TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI V I Ệ N K H & C N N H I Ệ T - L Ạ N H Bộ môn Kỹ thuật Lạnh & ĐH không khí, C5-108, Tel 38682623 KỸ THUẬT LẠNH 1 Më ĐÇU - Giíi thiÖu chung NhiÖt, L¹nh vµ Kü thuËt l¹nh NhiÖt : Kh¸i niÖm thuéc c¶m gi¸c cña con ngêi khi ë tríc nguån nhiÖt ®é cao nh lß nung, bãng ®Ìn nãng s¸ng,… L¹nh : C¶m gi¸c khi bÞ suy gi¶m hay mÊt mét phÇn hoÆc tßan bé nhiÖt Giíi thiÖu chung vÒ l¹nh vµ ®iÒu hßa kh«ng khÝ (ĐHKK) o NhiÖt vµ L¹nh : Cïng b¶n chÊt khoa häc, chØ kh¸c nhau vÒ ph¹m vi nhiÖt ®é o NhiÖt vµ L¹nh : T¬ng tù nh kh¸i niÖm ¸nh s¸ng vµ bãng tèi o Kü thuËt L¹nh : Kü thuËt lÊy nhiÖt tõ ®èi tîng cÇn lµm l¹nh ®Ó h¹ nhiÖt ®é cña nã xuèng thÊp h¬n nhiÖt ®é m«i trêng o C«ng nghÖ L¹nh : VËn dông KT L¹nh trong c¸c tr- êng hîp cô thÓ Tiêu thụ NL ở Hộ gia đình Sử dụng điện, (%) 22 34 ĐHKK Khác máy lạnh TV 18 Chiếu 10 sáng 16 L¹nh + ĐHKK chiÕm 40% NL tiªu thô trong gia ®inh Cơ sở kỹ thuật lạnh & điều hòa không khí Tài liệu tham khảo Giáo trình chính 1. Kỹ thuật lạnh cơ sở - Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ - NXB Giáo dục 2002 2. Kỹ thuật lạnh ứng dụng - Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ - NXB Giáo dục 2003 Sách tham khảo: 1. Máy và thiết bị lạnh - Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ - NXB Giáo dục, 2003 2.
Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hoà không khí - Nguyễn Đức Lợi - NXB KHKT 2003 3. Môi chất lạnh - Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ - NXB Giáo dục 1998 4. Kỹ thuật điều hoà không khí - Lê Chí Hiệp - NXB KHKT 2002 5. Kỹ thuật điều tiết không khí - Hà Đăng Trung, Nguyễn Quân - NXB KHKT 1998 5 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Nội dung chính 1.
Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế(0. Phương pháp làm lạnh nhân tạo (1. Môi chất lạnh và chất tải lạnh (2 T) 4. Các chu trình cơ bản của máy lạnh nén hơi(8t+4BT) 5.
Thiết bị trao đổi nhiệt(2T) 7. Cơ sở lý thuyết công nghệ lạnh hấp thụ (4T) 6 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 1.Định nghĩa: Cơ sở KT lạnh cung cấp các kiến thức về: -Các phương pháp làm lạnh; -Cơ sở nhiệt động học của các phương pháp này; -Các hệ thống thiết bị kỹ thuật dùng để hiện thực hóa các các phương pháp nêu trên; - Ứng dụng của HT lạnh; - Cơ sở phương pháp tính toán, chọn và thiết kế hệ thống lạnh. 7 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 1.Định nghĩa: Cơ sở KT lạnh cung cấp các kiến thức về: -Các phương pháp làm lạnh; -Cơ sở nhiệt động học của các phương pháp này; -Các hệ thống thiết bị kỹ thuật dùng để hiện thực hóa các các phương pháp nêu trên; - Ứng dụng của HT lạnh; - Cơ sở phương pháp tính toán, chọn và thiết kế hệ thống lạnh. 8 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế T _ Qa Nguån nãng Ta π (KhÝ quyÓn) + E Nguån l¹nh Tf _ E + Qof s H×nh 5.6 - Chu tr×nh nguyªn lý m¸y l¹nh 9 ĐN: Chu trình là một chuỗi thay đổi liên tục trạng thái của môi chất sau đó lại quay lại trạng thái ban đầu.
Chu trình thuận chiều: Chu trình biến nhiệt thành công (l>0): Động cơ đốt trong, máy tuabin, Chu trình ngược chiều: Chu trình biến công thành nhiệt (l<0): Máy lạnh, bơm nhiệt. 10 Chu trình lý tưởng - Hiệu suất cao nhất - Gồm 4 quá trình: 2 quá trình đẳng nhiệt, 2 quá trình đoạn nhiệt - Hiệu suất exergy Q0 Ta η e = ⋅ 1 − W TC - Hệ số lạnh: q2 T2 (s c − s d ) T2 1 ε= = = = q1 − q 2 T1 (s b − s a ) − T2 (s c − s d ) T1 − T2 T1 −1 - Hệ số bơm nhiệt T2 q1 T1 (s b − s a ) T1 1 ϕ= = = = q 1 − q 2 T1 (s b − s a ) − T2 (s c − s d ) T1 − T2 T2 1− T1 11 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 2.Lịch sử phát triển: Ngành lạnh xuất hiện từ rất lâu, cùng với lịch sử phát triển của con người hiện đại; -5000 năm trước con người đã biết dùng băng, tuyết và hang động có nhiệt độ thấp để dự trữ thực phẩm; -2000 năm trước đã biết trộn muối vào nước đá để đạt nhiệt độ < 0oC; -Thế kỷ 18 ngành lạnh thực sự phát triển khi con người đã biết làm lạnh bằng cách cho các chất lỏng bay hơi ở áp suất thấp; -1834 máy lạnh pitton đầu tiên của J Perkin ra đời với cấu trúc tương tự máy lạnh hiện đại, 1810 máy lạnh hấp thụ đầu tiên ra đời, 1845 máy lạnh nén khí ra đời, 1910 máy lạnh ejectơ đầu tiên ra đời; - TK 20 với sự xuất hiện của các môi chất lạnh như NH3, freon và sự hoàn thiện về kỹ thuật dẫn tới sự phát triển như vũ bão của ngành 12 lạnh. LÞch sö ngµnh L¹nh vµ ĐHKK – ThÕ giíi : • Tõ tríc c«ng nguyªn con ngêi ®· biÕt b¶o qu¶n thùc phÈm trong c¸c hang ®éng cã m¹ch níc níc ngÇm • 1761 : Black ph¸t hiÖn ra nhiÖt hãa h¬i (r) • 1810 : Leslie (Ph¸p) chÕ t¹o MLHT H2O/H2SO4 • 1834 : Perkins (Mü) chÕ t¹o ML nÐn h¬i ®Çu tiªn • 1895 : Linde (Døc) chÕ t¹o m¸y hãa láng khÝ • 1911 : Carrier ph¸t minh DHKK • 1930 : Tim ra m«i chÊt l¹nh (MCL) frªon • ViÖn L¹nh Quèc tÕ ®Æt t¹i Paris thµnh lËp tõ hơn100 nam nay (LÞch sö ngµnh L¹nh vµ ĐHKK) – ViÖt Nam • 1890 : Cã Nhµ m¸y níc ®¸ Hµ Néi vµ Sµi Gßn • 1896 : Nhµ m¸y Bia Hµ Néi vµ Sµi Gßn • 1968 : Nhµ m¸y c¬ khÝ Long Biªn (Hµ Néi) vµ Nhµ m¸y C¬ khÝ Duyªn H¶I (H¶I Phßng) cã s¶n xuÊt m¸y nÐn l¹nh tíi 8 xylanh, C«ng suÊt l¹nh 130. TÊt c¶ hiÖn nay ®· gi¶i thÓ • XuÊt hiÖn nhiÒu liªn doanh l¾p r¸p m¸y l¹nh vµ DHKK trong níc : LG electronics, Hßa Ph¸t, Reetech, Sanyo Biªn Hßa, Sam sung, Daewoo Hanel, Misushta, Nagakawa, Gree, Funiki, Panasonics,… BẰNG PHÁT MINH MÁY LẠNH ĐẦU TIÊN CỦA PERKINS NĂM 1834 Môi chất lạnh là ETHER Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế Xu hướng phát triển hiện nay: • Nâng cao hiệu suất năng lương; • Chi phí vật tư chế tạo máy lạnh trên một đơn vị lạnh; • Tăng tuổi thọ và độ tin cậy; • Sử dụng các môi chất tự nhiên (NH3, CO2, SO2…) và các môi chất mới thân thiện với môi trường hơn; • Sử dụng các hệ thống hỗn hợp máy lạnh + bơm nhiệt; • Nghiên cứu hoàn thiện ứng dụng các công nghệ làm lạnh mới; • Sử dụng công nghệ nano trong KT lạnh; 16 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 3.Ý nghĩa kinh tế: 3.
Chế biến và bảo quản thực phẩm sau thu hoạch & giết mổ: -Ở nhiệt độ ngoài trời các vi sinh vật và các quá trình phân rã sinh hóa phát triển nhanh chóng. Ở nhiệt độ thấp các quá trình này được làm chậm lại. Vì vậy sử dụng công nghệ lạnh để chế biến và bảo quản thực phẩm là biện pháp rất hữu hiệu để nâng cao chất lượng và thời gian bảo quản mà không dùng hóa chất Thời gian bảo quản một số loại thực phẩm (ngày) phụ thuộc nhiệt độ T (oC ) bảo quản -30 -20 -10 0 10 20 Cá 230 110 40 6 4 2 Thịt bò 2300 1000 100 15 6 3 Gia cẩm 800 230 70 7 5 2 Rau, táo 30-90 10-40 4-8 17 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 3. Ứng dụng trong công nghiệp : 3.1 CN Hóa chất -Sử dụng lạnh sâu ( cryo) để hóa lỏng khí: N2,O2,Ar,… - Dùng để chưng cất, tách, sản xuất các loại khí; 3.2 CN nhẹ: sản xuất vải, sợi, may mặc giầy dép; 3.
CN sản xuất: cao su; 3.4 CN điện tử và công nghệ cao 3.5 CN hóa học : điều khiển tốc độ phản ứng 3.6 CN thực phẩm: sản xuất rượu, bia, nước giải khát 18 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 3.Ứng dụng trong đời sống: • Các hệ thống điều không dùng để duy trì các điều kiện vi khí hậu thích hợp với yêu cầu cuộc sống hoặc sản xuất. • Các tủ lạnh, tủ đông, máy hút ẩm gia dụng. Ứng dụng trong y tế • Tạo điều kiện vi khí hậu thích hợp và sạch sinh học trong chữa và điều trị bệnh nhân • Kỹ thuật lạnh sâu (cryo) dùng để gây mê cục bộ để mổ và chữa bệnh; •Kỹ thuật cryo còn dùng để lưu giữ các tế bào gốc, gen. Ứng dụng trong công nghệ sinh học: dùng để lưu giữ nghiên cứu các giống, nghiên cứu các quá trình sinh học, lai tạo , tạo đột biến về giống.
19 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 3.Ứng dụng trong nghiên cứu : • Vật lý siêu dẫn; • Vật lý nhiệt độ thấp và diêu thấp; 3. Ứng dụng trong xây dựng 3. Ứng dụng trong quân sự 3. Ứng dụng trong các thiêt bị đo kiểm chính xác 3.
Trong nghiên cứu vũ trụ 20 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Chương 1. Các phương pháp làm lạnh 1.Nguyên lý chung: để làm lạnh, cần thiết phải tạo ra nguồn có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường. Nguồn này sẽ nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh, sau đó lượng nhiệt này sẽ được các hệ thống máy móc chuyền tải đi và thải ra môi trường. Các phương pháp làm lạnh Hòa trộn muối với nước hiệu ứng Joul-Thomson Tsn chảy, thăng hoa vật không sinh ngoaj công, Phương pháp tiết lưu Phương pháp dãn nở Dãn nở khí trong ống Bay hơi khuyếch tán Hiệu ứng nhiệt điện rắn ở nhiệt độ thấp Khử từ đoạn nhiệt Bay hơi chất lỏng sinh ngoại công hoặc nước đá Penlitier xoáy 21 Phần 1 Cơ sở kỹ thuật lạnh Chương 1.
Các phương pháp làm lạnh 2. Bay hơi khuyêch tán: Bản chất là quá trình bay hơi nước đẳng enthalpy vào không khí chưa bão hòa. Kết quả độ ẩm không khí tăng lên, nhiệt độ giảm đi. PP này chỉ hiệu quả khi không khí có độ ẩm thấp.