Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Công nghệ làm lạnh mới do ThS. Lê Thị Thu Hằng làm chủ biên cùng các tác giả Nguyễn Đức Nam và Trần Quang Đạt biên soạn, được Hội đồng sư phạm Trường Cao đẳng Nghề Việt Nam - Hàn Quốc Thành phố Hà Nội thông qua và lưu hành nội bộ vào năm 2021. Tài liệu được thiết kế chuyên trách cho mô đun Công nghệ làm lạnh mới (Mã mô đun: MĐ 28), trực thuộc chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí ở trình độ Cao đẳng. Trong tiến trình đào tạo, mô đun này có vị trí chuyên sâu và mở rộng, được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn nghề như: Lạnh cơ bản, Hệ thống điều hòa không khí cục bộ, Hệ thống điều hòa không khí trung tâm.
Mục tiêu đào tạo của giáo trình tập trung trang bị cho học sinh, sinh viên hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo, chức năng, nhiệm vụ và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị trong hệ thống máy lạnh hấp thụ, máy lạnh hấp phụ chất rắn và thiết bị làm lạnh ứng dụng năng lượng mặt trời. Về chuẩn đầu ra kỹ năng, người học có khả năng tính toán thông số nhiệt động, tra cứu đồ thị chuyên ngành, đồng thời thực hiện quy trình lắp đặt, sửa chữa và bảo dưỡng các cụm thiết bị nhiệt - lạnh tương ứng. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm, giáo trình rèn luyện phương pháp làm việc nhóm, tính kỷ luật, an toàn lao động và ý thức sử dụng năng lượng tiết kiệm.
Cấu trúc giáo trình gồm 60 giờ định mức (20 giờ lý thuyết, 38 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 2 giờ thi/kiểm tra), phân chia thành hai bài học trọng tâm: Bài 1 - Máy lạnh hấp thụ (30 giờ) và Bài 2 - Thiết bị lạnh dùng năng lượng mặt trời (30 giờ). Cách tiếp cận của giáo trình đi từ cơ sở nhiệt động lực học lý thuyết, phân tích cấu tạo chi tiết, đến giải quyết các bài toán nhiệt kỹ thuật thực tế và xây dựng quy trình thực hành công nghệ.
Nội dung kiến thức cốt lõi
CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH MỚI (MĐ 28)
BÀI 1: MÁY LẠNH HẤP THỤ BÀI 2: THIẾT BỊ LẠNH NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Các chương/chủ đề chính
Nội dung giáo trình được triển khai tuần tự qua hai cụm chủ đề kỹ thuật lớn với logic chuyển tiếp chặt chẽ từ máy nén nhiệt dung dịch đến hệ thống hấp phụ quang năng:
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình cung cấp nền tảng nhiệt động học hóa lỏng và chuyển pha thông qua các mô hình lý thuyết:
- Lý thuyết máy nén nhiệt và cân bằng chất: Mô tả quá trình thay thế máy nén cơ học bằng chu trình dung dịch tuần hoàn, thiết lập phương trình cân bằng khối lượng cho dung dịch đậm đặc ($m_r$), dung dịch loãng ($m_a$) và môi chất lạnh ($m_d$):
$$m_r = m_a + m_d \quad \text{và} \quad \xi_r m_r = \xi_a m_a + \xi_d m_d$$
- Lý thuyết nhiệt động học hỗn hợp hai cấu tử: Ứng dụng định luật Raoult, đồ thị entanpi - nồng độ $h-\xi$ của Merkel - Bosnjakovic với các đường đẳng áp, đẳng nhiệt, đường sôi và đường ngưng để xác định trạng thái bão hòa hơi - lỏng.
- Lý thuyết hấp phụ Polanyi - Eucken: Mô hình hóa đường đẳng nhiệt hấp phụ trên hệ tọa độ $p-a$, chuyển đổi từ cấu tử chuẩn Benzen ($\text{C}_6\text{H}_6$, $M_1=78\text{ kg/kmol}, \rho_1=879\text{ kg/m}^3$) sang cấu tử Metanol ($\text{CH}_3\text{OH}$, $M_2=32\text{ kg/kmol}, \rho_2=792\text{ kg/m}^3$) để tính toán hoạt độ tĩnh $a$ và khối lượng chất hấp phụ cần thiết.
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Vẽ, đọc và phân tích sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh hấp thụ một cấp, hai cấp, khuếch tán 3 vòng tuần hoàn và chu trình máy lạnh hấp phụ năng lượng mặt trời.
- Kỹ năng tra cứu và phân tích số liệu: Sử dụng thành thạo đồ thị $h-\xi$ hỗn hợp $\text{NH}_3/\text{H}_2\text{O}$, đồ thị $\lg p - 1/T$ hỗn hợp $\text{H}_2\text{O}/\text{LiBr}$, đồ thị $p-T$ và bảng tra cứu thông số nhiệt động của hơi nước bão hòa.
- Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Xác định lưu lượng tuần hoàn dung dịch, phụ tải nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt, tính toán diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng tụ, tính tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che buồng lạnh ($Q_1$), nhiệt làm đông đá và làm lạnh khuôn ($Q_2$), xác định khối lượng than hoạt tính ($M_{\text{than}} = M_{mc}/a$).
- Kỹ năng thực hành nghề nghiệp: Lập quy trình công nghệ vận hành, phát hiện và khắc phục các sai lệch thông số vận hành, đảm bảo an toàn làm việc với môi chất độc hại ($\text{NH}_3, \text{CH}_3\text{OH}$) và duy trì độ kín chân không của hệ thống.
Phương pháp giảng dạy và học tập
| Thành phần đào tạo |
Số giờ định mức |
Tỷ lệ phân bổ |
Phương thức tổ chức chính |
| Lý thuyết chuyên ngành |
20 giờ |
33,3% |
Giảng dạy tập trung, phân tích chu trình trên đồ thị nhiệt động |
| Thực hành, thảo luận, bài tập |
38 giờ |
63,3% |
Tính toán thông số điểm nút, phân tích sơ đồ, xử lý bài tập kỹ thuật |
| Kiểm tra định kỳ |
2 giờ |
3,4% |
02 bài kiểm tra 1 tiết (lý thuyết kết hợp bài tập tính toán) |
| Tổng cộng mô đun (MĐ 28) |
60 giờ |
100% |
Đào tạo tích hợp kiến thức - kỹ năng |
Giáo trình triển khai phương pháp giảng dạy tích hợp lý thuyết kỹ thuật gắn liền với giải bài tập ứng dụng. Thời lượng thực hành và bài tập chiếm ưu thế (38/60 giờ), chia đều cho 2 bài học (mỗi bài 19 giờ bài tập/thực hành và 1 giờ kiểm tra kết thúc).
QUY TRÌNH HỌC TẬP VÀ ĐÁNH GIÁ (MĐ 28)
[BƯỚC 1: KHẢO SÁT LÝ THUYẾT] [BƯỚC 2: TRA CỨU ĐỒ THỊ]
Trình bày nguyên lý, sơ đồ chu trình Khai thác đồ thị h-ξ, lg p - 1/T, p-T
[BƯỚC 3: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT]
Giải bài toán cân bằng nhiệt, khối lượng,
xác định thông số điểm nút & phụ tải
[BƯỚC 4: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ]
Thang điểm 10: Kiến thức (4đ) - Kỹ năng (4đ) - Ý thức (2đ)
Giáo trình cung cấp các bài toán mẫu có lời giải chi tiết và hệ thống bài tập thực hành giao cho người học:
- Bài toán máy lạnh $\text{H}_2\text{O}/\text{LiBr}$: Cho năng suất lạnh $Q_0 = 100\text{ kW}$, nhiệt độ nước lạnh $t^0 = 8^\circ\text{C}$, nước làm mát $t{W1} = 30^\circ\text{C}$, nước nóng gia nhiệt $t^H = 90^\circ\text{C}$. Tính toán lưu lượng môi chất $m_d = 0{,}04\text{ kg/s}$, lưu lượng dung dịch $m_r = 0{,}46\text{ kg/s}$, xác định điều kiện vận hành cực đoan ($t{W1,\max} = 35^\circ\text{C}, t^*_{H,\min} = 78^\circ\text{C}$).
- Bài toán Exergi cho máy lạnh $\text{NH}_3/\text{H}_2\text{O}$: Xác định năng suất lạnh $Q_0$ từ dòng nhiệt cấp $Q_H = 1\text{ MW}$, $t_H = 100^\circ\text{C}$, $t_k = 25^\circ\text{C}$, hiệu suất exergi $\eta = 0{,}3$ ở 2 chế độ bay hơi $t_0 = 5^\circ\text{C}$ ($Q_0 = 0{,}84\text{ MW}$) và $t_0 = -30^\circ\text{C}$ ($Q_0 = 0{,}27\text{ MW}$).
- Bài toán xác định bảng thông số 12 điểm nút: Khảo sát chu trình $\text{NH}_3/\text{H}_2\text{O}$ có thiết bị hồi nhiệt $\text{HN}_1, \text{HN}2$ với $t_H = 130^\circ\text{C}$, $t_k = 30^\circ\text{C}$, $t_0 = -15^\circ\text{C}$, độ chênh nhiệt độ tối thiểu $\Delta t{\min} = 5\text{ K}$.
- Bài toán máy lạnh Ejector hơi nước: Cho công suất $Q_0 = 350\text{ kW}$, $t_0 = 5^\circ\text{C}$, $t_{W1} = 23^\circ\text{C}$, nguồn hơi bão hòa khô áp suất $p_H = 5\text{ bar}$ từ lò hơi có hiệu suất $\eta = 80%$, biểu diễn chu trình trên đồ thị $h-s$.
Hệ thống đánh giá kết quả học tập được lượng hóa theo khung tiêu chí cụ thể:
- Kiến thức (4,0 điểm): Vẽ đúng sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động; thuyết minh chính xác nguyên tắc hoạt động; phân tích đầy đủ ưu nhược điểm của từng chu trình.
- Kỹ năng (4,0 điểm): Giải chính xác các dạng bài tập kỹ thuật; biểu diễn quá trình và tra cứu thành thạo các thông số trạng thái trên đồ thị $h-\xi$ và $\lg p - 1/T$; so sánh định lượng giữa các chu trình.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm (2,0 điểm): Thái độ học tập cẩn thận, ghi chép tỷ mỷ, tuân thủ kỷ luật, đảm bảo vệ sinh công nghiệp và quy định an toàn lao động.
Điểm nổi bật và cập nhật
Giáo trình cập nhật các công nghệ biến đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng lạnh mà không phụ thuộc vào máy nén cơ học truyền thống:
ĐẶC TÍNH NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG NGHỆ
[CÔNG NGHỆ MÁY NÉN NHIỆT HẤP THỤ] [CÔNG NGHỆ HẤP PHỤ QUANG NĂNG]
• Tận dụng nhiệt thải: 80 - 150°C • 100% Năng lượng mặt trời (Collector Parabolic)
• Không dầu bôi trơn trong vòng tuần hoàn • Vật liệu xốp cấu trúc hạt: Than hoạt tính, Silicagel
• Máy lạnh khuếch tán: Cân bằng áp suất bằng H2 • Môi chất Methanol (CH3OH) không phá hủy tầng ozone
• Máy lạnh công nghiệp lớn: H2O/LiBr 1-5 triệu kcal/h • Ứng dụng độc lập tại vùng không có lưới điện
- Tích hợp công nghệ tận dụng nhiệt thải công nghiệp: Khai thác các nguồn nhiệt cấp có nhiệt độ thấp ($80 - 150^\circ\text{C}$) từ nước nóng, hơi trích tua bin nhà máy nhiệt điện, khói lò hơi công nghiệp thực phẩm để vận hành máy lạnh hấp thụ liên tục, giảm thiểu tiêu thụ điện năng lưới.
- Mô tả các kết cấu máy lạnh chuyên biệt: Cập nhật sơ đồ các dòng máy công nghiệp công suất lớn như hệ máy $\text{H}_2\text{O}/\text{LiBr}$ công suất từ 1 đến 5 triệu $\text{kcal/h}$ ($\text{A}<\text{BXA } 1000$ và $\text{A}<\text{XA } 5000$ của Liên Xô cũ); cấu tạo máy lạnh khuếch tán công nghiệp Mauri và tủ lạnh dân dụng Platen - Munter sử dụng khí trơ Hydro khử hoàn toàn chi tiết chuyển động cơ học.
- Ứng dụng công nghệ năng lượng tái tạo: Tích hợp kỹ thuật thu nhận bức xạ mặt trời thông qua bộ thu collector ống kết hợp gương phản xạ parabolic để tạo nước nóng $80 - 90^\circ\text{C}$ gia nhiệt cho bộ hấp phụ; xây dựng mô hình hệ thống làm đá chu kỳ ngày - đêm phục vụ nhu cầu tại các khu vực chưa có lưới điện quốc gia.
- Gắn kết thực tiễn khí hậu Việt Nam: Giáo trình tính toán và chỉ rõ các rào cản kỹ thuật khi triển khai tại Việt Nam, đặc biệt là thông số nhiệt độ nước làm mát mùa hè ($t_{W1} \ge 30 - 32^\circ\text{C}$, trong khi các nước ôn đới là $12 - 15^\circ\text{C}$), từ đó xác định giới hạn ngưng tụ cực đại ($t_{k,\max} \le 35 - 40^\circ\text{C}$) để chu trình không bị triệt tiêu vùng khử khí ($\Delta\xi \to 0$).
Đối tượng sử dụng giáo trình
Giáo trình phục vụ cho các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật ứng dụng:
ĐỐI TƯỢNG VÀ ĐIỀU KIỆN TIÊN QUYẾT
[ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG] [ĐIỀU KIỆN TIÊN QUYẾT]
• Sinh viên Cao đẳng nghề Kỹ thuật máy lạnh & ĐHKK (Chính khóa) • Kỹ thuật cơ sở (Nhiệt kỹ thuật, Cơ lưu chất)
• Học sinh Trung cấp nghề Điện lạnh (Tham khảo) • Mô đun Lạnh cơ bản
• Kỹ thuật viên, kỹ sư vận hành tại các cơ sở kinh tế • Hệ thống điều hòa không khí cục bộ
• Giảng viên chuyên ngành Nhiệt - Điện lạnh • Hệ thống điều hòa không khí trung tâm
- Sinh viên và học sinh học nghề: Là giáo trình giảng dạy bắt buộc cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí (mô đun MĐ 28); đồng thời là tài liệu tham khảo cho học sinh hệ Trung cấp nghề muốn nâng cao kiến thức về chu trình nhiệt lạnh mở rộng.
- Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành khối kiến thức kỹ thuật cơ sở và các mô đun chuyên ngành tiên quyết bao gồm: Lạnh cơ bản, Hệ thống điều hòa không khí cục bộ và Hệ thống điều hòa không khí trung tâm để nắm vững nguyên lý chu trình nén hơi tiêu chuẩn trước khi tiếp cận chu trình máy nén nhiệt và hấp phụ.
- Giảng viên chuyên ngành: Cung cấp khung chương trình chi tiết, bảng phân bổ thời gian giảng dạy, quy trình thực hiện công việc và ngân hàng đề bài tập, bảng tiêu chuẩn đánh giá kết quả học tập phục vụ công tác giảng dạy tại các trường cao đẳng, trung cấp nghề.
- Kỹ thuật viên và kỹ sư thực địa: Dùng làm tài liệu tra cứu các bảng thông số kỹ thuật, phương pháp đọc đồ thị $h-\xi$, $\lg p - 1/T$, quy trình tính toán phụ tải và kiểm tra điều kiện làm việc của hệ thống máy lạnh hấp thụ $\text{H}_2\text{O}/\text{LiBr}, \text{NH}_3/\text{H}_2\text{O}$ tại các nhà máy, xí nghiệp.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?
Tài liệu được biên soạn chính thức cho sinh viên bậc Cao đẳng nghề chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí theo chương trình mô đun MĐ 28. Ngoài ra, giáo trình là tài liệu tham khảo cho học sinh Trung cấp nghề và kỹ thuật viên ngành nhiệt - điện lạnh tại các cơ sở sản xuất.
2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?
Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và các mô đun chuyên môn gồm: Lạnh cơ bản, Hệ thống điều hòa không khí cục bộ và Hệ thống điều hòa không khí trung tâm; có kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí, tra cứu đồ thị nhiệt động cơ bản và kiến thức về an toàn điện - nhiệt.
3. Điểm khác biệt căn bản giữa giáo trình này và các tài liệu kỹ thuật lạnh thông thường là gì?
Giáo trình không tập trung vào máy lạnh nén hơi sử dụng máy nén cơ khí truyền thống mà chuyên sâu vào hai nhánh công nghệ: Máy lạnh hấp thụ sử dụng máy nén nhiệt (chạy bằng nguồn nhiệt thừa $80 - 150^\circ\text{C}$, không dùng điện năng lớn) và Thiết bị lạnh hấp phụ chất rắn dùng năng lượng mặt trời (than hoạt tính/metanol).
4. Phương pháp tự học và làm bài tập trên giáo trình đạt hiệu quả tốt nhất?
Người học cần kết hợp đọc lý thuyết với việc trực tiếp vẽ lại sơ đồ nguyên lý chu trình, thực hành các bước tra cứu điểm nút trạng thái trên đồ thị $h-\xi$ của Merkel - Bosnjakovic và đồ thị $\lg p - 1/T$, sau đó giải tuần tự các bài tập mẫu về cân bằng nhiệt và khối lượng được cung cấp ở mục 1.4, 1.5 và 2.4.
5. Giáo trình có cung cấp các tài liệu bổ trợ hoặc phụ lục tra cứu không?
Giáo trình có hệ thống hình vẽ sơ đồ nguyên lý (Hình 1.1 đến 2.5), đồ thị trạng thái $h-\xi$ cho $\text{NH}_3/\text{H}_2\text{O}$, đồ thị $\lg p - 1/T$ cho $\text{H}_2\text{O}/\text{LiBr}$, đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ $p-a$, bảng thông số 12 điểm nút chu trình mẫu (Bảng 1.1), bảng thông số kỹ thuật chất hấp phụ (Bảng 2.1) và danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành ở trang 59.
Kết luận
Giáo trình Công nghệ làm lạnh mới (MĐ 28) của Trường Cao đẳng Nghề Việt Nam - Hàn Quốc Thành phố Hà Nội cung cấp hệ thống lý thuyết và kỹ thuật thực hành hoàn chỉnh về các phương pháp sản xuất lạnh phi cơ học. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở cấu trúc bài học gắn kết chặt chẽ giữa phân tích chu trình nhiệt động (máy nén nhiệt, chu trình hấp phụ quang năng) với các bài toán kỹ thuật tính toán thiết bị cụ thể. Lộ trình đào tạo đề xuất dẫn dắt người học từ việc nắm vững nguyên lý cân bằng nhiệt, phương pháp tra cứu đồ thị chuyên dụng ($h-\xi$, $\lg p - 1/T$, $p-T$) đến kỹ năng thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống máy lạnh hấp thụ, hấp phụ trong thực tế sản xuất. Tài liệu là căn cứ sư phạm quan trọng cho giảng viên và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí.