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

MỤC LỤC Chương 1 Giới thiệu công nghệ làm lạnh bay hơi kết hợp với sử dụng chất hút ẩm 1 1.3 Phân tích lựa chọn mô hình hệ thống điều hoà không khí sử dụng công nghệ làm lạnh bay hơi và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

Nguyễn Công Hoan

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH BAY HƠI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TẠI CÁC TỈNH PHÍA NAM

CHUYÊN NGÀNH : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

MÃ SỐ : 60.52.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Nguyễn Thế Bảo

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Bùi Ngọc Hùng

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

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Nguyễn Công Hoan Phái : Nam

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH BAY HƠI TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TẠI CÁC TỈNH PHÍA NAM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tổng quan về tình hình sử dụng làm lạnh bay hơi có kết hợp với sử dụng chất hút ẩm

2 Cơ sở lý thuyết của làm lạnh bay hơi trực tiếp

3 Mô hình toán và phương pháp giải, xây dựng phần mềm tính toán

4 Thí nghiệm làm lạnh bay hơi kết hợp chất hút ẩm CaCl2

5 Sơ đồ đề nghị và ứng dụng cho hệ thống điều hoà không khí cho các tỉnh phía Nam

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU Ï: 09-07-2004

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

VI HỌ VÀ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :

VII HỌ VÀ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

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

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ làm lạnh bay hơi trong các hệ thống điều hoà không khí tại các tỉnh phía Nam Việt Nam” là một luận văn được thực hiện dưới dạng một bài nghiên cứu với ba phần nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kiểm chứng và các đề xuất ứng dụng

Luận văn được hoàn thành là nhờ sự giúp đỡ to lớn của thầy hướng dẫn PGS

TS Lê Chí Hiệp, và sự hỗ trợ toàn bộ kinh phí thực nghiệm đề tài của công ty Bách Khoa

Tôi xin gửi lời biết ơn đến PGS TS Lê Chí Hiệp đã trực tiếp hướng dẫn đề tài này

Tôi xin gửi lời biết ơn đến các thầy và cô của khoa Cơ khí và bộ môn Công Nghệ Nhiệt và TS Bùi Ngọc Hùng, KS Vũ Đình Huy cùng nhóm Nghiên cứu và Phát triển của công ty Bách Khoa

Tôi xin gửi lời biết ơn đến gia đình, đến anh Trần Đình Giai và phòng Nghiệp vụ 1 - Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3, đến những người thân và bạn bè đã hết lòng tạo điều kiện cho việc học tập và nghiên cứu của tôi trong những năm qua

TP HCM tháng 07 năm 2004

Người thực hiện: Nguyễn Công Hoan

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Kỹ thuật làm lạnh bay hơi và tách hơi ẩm trong không khí bằng phương pháp sử dụng chất hút ẩm dạng lỏng đã được nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm nhằm mục đích ứng dụng trong thông gió công nghiệp cũng như điều hòa không khí

Một chương trình máy tính mô phỏng quá trình truyền nhiệt và khối lượng giữa không khí và chất hút ẩm đã được xây dựng

Những nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành với H2O và dung dịch chất hút ẩm H2O/CaCl2 để xác định những điều kiện hoạt động của hệ thống

Những số liệu thực nghiệm đã được ghi nhận và so sánh với các kết qủa của chương trình mô phỏng

Kết quả nhận được chứng tỏ rằng chương trình mô phỏng có thể được sử dụng cho việc sơ bộ đánh giá cơ chế hoạt động của hệ thống hút ẩm sử dụng chất hút ẩm dạng lỏng

Sơ đồ đề nghị trong việc ứng dụng trong hệ thống điều hoà không khí tại các tỉnh phía Nam

ABSTRACT

Air dehumidification based on the use of liquid desiccant has been investigated both theoretically and experimentally for industrial ventilation and air conditioning applications

A computer programme simulating the process of heat and mass transfer between air and liquid desiccant has been developed and experimental studies on H2O and desiccant H2O/CaCl2 were carried out

Experimental data have been reported and compared to the results of the computer simulations

The results showed that the proposed model could be used for estimating the operating mechanism in the dehumidification system using liquid desiccant

Based on the done studies, several diagrams have been proposed to design the air conditioning systems in climate condition of South Viet Nam

MỤC LỤC

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

chất hút ẩm

1

1.3 Phân tích lựa chọn mô hình hệ thống điều hoà không

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

16

Chương 2 Cơ sở lý thuyết của làm lạnh bay hơi trực tiếp và chất hút ẩm 18

2.2 Nhiệt ẩn và nhiệt hiện của không khí 19

2.4 Các giới hạn của làm lạnh bay hơi trực tiếp 22

2.9 Lý thuyết về tách ẩm bằng chất hút ẩm 38

3.1.1 Mô tả toán học phương pháp làm lạnh trực tiếp

3.1.2 Phương pháp giải 563.1.3 Mô tả toán học cho phương pháp hút ẩm 62

3.2.1 Phân tích và lựa chọn sơ đồ thí nghiệm 66

5.2.1 Sơ đồ đề nghị cho trang trại chăn nuôi 89

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

colector, các hình ảnh mô tả thí nghiệm

118

Phụ lục 3 Các dạng bề mặt được sử dụng trong làm lạnh bay hơi 123Phụ lục 4 Mô tả một kết quả đo đạc điển hình từ Data Logger 125

Phụ lục 6 Các hình ảnh về ứng dụng của làm lạnh bay hơi 127Phụ lục 7 Bảng dự toán chi tiết hạng mục điều hoà không khí truyền

thống

128

Phụ lục 8 Một số đặc tính của CaCl2 đã được thí nghiệm trên thế giới 134

Trang: 1

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ LÀM LẠNH BAY HƠI CÓ

KẾT HỢP VỚI SỬ DỤNG CHẤT HÚT ẨM

Trong tự nhiên, sự làm lạnh không khí bằng quá trình bay hơi diễn ra ở gần các thác nước hay dòng suối, trên mặt hồ hay mặt đại dương, dưới tán lá rậm và trên các bề mặt ẩm ướt, và đặc biệt là trên da người

Loài người nguyên thủy hẳn đã quan sát hiện tượng này, việc ứng dụng hiện tượng này xuất hiện ở nhiều vùng và qua nhiều thời đại

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

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

Một bức tranh vẽ trên tường ở Herculaneum vào khoảng năm 70 sau công nguyên có vẽ một bình chứa nước bằng da được dùng để làm lạnh nước uống

Ở Ấn Độ, hiện tượng này thậm chí còn được khai thác để làm nước đá Những ngôi nhà ở và công trình xây dựng ở Iran cũng thường được làm lạnh bằng hiện tượng bay hơi; các phòng có một phần nằm dưới mặt đất để tránh sức nóng mặt trời và có các bể chứa nước chảy ngang qua với các tháp thông gió phía trên để hứng gió và hướng nó đi qua bề mặt của dòng nước ở phía dưới Các bể chứa nước uống cũng

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

Hình 1-1: Thiết bị làm lạnh bay hơi cổ điển bằng gỗ

Vào khoảng năm 1930, các thiết bị làm lạnh bay hơi kiểu cơ khí đầu tiên đã được sản xuất tại Mỹ và nhanh chóng được sản xuất hàng loạt

Ngày nay, hệ thống lạnh đã được phát triển tương đối hoàn chỉnh với máy lạnh nén hơi có dải công suất rất rộng từ nhỏ, vừa cho đến công suất lớn và rất lớn, sử dụng máy nén một cấp hay nhiều cấp và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ thống này là mức tiêu thụ năng lượng rất lớn và các tác nhân lạnh sử dụng trong hệ thống ít nhiều đều có gây tác hại đến môi trường Chính vì vậy, hệ thống làm lạnh bay hơi vẫn còn được sử dụng

ở những nơi cần điều hoà không khí nhưng lại yêu cầu độ ẩm cao như các nhà máy dệt, các nhà kính,v.v… Ngoài ra hiện nay trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu

Trang: 3

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

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

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI

1.2.1 Bộ làm lạnh bay hơi được sử dụng như một thiết bị làm lạnh phụ

Trong hệ thống này, chúng ta có ba vòng tuần hoàn của chất lỏng:

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

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

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

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

a không khí luân chuyển đưa vào không gian điều hòa,

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

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

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

Trang: 5

Dung dịch tách ẩm đặc được phun lên cụm tổ ong bằng vòi phun, hình thành nên một màng dung dịch mỏng dọc theo vách tổ ong Hơi ẩm của không khí luân chuyển được hấp thu khi không khí được đưa vào tiếp xúc với màng dung dịch Trong hình 1-3, một bộ làm lạnh bay hơi được đặt trước bộ trao đổi nhiệt Nó đóng vai trò ngăn những giọt dung dịch tách ẩm theo dòng không khí ra khỏi bộ tách ẩm hay đôi khi hoạt động như một bộ làm lạnh bay hơi trực tiếp nếu độ ẩm của không khí quá thấp Không khí sau khi tách ẩm được thổi qua bộ trao đổi nhiệt và được làm lạnh bởi phần không khí khác đã được làm lạnh sơ bộ ở bộ làm lạnh bay hơi Đó chính là tiến trình của việc làm lạnh bay hơi gián tiếp Không khí luân chuyển có thể được làm lạnh mà không tách ẩm bằng cách này Sau đó không khí luân chuyển được đưa vào hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi và được điều hòa tới những điều kiện theo yêu cầu Dung dịch tách ẩm loãng được bơm vào phần tái tạo và lại được cô đặc lại Không khí qua dàn ngưng có thể được dùng để tái tạo dung dịch tách ẩm rồi được thải ra ngoài, hoặc nhiệt lượng tái tạo phải được đưa vào qua bộ tái tạo được thiết kế đặc biệt Nguồn năng lượng để tái tạo chất tách ẩm có thể là năng lượng cấp thấp như năng lượng mặt trời, nhiệt thải,v.v…do nhiệt độ tái tạo của chất tách ẩm chỉ khoảng 50 - 650C Có hai bộ trao đổi nhiệt trong vòng tuần hoàn của dung dịch tách ẩm Chất tách ẩm đặc được làm lạnh bởi chất tách ẩm loãng và vòng tuần hoàn của nước làm lạnh trong bộ làm lạnh bay hơi

Trong hình 1-4 cũng là một hệ thống làm lạnh hấp thụ kết hợp sử dụng năng lượng mặt trời và thiết bị giải nhiệt là một tháp làm lạnh bay hơi

Ban đầu, năng lượng mặt trời được thu qua Collector và được tích vào bồn chứa nước nóng Sau đó, nước nóng trong bồn chứa được cấp vào cho bộ tái tạo để làm sôi và bay hơi nước từ dung dịch lithium bromide Hơi nước được làm nguội và ngưng tụ lại ở dàn ngưng rồi qua dàn bay hơi, ở đây nước lại bay hơi lần nữa dưới áp suất thấp và làm lạnh nước, nước sau khi được làm lạnh sẽ vào bồn chứa nước lạnh, từ đó được bơm tiếp vào không gian cần làm lạnh Trong khi đó, dung dịch đậm đặc ra khỏi bộ tái tạo sẽ đi vào bộ hấp thụ sau khi qua bộ trao đổi nhiệt để làm

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

Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí sử dụng năng lượng mặt trời giải nhiệt

là một tháp làm lạnh bay hơi (cooling tower)

Nước lạnh từ tháp giải nhiệt lấy đi nhiệt sinh ra do phản ứng hoà trộn và do ngưng tụ Do nhiệt độ của bộ hấp thụ có ảnh hưởng nhiều hơn đến hiệu suất của hệ thống

so với nhiệt độ ngưng tụ nên chất giải nhiệt được cho qua bộ hấp thụ trước rồi mới qua dàn ngưng Một nguồn năng lượng phụ được sử dụng để hâm nước nóng cấp vào bộ tái tạo khi năng lượng mặt trời không đủ để hâm nước đến nhiệt độ yêu cầu của bộ tái tạo Bồn chứa nước nóng được phân ra để sử dụng như hai bồn chứa riêng biệt Vào buổi sáng, collector được nối vào phần trên của bồn, trong khi vào buổi chiều, toàn bộ bồn chứa được sử dụng để cung cấp năng lượng nhiệt cho chiller Trong hình 1.5 là một hệ tổ hợp được đề nghị bởi A.A Kinsara như sau: Hệ thống đề

Trang: 7

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

b Vòng tuần hoàn của dung dịch lỏng hút ẩm,

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

Không khí tuần hoàn trong không gian điều hoà được lọc sạch trước và sau khi tách ẩm bằng các bộ lọc không khí bằng nước Không khí sau khi tách ẩm bằng thiết bị tách ẩm không khí dạng khay (ADPB: air-dehumidification packed bed) sau đó được làm lạnh thông qua dàn lạnh của hệ thống máy lạnh nén hơi để đạt được các điều kiện của nhiệt độ và độ ẩm trong không gian điều hoà

Không khí hồi từ không gian điều hoà ở trạng thái 1 được phun ẩm trong bộ lọc không khí bằng nước kiểu phức tạp (kiểu giao nhau) (counter-current-flow air washer), do tiếp xúc trực tiếp với nước (xem hình 1-5) Độ bão hoà của không khí ở trạng thái 2 tùy thuộc vào hiệu suất làm ẩm của bộ lọc Không khí ở trạng thái 2 được làm tăng nhiệt hiện trong bộ trao đổi nhiệt của bộ phận tái tạo bằng một phần nhiệt hồi từ dòng không khí nóng ra khỏi ADPB Không khí ở trạng thái 4 tạo bởi sự hoà trộn giữa một phần không khí tươi ở trạng thái 30 với không khí ở trạng thái 3 Không khí với lưu lượng a

Vòng tuần hoàn dung dịch lỏng hút ẩm bao gồm một bộ trao đổi nhiệt khí-khí (HE1) Hai bộ trao đổi nhiệt giữa khí và chất lỏng hút ẩm (HE4 và HE2), một bộ trao đổi nhiệt dung dịch - dung dịch (HE3), một bơm dung dịch, một bộ giải nhiệt

bằng nước, một cụm tái tạo chất lỏng hút ẩm dạng khay (liquid desiccant regeneration packed bed: LDRPB) và một máy bơm nhiệt Bơm nhiệt được dùng như một nguồn nhiệt bên ngoài để gia nhiệt cho dung dịch lỏng hút ẩm hay cho không khí cấp trước khi vào LDRPB hoặc cho cả hai Dung dịch loãng (dung dịch sau khi đã hút ẩm) ra khỏi ADPB ở trạng thái L2 (như hình 1-5) phải được tái tạo (cô đặc lại) và trở lại trạng thái L1 Dung dịch loãng ở trạng thái 2 được gia nhiệt trong HE3 và HE4 bằng nhiệt hồi tương ứng từ dung dịch đặc nóng và không khí ẩm

ra khỏi LDRPB Dung dịch loãng tiếp tục được gia nhiệt trong HE2 bởi không khí nóng từ nguồn bên ngoài (bơm nhiệt) để đạt được nhiệt độ dung dịch ở trạng thái L5 Dung dịch đặc ra khỏi LDRPB ở trạng thái L6 được làm lạnh lại trong HE3 và trong bộ giải nhiệt Dàn bay hơi của bơm nhiệt cũng được sử dụng để làm lạnh dung dịch đặc lần nữa trước khi vào ADPB

17 18

v3

v4 v2

p1

p2 p3

Bộ giải nhiệt

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

7 8

Đươøng bão hòa

Nhiệt độ nhiệt kế khô,T 0 C

Hình 1-6 : Đồ thị của không khí được điều hoà

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

Trang: 11

Nhiệt độ nhiệt kế khô

27

21 19 17

27

14 15

16

Đươøng bão hòa

Hình 1-7: Đồ thị của không khí tái tạo

Sơ đồ đề nghị của C.S.Khalid Ahmed, P.Gandhidasan và A.A Al-Farayedhi như sau:

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

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

THIẾT BỊ HÚT ẨM

THÁP GIẢI NHIỆT

BỘ TÁI TẠO BẰNG NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI

KHÔNG KHÍ ĐẾN PHÒNG

KHÔNG KHÍ NGOÀI TRỜI

PHÒNG

KHÔNG KHÍ RA KHỎI PHÒNG a

b

d c

e

Hình 1-8 : Chu trình tổ hợp hấp thụ hơi và chất lỏng hút ẩm

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

Hình 1-9 : Sơ đồ cấu tạo của một tháp làm lạnh

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

Tháp làm lạnh bằng quạt gió bên ngoài được bao che bằng lớp vỏ, bên trong có bề mặt xối tưới, thiết bị phân phối nước, cửa chớp giữ nước và quạt gió Quạt gió có thể ở phía trên hoặc là ở phía dưới Bố trí quạt ở phía trên tốt hơn so với ở phía dưới

vì như thế không khí sẽ được phân bố đều hơn trong tháp

Mật độ dòng nhiệt của tháp làm lạnh có thể đạt tới q = 60-80kW/m2 và mật độ xối tưới gw = 4-5kg/m2s

Phần chính của tháp làm lạnh là bề mặt xối tưới, một số loại bề mặt xối tưới thông dụng có trên hình 1-6, đặc tính kỹ thuật của chúng được cho trong bảng 1.1 Trong các tháp lớn bề mặt xối tưới được làm từ các tấm ximăng amiăng hoặc từ các tấm gỗ đặt cách nhau 20-60mm Trong các tháp nhỏ và trung bình thì sử dụng các loại bề mặt xối tưới có hình dạng khe hở và tổ ong với các rãnh nhỏ đứng thẳng có đường kính tương đương 2-5mm Tổ ong có thể làm bằng nhựa, bằng giấy tẩm keo êpôxi hoặc bằng nhôm lá có bề dày 0,2mm Thỉnh thoảng cũng có sử dụng các thanh gỗ để làm bề mặt xối tưới (trở lực khí động khá lớn) Bề mặt xối tưới có kích thước nhỏ gọn nhất là các tấm lưới ni-lông có lỗ 2x2x0,1mm xếp chồng lên nhau Loại này có nhược điểm là trở lực khí động rất lớn

Trang: 15

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

a a) loại tổ ong hình gợn sóng

b b) loại tổ ong hình thoi dài

c c) loại tổ ong hình thoi ngắn

d d) loại khe hở bằng các tấm nhựa đặt cách nhau

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

Bề mặt xối tưới

Diện tích riêng

Fv(a),

m2/m3

Đường kính tương đương

dtđ(de),

mm

Thể tích tự do

V0,m3/m3

Chiều cao lớp tổ ong hoặc khe hở H,m

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

Tổ ong làm bằng

giấy epôxi có hình:

0,91 0,83 0,93

0,2-0,385 0,2-0,3 0,8-1,0

3,0-3,5 3,0-3,8 2,8-3,0

Khe hở làm bằng

các tấm nhựa đặt

cách nhau 2mm

06 3,65 0,65 0,2 2,0-2,5

Khe hở làm bằng

các tấm amiăng dày

5mm đặt cách nhau

10mm

40mm

133 44,5

20

80

0,67 0,89

-

-

-

-

Lớp đệm là các tấm

lưới nilong có lỗ

2x2mm

1.3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH BAY HƠI VÀ TÁCH ẨM BẰNG CHẤT HÚT ẨM THÍCH HỢP TRONG ĐIỀU KIỆN CÁC TỈNH PHÍA NAM VIỆT NAM

Trong điều kiện các tỉnh phía Nam hiện nay yêu cầu của hệ thống điều hòa không khí sử dụng công nghệ làm lạnh bay hơi và tách ẩm bằng chất hút ẩm là phải sử dụng được các vật liệu trong nước để có giá thành rẻ, do đó chúng tôi đề nghị sơ đồ hệ thống ĐHKK sử dụng chất hút ẩm như hình 1-9

Trong hệ thống điều hòa không khi sử dụng chất hút ẩm này có 2 dòng không khí, dòng thứ nhất là dòng tuần hoàn của không khí trong không gian điều hòa đi qua thiết bị tách ẩm, sau đó dòng không khí này tiếp tục đi qua bộ làm lạnh kiểu bốc hơi và cuối cùng đi qua dàn lạnh của máy lạnh nén hơi để được làm lạnh đến các thông số yêu cầu của không gian điều hòa Dòng không khí thứ hai được sử dụng để tái tạo lại chất lỏng hút ẩm Không khí ở bên ngoài không gian điều hòa được làm lạnh đến nhiệt độ điểm sương tương ứng với nhiệt độ môi trường bên ngoài bằng thiết bị làm lạnh kiểu bốc hơi, sau đó dòng không khí này được gia nhiệt bằng cách cho đi qua dàn ngưng của máy lạnh nén hơi Sau khi được gia nhiệt, dòng không khí này sẽ tiếp tục đi qua bộ tái tạo của chất lỏng hút ẩm Tại đây, chất hút ẩm loãng sẽ được phun lên dòng không khí nóng này, hơi nước sẽ được khuếch tán vào trong dòng không khí và được đưa ra ngoài

Chất hút ẩm sau khi đã được tách ẩm sẽ đi qua bộ trao đổi nhiệt và đi vào bộ hút ẩm để tiếp tục lấy đi nhiệt ẩn của không khí điều hòa, lúc này đã trở thành chất lỏng hút ẩm loãng do đã hấp thu hơi nước từ không khí điều hòa, sau đó được bơm

Trang: 17

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

Nhiệt cấp vào

Hệ thống tái tạo

Bộ làm lạnh kiểu bay hơi

Không gian cần điều hoà

Hình 1-9 : Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí sử dụng chất hút ẩm kết hợp với máy

lạnh nén hơi thông thường

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI

TRỰC TIẾP VÀ CHẤT HÚT ẨM

2.1 TRUYỀN NHIỆT VÀ TRUYỀN KHỐI

Về cơ bản, sự truyền nhiệt và truyền khối giữa nước và hỗn hợp không khí -hơi nước chưa bão hòa là do sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất hơi Nhiệt truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh hơn, hơi nước chuyển từ nơi có áp suất hơi cao hơn sang nơi thấp hơn

Thông thường ta hay gặp các quá trìnhh bay hơi nước từ bề mặt thoáng vào không khí Tuy nhiên quá trình ngược lại cũng diễn ra là hơi nước trong không khí ẩm ngưng tụ lại trên mặt nước khi nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí

Sau một thời gian, nhiệt độ và áp suất hơi cân bằng, không còn dòng di chuyển của nhiệt và khối lượng nữa Dòng nhiệt làm cân bằng nhiệt độ của nước và không khí ẩm đến nhiệt độ ướt của không khí và sự bay hơi làm cân bằng áp suất hơi của không khí về áp suất hơi tại nhiệt độ ướt Truyền nhiệt và truyền khối tác động qua lại với nhau ở đây, do sự bay hơi cần hấp thu nhiệt còn ngưng tụ thì cần nhả nhiệt Sự chuyển đổi nhiệt và hơi diễn ra cho tới khi nào nhiệt độ và áp suất hơi được cân bằng

Hình 2-1: Sự truyền nhiệt và truyền khối giữa nước và không khí ẩm

Hình 2-1 minh hoạ quá trình truyền nhiệt và truyền khối giữa nước và không khí ẩm với Pi, Pg, Tg,Ti, Tl lần lượt là áp suất hơi tại mặt phân pha , áp suất hơi của không khí ẩm, nhiệt độ khô của không khí ẩm, nhiệt độ tại mặt phân pha và nhiệt độ của nước Thông thường Ti và Pi gần bằng với nhiệt độ ướt của không khí và áp suất hơi của không khí tại nhiệt độ ướt Quá trình truyền nhiệt và truyền khối sẽ ngưng khi

0%

a Nhiệt hiện: quá trình a - b

b Nhiệt ẩn: quá trình từ c - d

Khi dòng nhiệt đi vào hay đi ra khỏi không khí mà chỉ làm thay đổi nhiệt độ của nó,

ta gọi đó là nhiệt hiện Trong đó, khối lượng riêng của không khí ít thay đổi theo nhiệt độ, mặt khác dòng nhiệt hiện không làm thay đổi tính chất vật lý của không khí Sự thay đổi nhiệt độ tỉ lệ với dòng nhiệt hiện, dòng nhiệt hiện càng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ càng nhiều, đồng thời cũng phụ thuộc vào nhiệt dung riêng của không khí

Khi dòng nhiệt không làm thay đổi nhiệt độ mà chỉ làm thay đổi độ chứa hơi của không khí gọi là dòng nhiệt ẩn

Tuy nhiên, do cả hai về cơ bản đều tương tự nhau nên nhiệt ẩn dễ dàng chuyển đổi thành nhiệt hiện hay ngược lại, tuỳ theo các điều kiện bên ngoài

Bất cứ dòng nhiệt hiện nào dù là đi vào hay ra đều làm tăng hay giảm nhiệt độ của chúng Sự thêm vào hay mất đi 1 British Thermal Unit (Btu) nhiệt hiện làm tăng hay giảm nhiệt độ của 1 pound (lb) không khí khoảng 4.7 độ F, hay 1 độ F với 1 lb nước Trong hệ SI, sự thêm vào hay mất đi 1 joule (J) làm thay đổi nhiệt độ của 1 kg không khí khoảng 0.0196 độ C, hay 0.00418 độ C với 1 lít (l) nước

Như vậy trong công thức: I = 1,006t + d(2500,77 + 1.84t) thì thành phần d(2500,77 + 1.84t) là nhiệt ẩn

Nếu khảo sát không khí ẩm ở hai trạng thái bất kỳ khác nhau ký hiệu trạng thái 1 và 2 ta có ∆I = I2 – I1 = ∆Ih + ∆Ia

Với

∆I là lượng biến đổi entanpi của không khí ẩm

∆Ih là lượng biến đổi nhiệt hiện của không khí ẩm

∆Ia là lượng biến đổi nhiệt ẩn của không khí ẩm

Rõ ràng lượng biến đổi nhiệt hiện của không khí ẩm chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt kế khô giữa hai trạng thái 1 và 2, trong khi đó lượng biến đổi nhiệt ẩn liên quan đến độ chứa hơi d của không khí ẩm

Như vậy, chỉ có quá trình nào làm cho độ chứa hơi của không khí ẩm thay đổi thì mới có sự xuất hiện lượng biến đổi nhiệt ẩn

2.3 SỰ BÃO HÒA ĐOẠN NHIỆT

Nguyên tắc chính của làm lạnh bay hơi là sự chuyển đổi dễ dàng của nhiệt hiện sang nhiệt ẩn Không khí chưa bão hòa được làm lạnh khi tiếp xúc với nước lạnh Một phần nhiệt hiện của không khí truyền vào nước và trở thành nhiệt ẩn khi làm bay hơi nước, nhiệt ẩn theo hơi nước khuếch tán vào không khí

Quá trình chuyển đổi từ nhiệt hiện sang nhiệt ẩn tiếp tục diễn ra cho tới khi không khí bão hòa và áp suất hơi trong nước và không khí cân bằng nhau Quá trình này được gọi là bão hòa đoạn nhiệt bởi không có sự trao đổi với nguồn nhiệt bên ngoài, sự bão hòa đạt được hoàn toàn là do sự chuyển đổi nhiệt hiện hiện có của không khí

Hầu hết các quá trình làm lạnh bay hơi trực tiếp đều là bão hòa đoạn nhiệt Đây là quá trình cơ bản trong các trường hợp nhiệt độ ban đầu của nước gần bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí ẩm Điều này thường diễn ra trong làm lạnh bay hơi sử dụng nước tuần hoàn

Trên lý thuyết, nhiệt độ nước không đổi và gần bằng nhiệt độ ướt của không khí trong quá trình làm lạnh bay hơi, không tăng cũng không giảm do tiếp xúc với không khí Đó là điều kiện lý tưởng, toàn bộ sự bay hơi đều dùng làm lạnh không khí mà không làm lạnh nước

Tuy nhiên, trong thực tế, nước thường nhận nhiệt hiện từ bên ngoài ở bồn chứa hay khi đi trong ống Ngoài ra còn có nhiệt thêm vào do nước bổ sung để thay thế cho nước đã bay hơi, do ma sát, nhiệt truyền vào từ không gian xung quanh, bức xạ mặt

trời Do đó, quá trình bão hòa đoạn nhiệt trong làm lạnh bay hơi chỉ là gần đúng, với sự bay hơi đáng kể để làm lạnh nước

Khi nhiệt độ nước tuần hoàn ở đầu vào cao hơn nhiệt độ ướt của không khí.Không chỉ không khí mà cả nước và không khí đều được làm lạnh Quá trình này thường xảy ra trong làm lạnh bay hơi trực tiếp với nước dùng một lần hay nước không qua bơm

Nước vào từ đường ống không bọc cách nhiệt nên sẽ có nhiệt độ gần bằng với nhiệt độ môi trường, tuy nhiên nếu đường ống dài và hấp thu nhiệt từ mặt trời hay nhiệt ở trần giả, nhiệt độ nước có thể vượt 1200F(48.90C) Khi tiếp xúc, cả nước và không khí đều nhả nhiệt hiện và được làm lạnh do sự chuyển đổi nhiệt hiện này thành nhiệt ẩn Sự bay hơi của nước vừa làm lạnh nước, vừa làm lạnh không khí Lượng nước sẽ tiêu thụ nhiều hơn, và do nhiệt độ nước ban đầu cao nên không khí sau khi làm lạnh sẽ có nhiệt độ và độ ẩm cao hơn quá trình bão hòa đoạn nhiệt thật sự Hơn nữa, phần lớn các hệ thống làm lạnh bay hơi dự trên nguyên lý này đều thải bỏ nước lạnh mà không sử dụng lại Điều đó làm bỏ phí đi khả năng làm lạnh của nước lạnh Tuy nhiên, việc thải bỏ này lại giúp tiết kiệm chi phí cho thiết bị bơm và làm giảm sự đóng vảy và ăn mòn

2.4 CÁC GIỚI HẠN CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI TRỰC TIẾP

Có các giới hạn cho việc làm lạnh đạt được bằng bão hòa đoạn nhiệt Lượng nhiệt hiện được lấy đi không thể vượt quá nhiệt ẩn cần thiết để làm bão hòa không khí bằng hơi nuớc Không khí bão hòa 50 phần trăm (độ ẩm tương đối 50%[rh]) hấp thụ được ít nước hơn không khí khô hơn và do đó lượng nhiệt hiện được biến đổi sẽ ít hơn Như vậy khả năng làm lạnh của quá trình bay hơi đoạn nhiệt biến thiên ngược với độ ẩm của không khí được làm lạnh

Khi quá trình càng tiến gần đến trạng thái đoạn nhiệt, khả năng làm lạnh của nó

nhiệt Nhiệt độ nước vào tháp càng cao thì sự bay hơi để làm lạnh nước càng nhiều và nhiệt độ cân bằng đạt được càng xa (cao hơn) nhiệt độ giới hạn được xác định bởi độ ẩm hiện tại của không khí Nhiệt độ giới hạn đó chính là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí

2.5 ẨM ĐỒ

Để đơn giản hoá việc tính toán, các tính chất ẩm của không khí được xây dựng thành một ẩm đồ chuẩn Nếu biết hai thông số về trạng thái ẩm của không khí, ta có thể suy ra tất cả các thông số khác từ ẩm đồ mà không phải tính toán

Trong ẩm đồ:

a Các đường thẳng đứng là các đường đẳng nhiệt

b Các đường nhiệt độ đọng sương và độ chứa hơi không đổi nằm ngang

c Các đường nhiệt độ ướt và đẳng enthalpy nằm nghiêng

d Đường bão hoà là đường cong ngoài cùng bên trái, không khí ẩm có điểm trạng thái nằm trên đường bão hoà sẽ có độ ẩm tương đối là 100%

e Các đường cong nằm phía trái của đường bão hoà là các đường có độ ẩm tương đối không đổi, các điểm cùng nằm trên một đường sẽ có độ ẩm tương đối bằng nhau

f Các đường thể tích riêng là các đường nằm nghiêng nhưng có độ dốc lớn hơn đường đẳng enthalpy

2.6 CÁC QUÁ TRÌNH TRÊN ẨM ĐỒ

a Quá trình gia nhiệt là một đường thẳng đi từ trái sang phải, quá trình làm lạnh

đi theo chiều ngược lại Ở cả hai quá trình, nhiệt độ đọng sương và độ chứa hơi không đổi

Khi cấp nhiệt cho dòng không khí ẩm lượng hơi nước trong dòng khí không thay đổi

d = const nhưng enthalpy I và nhiệt độ t tăng lên, độ ẩm tương đối ϕ giảm xuống quá trình được biểu diễn bằng đoạn 1-2 trên đồ thị hình 2-2a

Gọi G là lưu lượng không khí tham gia vào quá trình, Q là nhiệt lượng cần để gia nhiệt cho không ta có:

Q = G(I2 – I1)

b Quá trình gia nhiệt có phun ẩm đi từ trái qua phải đến nhiệt độ khô của trạng thái cuối, sau đó đi lên theo đường đẳng nhiệt đến điểm trạng thái cuối cùng xác định bởi một tính chất ẩm khác

Từ đồ thị ta thấy: t2 > t1, ϕ2 > ϕ1, I2 > I1

Hình 2-2a

c Quá trình làm lạnh có tách ẩm đi theo đường nằm ngang từ trái qua phải đến đường bão hoà và đi theo đường bão hoà đến điểm trạng thái cuối xác định bởi thông số khác Độ ẩm tương đối tăng lên trong quá trình làm lạnh nhiệt hiện cho tới khi đạt 100% khi tới đường bão hoà, độ ẩm tương đối giữ nguyên ở 100% trong quá trình làm lạnh nhiệt ẩn đồng thời hơi nước liên tục được ngưng tụ trong quá trình này

Hình 2-2b

Khi làm lạnh không khí trên nhiệt độ đọng sương biểu diễn bằng quá trình 1- 2 trên đồ thị t- d hình 2-2b, nhiệt độ không khí giảm độ ẩm không khí tăng, entanpi giảm và độ chứa hơi d không thay đổi (d = const)

d4 < d1

trạng thái không khí hoà trộn với một điểm nào đó trên đường φ = 100% biểu diễn trạng thái của lớp không khí bão hoà bao quanh hạt nước

Hình 2-3

Việc xác định cụ thể vị trí của điểm hoà trộn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, thời gian tiếp xúc, các thông số liên quan với không khí và nước Sau đây ta sẽ khảo sát một số trường hợp cụ thể:

− Nhiệt độ của nước tw = t1 > tA : Trong những trường hợp này nhiệt độ và độ chứa hơi của không khí sau khi đi qua buồng công tác sẽ tăng lên Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bốc hơi được chính bản thân nước cung cấp

− Nhiệt độ của nước tw = t2 = tA : Độ chứa hơi của không khí tăng lên nhưng nhiệt độ vẫn giữ như cũ, đây là quá trình tạo ẩm đẳng nhiệt Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bay hơi cũng lấy từ nhiệt lượng của nước

− Nhiệt độï của nước tw = t3 : Nằm trong khoảng từ nhiệt độ nhiệt kế ướt ứng với trạng thái A đến tA tức là từ tưA < tw = t3 < tA : độ chứa hơi của không khí tăng lên nhưng nhiệt độ bị giảm xuống, nhiệt độ cấp cho quá trình bay hơi được lấy một phần từ không khívà một phần từ nước

− Nhiệt độ của nước tw = t4 = tưA < tA : Đây là quá trình tạo ẩm đoạn nhiệt, quá trình trùng với đường tư = Const Nhiệt lượng cần cho quá trình bay hơi được lấy từ không khí và sau đó được hơi nước trả lại ở dạng nhiệt ẩn

Trong trường hợp này độ chứa hơi tăng nhưng nhiệt độ của không khí bị giảm

− Nhiệt độ của nước tw = t5 : Lớn hơn nhiệt độ động sương nhưng nhỏ hơn nhiệt độ nhiệt kế ước tưA Độ chứa hơi của không khí tăng lên chút ít còn nhiệt độ thì bị giảm Một phần nhiệt lượng của không khí được dùng để cấp cho quá trình bay hơi và làm nóng nước

− Nhiệt độ của nước tw = t6 = tđsA : Không khí được làm mát, độ chứa hơi không đổi gọi là quá trình làm mát khô

− Nhiệt độ của nước tw = t7 < tđsA : Nhiệt độ của không khí hạ xuống, một bộ phận có trong hơi nước ngưng tụ trên bề mặt của các hạt nước, độ chứa hơi của không khí có xu hướng giảm

e Quá trình mà trạng thái không khí là sự hoà trộn giữa hai dòng không khí ở trạng thái khác nhau biểu diễn bằng một điểm nằm trên đoạn thẳng nối giữa hai điểm trạng thái của hai dòng không khí

− Hoà trộn đoạn nhiệt của các dòng không khí:

Từ hình II-4a ta viết phương trình cân bằng năng lượng:

3 2 1 3

3 2 2

1

d d

d d I I

I I I G

I G kk

Í kk

t3 =

2 1

2 2 1 1

kk kk

kk kk

G G

t G t G

+ +

d3 =

2 1

2 2 1 1

kk kk

kk kk

G G

d G d G

+ +

I3 =

2 1

2 2 1 1

kk kk

kk kk

G G

I G I G

+ +

Hình 2-4a

− Hỗn hợp phi đoạn nhiệt của hai dòng không khí:

Trong quá trình này sau khi các dòng khí được hoà trộn lẫn với nhau chúng được gia nhiệt bởi nguồn nhiệt bên ngoài Q

Hai dòng khí sau khi hỗn hợp sẽ ở trạng thái M sau đó được giải nhiệt bởi nguồn nhiệt bên ngoài Q được tiến hành theo đoạn M-3, d = const được biểu diễn trên hình 2-4b

Hình 2-4b

f Quá trình tách ẩm không khí bằng chất hoá học hút ẩm như silica gel hay calcium chloride đi nghiêng xuống theo đẳng enthalpy (đường nhiệt độ ướt không đổi) đến điểm trạng thái cuối xác định bởi một thông số khác Các quá trình này thường là đoạn nhiệt, không có sự mất đi hay thêm vào enthalpy của không khí ẩm từ nguồn nhiệt khác mà chỉ có sự tăng nhiệt độ nhẹ và sự giảm độ chứa hơi của không khí do chất hút ẩm hấp thụ hơi nước gây ra

Hình 2-5: Quá trình hút ẩm bằng chất hút ẩm

g Quá trình bão hoà đoạn nhiệt lý tưởng, trong thiết bị làm lạnh bay hơi trực tiếp lý tưởng nhất, đi theo đường đẳng enthalpy từ phải sang trái đến trạng thái cuối cùng xác định bởi nhiệt độ khô, độ ẩm tương đối, độ chứa hơi hay nhiệt độ đọng sương Các đường này thể hiện sự giảm nhiệt độ khô cũng như sự tăng tương ứng của nhiệt độ đọng sương, độ ẩm tương đối và độ chứa hơi

Hình 2-6: Quá trình bão hoà đoạn nhiệt lý tưởng

h Quá trình tạo ẩm đẳng nhiệt :Nếu hơi nước cấp vào không khí có nhiệt độ giống nhiệt độ của không khí thì quá trình đó làm cho độ chứa hơi tăng lên nhưng nhiệt độ vẫn giữ như cũ, ta gọi đó là quá trình tạo ẩm đẳng nhiệt Biểu diễn bằng một đường thẳng đi từ dưới lên theo đường đẳng nhiệt

Hình 2-7: Quá trình tạo ẩm đẳng nhiệt

i Quá trình bão hoà đoạn nhiệt thông thường, trong các tháp làm lạnh và các thiết bị làm lạnh bay hơi trực tiếp với nước không tuần hoàn hay tuần hoàn chậm, có hai phần Phần thứ nhất đi theo đường đẳng enthalpy đến nhiệt độ khô của không khí đã được làm lạnh Sau đó tiếp tục đi tiếp theo đường đẳng nhiệt đi lên đến điểm trạng thái cuối xác định bởi độ ẩm tương đối, độ chứa hơi hay nhiệt độ ướt Phần thứ hai thể hiện sự tăng enthalpy của không khí, độ ẩm tương đối, độ chứa hơi và nhiệt độ ướt do việc làm lạnh nước

Hình 2-8: Quá trình bão hoà đoạn nhiệt thông thường

Hình 2-9: Ẩm đồ

2.7 QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH BAY HƠI LÝ TƯỞNG:

Hình 2-10: Làm lạnh bay hơi lý tưởng Sự bão hoà đoạn nhiệt thật sự diễn ra khi: (1) nhiệt độ nước phun bằng nhiệt độ ướt của không khí vào nhờ tiếp xúc liên tục với không khí vàø tuần hoàn nhanh, (2) không có nguồn nhiệt bên ngoài xâm nhập vào, như ở các thiết bị lạnh được cách nhiệt hay được che chắn Trường hợp lý tưởng này có thể đạt được ở các thiết bị làm lạnh bay hơi trực tiếp được che chắn tốt có nước vào ở nhiệt độ thấp và tuần hoàn nhanh

Như đã nói trên, quá trình làm lạnh bay hơi lý tưởng là quá trình đoạn nhiệt, quá trình diễn ra mà không có sự thêm vào hay mất đi một lượng enthalpy đáng kể nào Các quá trình này đi theo đường đẳng enthalpy Các hệ thống làm lạnh như vậy thường lấy không khí ngoài trời ở nhiệt độ và độ ẩm hiện tại Điểm trạng thái của không khí ngoài trời được xác định trên ẩm đồ bằng giao điểm của đường nhiệt độ