Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mô hình máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng zeolite nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

QUẢNG THỊ CẨM THÌ

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM
MƠ HÌNH MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI
SỬ DỤNG ZEOLITE – NƯỚC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT
MÃ SỐ: 605280

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 : TS. HOÀNG AN QUỐC

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : GS – TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
Ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ........................................................................................................................
2. ........................................................................................................................
3. ........................................................................................................................
4. ........................................................................................................................
5. ........................................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
----------------

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . .

.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: QUẢNG THỊ CẨM THÌ

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 30/01/1986

Nơi sinh: BÌNH ĐỊNH

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT
MSHV: 10060454
1- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH MÁY
LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI SỬ DỤNG ZEOLITE – NƯỚC.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Nghiên cứu lý thuyết về kiểu máy lạnh hấp phụ mặt trời nói chung và máy lạnh hấp
phụ mặt trời sử dụng Zeolite – nước.
- Tính tốn thiết kế và chế tạo mơ hình máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng Zeolite –
nước.
- Vận hành, lấy số liệu: khảo sát sự biến thiên nhiệt độ - hiệu suất của bộ thu và hiệu
quả làm lạnh của máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng Zeolite – nước.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2012
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CBHD 1: TS. HOÀNG AN QUỐC
CBHD 2: GS - TS. LÊ CHÍ HIỆP
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

TS. HỒNG AN QUỐC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn tác giả đã được sự giúp đỡ nhiệt tình từ rất nhiều Q
thầy cô và đồng nghiệp.
Tác giả cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến tập thể, cá nhân đã giúp đỡ tận tình
để luận văn này được hồn thành:
- Thầy TS.Hồng An Quốc và GS – TS Lê Chí Hiệp đã tận tình hướng dẫn giúp
đỡ tác giả trong thời gian làm luận văn.
- Các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Bách Khoa
Tp. HCM đã nhiệt tình trong việc giảng dạy cho tác giả trong thời gian học tập tại
trường.
- Tập thể giáo viên Bộ môn Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp. HCM.
- Tập thể giáo viên Bộ môn Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Cao đẳng kỹ thuật Cao
Thắng.
- Các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình trao đổi, góp ý và cung cấp thông tin tư liệu
liên quan đến luận văn.

Tác giả

Quảng Thị Cẩm Thì


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Trong những thập niên gần đây cả thế giới đau đầu về vấn đề tìm nguồn năng
lượng mới thay thế nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Và năng lượng mặt
trời là nguồn năng lượng thay thế hiệu quả và đang rất được quan tâm.
Ngày nay, máy lạnh hấp phụ mặt trời dùng trong kỹ thuật lạnh nói chung và
điều hịa khơng khí nói riêng đã và đang được nghiên cứu để có thể triển khai rộng rãi
ra thực tế. Việc nghiên cứu máy lạnh hấp phụ mặt trời không chỉ là đáp nhu cầu làm
lạnh mà còn là phương án nhằm giải quyết bài tốn năng lượng đang nóng dần lên trên

tồn Thế Giới. Việt Nam chúng ta cũng khơng nằm ngồi xu hướng trên. Để chạy máy
lạnh hấp phụ mặt trời có rất nhiều cặp mơi chất được sử dụng khác nhau như: than
hoạt tính – methanol, Silicagel – nước, Calcium Chloride – ammoniac, Zeolite –
nước,… Việc tìm kiếm cặp mơi chất làm việc nào là thật sự hiệu quả và ứng dụng
được cho điều kiện khí hậu ở Việt Nam vẫn đang được các nhà nghiên cứu và các
trường đại học trong cả nước tiến hành thử nghiệm, cải tiến và sửa chữa.
Đó chính là lý do tác giả chọn đề tài này, trong luận văn tác giả đã nghiên cứu
lý thuyết và thực nghiệm trên mơ hình máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng Zeolite –
nước. Từ kết quả mà luận văn đạt được, tác giả cũng mong muốn với kết quả này có
thể đóng góp phần nào vào việc ứng dụng máy lạnh hấp phụ mặt trời trong tương lai
tại Việt Nam.


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 1
CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................................................. 3
CÁC HÌNH VẼ .................................................................................................................... 4
CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU .................................................................................. 5
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU....................................................................................................... 6
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 6
1.2 MỤC TIÊU VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 7
1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................. 7
1.3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 7
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 8
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI ............................ 9

2.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT
LẠNH .............................................................................................................................. 9
2.1.1 Năng lượng mặt trời ........................................................................................... 9
2.1.2 Các ứng dụng năng lượng mặt trời trong kỹ thuật lạnh ................................... 12
2.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI ............... 15
2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế Giới ................................................................ 15
2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................... 17
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN....................................................................................... 19
3.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI ............... 19
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý – nguyên lý làm việc ............................................................. 19
3.1.2 Chu trình nhiệt lý tưởng của máy lạnh hấp phụ trên đồ thị p – T.................... 20
3.2 LÝ THUYẾT HẤP PHỤ ........................................................................................ 21
3.2.1 Các khái niệm .................................................................................................. 21
3.2.2 Vật liệu hấp phụ ............................................................................................... 22
3.2.3 Cân bằng pha của quá trình hấp phụ ................................................................ 24
3.2.4 Các thuyết hấp phụ........................................................................................... 25
3.2.4.1 Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Lăngmua ....................................................... 25
3.2.4.2 Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Đubinhin ....................................................... 25
3.3 MÔI CHẤT LẠNH ................................................................................................. 28
3.3.1 Tính chất chung của mơi chất lạnh .................................................................. 28
3.3.2 Tính chất của nước ........................................................................................... 29
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI SỬ DỤNG
ZEOLITE – NƯỚC ........................................................................................................... 32
4.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI SỬ
DỤNG ZEOLITE – NƯỚC .......................................................................................... 32
4.1.1 Thiết bị bay hơi ................................................................................................ 32
4.1.2 Thiết bị ngưng tụ .............................................................................................. 40
4.1.3 Bộ hấp phụ ....................................................................................................... 43
4.2 CHẾ TẠO MƠ HÌNH ............................................................................................. 55
CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH – LẤY THÔNG SỐ – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ........... 57

5.1 VẬN HÀNH MÁY LẠNH HẤP PHỤ ................................................................... 57
5.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BỘ THU NLMT SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH57
HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 1


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

5.2.1 Thiết bị đo lường............................................................................................. 57
5.2.2 Tổ chức thí nghiệm .......................................................................................... 59
5.2.2.1 Đo cường độ bức xạ ................................................................................. 59
5.2.2.2 Đo nhiệt độ ............................................................................................... 59
5.2.3 Xác định độ biến thiên nhiệt độ trên bộ thu .................................................... 63
5.2.4 Hiệu suất thực của bộ thu NLMT .................................................................... 70
5.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT
TRỜI SỬ DỤNG ZEOLITE – NƯỚC.......................................................................... 73
5.3.1 Quá trình ngưng tụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ ............ 73
5.3.1.1 Đo đạc thực nghiệm trên mơ hình ............................................................ 73
5.3.1.2 Kết quả thực nghiệm................................................................................. 73
5.3.2 Hiệu suất của máy lạnh hấp phụ ...................................................................... 77
5.3.2.1 Đo đạc thực nghiệm .................................................................................. 77
5.3.2.2 Cách đo ..................................................................................................... 77
5.3.2.3 Kết quả tính tốn....................................................................................... 78
TĨM TẮT VÀ KẾT LUẬN .............................................................................................. 84
1. TĨM TẮT ................................................................................................................. 84
2. KẾT LUẬN ............................................................................................................... 84

3. ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 86
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 87

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 2


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Một số tác nhân lạnh tương ứng với chất hấp thụ hay chất hấp phụ ................ 23
Bảng 3.2: Hệ số aphin của các chất ................................................................................... 28
Bảng 4.1: Các thông số của vật liệu thiết bị bay hơi ......................................................... 34
Bảng 4.2: Thông số vật liệu bình bay hơi.......................................................................... 35
Bảng 4.3: Tổng hợp kích thước dàn bay hơi ..................................................................... 37
Bảng 4.4: Các thơng số vật lý của nước tại 47,30C. .......................................................... 42
Bảng 5.1: Nhiệt độ 3 vị trí trên hàng ống số 1 .................................................................. 61
Bảng 5.2: Nhiệt độ 3 vị trí trên hàng ống số 2 .................................................................. 61
Bảng 5.3: Nhiệt độ 3 vị trí trên hàng ống số 3 .................................................................. 62
Bảng 5.4. Nhiệt độ trên các hàng ống ............................................................................... 63
Bảng 5.5: Thông số thực nghiệm nhiệt độ bề mặt bộ thu.................................................. 64
Bảng 5.6:Thông số thực nghiệm nhiệt độ bề mặt bộ thu .................................................. 65
Bảng 5.7: Chênh lệch nhiệt độ cực đại ống hấp thụ .......................................................... 68
Bảng 5.8: Các số liệu tính tốn của bộ thu ........................................................................ 70
Bảng 5.9 Thông số nhiệt độ của bộ thu ............................................................................. 70

Bảng 5.10 Lượng nhiệt cung cấp cho bộ thu ..................................................................... 71
Bảng 5.11: Hiệu suất của bộ thu ........................................................................................ 71
Bảng 5.12: Áp suất ngưng tụ ............................................................................................. 74
Bảng 5.13: Thông số của nước cần làm lạnh .................................................................... 78
Bảng 5.14: Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che ................................................................. 78
Bảng 5.15: Lượng nhiệt làm lạnh nước ............................................................................. 79
Bảng 5.16: Lượng nhiệt làm lạnh bình bay hơi và bình chứa ........................................... 79
Bảng 5.17: Nhiệt lượng cần cung cấp cho dàn bay hơi trong suốt thời gian làm việc của
hệ thống ............................................................................................................................. 79
Bảng 5.18: Hiệu suất của máy lạnh ................................................................................... 80
Bảng 5.19: Nhiệt độ bề mặt trung bình của bộ thu............................................................ 81

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 3


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Q trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của trái đất ... 10
Hình 2.2: Biểu đồ phân bố bức xạ mặt trời ....................................................................... 11
Hình 2.3 Các kiểu làm lạnh sử dụng NLMT ..................................................................... 13
Hình 2.4: Máy lạnh hấp thụ dùng NLMT loại gián đoạn .................................................. 14
Hình 2.5: Máy lạnh hấp thụ kiểu Single – Effect sử dụng năng lượng mặt trời ............... 14
Hình 2.6: Máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời ............................................... 15
Hình 3.1: Các cách bố trí khác nhau của máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời

........................................................................................................................................... 19
Hình 3.2: Chu trình nhiệt lý tưởng của máy lạnh hấp phụ trên đồ thị p-T ........................ 20
Hình 3.3: Cấu trúc phân tử và hình ảnh Zeolite ................................................................ 24
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phân bố lớp hấp phụ trên chất hấp phụ theo thuyết thế hóa
........................................................................................................................................... 26
Hình 3.5: Cấu trúc phân tử nước ....................................................................................... 30
Hình 4.1: Cấu tạo chi tiết bình bay hơi.............................................................................. 33
Hình 4.2: Kết cấu vách dàn bay hơi .................................................................................. 34
Hình 4.3: Kết cấu đáy bình bay hơi. .................................................................................. 35
Hình 4.4: Cấu tạo bộ ngưng tụ .......................................................................................... 43
Hình 4.5: Đặc điểm của bộ hấp phụ .................................................................................. 44
Hình 4.6: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của hơi nước vào Zeolite. ...................................... 46
Hình 4.7: Kích thước của bộ hấp phụ ................................................................................ 47
Hình 4.8: Mơ hình máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng Zeolite – nước ............................ 56
Hình 5.1: Thiết bị đo bức xạ mặt trời hiệu PCE – SMP 1 ................................................. 58
Hình 5.2: Thiết bị đo nhiệt độ hiệu DSFox 1004 của Hàn Quốc ...................................... 58
Hình 5.3: Vị trí các điểm đo trên bề mặt bộ thu ................................................................ 60
Hình 5.4: Vị trí điểm đo trên các ống hấp thụ ................................................................... 62
Hình 5.5: Biến thiên nhiệt độ bề mặt bộ thu theo thời gian .............................................. 67
Hình 5.6: Đường truyền của các tia bức xạ theo hướng trực xạ........................................ 69
Hình 5.7: Lượng nhiệt Qbhp thành phần trung bình của cả 4ngày...................................... 71
Hình 5.8: Biểu đồ hiệu suất nhiệt của bộ thu............................................................. 72
Hình 5.9: Vị trí chân khơng kế trên bình chứa .................................................................. 73
Hình 5.10: Biến thiên nhiệt độ bề mặt bộ thu và áp suất bình chứa .................................. 76
Hình 5.11: Vị trí chân khơng kế trên mơ hình ................................................................... 78
Hình 5.12: Biểu đồ hiệu suất máy lạnh ............................................................................. 80
Hình 5.13: Biến thiên nhiệt độ bề mặt trung bình của bộ thu ........................................... 82

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 4


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
NLMT – Năng lượng mặt trời
E – Cường độ bức xạ mặt trời, W/m2
F – Diện tích, m2
τ – Thời gian
M – Khối lượng, kg
ρ – Khối lượng riêng, kg/m3
d – Đường kính, m
t – Nhiệt độ, 0C
p – Áp suất, N/m2
V – Thể tích, m3
k – Hệ số truyền nhiệt, W/m2.K
 – Hệ số toả nhiệt, W/m2.K
 – Hệ số dẫn nhiệt, W/mK.
 – Chiều dày, m
Q – Nhiệt lượng, (W, J)
c – Nhiệt dung riêng, kJ/kg.độ
r – Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg
a – độ hoạt tĩnh, kg/kg
σ – Hằng số Stefan – Boltzmann, W/m2.K4
ε – Hệ số phát xạ
υ – Độ nhớt động học, m2/s

Pr – Tiêu chuẩn Prank
β – Hệ số dãn nở, 1/K
Grf – Tiêu chuẩn Grashoff
η – Hiệu suất, %

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 5


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
“Bài toán về năng lượng” hiện nay đang là vấn đề được cả Thế Giới quan tâm, khi mà nhu
cầu về năng lượng ngày càng tăng trong khi đó các nguồn năng lượng dự trữ lại có hạn. Bên
cạnh vấn đề về năng lượng, nhân loại cũng đang phải đối mặt với tình trạng ơ nhiễm mơi
trường, hiệu ứng nhà kính. Đây cũng là mặt trái của sự phát triển của nền kinh tế và là
hậu quả của việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng. Theo dự đoán của các nhà
khoa học, đến năm 2100 nhiệt độ trung bình của trái đất có thể tăng từ 1,4 đến 5,6 0C, vì
thế mực nước biển có thể tăng từ 0,09 đến 0,88 mm. Đó là chưa kể sự gia tăng của vấn đề
ô nhiễm môi trường, các trận mưa axit làm ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống, sức khỏe
của con người…
Để giải quyết vấn đề trên, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm và khai thác các nguồn
năng lượng mới (năng lượng sạch – năng lượng tái tạo) như năng lượng hạt nhân, năng
lượng địa nhiệt, năng lượng gió và đặc biệt là năng lượng mặt trời… là hướng quan trọng
trong kế hoạch phát triển năng lượng. Nhất là sau năm 1970 - những năm khủng hoảng dầu

lửa, công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo đã đạt nhiều tiến bộ đáng kể. Hiện tại, các nguồn năng
lượng này chưa làm thay đổi cơ bản cơ cấu cân bằng năng lượng của thế giới, nhưng trong tương
lai cơ cấu này chắc chắn sẽ thay đổi khi vấn đề công nghệ và giá thành năng lượng tái tạo được
giải quyết. Tổng sản lượng điện sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo tăng với tỷ lệ
2,9% mỗi năm, và tỷ trọng năng lượng tái tạo chiếm trong tổng sản lượng điện thế giới
được dự báo tăng từ 19% năm 2006 lên 21% năm 2030. Theo giới phân tích, nhu cầu thế
giới về năng lượng mặt trời, gió và các dạng năng lượng tái tạo khác sẽ tăng mạnh vào giữa thế
kỷ này, do lo ngại ngày một tăng về tình trạng Trái đất nóng lên. Năng lượng tái tạo được dự
đốn sẽ có bước nhảy vọt và đến tầm 2050 sẽ bắt đầu thách thức sự thống trị hiện nay của các
loại nhiên liệu hoá thạch.
Khái niệm sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) để chạy máy lạnh đã xuất hiện hơn 45
năm về trước. Bên cạnh các máy lạnh truyền thống được cấp nguồn bởi pin quang điện, sự quan
tâm về những hệ thống hấp phụ, hấp thụ ngày càng được gia tăng. Năng lượng mặt trời được
xem là một dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sẵn có, siêu
sạch và miễn phí đang được lồi người thực sự đặc biệt quan tâm. Do đó việc nghiên cứu
nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng NLMT và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế
là vấn đề có tính thời sự. Song trong điều kiện thực tiễn, các thiết bị sử dụng NLMT lại
có q trình làm việc khơng ổn định và khơng liên tục, hồn tồn biến động theo thời tiết.
Ứng dụng NLMT để làm lạnh và điều hồ khơng khí ngày càng chứng tỏ sự cấp thiết và
khả thi trong điều kiện khí hậu Việt Nam vì có sự đồng biến giữa NLMT và nhu cầu sử
dụng lạnh, Việt Nam cũng được đánh giá là khu vực có nhiều tiềm năng về NLMT. Ứng
dụng NLMT để làm lạnh không là chỉ là vấn đề tiết kiệm năng lượng mà cịn góp phần
bảo vệ mơi trường.
Bên cạnh đó, những ảnh hưởng đến hệ sinh thái phá hủy tầng ozon, hiệu ứng nhà kính
có liên quan đến việc sử dụng các môi chất lạnh CFC và HCFC đã góp phần gây ra những biến
đổi khí hậu đáng quan tâm lo ngại. Hiện nay, vấn đề lựa chọn, thay thế mơi chất lạnh sao cho
HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 6

Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

vừa đem lại hiệu quả vừa bảo vệ môi trường sinh thái cũng đang là vấn đề cấp bách không
những ở Việt Nam mà trên tồn Thế Giới. Một trong những mơi chất lạnh đảm bảo được các
yếu tố cấp bách trên đó chính là Amoniac (NH3). Theo các chuyên gia, Amoniac tiếp tục sẽ là
môi chất lạnh được sử dụng rộng rãi trong tương lai nếu giải quyết tốt các yếu tố về vấn đề an
tồn. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất ngày càng hướng sự chú ý của
mình vào một số chất tác nhân lạnh có nguồn gốc thiên nhiên như nước chẳng hạn.
Do các yếu tố đã phân tích ở trên, rõ ràng việc xây dựng và nhân rộng một hệ
thống lạnh vừa tiết kiệm năng lượng vừa đảm bảo được môi trường sinh thái mà hiệu quả
làm lạnh cao thật sự là vấn đề cấp thiết. Chính vì lý do đó mà tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mơ hình máy lạnh hấp phụ mặt trời sử dụng
Zeolite – nước”.
Thành phố Hồ Chí Minh là khu vực được đánh giá có tiềm năng NLMT tương đối
lớn. Cụ thể, cường độ bức xạ trung bình ở miền Nam nói chung và ở thành phố Hồ Chí
Minh nói riêng xấp xỉ 5 kWh/m2.ngày và hầu như ổn định quanh năm, dao động từ 4,0
đến 5,9 kWh/m2.ngày. Ngồi ra, cặp mơi chất sử dụng hấp phụ là Zeolite và Nước rất phổ
biến, có giá thành vừa phải nên rất thuận lợi khi tác giả thực hiện đề tài.
1.2 MỤC TIÊU VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Qua đề tài “Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mơ hình máy lạnh hấp phụ mặt
trời sử dụng Zeolite – nước”, tác giả có thể đánh giá khả năng ứng dụng được cũng như
hiệu quả làm việc của kiểu máy lạnh hấp phụ Zeolite – Nước sử dụng NLMT ở nước ta.
Và nếu nghiên cứu này thành công sẽ là một ứng dụng hiệu quả trong ngành lạnh, giải
quyết được các vấn đề về năng lượng và mơi trường. Khơng những thế kết quả này hồn
tồn có thể nhân rộng trên phạm vi cả nước. Ngoài ra, mơ hình này cũng có thể sử dụng
như một mơ hình thí nghiệm cho sinh viên ngành cơng nghệ nhiệt lạnh tại các trường,

giúp sinh viên hiểu sâu hơn về kiểu máy lạnh hấp phụ cũng như nâng cao ý thức tiết kiệm
năng lượng và bảo vệ môi trường cho các thế hệ sinh viên.
1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là kiểu máy lạnh hấp phụ dùng năng lượng mặt trời với cặp
chất hấp phụ là Zeolite – Nước.
Nghiên cứu này được thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh vào khoảng thời gian
từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2012.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 7


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đi theo qui trình nghiên cứu như sơ đồ bên
dưới:

Để thực hiện đề tài, đầu tiên tác giả tìm kiếm thơng tin, phân tích tài liệu có liên
quan, sau đó tính tốn sơ bộ để thiết kế chế tạo một mơ hình thí nghiệm máy lạnh hấp
phụ Zeolite – Nước sử dụng NLMT.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 8

Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT
TRỜI
2.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT
LẠNH
2.1.1 Năng lượng mặt trời
Khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời là 149,6 triệu km. Khoảng cách
đó cùng với sự tự quay đã làm cho Trái Đất nhận được từ Mặt Trời một lượng bức xạ phù
hợp, tạo điều kiện cho sự sống trên Trái Đất tồn tại và phát triển.
Phần lớn năng lượng mặt trời bị phân tán vào vũ trụ, chỉ một phần rất nhỏ của nó
đến được trái đất, nhưng "lượng nhỏ" đó cũng đã rất lớn. Cường độ bức xạ mặt trời thay
đổi theo vĩ độ, mùa, giờ trong ngày và độ mây che phủ. Cường độ bức xạ có tính chất gần
giống với các tia bức xạ phát ra từ vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ gần 6000 K. Trong đó, bao
gồm các vùng tia cực tím (Ultra-violet), vùng các tia bức xạ nhìn thấy được và vùng các
tia hồng ngoại (Infra-red).
Khi đi vào bầu khí quyển, bức xạ mặt trời sẽ bị:
- Tán xạ chủ yếu bởi các phân tử khơng khí, hơi nước, hạt nước, hạt bụi,… Kết quả: có
khoảng 6% số tia bức xạ bị dội ngược ra ngồi khơng gian, 20% số tia đến bề mặt trái
đất như các tia khuếch tán.
- Hấp thụ bởi các phân tử ozone (ở độ cao trên 40km, khoảng 3% các tia bức xạ đến từ
Mặt trời, chủ yếu trong vùng tia cực tím)
Các tia cực tím <0,29m: bị hấp thụ mạnh.
Các tia có >0,29m: khả năng hấp thụ giảm xuống đáng kể.
Khi >0,35m: khơng cịn khả năng hấp thụ.

(Tuy nhiên, ở vùng lân cận bước sóng 0,6m thì ozone vẫn cịn khả năng hấp thụ
một ít).
- Hấp thụ bởi hơi nước (ở độ cao thấp hơn, khoảng 14% các tia bức xạ đến từ Mặt trời,
chủ yếu trong vùng lân cận tia hồng ngoại, đặc biệt ở trong vùng lân cận các bước sóng
1m, 1,4m và 1,8m).
- Khả năng hấp thụ các tia bức xạ bởi mây, CO2 và oxygen rất nhỏ.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 9


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Hình 2.1: Q trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của trái đất
Kết quả rất ít các tia bức xạ có bước sóng lớn hơn 0,23m có thể đến được bề mặt
Trái đất. Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày
quang đãng ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2.
Mặc dù toàn bộ năng lượng chạm đến bầu khí quyển Trái Đất xuất phát từ Mặt
Trời là rất lớn, nhưng nó khơng có mức độ tập trung cao. Vì vậy, bất cứ phương tiện nào
bắt lấy năng lượng Mặt Trời cũng phải chiếm một diện tích tương đối lớn để làm tập
trung có hiệu quả phần năng lượng cần thiết. Chỉ trong vài thập niên gần đây, lồi người
mới bắt đầu tìm kiếm cơ chế khai thác tiềm năng khổng lồ của năng lượng Mặt Trời.
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì sự phân bố cường độ bức xạ mặt trời ở
Bắc bán cầu có đặc điểm như sau:
+ Từ 0 – 15N: Cường độ bức xạ mặt trời trung bình. Do đây là khu vực có nhiều mây và
độ ẩm cao, có thể có khoảng 2500 giờ nắng/năm, thành phần tia trực xạ giảm bớt, cường

độ bức xạ không biến đổi trong nhiều năm.
+ Từ 15N – 35N: Cường độ mặt trời rất tốt có thể có hơn 3000 giờ nắng/năm. Bầu trời ít
mây, có khoảng 90% các tia bức xạ dưới dạng tia trực xạ.
+ Từ 35N – 45N: Cường độ bức xạ mặt trời giảm đáng kể, thành phần khuếch tán gia
tăng do sự tăng vĩ độvà sự giảm góc cao độ của mặt trời. Mây và mức độ ơ nhiễm của
bầu khí quyển cũng góp phần làm giảm cường độ bức xạ mặt trời.
+ Từ 45N trở lên: khoảng 50% tia bức xạ mặt trời thuộc thành phần khuếch tán.
Ta cũng có thể rút ra kết luận tương tự cho khu vực Nam bán cầu.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 10


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 2.2: Biểu đồ phân bố bức xạ mặt trời

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 11


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Ta chú ý có 2 loại bức xạ mặt trời: bức xạ mặt trời đến bên ngồi bầu khí quyển và
bức xạ mặt trời đến trên mặt đất.
Trong tình hình khủng hoảng năng lượng và tình trạng ơ nhiễm mơi trường ngày
càng gia tăng, việc sử dụng các nguồn năng lượng mới, có khả năng tái tạo có ý nghĩa
cực kỳ to lớn, đặc biệt là sử dụng năng lượng mặt trời - nguồn năng lượng sạch và tiềm
năng nhất đang được loài người đặc biệt quan tâm. Nếu giải quyết tốt bài toán chi phí đầu
tư các thiết bị và đơn giản hố việc sử dụng thì chắc chắn các thiết bị sử dụng năng lượng
mặt trời sẽ được ứng dụng rộng rãi và đầy triển vọng trong tương lai. Do đó việc nghiên
cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng
chúng vào thực tế là vấn đề hết sức cần thiết.
Việt Nam là nước rất có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8oBắc đến 23oBắc,
nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn
từ 100-175kcal/cm2.năm (4,2-7,3GJ/m2.năm) do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ
đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Tuy nhiên nhìn chung các thiết bị sử dụng năng lượng mặt
trời ở Việt Nam hiện nay có giá thành cao, hiệu suất thấp, phân tán và phụ thuộc vào các
mùa, thời tiết trong năm. Do đó chúng ta cần nghiên cứu để có thể sử dụng NLMT vào
các mục đích nào cho hợp lý hơn.
2.1.2 Các ứng dụng năng lượng mặt trời trong kỹ thuật lạnh
Ngày nay năng lượng mặt trời đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ nhu cầu
sinh hoạt cho đến sản xuất như: sản xuất điện, kỹ thuật lạnh, vận tải, cung cấp nước nóng
trong sinh hoạt, cơng nghệ sấy...
So với các ứng dụng khác của NLMT, việc sử dụng NLMT vào mục đích làm lạnh
rất hấp dẫn bởi vì có sự đồng biến giữa cường độ bức xạ mặt trời và nhu cầu sử dụng
lạnh. Ở nơi càng nóng, cường độ bức xạ mặt trời dồi dào thì nhu cầu làm lạnh càng lớn.
Tuy nhiên, do hiện nay chưa giải quyết tốt vấn đề giá thành và hiệu quả mang lại, do vậy
máy lạnh sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng nhiều. Việc nghiên cứu
tìm ra mơ hình máy lạnh sử dụng năng lượng mặt trời dùng cho gia dụng như làm đá
(tích trữ lạnh), bảo quản vắc xin, thực phẩm tại vùng sâu, vùng xa nơi khơng có lưới điện
là nhu cầu cần thiết và khả thi nhất là các nước có điều kiện tự nhiên thuận lợi như Việt

Nam. Ngoài vấn đề tiết kiệm năng lượng đây cịn là vấn đề bảo vệ mơi trường.
Về nguyên lý có thể chia máy lạnh sử dụng năng lượng mặt trời thành các kiểu như sau:
- Làm lạnh theo kiểu hấp thụ (Absorption).
- Làm lạnh theo kiểu hấp phụ (Adsorption).
- Làm lạnh theo kểu hấp thụ - khuếch tán (Diffusion).
- Làm mát và làm giảm độ chứa hơi của khơng khí theo ngun lý làm lạnh bay hơi
và tách ẩm bằng chất hút ẩm (evaporative cooling/desicant)…

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 12


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 2.3 Các kiểu làm lạnh sử dụng NLMT
Chính vì lí do đó mà hệ thống lạnh hấp phụ sử dụng NLMT đang và sẽ là một đề tài
hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên
cứu, nhưng vấn đề sử dụng bộ thu NLMT nào cho hiệu quả và thực tế nhất thì vẫn cịn là
một đề tài cần phải nghiên cứu, vì với các bộ thu kiểu tấm phẳng hiện nay nếu cần nhiệt
độ đến 100oC thì hiệu suất rất thấp (nếu sử dụng ở nhiệt độ cao 800C thì hiệu suất nhỏ
hơn 45%) do đó cần có một mặt bằng rất lớn để lắp đặt bộ thu cho một hệ thống điều hịa
khơng khí bình thường. Ở đây chúng ta cũng cần phân biệt được điểm khác nhau cơ bản
giữa máy lạnh hấp phụ và máy lạnh có máy nén hơi là năng lượng sử dụng và loại chất
môi giới làm việc trong hệ thống. Trong máy lạnh có máy nén hơi sử dụng cơ năng, trong
khi đó năng lượng cung cấp cho máy lạnh hấp phụ là nhiệt năng.
Một số các sơ đồ nguyên lý của các kiểu máy làm lạnh sử dụng NLMT:

- Máy Lạnh Hấp Thụ Loại Gián Đoạn
Hình 2.4 trình bày sơ đồ máy lạnh hấp thụ NLMT loại gián đoạn làm việc với
dung dịch NH3 – H2O. Trong đó, Bộ thu tấm phẳng đảm nhận nhiệm vụ của bình phát
sinh trong giai đoạn thứ nhất và bình hấp thụ trong giai đoạn thứ hai.
Vào ban ngày, khi có nắng, Bộ thu 1 làm nhiệm vụ của bình phát sinh. Lúc này ta
mở van 2, đóng van 4 và 7. Dưới tác dụng của nhiệt mặt trời, tác nhân lạnh trong Bộ thu
1 sẽ bay hơi, ngưng tụ và chứa lại trong bình chứa 3. Khi khơng đủ nắng phải đóng van 2
lại để bảo tồn lượng tác nhân trữ được.
Vào ban đêm, mở các van 4, 7, khi đó tác nhân lạnh từ bình chứa 3 qua van tiết
lưu 5 vào dàn bay hơi 6 để đi về Bộ thu 1. Tại đây, tác nhân lạnh sẽ được hấp thụ vào
dung dịch bên trong Bộ thu 1.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 13


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Hình 2.4: Máy lạnh hấp thụ dùng NLMT loại gián đoạn
- Máy Lạnh Hấp Thụ Loại Single - Effect
NLMT còn được ứng dụng để gia nhiệt cho nước cấp vào bình phát sinh, đặc biệt
trong máy lạnh hấp thụ kiểu Single – Effect.

Hình 2.5: Máy lạnh hấp thụ kiểu Single – Effect sử dụng năng lượng mặt trời

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 14


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

- Máy Lạnh Hấp Phụ Sử Dụng Năng Lượng Mặt Trời

a)

b)
1. Bộ thu

2,3,6. Van

4. TBNT

5. Bình chứa

7. Van tiết lưu

8. TBBH

Hình 2.6: Máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời
Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp phụ cũng tương tự như máy lạnh hấp thụ
kiểu gián đoạn như đã trình bày trên hình 2.4. Trong trường hợp này trong Colector 1 có
chứa chất làm việc ở thể rắn như Zeolite, Silicagel, than hoạt tính hay CaCl2.

2.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI
2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế Giới
 Trên Thế Giới:
a. Máy lạnh hấp phụ với cặp chất hấp phụ silicagel và nước sản xuất nước đá để giữ
lạnh cho 1 thùng lạnh 100 lít. COPs đạt 0,1- 0,15 của Laboratoire d’Energ_etique
Solaire, EIVD (HES-SO), 1, Route de Cheseaux, CH-1400 Yverdon-les-Bains,
Switzerland And C.N.R.S.-L.I.M.S.I., B.P. 133, F-91403 Orsay Cedex, France.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 15


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

b. Máy lạnh hấp phụ với cặp chất hấp phụ than hoạt tính và methanol sản xuất nước
đá, sử dụng bộ thu kiểu tấm phẳng. COPs đạt 0,12 - 0,14 của học viện lạnh và lạnh
cryo, đại học Shanghai Jiao Tong, Trung Quốc (Institute of Refrigeration and
Cryogenics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 2000, PR China).

c. Máy lạnh hấp phụ với cặp chất hấp phụ than hoạt tính và methanol của nghành
cơng nghệ cơ khí, khoa kỹ thuật, đại học khoa học và công nghệ Jordan
(Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Jordan University
of Science and Technology)

d. Hệ thống làm lạnh và gia nhiệt đồng thời bằng hiệu ứng hấp phụ. COP đạt 0,11
của nghành công nghệ cơ khí, trường đại học chiangmai, Thái Lan (Department of

Mechanical
Engineering,
Faculty
of
Engineering,
Chiang
Mai
University,thailand).

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 16


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Việt Nam nằm ở vĩ độ 8o Bắc đến 23o Bắc, là nơi có tiềm năng về NLMT. Tuy
nhiên phân bố NLMT ở nước ta không đồng đều, các tỉnh phía Nam và Tây ngun có số
giờ nắng cao và cường độ bức xạ gần như ổn định quanh năm, trong khi đó Miền Bắc có
hai mùa rõ rệt và bức xạ mặt trời giao động mạnh do ảnh hưởng thời tiết. Với trị số tổng
xạ khá cao từ 100-175 kcal/cm2/năm (4,2-7,2GJ/m2/năm) việc sử dụng NLMT ở nước ta
sẽ đem lại hiệu quả lớn.
Ngay từ thập kỷ 70, sau cuộc khủng hoảng năng lượng của thế giới và nguy cơ của
vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là hiệu ứng ấm lên toàn cầu, Nhà Nước ta đã bắt đầu
triển khai chương trình nghiên cứu năng lượng mới ở cấp quốc gia mang mã số 52C với
sự tham gia của Uỷ ban Khoa học và kỹ thuật Nhà Nước, Viện Khoa học Việt Nam và

các trường Đại học thuộc Bộ Đại học và Trung học chuyên nghiệp cũng như một số viện
nghiên cứu khác. Tại Viện Khoa học Việt Nam và Viện Năng lượng thuộc Bộ ĐiệnThan, một số mẫu bộ thu NLMT để đun nước nóng đã được thiết kế và chế tạo. Tại
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trung tâm Năng lượng mới tập trung nghiên cứu các
thiết bị đun nước nóng và sấy bằng NLMT, đã lắp đặt và đưa vào sử dụng hàng trăm bộ
thu đun nước nóng cho bệnh viện, nhà trẻ. Bộ môn Nhiệt kỹ thuật thuộc Khoa Điện chủ
yếu tập trung nghiên cứu ứng dụng NLMT trong kỹ thuật lạnh. Tại Đại học Bách khoa
Đà Nẵng, Khoa Công nghệ Nhiệt-Điện lạnh cũng đã tập trung nghiên cứu ứng dụng vào
kỹ thuật đun nước nóng dùng NLMT, bơm nước dùng NLMT, bếp nấu dùng NLMT. Ở
khu vực phía Nam, tại trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh và trường Đại học Sư
phạm kỹ thuật cũng đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng này.
Sau một thời gian bị ngừng trệ do những khó khăn về kinh tế, thời gian gần đây việc
nghiên cứu ứng dụng NLMT tại nước ta được phục hồi và phát triển. Hiện nay Việt Nam
đã gia nhập Tiểu ban năng lượng phi truyền thống của Hiệp hội các nước Đông Nam Á
và Nhà Nước tăng cường đầu tư nghiên cứu. Các trung tâm năng lượng mới thuộc Phân
viện Vật lý Thành phố Hồ Chí Minh, Đại Học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Bách khoa
Hà Nội với sự hỗ trợ của các tổ chức quốc tế đã tiến hành thành công việc xây dựng các
trạm pin mặt trời có cơng suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hố của các
địa phương vùng sâu xa khơng có điện lưới.
Nói chung, việc nghiên cứu ứng dụng NLMT tại Việt Nam cho đến nay vẫn còn hạn
chế do giá thành cao và không tiện dụng, mặc dù nước ta nằm trong khu vực có cường độ
bức xạ mặt trời cao, số giờ nắng trung bình hằng năm cao và rất thiếu nguồn năng lượng.
Hầu hết các mẫu thiết kế mới chỉ dừng ở quy mơ thí nghiệm mà chưa triển khai rộng rãi
ở quy mô công nghiệp. Với máy lạnh hấp phụ, công tác nghiên cứu chưa được quan tâm
mặc dù có thể ứng dụng và phát triển ở quy mô thương mại phục vụ cho công tác bảo
quản vắcxin, bảo quản thực phẩm tại vùng khơng có điện lưới. Để có những bước đi thích
hợp dành cho cơng tác nghiên cứu mẫu máy lạnh hấp phụ rắn dùng năng lượng mặt trời.
HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 17

Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

 Ở Việt Nam:
a. Máy lạnh hấp phụ với cặp chất hấp phụ than hoạt tính và methanol sản xuất nước
đá của TS. Hồng Dương Hùng, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
Hệ số làm lạnh COP đạt 0,151

b. Máy lạnh hấp phụ với cặp chất hấp phụ silicagel và nước sản xuất nước đá của TS.
Hoàng An Quốc, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.

c) Máy lạnh hấp phụ với cặp chất hấp phụ than hoạt tính và methanol – đề tài luận
văn thạc sĩ của Lê Vinh Phát đặt tại trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ
Chí Minh.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 18


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN
3.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP PHỤ MẶT TRỜI

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý – nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động máy lạnh hấp phụ NLMT được trình bày trên hình 3.1. Sơ đồ
hệ thống máy lạnh hấp phụ dùng NLMT bao gồm thiết bị hấp thu năng lượng bức xạ mặt
trời, trong đó có thể chứa các chất làm việc ở thể rắn như Zeolite, Silicagel, than hoạt tính
hoặc CaCl2 và mơi chất lạnh tương ứng có thể là nước, methanol hay amoniac..., thiết bị
ngưng tụ làm mát bằng khơng khí đối lưu tự nhiên và thiết bị bay hơi thiết kế để có thể
làm lạnh, chứa thực phẩm cần bảo quản, có hoặc khơng có bình chứa. Ngồi ra cịn có
van chặn mơi chất lỏng và van tiết lưu. Máy lạnh hấp phụ NLMT thường làm việc theo
kiểu gián đoạn.

a)

b)

1. Bộ thu ; 2,3,6. Van; 4. TBNT; 5. Bình chứa; 7. Van tiết lưu; 8. TBBH
Hình 3.1: Các cách bố trí khác nhau của máy lạnh hấp phụ sử dụng năng lượng mặt trời
+ Kiểu bố trí trên hình a:
Vào ban ngày ta phải mở van chặn, đóng van tiết lưu. Trong giai đoạn này, dưới
tác động của các tia bức xạ mặt trời, tác nhân lạnh sẽ bốc hơi khỏi vật rắn hấp phụ, được
ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ và chứa tại bình chứa. Vào cuối giai đoạn tích trữ tác
nhân lạnh, van chặn được đóng lại.
Vào ban đêm xảy ra quá trình làm lạnh, khi nhiệt độ của hệ thống giảm, vật rắn
hấp phụ làm nhiệm vụ hấp phụ môi chất lạnh, áp suất môi chất trong hệ thống giảm
xuống, khi áp suất đạt đến áp suất bay hơi thì mở van tiết lưu. Môi chất lạnh sẽ được tiết
lưu vào thiết bị bay hơi, thu nhiệt sản phẩm và bay hơi, hơi môi chất được vật rắn hấp
phụ hấp phụ hết. Trong giai đoạn này cần phải chú ý để thiết bị hấp thụ được giải nhiệt dễ
dàng vì hấp phụ là quá trình sinh nhiệt.

HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 19


GVHD 1: TS. Hoàng An Quốc
GVHD 2: GS – TS Lê Chí Hiệp

Luận Văn Thạc Sĩ
+ Kiểu bố trí trên hình b:

Hình b là một dạng bố trí khác của máy lạnh hấp phụ NLMT.
Vào ban ngày ta phải mở van 3, đóng van 2 và 6. Trong giai đoạn này, dưới tác
động của các tia bức xạ mặt trời, tác nhân lạnh sẽ bay hơi khỏi bộ hấp phụ và làm mát
ngưng tụ nhờ bộ ngưng tụ 4 sau đó được chứa tại bình chứa 5. Vào cuối giai đoạn tích trữ
tác nhân lạnh, van 3 nên được đóng lại. Giai đoạn phát sinh lạnh thường được tiến hành vào
ban đêm.
Để xảy ra quá trình phát sinh lạnh, ta phải mở các van 2 và 6. Như vậy, tác nhân
lạnh sẽ đi qua van tiết lưu 7, đi vào dàn lạnh 8, đi qua van 2 để đi về bộ hấp phụ. Trong
giai đoạn này chúng ta phải chú ý để bộ hấp phụ được giải nhiệt dễ dàng vì hấp phụ là
quá trình sinh nhiệt.
3.1.2 Chu trình nhiệt lý tưởng của máy lạnh hấp phụ trên đồ thị p – T
Chu trình nhiệt động của máy lạnh có thể biểu diễn trên đồ thị p-T như hình vẽ.

P
2

3

Ta1 Tg1

Tg2

Pk

1

4

Po

Ta2

T

Hình 3.2: Chu trình nhiệt lý tưởng của máy lạnh hấp phụ trên đồ thị p-T.
Chu trình thuộc loại gián đoạn, có hai q trình:
Q trình cấp nhiệt:
Q trình 1-2: Quá trình bộ thu hấp thụ NLMT nâng nhiệt độ và áp suất của hệ thống
đến áp suất pk và Tg1 môi chất bắt đầu tách ra khỏi vật rắn hấp phụ.
Q trình 2-3: Q trình ngưng tụ mơi chất lạnh tại bộ ngưng tụ, đồng thời môi chất
lạnh vẫn tiếp tục thoát ra khỏi vật rắn hấp phụ nên nhiệt độ môi chất tăng đến nhiệt độ Tg2
trong điều kiện áp suất hầu như khơng đổi pk.
Q trình lạnh và giải nhiệt:
Quá trình 3-4: Quá trỉnh giải nhiệt cho bộ hấp phụ, nhiệt độ và áp suất trong hệ
thống giảm đến p0 và Ta1.
Quá trình 4-1: Quá trình bay hơi môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi. Hơi sau thiết
bị bay hơi được vật rắn hấp phụ hấp phụ trở lại làm nhiệt độ mơi chất giảm cịn Ta2.
HVTH: Quảng Thị Cẩm Thì

Trang 20