TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ
CỦA NƯỚC ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM MÁT
BAY HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC
NGHIỆM

SVTH :
MSSV:
SVTH :
MSSV:
GVHD:

LỘC CHẠC HOÀNG
13147018
NGUYỄN BÃO TOÀN
13147073
TS. NGUYỄN THẾ BẢO

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chun ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt
Tên đề tài

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ
CỦA NƯỚC ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM MÁT
BAY HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC
NGHIỆM

SVTH :
MSSV:
SVTH :
MSSV:
GVHD:

LỘC CHẠC HOÀNG
13147018
NGUYỄN BÃO TOÀN
13147073
TS. NGUYỄN THẾ BẢO

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

1. Lộc Chạc Hoàng

MSSV:

13147018
2. Nguyễn Bão Toàn
Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Nhiệt

MSSV: 13147073
Mã

ngành

đào

tạo:

52510206
Hệ đào tạo: Chính quy

Mã hệ đào tạo: K13147

Khóa:

Lớp:


2013

131470A,

131470B

1. Tên đề tài:
Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của nước đến quá trình làm mát bay
hơi bằng phương pháp thực nghiệm
2. Nhiệm vụ đề tài:
- Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của nước đến quá trình làm mát bay
hơi.
- Tính tốn so sánh chi phí đầu tư và vận hành giữa hệ thống điều hịa
khơng khí thơng thường và hệ thống làm mát bay hơi.
3. Sản phẩm đề tài:
- Biểu đồ, các bảng số liệu đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước,
lưu lượng khơng khí, lưu lượng nước.
- Kết quả so sánh các khoản chi phí giữa 2 phương án điều hịa khơng
khí thông thường và hệ thống làm mát bay hơi
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 20/03/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/07/2017
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT


HCM

NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:……………..
…………

Hội đồng:

Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:……………..
…………

Hội đồng:

Tên đề tài:.........................................................................................................
.........................................................................................................................
Ngành đào tạo: ................................................................................................
Họ và tên GV hướng dẫn: .................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh
máy)
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có
thể tiếp tục phát triển)
.............................................................................................................................................


.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................


2.4. Những tồn tại (nếu có):
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

3.

Đánh giá:

TT

Mục đánh giá

Điểm

Điểm

tối đa

đạt
được

1

2

Hình thức và kết cấu ĐATN


30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của
các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ
thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần,
hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng

buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên
ngành…

5

3

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

4.



Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

HCM

NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên......................................MSSV:


………….Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên......................................MSSV:

………….Hội đồng…………

Tên đề tài:.........................................................................................................
.........................................................................................................................
Ngành đào tạo: ................................................................................................
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV).....................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có
thể tiếp tục phát triển)
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................


4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
.............................................................................................................................................


.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

6. Đánh giá:

TT

Mục đánh giá


Điểm

Điểm

tối đa

đạt
được

1.

2.

Hình thức và kết cấu ĐATN

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của
các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10


Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ
thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần,
hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng
buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên
ngành…

5

3.


Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

7.
Kết


luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bộ môn
Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM
đã tận tình chỉ dẫn chúng em trong suốt thời gian học tại trường.
Những kiến thức Thầy Cô đã truyền đạt cho chúng em là cơ sở, nền
tảng, đỉnh hướng nghề nghiệp cho sự phát triển sau này, cũng như là
tạo tiền đề cho chúng em thực hiện luận văn này.
Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thế Bảo
đã giúp chúng em định hướng đề tài, đưa ra những chỉ dẫn kịp thời và
giải đáp các thắc mắc đề hồn thành đồ án này. Tuy nhóm chúng em
đã cố gắng rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này, nhưng vẫn
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của quý
thầy cơ để kết quả của chúng em được hồn thiện hơn.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP HCM, ngày 20 tháng 07 năm
2017

Sinh viên
Lộc Chạc Hoàng
Nguyễn Bão Toàn


TÓM TẮT
Đề tài này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của nước đến
quá trình làm mát bay hơi bằng phương pháp thực nghiệm. Ngồi ra
cịn đề tài cịn tiến hành thay đổi các giá trị của lưu lượng khơng khí và
lưu lượng nước vào thiết bị ở các trường hợp nhiệt độ nước khác nhau.
Dựa trên cơ sở thực nghiệm là các quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và
khơng khí, q trình ngưng tụ, bay hơi của hơi nước trong khơng khí, sự
trao đổi nhiệt giữa ẩm và khơng khí. Bên cạnh đó là dựa vào các kiến
thức được học trên giảng đường Đại học và đặc biệt là tiếp thu những ý

kiến, kết quả nghiên cứu khoa học của Ts. Nguyễn Thế Bảo. Để từ đó,
ta đánh giá được sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước, lưu lượng khơng khí,
lưu lượng nước đến q trình làm mát bay hơi và sau đó đưa ra được
chế độ làm việc tối ưu cho hệ thống làm mát bay hơi.
Trong đồ án này, chúng em cũng đã tiến hành tính tốn và so
sánh các khoản chi phí cho cơng trình Viện Anh ngữ Đại học Đà Nẵng
khi sử dụng hai phương án là làm mát bay hơi và và hệ thống điều
khơng khí sử dụng máy nén mơi chất lạnh.


MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
Trang

12


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
DEC: Direct evaporative cooling.
IEC: Indirect evaporative cooling.
IDEC: Indirect - Direct evaporative cooling.

η

: Hiệu suất của thiết bị (%).
E: Tỉ số giữa lưu lượng khối lượng nước và khơng khí đi vào thiết bị.
H: Tỉ số entanpy giữa hiệu entanpy vào, ra của khơng khí và entanpy
khơng khí vào với entanpy nước vào thiết bị.

Tdb in

Tdb out

: Nhiệt độ bầu khô đầu vào (oC).
: Nhiệt độ bầu khô đầu ra (oC).

Twb in

: Nhiệt độ bầu ướt đầu vào (oC).
ṁw : Lưu lượng khối lượng của nước vào thiết bị, (kg/s) .
ṁa : Lưu lượng khối lượng của khơng khí vào thiết bị, (kg/s).
I1: Entanpy của khơng khí vào thiết bị, (kJ/kg kkk).
I2: Entanpy của khơng khí ra thiết bị, (kJ/kg kkk).
Iw1: Entanpy của nước vào thiết bị, (kJ/kg).

13


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

Trang
1.1. Văn bản phát minh của J.perkins........................................2
1.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh bay hơi................4
1.3. Mơ hình mơ phỏng hoạt động của hệ thống.......................4

1.4. Phân loại các hệ thống làm mát bay hơi............................6
2.1. Quá trình bốc hơi và ngưng tụ giữa nước và khơng khí......11
2.2. Lớp khơng khí mỏng bao xung quanh bề mặt các hạt nước

...........................................................................................................11
Hình 2.3. Quá trình bay hơi và ngưng tụ nước...................................12
Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn trạng thái thay đổi của q trình truyền khối
giữa nước và khơng khí ẩm................................................................12
Hình 2.5. Đồ thị thay đổi trạng thái khơng khí ẩm bằng làm mát bay hơi
...........................................................................................................14
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi......................................15
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi trực tiếp........................16
Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo làm lạnh bay hơi trực tiếp............................16
Hình 2.9. Biểu đồ trạng thái khơng khí..............................................17
Hình 2.10. Hệ thống làm mát mashrabiya.........................................18
Hình 2.11. Mơ hình tháp gió cổ điển..................................................18
Hình 2.12. Hệ thống làm mát kiểu mái nước.....................................19
Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý làm lạnh bay hơi gián tiếp.....................20
Hình 2.14. Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm lạnh gián tiếp.......................20
Hình 2.15. Biểu đồ trạng thái của khơng khí.....................................21
Hình 2.16. Sơ đồ ngun lý hệ thống IEC nhiệt độ bầu ướt...............21
Hình 2.17. IEC dạng tấm....................................................................22
Hình 2.18. IEC dạng hình ống............................................................22
Hình 2.19. IEC dạng ống nhiệt...........................................................23
Hình 2.20. Hệ thống IDEC hai giai đoạn.............................................24
Hình 2.21. Hệ thống IDEC đa giai đoạn..............................................25
Hình 3.1. Mơ hình làm mát bay hơi nước...........................................27
Hình 3.2. Tấm trao đổi nhiệt cooling pad...........................................28
Hình 3.3. Bơm nước...........................................................................28
Hình 3.4. Quạt....................................................................................29

Hình 3.5. Biến tần .............................................................................29
Hình 4.1. Mặt bằng tổng thể viện anh ngữ Đà Nẵng.........................61
Hình 4.2. Mặt bằng tầng 5 đến tầng 11.............................................62
Hình 4.3. Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo
Carrier................................................................................................63
Hình 4.4. Cách xác định nhiệt độ nước..............................................81

14


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1. Số lần thực hiện đo tại tâm và các vị trí khác nhau của quạt
...........................................................................................................30
Bảng 3.2. Lưu lượng khơng khí của quạt...........................................30
Bảng 3.3. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 1.................31
Bảng 3.4. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 2.................32
Bảng 3.5. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 3.................33
Bảng 3.6. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 4.................34
Bảng 3.7. Số liệu quá trình đo thực nghiệm trường hợp 5.................35
Bảng 3.8. Tỉ số E và H cho trường hợp 1............................................37
Bảng 3.9. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 1...........38
Bảng 3.10. Tỉ số E và H cho trường hợp 2..........................................40
Bảng 3.11. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 2.........40
Bảng 3.12. Tỉ số E và H cho trường hợp 3..........................................43
Bảng 3.13. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 3........43
Bảng 3.14. Tỉ số E và H cho trường hợp 4..........................................46
Bảng 3.15. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 4.........46
Bảng 3.16. Tỉ số E và H cho trường hợp 5..........................................49
Bảng 3.17. Chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị ở trường hợp 5.........49

Bảng 3.18. Bảng nhiệt độ của trường hợp 1......................................51
Bảng 3.19. Bảng hiệu suất của trường hợp 1....................................52
Bảng 3.20. Bảng hiệu suất tại Qkk = 1125 (l/s) cho 5 trường hợp......53
Bảng 3.21. Bảng nhiệt độ tại Qkk = 1125 (l/s) cho 5 trường hợp........54
Bảng 3.22. Bảng hiệu suất tại Qn = 0,166 (l/s) cho 5 trường hợp......58
Bảng 3.23. Bảng nhiệt độ tại Qn = 0,166 (l/s) cho 5 trường hợp.......59
Bảng 4.1. Nhiệt độ trung bình thành phố Đà Nẵng............................62
Bảng 4.2. Thông số tra từ đồ thị I-d của nhiệt đô (34,5 oC) và độ ẩm
(74%).................................................................................................63
Bảng 4.3. Lượng bức xạ mặt trời lớn nhất R Tmax xâm nhập qua của kính
loại cơ bản vào trong phịng, W/m2....................................................65
Bảng 4.4. Diện tích tường có mặt ngồi tiếp xúc với bức xạ mặt trời66
Bảng 4.5: Diện tích tường có mặt ngồi khơng tiếp xúc với bức xạ mặt
trời.....................................................................................................66
Bảng 4.6: Thơng số diện tích kính tầng 5..........................................67
Bảng 4.7: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua cửa kính vào các phịng. 67
Bảng 4.8: Nhiệt bức xạ qua kính cho các phịng................................68
Bảng 4.9: Nhiệt truyền qua tường cho các phịng.............................70
Bảng 4.10: Nhiệt truyền qua kính cho các phòng..............................71
Bảng 4.11: Nhiệt truyền qua vách cho các phòng.............................71
Bảng 4.12: Nhiệt truyền qua vách và nền cho các phòng.................71
Bảng 4.13: Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng cho các phòng.......72
15


Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

4.14:
4.15:
4.16:
4.17:
4.18:
4.19:
4.20:
4.21:
4.22:
4.23:
4.24:
4.25:
4.26:
4.27:
4.28:

Số người trong khơng gian điều hịa cho các phịng........73
Nhiệt hiện do người tỏa ra cho các phòng.......................73
Nhiệt ẩn do người tỏa ra cho từng phòng........................74

Nhiệt do người cho từng phịng.......................................74
Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào..................75
lượng nhiệt do gió tươi mang vào....................................75
lượng nhiệt do gió lọt vào................................................76
Tổng nhiệt Q của từng phịng..........................................77
Cơng suất lạnh của từng phịng.......................................77
Chi phí lắp đặt dàn lạnh..................................................78
Chi phí lắp đặt dàn nóng.................................................79
Lưu lượng khơng khí tuần hồn cho từng phịng.............79
Chi phí lắp đặt thiết bị làm mát bay hơi..........................80
Chi phí vận hành cho hệ thống điều hịa khơng khí........82
Chi phí lắp đặt cho hệ thống làm mát bay hơi.................83

16


DANH MỤC ĐỒ THỊ
Trang
Đồ thị 3.1. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E &
H........................................................................................................38
Đồ thị 3.2. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E &
H........................................................................................................41
Đồ thị 3.3. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E &
H........................................................................................................44
Đồ thị 3.4. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng nước, tỉ số E &
H........................................................................................................47
Đồ thị 3.5. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ, tỉ số E & H..50
Đồ thị 3.6. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tout và Gkk...................51
Đồ thị 3.7. Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa  và gkk.....................52
Đồ thị 3.8. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa  và tn.......................54

Đồ thị 3.9. BIểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tout và tn.....................55
Đồ thị 3.10. Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa tout và Gkk.................56
Đồ thị 3.11. Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa  và Gkk...................57
Đồ thị 3.12. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa  và tn....................58
Đồ thị 3.13. Biểu đồ thể hiện Mối quan hệ giữa tout và tn...................59

17


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về điều hịa khơng khí.

Con người đã biết làm lạnh và sử dụng làm lạnh từ cách đây rất lâu.
Ngành khảo cổ học đã phát hiện ra những hang động có mạch nước
ngầm nhiệt độ thấp chảy qua dùng để chứa thực phẩm và lương thực
từ khoảng 5000 năm trước.
Các bức tranh vẽ trên tường trong kim tự tháp Ai cập cách đây
khoảng 2500 năm đã được mô tả cảnh nô lệ quạt các bình gốm xốp
cho nước bay hơi làm mát khơng khí. Cách đây 2000 năm, người Ấn Độ
va Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn.
Nhưng kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phải kể từ khi giáo sư Black
tìm ra nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 – 1764.
Con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất
thấp.
Tiếp theo phát hiện quan trọng đó Clouet và Monge lần đầu hóa
lỏng được khí SO2 vào năm 1780. Từ 1781 Cavallo bắt đầu nghiên cứu
hiện tượng bay hơi một cách có hệ thống.
Thế kỉ 19 là thời kì phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật lạnh. Năm
1823 Faraday bắt đầu công bố về những cơng trình hóa lỏng khí SO 2,
H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3 và HCl. Đến 1845, ơng đã hóa lỏng được hầu

hết các loại khí kể cả etylen, nhưng vẫn phải bó tay trước các khí O 2,
N2, CH4, CO, NO và H2. Người ta cho rằng chúng là các khí khơng hóa
lỏng được và ln ln chỉ ở thể khí nên gọi là các khí “vĩnh cửu –
perennial”, lý do là vì Natlerev (Áo) đã nén chúng đến một áp lực cực
lớn 3600 atm mà vẫn khơng hóa lỏng được chúng. Mãi tới 1869,
Andrew (Anh) giải thích được điểm tới hạn của khí hóa lỏng và nhờ đó
Cailelet và Picter (Pháp) hóa lỏng được khí “vĩnh cửu” O 2, N2 năm 1877,
Dewar (Anh) hóa lỏng H2 năm 1898, Linde (Đức) hóa lỏng được O 2, N2
và tách bằng chưng cất, K. Onnes (Hà Lan) hóa lỏng được Heli.
Năm 1834, J.Perkins (Anh) đã đăng kí bằng phát minh đầu tiên về
máy lạnh nén hơi và đầy đủ các thiết bị như một máy lạnh nén hơi hiện
18


đại gồm máy nén, dàn ngưng tụ, dàn bay hơi và van tiết lưu (h.1). Đến
cuối thế kỉ 19, nhờ có một loạt cải tiến của Linde (Đức) với việt sử dụng
amoniac làm môi chất lạnh cho máy lạnh nén hơi, việc chế tạo và sử
dụng máy lạnh nén hơi mới được thực sự phát triển rộng rãi trong hầu
hết các ngành kinh tế quốc dân.

Hình 1.1: Văn bản phát minh của J.perkins
Máy lạnh hấp thụ đầu tiên do Leslic (Pháp) đưa ra vào năm 1810 là
máy lạnh hấp thụ chu kì với cặp mơi chất H 2O/H2SO4. Đến giữa thế kỉ
19, nó được phát triển một cách rầm rộ nhờ kĩ sư tài ba Carré (Pháp)
với hàng loạt bằng phát minh về máy lạnh hấp thụ chu kì và liên tục
với các cặp môi chất khác nhau.
Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển
động được Gepperl (Đức) đăng kí bằng phát minh năm 1899 và được
Platen và Munters (Thủy Điển) hoàn thiện vào năm 1922 được nhiều
nước trên thế giới sản xuất chế tạo hàng loạt và nó vẫn có vị trí quan

trọng cho đến ngày nay.
Máy lạnh nén khí đầu tiên do bác sĩ người Mĩ Gorrie chế tạo. Dựa
vào các kết quả nghiên cứu của các nhà lý thuyết, bác sĩ Gorrie đã
thiết kế chế tạo thành cơng máy lạnh nén khí dùng để điều tiết khơng
khí cho trạm xá chữa bệnh sốt cao của ơng. Nhờ thành tích đặt biệt
này mà ông và trạm xá của ông trở thành nổi tiếng thế giới.
Máy lạnh ejecter hơi nước đầu tiên do Leiblanc chế tạo 1910. Đây là
một sự kiện có ý nghĩa rất trọng đại vì máy lạnh hơi nước ejecter rất
đơn giản. Năng lượng tiêu tốn cho nó lại là nhiệt năng, do đó có thể tận
dụng được các nguồn năng lượng phế thải để làm lạnh.
19


Một sự kiện quan trọng nữa của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là
việc sản xuất và ứng dụng của freôn ở Mĩ vào năm 1930. Freôn thực
chất là các chất hữu cơ hydrocacbua no hoặc chưa no như mêtan
(CH4), êtan (C2H6) ...được thay một phần hay toàn bộ các nguyên tử
hydro bằng các nguyên tử gốc halogen như clo (Cl), flo (F) hoặc brôm
(Br). Các chất này được sản xuất ở xưởng Duponl Kinetic Inc với tên
thương mại là frn. Đây là những mơi chất lạnh có nhiều tính chất q
báu như: khơng cháy, khơng nổ, khơng độc hại. Phù hợp với chu trình
làm việc của máy lạnh nén hơi do đó nó đã tích cực góp phần vào việc
thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển, nhất là kỹ thuật điều hịa khơng khí.
Ngày nay kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình
độ khoa học kỹ thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiến khác.
Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày nay được mở rộng rất nhiều.
Người ta đang tiến dần tới độ khơng tuyệt đối. Phía nhiệt độ cao của
thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ có thể đạt trên 100 oC dùng cho các mục
đích của bơm nhiệt như sưởi ấm, chuẩn bị nước nóng, sấy.... Đây là ứng
dụng của bơm nhiệt góp phần thu hồi nhiệt thải, tiết kiệm năng lượng

sơ cấp.
Công suất lạnh của các tổ hợp máy lạnh cũng được mở rộng: từ
những máy lạnh được sử dụng trong phịng thí nghiệm chỉ có cơng suất
chừng vài MW đến các tổ hợp có cơng suất hàng triệu W ở các trung
tâm điều tiết khơng khí.
Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư và chi phí năng
lượng cho một đơn vị lạnh giảm xuống rõ rệt. Tuổi thọ và độ tin cậy
tăng lên. Mức độ tự động hóa của các hệ thống lạnh và máy lạnh tăng
lên rõ rệt. Những thiết bị lạnh tự động hoàn toàn bằng điện tử và vi
điện tử đang dần dần thay thế các thiết bị thao tác bằng tay.
1.2. Giới thiệu về hệ thống làm mát bay hơi.
1.2.1. Giới thiệu hệ thống.

Nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới đối trong việc làm mát và
điều hòa đã tăng mạnh trong vài thập kỷ gần đây, gây ra mối lo ngại
về việc cạn kiệt nguồn năng lượng và góp phần làm nóng khí hậu tồn
20


cầu. Nhu cầu năng lượng hiện tại ước tính ở mức 40 đến 50% tổng tiêu
thụ năng lượng.
Ở các quốc gia có khí hậu nóng có tỷ lệ sử dụng năng lượng cao
nhất chủ yếu là do điều hịa khơng gian bằng các hệ thống HVAC
truyền thống. Ví dụ ở Trung Đơng, nó chiếm 70% lượng tiêu thụ năng
lượng. Ngày nay, điều hịa khơng khí đã trở thành một điều cần thiết
cho cuộc sống của người dân và đóng một vai trò quan trọng trong việc
đảm bảo mức độ thoải mái trong nhà. Do đó, việc nâng cao hiệu quả
của công nghệ làm mát là rất cần thiết, đặc biệt là những thiết bị có
tiềm năng, tức là hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp. Hiện nay, máy
làm lạnh nén cơ khí đang chiếm ưu thế về mặt thương mại mặc dù sử

dụng năng lượng khá lớn và hiệu suất thấp trong khí hậu nóng.
Ngược lại, các hệ thống làm lạnh bay hơi lại thân thiện với mơi
trường vì chúng tiêu thụ năng lượng ít hơn và hiệu suất của chúng cải
thiện khi nhiệt độ khơng khí tăng và độ ẩm giảm. Và cùng với sự phát
triển của khoa học kỹ thuật ngày nay thì ngày càng có nhiều các
nghiên cứu về làm mát bay hơi nhằm nâng cao tối đa hiệu suất giảm
thiểu tiêu tốn năng lượng vì thế mà phương pháp này ngày càng phổ
biến.
1.2.2. Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo hệ thống.

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh bay hơi

21


Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy được hệ thống này hoàn toàn khác so
với các hệ thống lạnh dùng máy nén khí sử dụng ngày nay. Hệ thống
chỉ gồm 3 thiết bị chính đó là bơm nước tuần hồn, quạt hút khơng khí
và tấm trao đổi nhiệt (cooling pad).

Hình 1.3: Mơ hình mơ phỏng hoạt động của hệ thống
1.2.3. Đặc điểm của hệ thống làm lạnh bay hơi.
1.2.3.1. Ưu điểm.

Lý do mà phương pháp này ngày càng được ứng dụng rộng rãi là
do nó có khá nhiều ưu điểm đáp ứng được nhu cầu hiện nay đó là tiết
kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường nhưng vẫn đáp ứng được những
nhu cầu cần thiết. Và một trong những ưu điểm nổi bật nhất của hệ
thống này so với hệ thống dùng máy nén khí hiện tại đó là khả năng
bảo vệ mơi trường, làm mát bay hơi hồn tồn khơng sinh ra khí gas

CFC gây hiện tượng nóng lên tồn cầu hay cịn gọi là hiệu ứng nhà kính
do chỉ sử dụng nước để làm mát. Với các chất thải ra ngồi chỉ là khơng
khí ơ nhiễm do khơng gian điều hịa thải ra. Mà khơng khí này thì chỉ
nhiều CO2 do con người thải ra, nên tác hại cho môi trường là không
đáng kể.
Ưu điểm thứ 2 của làm lạnh bay hơi là khả năng tiết kiệm năng
lượng đáng kể như đã trình bày ở phần trên hệ thống này chỉ có bơm
nước và quạt là hai thiết bị sử dụng điện nhưng các thiết bị này hoạt
động tiêu tốn cơng rất là ít so với cơng nén của máy nén máy lạnh máy
nén hơi ngày nay. Vì vậy mà năng lượng tiêu hao của hệ thống là rất
thấp.
1.2.3.2. Nhược điểm.
22


Nhược điểm chính của làm mát bay hơi là sự phụ thuộc lớn vào điều
kiện khơng khí xung quanh. Ở khu vực có độ ẩm cao thì phương pháp
làm mát bay hơi thực sự không mang lại hiệu quả, tốc độ bay hơi phụ
thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí, khơng khí càng khơ nóng
thì bay hơi làm mát càng có hiệu quả.
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực làm mát bay

hơi trong và ngồi nước.
1.3.1. Ngồi nước
Với tính tổng qt và qui mơ rộng lớn nên các vấn đề về quá trình
làm mát bay hơi cũng được nghiên cứu rộng rãi trên toàn thế giới. Có
rất nhiều các nghiên cứu, bài báo và giải pháp liên quan đến vấn đề
này. Hiện nay trên thế giới có một số cơng trình nghiên cứu nhất định
liên quan đến lĩnh vực làm mát bay hơi như nghiên cứu của O. Amer, R.
Boukhanouf, and H. G. Ibrahim, “A Review of Evaporative Cooling

Technologies,” International Journal of Environmental Science and
Development, Vol. 6, No. 2, February 2015.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã đưa ra các công nghệ
cũng như là phân loại của quá trình làm mát bay hơi được tóm tắt
trong sơ đồ sau
Cơng nghệ làm mát bay hơi (EC)

Làm mát bay hơi trực tiếp (DEC)

Chủ động DEC

Thụ động DEC

Làm mát bay hơi gián tiếp (IEC)

Nhiệt độ bầu ướt IEC

Nhiệt độ điểm sương IEC

Làm mát bay hơi hỗn hợp IEC/DEC

Hai giai đoạn IEC/DEC

Ba gia đoạn IEC/DEC/ hệ thống
lạnh

Đa giai đoạn IEC/DEC/ hệ thống
khác

Hình 1.4: Phân loại các hệ thống làm mát bay hơi

23


Hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp là loại lâu đời nhất và đơn
giản nhất của làm mát bay hơi trong đó khơng khí ngồi trời được tiếp
xúc trực tiếp với nước, các kỹ thuật này đã được sử dụng hàng ngàn
năm trước bởi các nền văn minh cổ đại với nhiều hình dạng khác nhau
bao gồm 2 loại: chủ động DEC và thụ động DEC.
•

Đối với hệ thống DEC chủ động thì ít tốn kém năng lượng, tiết
kiệm lên đến 90%, hiệu quả nhiệt kế ướt có thể đạt được 70%

-80%.
• Đối với hệ thống DEC thụ động thì có thể làm giảm nhiệt độ
khơng khí khoảng 9oC.
Hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp có thể làm giảm nhiệt độ
khơng khí mà vẫn giữ ngun độ ẩm. Đó là một ưu điểm so với hệ
thống làm mát bay hơi trực tiếp. Hệ thống này cũng được chia làm 2
loại: hệ thống IEC nhiệt độ bầu ướt và hệ thống IEC điểm sương.
•

Hệ thống IEC nhiệt độ bầu ướt có thể làm giảm nhiệt độ khơng
khí xuống thấp nhưng không thể thấp hơn nhiệt độ bầu ướt của
không khí vào. Hệ thống này bao gồm 3 loại IEC dạng tấm, IEC

dạng hình ống và IEC dạng ống nhiệt.
• Hệ thống IEC điểm sương có nhiệt độ khơng khí sơ cấp thấp hơn
nhiệt độ bầu ướt và tiệm cận nhiệt độ điểm sương của khơng khí
đến.

Hệ thống làm lạnh bay hơi kiểu hỗn hợp có độ ẩm thấp hơn, hiệu suất
cao hơn và độ ẩm được kiểm soát hơn so với cả hai hệ thống kiểu trực
tiếp và gián tiếp, tuy nhiên hệ thống này cần chi phí ban đầu cao và hệ
thống phức tạp. Hệ thống này phổ biến ở các dạng IDEC hai gia đoạn,
IDEC ba gia đoạn, IDEC đa gia đoạn.
•

IDEC hai giai đoạn có hiệu quả đạt được khoảng 90-120%, nhưng

mức tiêu thụ nước tăng 55%.
• IDEC ba gia đoạn có thể tiết kiệm năng lượng 54% -82% so với
các hệ thống làm mát thông thường

24


•

IDEC đa gia đoạn là một hệ thống của IDEC hai giai đoạn kết hợp
với nhiều chu kỳ làm mát, với mức tiết kiệm năng lượng từ 7579% cao hơn so với hệ thống làm mát bay hơi hai giai đoạn.
Ngồi nghiên cứu trên, ta cịn một nghiên cứu khác về phân tích

và tối ưu hóa q trình truyền nhiệt và truyền chất trong hệ thống làm
lạnh bay hơi của Suvarna V Mehere, RD Gorle, SV Prayagi. Phân tích chỉ
ra rằng lưu lượng khơng khí và số tấm cooling pad là hai yếu tố ảnh
hưởng chính đến hiệu suất làm mát của một hệ thống làm mát bay hơi
trực tiếp. Với số lượng tấm cooling pad tối ưu, nhiệt độ khơng khí đầu
ra đạt được 25,5oC, độ ẩm tương đối đạt 75% và hiệu suất đạt được
82,6% với điều kiện mơi trường xung quanh 35 oC. Tốc độ luồng khơng
khí tối ưu là 0.0135 kg/s. Những kết quả này có thể hữu ích cho việc

thiết kế và ứng dụng kỹ thuật của thiết bị làm mát bay trực tiếp. Làm
mát bay hơi cũng giữ vai trò quan trọng đối với việc phát triển nhiệt độ
độc lập và điều chỉnh độ ẩm điều hịa khơng khí. Nhiều nghiên cứu
phát triển về ứng dụng tiềm năng của các hệ thống làm mát bay hơi sẽ
được khuyến khích để thúc đẩy điều hịa khơng khí thân thiện với mơi
trường, tiết kiệm năng lượng, tạo sự thoải mái, và do đó tạo ra một thế
giới bền vững hơn.
1.3.2. Trong nước

Trong những năm qua chúng ta đã chứng kiến sự phát triển mạnh
mẽ của kỹ thuật lạnh và điều hịa khơng khí. Đời sống của nhân dân
không ngừng cải thiện kể từ ngày mở cửa và đổi mới do đó nhu cầu về
một cuộc sống tiện nghi, thoải mái càng được quan tâm đến nhiều hơn.
Để tạo ra được những không gian thoải mái, mát mẻ địi hỏi phải có
các hệ thống như điều hịa khơng khí, các hệ thống làm mát bay hơi,
hệ thống thơng gió… Trong đó hệ thống làm mát bay hơi (Evaporative
Cooling) đang ngày càng chiếm ưu thế hơn. Điều này cho thấy diễn
biến gần đây liên quan đến công nghệ làm mát bay hơi có khả năng có
thể cung cấp đủ tiện nghi làm mát, giảm tác động môi trường và tiêu
thụ năng lượng thấp hơn trong các tòa nhà. Vấn đề đươc quan tâm
25