Nghiên cứu thực nghiệm thay thế môi chất r22 bằng môi chất r404a, môi chất propane và môi chất iso butane thân thiện môi trường cho hệ thống lạnh thương nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO HUY TUẤN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THAY THẾ MÔI CHẤT R22 BẰNG MÔI CHẤT R404A, MÔI CHẤT PROPANE VÀ MÔI CHẤT ISO-BUTANE THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG CHO HỆ THỐNG LẠNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐÀO HUY TUẤN

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THAY THẾ MÔI CHẤT R22 BẰNG MÔI CHẤT R404A, MÔI CHẤT PROPANE VÀ MÔI CHẤT ISO-BUTANE THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG

CHO HỆ THỐNG LẠNH THƯƠNG NGHIỆP

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT

Mã số: 11060423

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỂN THẾ BẢO

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐÀO HUY TUẤN MSHV:11060423

Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1981 Nơi sinh: Hà Nội

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số : 11060423

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THAY THẾ MÔI CHẤT R22 BẰNG MÔI CHẤT R404A, MÔI CHẤT PROPANE VÀ MÔI CHẤT ISO-BUTANE THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG CHO HỆ THỐNG LẠNH THƯƠNG NGHIỆP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu lý thuyết về các môi chất lạnh - Tính toán thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lạnh thương nghiệp - Tiến hành thí nghiệm hệ thống với các môi chất lạnh R22,R404a, R290, R600a - Phân tích, so sánh, đánh giá III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):TS.NGUYỄN THẾ BẢO

Tp HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….………

(Họ tên và chữ ký)

- ThS Nguyễn Duy Tuệ giảng viên trường Đại Học Tôn Đức Thắng

- Các cán bộ, thầy cô Trường Cao Đẳng Nghề Giao Thông Vận Tải – TW III và các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình trao đổi, đóng góp ý và cung cấp thông tin tư liệu giúp tác giả hoàn thiện luận văn này

Tác giả

Đào Huy Tuấn

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công nghệ lạnh được sử dụng trong rất nhiều trong thời đại hiện nay Những ứng dụng quan trọng của nó chúng ta không thể nào chối cãi được Thế nhưng, song song với những lợi ích của nó đem lại là những rắc rối nảy sinh làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái mà con người đang sinh sống, chẳng hạn như : tầng Ozon bị phá hủy, nhiệt độ trái đất tăng lên gây biết bao thảm họa cho con người Để góp phần làm giảm những vấn

đề về môi trường liên quan đến môi chất lạnh nói trên thì trong luận văn của em sẽ tiến hành nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm việc thay thế môi chất R22 (CClHFl2), một loại môi chất làm phá hủy tầng Ozon và nhiệt độ trái đất tăng lên sẽ được loại bỏ vào năm

2020, bằng những loại môi chất thân thiện với môi trường là : R404a, Propan (R290), Iso-Butan (R600a) Việc tiến hành nghiên cứu với mục đích so sánh tính chất nhiệt động

để tìm ra hướng khả thi trong việc ứng dụng trong thực tế hiện tại phù hợp với điều kiện của Việt Nam Trong số đó, môi chất mà nước ta hoàn toàn có thể tự sản xuất được là R290 là môi chất có tính chất nhiệt động gần với R22 và cho ta một kết quả rất khả quan cho việc thay thế R22

ABTRACT

Refrigerant system is broadly applied in several areas currently Their importances

we can’t deny However, beside it’s convenience, there are a lot of problems appearing impact on our living environment such as: Ozon depletion, global warming that create a lot of disaster for our life To contribute for solving those problems, I researched theories, also to conduct experiments for R22 replacement by using friendly environment refrigerant as: R404a, R290, R600a My research purpose comparing different refrigerants to find out the one that has compatible thermodynamic property to apply in Viet nam’s condition Among those, the refrigerant that we can produce ourselves is R290 having same thermodynamic property with R22, and also achieve a good result for R22 replacement

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những phần tính toán và trình bày trong luận văn này là của riêng tôi và chưa từng được công bố trong bất kỳ tài liệu của bất kỳ tác giả nào khác

Tác giả

Đào Huy Tuấn

MỤC LỤC

Lời nói đầu 01

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔI CHẤT LẠNH VÀ VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG MÔI TRƯỜNG 1.1 Tổng quan 02

1.2 Môi chất lạnh và vấn đề suy giảm tầng ozone 02

1.3 Hiệu ứng nhà kính và hiện tượng gia tăng 05

nhiệt độ của bầu khí quyển 1.4 Các thỏa thuận quốc tế 06

1.5 Các loại môi chất lạnh 07

1.5.1 Môi chất lạnh loại CFC 07

1.5.2 Môi chất lạnh loại HCFC 08

1.5.3 Môi chất lạnh loại HFC 09

1.5.4 Môi chất lạnh loại hòa trộn 10

1.5.5 Môi chất lạnh loại thiên nhiên 10

1.5.6 Đặc điểm, tính chất một số môi chất lạnh tiêu biểu 11

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU MÔI CHẤT LẠNH HỖN HỢP HYDROCACBON 2.1 Tình hình nghiên cứu 14

2.2 Yêu cầu thực tiễn của đề tài 16

2.3 Nội dung nghiên cứu 16

2.4 Phương pháp nghiên cứu 16

2.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 17

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẠNH THƯƠNG NGHIỆP CỠ NHỎ SỬ DỤNG MÔI CHẤT LẠNH R22

3.1 Tính toán nhiệt HTL thương nghiệp 18

3.2 Công suất lạnh yêu cầu của máy nén 22

3.3 Các thông số môi chất 22

3.4 Tính toán chu trình lạnh 23

3.5 So sánh lý thuyết của môi chất lạnh 28

3.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh thương nghiệp 32

3.7 Chọn máy nén và van tiết lưu 32

3.8 Tính toán thiết bị bay hơi 33

3.9 Tính toán thiết bị ngưng tụ 40

3.10 Chọn thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ 45

3.11 Thiết kế hệ thống điện cho hệ thống lạnh thương nghiệp 46

3.12 Lập trình Matlap kiểm tra thiết bị trao đổi nhiệt 49

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẠNH THƯƠNG NGHIỆP CỠ NHỎ SỬ DỤNG MÔI CHẤT LẠNH R22 4.1 Chuẩn bị vật tư 53

4.1.1 Vật tư dùng cho thi công phần khung đỡ 53

4.1.2 Vật tư dùng cho thi công phần buồng lạnh thương nghiệp 53

4.1.3 Vật tư dùng cho thi công phần đường ống 53

vận chuyển môi chất lạnh 4.1.4 Vật tư dùng cho thi công phần hệ thống lạnh 54

4.1.5 Vật tư dùng cho tủ điện 58

4.2 Chuẩn bị dụng cụ thi công 59

4.3 Tiến hành thi công 60

4.4 Thử kín 63

4.5 Hút chân không và nạp môi chất lạnh 64

CHƯƠNG 5:VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG LẠNH

VỚI CÁC MÔI CHẤT LẠNH R22, R404A, PROPANE VÀ ISO-BUTANE

5.1 Mô hình thử nghiệm 65

5.2 Dụng cụ và môi chất thử nghiệm 66

5.1.1 Dụng cụ thử nghiệm 66

5.1.2 Môi chất thử nghiệm 66

5.3 Tiến hành thí nghiệm 66

5.4 Đánh giá hệ thống khi thay đổi các môi chất 68

5.5 Những vấn đề an toàn khi sử dụng 74

môi chất lạnh Propane và Iso-Butane CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận 79

6.2 Kiến nghị 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

Phụ lục 1.Catalogue một số máy nén pittong kín hãng Tecumseh 84

Phụ lục 2.Năng suất lạnh một số van tiết lưu nhiệt R22 hãng Danfoss 92

Phụ lục 3 Dàn ngưng quạt thổi ngang kiểu FNA hãng KEWELY 94

Phụ lục 4 Dàn lạnh kiểu DE hãng KEWELY 95

Phụ lục 5 Bảng các số liệu vận hành với môi chất R22 96

Phụ lục 6 Bảng các số liệu vận hành với môi chất R290 97

Phụ lục 7 Bảng các số liệu vận hành với môi chất R404A 98

Phụ lục 8 Bảng các số liệu vận hành với môi chất R600A 99

Phụ lục 9 Lập trình Matlap cho thiết bị trao đổi nhiệt 100

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 117

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Lỗ thủng tầng ozone ở Nam Cực vào tháng 9 năm 2000 04

Hình 1.2 Chỉ số ODP của 1 số môi chất lạnh 05

Hình 1.3 Chỉ số GWP của 1 số môi chất lạnh 06

Hình 1.4 Thời gian tồn tại trong khí quyển của 1 số môi chất lạnh 08

Hình 1.5 Lộ trình loại trừ các môi chất lạnh HCFC theo nghị định thư Montreal 09

Hình 3.1 Biểu diễn chu trình trên Đồ thị lgP-h môi chất lạnh R22 24

Hình 3.2 Giá trị tính toán chu trình môi chất lạnh R22 24

Hình 3.3 Biểu diễn chu trình trên Đồ thị lgP-h môi chất lạnh R404A 25

Hình 3.4 Giá trị tính toán chu trình môi chất lạnh R404A 25

Hình 3.5 Biểu diễn chu trình trên Đồ thị lgP-h môi chất lạnh R290 26

Hình 3.6 Giá trị tính toán chu trình môi chất lạnh R290 26

Hình 3.7 Biểu diễn chu trình trên Đồ thị lgP-h môi chất lạnh R600A 27

Hình 3.8 Giá trị tính toán chu trình môi chất lạnh R600A 27

Hình 3.9 Đồ thị nhiệt độ - áp suất 28

Hình 3.10 Biểu đồ so sánh công nén lý thuyết 29

Hình 3.11 Biểu đồ so sánh COP lý thuyết 29

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh tỉ số nén lý thuyết 30

Hình 3.13 Biểu đồ so sánh nhiệt thải thiết bị ngưng tụ lý thuyết 30

Hình 3.14 Biểu đồ so sánh thể tích hút lý thuyết 31

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh thương nghiệp 32

Hình 3.16 Mạch điện điều khiển hệ thống lạnh 46

Hình 3.18 Hệ số truyền nhiệt K thiết bị ngưng tụ (W/m2K) 49

Hình 3.19 Diện tích thiết bị ngưng tụ (m2) 50

Hình 3.20 Hệ số tỏa nhiệt khi sôi (W/m2K) 51

Hình 3.21 Hệ số truyền nhiệt K thiết bị bay hơi (W/m2K) 51

Hình 3.22 Diện tích thiết bị bay hơi (m2) 52

Hình 4.1 Khung đỡ hệ thống 53

Hình 4.2 Thiết bị ngưng tụ 54

Hình 4.3 Thiết bị bay hơi 54

Hình 4.4 Máy nén Tecumseh 55

Hình 4.5 Van tiết lưu nhiệt Danfoss 55

Hình 4.6 Quạt thiết bị trao đổi nhiệt 55

Hình 4.7 Bình chứa cao áp 56

Hình 4.8 Van chặn tay, van điện từ 56

Hình 4.9 Phin sấy lọc 56

Hình 4.10 Mắt gas 57

Hình 4.11 Role áp suất kép 57

Hình 4.12 Áp kế dầu 57

Hình 4.12 Nhiệt kế điện tử 58

Hình 4.13 Bộ điều khiển Emerson EC1-233 58

Hình 4.14 Cụm máy nén dàn ngưng 60

Hình 4.15 Buồng lạnh và dàn bay hơi 61

Hình 4.16 Trang bị hệ thống điện 62

Hình 4.17 Mô hình hoàn chỉnh 62

Hình 4.18 Bộ nạp môi chất 64

Hình 5.1 Mô hình thử nghiệm 65

Hình 5.2 Khay nước đá đông đặc 67

Hình 5.3 Đồ thị áp suất và nhiệt độ 68

Hình 5.4 Đồ thị tỉ số nén và nhiệt độ bay hơi 69

Hình 5.5 Đồ thị năng suất lạnh và nhiệt độ bay hơi 70

Hình 5.6 Đồ thị điện năng tiêu thụ và nhiệt độ bay hơi 71

Hình 5.7 Đồ thị COP và nhiệt độ bay hơi 72

Hình 5.8 Đồ thị điện năng tiêu thụ và nhiệt độ bay hơi 73

Hình 5.9 Hệ thống thông gió nền 74

Hình 5.10 Role điện tử PTC 75

Hình 5.11 Role bảo vệ quá tải máy nén 75

Hình 5.12 Tụ điện 76

Hình 5.13 Thermostat loại hộp kín 76

Hình 5.14 Quạt có động cơ đúc kín 77

Hình 5.15 Đế bóng đèn bằng cao su 77

Hình 5.16 Máy báo rò rỉ gas 78

Hình 5.17 Phòng chống cháy nổ nơi làm việc 78

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ODP: mức độ hủy hoại tầng ozone

GWP: đánh giá mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính

COP: hệ số hiệu quả năng lượng

Qk: năng suất nhiệt thực tế hệ thống lạnh

tmt : nhiệt độ không khí xung quanh

to: nhiệt độ sôi môi chất

tk: nhiệt độ ngưng môi chất

di : đường kính trong của ống

do : đường kính ngoài của ống S1 :bước dọc

T4 : nhiệt độ bay hơi

CI : nhiệt độ không khí vào dàn ngưng

CO : nhiệt độ không khí ra dàn ngưng

EI : nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi

EO : nhiệt độ không khí ra dàn bay hơi

RI : độ ẩm không khí vào dàn bay hơi

RO : độ ẩm không khí ra dàn bay hơi

P: điện năng tiêu thụ

Po : áp suất bay hơi

Ƞ : hiệu suất

Ψ : hệ số kể đến tỏa nhiệt không đồng đều

β : hệ số làm cánh

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, môi chất lạnh có nhưng thay đổi rất đáng kể nhất là các môi chất sử dụng máy lạnh nén hơi Các nhà nghiên cứu đã và đang còn tiếp tục lao vào tìm kiếm các môi chất lạnh mới Trước đây các môi chất lạnh truyền thống đã sử dụng hàng thập kỷ qua thường là loại CFC và HCFC thì ngày nay đã có sự thay đổi Không những vậy chúng ta thận trọng với những môi chất mà những năm trước vẫn được xem là môi chất lạnh tương lai như HFC 134a chẳng hạn, bằng chứng là EU đã đề nghị loại trừ môi chất này vì chỉ số làm nóng địa cầu quá cao và bị nhiễm bẩn Ngay cả hỗn hợp không đồng sôi như R407C vốn được ưa chuộng trong thập niên qua cũng dần dần bị thay thế bằng R410A Phải chăng môi chất R410A có phải là môi chất tương lai chưa? Cuộc chạy đua tìm kiếm môi chất lạnh tự nhiên thân thiên môi trường, có năng suất lạnh và hiệu suất lạnh cao thay thế môi chất lạnh cũ vẫn còn đang tiếp diễn Với những tiến bộ khoa học ngày càng phát triển chắc chắn sẽ có nhiều bước đột phá mới

Để định hướng cho việc nghiên cứu phát triển yếu tố thời gian rất quan trọng, khi chưa tìm được phương án hợp lý có tính lâu dài thì vấn đề ưu tiên trước hết là môi chất lạnh ít gây ảnh hưởng môi trường

Mục đích luận văn này em nghiên cứu dùng môi chất lạnh R404A, R290, R600a thay thế cho R22 trong hệ thống lạnh thương nghiệp nhằm đánh giá năng suất lạnh, hiệu suất làm lạnh, phạm vi ứng dụng và tiềm năng thay thế

Do vấn đề bảo vệ môi trường và sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, kỹ thuật lạnh có những bước phát triển về công nghệ nhằm nâng cao năng suất lạnh, hiệu suất làm lạnh và ít ảnh hưởng đến môi trường

Những thay đổi nổi bật nhất việc dần dần loại trừ các môi chất lạnh cũ đang dùng

để thay bằng các môi chất lạnh mới thân thiện với môi trường Các môi chất lạnh này, ngoài yêu cầu ít ảnh hưởng đến môi trường, còn phải có các tính chất nhiệt động tốt để đáp ứng các yêu cầu sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng

Trong thời gian qua, đã có nhiều nghiên cứu khoa học công việc này Tuy nhiên, vẫn chưa đáp ứng được do các đòi hỏi khắt khe đã nêu ở trên, việc nghiên cứu tìm kiếm môi chất lạnh mới vẫn đang tiếp tục Những thập kỷ qua các môi chất lạnh làm việc trong các máy lạnh có máy nén hơi thường là loại CFC và HCFC, thì ngày nay cơ cấu của môi chất lạnh đã có sự chuyển đổi

Thay vào đó, bên cạnh các chất HCFC đã và đang bắt đầu đưa vào sử dụng các chất HFC và một số chất được hòa trộn từ các đơn chất khác Ngoài các môi chất lạnh có nguồn gốc từ sự tổng hợp hóa học, các nhà nghiên cứu và sản xuất ngày càng hướng sự chú ý của mình vào một số môi chất lạnh có nguồn gốc thiên nhiên

2 Môi chất lạnh và vấn đề suy giảm tầng ozone

Ta biết rằng khí quyển bao quanh trái đất là lớp không khí có bề dày khoảng 50

km, càng lên cao thì mật độ không khí càng giảm Có thể coi khí quyển bao quanh chúng

ta tạo thành từ hai tầng chính là tầng đối lưu (Troposphere) có độ cao từ 0 đến 10 km và tầng bình lưu (Straposphere) có độ cao từ 10 đến 50 km

Ngoài 78% khí quyển là nitơ, 21% là ôxy, còn có 1% là các khí khác như hơi nước, khí cácbônic, mêtan, các ôxyt nitơ, các khí trơ như argon, hêli, nêon,… và ôzôn Tuy chỉ chiếm khoảng 3 phần triệu nhưng sự có mặt của ôzôn trong khí quyển lại có vai trò đặc biệt quan trọng

Ôzôn là một dạng tồn tại của nguyên tố ôxy, phân tử gồm 3 nguyên tử ôxy, trong điều kiện bình thường ở dạng khí, màu tím nhạt và có mùi hơi hăng Ôzôn trong khí quyển phân bố không đều, phụ thuộc vào độ cao và vị trí địa lý Ôzôn được hình thành

do tác động của bức xạ mặt trời, đồng thời nó cũng mất đi do sự tác động của bức xạ mặt trời, vì vậy ôzôn trong khí quyển tồn tại ở trạng thái cân bằng động

Lượng ôzôn chủ yếu tập trung trong lớp khí quyển có độ cao từ 10 đến 50 km của tầng bình lưu, đặc biệt là ở độ cao 19 đến 23 km có đến 90% lượng ôzôn tập trung ở đây,

do vậy đó cũng chính là nơi sản sinh ra ôzôn trong khí quyển do phản ứng quang hóa của bức xạ mặt trời:

O2 → O + O

O2 + O → O3Ôzôn được hình thành quanh năm trong tầng bình lưu vùng xích đạo, do quá trình động học quy mô lớn của khí quyển về phía hai cực nên ôzôn được di chuyển về phía hai cực Ở vùng xích đạo, trong tầng bình lưu mật độ ôzôn lớn nhất ở độ cao khoảng 18 km,

ở hai cực mật độ ôzôn lớn nhất ở lớp khí quyển có độ cao từ 8 đến 10 km

Ôzôn ở tầng bình lưu có vai trò hết sức quan trọng đối với sự sống trên trái đất

Nó hấp thụ hầu hết các tia bức xạ sóng ngắn, sóng dài và đặc biệt là sóng trung là sóng rất nguy hiểm tới sự sống trên trái đất Đó là lá chắn bảo vệ sự sống trên trái đất và được gọi là tầng ôzôn

Đặc điểm cơ bản của ozone là tính kém bền vững Do đó, trong một điều kiện thích hợp nào đó, ozone lại có thể bị phân hủy bởi một số chất khí có chứa chlorine, hydrogen

và nitrogen đang tồn tại tự nhiên trong bầu khí quyển Quá trình hình thành và phân hủy ozone luôn luôn diễn ra, từ năm này qua năm khác Tuy nhiên, trong điều kiện cân bằng

sinh thái, luôn luôn tồn tại trong bầu khí quyển một lượng ozone nào đó, lượng ozone này

có tác động rất tích cực trong việc loại bớt những tia bức xạ độc hại, làm cho những tia bức xạ mặt trời đi đến bề mặt quả đất trở nên có ích hơn cho sự phát triển của các sinh vật nói chung và con người nói riêng

Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng clo phản ứng rất nhanh với ôzôn để tạo thành clorine ôxit (ClO), sau đó ClO lại phân ly thành Cl nguyên tử và ôxy, Cl lại tiếp tục phản ứng với ôzôn,…Quá trình lặp lại nhiều lần như vậy như một chuỗi phản ứng, mỗi nguyên tử Cl có thể phá hủy hàng nghìn phân tử ôzôn Lượng ôzôn bị phá hủy nhiều tới mức đã xuất hiện lỗ thủng ở tầng ôzôn, các tia cực tím khi đó có cơ hội đi tới bề mặt trái đất và gây các tác dụng xấu Ta thấy rằng dưới tác dụng của tia cực tím ôzôn bị phân tích thành O2 + O và Clo tách ra từ HCFC 22 lại tác dụng với ôxy nguyên tử và làm suy giảm tầng ôzôn

Hình 1.1 Lỗ thủng tầng ozone ở Nam Cực vào tháng 9 năm 2000

Như vậy các môi chất lạnh càng có nhiều nguyên tử Clo thì sức phá hủy ôzôn của

nó càng mạnh, trong số các môi chất có chứa Clo là CFC và HCFC thì rõ ràng các CFC

có số nguyên tử Clo cao hơn

Để tránh giá mức độ hủy hoại tầng ozone của các chất này người ta đặt ra chỉ số ODP (Ozone Depletion Potential)

Hình 1.2 Chỉ số ODP của 1 số môi chất lạnh

3 Hiệu ứng nhà kính và hiện tƣợng gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển

Các chất khí nhiều nguyên tử có đặc tính quang học giống như của kính trong suốt, nghĩa là nó cho các tia bức xạ sóng ngắn từ mặt trời (có nhiệt độ cao) đi qua để tới trái đất nhưng các tia bức xạ sóng dài phát đi từ bề mặt trái đất (nhiệt độ thấp hơn) lại bị phản

xạ trở lại Kết quả là trái đất cứ nhận bức xạ mặt trời mà không phát trở lại vào vũ trụ nên nhiệt độ trái đất cứ ngày càng tăng lên, giống như hiện tượng “bẫy nhiệt” hay hiệu ứng

“nhà kính” của bộ thu năng lượng mặt trời, vì thế các khí này còn có tên gọi là khí nhà kính Các môi chất lạnh khi được phát thải vào khí quyển sẽ cùng với các khí CO2, H2O

và các khí khác do quá trình cháy nhiên liệu hóa thạch,…tạo thành các khí nhà kính, là nguyên nhân làm cho trái đất nóng lên Các môi chất lạnh đều là các khí đa phân tử hay hỗn hợp các chất lưu, do đó dù ít hay nhiều, môi chất lạnh nào cũng gây nên hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính đã tồn tại từ rất lâu và là hiệu ứng có tác động tích cực Ở điều kiện cân bằng sinh thái, chính nhờ hiệu ứng nhà kính mà nhiệt độ trung bình trên trái đất

được duy trì vào khoảng 15 độ C Đây chính là mức nhiệt độ thích hợp cho sự tồn tại và

phát triển của các sinh vật nói chung

Chính sự xuất hiện ngày càng nhiều hơn của CO2 và các loại khí lạ khác đã làm cho

sự cân bằng tự nhiên bị phá vỡ Bầu khí quyển của quả đất có xu hướng càng ngày càng gia tăng khả năng cản trở và hấp thụ các tia bức xạ nhiệt xuất phát từ bề mặt quả đất Chính vì vậy, nhiệt độ của bầu khí quyển ngày càng gia tăng Sự gia tăng nhiệt độ này nhất định sẽ kéo theo những biến đổi của khí hậu và gây ra những thiên tai không lường trước được

Để đánh giá mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính của mỗi chất khí, người ta đặt ra chỉ

số GWP (Global Warming Potential)

Hình 1.3 Chỉ số GWP của 1 số môi chất lạnh

4 Các thỏa thuận quốc tế

Trước nguy cơ tia cực tím xâm hại sự sống trên hành tinh do sự suy giảm của tầng ôzôn, tháng 3 năm 1985, 42 quốc gia tham dự hội nghị quốc tế tại Viên đã ký kết Công ước Viên gồm 21 điều thúc đẩy các quốc gia thực hiện các cam kết bảo vệ sức khỏe của

con người và môi trường khỏi những tác động tiêu cực do tầng ôzôn bị suy giảm và kêu gọi hợp tác trong nghiên cứu và trao đổi thông tin trong lĩnh vực bảo vệ tầng ôzôn Tiếp

đó, tháng 9 năm 1987 Nghị định thư của Công ước Viên được thông qua tại Montreal (Canada) nhằm xác định các biện pháp cần thiết để các quốc gia tham gia hạn chế và kiểm soát việc sản xuất và tiêu thụ CFC và có hiệu lực từ ngày 1-1-1989

Do tốc độ suy giảm thực sự của tầng ozone diễn ra nhanh hơn dự kiến Vào tháng 9/1990, các nước tham gia nghị định như Montréal lại gặp nhau tại London để bàn bạc việc sửa đổi và bổ sung nghị định thư Montréal

Sau đó vào tháng 12/1992, lần sửa đổi và bổ sung thứ hai đã được tiến hành tại Copenhagen Tháng 12/1995, trên cơ sở các báo cáo của các nhóm làm việc ở Nairobi (5/1995) và ở Geneva (8 và 9/1995), các bên có liên quan đã nhóm họp tại Vienna để sửa đổi và bổ sung lần thứ ba cho nghị định Montréal

Về vấn đề gia tăng hiệu ứng nhà kính trên phạm vi toàn trái đất, một trong những cuộc họp quan trọng có liên quan đến vấn đề này đã được tổ chức tại Berlin từ 28/3 đến 7/4/1995

Từ 1996 cho đến nay, đã có thêm nhiều cuộc họp với các quy mô khác nhau nhằm thúc đẩy các hoạt động này

Ý thức được sự cần thiết phải loại trừ dần các chất ODS, Việt Nam đã chính thức tham gia công ước Vienna và nghị định Montréal vào năm 1994 Việt Nam cũng có một

số trạm quan trắc như ở Hà Nội, Sa Pa và Tp Hồ Chí Minh

Hình 1.4 Thời gian tồn tại trong khí quyển của 1 số môi chất lạnh

Thời gian tác động của các chất HCFC chỉ khoảng từ 2 năm đến 22 năm Do thời gian tác động ngắn, hầu hết các chất HCFC đều bị phân hủy trước khi đến được vùng bình lưu của bầu khí quyển Vì thế mức độ phá hủy tầng ozone của cá chất HCFC thấp hơn rất nhiều so với các chất CFC

Khi xem xét khả năng làm gia tăng hiệu ứng nhà kính, cũng dễ dàng nhận ra rằng các chất HCFC góp phần không nhiều vào việc làm gia tăng nhiệt độ của quả đất như các chất CFC Chính do những đặc điểm này, việc kiểm soát các chất HCFC không chặt chẽ

và khẩn trương như các chất CFC

Trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí, chất HCFC được dùng nhiều nhất là HCFC-22 Như đã biết, chất này được coi là môi chất lạnh giữ vai trò quá độ Trong một

số trường hợp, để thay thế cho các chất bị cấm có khi người ta vẫn phải dùng HCFC-22 Tuy nhiên, cũng cần phải nghĩ đến việc thay thế HCFC-22 trong các hệ thống đang vận hành vì đây cũng là đối tượng phải kiểm soát và nằm trong kế hoạch loại trừ

Hình 1.5 Lộ trình loại trừ các môi chất lạnh HCFC theo nghị định thư Montreal

1.5.3 Tác nhân lạnh loại HFC

Các chất này chỉ chứa các nguyên tử hydrogen, flurine và carbon Do không chứa chlorine nên chỉ số ODP của các chất HFC bằng không, có nghĩa là các chất này không tham gia vào việc phá hủy tầng ozone

Những năm gần đây các chất HFC sẽ được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí thay thế cho các môi chất lạnh bị cấm sử dụng Hiện nay, một trong số những chất HFC đang được sử dụng phổ biến là HFC-134a

Tuy nhiên, các chất HFC chỉ số hiệu ứng nhà kính còn cao, cho nên một số nhà nghiên cứu đưa vào môi chất lạnh loại thiên nhiên thay cho các chất HFC

1.5.4 Tác nhân lạnh loại hòa trộn

Các nhà nghiên cứu đã và đang tiến hành việc hòa trộn một số đơn chất theo một tỷ

lệ thích hợp nào đó để tạo thành những chất mới

Về các thành phần được dùng để hoà trộn, nói chung người ta có thể dùng các chất CFC, HCFC, HFC hoặc một số chất khí có nguồn gốc thiên nhiên khác

Đương nhiên, do các chất CFC là đối tượng kiểm soát và loại trừ, các chất hòa trộn

có CFC cũng bị loại trừ

Chất hòa trộn ra làm hai loại: loại có chứa chlorine và không có chứa chlorine Thông thường, chất hòa trộn có chứa chlorine được cấu tạo từ một số thành phần

mà trong đó thành phần chủ chốt là HCFC-22

Do có chứa chlorine cho nên các chất hòa trộn này vẫn có một mức độ phá hủy nào

đó đối với tầng ozone

Với những chất hòa trộn không chứa chlorine, các thành phần được dùng để hòa trộn thường là các chất HFC

Do không chứa chlorine nên chỉ số ODP của các chất này luôn luôn bằng không Bên cạnh những chất HFC, các chất hòa trộn không chứa chlorine được xem là những tác nhân lạnh của tương lai

Các môi chất hòa trộn các đơn chất cần chú ý đến tính chất đồng sôi hay không đồng sôi

Những chất đồng sôi là những chất mà khi ở cùng áp suất thì có nhiệt độ sôi khá giống nhau (độ chênh lệnh nhiệt độ không quá 10 độ C) Những chất không đồng sôi là những chất mà khi ở cùng áp suất thì nhiệt đội sôi chênh lệch hơn 10 độ C (thông thường

là chênh lệch nhiều hơn 15 độ C)

Trong khi đó, đối với các chất không đồng sôi, quá trình ngưng tụ và bay hơi luôn

luôn kèm theo hiện tượng trượt nhiệt độ (Temperature Glide)

1.5.5 Môi chất lạnh loại thiên nhiên

Các môi chất lạnh được sử dụng lâu dài (môi chất lạnh cho tương lai): Gồm các môi chất lạnh có ODP = 0 và trị số GWP nhỏ như các môi chất lạnh tự nhiên: H2O

(R718), không khí (R729), CO2 (R744); NH3 (R717); một số HC (dùng cho các máy nhỏ) như propan (R290), butan (R600), izobutan (R600a), hỗn hợp R600a với R290 Trong số các tác nhân lạnh đã nêu ở trên, một số tác nhân lạnh đã được biết đến và

đã được sử dụng Tuy nhiên do trước đây người ta chưa phát hiện hết các ảnh hưởng xấu đối với môi trường của các chất CFC và HCFC, cho nên việc sử dụng các chất này vẫn còn bị hạn chế

Hiện nay, song song với các tác nhân lạnh do tổng hợp hóa học, các nhà nghiên cứu càng ngày càng chú ý nhiều hơn đến các tác nhân lạnh loại thiên nhiên là không tham gia vào việc phá hủy tầng ozone và không gây ảnh hưởng đáng kể đến việc làm gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển

6 Đặc điểm, tính chất một số môi chất lạnh tiêu biểu

a R22 (HCFC 22)

Là môi chất lạnh truyền thống được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh nhiều thập kỷ trước là môi chất lạnh tiêu biểu thuộc nhóm HCFC, có ODP và GWP nhỏ nên được coi là môi chất lạnh quá độ Ở áp suất khí quyển sôi ở nhiệt độ -40,8 oC Hiện R22 không được sử dụng cho hệ thống lạnh mới nhưng được sử dụng thay thế cho các hệ thống R12 và R502

R22 là môi chất lạnh an toàn không cháy, không nổ ổn định về nhiệt động và hóa học phù hợp hầu hết các kim loại đen, kim loại màu R22 hòa tan trong dầu khoáng (MO), có thể chấp nhận được khi sử dụng dầu khoáng tổng hợp POE

C Tuy nhiên nó có thể được sử dụng trong điều hòa không khí

R404A không cháy nhưng hơi độc hại R404 a bền vững hóa học và không ăn mòn vật liệu chế tạo máy Thích hợp sử dụng với các dầu khoáng PO, POE

Cũng như các hỗn hợp không đồng sôi khác R404a không có khái niệm nạp bổ sung Vì khi rò rỉ chất dễ bay hơi mất nhiều hơn nên thành phần hỗn hợp dễ bị thay đổi Khi đó cần phải nạp mới toàn bộ và phải nạp ở trạng thái lỏng

c R290 (Propane)

Là môi chất lạnh thiên nhiên có chỉ số ODP = 0 , GWP = 20 thuộc nhóm A3 dễ bắt lửa gây cháy nổ, ở áp suất khí quyển sôi ở nhiệt độ -42,1 oC Các nghiên cứu cho thấy năng suất lạnh và mức áp suất không sai biệt nhiều so với R22 R290 không có yêu cầu đặc biệt nào với kim loại dùng trong hệ thống, rất thích hợp dầu khoáng MO, dầu tổng

hợp POE Chính vì vậy R290 là một trong các chất được đề nghị thay thế cho R22

Để tránh rò rỉ nên sử dụng máy nén kín hoặc nửa kín Các nghiên cứu propane rất thích hợp chu trình hồi nhiệt

Thể tích riêng của R290 lớn hơn so với môi chất R22 vấn đề này cho thấy khối lượng môi chất nạp vào hệ thống sẽ ít đi nhiều so với R22

Nhìn nhận về độ an toàn thì R290 thích hợp với hệ thống vừa và nhỏ

d R600A (Iso-Butane)

Là môi chất lạnh thiên nhiên có chỉ số ODP = 0, GWP = 20 thuộc nhóm A3 dễ bắt lửa gây cháy nổ, ở áp suất khí quyển sôi ở nhiệt độ -11,6 o

C Điều này cho thấy khi nhiệt

độ sôi dưới -11,6 oC áp suất phía thấp áp bị chân không rất nguy hiểm nên hệ thống R600A cần nghiêm ngặt về độ bền R600A không có yêu cầu đặc biệt nào với kim loại dùng trong hệ thống, rất thích hợp dầu khoáng MO, dầu tổng hợp POE Ở một số nước châu Âu như Đức R600A đã được sử dụng trong các tủ lạnh gia đình

Để tránh rò rỉ nên sử dụng máy nén kín hoặc nửa kín Iso-Butane cũng rất thích hợp chu trình hồi nhiệt

Thể tích riêng của R600a lớn gần bằng môi chất R290 R600A cũng chỉ thích hợp với hệ thống nhỏ

Với những vấn để nêu ở mục trên, ngày nay thế giới đang kêu gọi các quốc gia hãy chung tay góp sức vào việc bảo vệ môi trường Các nhà khoa học đã cảnh báo Việt Nam

sẽ là 1 trong 5 nước đầu tiên phải chịu hậu quả về biến đổi khí hậu Do đó, em sẽ nghiên cứu việc thay thế môi chất lạnh R22 bằng sử dụng R404A, R290 (protane) và R600A (iso butane) làm môi chất lạnh loại tự nhiên mà thế giới đang khuyến khích sử dụng cho hệ thống lạnh Kết quả đạt được là mô hình hệ thống lạnh thương nghệp sữ dụng môi chất lạnh thân thiện môi trường

CHƯƠNG 2:

LƯỢC KHẢO VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU MÔI CHẤT LẠNH HỖN HỢP HYDROCACBON

1 Tình hình nghiên cứu

[1]The application of propane/butane mixture for domestic refrigerators, M.A.Alsaad*, M.A.Hammad, Mechanical Engineering Department, University of Jordan, Amman, Jordan, Received 27 November 1997

Bài báo nghiên cứu thay thế R12 bằng hỗn hợp gas LPG gồm thành phần 24,4% propane, 56,4% butane, 17,2% isobutene cho tủ lạnh gia đình Thực nghiệm cho thấy COP R12 vẫn lớn hơn hỗn hợp trên Tuy nhiên tủ lạnh làm việc khi thay R12 bằng LPG làm việc trong nhiều năm mà không cần phải sửa đổi gì trong hệ thống lạnh, giá trị COP tương đối cao, không gặp vấn đề gì trong máy nén tủ lạnh và cũng không giảm sút sự bôi trơn của dầu Sử dụng LPG thay thế môi chất lạnh là giải pháp cho bảo vệ tầng ozone và hiệu ứng nhà kính

[2] Performance Investigation of Domestic Refrigerator Using Pure Hydrocarbons and Blends of Hydrocarbons as Refrigerants, M A Sattar, R Saidur, and H H Masjuki, Would Academy of Science, Engineering and Technology, Received 25 June 2007

Bài báo nghiên cứu 1 tủ lạnh sử dụng môi chất R134a được thay thế bằng các môi chất Butane, Isobutane tinh khiết và hỗn hợp propane và butane Đánh giá điện năng tiêu thụ, COP…Kết luận năng lượng thụ HCs và hỗn hợp HCs tương tự R134a Các HCs và hỗn hợp HCs có nhiệt độ sôi sâu hơn R134a và cũng không phải thay đổi, hiệu chỉnh hệ thống

[3] A performance comparison of vapour-compression refrigeration system using Various alternative refrigerants, A.S.Dalkilica, S.Wongwisesb,

a.Heat and Thermodynamics Division, Department of Mechanical Engineering, Yildiz Technical University, Yildiz, Besiktas, Istanbul, 34349, Turkey

b.Fluid Mechanics, Thermal Engineeringand Multiphase Flow Research Lab

.(FUTURE), Department of Mechanical Engineering, King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT), Bangmod, Bangkok, 10140, Thailand Received 3.August 2010

Bài báo nghiên cứu hệ thống lạnh với các môi chất R134a, R152a, R32 và các hỗn hợp HC290, HC600, HC600a nhiều tỉ lệ khác nhau so sánh với các môi chất R22, R12, R134a Mặc dù các HCs dễ cháy và có COP thấp hơn Kết luận HC 290/600a tỷ lệ (40/60) phù hợp thay thế R12, HC290/1270 (20/80) phù hợp thay thế R22

[4] Experimental study of hydrocarbon mixtures to replace HFC-134a in a domestic refrigerator, Somchai Wongwises *, Nares Chimres, Fluid Mechanics, Thermal Engineering and Multiphase Flow Research Laboratory (FUTURE), Department of Mechanical Engineering, KingMongkut’s University of Technology Thonburi, 91, Prachauti Road, Bangmod, Bangkok 10140, Thailand, Received 12 September 2003 Bài báo nghiên cứu 1 tủ lạnh làm việc với môi chất R 134a dung tích 239 l được thay thế các hỗn hợp HCs R290, R600, R600a thành phần khác nhau Đo đạc năng lượng tiêu thụ, công nén, áp suất Việc thí nghiệm không phụ tải lạnh ở nhiệt độ môi trường 27

oC thành phần 60% propane 40% butane thích hợp thay thế R134a

[5] Experimental Investigation on the Performance of Domestic Refrigerator Using Isobutane and Mixture of Propane, Butane and Isobutene, Sattar MA, Saidur R, and Masjuki H.H, University of Malaya, Malaysia, Received 27 May 2008

Bài báo thí nghiệm 3 loại môi chất Isobutane và hỗn hợp propane, butane, isobutane với tủ lạnh sử dụng R134a Ở điều kiện không tải và nhiệt độ môi trường 25oC và 28oC

Đo đạc các thông số năng suất lạnh, công suất máy nén, COP Kết quả cho thấy khi sử dụng R134a công suất tiêu thụ 2,08 kwh/ ngày khi nhiệt độ môi trường 25oC và 2,25 kwh/ ngày khi nhiệt độ môi trường 28oC nhưng khi dùng isobutane thì tiêu thụ 2,131 kwh/ ngày và 2, 183 kwh/ ngày ở điều kiện tương ướng

2 Yêu cầu thực tiễn của đề tài

Nhưng nghiên cứu và ứng dụng trên ta thấy các bài báo quan tâm đến các tác nhân lạnh tự nhiên loại Hydrocacbon và ứng dụng chủ yếu cho tủ lạnh gia đình Đặc tính của tác nhân lạnh này có năng suất lạnh khá lớn chỉ số ODP (Ozone Depletion Potential) bằng 0 và chỉ số GWP (Global Warming Potential) rất thấp nó đang được xem là tác nhân

lạnh của tương lai, về nhược điểm lớn nhất gặp phải là tác nhân lạnh Hydrocacbon dễ

cháy nổ Qua đề tài này em thực hiện nghiên cứu môi chất lạnh R404A, R290 (Propane)

và R600A (Iso-Butane) cho hệ thống lạnh thương nghiệp trong điều kiện khí hậu nóng

ẩm ở Việt Nam

3 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu tổng quan về môi chất lạnh và các ảnh hưởng của môi chất lạnh đến môi trường

Tính toán thiết kế, chế tạo mô hình hê thống lạnh thương nghiệp sử dụng môi chất lạnh R22

Vận hành thí nghiệm hệ thống trên với các môi chất lạnh R22, R404a ,R290 (Propane) và R600A (Iso-Butane) Từ đó so sánh COP, nhiệt độ, áp suất, thời gian, năng suất lạnh, công tiêu thụ……

Xử lý phân tích các kết quả thí nghiệm để đánh giá

4 Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp thiết kế, chế tạo mô hình

1 Tính toán lý thuyết mô hình hệ thống lạnh thương nghiệp

2 Tính toán thiết kế lựa chọn các thiết bị cho mô hình hệ thống lạnh thương nghiệp

3 Gia công chế tạo mô hình

4 Phương pháp thí nghiệm

1 Tiến hành vận hành hệ thống với 3 loại tác nhân lạnh (R22, R404a,R290

(Propane) và R600A (Iso-Butane) Theo dõi, đo đạc các số liệu theo thời gian:

+ Nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh + Áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ của môi chất lạnh + Cường độ dòng điện

+ Công tiêu thụ

+ Năng suất lạnh

2 Phương pháp xử lý số liệu:

1 Sử dụng phần mềm Excel để xử lý các số liệu kết quả từ đây đưa ra nhận xét đánh

giá về hiệu quả của hệ thống và năng lượng

1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2 Nhận xét và đánh giá tính khả thi đối với môi chất lạnh R290 (Propane), R600A

(Iso-Butane)

3 Lập mô hình còn phục vụ cho nghiên cứu khoa học và giảng dạy cho sinh viên

ngành Nhiệt – Lạnh

4 Mô hình hệ thống lạnh thương nghiệp vận hành sử dụng môi chất lạnh R290

(Propane), R600A (Iso-Butane) là tiền đề quan trọng cho việc nghiên cứu tìm kiếm môi chất lạnh tự nhiên thân thiện với môi trường và có hiệu quả về năng lượng

CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẠNH THƯƠNG NGHIỆP CỠ NHỎ SỬ DỤNG MCL R22

3.1 Tính toán nhiệt HTL thương nghiệp

Để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt Nhiệt tải Q của buồng lạnh sẽ

được tính theo công thức sau:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W

Trong đó:

1 Q1 – dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh

2 Q2 – dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh

3 Q3 – dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh, ở đây

Q3 = 0 do kho bảo quản sản phẩm thủy sản không thông gió buồng lạnh

4 Q4 – dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành buồng lạnh

5 Q5 – dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, nó chỉ có ở kho lạnh bảo quản rau quả, Q5 = 0

a Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q 1

Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong buồng lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần

Dòng nhiệt Q1 được xác định theo công thức:

Q1 = Q11 + Q12, W

1 Trong đó: Q11 : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ

Q 11= k.F.(t1-t2) , [W] [2,66]

2 Q12: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do bức xạ mặt trời Vì buồng lạnh có thiết

kế thêm 1 mái che nắng mưa ở phía trên trần buồng lạnh, do đó bức xạ từ mặt trời vào buồng lạnh là không có =>Q12= 0

Vậy: Q1 = Q11 = k.F.(t1-t2) , [W]

Với: - k: hệ số truyền nhiệt của vách

Đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng 3.1 trang 46

tài liệu [3] Đối với tường ngăn giữa buồng cấp đông và trữ đông có : k = 0,47 W/m2K

3 F: Diện tích bề mặt kết cấu bao che, [m2]

4 t1 nhiệt độ môi trường ngoài oC

5 t2 nhiệt độ trong buồng lạnh oC

Buồng lạnh có kích thước: L=1,7m; W=0.6m; H=0.8m

Tổng diện tích bề mặt F = [ (1,7x0.6)+(1,7x0.8)+(0,6x0,8)]x2= 5,72 m2

Q1 = Q11 = k.F.(t1-t2) = 0,47x5,72x(37+18)= 148w

b Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra Q 2

Dòng nhiệt do bao bì và sản phẩm tạo ra xác định theo công thức:

Q2 = Q21 + Q22 W

Trong đó:

1 Q21 – dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra,W

2 Q22 – dòng nhiệt do bao bì tỏa ra,W

1 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q 21

Được xác định theo công thức:

3600 24

1000 )

Trong đó:

1 M –khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm, tấn/ngày

đêm.Chọn M = 0,1 tấn/ngày đêm

2 i1: Entanpi của thịt lợn khi đưa vào Ở nhiệt độ 100C, tra bảng 4.1 trang 55 tài liệu [3]

ta có : i1 = 241,7 kJ/kg

3 i2: Entanpi của thịt lợn khi đưa ra Ở nhiệt độ -180C, tra bảng 4.1 trang 55 tài liệu [3] ta

c Dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành Q 4

Các dòng nhiệt do vận hành bao gồm các dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41, do người làm việc trong buồng Q42, do các động cơ điện Q43, do mở cửa kho lạnh Q44 và dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45

1 Dòng nhiệt do động cơ điện tỏa ra Q 43

Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức:

Q43= 1000.N ƞ , [kW] [3,57]

Với: - i :Hiệu suất của động cơ

+ i= 1: Nếu động cơ đặt trong phòng

+ i= dc : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh

Tổn thất lạnh do động cơ điện

Q43 = 1x40 = 40W

( η = 1 chọn đông cơ đặt trong phòng )

2 Dòng nhiệt do mở cửa kho lạnh Q 44

Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [3]

Đối với các kho lạnh nhỏ thương nghiệp và đời sống, tải nhiệt thành phần của máy nén lấy bằng 100% tổng các dòng nhiệt thành phần tính toán được

Vậy công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là:

3.3 Các thông số của môi chất :

1 Năng suất lạnh yêu cầu Q0

2 Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tb= - 180C

3 Môi trường giải nhiệt Tp.HCM có nhiệt độ trung bình tháng nóng

nhất ttb = 37 oC

a Nhiệt độ sôi của môi chất t 0

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau:

t0 = tb - ∆t0 = -18 – 10 = -28oC

Trong đó

1 tb – nhiệt độ kho bảo quản,0C

2 ∆t0 – hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh và nhiệt độ không khí trong

kho Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp ∆t0 = 8 ÷ 13oC Chọn ∆t0 = 10oC

b Nhiệt độ ngưng tụ t k

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng

tụ Do chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khínên:

Nhiệt độ dàn ngưng giải nhiệt gió: tk = ttb + ∆tk = 37 + 11 = 48oC

Trong đó:

1 ttb – là nhiệt độ trung bình,0C

2 ∆tk – là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, thường lấy từ 8 ÷ 17K

Chọn ∆tk = 11K

c Nhiệt độ hơi hút

Sử dụng môi chất R22 nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 ÷ 100C

Chọn ∆th = 10 0C để đảm bảo an toàn cho máy làm việc

548,18

Hình 3.1 Biểu diễn chu trình trên Đồ thị lgP-h môi chất lạnh R22

Hình 3.2 Giá trị tính toán chu trình môi chất lạnh R22

Hình 3.3 Biểu diễn chu trình trên Đồ thị lgP-h môi chất lạnh R404A

Hình 3.4 Giá trị tính toán chu trình môi chất lạnh R404A