Do trình độ phát triển của ngμnh lạnh Việt nam còn đang ở giai đoạn kỹ thuật ứng dụng, nên cần tiến hμnh "Kỹ thuật chuyển đổi" để loại trừ các môi chất lạnh CFC trong các hệ thống có quy
Trang 1HƯớNG LựA CHọN CÔNG NGHệ LạNH
CủA VIệT NAM TRONG THờI GIAN TRƯớC Mắt
TS TRịNH VĂN QUANG
Bộ môn Kỹ thuật nhiệt - ĐH GTVT
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy hướng lựa chọn công nghệ lạnh của Việt nam nhằm từng bước loại bỏ
các môi chất lạnh CFC lμ tác nhân phá huỷ tầng ôzôn (ODS) Do trình độ phát triển của ngμnh lạnh Việt nam còn đang ở giai đoạn kỹ thuật ứng dụng, nên cần tiến hμnh "Kỹ thuật chuyển đổi" để loại trừ các môi chất lạnh CFC trong các hệ thống có quy mô nhỏ vμ vừa Qua việc so sánh các giải pháp khác nhau trong điều kiện thực tế ở Việt nam, bμi báo khẳng định: công nghệ hydrocarbon lμ giải pháp phù hợp nhất đối với các thiết bị lạnh của nước ta trong thời gian trước mắt
Summary: The paper represents the option of Vietnamese refrigeration technology for gradually
eliminating ODS CFC refrigerants Due to limited development level of Vietnam refrigeration branch, Drop - in Replacement Technique should be used to phase out CFC refrigerants in refrigeration systems of small and medium capacity Through the comparision of technology variants in Vietnam actual conditions, the paper affirms hydrocarbon technology as the most appropriate solution for refrigeration systems in Vietnam in the coming time
I Đặt vấn đề
Năm 1994, Việt nam tham gia Công ước Vienne (1985) và Nghị định thư Montréal (1987) về việc loại bỏ các chất phá huỷ tầng ô zôn (ODS) Là nước đang phát triển có mức tiêu thụ ODS hàng năm (chủ yếu dưới dạng các môi chất lạnh CFC) thấp hơn 0,3 kg/người, Việt nam cam kết thực hiện lộ trình: tới năm 2005 phải giảm 50% các CFC đang sử dụng và tới năm 2010 phải loại trừ hoàn toàn các CFC
ra khỏi tất cả các hệ thống lạnh
Các CFC hiện đang được sử dụng chủ yếu là các môi chất CFC11, CFC12, R500 và R502 Theo
Chương trình Quốc gia của Việt nam nhằm loại trừ dần ODS, lượng tiêu thụ bình quân hàng năm (kg)
và tỷ lệ các chất này như sau (bảng 1):
Bảng 1
Mức tiêu thụ ODS
Các loại ODS
(ĐHKK: điều hoμ không khí)
Có thể thấy CFC12 là môi chất lạnh được tiêu thụ nhiều nhất Môi chất này hiện đang được sử dụng trong một số khá lớn các hệ thống lạnh bao gồm nhiểu chủng loại như tủ lạnh gia đình, máy lạnh
Trang 2thương mại, hệ thống lạnh trung tâm đặc biệt trong lĩnh vực điều hoà không khí ô tô, đây là ngành tiêu thụ môi chất lạnh nhiều nhất do phải bổ sung định kỳ lượng môi chất mới (bảng 2)
Bảng 2
Các môi chất lạnh phải được thay thế
Môi chất
phải thay thế
Công thức, tỷ lệ thành phần
NBP
CFC11 CCl 3 F 23,8 Làm lạnh áp suất thấp (0,4 bar ở 0
0 C): ĐHKK ly tâm làm mát nước 350 ữ 10.000 kW
0 C ữ15 0 C, gồm gia dụng, thương mại, công nghiệp, ĐHKK, ĐHKK ô tô vận tải lạnh
R500 CFC12/HFC152a
(73,8%/26,2%) - 33,8
Làm lạnh nhiệt độ thấp: thương mại, kho lạnh công nghiệp, vận tải lạnh, ĐHKK, vận tải lạnh
R502 HCFC22/CFC115
(44,8%/51,2%) - 46,6
Làm lạnh nhiệt độ thấp tới -45 0 C: thương mại kho lạnh, công nghiệp, vận tải lạnh, ĐHKK, bơm nhiệt
NBP - điểm sôi ở áp suất tiêu chuẩn ( 0 C)
Theo cam kết quốc tế, tới năm 2005 phải loại bỏ đi một nửa số thiết bị này Điều đó rõ ràng là không hợp lý trong hoàn cảnh một đất nước còn nhiều thiếu thốn như Việt nam Vậy vấn đề cấp thiết ở
đây là cần phải tìm cách thay thế môi chất CFC bằng môi chất lạnh khác không chứa ODS
II Các môi chất lạnh có thể được chọn lựa để thay thế
Về nguyên tắc, môi chất lạnh CFC có thể được thay thế bằng các môi chất lạnh chuyển tiếp hoặc môi chất lạnh tự nhiên Môi chất lạnh chuyển tiếp là các chất có ODP nhỏ (gồm các HCFC), các chất
có ODP bằng 0 (gồm các HFC) và hỗn hợp của hai loại trên Môi chất lạnh tự nhiên gồm các chất không gây hại với môi trường như không khí, nước, NH3, hydrocarbon, CO2 …
Bảng 3 trình bày các môi chất có thể được chọn lựa
Bảng 3
Các môi chất có thể chọn lựa để thay thế CFC
Các môi chất HCFC
thành phần NBP ODP GWP Môi chất
Công thức,
Các môi chất HFC
Công thức,
Trang 3HFC.152a CH3CHF2 - 24,0 0,00 150 HFC.245cb CH3CF2CF3 - 18,3 0,00
Hỗn hợp
thành phần NBP ODP GW P Môi chất
Công thức,
R290/22/218 (5/75/20) - 50,0 0,041
R290/22/218 (5/56/39) - 49,5 0,030
(44/52/4) - 46,5 0,0 R401A
R22/152a/124 (53/13/34) - 33,1 0,037
(20/40/40) - 45,5 0,0 R401B
R22/152a/124 (61/11/28) - 34,7 0,040
(10/70/20) - 45,5 0,0 R403C
R22/152a/124 (33/15/52) - 28,4 0,030
(23/25/52) - 43,6 0,0 R406A
R22/124/142b (55/4/41) - 30.0 0,057
R125/143a/22 (7/46/47) - 43,5 0,026
(60/2/38) - 49,2 0,021 R409A
22/600a/142b (60/25/15) - 34,2 0,022 480
(38/2/60) - 47,4 0,033
Môi chất tự nhiên
thành phần NBP ODP GWP Môi chất
Công thức,
(ethane) - 88,8 0,00 3 HC.600a
CH(CH3)3 (isobutan) - 11,7 000 3
(carbon dioxide) - 78,4 0,00 1 R.764
SO2 (sulfur dioxide) - 10,0 0,00
(propane) - 42,1 0,00 3 HC.600
CH3CH2CH2CH3 (butane) - 0,4 0,00 3
ODP: Tiềm năng phá huỷ ô zôn; GWP: Tiềm năng lμm nóng toμn cầu
ODP của CFC11 đ−ợc chọn lμ 1 GWP của CO 2 đ−ợc chọn lμ 1
Bảng 4
Các môi chất đ−ợc dùng để thay thế
Các môi chất lạnh đ−ợc
chọn để thay thế hệ
thống dùng CFC còn
thời gian hoạt động
- Hỗn hợp - Hydrocarbon
- HCFC22
- Hỗn hợp
- HFC.134a
- Propan Các môi chất đ−ợc chọn
để sử dụng trong hệ
thống mới
- HCFC22 - Ammonia
- HFC.134a - Hydrocarbon
- Ammonia - HFC.152a
- HFC.134a - Hydrocarbon
- HCFC22 2tầng
- Ammonia 2 tầng
- Hỗn hợp
Trang 4Ngoài ra còn rất nhiều chất hoá học không thuộc các nhóm trên có thể được dùng làm môi chất lạnh như: CF4 (carbon tetrafluoride), CF3CF3 (perfluoethane), SF6 (sulfur hexafluoride)
Trong những chất trên, có loại đã thông dụng và đã được thương mại hoá, nhưng cũng có những
loại còn đang được nghiên cứu Theo đề xuất của Uỷ ban chọn lựa kỹ thuật lμm lạnh, ĐHKK vμ bơm
nhiệt của UNEP và kinh nghiệm của các nước công nghiệp, các môi chất cho trong bảng 4 được
khuyến cáo nên dùng làm môi chất thay thế
III Các khó khăn trở ngại
Tại các nước công nghiệp phát triển, tiến trình loại trừ môi chất lạnh CFC được bắt đầu từ lĩnh vực làm lạnh gia dụng, cho đến nay đã được hoàn tất Tuy nhiên các công nghệ mới trong lĩnh vực này vẫn chưa được tiêu chuẩn hoá một cách thống nhất ngay trong các nước phát triển Các nước châu Âu đã
đề ra những quy tắc nghiêm ngặt nhằm chấm dứt sử dụng các hợp chất HCFC như HCFC 22, HCFC123 đồng thời tập trung nghiên cứu sử dụng các HFC và hỗn hợp, NH3, các hydrocarbon được
điều chế theo công nghệ mới có vòng tuần hoàn thứ cấp không chứa các chất độc hại và cháy nổ Nước Mỹ một mặt vẫn chủ trương sử dụng các chất HCFC như HCFC123 vì cho rằng chúng có ODP nhỏ đến mức không đáng kể nên không cần thiết phải bị loại trừ, mặt khác tiếp tục nghiên cứu kỹ thuật chế tạo và hoàn thiện công nghệ để tăng COP của thiết bị và giảm lượng môi chất rò rỉ ra môi trường Trong khi đó, các nước đang phát triển chưa sẵn sàng tiến hành chuyển đổi CFC sang môi chất lạnh mới an toàn vì chưa xác định được hướng chọn lựa môi chất thích hợp Đó chính là một thách thức đối với các nước đang phát triển
Để có thể tiến hành loại trừ CFC, các nước đang phát triển trong đó có Việt nam phải xác định
được công nghệ phù hợp với các điều kiện cụ thể về khí hậu, về phương thức làm việc và các điều kiện xã hội để từ đó chọn lựa và dễ dàng tiếp nhận các công nghệ mới
Thực tế cho thấy việc thay thế các CFC bằng môi chất lạnh an toàn như đã nêu ở trên là một quá trình không dễ dàng và đơn giản Nếu dùng các đơn chất HCFC hoặc HFC để thay thế CFC trong các
hệ thống lạnh đang hoạt động, sẽ nảy sinh khá nhiều khó khăn về phương diện kỹ thuật, đòi hỏi phải
có Kỹ thuật thích ứng Đó là một thách thức rất lớn đối với các nước mà ở đó, công nghệ lạnh chỉ mới ở
trình độ kỹ thuật ứng dụng như nước ta Nếu dùng các hỗn hợp, yêu cầu kỹ thuật càng cao hơn do phải xác định chính xác thành phần tỷ lệ của các đơn chất trong hỗn hợp trước khi bổ sung môi chất vào hệ thống bị rò rỉ Ta xét trường hợp cụ thể dùng các môi chất lạnh chuyển tiếp là đơn chất
HCFC22 và HFC134a thay vào hệ thống CFC12 và HCFC123 thay vào hệ thống CFC11
1 Thay thế CFC12 bằng HCFC22
HCFC22 làm việc ở áp suất cao hơn, có năng suất lạnh thể tích cao hơn CFC12 nên độ bền của
hệ thống cũ phải đủ lớn, phải thay máy nén và động cơ điện phù hợp HCFC22 không hoàn toàn hoà tan dầu nên phải chọn loại dầu phù hợp, phải lắp đặt bộ tách dầu, thay bộ lọc HCFC22 có chế độ tiết lưu khác với CFC12 nên phải thay van tiết lưu
2 Thay thế CFC12 bằng HFC134a
HFC134a phù hợp với hầu hết kim loại, hợp kim nghĩa là không gây ra tác dụng hoá học với các kim loại trong hệ thống lạnh sử dụng CFC12 Khi làm lạnh tới nhiệt độ thấp hơn - 100C, năng suất lạnh của hệ thống bị giảm, phải thay đổi chế độ tiết lưu Không thể dùng HFC134a cho các hệ thống tạo độ lạnh thấp HFC134a phù hợp với mục đích điều hoà không khí
HFC134a ít hoà tan dầu nhờn và chỉ phù hợp với dầu tổng hợp polyolester Dầu polyolester có
đặc tính hút ẩm mạnh, có thể hút ẩm trong không khí Khi bị nhiễm ẩm, dầu polyolester phản ứng với
ẩm tạo ra carbon acid tác dụng với kim loại trong hệ thống lạnh, sinh ra lớp cặn có thể gây tắc bộ tiết lưu, làm kẹt máy nén rất nguy hiểm Do vậy, để thử độ kín và làm vệ sinh hệ thống phải dùng Nitơ khô nén, không thể dùng không khí nén như trong hệ thống lạnh sử dụng CFC12
Khi thay thế HFC134a vào hệ thống CFC12, cần phải thay bộ lọc và bộ chỉ thị độ ẩm, thay các chi tiết đệm kín, doăng (hệ thống hở) bằng loại vật liệu chịu dầu ester, điều chỉnh chế độ tiết lưu hoặc thay thế bộ tiết lưu phù hợp Trong các hệ thống lớn dùng máy nén ly tâm, cần phải thay đổi tốc độ máy nén hoặc động cơ kéo để bảo đảm hệ thống hoạt động bình thường
Trang 53 Thay CFC11 bằng HCFC123
HCFC123 có thể được dùng để thay thế CFC11 trong các hệ thống lạnh máy nén ly tâm kiểu hở
làm mát nước, không phải thay dầu HCFC123 hoà tan mạnh một số chất dẻo và cao su nên phải thay
các doăng đệm kín để tránh rò rỉ Đối với các hệ thống nửa kín có động cơ không guồng gió phải thay
thế động cơ HCFC123 có hiệu quả năng lượng thấp hơn CFC11, nên phải thay máy nén và động cơ
lớn hơn HCFC123 là một chất độc, bởi vậy trong phòng máy phải có thiết bị kiểm soát môi chất, hệ
thống quạt gió và báo động Hệ thống dùng CFC11 và HCFC123 có áp suất thấp, do đó việc giảm
phát thải môi chất khi làm sạch không khí là điều quan trọng và khó khăn
Từ các phân tích ở trên, có thể thấy: việc thay thế môi chất lạnh CFC bằng các môi chất lạnh
chuyển tiếp có ODP nhỏ hoặc bằng 0 là một quá trình không đơn giản Chính vì vậy đã xảy ra không ít
trường hợp phản khoa học: ở nước ta, tại một số cơ sở bảo dưỡng hệ thống điều hoà khí hậu trên ôtô,
kỹ thuật viên đã thay ngược HFC134a bằng CFC12 cho thuận tiện! Đối với các hệ thống lạnh lớn, việc thay thế càng trở nên phức tạp, đòi hỏi phải có sự trợ giúp của các nhà sản xuất và các chuyên
gia để thực hiện Kỹ thuật thích ứng Đó là vấn để lớn rất khó giải quyết đối với hầu hết các cơ sở sử
dụng hệ thống lạnh ở nước ta Để thay thế các CFC bằng các môi chất an toàn với môi trường, cần
phải lựa chọn công nghệ và kỹ thuật phù hợp với trình độ và khả năng của các cơ sở sử dụng hệ thống
lạnh
IV Chọn công nghệ vμ kỹ thuật phù hợp
1 Chọn kỹ thuật vμ quy mô hệ thống
Để loại trừ ODS theo đúng lịch trình, chúng ta phải chọn công nghệ lạnh phù hợp và thực hiện các
quy trình kỹ thuật cho phép nhằm bảo vệ môi trường Đó cũng là phương hướng phù hợp với hoàn cảnh
và điều kiện của ta Quy trình kỹ thuật đối với thiết bị dùng ODS gồm thay thế – chuyển đổi vμ thích ứng
môi chất mới Quy trình kỹ thuật đối với môi chất ODS gồm thu gom, tái chế, phục hồi vμ tiêu huỷ
Thay thế - chuyển đổi (Drop - in replacement) - gọi tắt là Chuyển đổi - là thủ tục thay môi chất CFC
trong hệ thống lạnh đang sử dụng bằng môi chất không chứa Chlorine Trong quy trình Chuyển đổi,
không đòi hỏi phải sửa đổi lớn về thiết bị, nhưng cũng có thể có những thay đổi phụ như thay dầu, thay
vật liệu làm kín, thay chống ẩm, thay bộ tiết lưu tuỳ theo mức độ phù hợp của môi chất mới đối với hệ
thống Chuyển đổi là quy trình đơn giản nhất Kinh nghiệm của các nước công nghiệp và các nước đang
phát triển đã chỉ ra rằng: thủ tục Chuyển đổi trước tiên nên thực hiện trên các hệ thống lạnh có quy mô
nhỏ vμ vừa Như vậy rõ ràng là: với trình độ ở mức kỹ thuật ứng dụng, trước mắt Việt nam nên sử dụng
Kỹ thuật Chuyển đổi để thực hiện việc loại bỏ CFC trong các hệ thống có quy mô nhỏ và vừa
2 Chọn công nghệ vμ môi chất lạnh
Căn cứ vào đề xuất của Uỷ ban chọn lựa kỹ thuật lμm lạnh, ĐHKK vμ bơm nhiệt của Chương trình
Liên Hiệp Quốc về môi trường (UNEP), ta có thể chọn các môi chất HCFC123, HFC134a, hỗn hợp,
HCFC22, HFC152a, hydrocarbon để thay thế các CFC bị loại bỏ Theo các tiêu chí đã nêu trong mục
IV.a thì có thể lập bảng để chọn như sau (bảng 5):
Bảng 5
Chọn môi chất theo Quy mô hệ thống vμ Trình độ Kỹ thuật
Quy mô hệ thống - Quy trình kỹ thuật cần áp dụng Môi chất
chọn lựa
Môi chất
HFC.134a
Trang 6Tiếp bảng 5
Quy mô hệ thống - Quy trình kỹ thuật cần áp dụng Môi chất
chọn lựa
Môi chất
Hỗn hợp
Hydrocarbon
Từ trên ta thấy có thể chọn kỹ thuật Chuyển đổi như sau:
- Dùng HCFC123 thay cho CFC11 ở hệ thống quy mô vừa có máy nén hở
- Dùng HFC134a thay cho CFC12 ở hệ thống quy mô nhỏ
- Dùng Hydrocarbon thay cho CFC12 ở hệ thống có quy mô vừa và nhỏ
Tuy nhiên nếu dùng HCFC123 thay CFC11 ở hệ thống quy mô vừa và dùng HFC134a thay
CFC12 ở hệ thống quy mô nhỏ, thì về lâu dài sẽ lại phải chuyển đổi lần thứ hai sang môi chất khác vì
HCFC123 và HFC134a chỉ là các môi chất chuyển tiếp, lúc đó lại phải tiến hành những biện pháp kỹ
thuật phức tạp và tốn kém Vậy chỉ có hydrocarbon là đáp ứng được mục tiêu đã nêu
Thực tế đã chỉ ra rằng Công nghệ hydrocarbon đã được ứng dụng thành công ở hầu hết các nước
công nghiệp cũng như ở nhiều nước đang phát triển trong lĩnh vực làm lạnh có quy mô vừa và nhỏ ở
Việt nam, công nghệ lạnh hydrocarbon đã được hãng ECOZON BV Hà Lan giới thiệu, tổ chức khoá
tập huấn tháng 5 năm 1999 và đã tiến hành thử nghiệm trên các ĐHKK xe con, có kết quả tốt
V Kết luận
1 Trong giai đoạn trước mắt, để tiến trình loại trừ ODS trong 50% hệ thống lạnh dùng CFC của
chúng ta được thực hiện đúng kỳ hạn, cần ứng dụng ngay công nghệ hydrocarbon vào các hệ thống lạnh
CFC cỡ nhỏ và trung bình, bao gồm thiết bị lạnh gia đình, thương mại đặc biệt là trong ĐHKK ô tô
2 Việc ứng dụng công nghệ hydrocarbon trước tiên phải được tiến hành tại tất cả các cơ sở dịch
vụ sửa chữa thiết bị lạnh, xưởng bảo dưỡng ĐHKK ô tô
3 Công nghê hydrocarbon, cũng như các công nghệ mới trong lĩnh vực làm lạnh nhằm bảo vệ sự
phát triển bền vững của môi trường, cần được cập nhật và đưa vào chương trình đào tạo đại học
chuyên ngành làm lạnh
4 Nhà nước cần có các chính sách nhằm thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ hydrocarbon như
nhập khẩu các môi chất lạnh hydrocarbon, xây dựng các chương trình đào tạo, huấn luyện công nghệ
mới, quản lý môi chất lạnh dễ cháy, thu hồi môi chất CFC
Làm được như vậy, Chương trình quốc gia của Việt nam nhằm loại trừ các chất làm suy giảm tầng
ôzôn chắc chắn sẽ từng bước thành công
Tài liệu tham khảo
[1] "Technologies for Protecting the Ozone Layer" Catalogue: "Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps"
UNEP 1994
[2] "1994 Report of the Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps Technical Options Committee" UNEP
1995 Assessment A.Developing country aspects
[3] "Hydrocarbon Technology" II Klaus Meyesen Eschborn, 1996
[4] "The twelve advantages of hydrocarbon techology" Klaus Meyen.Germany Conference on hydrocarbon
Fluids in Domestic and Commercial Refrigeration Appliances - India Eco - Refrigeration 1996
[5] "Commercial Refrigeration Appliances using Hydrocarbon Refrigerants" An Ecofrig 1997
[6] "Hydrocarbons and other progressive answers refrigeration" Greenpeace 1995
[7] "Natural working Fluids 98" IIR - Gustav Lorentzen Conferece Oslo, Norway 1998 Ă
