BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

TÍNH TỐN LÝ THUYẾT HỆSKC 0 T0 3 9 5 H9 ỐNG LẠNH GHÉP

TẦNG DÙNG MÔI CHẤT CO2 VÀ R32

MÃ SỐ: SV2020-146

S KC 0 0 7 4 1 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

BÁO CÁO TàNG K¾T
ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN

ĐÀ TÀI:
TÍNH TỐN LÝ THUY¾T Hị THNG LắNH GHẫP TNG

DÙNG MÔI CHÂT CO2 VÀ R32
SV2020 – 146

Chă nhißm đÁ tài:
Cao Thị CÁm Vân - MSSV: 16147110

TP. Hß Chí Minh, 08/2020

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

BÁO CÁO TàNG K¾T
ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN

ĐÀ TÀI:
TÍNH TON Lí THUYắT Hị THNG LắNH GHẫP TNG

DÙNG MÔI CHÂT CO2 VÀ R32
SV2020 – 146

Thuác nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật - Āng dāng

SV thực hiện: Cao Thị CÁm Vân Nam, Nữ: Nữ

Dân tác: Kinh

Lớp, khoa: 16147CL3 Năm thā: 4 /Sá năm đào t¿o:4

Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật Nhiệt

Ngưßi hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Thành Trung

TP Hß Chí Minh, 08/2020

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học MĀC LĀC

MĀC LĀC...................................................................................................................i
DANH MĀC BÀNG BIÂU ...................................................................................... iii
DANH MĀC HÌNH ÀNH.........................................................................................iv
CÁC KÝ HIÞU CHĂ Y¾U........................................................................................v
THƠNG TIN K¾T Q NGHIÊN CĄU CĂA ĐÀ TÀI .......................................vii
CH¯¡NG 1: Mâ ĐÄU .............................................................................................1

1.1. Tình hình nghiên cąu trong và ngồi n°ßc ...................................................1
1.1.1. Trong n°ßc...............................................................................................1
1.1.2. Ngồi n°ßc ...............................................................................................1

1.2. Lý do chán đÁ tài.............................................................................................3
1.3. Māc tiêu đÁ tài.................................................................................................4
1.4. Ph°¢ng pháp và ph¿m vi nghiên cąu ............................................................4
1.5. Gißi h¿n đÁ tài.................................................................................................4
CH¯¡NG 2: C¡ Sâ LÝ THUY¾T..........................................................................5
2.1. Táng quan vÁ CO2...........................................................................................5

2.1.1. ¯u điÃm....................................................................................................6
2.1.2. Nh°ÿc điÃm:.............................................................................................6
2.2. Táng quan vÁ R32 ...........................................................................................6
2.2.1. ¯u điÃm....................................................................................................7
2.2.2. Nh°ÿc điÃm ..............................................................................................7
CH¯¡NG 3: TNH TON THIắT Kắ Hị THNG LắNH GHẫP TNG Sỵ
DNG MƠI CHÂT CO2 VÀ R32 .............................................................................8
3.1 Tính tốn các giá trß nhißt độ ban đÅu ............................................................8
3.1.1 Tính tốn nhißt độ ng°ng tā ã tÅng cao (dùng môi chÃt R32) ................9
3.1.2 Tính tốn nhißt độ bay h¢i tÅng thÃp (dùng mơi chÃt CO2) ...................9
3.1.3 Tính tốn nhißt độ ã thi¿t bß trao đái nhißt .............................................9
3.2. Tính tốn tÅng thÃp (dùng môi chÃt CO2) .....................................................9

3.2.1. Tính tốn, thi¿t lÁp thơng sá các điÃm nút..............................................9
3.2.2. Tính chán máy nén ................................................................................11
3.2.3. Tính chỏn thit bò bay hÂi ....................................................................12
3.3. Tớnh tốn tÅng cao (dùng mơi chÃt R32) .....................................................14
3.3.1 Tính tốn, thi¿t lÁp thơng sá các điÃm nút.............................................14
3.3.2. T椃Ānh chán thi¿t bß ng°ng tā...................................................................16

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
3.4. Tính tốn thi¿t bß trao đái nhißt ng°ng tā - bay hÂi kiu ỏng lòng ỏng......18
3.4.1. Hß sá tßa nhißt căa mơi chÃt R744 (CO2) .............................................19
3.4.2. Hß sá tßa nhißt căa mơi chÃt R32 ..........................................................22
3.4.3. Dißn tích bộ trao đái nhißt kiÃu áng lßng áng.......................................23
3.5. Tính cách nhißt, cách ẩm cho hß tháng ........................................................23
3.5.1. Tính cách nhißt cho t°áng bao bng l¿nh ..........................................24
3.5.2. Tính cách nhißt, cách ẩm ã thi¿t bß trao đái nhißt kiÃu áng lßng áng..25

CH¯¡NG 4: KắT QU THỵC NGHIịM............................................................27
4.1. PhÂng phỏp thÿc nghißm ...........................................................................27
4.2. Chuẩn bß vÁt dāng ........................................................................................27
4.3 Hình Ánh thÿc nghißm ...................................................................................27
4.4. ĐiÃm nút thÿc nghißm hß tháng l¿nh ghép tÅng dùng môi chÃt CO2 và
R32 ....................................................................................................................... 27
4.5. K¿t quÁ so sánh lý thuy¿t và thÿc nghißm hß tháng l¿nh ghép tÅng dùng
mơi chÃt CO2 và R32 ...........................................................................................31

CH¯¡NG 5: K¾T LN .......................................................................................34
5.1 K¿t luÁn .......................................................................................................... 34
5.2. Ki¿n nghß .......................................................................................................34


PHĀ LĀC ................................................................................................................. 35
Phā lāc 1. Hình Ánh dāng cā sÿ dāng cho vißc ghi chép sá lißu thÿc nghißm...35
Phā lāc 2. Hỡnh nh thc nghiòm ......................................................................36

TI LIịU THAM KHO ....................................................................................... 40

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
DANH MĀC BÀNG BIÂU

BÁng 3.1 Các thông sá tr¿ng thái lý thuyết cÿa chu trình l¿nh CO2 ............................10
BÁng 3.2 Hệ sá dẫn nhiệt cÿa CO2 và khơng khí [11] ...............................................13
BÁng 3.3 Thông sá dàn l¿nh Micro............................................................................13
BÁng 3.4 Các thông sá tr¿ng thái lý thuyết cÿa chu trình l¿nh R32 ............................15
BÁng 3.5 Hệ sá dẫn nhiệt cÿa R32 và khơng khí [11] ................................................17
BÁng 3.6 Thông sá dàn ngưng áng đồng cánh nhôm..................................................17
BÁng 3.7 Kết cấu và các sá liệu cÿa lớp cách nhiệt .................................................... 24
BÁng 4.1 Thông sá tr¿ng thái thực nghiệm cÿa chu trình l¿nh CO2............................27
BÁng 4.2 Thơng sá tr¿ng thái thực nghiệm cÿa chu trình l¿nh R32 ............................28
BÁng 4.3 Bảng so sánh các thông sá vận hành lý thuyết và thực nghiệm cÿa hệ tháng
l¿nh ghép t¿ng dùng môi chất CO2 và R32.................................................................32
BÁng 4.4 Bảng so sánh các thông sá nhiệt đáng lý thuyết và thực nghiệm cÿa hệ tháng
l¿nh ghép t¿ng dùng môi chất CO2 và R32.................................................................32
BÁng 4.5 Bảng so sánh COP hệ tháng ....................................................................... 32

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học

DANH MĀC HÌNH ÀNH

Hình 2.1 Đồ thị p-h cÿa mơi chất R744 [7]..................................................................6
Hình 2.2 Đồ thị p-h cÿa mơi chất R32 [7]....................................................................7
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị p-h cÿa hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng .................8
Hình 3.2 Đồ thị p-h chu trình l¿nh CO2 lý thuyết [7] ................................................ 10
Hình 3.3 Máy nén SRCACA cÿa hãng SANDEN......................................................11
Hình 3.4 Sơ đồ lưu đáng cÿa dịng mơi chất CO2 và khơng khí .................................13
Hình 3.5 Dàn l¿nh kênh micro dùng mơi chất CO2....................................................14
Hình 3.6 Đồ thị p-h chu trình l¿nh R32 lý thuyết [7] ................................................. 15
Hình 3.7 Sơ đồ lưu đáng cÿa dịng mơi chất R32 và khơng khí .................................17
Hình 3.8 Cām dàn nóng dùng mơi chất R32 cÿa hãng Dakin.....................................18
Hình 3.9 Sơ đồ lưu đáng cÿa dịng mơi chất CO2 và R32 ..........................................19
Hình 3.10 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu áng lồng áng ..................................................23
Hình 4.1 Đồ thị p-h chu trình l¿nh CO2 thực nghiệm [7] ...........................................28
Hình 4.2 Đồ thị p-h chu trình R32 thực nghiệm [7] ................................................... 29
Hình 4.3 Đồ thị p-h cÿa chu trình lý thuyết (trái) và chu trình thực nghiệm (phải) t¿ng
thấp dùng mơi chất CO2 ............................................................................................. 31
Hình 4.4 Đồ thị p-h cÿa chu trình lý thuyết (trái) và chu trình thực nghiệm (phải) t¿ng
cao dùng môi chất R32 .............................................................................................. 31

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
CC Kí HIịU CH YắU

Ký hiòu Latin
11: Điểm nút á tr¿ng thái hơi bão hịa khơ cÿa t¿ng cao (dùng môi chất R32)
1′1: Điểm nút á tr¿ng thái hơi quá nhiệt cÿa t¿ng cao (dùng môi chất R32)
21: Điểm nút á tr¿ng thái hơi quá nhiệt cÿa t¿ng cao (dùng môi chất R32)

31: Điểm nút á tr¿ng thái lßng sơi cÿa t¿ng cao (dùng môi chất R32)
41: Điểm nút á tr¿ng thái hơi bão hòa Ám cÿa t¿ng cao (dùng môi chất R32)
12: Điểm nút á tr¿ng thái hơi bão hịa khơ cÿa t¿ng thấp (dùng môi chất CO2)
1′2: Điểm nút á tr¿ng thái hơi quá nhiệt cÿa t¿ng thấp (dùng môi chất CO2)
22: Điểm nút á tr¿ng thái hơi quá nhiệt cÿa t¿ng thấp (dùng môi chất CO2)
32: Điểm nút á tr¿ng thái lßng sơi cÿa t¿ng thấp (dùng mơi chất CO2)
42: Điểm nút á tr¿ng thái hơi bão hịa Ám cÿa t¿ng thấp (dùng mơi chất CO2)
Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp
C: Chu vi

D, d: Đưßng kính áng
dxoắn: Đưßng kính vịng xoắn thiết bị áng lồng áng
F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
f: Diện tích tiết diện ngang
G: Lưu lưÿng khái lưÿng
g: Gia tác trọng trưßng
h: Enthalpy

k: Hệ sá truyền nhiệt
L: Công nén

l: Chiều dài
Ne: Công suất điện
p: Áp suất
q: Mật đá dòng nhiệt
Qk: Cơng suất tßa nhiệt
Qo: Năng suất l¿nh
r: Nhiệt Án hóa hơi
s: Entropy


T: Nhiệt đá
GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
āÿĂ: Nhiệt đá mơi trưßng
ā���㕊1: Nhiệt đá khơng khí trước khi vào thiết bị giải nhiệt
ā���㕊2 : Nhiệt đá khơng khí ra khßi thiết bị giải nhiệt
ā���㕘1: Nhiệt đá ngưng tā t¿ng cao (dùng môi chất R32)
ā01: Nhiệt đá bay hơi t¿ng cao (dùng môi chất R32)
ā���㕘2: Nhiệt đá ngưng tā t¿ng thấp (dùng môi chất CO2)
ā02: Nhiệt đá bay hơi t¿ng thấp (dùng môi chất CO2)
&āĂĀ: Nhiệt đá trung bình logarit
v: Thể tích riêng
GWP: Chỉ sá làm trái đất nóng lên cÿa mơi chất.
COP: Hệ sá hiệu quả năng lưÿng.
ODP: Hệ sá tiềm năng suy giảm t¿ng Ozon

Ký hißu Hi L¿p
³: Cưßng đá tßa nhiệt đái lưu
���㗼ÿĀ: Hệ sá tßa nhiệt khi quá nhiệt
���㗼Ā/: Hệ sá tßa nhiệt khi ngưng
���㗼āÿ: Hệ sá tßa nhiệt khi sơi màng
ā: đá nhớt đáng học cÿa khơng khí
·: Đá dày cánh
Āā: Hệ sá ảnh hưáng cÿa áng cong
η: Hiệu suất tổng
ρ: Khái lưÿng riêng
¼: Đá nhớt đáng lực học
ω: tác đá dòng
»: Hệ sá dẫn nhiệt

φ: Đá Ám
Л: Tỉ sá nén

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O

TR¯àNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

THƠNG TIN K¾T Q NGHIÊN CĄU CĂA ĐÀ TÀI

1. Thơng tin chung:

- Tên đề tài: Tính tốn lý thuyết hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng mơi chất CO2 và R32.

- Chÿ nhiệm đề tài: Cao Thị CÁm Vân Mã sá SV: 16147110

- Lớp: 16147CL3 Khoa: Đào T¿o Chất Lưÿng Cao

- Thành viên đề tài:

STT Há và tên MSSV Lßp Khoa

1 Lê Minh Đăng 16147017 16147CL3 CLC

2 Ph¿m Nguyễn Phương Nam 16147060 16147CL3 CLC

- Ngưßi hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Thành Trung
2. Māc tiêu đÁ tài:


Sau khi tổng hÿp các cơng trình nghiên cāu liên quan, từ đó t¿o ra đáng lực nghiên
cāu cÿa đề tài với māc tiêu tìm ra các thơng sá điểm nút cÿa chu trình, đồng thßi chọn và thiết kế các
thiết bị chính cho hệ tháng.
3. Tính mßi và sáng t¿o:

Đưa ra các thông sá nhiệt đáng lý thuyết cũng như thực nghiệm cÿa chu trình l¿nh
ghép t¿ng dùng mơi chất CO2 và R32 mát cách cā thể.
4. K¿t quÁ nghiên cąu:

Các thông sá lý thuyết về hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng môi chất CO2 và R32.
Xử lý sá liệu thực nghiệm và so sánh với các thơng sá lý thuyết.
5. Đóng góp vÁ mặt giáo dāc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hội, an ninh, quác phòng và
khÁ năng áp dāng căa đÁ tài:
Hiện nay, tình tr¿ng ơ nhiễm mơi trưßng càng ngày càng tăng cao. Vì vậy các quác
gia kêu gọi tìm ra các giải pháp để h¿n chế ô nhiễm. Cho nên việc sử dāng mơi chất CO2
là việc c¿n thiết, vì nó thân thiện với mơi trưßng, tiết kiệm năng lưÿng và có thể là mát
môi chất l¿nh tiềm năng trong tương lai.

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học

Ngày 10 tháng 07 năm 2020
SV chßu trách nhißm chính

thÿc hißn đÁ tài
(kí, họ và tên)

Nhận xét cÿa giáo viên hướng dẫn về những đóng góp khoa học cÿa SV thực hiện đề
tài:
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&....

Ngày 10 tháng 07 năm 2020
Ng°ái h°ßng d¿n
(kí, họ và tên)

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
CH¯¡NG 1: Mâ ĐÄU

1.1. Tình hình nghiên cąu trong và ngồi n°ßc

1.1.1. Trong n°ßc

- ThS. Nguyễn Trọng Hiếu [1] trong nghiên cāu này, môi chất CO2 đưÿc sử dāng

trong thiết bị bay hơi kênh micro và đặc tính truyền nhiệt cÿa thiết bị bay hơi này đưÿc

xác định bằng phương pháp mơ phßng sá. Mát sá kết quả về trưßng nhiệt đá, trưßng

vận tác và áp suất đã đưÿc thể hiện. Nhiệt đá đ¿u ra cÿa CO2 trong trưßng hÿp 1,6 g/s

cao hơn giá trị thu đưÿc trong trưßng hÿp 3,2 g/s. Bên c¿nh đó, tổn thất áp suất qua thiết

bị bay hơi kênh micro là không đáng kể, từ 38,164 bar xuáng 38 bar. Thêm vào đó, các

kết quả này đồng thuận với các nghiên cāu liên quan.

- PGS.TS Đặng Thành Trung [2] và các đồng nghiệp đã tiến hành thực nghiệm

về quá trình quá l¿nh cÿa hệ tháng điều hịa khơng khí CO2 với thiết bị bay hơi kênh

mini. Kết quả cho thấy hiệu suất cÿa hệ tháng khi có q trình q l¿nh sẽ cao hơn so

với hệ tháng khơng có q trình q l¿nh. Với quá trình quá l¿nh, COP cÿa hệ tháng thu

đưÿc là 4,97 khi hệ tháng á áp suất 77 bar và nhiệt đá bay hơi là 15ºC. Cịn khi khơng

có q trình q l¿nh, thì COP cho trưßng hÿp này chỉ thu đưÿc là g¿n 1,59 (thấp hơn

cả hệ tháng điều hịa khơng khí thơng thưßng). Ngưßi ta đề xuất rằng hệ tháng điều hịa

khơng khí CO2 nên đưÿc vận hành với áp suất dao đáng từ 74-77 bar và nhiệt đá bay

hơi dao đáng từ 10-15ºC á chế đá siêu tới h¿n, điều này sẽ cho hiệu quả và đá an tồn

cao hơn.

1.1.2. Ngồi n°ßc

- Yu và cáng sự [3] đã đánh giá cải tiến hiệu suất cÿa hệ tháng điều hịa khơng

khí ơ tơ sử dāng hßn hÿp CO2-propane làm chất làm l¿nh. Māc đích chính cÿa cơng việc

này là nâng cao hiệu suất năng lưÿng cÿa hệ tháng điều hịa khơng khí ơ tơ CO2. Phân

tích lý thuyết đã chāng minh rằng hßn hÿp CO2 và propane có thể cải thiện hiệu suất

cÿa nó, do đó, các thí nghiệm đã đưÿc thực hiện để xem các hiệu āng cÿa các ph¿n khái

lưÿng CO2-propane khác nhau cÿa 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 về hiệu suất

cÿa hệ tháng á các nhiệt đá mơi trưßng xung quanh khác nhau và vận tác gió phía trước

cÿa bá làm mát khí. Kết quả thực nghiệm cho thấy xu hướng tương tự với những xu

hướng từ kết quả lý thuyết. Nó đã đưÿc chāng minh rằng dưới cùng tác đá máy nén, hệ

tháng COP đ¿t cao nhất á 60% khái lưÿng CO2, cao hơn 29,4% so với hệ tháng CO2

nguyên chất và thậm chí đ¿t đưÿc māc đá tương đương cÿa hệ tháng R134a, áp suất tái

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 1

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
ưu và nhiệt đá xả giảm lên đến tái đa 40% và 47°C trong ph¿m vi nghiên cāu. Hơn nữa,
so sánh đưÿc thực hiện dưới cùng khả năng làm mát bằng cách điều chỉnh tác đá máy
nén đái với ph¿n khái lưÿng CO2 khác nhau, kết quả chāng minh rằng việc sử dāng hßn
hÿp CO2-propane mang l¿i māc tăng COP tái đa 22% ngay cả khi cơng suất làm mát
khơng đổi. Mát thuật tốn điều khiển áp suất cao tái ưu mới cho chu kỳ hßn hÿp CO2-
propane siêu tới h¿n đã đưÿc phát triển dựa trên dữ liệu thực nghiệm trong khoảng lệch
5%.

- Ahammed và cáng sự [4] cho rằng mát hệ tháng l¿nh CO2 siêu tới h¿n thích
hÿp cho việc thanh trùng đồng thßi và làm l¿nh sữa trong mát nhà máy sữa đã đưÿc
phân tích. So sánh hiệu suất đưÿc thực hiện giữa các hệ tháng CO2 với ejector (RCEP)
và mát hệ tháng CO2 thơng thưßng khơng có ejector (CRCP). Kết quả thu đưÿc cho các
sắp xếp khác nhau cÿa bá trao đổi nhiệt bên trong (IHX) trong dòng chảy với mát bá
trao đổi nhiệt sữa tái sinh (HXD) để thu hồi nhiệt. Từ kết quả, điều kiện ho¿t đáng tái
ưu cho tác đá dòng chảy sữa tái đa cā thể thu đưÿc. Kết quả cho thấy RCEP1, sử dāng
mát bá phun và bá trao đổi nhiệt bên trong giữa hai bá làm mát khí, cung cấp năng suất
tát hơn khoảng 13% so với CRCP. Điều tra về tiêu thā năng lưÿng sơ cấp cÿa hệ tháng
CO2 và các hệ tháng chuyển tiếp đưÿc sử dāng trong nhà máy sữa thơng thưßng để thanh
trùng cho thấy mát lÿi nhuận đáng kể trong tiết kiệm năng lưÿng cho RCEP.

- Wang cùng cáng sự [5] đã có báo cáo về sự kết hÿp giữa áng mao dẫn và nguồn
làm l¿nh trên mát máy nước nóng bơm nhiệt nguồn CO2 nhß. Trong bài này, mát mơ
hình nhiệt đáng lực học dựa trên mát máy nước nóng bơm nhiệt nguồn CO2 nhß đưÿc
đề xuất và thảo luận. Tính hữu ích cÿa mơ hình nằm trong khả năng chọn điểm vận hành
tát nhất cho hệ tháng. Hơn nữa, sự kết hÿp tái ưu cÿa hình học áng mao dẫn và nguồn
làm l¿nh có thể đưÿc dự đốn bái mơ hình đưÿc đề xuất. Về vấn đề này, các thử nghiệm
thực nghiệm có liên quan đã đưÿc tiến hành để xác nhận các kết quả mơ phßng. Dữ liệu
thử nghiệm cho thấy mơ hình có đá chính xác tương đái tát dựa trên đơn vị đưÿc thử
nghiệm. So sánh với các kết quả mơ phßng, chiều dài cÿa áng mao dẫn đã đưÿc rút ngắn
khoảng 8,77% và lưÿng chất làm l¿nh tái ưu tăng khoảng 5% theo các điều kiện cā thể.
Ngoài ra, nghiên cāu thực nghiệm cho thấy giảm 3,7% (260g) chất làm l¿nh có thể dẫn
đến hệ sá giảm nhiệt (COPheat) khoảng 3,1% và 103,7% (280g) có thể giảm COPheat
khoảng 0,346%. Phương pháp công thāc thực nghiệm và phương pháp vận hành đưÿc

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 2

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học

đánh giá có thể đưÿc sử dāng để tính tốn lưÿng chất làm l¿nh tái ưu trên hệ tháng máy

nước nóng bơm nhiệt nguồn CO2 nhß với sai sá nhß hơn 5,55%.

- Mát phân tích nhiệt đáng lực học cÿa Getu và Bansal [6] đái với hệ tháng làm

l¿nh ghép t¿ng dùng cacbon dioxit, ammonia (R744, R717) đưÿc trình bày trong bài viết

này để tái ưu hóa các thơng sá thiết kế và vận hành cÿa hệ tháng. Các thông sá thiết kế

và vận hành đưÿc xem xét trong nghiên cāu này bao gồm (1) nhiệt đá ngưng tā, nhiệt

đá quá l¿nh, nhiệt đá bay hơi và nhiệt đá quá nhiệt trong t¿ng nhiệt đá cao amoniac

(R717), (2) chênh lệch nhiệt đá trong bá trao đổi nhiệt ghép t¿ng và (3) nhiệt đá bay

hơi, quá nhiệt , ngưng tā và quá l¿nh trong t¿ng nhiệt đá thấp cacbon dioxit (R744). Mát

phân tích hồi quy đa tuyến đã đưÿc sử dāng về mặt nhiệt đá quá l¿nh, quá nhiệt, bay

hơi, ngưng tā và chênh lệch nhiệt đá trong bá trao đổi nhiệt để phát triển các biểu thāc

toán học cho COP đ¿t tái đa, nhiệt đá bay hơi tái ưu cÿa R717 và tỷ lệ lưu lưÿng khái

lưÿng tái ưu cÿa R717 so với R717 R744 trong hệ tháng khác.

1.2. Lý do chán đÁ tài

Ngành công nghiệp l¿nh phát triển m¿nh mẽ trong thßi gian g¿n đây đã cho ra đßi

nhiều thiết bị mới với năng suất làm l¿nh cao, thân thiện với mơi trưßng. Ngày nay, vấn

đề mơi trưßng ngày càng đưÿc coi trọng. Sự ra đßi cÿa các lo¿i mơi chất l¿nh thân thiện

với mơi trưßng cùng với các hệ tháng ngày càng nhiều kéo theo mát khái lưÿng lớn các

hệ tháng đang sử dāng mơi chất l¿nh truyền tháng sẽ có nguy cơ bị lo¿i bß. Các mơi

chất l¿nh truyền tháng như HCFC, HFC, CFC ván đưÿc biết đến là những chất gây phá

hÿy t¿ng ozone và là mát trong những nguyên nhân hàng đ¿u gây ra biến đổi khí hậu

tồn c¿u. Việc sử dāng CO2 làm môi chất l¿nh đang đưÿc nghiên cāu ngày càng nhân

ráng. Lí do chuyển từ HFCs sang CO2 là rất nhiều. Trước hết trong sá đó là các vấn đề

về mơi trưßng tn theo các nghị định quác tế (Nghị định thư Montreal và Kyoto) và

g¿n đây là các ban hành pháp lí cÿa chính phÿ Mỹ (Clean Air Act&), các nước khác

(Luật cÿa hái đồng F-gas Châu Âu) để h¿n chế sử dāng HCFCs và HFCs. Các luật này

gây tác đáng lên các nhà kinh doanh đang sử dāng HFC và cho họ thêm về ràng buác

kinh tế để chuyển hướng sử dāng, không chỉ là hình ph¿t cho việc làm tăng khí thải và

mà là mát lịch trình lo¿i bß d¿n sự sản xuất chúng. Trong suát cả thập kỉ qua sự c¿n thiết

giảm thiểu sử dāng môi chất l¿nh HFC cÿa các hệ tháng siêu thị đang tăng lên rõ ràng.

Trong những năm cuái đó, thế hệ tiếp theo cÿa các hệ tháng năng lưÿng tự nhiên thā hai

(Second Nature systems) đang thâm nhập thị trưßng và mấu chát nằm á chß sử dāng

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 3

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
CO2. Từ các tổng quan trên, việc nghiên cāu tính tốn lý thuyết hệ tháng l¿nh ghép t¿ng
dùng môi chất CO2 và R32 là rất c¿n thiết.
1.3. Māc tiêu đÁ tài

Sau khi tổng hÿp các cơng trình nghiên cāu liên quan, từ đó t¿o ra đáng lực nghiên
cāu cÿa đề tài với māc tiêu tìm ra các thơng sá điểm nút cÿa chu trình, đồng thßi chọn và thiết kế các
thiết bị chính cho hệ tháng.
1.4. Ph°¢ng pháp và ph¿m vi nghiên cąu

- Phương pháp tổng quan: Tổng hÿp các cơng trình nghiên cāu có liên quan, từ đó
đưa ra đáng lực nghiên cāu, māc tiêu nghiên cāu, xác định đưÿc đái tưÿng, ph¿m vi
nghiên cāu.

- Phương pháp thiết kế: lựa chọn thiết bị phù hÿp dựa trên các thơng sá tính tốn.
- Phương pháp thực nghiệm: vận hành hệ tháng lấy dữ liệu để so sánh.
- Phương pháp phân tích dữ liệu: từ các sá liệu thu đưÿc, tiến hành phân tích các q
trình nhiệt đáng để đưa ra các kết luận.
1.5. Gißi h¿n đÁ tài
Đái tưÿng tính tốn, thiết kế: Hệ tháng l¿nh ghép t¿ng với t¿ng cao dùng môi chất
l¿nh R32 và t¿ng thấp sử dāng môi chất R744 (CO2) với năng suất l¿nh khoảng 1kW,
nhiệt đá phòng l¿nh yêu c¿u là -26℃ và lắp đặt t¿i TP.Hồ Chí Minh.

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 4

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
CH¯¡NG 2: C¡ Sâ LÝ THUY¾T

2.1. Táng quan vÁ CO2
Carbon dioxide (CO2) hay cịn gọi là mơi chất l¿nh R744 là chất khí khơng màu,

khơng mùi, khơng gây cháy và g¿n như khơng có đác. Tuy nhiên CO2 nặng hơn khơng
khí và có khả năng gây nghẹt thá nếu tồn bá khơng khí bị chiếm bái khí CO2. Khí CO2
hịa tan với nước sẽ t¿o ra acid carbonic, khi đưÿc làm l¿nh á thể rắn sẽ hình thành đá
khơ. CO2 là chất khí ln á trong điều kiện chn nhưng có thể chuyển sang pha lßng
hoặc rắn á nhiệt đá thấp hay áp suất cao. CO2 cịn là chất khí thân thiện với mơi trưßng
vì khơng góp vào hiện tưÿng nóng lên tồn c¿u (GWP = 1) và khơng gây phá hÿy t¿ng
ozone.

Tuy nhiên, áp suất ho¿t đáng cực cao cÿa R744 và các mái nguy hiểm liên quan đến
nồng đá CO2 có khả năng cao trong cabin xe hoặc mơi trưßng làm việc có nghĩa là chất
làm l¿nh này phải đưÿc sử dāng cÁn thận. CO2 dù á tr¿ng thái rắn hoặc lßng đều là các
mơi chất l¿nh quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực cơng nghiệp thực phÁm. CO2 lßng
(R744 hay R-744) đưÿc tái sử dāng sau khi con ngưßi nhận ra māc đá gây biến đổi khí
hậu cÿa mơi chất R134a. Các tính chất vật lý cÿa R744 thích hÿp cho các āng dāng về
giải nhiệt, làm l¿nh và các āng dāng liên quan đến gia nhiệt hay yêu c¿u công suất làm
mát thể tích cao. Để đ¿t đÿ nhu c¿u sử dāng, ngưßi ta thưßng phải nén CO2 lên áp suất
đến 130bar , do vậy vật liệu thiết kế cho hệ tháng vận hành bằng R744 (đưÿc sản xuất
lo¿t trong công nghiệp) phải có đá bền rất cao để chịu áp lực.

Hệ tháng R744 ho¿t đáng á áp suất cực cao và năng đáng. Ngay cả khi tắt hệ tháng,
áp suất tĩnh cÿa R744 vẫn rất cao. R744 có thể thay thế oxy nếu đưÿc giải phóng với sá
lưÿng quá māc, và do đó phải thực hiện các biện pháp phịng ngừa để ngăn chặn sự giải

phóng và hít phải lưÿng lớn R744.

Đồ thị p-h cÿa mơi chất R744 thể hiện á Hình 2.1:

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 5

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học

Hình 2.1 Đồ thị p-h cÿa mơi chất R744 [7]
2.1.1. ¯u điÃm

- Công suất làm l¿nh cao.
- Giá thành sản xuất thấp và dễ dàng tìm kiếm.
- Có khả năng tương thích và kết hÿp tát với các lo¿i d¿u bơi trơn.
- HCFC d¿n đưÿc thay thế bái môi chất l¿nh CO2 mát cách nhanh chóng.
2.1.2. Nh°ÿc điÃm:
- Hệ tháng có nguy cơ rị rỉ cao. Do đó thiết kế cÿa các hệ tháng CO2 có cấu t¿o
phāc t¿p dẫn đến giá thành cao.
- Các thiết bị trong hệ tháng c¿n đưÿc kiểm định an tồn thưßng xun do chúng
phải làm việc á áp lực cao.
2.2. Táng quan vÁ R32
Mơi chất R32 hay cịn gọi là HFC32 (Difluoromethane) là mát hÿp chất hữu cơ có
cơng thāc hóa học CH2F2. R32 lo¿i mơi chất đ¿t đưÿc tiêu chn khí thải GWP (550).
Môi chất R32 đưÿc phát minh nhằm thay thế các dịng mơi chất cũ như mơi chất R22,
mơi chất R410. Môi chất l¿nh R32 là môi chất l¿nh thế hệ mới không chāa chất gây suy
giảm t¿ng ozone và tác đáng làm nóng trái đất thấp. Áp suất mơi chất R32 này dao đáng
từ 120 Psi nhưng tùy thuác và nhiệt đá mơi trưßng , áp suất tĩnh từ 240 tới 245 Psi.
Đồ thị p-h cÿa mơi chất R32 thể hiện á Hình 2.2:

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 6

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học

Hình 2.2 Đồ thị p-h cÿa mơi chất R32 [7]
2.2.1. ¯u điÃm

- Mơi chất R32 có thành ph¿n đơn chất đ¿t tiêu chuÁn khí thải GWP (550) thấp
hơn so với môi chất R410A (1980) giảm lưÿng khí thải 75% đáp āng u c¿u bảo vệ
mơi trưßng, giảm thiểu hiệu āng phá hÿy t¿ng Ozon, giảm hiệu āng nhà kính.

- Hiệu suất l¿nh lớn hơn hẳn (hơn 1,6 l¿n R410A, hơn 6,1 l¿n R22) nên sử dāng
môi chất R32 sẽ tiết kiệm năng lưÿng hơn , tiết kiệm khái lưÿng môi chất n¿p thêm hơn.

- Làm l¿nh nhanh, sâu hơn hẳn R22, R410.
- Máy l¿nh sử dāng mơi chất R32 có chỉ sá COP (coefficient of peformance)
lên tới 6,1 l¿n, góp ph¿n tiết kiệm năng lưÿng.
2.2.2. Nh°ÿc điÃm
- Khó lắp đặt, bảo trì hơn c¿n thÿ có chun mơn và tay nghề.
- Giá thành cao.
- Môi chất R32 đưÿc kiểm định là lo¿i môi chất l¿nh dễ cháy.

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 7

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
CH¯¡NG 3: TÍNH TON THIắT Kắ Hị THNG LắNH GHẫP TNG Sỵ
DĀNG MƠI CHÂT CO2 VÀ R32

3.1 Tính tốn các giá trß nhißt độ ban đÅu
Nguyên lý ho¿t đáng cÿa chu trình đưÿc thể hiện á hình 3.1: á đây hệ tháng là hệ

tháng l¿nh ghép t¿ng gồm 2 chu trình l¿nh khác nhau sử dāng 2 lo¿i mơi chất khác nhau.
Đ¿u tiên, ta sẽ xét chu trình l¿nh t¿ng thấp sử dāng môi chất CO2, CO2 á tr¿ng thái hơi
quá nhiệt đi vào máy nén thực hiện quá trình nén đo¿n nhiệt, CO2 đưÿc nén lên áp suất
cao và nhiệt đá cao sẽ đi vào thiết bị trao đổi nhiệt ghép t¿ng để nhả nhiệt đẳng áp. Sau
đó, mơi chất á tr¿ng thái lßng bảo hịa đi vào van tiết lưu thực hiên quá trình tiết lưu
đẳng enthalpy, lúc này mơi chất có áp suất thấp và nhiệt đá thấp đi vào thiết bị bay hơi,
á đây mơi chất sẽ nhận nhiệt đẳng áp từ mơi trưßng để bác hơi và quay trá về máy nén
để tiếp tāc chu trình. Tiếp theo, ta xét chu trình l¿nh á t¿ng cao sử dāng mơi chất R32,
á chu trình l¿nh này cũng tương tự như chu trình l¿nh t¿ng cao sử dāng môi chất CO2,
nhưng nhiệm vā cÿa chu trình l¿nh này là đi giải nhiệt cho mơi chất CO2 á tr¿ng thái áp
suất cao, nhiệt đá cao.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị p-h cÿa hệ tháng l¿nh ghép t¿ng dùng

mơi chất R32 và CO2

Hình 3.1 thể hiện sơ đồ máy l¿nh ghép t¿ng. Chu trình t¿ng cao ký hiệu là 11, 21, 31,

41 và chu trình t¿ng thấp ký hiệu là 12, 22, 32, 42. Thiết bị bay hơi cÿa t¿ng cao đồng thßi

là thiết bị ngưng tā cÿa t¿ng thấp đưÿc gọi là thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ tháng ghép

t¿ng. Với t¿ng cao dùng môi chất là R32, t¿ng thấp dùng môi cht l CO2 (R744), nng

sut lnh yờu cu: 0/ỵ2 = 1 ýỵ v nhit ỏ phũng yờu cu: tp = -26 °ÿ.

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 8

Báo cáo Nghiên Cāu Khoa Học
3.1.1 Tính tốn nhißt độ ng°ng tā ã tÅng cao (dùng môi chÃt R32)

Hệ tháng dùng thiết bị ngưng tā giải nhiệt bằng khơng khí.

Chọn nhiệt đá mơi trưßng á thành phá Hồ Chí Minh: āÿĂ = 31 °ÿ ( có mái che).
Chọn nhiệt đá khơng khí trước khi vào thiết bị giải nhiệt bằng nhiệt đá mơi

trưßng nên: ā���㕊1 = āÿĂ = 31°ÿ.
Nhiệt đá khơng khí ra khßi thiết bị ngưng tā: ā���㕊2 = ā���㕊1 + (3 ÷ 5) [8]
= 31 + 5 = 36°ÿ

Nhiệt đá ngưng tā: ā���㕘1 = ā���㕊2 + &ā���㕘
ýớÿ &ā���㕘 = (5 ÷ 15)°ÿ là hiệu nhiệt đá giữa mơi chất l¿nh và khơng khí [8].
Vậy ā���㕘1= 36 + 5 = 41 .

3.1.2 Tớnh toỏn nhiòt bay hÂi tÅng thÃp (dùng môi chÃt CO2)

ā02 = āĀ 2 &ā0 [8]
Với ā02: nhiệt đá bay hơi t¿ng thấp.

āĀ: nhiệt đá buồng l¿nh yêu c¿u.
&ā0: là hiệu nhiệt đá yêu c¿u &ā0 = 8 ÷ 13°ÿ [8].
Vậy ā02 = 226 2 10 = 236 °ÿ.

3.1.3 Tính tốn nhißt độ ã thi¿t bß trao đái nhißt

ā���㕘1 2 ā01 = ā���㕘2 2 ā02 [9]
 41 - ā01 = ā���㕘2 - (-36)
 ā���㕘2 + ā01 = 5 (1)
Vì hệ tháng dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu áng lồng áng nên:

&ā = ā���㕘2 2 ā01 = 5 (2)
Với &ā là đá chênh lệch nhiệt đá giữa nhiệt đá ngưng tā cÿa môi chất t¿ng thấp

và nhiệt đá bay hơi cÿa môi chất á t¿ng cao trong thiết bị trao đổi nhiệt.
Từ (1) và (2)  { āā ���㕘2 = 5°ÿ 01 = 0 °ÿ

3.2. Tính tốn tÅng thÃp (dùng mơi chÃt CO2)

3.2.1. Tính tốn, thi¿t lÁp thơng sá các điÃm nút

Tra bảng hơi bão hòa CO2 [7] ta đưÿc:

ā���㕘2 = 7°ÿ => ý���㕘2 = 39,7 Āÿÿ

ā02 = 236℃ => ý02 = 11,6 Āÿÿ

GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 9