2

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

MỞ ĐẦU
Năng lượng sử dụng trong ngành chế biến thực phẩm nói chung và thủy hải sản nói
riêng chủ yếu là điện năng. Đối với một nhà máy chế biến thực phẩm, điện năng tiêu thụ
trong hệ thống lạnh chiếm khoảng 85% tổng năng lượng tiêu thụ. Vận hành hiệu quả hệ
thống lạnh góp phần giảm điện năng tiêu thụ và tăng khả năng cạnh tranh của doanh
nghiệp là vấn đề cấp bách hiện nay.
Quá trình làm lạnh hay cấp đông sản phẩm là quá trình liên tục, sự gián đoạn ngoài
ý muốn hay vận hành không đúng quy trình thiết bị của hệ thống lạnh sẽ gây tổn thất lớn
về kinh tế của nhà máy. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghệ sinh học hay hệ
thống lạnh và điều hòa không khí việc ngừng máy bị động do sự cố không những gây ảnh
hưởng lớn đến tổn thất năng lượng mà còn làm tăng nhiệt độ của môi trường làm lạnh hay
cấp đông do tổn thất nhiệt dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm gây thiệt hại lớn cho doanh
nghiệp.
Để đảm bảo quá trình làm lạnh hay cấp đông diễn ra một cách liên tục, hệ thống
máy lạnh phải thỏa mãn đồng thời rất nhiều yếu tố, trong đó vận hành thiết bị đúng kỹ
thuật và bảo dưỡng thiết bị đúng quy trình mang ý nghĩa quyết định đến tiêu hao năng
lượng của nhà máy.
Với các hệ thống lạnh thông thường tại Việt Nam khi vận hành đúng quy trình, bảo
dưỡng hợp lý có thể giảm chi phí năng lượng từ 15% trở lên, giúp cho doanh nghiệp tăng
khả năng cạnh tranh và giảm phát thải khí nhà kính.
Ban quản lý Dự án “Chuyển hóa Carbon thấp trong lĩnh vực tiết kiệm năng
lượng” - LCEE trân trọng giới thiệu tài liệu “CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP”. Tài liệu được phát hành phục vụ hỗ trợ chuyên
gia trong nghiên cứu, tư vấn, tham khảo. Mọi sao chép dưới bất kỳ hình thức phải được sự
đồng ý của Tổng cục Năng lượng - Bộ Công Thương.

Tài liệu này được biên soạn với mục đích cung cấp cho người vận hành hệ thống
lạnh quy trình vận hành hợp lý và các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh
công nghiệp. Nội dung tài liệu gồm có các phần sau:
- Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh;
- Cơ sở lý luận đánh giá hiệu suất hệ thống lạnh;
- Quy trình vận hành hệ thống lạnh hợp lý;
- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống;
- Tối ưu hóa quá trình vận hành thiết bị trong hệ thống lạnh;
- Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh.
Mọi góp ý, thắc mắc vui lòng liên hệ:
Ban Quản lý dự án LCEE
Địa chỉ: 21 Ngô Quyền, Hoàn Kiếm, Hà Nội
Email:
Website: www.lcee.vn

DỰ ÁN LCEE

2


3

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

MỤC LỤC
Mở đầu
Danh mục ký hiệu viết tắt
Chương 1 Nguyên lý hoạt động và hiệu suất của hệ thống lạnh
1.1 Tổng quan
1.1.1

Phân loại hệ thống lạnh
1.1.2
Môi chất lạnh
1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh
1.2.1
Hệ thống lạnh một cấp nén
Hệ thống lạnh hai cấp nén
1.2.2
1.3 Đánh giá hiệu suất làm lạnh của hệ thống lạnh
Chương 2 Quy trình vận hành hệ thống lạnh và các yếu tố ảnh hưởng
trong quá trình vận hành
2.1 Quy trình vận hành hệ thống lạnh
2.1.1
Quy định chung
Yêu cầu đối với người vận hành
2.1.2
2.1.3
Vận hành hệ thống lạnh
Vận hành hiệu quả thiết bị trong hệ thống lạnh
2.1.4
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của hệ thống lạnh
2.2.1
Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi
2.2.2
Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ
2.2.3
Ảnh hưởng của độ quá nhiệt
2.2.4
Ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ bay hơi
Ảnh hưởng của khí không ngưng

2.2.5
2.2.6
Ảnh hưởng của nước có trong môi chất lạnh
Ảnh hưởng của chế độ bôi trơn
2.2.7
2.2.8
Ảnh hưởng của chế độ làm mát máy nén
2.2.9
Ảnh hưởng của chất lượng cách nhiệt
2.2.10 Ảnh hưởng của công nghệ
2.1.11 Một số yếu tố ảnh hưởng khác
Chương 3 Tối ưu hóa quá trình vận hành và tiềm năng tiết kiệm năng lượng
trong hệ thống lạnh
3.1
Tối ưu hóa quá trình vận hành máy nén
3.1.1
Điều khiển theo bậc
3.1.2
Điều khiển van trượt
3.1.3
Điều khiển số vòng quay
3.1.4
Tái tuần hoàn môi chất từ đầu nén về đầu hút của máy nén
3.2
Tối ưu hóa quy trình vận hành thiết bị ngưng tụ
3.3
Tối ưu hóa quy trình vận hành thiết bị bay hơi
DỰ ÁN LCEE

2

5
6
6
6
6
10
10
15
20
23
23
24
24
24
31
32
33
34
35
36
37
38
41
41
41
43
44
45
45
45

46
46
47
47
48
3


4

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

3.4
3.5

Tối ưu hóa quá trình xả băng bằng gas nóng
Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lạnh và Tiềm năng
tiết kiệm năng lượng
3.5.1
Điểu khiển công suất máy nén theo phụ tải
3.5.2
Cải tạo máy nén nâng cao hiệu suất
3.5.3
Xả khí không ngưng trong hệ thống lạnh
3.5.4
Sử dụng hệ thống chống bám cáu cặn trong thiết bị ngưng tụ
3.5.5
Tách nước có trong hệ thống lạnh
Xả dầu trong thiết bị bay hơi
3.5.6

3.5.7
Giảm tổn thất áp suất trên đường ống hút
3.5.8
Phương pháp xả tuyết bằng gas nóng
3.5.9
Sử dụng biến tần cho bơm và quạt
3.5.10 Các giải pháp tiết kiệm năng lượng khác
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

48
48
48
50
51
53
55
60
60
62
63
66
70
71

DỰ ÁN LCEE

4



5

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
AKD
Biến tần
AKS 21
Cảm biến nhiệt độ
AKS 32R
Cảm biến áp suất
AKS 33
Cảm biến áp suất
AKS 38
Công tắc phao
AKS 41
Cảm biến mức
AKVA
Van tiết lưu điện tử
AMV 20
Cơ cấu điều khiển 3 điểm
BSV
Van an toàn
DCR
Phin sấy lọc
DSV
Van chặn hai ngã
EKC 202
Bộ điều khiển nhiệt độ
EKC 315A

Bộ điều khiển tích hợp dàn lạnh
EKC 331
Điều khiển công suất
EKC 347
Điều khiển mức
EKC 361
Điều khiển nhiệt độ môi trường
EVRA/EVRAT
Van Solenoid
FIA
Phin lọc
ICM/ICAD
Motor van
ICS
Van servo
KDC
Van đầu nén
LLG
Kính xem mức lỏng
MLI
Kính xem lỏng
MP 55A
Bộ điều khiển chênh áp suất
NRVA
Van một chiều cho hệ thống NH3
OFV
Van chống tràn
RT 107
Themostat
RT 1A

Bộ điều khiển áp suất
RT 260A
Bộ điều khiển áp suất
RT 5A
Bộ điều khiển áp suất
SCA
Van chặn
SFA
Van an toàn
SGR
Kính xem lỏng
SNV
Van chặn dạng kim
SV 1-3
Bộ điều chỉnh mức lỏng
SV 4-6
Bộ điều chỉnh mức lỏng
SVA
Van chặn
TEA/TEAT
Van tiết lưu
VM 2
Van cân bằng áp suất
WVS
Van nước
WVTS
Van nước
DỰ ÁN LCEE

5



6

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Chương 1
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG LẠNH
Nội dung chương 1 trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh gồm hệ thống
sử dụng máy nén một cấp và máy nén hai cấp, giúp người vận hành có kiến thức cơ bản về
hệ thống lạnh, từ đó vận hành hệ thống lạnh hiệu quả hơn.
1.1 Tổng quan
1.1.1 Phân loại hệ thống lạnh
Quá trình làm lạnh là quá trình tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp bằng hệ thống
máy lạnh theo mục đích sử dụng. Tùy theo yêu cầu thực tế mà hệ thống máy lạnh sẽ tạo ra
môi trường có nhiệt độ khác nhau, ứng với từng yêu cầu cụ thể hệ thống máy lạnh sẽ có
cấu trúc khác nhau và được phân loại như sau:
- Hệ thống cấp đông, đối với hệ thống này môi trường làm lạnh phải có nhiệt độ
t = (-35-45)0C gồm hệ thống cấp đông liên tục (băng chuyền IQF), hệ thống cấp
đông từng mẻ (tủ đông gió ABF và tủ đông tiếp xúc CF).
- Hệ thống trữ đông, nhiệt độ môi trường do hệ thống này tạo ra trong khoảng
t = (-20-25)0C, mục đích sử dụng để bảo quản thực phẩm sau khi cấp đông.
- Hệ thống sản xuất nước đá bao gồm hệ thống sản xuất liên tục (nước đá viên và đá
vảy) và hệ thống sản xuất theo từng mẻ (nước đá cây). Thông thường đối với hệ
thống máy lạnh sản xuất nước đá, nhiệt độ môi trường lạnh được tạo ra khoảng
t = (-7-9)0C;
- Hệ thống kho bảo quản lạnh, đối với hệ thống này tùy thuộc vào loại thực phẩm mà
nhiệt độ môi trường làm lạnh có yêu cầu rất khác nhau, bảo quản thịt, cá, kem trong
khoảng thời gian ngắn t = (-20-10)0C, rau, củ, quả, sữa, đồ hộp… t = (-210)0C;
- Hệ thống điều hòa không khí phục vụ cho con người làm việc, do đó nhiệt độ môi

trường làm lạnh t = (2025)0C. Tuy nhiên, đối với các trường hợp yêu cầu nghiêm
ngặt giới hạn nhiệt độ trên sẽ thay đổi.
Căn cứ vào nhiệt độ do hệ thống máy lạnh tạo ra theo yêu cầu, cấu trúc hệ thống
máy lạnh cũng sẽ khác nhau, gồm hệ thống lạnh sử dụng máy nén một cấp và hệ thống
máy lạnh sử dụng máy nén hai cấp.
1.1.2 Môi chất lạnh
1.1.1.1 Định nghĩa
Môi chất lạnh là loại lưu chất được sử dụng trong hệ thống lạnh, điều hòa không
khí và bơm nhiệt (còn được gọi là chất công tác, môi chất lạnh hay ga lạnh). Nhiệm vụ của
môi chất lạnh là thu nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường, trong quá
trình vận chuyển nhiệt này, môi chất lạnh sẽ xảy ra quá trình biến đổi pha bao gồm quá
trình bay hơi (thu nhiệt) và quá trình ngưng tụ (thải nhiệt). Quá trình biến đổi pha chỉ diễn
ra ở máy lạnh hấp thụ và máy lạnh sử dụng máy nén hơi, đối với hệ thống lạnh sử dụng
không khí làm chất công tác thì không xảy ra quá trình biến đổi pha.

DỰ ÁN LCEE

6


7

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

1.1.1.2 Một số loại môi chất lạnh thông dụng
Căn cứ vào công thức hóa học của môi chất lạnh (ga lạnh), người ta chia thành 6
nhóm riêng biệt, cụ thể như sau:
- Nhóm : Clo –Flo – Carbon: CFCs
- Nhóm: Hydro - Clo –Flo – Carbon: HCFCs
- Nhóm: Hydro - Flo – Carbon: HFCs

- Nhóm: Hydro - Carbon: HCs
- Ammonia
- CO2: Carbonic
Để thuận tiện trong công việc tra cứu tính chất nhiệt động của một số loại môi chất
lạnh thông dụng, tài liệu này sẽ cung cấp số liệu được trình bày trong bảng 1.1, bảng 1.2,
bảng 1.3.
Bảng 1.1 Tính chất nhiệt động của một số loại môi chất lạnh
Môi chất lạnh
Nhiệt độ Nhiệt độ Áp suất Thể tích
đông đặc
tới hạn
tới hạn tới hạn
Ký hiệu
Tên gọi
0
0
tđđ( C)
tth( C)
(kpa)
(l/kg)
R702p Hydrogen,para
−259,3
−240,2
1292
31,82
R702n Hydrogen,normal
−259,2
−239,9
1315
33,21

R720 Neon
−248,6
−228,7
3397
2,07
R728 Nitrogen
−210
−146,9
3396
3,179
R740 Argon
−189,3
−122,49
4860
1,88
R732 Oxygen
−218,8 −118,569
5042,9
2,293
R50 Methane
−182,2
−82,5
4638
6,181
R14 Tetrafluoromethane
−184,9
−45,7
3741
1,598
R1150 Ethylene

−169
9,3
5114
4,37
R744A Nitrous oxide
−102
36,5
7221
2,216
R170 Ethane
−183
32,2
4891
5,182
R23 Trifluoromethane
−155
25,6
4833
1,942
R13 Chlorotrifluoromethane
−181
28,8
3865
1,729
R744 Carbon dioxide
−56,6e
31,1
7372
2,135
R13B1 Bromotrifluoromethane

−168
67
3962
1,342
R32 Difluoromethane
−136
78,4
5830
2,326
R410A R-32/125(50/50)
70,2
4790
1,83
—
R125 Pentafluoroethane
−103,15
66,3
3630,6
—
R1270 Propylene
−185
91,8
4618
4,495
R143a Trifluoroethane
−111,81
72,71
3761
2,32
R290 Propane

−187,7
96,7
4248
4,53
R22 Chlorodifluoromethane
−160
96
4974
1,904
R115 Chloropentafluoroethane
−106
79,9
3153
1,629
R500 R-12/152a(73,8/26,2)
−159
105,5
4423
2,016
R717 Ammonia
−77,7
133
11417
4,245
DỰ ÁN LCEE

7


8


CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Môi chất lạnh
Ký hiệu
R12
R134a
R152a
R402
R124
R600a
R764
R142b
R630
R114
R217
R160
R631
R11
R123
R611
R610
R216c
R30
R113
R1130
R718

Tên gọi
Dichlorodifluoromethane

Tetrafluoro ethane
Difluoro ethane
Methylchloride
Chlorotetrafluoro ethane
Isobutane
Sulfurdioxide
Chlorodifluoroethane
Methylamine
Dichlorotetrafluoroethane
Dichlorofluoromethane
Ethylchloride
Ethylamine
Trichlorofluoromethane
Dichlorotrifluoroethane
Methylformate
Ethylether
Dichlorohexafluoropropane
Methylenechloride
Trichlorotrifluoroethane
Dichloroethylene
Nước

Nhiệt độ
đông đặc
tđđ(0C)
−158
−96,6
−117
−97,8
−199,15

−160
−75,5
−131
−92,5
−94
−135
−138,3
−80,6
−111
−107,15
−99
−116,3
−125,4
−97
−35
−50
0

Nhiệt độ
tới hạn
tth(0C)
112
101,1
113,5
143,1
122,5
135
157,5
137,1
156,9

145,7
178,5
187,2
183
198
183,79
214
194
180
237
214,1
243,3
373,99

Áp suất Thể tích
tới hạn tới hạn
(kpa)
(l/kg)
4113
1,792
4067
1,81
4492
2,741
6674
2,834
3660
—
3645
4,526

7875
1,91
4120
2,297
7455
1,432
3259
4,383
5168
1,717
5267
1,917
5619
3,028
4406
—
3674
1,804
5994
—
3603
—
2753
3,79
6077
1,742
3437
—
5478
1,736

22064
—

Nguồn: ASHRAE handbook, chapter 19, refrigerants, 2001
Mức độ ảnh hưởng đến môi trường (làm nóng bầu khí quyển và phá hủy tầng
ozone) và giới hạn sử dụng của môi chất lạnh được trình bày trong bảng 1.2.

DỰ ÁN LCEE

8


9

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Bảng 1.2 Ảnh hưởng và giới hạn sử dụng của các loại môi chất lạnh
Môi chất
Phạm vi
Nhóm
ODP
GWP
Khuyến cáo
lạnh
sử dụng
R12
Sử dụng đến năm Không còn
CFC
R502
Cao

Cao
1990
sản xuất
R11
HCFC

HFC

R22
R409A
R411B
R134a
R404A
R407B
R410C
R507

Không
ảnh
hưởng
Không
ảnh
hưởng

Rất thấp

Khuyến cáo
không sử dụng
sau năm 1999


Cao

Bắt đầu sử dụng
thay thế cho
CFCs từ năm
1990

HC

R600a
R290
R1270

Không
ảnh
hưởng

Rất thấp

R290 được sử
dụng trong công
nghiệp, R600a
được sử dụng
trong gia dụng

NH3

R717

Không


Rất thấp

Không giới hạn

Chấm dứt
sản xuất năm
2015

Dễ cháy nổ,
tuy nhiên
đây là loại
môi chất
lạnh thay thế
rất tốt cho họ
CFC/HCFC
Độc
hại, gây
cháy nổ, ăn
mòn kim loại
màu

Nguồn: ASHRAE handbook, chapter 19, refrigerants, 2001
Để có một cách nhìn tổng quan về việc lựa chọn loại môi chất lạnh phù hợp, bảng
1.3 so sánh tính chất của một số loại môi chất lạnh điển hình trong cùng điều kiện nhiệt độ
bay hơi T0 = 258K và TK = 303K.
Bảng 1.3 So sánh tính chất nhiệt động của một số loại môi chất lạnh
p0
pk
r

G
Qv
Pe
T
MCL
COP

(Mpa) (Mpa)
(kJ/kg) (g/s)
(L/s)
(kW)
(K)
R170
1,623
4,637 2,86 162,44 6,16
0,0232 0,364 2,74 324
R744
2,291
7,208 3,15 134,24 7,45
0,0123 0,338 2,96 343
R13B1 0,536
1,821 3,39 66,14 15,12 0,0101 0,274 3,65 313
R1270
0,362
1,304
3,6 286,48 3,49
0,007 0,221 4,54 375
R290
0,291
1,077 3,71 279,88 3,57

0,0074 0,211 4,74 320
R502
0,349
1,319 3,78 104,39 9,58
0,008 0,226 4,43 310
R507A 0,381
1,465 3,84 109,98 9,09
0,0089 0,239 4,18 308
R404A 0,367
1,426 3,88 113,93 8,78
0,0086 0,237 4,21 309
R410A 0,481
1,88
3,91 167,68 5,96
0,0058 0,227 4,41 324
R125
0,4
1,57
3,93 87,76 11,39 0,0098 0,272 3,68 315
R22
0,296
1,19
4,02 163,79 6,09
0,0052 0,215 4,65 327
DỰ ÁN LCEE

9


10


CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

p0
pk
r
G
Qv
Pe
T
COP

(Mpa) (Mpa)
(kJ/kg) (g/s)
(L/s)
(kW)
(K)
R12
0,183
0,745 4,07 116,58 8,58
0,0066 0,213 4,69 311
R500
0,214
0,879 4,11 140,95 7,09
0,0062 0,213 4,69 314
R407C
0,29
1,264 4,36 162,28 6,16
0,0055 0,222 4,51 320
R600a

0,089
0,407
4,6 262,84
3,8
0,007
0,22 4,55 318
R134a
0,164
0,77
4,69 149,95 6,66
0,0056 0,217 4,6
309
R124
0,09
0,44
4,89 118,49 8,44
0,0063 0,224 4,47 305
R717
0,236
1,164 4,94 1102,2 0,91
0,0015 0,207 4,84 371
R600
0,056
0,283 5,05 292,01 3,42
0,006 0,214 4,68 318
R114
0,047
0,252 5,41 99,19 10,08
0,007 0,225 4,44 303
R11

0,02
0,126 6,24 156,22
6,4
0,0044 0,196 5,09 313
R123
0,016
0,11
7,06 142,76
7
0,0048 0,205 4,86 305
R113
0,007
0,054 7,84 127,34 7,85
0,0051 0,205 4,88 303
Nguồn: ASHRAE handbook, chapter 19, refrigerants, 2001
1.2
Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh
1.2.1 Hệ thống lạnh một cấp nén
Hệ thống máy lạnh sử dụng một cấp nén phục vụ cho nhu cầu về bảo quản lạnh,
bảo quản đông, sản xuất nước đá và điều hòa không khí, thiết bị chính của hệ thống này
gồm máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị tiết lưu (van tiết lưu hoặc ống mao) và thiết bị bay
hơi.
Hệ thống lạnh sử dụng máy nén một cấp được thiết kế theo 3 loại chu trình chính:
chu trình khô (chu trình lý tưởng), chu trình quá lạnh và quá nhiệt và chu trình có thiết bị
hồi nhiệt. Nguyên lý làm việc của từng chu trình được trình bày chi tiết ở mục tiết theo.
1.2.1.1 Chu trình máy lạnh một cấp – chu trình khô
a. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị lgp-h
Chu trình hệ thống lạnh sử dụng máy nén một cấp (chu trình khô) được thể hiện
trên hình 1.1 và đồ thị hình 1.2, chu trình máy lạnh này gồm 4 thiết bị chính: máy nén, thiết
bị ngưng tụ, thiết bị tiết lưu và thiết bị bay hơi. Nhiệm vụ của từng thiết bị được mô tả chi

tiết như sau:
MCL

2

Hấp thu nhiệt

Máy nén
1

Thiết bị ngưng tụ

Dàn lạnh

Van tiết lưu
Thải nhiệt

3

4

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh

DỰ ÁN LCEE

10


CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP


Lgp

11

3

Tiết lưu
4

Thải nhiệt
Ngưng tụ

Thu nhiệtbay hơi

2

1

h

Hình 1.2 Biểu diễn nguyên lý làm việc trên đồ thị lgp-h
b. Cấu tạo - nguyên lý hệ thống lạnh

Cấu tạo gồm 4 phần:
- Máy nén: là thiết bị tạo độ chênh áp suất (giữa phần thấp áp p0và cao áp pktrong hệ
thống) giúp tuần hoàn môi chất lạnh trong hệ thống. Đầu vào máy nén là hơi môi
chất lạnh ra khỏi thiết bị bay hơi, hơi đầu ra máy nén sẽ vào thiết bị ngưng tụ.
- Thiết bị ngưng tụ: là thiết bị trao đổi nhiệt; là nơi môi chất lạnh ở trạng thái hơi quá
nhiệt có nhiệt độ và áp suất cao từ máy nén vào nhả nhiệt cho tác nhân giải nhiệt
(nước, không khí hoặc nước kết hợp với không khí) để trở thành trạng thái lỏng sôi

hoặc chưa sôi ở cùng áp suất đi đến bộ phận tiết lưu. Nếu thiết bị ngưng tụ được
giải nhiệt bằng nước thì gọi là bình ngưng, nếu giải nhiệt bằng không khí thì gọi là
dàn ngưng. Quá trình ngưng tụ được thể hiện trên hình 1.3.
Môi chất lạnh vào

t(0 C)
Quá
lạnh

Môi chất lạnh
ngưng tụ
Môi chất giải
nhiệt

F(m2 )

Môi chất lạnh ra

-

Hình 1.3 Quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh tại thiết bị ngưng tụ
Bộ phận tiết lưu: là thiết bị tạo hơi bão hòa ẩm từ trạng thái lỏng sôi hoặc lỏng chưa
sôi; trước bộ phận tiết lưu là lỏng môi chất lạnh áp suất cao pk ra khỏi thiết bị
ngưng tụ, sau bộ phận tiết lưu là môi chất lạnh bão hòa ẩm áp suất thấp p0 đi vào
DỰ ÁN LCEE

11


12


-

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

thiết bị bay hơi. Bộ phận này có thể là ống tiết lưu (ống mao), van tiết lưu cân bằng
trong, van tiết lưu cân bằng ngoài hay van tiết lưu điện tử.
Thiết bị bay hơi: là thiết bị trao đổi nhiệt; là nơi môi chất lạnh ở trạng thái hơi bão
hòa ẩm ở nhiệt độ và áp suất thấp sau van tiết lưu nhận nhiệt từ môi trường (nước,
không khí, vật thể như thực phẩm) cần làm lạnh để biến thành hơi bão hòa khô
hoặc hơi quá nhiệt ở cùng áp suất trước khi vào máy nén. Quá trình thu nhiệt và
bay hơi của môi chất lạnh được thể hiện trên hình 1.4
Lưu chất cần làm lạnh

Môi chất lạnh
ở trạng thái
hơi bão hòa
khô

Môi chất lạnh
ở trạng thái
lỏng bão hòa
MCL quá
lạnh

Hơi bão
hòa ẩm

Hơi bão
hòa khô


Hình 1.4 Quá trình bay hơi của môi chất lạnh tại thiết bị bay hơi
Nguyên lý làm việc
- Quá trình 1-2: là giai đoạn nén diễn ra trong máy nén. Về lý thuyết đây là quá trình
nén đoạn nhiệt (đẳng Entropi). Hơi từ điểm 1 là hơi bão hòa khô ở áp suất thấp – áp
suất bay hơi (áp suất môi chất trong thiết bị bay hơi) được máy nén nén lên điểm 2
là trạng thái hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao ở áp suất cao – áp suất ngưng tụ (áp suất
trong thiết bị ngưng tụ).
- Quá trình 2-3: là giai đoạn ngưng tụ diễn ra trong thiết bị ngưng tụ: bao gồm 2 giai
đoạn (hình 1.3): khử độ quá nhiệt và ngưng tụ hơi bão hòa ẩm, diễn ra ở áp suất
cao- áp suất ngưng tụ. Giai đoạn khử độ quá nhiệt có nhiệt độ giảm dần bắt đầu từ
điểm 2. Giai đoạn ngưng tụ ngưng tụ hơi bão hòa ẩm diễn ra ở cùng một nhiệt độ nhiệt độ ngưng tụ (quan hệ với áp suất ngưng tụ) kết thúc tại điểm 3 là điểm bão
hòa lỏng (lỏng sôi).
- Quá trình 3-4: là giai đoạn tiết lưu diễn ra tại bộ phận tiết lưu. Giai đoạn này về lý
thuyết là giai đoạn enthalpy vào bằng enthalpy ra. Giai đoạn này bắt đầu từ điểm 3
và kết thúc tại điểm 4 là trạng thái bão hòa ẩm ở áp suất thấp – áp suất bay hơi (áp
suất trong thiết bị bay hơi).
- Quá trình 4-1: là giai đoạn thu nhiệt-bay hơi diễn ra trong thiết bị bay hơi (hình
1.4). Giai đoạn này bắt đầu tại điểm 4 và kết thúc tại điểm 1 ở cùng áp suất và nhiệt
độ thấp – áp suất bay hơi.
1.2.1.2 Chu trình máy lạnh một cấp – có quá lạnh , quá nhiệt
Đối với chu trình máy lạnh lý tưởng (chu trình khô), môi chất lạnh hút về máy nén
là hơi bão hòa khô, tuy nhiên trong thực tế môi chất lạnh hút vào máy nén thông thường là
hơi bão hòa ẩm (có một lượng lỏng môi chất lạnh hòa trộn với hơi), điều này dẫn đến hiện
tượng va đập thủy lực và gây hư hỏng cho máy nén.
Trong thực tế hơi môi chất lạnh hút vào máy nén có độ quá nhiệt khác nhau, tùy
thuộc vào loại môi chất, ví dụ NH3 có độ quá nhiệt T = (515) K, Freon T = (2020)K.


DỰ ÁN LCEE


12


13

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Do đó mục đích sử dụng chu trình có quá lạnh – quá nhiệt là tăng năng suất lạnh,
tránh va đập thủy lực tại máy nén, sơ đồ nguyên lý của chu trình có quá lạnh, quá nhiệt
được trình bày trên hình 1.5 và đồ thị 1.6.

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh

Hình 1.6 Biểu diễn trên đồ thị lgp-h

Nguyên lý làm việc của hệ thống
Về nguyên lý hoạt động của chu trình tương tự chu trình khô, tuy nhiên có hai điểm
khác biệt cơ bản gồm quá trình (1-1’) quá nhiệt hơi môi chất lạnh trước khi hút về máy nén
và quá trình (3-3’) quá lạnh môi chất lạnh trước khi qua tiết lưu. Nguyên lý làm việc của
chu trình được thể hiện trên hình 1.6 và được mô tả chi tiết như sau:
 Quá trình 4-1: là quá trình thu nhiệt-bay hơi diễn ra trong thiết bị bay hơi.
Quá trình này bắt đầu tại điểm 4 và kết thúc tại điểm 1 ở cùng áp suất và
nhiệt độ thấp – áp suất bay hơi.
 Quá trình 1-1’: là quá trình quá nhiệt hơi môi chất lạnh trước khi hút vào
máy nén (quá trình đẳng áp).
 Quá trình 1’-2: là quá trình nén diễn ra trong máy nén. Về lý thuyết đây là
quá trình nén đoạn nhiệt (đẳng Entropi). Hơi từ điểm 1’ là hơi quá nhiệt ở
áp suất thấp – áp suất bay hơi (áp suất trong thiết bị bay hơi) được máy nén
nén lên điểm 2 là trạng thái hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao ở áp suất cao – áp

suất ngưng tụ (áp suất trong thiết bị ngưng tụ).
 Quá trình 2-3: là quá trình ngưng tụ diễn ra trong thiết bị ngưng tụ: bao gồm
2 quá trình: khử độ quá nhiệt và ngưng tụ hơi bão hòa ẩm, diễn ra ở áp suất
cao- áp suất ngưng tụ. Quá trình khử độ quá nhiệt có nhiệt độ giảm dần bắt
đầu từ điểm 2. Quá trình ngưng tụ ngưng tụ hơi bão hòa ẩm diễn ra ở cùng
một nhiệt độ - nhiệt độ ngưng tụ (quan hệ với áp suất ngưng tụ) kết thúc tại
điểm 3 là điểm bão hòa lỏng (lỏng sôi).
 Quá trình 3-3’: quá lạnh đẳng áp môi chất lạnh tại thiết bị quá lạnh, nhiệt độ
môi chất lạnh giảm trong quá trình này.
 Quá trình 3’-4: là quá trình tiết lưu diễn ra tại bộ phận tiết lưu. Quá trình
này bắt đầu từ điểm 3’ và kết thúc tại điểm 4 là trạng thái bão hòa ẩm ở áp
suất thấp – áp suất bay hơi (áp suất trong thiết bị bay hơi) h3’=h4.
1.2.1.3 Chu trình máy lạnh một cấp – chu trình có thiết bị hồi nhiệt
Đối với một số hệ thống lạnh người ta sử dụng thiết bị hồi nhiệt với mục đích tăng
hiệu suất nhiệt của chu trình đồng thời tăng độ quá nhiệt của môi chất lạnh trước khi hút về
máy nén nhằm tránh hiện tượng va đập thủy lực tại máy nén, chu trình hệ thống lạnh có

DỰ ÁN LCEE

13


14

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

thiết bị hồi nhiệt được thể hiện trên hình 1.7 và nguyên lý làm việc được biểu thị trên đồ thị
1.8.
1


C

3'

B

D

G
F

E
3
1'

4

2

A

Hình 1.7 Chu trình hệ thống lạnh có thiết bị hồi nhiệt

Hình 1.8 Biểu diễn nguyên lý làm việc trên đồ thị lgp-h
Nguyên lý làm việc của hệ thống
Nguyên lý làm việc của chu trình tương tự chu trình khô, điểm khác biệt cơ bản
giữa hai chu trình: chu trình có thiết bị hồi nhiệt có thiết kế thêm thiết bị hồi nhiệt, nhiệm
vụ của thiết bị này là thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa hơi môi chất lạnh sau khi ra
khỏi thiết bị bay hơi với môi chất lạnh sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ. Như vậy, môi chất
lạnh trước khi qua thiết bị tiết lưu được quá lạnh, đồng thời hơi môi chất lạnh trước khi hút

vào máy nén được quá nhiệt, sơ đồ nguyên lý của thiết bị hồi nhiệt được thể hiện trên hình
1.9.

Hình 1.9 Cấu tạo thiết bị hồi nhiệt,1 – hơi vào, ra; 2 – lỏng vào, ra;

DỰ ÁN LCEE

14


15

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Các quá trình làm việc của hệ thống lạnh
 Quá trình 4-1: là quá trình thu nhiệt-bay hơi diễn ra trong thiết bị bay hơi.
Quá trình này bắt đầu tại điểm 4 và kết thúc tại điểm 1 ở cùng áp suất và
nhiệt độ thấp – áp suất bay hơi.
 Quá trình 1-1’: là quá trình quá nhiệt hơi môi chất lạnh tại thiết bị hồi nhiệt
trước khi hút vào máy nén ( quá trình đẳng áp).
 Quá trình 1’-2: là quá trình nén diễn ra trong máy nén. Về lý thuyết đây là
quá trình nén đoạn nhiệt (đẳng Entropi). Hơi từ điểm 1’ là hơi quá nhiệt ở
áp suất thấp – áp suất bay hơi (áp suất trong thiết bị bay hơi) được máy nén
nén lên điểm 2 là trạng thái hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao ở áp suất cao – áp
suất ngưng tụ (áp suất trong thiết bị ngưng tụ).
 Quá trình 2-3: là quá trình ngưng tụ diễn ra trong thiết bị ngưng tụ: bao gồm
2 quá trình: khử độ quá nhiệt và ngưng tụ hơi bão hòa ẩm, diễn ra ở áp suất
cao- áp suất ngưng tụ. Quá trình khử độ quá nhiệt có nhiệt độ giảm dần bắt
đầu từ điểm 2. Quá trình ngưng tụ ngưng tụ hơi bão hòa ẩm diễn ra ở cùng
một nhiệt độ - nhiệt độ ngưng tụ (quan hệ với áp suất ngưng tụ) kết thúc tại

điểm 3 là điểm bão hòa lỏng (lỏng sôi).
 Quá trình 3-3’: quá lạnh đẳng áp môi chất lạnh tại thiết bị hồi nhiệt, nhiệt độ
môi chất lạnh giảm trong quá trình này.
 Quá trình 3’-4: là quá trình tiết lưu diễn ra tại bộ phận tiết lưu. Quá trình
này bắt đầu từ điểm 3’ và kết thúc tại điểm 4 là trạng thái bão hòa ẩm ở áp
suất thấp – áp suất bay hơi (áp suất trong thiết bị bay hơi) h3’=h4.
1.2.1.4 Một số lưu ý
Căn cứ vào tính chất nhiệt động của môi chất lạnh, để hệ thống lạnh làm việc hiệu
quả, việc lựa chọn chu trình thiết kế có ý nghĩa rất quan trọng đến tiêu hao năng lượng
trong hệ thống lạnh. Đối với hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh NH3 khuyến cáo không
nên sử dụng thiết bị hồi nhiệt, thiết bị hồi nhiệt chỉ được sử dụng cho hệ thống Freon.
1.2.2 Hệ thống lạnh hai cấp nén
Trong thực tế, đối với thực phẩm cần bảo quản trong thời gian dài đòi hỏi nhiệt độ
sản phẩm phải đủ thấp (t <-180C) để kìm hãm quá trình phân hủy do quá trình lên men và
sự phát triển của vi sinh vật bên trong sản phẩm. Do đó cần thiết có một môi trường nhiệt
độ thấp, thông thường nhiệt độ môi trường do hệ thống lạnh tạo ra t < -350C, nghĩa là nhiệt
độ bay hơi của môi chất lạnh phải thấp hơn t0<-400C. Trong trường hợp này áp suất bay
p
hơi p0 phải đủ nhỏ, áp suất ngưng tụ pk lớn dẫn đến tỷ số tăng áp k tăng cao ảnh hưởng
p0
đến quá trình làm việc của hệ thống, cụ thể:
- Giảm hiệu suất máy nén;
- Tăng tổn thất trên các van;
- Giảm năng suất lạnh;
- Tăng nhiệt độ cuối tầm nén ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn.
Điều kiện sử dụng hệ thống lạnh với máy nén 2 cấp:
p
- Đối với NH3 khi k  9
p0
DỰ ÁN LCEE


15


16

-

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Đối với freon

pk
 13
p0

Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp thông thường có ba dạng sau:
- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp, hai tiết lưu làm mát trung gian không hoàn
toàn.
- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp, hai tiết lưu làm mát trung gian hoàn toàn.
- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp, sử dụng bình trung gian là thiết bị trao đổi
nhiệt.
- Phần tiếp theo trình bày nguyên lý làm việc của các hệ thống lạnh sử dụng máy nén
hai cấp.
1.2.2.1 Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp, hai tiết lưu làm mát trung gian hoàn
toàn
Mục đích hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp theo nguyên lý làm mát trung
gian hoàn toàn là giảm độ quá nhiệt của hơi môi chất lạnh hút vào máy nén cao áp, tránh
hiện tượng nhiệt độ cuối tầm nén cao áp quá cao ảnh hưởng đến hiệu suất máy cũng như
quá trình bôi trơn trong máy nén.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp hai van tiết
lưu làm mát trung gian hoàn toàn được thể hiện trên hình 1.10.
XCA

4
3'

3

NT

Qk

LTG

BTG
5
6

QL

Qql
5'

TL1

2

TL2


5"

BH

6'

1

XHA

1'

Q0
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
lgp

T

Hình 1.10 a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
4

pk, tk

5' 5

6

5"
6'


ptg, ttg
p0, t0

5'

2

5

3

6

3'

5"

pk, tk
ptg, ttg

4

3'

3 2

1'
1

6'


p0, t0

1

1'

S
b. đồ thị T-S

h
c. đồ thị lgp-h

DỰ ÁN LCEE

16


17

5'

TL2

5"

TL1

BH


6'

1

1'

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP
Q0

a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
lgp

T

4

pk, tk

5' 5

6

5"
6'

pk, tk

5

5'


2
3

ptg, ttg

6

3'

p0, t0

ptg, ttg

5"

4
3 2

3'

1'
1

p0, t0

6'

1


1'

S

h
c. đồ thị lgp-h

b. đồ thị T-S

Hình 1.10b. Đồ thị T-S, c. Đồ thị lgp-h

6

QL

Qql

LTG

NT

Nguyên lý hoạt động
Môi chất lạnh sau khi ra khỏi máy nén cao áp (XCA) ứng với trạng thái (4) đi vào
thiết bị ngưng tụ (NT), tại thiết bị ngưng tụ, môi chất lạnh trao đổi nhiệt với môi chất giải
nhiệt thực hiện quá trình ngưng tụ, sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ môi chất lạnh ở trạng
thái lỏng bão hòa (5), từ đây môi chất lạnh được quá lạnh tại thiết bị quá lạnh (QL) đến
trạng thái (5’). Toàn bộ lượng môi chất lạnh này đi qua van tiết lưu thứ nhất (TL1) thực
hiện quá trình tiết lưu giảm áp suất đến áp suất trung gian ptg(5’’) và đi vào bình trung gian
(BTG), tại BTG một lượng lỏng và hơi môi chất lạnh hòa trộn với hơi môi chất lạnh đến từ
máy nén hạ áp để tạo thành hơi bão hòa khô (3’) và hút về máy nén cao áp, lượng lỏng môi

chất lạnh còn lại (6) tiếp tục đi qua van tiết lưu 2 (TL2) thực hiện quá trình tiết lưu giảm áp
suất đến p0 , sau tiết lưu (6’) môi chất lạnh đi vào thiết bị bay hơi (BH) để hấp thu nhiệt từ
môi trường cần làm lạnh, sau thiết bị BH, môi chất lạnh ở trạng thái hơi bão hòa khô (1)
được hút vào máy nén hạ áp (XHA). Tại XHA thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt môi chất
lạnh tăng áp suất đến ptg và đi vào BTG. Sau khi ra khỏi BTG, môi chất lạnh được hút vào
XCA và được nén đoạn nhiệt đến áp suất ngưng tụ pk và đi vào bình ngưng, kết thúc một
chu trình hoạt động của máy nén.
1.2.2.2 Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp, hai tiết lưu làm mát trung gian
không hoàn toàn
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp hai van tiết
lưu làm mát trung gian hoàn toàn được thể hiện trên hình 1.11.
4
3'’
3'
XCA
3
Qk
BTG
5
TL2

5"

5' TL1

6'

BH

2

1

Q0

1'
XHA

a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh

Hình 1.11 a. Sơ đồ nguyên
lgp lý hệ thống lạnh

T

4

5

pk, tk

DỰ ÁN LCEE
5

pk, tk

4

17



18

6

QL

Qql

2

BH

TL2

5" NĂNG LƯỢNG
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT
1 HỆ1'THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP
6' TRONG
TL1 KIỆM
5'

XHA

Q0
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
T

lgp
4


5'
6

pk, tk

5
5"
6'

ptg, ttg
p0, t0

5'

2

5

3

3"

3'

6

5"

pk, tk


4

ptg, ttg

3' 3" 3 2

1'
1

6'

p0, t0

1

S

b. đồ thị T-S

1'
h

c. đồ thị lgp-h

Hình 1.11b. Đồ thị T-S, c. Đồ thị lgp-h
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của chu trình hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp hai tiết
lưu làm mát trung gian không hoàn toàn về cơ bản giống với chu trình làm mát trung gian
hoàn toàn, điểm khác biệt cơ bản giữa hai chu trình là quá trình làm mát hơi môi chất lạnh
sau khi ra khỏi máy nén hạ áp.

Về mặt năng lượng, chu trình hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp làm mát trung
gian hoàn toàn hiệu quả hơn chu trình hệ thống lạnh làm mát trung gian không hoàn toàn
do môi chất lạnh hút về máy nén cao áp là hơi bão hòa khô giảm công tiêu hao cho máy
nén cao áp.
1.2.2.3 Hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp, sử dụng bình trung gian là thiết bị
trao đổi nhiệt
Chu trình hệ thống lạnh sử dụng máy nén hai cấp với bình trung gian có thiết bị
trao đổi nhiệt là chu trình đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay, nó có nhiều ưu điểm
trong vận hành như sau:
- Dễ dàng điều chỉnh và tự động hóa;
- Đơn giản trong vận hành;
- Giảm lượng dầu bôi trơn đi vào thiết bị bay hơi do đó không làm giảm khả năng
trao đổi nhiệt tại thiết bị bay hơi.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh được trình bày trên hình 1.12(a,b,c,d), chu trình
thực tế được trình bày trong phần phụ lục 1.8

DỰ ÁN LCEE

18


19

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

G
G
G2
G2


5
5

TL1
TL1
QLQL

Qql
Qql

3'
3'

BTG
BTG

5"
5"

7
7

5' G1
5' G1

TL2
TL2 6'
6'

a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh

a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
lgp lạnh

T

4
4

T

XCA
XCA

LTG
LTG

NT
NT

Qk
Qk

3
3
G1
G1

BH
BH 1
1

Q0
Q0

2
2
1'
1'

XHA
XHA

lgp
4

7

5' 5
7
5' 5

5"

5"
6'
6'

pk, tk
pk, tk
ptg, ttg
ptg, ttg

p0, t0
p0, t0
b. đồ thị T-S

b. đồ thị T-S

4
3'

3

3

3'

1

1

6'

pk, tk
pk, tk
ptg, ttg
ptg, ttg
p0, t0

6'

p0, t0


7 5' 5

2

7 5' 5

2

5"
1'

5"

1'
S

S

4

4
3' 2

3

1

1'


1

c. đồ thị lgp-h

3' 2

3

1' h
h

c. đồ thị lgp-h

c. Sơ đồ hệ thống lạnh hai cấp nén với bình trung gian ống xoắn
1- Máy nén; 2- Bình chứa cao áp; 3- Bình ngưng; 4- Bình tách dầu; 5- Bình tách lỏng HN;
6- Dàn lạnh; 7- Tháp GN; 8- Bơm nước GN; 9- Bình trung gian; 10- Bộ lọc; 11- Bể nước;
12- Bơm xả băng
Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh
DỰ ÁN LCEE

19


20

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Nguyên lý làm việc
Môi chất lạnh sau khi thu nhiệt và bay hơi tại thiết bị bay hơi (6) được hút về bình
tách lỏng (5), tại đây thực hiện quá trình tách lỏng, lượng lỏng môi chất lạnh được đưa

ngược lại thiết bị bay hơi, lượng hơi môi chất lạnh được hút về máy nén hạ áp (1), tại máy
nén hạ áp thực hiện quá trình nén ép đoạn nhiệt, sau khi ra khỏi máy nén hơi môi chất lạnh
được đưa vào bình trung gian (9) để làm mát trước khi hút vào máy nén cao áp. Sau khi ra
khỏi bình trung gian, môi chất lạnh được hút vào máy nén cao áp, tại máy nén cao áp thực
hiện quá trình nén đoạn nhiệt môi chất lạnh và được đưa vào thiết bị ngưng tụ (3), tại thiết
bị ngưng tụ, hơi môi chất lạnh trao đổi nhiệt với môi trường chuyển hoàn thành trạng thái
lỏng và được đưa vào bình chứa cao áp (2), từ bình chứa cao áp (2) môi chất lạnh được
chia thành hai dòng, dòng thứ nhất đi qua tiết lưu 1 với hai mục đích (a) làm mát hơi môi
chất lạnh trước khi hút vào máy nén cao áp, (b) quá lạnh môi chất lạnh trước khi qua tiết
lưu 2. Môi chất lạnh sau khi quá lạnh sẽ đi vào tiết lưu 2 thực hiện quá trình tiết lưu, sau
khi tiết lưu, môi chất lạnh được đưa vào thiết bị bay hơi (6). Kết thúc một chu trình.
1.3
Đánh giá hiệu suất làm lạnh của hệ thống lạnh
Năng lượng (điện năng) sử dụng cho hệ thống lạnh trong nhà máy chế biến thực
phẩm chiếm tỷ trọng rất lớn (trên 70%), do đó việc lựa chọn hệ thống lạnh có hiệu suất cao
mang ý nghĩa rất quan trọng đến tiêu hao năng lượng (điện năng) của nhà máy, trong đó
hiệu suất chu trình làm lạnh đóng vai trò chủ đạo. Hiệu suất chu trình gồm hai loại: (1)
hiệu suất làm lạnh (C.O.P) và (2) hiệu suất làm lạnh của hệ thống lạnh (C.O.S.P), được
định nghĩa như sau:
- Hiệu suất lạnh của máy nén (C.O.P): là tỷ số giữa năng suất lạnh (Q0) với công suất
máy nén (N), được xác định theo 1.1.
Q
C.O.P  0
(1.1)
Ne
-

Hiệu suất hệ thống lạnh (C.O.S.P): tỷ số giữa năng suất lạnh với công suất điện của
hệ thống, được xác định theo 1.2.
C.O.S.P 


Q0
N

(1.2)

Trong đó:
Q0: năng suất lạnh của hệ thống, (kW);
Ne công suất máy nén, (kW) ;
N: tổng công suất điện của hệ thống, (kW);
Tổng công suất điện của hệ thống bao gồm: công suất máy nén và tổng công suất
của các động cơ điện trong hệ thống lạnh.
Hệ thống lạnh có C.O.P hay C.O.S.P càng cao tức máy càng có hiệu suất làm lạnh
cao, hay nói cách khác với cùng một nhiệt lượng cần lấy đi (làm lạnh) thì máy hiệu suất
cao sẽ tiêu tốn điện năng ít hơn, tức tiết kiệm năng lượng hơn.
Hiệu suất làm lạnh của máy nén C.O.P phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa
nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ, sự phụ thuộc này được thể hiện trên đồ thị hình
1.13.

DỰ ÁN LCEE

20


CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

-40

Nhiệt độ bay hơi, 0F
-20

0
20
40

60

C.O.P

Nhiệt độ
ngưng tụ

-40

-30

-20 -10
0
10
Nhiệt độ bay hơi, 0C

HP/TON

21

20

Hình 1.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến C.O.P
Khả năng tiết kiệm năng lượng được tính thông qua công suất máy nén như sau:
C.O.P2  C.O.P1
TKNL 

 100%
C.O.P2
Hiệu suất làm lạnh tham khảo của một số hệ thống lạnh
- Hệ thống cấp đông : C.O.P = (1,251,7)
- Hệ thống trữ đông: C.O.P = (1,82,5)
- Hệ thống nhà máy nước đá: C.O.P = (2,5 3,0)
- Hệ thống trữ lạnh, mát và điều hòa không khí: C.O.P = (3,05,5)
Hình 1.14 thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ đến C.O.P
của các loại môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh công nghiệp.

Hình 1.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ đến C.O.P
Ví dụ: Tăng khả năng tiết kiệm năng lượng dựa vào việc lựa chọn hệ thống lạnh có hiệu
suất cao.

DỰ ÁN LCEE

21


22

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Nếu so sánh cùng năng suất lạnh Q0, hệ thống lạnh thứ nhất có C.O.P1 = 3,8; hệ
thống lạnh thứ 2 có C.O.P2 = 4,5; khả năng tiết kiệm năng lượng của hệ thống thứ 2 so với
hệ thống thứ nhất:
C.O.P2  C.O.P1
4,5  3,8
TKNL 
 100% 

 100  15,6%
C.O.P2
4,5
Như vậy, nếu tăng hệ số C.O.P lên C.O.P = 0,7 khả năng tiết kiệm năng lượng được
15,6%.

DỰ ÁN LCEE

22


23

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Chương 2
QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG LẠNH VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH
Vận hành hệ thống lạnh riêng lẻ hay hệ thống lạnh liên hoàn là sự tác động đồng
thời nhiều yếu tố chủ quan của người vận hành vào hệ thống, tất cả các tác động này thể
hiện qua các thông số vận hành của hệ thống, trên cơ sở các thông số hiển thị này chi phí
năng lượng, hiệu quả kinh tế sẽ được tính toán. Bên cạnh đó, yếu tố khách quan cũng ảnh
hưởng đáng kể đến tiêu hao năng lượng của hệ thống lạnh, yếu tố khách quan gồm nhiệt độ
môi trường, độ ẩm không khí, vận tốc không khí, nhiệt độ nước…Việc điều chỉnh kịp thời
và chính xác các thông số vận hành là yếu tố quyết định đến tiêu hao năng lượng của hệ
thống. Để có hiệu quả về năng lượng hợp lý, đòi hỏi người vận hành phải tuân thủ các
bước theo quy định. Nội dung chương 2 này trình bày quy định chung khi vận hành hệ
thống lạnh.
2.1 Quy trình vận hành hệ thống lạnh
Hệ thống máy lạnh rất đa dạng và phong phú, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà

cấu trúc sẽ khác nhau, do đó quy trình vận hành cụ thể cho mỗi hệ thống sẽ không giống
nhau hoàn toàn, đặc biệt là thông số vận hành hệ thống khác nhau sẽ có quy trình vận hành
khác nhau (Bảng 2.1 trình bày thông số vận hành của một số hệ thống lạnh điển hình).
Thông thường người ta phân loại theo môi chất lạnh (hệ thống sử dụng Amoniac và
hệ thống sử dụng Freon) hay số cấp nén (một cấp hay hai cấp). Tùy thuộc vào hệ thống cụ
thể mà sẽ có quy trình vận hành riêng, tuy nhiên phải tuân thủ các quy định chung như sau:
- Vận hành đúng thông số kỹ thuật thiết kế;
- Đảm bảo nhiệt độ và độ ẩm đúng yêu cầu trong môi trường làm lạnh;
- Hệ thống phải hoạt động ổ định, không ngừng máy bất thường;
- Đảm bảo an toàn cho người vận hành trong suốt quá trình hoạt động của hệ
thống;
- Đảm bảo tuổi thọ cho máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống;
- Khắc phục sự cố nhanh nhất và chi phí thấp nhất có thể;
- Hiệu suất làm việc của hệ thống cao nhất.
Bảng 2.1 Thông số áp suất và nhiệt độ tham khảo
Nhiệt độ
Nhiệt độ kho
Hệ thống
Loại gas
p0,kg/cm2 pk,kg/cm2
dàn lạnh
lạnh
(-5)0
05
3,54,5
1619
Kho mát
R22
Kho đông
(-25)(-30)

(-18)  (-25)
22,5
1619
Cấp đông
o

Kho mát (0-5 C)
Kho đông (-18oC)
Kho mát
Kho đông
Cấp đông

R404A
NH3

(-40)(-45)
-5

(-40) (-35)
05

0,51,0
3,54,3

1619
1723

-25

(-20)  (-23)


1,52,2

1723

(-5)0

05

(-25)(-30)
(-45)(-40)

(-18)  (-25)
(-40)  (-35)

0,40,6

12,714,7

DỰ ÁN LCEE

23


24

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

Hệ thống
Nước đá


Loại gas

Nhiệt độ
dàn lạnh

Nhiệt độ kho
lạnh

NH3
R22

-15-17

-10-12

p0,kg/cm2

pk,kg/cm2

2,172,37

12,71,47

2,7 2,9

13,5 14,2

Hệ thống lạnh ngày nay đa dạng và phong phú, chính vì thế không có một quy trình
vận hành chung cho hệ thống lạnh cụ thể, tùy thuộc vào đặc tính của hệ thống lạnh, người

ta có thể chia ra thành các trường hợp gần tương đồng nhau để có quy trình vận hành hợp
lý:
- Hệ thống lạnh mới đưa vào hoạt động;
- Hệ thống lạnh mới đại tu;
- Hệ thống lạnh đã dừng lâu ngày;
- Hệ thống lạnh dừng tạm thời;
Tuy khác nhau về đặc tính nhưng khi vận hành bắt buộc người vận hành phải tuân
thủ các quy định về an toàn, đồng thời phải được tập huấn trước khi thực hiện công tác vận
hành hệ thống lạnh, những quy định chung và yêu cầu đối với người vận hành được trình
bày ở mục tiếp theo.
2.1.1.1 Quy định chung
- Người không có nhiệm vụ không được vào phòng máy;
- Không mang chất gây cháy nổ vào phòng máy;
- Người vận hành luôn có mặt trong phòng máy;
- Phòng máy phải luôn sạch sẽ, gọn gang;
2.1.1.2 Yêu cầu đối với người vận hành
- Phải được đào tạo vận hành hệ thống lạnh;
- Đã qua khóa đào tạo về an toàn lao động và vận hành thiết bị áp lực;
- Phải nắm rõ sơ đồ nguyên lý của hệ thống và hiểu kỹ nguyên lý các thiết bị
của hệ thống;
- Phải thường xuyên theo dõi nhật ký vận hành;
- Khi thay dầu máy nén phải thay đúng loại dầu đã quy định và đủ về lượng
dầu cần thiết cho máy nén;
- Không tùy tiện thay đổi các thông số kỹ thuật đã được cài đặt sẵn nếu không
được sự đồng ý của người có trách nhiệm;
2.1.1.3 Vận hành hệ thống lạnh
a) Công tác kiểm tra và chạy không tải hệ thống
Sau khi hoàn thiện công tác lắp đặt bao gồm lắp đặt mới, cải tạo hệ thống (đại tu)
hệ thống lạnh, quy trình vận hành tổng quát hệ thống lạnh gồm các bước sau:
- Kiểm tra độ kín sau khi lắp đặt: sau khi hoàn tất công tác lắp đặt, hệ thống máy

lạnh cần thử độ kín. Quá trình thử kín gồm hai bước:
 Bước 1: thử độ kín ở áp suất cao, đối với hệ thống NH3 có thể sử dụng một máy
nén khí để kiểm tra độ kín của hệ thống, đối với hệ thống Freon bắt buộc sử dụng
khí trơ (N2) để kiểm tra độ kín. Tuyệt đối không sử dụng máy nén lạnh để nén
không khí sử dụng cho việc kiểm tra độ kín. Áp suất thử kín: cao áp: 16kG/cm2,
thấp áp: 10 kG/cm2, thời gian thử 24 giờ.
DỰ ÁN LCEE

24