Nghiên cứu lý thuyết xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh phát triển kinh tế và công nghiệp hóa hiện đại, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường trở thành vấn đề cấp thiết, thu hút sự quan tâm của nhiều người, đặc biệt là các nhà nghiên cứu Ngành công nghiệp nhiệt lạnh được xem là một trong những lĩnh vực tiêu tốn năng lượng lớn nhất, với các hệ thống điều hòa không khí tại tòa nhà, chung cư, trường học, và trung tâm thương mại, cũng như trong các nhà máy phục vụ nhu cầu đông lạnh hải sản, trữ đông, sản xuất bánh kẹo, sấy gỗ và cà phê Việc sử dụng các thiết bị trao đổi nhiệt, từ loại nhỏ gọn treo tường đến các thiết bị lớn trong nhà máy nhiệt điện, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

Môi chất lạnh, hay gas lạnh, là chất tuần hoàn trong hệ thống lạnh, có nhiệm vụ hấp thụ nhiệt từ buồng lạnh qua quá trình bốc hơi ở áp suất và nhiệt độ thấp, sau đó thải nhiệt ra môi trường ở áp suất và nhiệt độ cao Môi chất lạnh lý tưởng phải an toàn cho con người, không độc hại cho môi trường, không cháy nổ và dễ phát hiện khi rò rỉ Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra gas lạnh lý tưởng; hiện tại chỉ có các loại gas lạnh với ưu và nhược điểm riêng Do đó, khi lựa chọn gas lạnh cho một ứng dụng cụ thể, cần cân nhắc để phát huy ưu điểm và hạn chế nhược điểm của nó, từ đó tạo điều kiện cho sự phát triển bền vững trong ngành lạnh.

Ga lạnh CO2, một loại khí không mùi và có sẵn trong tự nhiên, được xem là thân thiện với con người Để đánh giá tính thân thiện với môi trường, chúng ta có thể sử dụng chỉ số GWP (Global Warming Potential) trong vòng 100 năm Cụ thể, GWP của CO2 được lấy làm mốc là 1, trong khi các HFC như HFC134a và HFC410A có GWP lần lượt là 1.600 và 2.340, cho thấy tác động của chúng lên môi trường cao hơn nhiều so với CO2.

Nắm bắt xu hướng hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng thiết bị trao đổi nhiệt với môi chất lạnh mới Một trong những hướng nghiên cứu nổi bật là sử dụng thiết bị làm mát kênh mini và CO2 thay thế cho các loại môi chất lạnh Flourocarbon Việc áp dụng thiết bị làm mát ống micro không chỉ giúp thu nhỏ kích thước mà còn đảm bảo hiệu quả cao, mật độ truyền nhiệt tốt và chi phí chế tạo, lắp đặt hợp lý Hơn nữa, việc sử dụng CO2 ngày càng trở nên phổ biến trong các hệ thống lạnh, mang lại nhiều lợi ích cho môi trường.

SV2020-02 11 chất lạnh hiện nay thì lượng Flourocarbon sẽ giảm và lượng CO2 bên ngoài môi trường sẽ giảm đi

Nhằm góp phần cho những giải pháp này, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài

Nghiên cứu lý thuyết năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO 2 theo thời gian để đáp ứng xu thế hiện nay.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã tập trung vào môi chất CO2 và dàn lạnh kênh mini, đóng góp tích cực cho khoa học Các nghiên cứu này nhằm tìm ra môi chất thân thiện với con người và môi trường, đồng thời nâng cao hiệu suất làm việc Dưới đây là một số bài báo liên quan mà nhóm đã tham khảo để làm cơ sở cho đề tài nghiên cứu.

Gupta và Dasgupta đã tiến hành phân tích hệ thống lạnh CO2 tại Ấn Độ, nhấn mạnh những thách thức mà hệ thống này phải đối mặt Họ phát triển một mô hình toán học cho bộ làm mát khí, cho thấy hiệu suất của hệ thống CO2 thay đổi theo điều kiện vận hành ở ba vùng khác nhau tại Ấn Độ Kết quả cho thấy công suất quạt có ảnh hưởng lớn đến hệ số hiệu suất (COP) trong các khu vực có nhiệt độ cao, với công suất quạt chủ yếu bị ảnh hưởng bởi vận tốc không khí Việc duy trì vận tốc không khí trong khoảng 1 đến 2 m/s có thể cải thiện COP từ 5% đến 10% Hơn nữa, việc lựa chọn máy nén phù hợp cho từng vùng nhiệt độ là rất quan trọng, giúp tăng hiệu suất nén nhiệt từ 60% lên 70% và nâng cao COP lên 33% Bài báo cũng nhấn mạnh vai trò quan trọng của CO2 trong việc tối ưu hóa thiết kế hệ thống lạnh cho các môi trường khác nhau.

Bansal [2] đã thành công trong việc thử nghiệm môi chất lạnh Carbon dioxide (CO2), xác định đây là một trong những lựa chọn tiềm năng cho các hệ thống làm lạnh sâu trong ngành thực phẩm, công nghiệp lạnh và hoạt động giải trí.

CO2 đã khẳng định vị thế thương mại với các thiết kế nổi bật như hệ thống lạnh ghép tầng và hệ thống lạnh siêu tới hạn, cho thấy tính hiệu quả và khả năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp lạnh.

Bài viết SV2020-02 trình bày 12 mẫu thiết kế và các biến thể của hệ thống làm lạnh sâu sử dụng môi chất lạnh CO2 Nó giải thích các nguyên tắc cơ bản và ứng dụng của CO2 trong lĩnh vực này, đồng thời thảo luận về phân tích nhiệt động lực học, sự an toàn của CO2 đối với con người, cũng như những thách thức và tiềm năng cho các nghiên cứu và thiết kế mới.

Ge đã thiết kế hai bộ làm mát khí CO2 với kết cấu khác nhau và kết nối chúng vào một thiết bị thử nghiệm của hệ thống lạnh CO2, cho phép đánh giá hiệu suất qua các buổi thử nghiệm Hai kiểu mẫu của bộ làm mát khí CO2 bao gồm mô hình phân tán (chi tiết) và mô hình tập trung (đơn giản) Mô hình phân tán giúp dự đoán cấu hình nhiệt độ chất lỏng, tốc độ truyền nhiệt cục bộ và ảnh hưởng của việc sắp xếp mạch ống Tốc độ quạt có thể điều chỉnh để kiểm soát sự quá lạnh và độ chênh lệch nhiệt độ của bộ làm mát khí, trong khi quạt tốc độ cao là lựa chọn hợp lý nếu kích thước bộ trao đổi nhiệt lớn Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc thay đổi tỷ lệ không khí là phương pháp hiệu quả nhất để kiểm soát và giảm thiểu độ chênh lệch nhiệt độ của bộ làm mát khí, mặc dù mức giảm không lớn.

Peủarrocha và các cộng sự đã đề xuất một chiến lược kiểm soát và tối ưu hóa thời gian thực cho các nhà máy lạnh sản xuất CO2, nhằm đáp ứng nhu cầu làm mát và theo dõi liên tục các điều kiện để đạt hiệu quả tối đa Phương pháp này chỉ cần ba phép đo và kiểm soát mức mở của van nén cùng tốc độ máy nén, tập trung vào việc giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng của máy nén thay vì tối đa hóa hệ số hiệu suất Họ đã chứng minh rằng việc tối đa hóa COP cho CO2 từ các nhà máy siêu tới hạn với tải nhiệt không đổi tương đương với việc giảm mức tiêu thụ điện năng trong máy nén, hỗ trợ cho thuật toán điều khiển toán học Đề xuất này có thể áp dụng cho bất kỳ hệ thống CO2 siêu tới hạn nào từ nhà máy lạnh với một số thông số chung.

Jeong và các đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu về việc ứng dụng điều hòa không khí để giải nhiệt cho các thiết bị công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) Sự phát triển nhanh chóng của các cơ sở ICT đã dẫn đến việc gia tăng nhiệt độ phát sinh trên mỗi đơn vị diện tích của các trung tâm dữ liệu.

Nghiên cứu SV2020-02 13 tập trung vào hiệu suất và đặc điểm của hệ thống trao đổi nhiệt làm mát tại chỗ cho máy chủ, sử dụng CO2 làm chất làm việc nhằm ngăn ngừa điểm nóng và giảm điện năng tiêu thụ của hệ thống điều hòa không khí truyền thống Hệ thống này được lắp đặt tại trung tâm dữ liệu, với các thí nghiệm và mô phỏng được thực hiện Kết quả cho thấy, đối với tốc độ dòng truyền nhiệt, các kết quả thử nghiệm và mô phỏng đạt độ chính xác trong phạm vi sai số ± 5% ở trạng thái hai pha.

Pettersent và các cộng sự đã nghiên cứu bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí trong phương tiện giao thông và thiết bị lạnh dân dụng, sử dụng chất làm lạnh tự nhiên CO2 áp suất cao Các bộ trao đổi nhiệt hiệu quả đang được phát triển, với thiết kế dành cho dòng chất làm lạnh có khối lượng cao sử dụng ống nhỏ hoặc ống vi kênh Hệ số truyền nhiệt của CO2 cao hơn fluorocarbons, cho phép giảm diện tích bề mặt bên trong Hai loại bộ trao đổi nhiệt, gồm ống tròn mở rộng và đơn vị vi kênh, đã được xây dựng và thử nghiệm thành công, cho thấy tính cạnh tranh về kích thước, khối lượng trao đổi và hiệu suất nhiệt so với HFC/HCFC Kích thước ống nhỏ hơn giúp giảm kích thước thiết bị so với HFC-134a.

Yun cùng cộng sự đã tiến hành phân tích số học cho thiết bị bay hơi trong hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất CO2 Nghiên cứu sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn để phân tích hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có cánh cũng sử dụng CO2 Kết quả cho thấy cần tối ưu hóa sự sắp xếp của các khối và vận tốc không khí đầu vào trong bộ trao đổi nhiệt kênh mini, dựa trên kích thước thiết bị, điều kiện không khí đầu ra và công suất yêu cầu.

Kau và các cộng sự đã xác định áp suất cao trong chu trình lạnh - lạnh siêu tới hạn thông qua phương pháp đồ họa, cho thấy sự ảnh hưởng của các điều kiện vận hành khác nhau.

Mô hình mô phỏng trạng thái ổn định SV2020-02 14 cho phép kiểm soát hiệu quả, dẫn đến một phương trình điều khiển đơn giản cho áp suất cao tối ưu của CO2 trong chu trình làm lạnh Điều này phụ thuộc vào thông tin về nhiệt trao đổi và máy nén, như được trình bày trong ví dụ của bài báo Tuy nhiên, áp suất cao không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, do đó việc sử dụng các hàm điều khiển gần đúng có thể làm giảm nhẹ hiệu suất COP Ngoài ra, các hệ số trong phương trình (4) sẽ thay đổi khi áp dụng cho thiết bị nhiệt hoặc máy nén khác.

Nghiên cứu của Gulloa và cộng sự cho thấy hệ thống làm lạnh sử dụng môi chất R744 (CO2) có hiệu suất năng lượng tốt hơn so với R404A, tiết kiệm từ 3% đến 37,1% năng lượng tại các cửa hàng thực phẩm bán lẻ ở Châu Âu Bài báo chỉ ra rằng giới hạn hiệu suất năng lượng của hệ thống R744 sẽ được cải thiện nhờ vào máy phun, giúp loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài trời Hơn nữa, việc sử dụng máy phun song song cho hệ thống R744 mang lại hiệu suất cao hơn, phù hợp với ngành thực phẩm bán lẻ tại Châu Âu Môi chất R774 đã chứng minh tiềm năng vượt trội trong ngành công nghiệp lạnh, đặc biệt trong các điều kiện khí hậu đa dạng ở Châu Âu.

Baheta và các cộng sự đã nghiên cứu hiệu suất của chu trình làm lạnh nén CO2 siêu tới hạn, đánh giá hệ số hiệu suất COP của nó Nghiên cứu được thực hiện thông qua mô hình hóa chu trình làm lạnh dựa trên các khái niệm nhiệt động lực học, với việc mô phỏng các thông số khác nhau để kiểm tra hiệu suất Kết quả cho thấy COP cao nhất đạt 3,24 ở áp suất làm lạnh khí 10 MPa, và chu trình này phù hợp hơn cho ứng dụng điều hòa không khí, khi COP tăng khi nhiệt độ thiết bị bay hơi tăng Mô phỏng được thực hiện bằng chương trình phát triển EXCEL, và các kết quả này có thể được áp dụng trong thiết kế chu trình làm lạnh CO2.

Tình hình nghiên cứu trong nước

PGS.TS Đặng Thành Trung cùng các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu về hệ thống điều hòa không khí CO2 sử dụng thiết bị bay hơi kênh mini với quá trình quá lạnh Kết quả cho thấy hệ thống này có hiệu suất cao hơn, với COP đạt 4.97 ở áp suất 77 bar và nhiệt độ bay hơi 15ºC, trong khi hệ thống không có quá trình quá lạnh chỉ đạt COP 1,59, thấp hơn cả hệ thống điều hòa thông thường Các chuyên gia khuyến nghị vận hành hệ thống CO2 ở áp suất 74-77 bar và nhiệt độ bay hơi 10-15ºC để đảm bảo hiệu quả và an toàn Ngoài ra, PGS.TS Đặng Thành Trung cũng đã so sánh tốc độ trao đổi nhiệt giữa bộ trao đổi nhiệt thông thường và bao đổi nhiệt kênh mini, cho thấy bộ kênh mini có kích thước nhỏ hơn 64% nhưng tốc độ truyền nhiệt cao hơn 145W, gần bằng bộ tản nhiệt scooter Kết quả cũng chỉ ra rằng nước là môi chất có hiệu suất truyền nhiệt cao hơn so với dung dịch etylen, phù hợp với các nghiên cứu trước đó.

ThS Nguyễn Trọng Hiếu và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về môi chất CO2 trong thiết bị bay hơi kênh micro, đồng thời phân tích đặc tính truyền nhiệt của thiết bị này.

Nghiên cứu SV2020-02 được thực hiện vào ngày 22 tháng 2 thông qua phương pháp mô phỏng số, cho thấy các kết quả về trường nhiệt độ, vận tốc và áp suất Cụ thể, nhiệt độ đầu ra của CO2 ở mức 1,6 g/s cao hơn so với mức 3,2 g/s Đồng thời, tổn thất áp suất qua thiết bị bay hơi kênh micro rất nhỏ, chỉ giảm từ 38,164 bar xuống 38 bar Những kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đây.

ThS Nguyễn Trọng Hiếu và các cộng sự đã thực hiện thí nghiệm về hệ thống điều hòa không khí CO2 sử dụng bộ trao đổi nhiệt bằng đồng Nghiên cứu này bao gồm việc thử nghiệm máy nén và bộ làm mát bằng phương pháp thủy lực để xác định nhiệt độ biến dạng và hư hỏng Kết quả cho thấy máy nén thông thường không phù hợp với áp suất cao do hệ số hiệu suất năng lượng (COP) của chu kỳ rất thấp, chỉ đạt 0,5.

CO2 có thể đạt được hệ số hiệu suất (COP) lên đến 3,07 khi nhiệt độ bay hơi ở mức 10°C, tương đương với COP của các hệ thống điều hòa không khí thương mại hiện nay.

Nghiên cứu về năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 hiện còn nhiều hạn chế và chưa rõ ràng, do đó, việc thực hiện nghiên cứu này là rất cần thiết.

Mục đích chọn đề tài

Thông qua các bài báo khoa học, các công trình nghiên cứu liên quan đã định hướng được cho nhóm mục tiêu chính của đề tài:

- Xác định được các thông số nhiệt động tại các điểm nút trong hệ thống điều hòa không khí CO2

- Xác định được năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 theo thời gian dùng dàn lạnh kênh mini theo phương pháp lý thuyết.

Phương pháp thực hiện đề tài

Phương pháp tổng quan tài liệu là quá trình tổng hợp các nghiên cứu liên quan để xác định động lực và mục tiêu nghiên cứu của đề tài, đồng thời xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu một cách rõ ràng.

Phương pháp lý thuyết được áp dụng bao gồm phân tích và tính toán, sử dụng phần mềm để kiểm tra và so sánh các thông số hoạt động thực nghiệm của dàn lạnh CO2 kênh mini từ xưởng Nhiệt.

Phương pháp phân tích dữ liệu: Nghiên cứu và phân tích các quá trình nhiệt động dựa vào các kết quả thu được trước đó

Giới hạn đề tài

Hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất lạnh CO2 tại TP Hồ Chí Minh có năng suất lạnh 4200W, với thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí, cùng dàn lạnh kênh mini, mang lại hiệu quả làm lạnh tối ưu trong điều kiện nhiệt độ môi trường.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở truyền nhiệt

Sự truyền nhiệt năng xảy ra giữa giữa các vật có nhiệt độ khác nhau gọi là quá trình Truyền nhiệt

Truyền nhiệt không chỉ giải thích nguyên nhân mà còn dự đoán mức độ trao đổi nhiệt năng dưới các điều kiện khác nhau Dòng nhiệt, mặc dù không thể đo lường trực tiếp, có thể xác định thông qua nhiệt độ, với dòng nhiệt luôn di chuyển từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng thấp, tạo ra chênh lệch nhiệt độ trong hệ Nghiên cứu phân bố nhiệt độ là yếu tố then chốt trong truyền nhiệt, giúp tăng cường hoặc hạn chế sự trao đổi nhiệt giữa các vật Khi nghiên cứu truyền nhiệt, chúng ta áp dụng định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động kỹ thuật để xác định cân bằng năng lượng và chiều hướng của quá trình truyền nhiệt Quá trình này diễn ra đồng thời qua ba dạng trao đổi nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ, trong đó dẫn nhiệt là việc truyền năng lượng từ vùng cao sang vùng thấp thông qua chuyển động và va chạm của các phần tử.

Dẫn nhiệt, tán xạ nhiệt và khuếch tán nhiệt là quá trình truyền nhiệt năng từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp nhằm cân bằng sự chênh lệch nhiệt độ Quá trình này xảy ra do sự va chạm và dao động giữa các phân tử và nguyên tử.

Dẫn nhiệt diễn ra trong tất cả các dạng của vật chất như chất rắn, chất lỏng, chất khí và plasma

Quá trình dẫn nhiệt có thể xảy ra bên trong lòng vật liệu hoặc ở ngoài bề mặt với các tính chất dẫn nhiệt là khác nhau

SV2020-02 25 Đại lượng đo lường sự dẫn nhiệt gọi là độ dẫn nhiệt ký hiệu là 𝜆 hoặc k

2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu

Tỏa nhiệt đối lưu là một phương thức truyền nhiệt xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt vật rắn và chất lỏng hoặc khí tiếp xúc Tại những điểm tiếp xúc, nhiệt độ của lớp chất lỏng sẽ trao đổi với bề mặt vật rắn, dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng Sự thay đổi này làm thay đổi mật độ chất lỏng, tạo ra chuyển động và hình thành dòng đối lưu, đồng thời mang theo lượng nhiệt.

Chuyển động của chất lỏng được chia thành hai loại chính: đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức Đối lưu tự nhiên xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng, dẫn đến sự khác biệt về mật độ và tạo ra các chuyển động đối lưu Ngược lại, đối lưu cưỡng bức là quá trình chuyển động của chất lỏng do các tác nhân bên ngoài như máy nén, bơm, quạt và máy khuấy tác động.

2.1.3 Trao đổi nhiệt bức xạ

Bức xạ nhiệt là quá trình truyền tải năng lượng nhiệt thông qua sóng điện từ từ một vật thể Đặc điểm của sóng điện từ cho phép quá trình trao đổi nhiệt bức xạ xảy ra ngay cả trong môi trường chân không, mà không cần sự tiếp xúc giữa hai vật thể.

Tất cả các vật chất đều có khả năng bức xạ và hấp thụ năng lượng Trong đó, chất rắn và chất lỏng có khả năng hấp thụ và bức xạ tốt hơn, trong khi khả năng này ở chất khí lại khá hạn chế.

Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ diễn ra qua hai giai đoạn Đầu tiên, nhiệt năng của vật thứ nhất được chuyển đổi thành sóng điện từ và bức xạ ra không gian Tiếp theo, các sóng điện từ này gặp vật thứ hai, nơi chúng bị hấp thụ, chuyển hóa thành nhiệt năng, đồng thời một phần bị phản xạ và một phần khác xuyên qua vật thể.

Tổng quan về môi chất R744-CO 2

Carbon dioxide (CO2) là một khí không màu tự nhiên, được sản sinh trong quá trình hô hấp của sinh vật và từ nhiều hoạt động công nghiệp như đốt nhiên liệu hóa thạch Trong khí quyển, CO2 chiếm khoảng 0.04% Khi hít phải CO2 ở nồng độ cao, có thể gây nguy hiểm do ngạt thở, đồng thời tạo ra cảm giác chua ở miệng và chát ở cổ họng, do CO2 hòa tan trong nước bọt và hình thành axit cacbonic yếu.

Tỷ trọng riêng của CO2 ở 25°C là 1,98 kg/m3, nặng khoảng 1,5 lần so với không khí Khí CO2 tan nhiều trong nước, với độ tan tăng lên khi nhiệt độ giảm và áp suất tăng Ở -78°C, CO2 ngưng tụ thành các tinh thể trắng được gọi là băng khô Mặc dù CO2 không duy trì sự sống và sự cháy, nó vẫn đóng vai trò quan trọng đối với sự sống trên trái đất.

Hình 2.1 Đồ thị trạng thái của CO2

Vùng 3: CO2 chuyển sang trạng thái siêu tới hạn (supercritical fluid) khi nhiệt độ và áp suất đạt hoặc vượt qua điểm tới hạn 73,8 bar và 31°C Ở trạng thái này, CO2 sở hữu cả tính chất của chất lỏng và khí.

Trong hệ thống lạnh, R744 siêu tới hạn có tính chất đặc biệt là không ngưng tụ cho đến khi áp suất giảm xuống dưới mức áp suất tới hạn Điều này phản ánh sự khác biệt giữa chất khí và chất lỏng, đặc biệt trong điều kiện áp suất cao.

Dựa trên đồ thị trạng thái, nhiệt độ tới hạn của R744 được xác định là 31,1 °C Nhiệt độ tới hạn thấp khiến R744 không thể hoạt động hiệu quả trong chu trình làm lạnh dưới tới hạn, vì thiết bị ngưng tụ không thể truyền nhiệt trên nhiệt độ này Kết quả là, thiết bị ngưng tụ sẽ trở nên kém hiệu quả và gây ra nhiều tổn thất Hơn nữa, khi nhiệt độ gần đạt tới hạn nhưng vẫn thấp hơn, entanpy hóa hơi giảm mạnh, dẫn đến giảm công suất sưởi và hiệu suất hệ thống tổng thể.

2.2.2 Tính chất của môi chất lạnh R744-CO 2

CO2 là một trong những môi chất lạnh tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật lạnh nhờ tính thân thiện với môi trường và khả năng truyền nhiệt hiệu quả.

Môi chất lạnh CO2, hay còn gọi là R744, có những đặc tính khác biệt so với các loại môi chất lạnh truyền thống Trong khi các môi chất như Hydrocarbon có thể dễ cháy và Amoniac có khả năng gây độc, thường chỉ được sử dụng trong các nhà máy lớn, thì R744 đáp ứng yêu cầu giảm thiểu tác động môi trường Với xu hướng hướng tới sự bền vững, R744 nổi bật như một lựa chọn tối ưu cho ngành kỹ thuật lạnh hiện nay.

Môi chất R744, hay CO2, nổi bật với các đặc tính thân thiện với môi trường như không cháy, không gây suy giảm Ozon (ODP = 0) và có hệ số nóng lên toàn cầu thấp (GWP = 1) Với áp suất hơi cao và công suất làm lạnh lớn (22,545 KJ/m3 ở 0℃), CO2 vượt trội gấp 3-10 lần so với các môi chất CFC và HFC Sơ đồ vùng chuyển pha cho thấy nhiệt độ và áp suất tới hạn của R744 lần lượt là 73,8 bar và 31,1℃, trong khi điểm ba thể đạt -57℃ và 4,2 bar Ở 0℃, áp suất bão hòa là 35 bar, với chênh lệch áp suất 0,47, cao hơn nhiều so với các chất lỏng thông thường Các đồ thị nhiệt độ - entropy (T-s) và áp suất – enthalpy (p-h) của R744 được thể hiện trong Hình 2.2 và Hình 2.3.

Hình 2.2 Đồ thị T-s của môi chất R744

Hình 2.3 Đồ thị p-h môi chất R744

2.2.3 Ưu nhược điểm của môi chất CO 2

Một số ưu điểm của môi chất CO 2 :

R744, hay còn gọi là CO2, sở hữu khả năng làm lạnh vượt trội nhờ công suất làm lạnh theo thể tích cao Điều này không chỉ ảnh hưởng tích cực đến thể tích quét của máy nén mà còn giúp tối ưu hóa kích thước các đường ống và bộ trao đổi nhiệt.

Khả năng truyền nhiệt hiệu quả của thiết bị bay hơi và ngưng tụ nhờ vào áp suất và khối lượng riêng cao giúp giảm chênh lệch nhiệt độ giữa môi chất và không khí Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất hệ thống mà còn cho phép sử dụng các thiết bị bay hơi và ngưng tụ có kích thước nhỏ hơn.

 Hoàn toàn tương thích với dầu bôi trơn thông thường và không ăn mòn hầu hết cá vật liệu chế tạo máy

 Độc tính thấp và không bắt lửa

Sản phẩm này có chi phí sản xuất thấp và dễ dàng tiếp cận, không phụ thuộc vào nguồn cung cấp độc quyền nào Hơn nữa, nó không yêu cầu tái chế và giá thành rất hợp lý.

 Chỉ số GWP không đáng kể, do đó trong trường hợp rò rỉ tác động trực tiếp đến việc biến đổi khí hậu rất thấp

Một số nhược điểm của môi chất CO 2 :

Hệ thống lạnh sử dụng R744 thường hoạt động với áp lực cao và có nguy cơ rò rỉ lớn, do đó, các thành phần trong hệ thống này cần được thiết kế đặc biệt Đặc biệt, máy nén cho hệ thống lạnh R744 phải đáp ứng yêu cầu công suất lạnh cao.

 Chi phí đầu tư và lắp đạt cho Các hệ thống R744 thường cao hơn so với các hệ thống lạnh khác

Hệ thống R744 rất nhạy cảm với ô nhiễm nước, và sự rò rỉ trong thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng có thể dẫn đến việc hình thành các hợp chất bất thường.

Công thức tính toán liên quan

G = .V ( kg/s) Công thức nhiệt động học:

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa không khí CO2

Công thức nhiệt động học được sử dụng để tính toán năng suất lạnh, công nén và hệ số hiệu suất (COP) trong hệ thống điều hòa không khí CO2, dựa trên sơ đồ nguyên lý được trình bày trong hình 2.4.

Công nén đoạn nhiệt để nén G kg môi chất lạnh từ trạng thái 1 đến trạng thái 2:

Năng suất giải nhiệt cho G kg môi chất lạnh tại thiết bị ngưng tụ:

Năng suất lạnh của G kg môi chất lạnh tại thiết bị bay hơi:

Hệ số hiệu quả năng lượng của chu trình lạnh:

MÁY VÀ THIẾT BỊ HỆ THỐNG

Máy nén

Máy nén lạnh là thành phần thiết yếu trong hệ thống lạnh nén hơi, có chức năng hút liên tục hơi môi chất lạnh từ thiết bị bay hơi, nén chúng lên áp suất và nhiệt độ cao, sau đó đẩy vào thiết bị ngưng tụ.

Hình 3.1 Máy nén Dorin CD 200 – Model 180H Một số bộ phận trên máy nén:

A - Kính xem dầu F - Sưởi dầu các-te máy

B - Nút nạp dầu DL - Van dịch vụ đầu đẩy

C - Đầu nối áp suất thấp SL - Van dịch vụ đầu hút

D - Đầu nối áp suất cao LPSV - Van an toàn thấp áp

E - Nút xả dầu HPSV - Van an toàn cao áp

Máy nén lạnh CO2 Dorin CD 200 – Model 180H, như hình 3.1, là loại máy nén piston nửa kín, được sử dụng để cung cấp nguồn năng lượng cho hệ thống.

3 pha, điện áp 380V và tần số 50Hz

Thiết bị bay hơi kênh mini

Thiết bị bay hơi hoạt động bằng cách làm lạnh, giúp hạ nhiệt độ của các đối tượng cần làm mát Nhiệt độ không khí sẽ được hấp thụ vào dàn lạnh và sau đó được chuyển đến dàn nóng để thải ra môi trường.

Thiết bị bay hơi sử dụng cho nghiên cứu này là dàn bay hơi kênh Mini Kích thước như thể hiện ở bảng

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật dàn bay hơi kênh Mini

Thông số Dàn ống Mini E2

Kích thước thiết bị (mm) 540x360x200

Số ống bên trong dàn 34

Số kênh bên trong ống 34x10 Đường kính kênh (mm) 1,6 x 1,2

Số dãy cánh nhôm tản nhiệt 35

Kích thước cánh nhôm (mm) 20 x 8 x 0,2

Dàn bay hơi được cấu tạo từ ống dẹp nhôm với các kênh nhỏ bên trong để dẫn môi chất, có kích thước đa dạng Cánh của dàn cũng được chế tạo bằng nhôm Đặc biệt, dàn lạnh đã trải qua kiểm tra thủy lực mà không bị hỏng hoặc biến dạng ở áp suất 90 bar Hình 3.2 minh họa cho dàn lạnh với thiết kế kênh mini.

Hình 3.2 Các thông số kích thước dàn mini

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ chính là làm ngưng tụ hơi quá nhiệt của môi chất sau khi nén thành trạng thái lỏng, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lạnh Nó ảnh hưởng quyết định đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ, từ đó tác động đến hiệu quả và độ an toàn của toàn hệ thống Một hình dàn ngưng tụ có công suất nhiệt 4200W được minh họa trong Hình 3.3.

1Hình 3.3 Mô hình thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước và gió

Chu trình giải nhiệt cho môi chất trong thiết bị ngưng tụ bắt đầu khi môi chất ở trạng thái hơi quá nhiệt, với áp suất và nhiệt độ cao sau khi rời khỏi máy nén Môi chất sau đó đi vào dàn nóng qua bộ chia gas lạnh, được dẫn qua 4 đường ống nhỏ với đường kính ngoài 4mm và đường kính trong 2.78mm.

Nước được bơm từ bể chứa lên dàn làm mát qua ống nước có lỗ so le, sau đó chảy xuống tấm làm mát (Cooling Pad) Quạt hút sẽ lấy đi nhiệt thải từ nước, giúp giảm nhiệt độ Nước sau khi được làm mát sẽ tiếp tục giải nhiệt cho gas lạnh trong ống đồng và sau đó rơi lại xuống bể chứa, duy trì quy trình giải nhiệt hiệu quả.

Môi chất lạnh được giải nhiệt qua 4 đường ống đồng nhỏ sẽ đi vào ống góp và khởi động lại quá trình trong thiết bị ngưng tụ, tiếp tục chu trình của hệ thống lạnh.

Hình 3.4 Tấm làm mát Cooling Pad

Hình 3.5 Hình thực tế thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước và gió

Van tiết lưu

Quá trình tiết lưu là một quá trình không thuận nghịch, trong đó lưu chất di chuyển qua một lỗ hẹp một cách đột ngột Quá trình này diễn ra nhanh chóng, dẫn đến tổn thất nhiệt lượng giữa môi chất và môi trường xung quanh rất nhỏ.

Nhiệm vụ của van tiết lưu:

Môi chất lạnh sau khi được ngưng tụ đẳng áp sẽ chuyển sang dạng lỏng và đi qua van tiết lưu, dẫn đến áp suất và nhiệt độ giảm Van tiết lưu có khả năng điều chỉnh lượng môi chất vào dàn lạnh tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và nhiệt độ phòng.

Van tiết lưu được sử dụng là loại van Danfoss, được chế tạo từ thép với diện tích mặt cắt ngang 16mm², như thể hiện trong Hình 3.6.

Hình 3.6 Van tiết lưu Danfoss

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CO 2

Tính toán thiết bị ngưng tụ

Chọn thông số khí hậu tại TP HCM

Nhiệt độ nhiệt kế ướt Tư= 26,8

Nhiệt độ ngưng tụ Tk=Tư + 0,75= 27,5 (nhiệt độ nước giải nhiệt Tn=Tư + 0.75= 27,5) Tra theo bảng catalog ống đồng Toàn Phát chọn ống đồng có

Thông số lý thuyết các điểm nút của chu trình hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất R744 được xác định và thể hiện ở Bảng 4.1

Bảng 4.1 Thông số lý thuyết chu trình điều hòa không khí CO2 Điểm P (bar) t (°C) h (kJ/kg)

1 40,7 6 426,69 Để đảm bảo hoạt động của chu trình dưới tới hạn của hệ thống điều hòa không khí

CO2 Tth0.9 0 C Thì nhóm nghiên cứu chọn nhiệt độ ngưng tụ Tk0,5 0 C tại áp suất

Tại áp suất 73 bar, thiết bị ngưng tụ thực hiện hai quá trình chính Đầu tiên, quá trình 2 đến 2’ là quá trình giải nhiệt, trong đó nhiệt độ của môi chất giảm từ 56,5 °C xuống 30,5 °C ở áp suất không đổi Tiếp theo, quá trình 2’ đến 3 là quá trình ngưng hơi đẳng nhiệt, giúp môi chất chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng bão hòa Để đảm bảo độ chính xác trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu cũng bổ sung quá trình quá lạnh từ 3 đến 3’, trong đó nhiệt độ giảm nhưng áp suất vẫn giữ nguyên.

Máy nén sử dụng trong nghiên cứu là máy nén Dorin CD200 - Model 180H

Ta chọn chu trình lý thuyết theo phần mềm Dorin cho loại máy nén 180H với các thông số đầu vào: t0 = 6 0 C; tk 0,5 0 C

Tra bảng Catalogue của máy nén, ta được lưu lượng khối lượng:

Hình 4.1 Chu trình điều hòa không khí của môi chất lạnh R744 trên đồ thị p-h

- Ở áp suất Pks bar ứng với tk0,5 0 C ta tra bảng đồ thị nhiệt động của CO2 được: h2 ’= 309,72 kJ/kg, h’’=h3 62,5 kJ/kg

- Ở áp suất Pk= 73 bar ứng với t2V,5 0 C tra bảng đồ thị nhiệt động của CO2 được h2F1,55 kJ/kg

- Ở áp suất Pk= 73 bar ứng với nhiệt độ t3’ = 29,5 0 C, tra bảng đồ thị nhiệt động của CO2 ta được h3’ = 292,31 kJ/kg

 Quá trình 2 ’ đến 3 là quá trình ngưng hơi có nhiệt độ t k = 30,5 và áp suất không đổi

Tra bảng hơi bão hòa của CO2 tại nhiệt độ 29,439 0 C (Nhiệt độ tb của nước và môi chất), ta có: ρ= 656,05 Kg/m3

Trong đó: g- Gia tốc trọng trường, m/s 2 r- Nhiệt ẩn hóa hơi J/kg độ

𝜆- Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng, w/m.độ

𝜌- Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m 3

𝜗- Độ nhớt động học của chất lỏng, m 2 /s

Các thông số vật lý nhiệt chọn theo tm= 1

2 (ts+tw), nhiệt ẩn hóa hơi r cho theo nhiệt độ bão hòa ts

Tra bảng đồ thị CO2 ta được r = 52,78.10 3 J/kg độ αco2 =0,72 √ 52,78.10 3 656,05 9,81.(0,079138) 3

Hình 4.2 Quá trình trao đổi nhiệt ngưng tụ giữa nước và CO2

Quá trình nhiệt ẩn diễn ra khi hơi bão hòa khô ngưng tụ thành lỏng bão hòa ở nhiệt độ tk0,5 0 C Trong quá trình này, công thức tỏa nhiệt đối lưu được áp dụng để mô tả sự chuyển giao nhiệt.

- Qk: nhiệt lượng truyền qua bề mặt trong một đơn vị thời gian, W

- α: Hệ số tỏa nhiệt trên bề mặt, w/m 2 độ

- F: diện tích bề mặt tỏa nhiệt, m 2

- ∆t: Độ chênh nhiệt độ trung bình, 0 C

Chiều dài của ống đồng cần thiết là (ống có Dngoài = 0,004m, Dtrong=0,00278m)

Từ đó ta suy ra: Đối với quá trình nhiệt ẩn Q2’3:

 Quá trình 2 đến 2’ là quá trình giảm nhiệt độ đẳng áp

Tra theo phần mềm REFPROP tại tf = 43,5 0 C , ps bar

- Hệ số dẫn nhiệt 𝜆= 0,030873 w/mk

Vận tốc chia cho 4 vì trong dàn ngưng nhóm thiết kết 4 đống đồng hình lò xo song song nhau

Quá trình giảm nhiệt độ từ 56,5 0 C xuống 30,5 0 C Môi chất trong trường hợp này là hơi quá nhiệt Ta xem như không khí

 Quá trình 3-3’ là quá trình quá lạnh, có áp suất p k = 73 bar và nhiệt độ giảm từ 30,5 0 C xuống còn 29,5 0 C

Tra REFPROP tại tf = 30 0 C, P = 73 bar

- Hệ số dẫn nhiệt 𝜆= 0,082039w/mk

- Nhiệt độ bề mặt tw = 28,846 0 C => Prw = 4,9447

Ta có Re = 65584,4421 > 10000 => chảy rối

Tại quá trình này thì đi từ lỏng bão hòa về lỏng quá lạnh nên ta chọn công thức

Tổng chiều dài ống đồng cần lắp đặt:

So sánh với thực tế: 32,4287

Tính toán thiết bị bay hơi

Tính dàn bay hơi theo phương pháp chọn:

Các thông số ban đầu của dàn bay hơi:

- Chiều cao cánh hc = 8mm

- Chiều rộng cánh Bf = 2,2 mm

- Chiều dày của cánh 𝛿 𝐶 = 0,16 mm

- Nhiệt độ không khí vào t1 = 26 0 C, 𝜑 1 = 55%

- Nhiệt độ không khí ra t2 = 16 0 C, 𝜑 2 = 85%

- Diện tích cánh truyền nhiệt trên 1m ống Fc:

: Diện tích một phía của cánh hình chữ nhật, mm 2 ; n c

- Diện tích phần ống không làm cánh ứng với 1m chiều dài ống Foc:

- Tổng diện tích bề mặt (truyền nhiệt) ngoài ứng với 1m ống Fk:

- Tổng diện tích bề mặt trong ứng với 1m ống Ftr:

𝐹 𝑡𝑟 = 0,066205 3,7699.10 −3 = 17,56 Ở nhiệt độ 12 0 C, áp suất 40,7 bar Tra bảng hơi quá nhiệt của CO2,ta đươc h1’C8,57 kJ/kg, h3’= h4 = 292,31 kJ/kg

- Năng suất lạnh của dàn bay hơi:

- Diện tích trao đổi nhiệt của Thiết bị bay hơi:

Trong đó: Q0: năng suất lạnh của thiết bị bay hơi W

K: Hệ số truyền nhiệt tổng (W/m 2 K)

∆𝑡 𝑙𝑜𝑔 : Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit

Hệ số truyền nhiệt tổng: k = 1

𝛼 𝐶𝑂2 : Hệ số tỏa nhiệt của CO2

𝛼 𝐴𝑖𝑟 : Hệ số tỏa nhiệt của Không khí

𝜆 𝐴𝑙 : hệ số dẫn nhiệt của Nhôm

𝛿: Bề dày thành thiết bị

- Tính hệ số tỏa nhiệt của Không khí

- Nhiệt độ trung bình của dòng không khí qua dàn lạnh

-Với tk = 21 0 C tìm được thông số vật lý của không khí như sau: Thông số vật lý của không khí khô (trang 518 TL truyền nhiệt):

- Tốc độ hứng dòng 𝜔 0 thường chọn từ 2 - 4 m/s, ở đây chọn sơ bộ 𝜔 0 = 2,5 m/s, vậy tốc độ qua chỗ hẹp nhất 𝜔 𝑚𝑎𝑥 sẽ là:

- Diện tích chỗ hẹp nhất không khí lưu thông qua:

- Diện tích hứng dòng ứng với chiều 1m chiều dài:

Khi làm lạnh dòng không khí qua dàn lạnh, cường độ tỏa nhiệt đối với cánh tấm phẳng có thể dùng công thức sau:

Sc – bước cánh, m dng – đường kính ngoài của ống, m

H – chiều cao cánh, m ω – tốc độ dòng qua chỗ hẹp nhất, m/s

𝜈 – Độ nhớt động học của không khí, m 2 /s

𝜆 – hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m.K

Do sử dụng dàn lạnh mini, chùm ống được bố trí song song, cánh hình chữ nhật nên ta có hệ số như sau:

Tại t1= 26 0 C tại độ ẩm bảo hòa 100% -> p1bh = 0,03133 bar

Tại t2 = 16 0 C tại độ ẩm bảo hòa 100% -> p2bh = 0,01733 bar

𝜆: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm cánh, W/m.k

Chọn vật liệu làm cánh là nhôm nên 𝜆#7 W/m.k

Cánh làm Dàn bay hơi mini là cánh hình chữ nhật

Do sự phân bố nhiệt độ nên hệ số toả nhiệt không đồng đều trên toàn bộ bề mặt cánh Theo kinh nghiệm chọn hệ số 𝜓 = 0,85

Kết quả tính toán cho 𝛼 𝑎𝑖𝑟 đạt 88,67 W/m², gần đúng với biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa đường kính thủy lực và hệ số cường độ tỏa nhiệt về phía không khí Trong tính toán này, đường kính thủy lực được xác định là dng = 2mm, tương đương với 2000𝜇𝑚.

Hình 4.3 Đồ thị thể hiện sự liên hệ giữa đường kính thủy lực với hệ số truyền nhiệt

Sau khi so sánh, kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt cho thấy sự phù hợp với đường kính thủy lực Do đó, chúng ta có thể áp dụng công thức tính hệ số tỏa nhiệt của ống thông thường cho thiết bị ống mini.

- Hệ số tỏa nhiệt khi sôi trong ống 𝛼 𝐶𝑂2 :

+ Tốc độ khối lượng vm:

Theo chiều dòng chảy có 10 hàng ống (n2 = 10), số dãy ống môi chất vào có 6 dãy

(60 ống), môi chất tuần hoàn trong 1 hàng có lưu lượng Ga = 16,27 kg/h

Để lựa chọn công thức tính toán cường độ tỏa nhiệt bên trong ống 𝛼 𝐶𝑂2, cần xác định mối quan hệ giữa tốc độ khối lượng vm và tốc độ tới hạn vcm.

Trong thiết kế này, sơ bộ chúng ta giả thiết vm < vcm (giả thiết này sẽ được kiểm nghiệm lại ở phần sau) Trong trường hợp này 𝛼 𝐶𝑂2 được tính:

Trong đó 𝜇 là phân tử lượng của môi chất, (Tra bảng 15.6, TL[8]) với R744 thì

Hệ số e = 10,1 (Trang 450 TL[8]) c được định nghĩa như sau:

 Trong đó: tb: Nhiệt độ điểm sôi tiêu chuẩn, với R744 tb = -78,52 o C (Bảng 15.6, TL[8]) to: Nhiệt độ môi chất sôi và hoá hơi trong dàn bay hơi, chọn to = 6 o C

Hình 4.4 Biến thiên nhiệt độ tại dàn bay hơi

Khi hệ thống hoạt động ổn định, nhiệt độ không khí trong phòng duy trì ở mức 26°C Nhiệt độ không khí vào dàn cũng đạt 26°C, trong khi nhiệt độ không khí ra khỏi dàn giảm xuống còn 16°C.

- Tính hệ số truyền nhiệt k xét theo bề mặt ngoài:

Xét đến nhiệt trở dẫn nhiệt thì hệ số truyền nhiệt sẽ được tính theo công thức:

Trong đó: : Chiều dày vách ống nhôm, 𝛿 𝐴𝑙 = 0,4 𝑚m

: Hệ số dẫn nhiệt của ống nhôm, 𝜆 𝐴𝑙 = 237 W/m 2 độ

- Mật độ dòng nhiệt tính quy về bề mặt trong của ống là qtr:

11,28.10 −3 +0,0468𝑞 𝑐𝑜2 −0,7 14,427 W/m 2 Giải phương trình trên ta được 𝑞 𝑐𝑜2 = 22075,025 W/m2

Với 𝑞 𝑐𝑜2 = 22075,025 W/m 2 , xác định lại hệ số 𝛼 𝑐𝑜2 , k:

Kiểm định lại giả thiết 𝑣 𝑚 > 𝑣 𝑐𝑚 ta thấy:

𝑣 𝑐𝑚 : tốc độ khối lượng tới hạn

Ta thấy 𝑣 𝑚 < 𝑣 𝑐𝑚 nên gia thiết ban đầu của bài là đúng

Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi

Tính toán năng suất lạnh của hệ thống theo lý thuyết

Lưu lượng môi chất qua máy nén theo catalogue của máy nén Dorin

Công nén đoạn nhiệt để nén G kg môi chất lạnh từ trạng thái 1’ đến trạng thái 2:

Năng suất giải nhiệt cho G kg môi chất lạnh tại thiết bị ngưng tụ:

Năng suất lạnh của G kg môi chất lạnh tại thiết bị bay hơi:

Hệ số hiệu quả năng lượng COP của chu trình lạnh:

Kết quả thực nghiệm

Bảng 4.2 Thông số thực nghiệm chạy hệ thống ngày 04-06-2020

Dựa vào bảng thông số thực nghiệm của dàn lạnh kênh mini tại Xưởng Nhiệt, với lưu lượng thực nghiệm G = 130 kg/h (tương đương 0.0361 kg/s), nhóm nghiên cứu đã tiến hành xác định các điểm nút trong chu trình lạnh.

- Xác định điểm nút của chu trình:

+ Điểm 1: Điểm cắt của p1 và đường nhiệt độ t1 (Trạng thái hơi hút vào máy nén)

+ Điểm 2: Từ điểm 1 kẻ đường song song s1 = s2 = const Điểm cắt của đường p2 với s1=s2, chính là 2 (Trạng thái hơi quá nhiệt ra khỏi máy nén)

+ Điểm 3: Điểm cắt của p2 và t3 ( trạng thái thoát hơi ra khỏi thiết bị làm mát)

+ Điểm 4: Từ 3 kẻ đường thằng h3 = h4 = const Điểm cắt của p4 = p1 và đường h4 chính là điểm 4 (Trạng thái thoát hơi ẩm của môi chất sau khi qua van tiết lưu)

THÔNG SỐ CHẠY DÀN LẠNH KÊNH MINI (Vận tốc gió ra dàn lạnh : v = 3 m/s)

Bảng 4.3 Thông số nhiệt động tại các điểm nút của chu trình

Bảng 4.4 Kết quả tính toán thực nghiệm của chu trình

Các trạng thái nhiệt động của hệ thống điều hòa không khí CO2, được làm mát bằng nước và không khí, chịu ảnh hưởng rõ rệt từ nhiệt độ môi trường Cụ thể, khi nhiệt độ môi trường giảm từ 34°C xuống 31°C, năng suất lạnh Qo tăng từ 4,9 kW lên 5,6 kW, đồng thời hệ số hiệu quả năng lượng COP cũng tăng từ 5,238 lên 5,684.

Nhiệt độ môi trường Áp Suất Nhiệt Độ Enthanpy t mt (°C) P(bar) t(°C) h(kJ/Kg)

(°C) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kW)

Nhận xét kết quả thực nghiệm

- So với kết quả tính toán lý thuyết, ta nhận thấy hệ số hiệu quả năng lượng thực nghiệm thấp hơn tính toán lý thuyết

- Sai số giữa hệ số hiệu quả năng lượng thực nghiệm so với lý thuyết từ 3% đến 10%

So sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm ở nhiệt độ môi trường 33 O C:

Bảng 4.5 Bảng so sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm

Kết quả tính toán Lý thuyết Thực nghiệm

Trong quá trình hoạt động của hệ thống, các tổn thất năng lượng, sai số của dụng cụ đo, và chỉ số COP chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường và áp suất Do đó, kết quả tính toán lý thuyết có thể được thực nghiệm hóa để phản ánh chính xác hơn thực tế.