệt độ yêu
cầu ở trạng thái 21. Một quạt cung cấp lượng không khí cần thiết cho HE2 để gia
nhiệt cho dung dịch lỏng hút ẩm từ TL4 lên TL5. Một phần không khí ở trạng thái 21
cũng có thể được dùng để gia nhiệt cho không khí trước khi vào LDRPB. Không khí
đã tăng ẩm ra khỏi LDRPB ở trạng thái 14 và vào HE4. Chu trình thông thường của
vòng tuần hoàn không khí tái tạo được thể hiện ở hình 5. Trong hệ thống đề nghị
(hình 1-5), có hai cụm dạng khay. Đó là cụm tách ẩm không khí dạng khay (ADPB)
và cụm tái tạo chất lỏng hút ẩm dạng khay (LDRPB). Cả hai đều có cùng cấu trúc,
chỉ khác nhau ở điều kiện vào và ra của cả khí và dung dịch lỏng tách ẩm.

Trang: 10


16

15

Độ chứa hơi

Đư
ờn
g

ba
õo

ho
øa

Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

14
17
19
21

27
9

10

18

12
11

27

13

Nhiệt độ nhiệt kế khô

Hình 1-7: Đồ thị của không khí tái tạo
Sơ đồ đề nghị của C.S.Khalid Ahmed, P.Gandhidasan và A.A. Al-Farayedhi như
sau:

Chu trình bao gồm một hệ thống chất lỏng hút ẩm dùng chất lỏng hút ẩm là LiBr
cho cả hai quá trình hấp thụ và tách ẩm và chất giải nhiệt là nước. Dung dịch hút
ẩm lỏng ( trạng thái 1) từ bộ hấp thụ được bơm ( trạng thái 2) đến bộ tái tạo chất hút
ẩm sử dụng năng lượng mặt trời sau khi đi qua bộ trao đổi nhiệt HE1. Dung dịch hút
ẩm được gia nhiệt khi qua HE1 và trở thành dung dịch đặc ở trạng thái 4 khi ra khỏi
bộ tái tạo chất hút ẩm sử dụng năng lượng mặt trời. Dung dịch đặc này đi qua HE1
(trạng thái 5) và một phần đến bộ hấp thụ (trạng thái 6). Trong bộ hấp thụ,dung dịch
hút ẩm đặc hút hơi nước lạnh trong bình bay hơi (trạng thái 11) bằng cách hấp thụ
nhiệt từ không gian làm lạnh, làm giảm đến áp suất mà bình bay hơi yêu cầu. Nhiệt
hấp thu hơi nước được loại bỏ bởi tháp giải nhiệt. Trong bình bay hơi, nước từ nguồn
bên ngoài (trạng thái 10) được bay hơi ở áp suất thấp bởi nhiệt từ không gian làm

Trang: 11


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

lạnh. Dung dịch hút ẩm lỏng lại được bơm đến bộ tái tạo chất hút sử dụng năng
lượng mặt trời, đó là chu trình của máy hấp thụ.

BỘ TÁI TẠO BẰNG NĂNG
LƯNG MẶT TRỜI

10

3
5

6

4

THÁP GIẢI
NHIỆT

2

BỘ HÚT ẨM

7

BỘ BAY HƠI
11

13

P

KHÔNG KHÍ
ĐẾN PHÒNG

1

PUMP

d

c
8
12

HE 2

PHÒNG

THIẾT BỊ
HÚT ẨM
14
b
a

e
KHÔNG KHÍ RA
KHỎI PHÒNG

KHÔNG KHÍ
NGOÀI TRỜI

9

Hình 1-8 : Chu trình tổ hợp hấp thụ hơi và chất lỏng hút ẩm
Một phần dung dịch hút ẩm đặc (trạng thái 5) từ bộ tái tạo chất hút sử dụng năng
lượng mặt trời đi qua bộ trao đổi nhiệt HE2 (trạng thái 7) tới bộ tách ẩm. Sự tách ẩm
thực tế xảy ra vì áp suất hơi nước khác nhau trong không khí và dung dịch hút ẩm.
Khi dung dịch hút ẩm được tái tạo cô đặc, áp suất hơi của nó nhỏ hơn áp suất áp
suất hơi của không khí vì vậy hơi nước trong không khí được dung dịch hút ẩm hấp
thụ và trở thành dung dịch hút ẩm loãng. Dung dịch này (trạng thái 9) từ bộ tách ẩm
cùng với dung dịch loãng từ máy hấp thụ (trạng thái 1) được bơm trở lại để tái tạo.
Sau khi tái tạo dung dịch đặc được cung cấp đến bộ hấp thụ và bộ tách ẩm theo tỉ lệ
Trang: 12

Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

yêu cầu (trạng thái 6 và 7). Khi đi qua tháp giải nhiệt (trạng thái 12, 13, 14) nước
nóng tuần hoàn đến bộ hút ẩm và hoàn thành chu trình giải nhiệt.
1.2.2. Giới thiệu về cấu tạo của một thiết bị làm lạnh bay hơi thông dụng nhất là
tháp làm lạnh (dùng như một thiết bị giải nhiệt):

Hình 1-9 : Sơ đồ cấu tạo của một tháp làm lạnh.
Trong các tháp làm lạnh bằng quạt gió nước cũng được làm lạnh nhờ được rải đều
trên bề mặt đặc biệt có gió thổi qua nhờ quạt. Dòng không khí chuyển động trong
tháp một cách ổn định không phụ thuộc vào sức gió bên ngoài, cho phép duy trì
nhiệt độ nước lạnh một cách ổn định, đồng thời bảo đảm cho tháp có kích thước rất
nhỏ gọn hơn so với tháp hở và bể phun.

Trang: 13


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

Tháp làm lạnh bằng quạt gió bên ngoài được bao che bằng lớp vỏ, bên trong có bề
mặt xối tưới, thiết bị phân phối nước, cửa chớp giữ nước và quạt gió. Quạt gió có
thể ở phía trên hoặc là ở phía dưới. Bố trí quạt ở phía trên tốt hơn so với ở phía dưới
vì như thế không khí sẽ được phân bố đều hơn trong tháp.
Mật độ dòng nhiệt của tháp làm lạnh có thể đạt tới q = 60-80kW/m2 và mật độ xối
tưới gw = 4-5kg/m2s.
Phần chính của tháp làm lạnh là bề mặt xối tưới, một số loại bề mặt xối tưới thông
dụng có trên hình 1-6, đặc tính kỹ thuật của chúng được cho trong bảng 1.1. Trong
các tháp lớn bề mặt xối tưới được làm từ các tấm ximăng amiăng hoặc từ các tấm

gỗ đặt cách nhau 20-60mm. Trong các tháp nhỏ và trung bình thì sử dụng các loại
bề mặt xối tưới có hình dạng khe hở và tổ ong với các rãnh nhỏ đứng thẳng có
đường kính tương đương 2-5mm. Tổ ong có thể làm bằng nhựa, bằng giấy tẩm keo
êpôxi hoặc bằng nhôm lá có bề dày 0,2mm. Thỉnh thoảng cũng có sử dụng các
thanh gỗ để làm bề mặt xối tưới (trở lực khí động khá lớn). Bề mặt xối tưới có kích
thước nhỏ gọn nhất là các tấm lưới ni-lông có lỗ 2x2x0,1mm xếp chồng lên nhau.
Loại này có nhược điểm là trở lực khí động rất lớn.

Trang: 14


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

Hình 1-10 : Bề mặt xối tưới loại tổ ong và khe hở
a. a)

loại tổ ong hình gợn sóng

b. b)

loại tổ ong hình thoi dài

c. c)

loại tổ ong hình thoi ngắn

d. d)

loại khe hở bằng các tấm nhựa đặt cách nhau

Bảng 1-1. Đặc tính kỹ thuật của các bề mặt xối tưới.

Bề mặt xối tưới

Diện tích Đường
riêng
kính
Fv(a),
tương
đương
m2/m3
dtđ(de),

Thể tích Chiều
tự
do cao lớp tổ
3
V0,m /m3 ong hoặc
khe
hở
H,m

Vận tốc
không khí
trong bề
mặt chính
diện,m/s

mm
Tổ ong làm bằng

giấy epôxi có hình:
Gợn sóng
Hình thoi dài
Hình thoi ngắn

640

5,35

0,91

0,2-0,385

3,0-3,5

580

5,9

0,83

0,2-0,3

3,0-3,8

250

13,2

0,93

0,8-1,0

2,8-3,0

3,65

0,65

0,2

2,0-2,5

Khe hở làm bằng 06
các tấm nhựa đặt
cách nhau 2mm
Khe hở làm bằng
các tấm amiăng dày
5mm đặt cách nhau
10mm

133

20

0,67

-

-

40mm

44,5

80

0,89

-

-

Trang: 15


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

Lớp đệm là các tấm 2000
lưới nilong có lỗ
2x2mm

1.3.

1,7

0,85

-

-

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH BAY HƠI VÀ TÁCH ẨM BẰNG
CHẤT HÚT ẨM THÍCH HP TRONG ĐIỀU KIỆN CÁC TỈNH PHÍA NAM
VIỆT NAM

Trong điều kiện các tỉnh phía Nam hiện nay yêu cầu của hệ thống điều hòa không
khí sử dụng công nghệ làm lạnh bay hơi và tách ẩm bằng chất hút ẩm là phải sử
dụng được các vật liệu trong nước để có giá thành rẻ, do đó chúng tôi đề nghị sơ đồ
hệ thống ĐHKK sử dụng chất hút ẩm như hình 1-9.
Trong hệ thống điều hòa không khi sử dụng chất hút ẩm này có 2 dòng không khí,
dòng thứ nhất là dòng tuần hoàn của không khí trong không gian điều hòa đi qua
thiết bị tách ẩm, sau đó dòng không khí này tiếp tục đi qua bộ làm lạnh kiểu bốc hơi
và cuối cùng đi qua dàn lạnh của máy lạnh nén hơi để được làm lạnh đến các thông
số yêu cầu của không gian điều hòa. Dòng không khí thứ hai được sử dụng để tái
tạo lại chất lỏng hút ẩm. Không khí ở bên ngoài không gian điều hòa được làm lạnh
đến nhiệt độ điểm sương tương ứng với nhiệt độ môi trường bên ngoài bằng thiết bị
làm lạnh kiểu bốc hơi, sau đó dòng không khí này được gia nhiệt bằng cách cho đi
qua dàn ngưng của máy lạnh nén hơi. Sau khi được gia nhiệt, dòng không khí này sẽ
tiếp tục đi qua bộ tái tạo của chất lỏng hút ẩm. Tại đây, chất hút ẩm loãng sẽ được
phun lên dòng không khí nóng này, hơi nước sẽ được khuếch tán vào trong dòng
không khí và được đưa ra ngoài.
Chất hút ẩm sau khi đã được tách ẩm sẽ đi qua bộ trao đổi nhiệt và đi vào bộ hút
ẩm để tiếp tục lấy đi nhiệt ẩn của không khí điều hòa, lúc này đã trở thành chất
lỏng hút ẩm loãng do đã hấp thu hơi nước từ không khí điều hòa, sau đó được bơm
Trang: 16


Chương 1: Giới thiệu về làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

qua boä trao đổi nhiệt của hệ thống tái tạo để hồi một phần nhiệt từ chất hút ẩm đã
được cô đặc sau đó đi qua collector mặt trời để được gia nhiệt và tách ẩm một phần,
sau đó sẽ được phun vào bộ tái tạo để được tách ẩm lần nữa.
Nhiệt cấp vào

Không khí
tái tạo

Hệ thống tái tạo

Bộ làm lạnh
kiểu bay hơi

Máy nén
Dàn ngưng

Bộ
trao
đổi
nhiệt

Van tiết lưu

Dàn bay hơi
Bộ tách ẩm

Bộ làm lạnh
kiểu bay hơi

Khô ng gian cần điề u hoà

Hình 1-9 : Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí sử dụng chất hút ẩm kết hợp với máy
lạnh nén hơi thông thường.

Trang: 17


Chương 2: Cơ sở lý thuyết của làm lạnh bay hơi trực tiếp và chất hút ẩm

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI
TRỰC TIẾP VÀ CHẤT HÚT ẨM
2.1.

TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN KHỐI

Về cơ bản, sự truyền nhiệt và truyền khối giữa nước và hỗn hợp không khí -hơi
nước chưa bão hòa là do sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất hơi. Nhiệt truyền từ nơi
nóng sang nơi lạnh hơn, hơi nước chuyển từ nơi có áp suất hơi cao hơn sang nơi thấp
hơn.
Thông thường ta hay gặp các quá trìnhh bay hơi nước từ bề mặt thoáng vào không
khí. Tuy nhiên quá trình ngược lại cũng diễn ra là hơi nước trong không khí ẩm
ngưng tụ lại trên mặt nước khi nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ đọng sương của
không khí.
Sau một thời gian, nhiệt độ và áp suất hơi cân bằng, không còn dòng di chuyển của
nhiệt và khối lượng nữa. Dòng nhiệt làm cân bằng nhiệt độ của nước và không khí
ẩm đến nhiệt độ ướt của không khí và sự bay hơi làm cân bằng áp suất hơi của
không khí về áp suất hơi tại nhiệt độ ướt. Truyền nhiệt và truyền khối tác động qua
lại với nhau ở đây, do sự bay hơi cần hấp thu nhiệt còn ngưng tụ thì cần nhả nhiệt.

Sự chuyển đổi nhiệt và hơi diễn ra cho tới khi nào nhiệt độ và áp suất hơi được cân
bằng.

Trang: 18