Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài. Chương 2: Giới thiệu về máy lạnh hấp thụ Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống lạnh hấp thụ cho căn hộ. Chương 4: So sánh hiệu quả của máy lạnh hấp thụ với máy lạnh dùng năng lượng điện. Chương 2: GIỚI THIỆU MÁY LẠNH HẤP THỤ 2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ 2.1 Giới thiệu chung về máy lạnh hấp thụ Máy lạnh có vai trò vận chuyển nhiệt lượng từ môi trườ ng cần làm lạnh (có nhiệt độ thấp) ra môi trường bên ngoài (có nhiệt độ cao).
Về nguyên tắc, chiều chuyển động tự nhiên của dòng nhiệt là đi từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Muốn nhiệt lượng di chuyển theo chiều ngược lại từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao thì phải tiêu hao năng lượng. Ở máy lạnh nén hơi, dạng năng lượng tiêu hao là cơ năng, còn ở máy lạnh hấp thụ là nhiệt năng. Vậy, máy lạnh hấp thụ có thể được hiểu là loại máy lạnh sử dụng nhiệt năng để tạo ra hiệu quả làm lạnh.
Cũng giống như máy lạnh nén hơi, quá trình hấp thụ nhiệt lượng từ môi trường cần làm lạnh trong máy lạnh hấp thụ được thực hiện nhờ vào sự sôi và hóa hơi của tác nhân lạnh. Nhiệt năng cấp vào để hoạt động máy lạnh hấp thụ có thể được lấy từ hai loại nguồn nhiệt, nguồn nhiệt tốn chi phí ( than, dầu D.O, gaz…) và nguồn nhiệt không tốn chi phí (năng lượng mặt trời, khí thải từ các động cơ diesel hay từ các lò nhiệt luyện, hơi nước thừa…). Có thể hoạt động với nguồn nhiệt không tốn chi phí là một trong những ưu điểm lớn của máy lạnh hấp thụ. Thực tế cho thấy, việc sử dụng máy lạnh hấp thụ hoàn toàn không gây bấc cứ vấn đề gì về môi trường.
Hiện nay người ta dùng thuật ngữ thân thiện với môi trường ( Environmental Friendly ) để mô tả tính chất này. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy khá nhiều loại dung dịch có thể làm việc trong máy lạnh hấp thụ. Tuy nhiên về mặt thực tế các dung dịch NH 3 - H 2 O và H 2 O - LiBr được sử dụng khá phổ biến. Điểm đặc trưng của máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch H 2 O - LiBr là áp suất làm việc khá thấp vào khoảng 0.9% - 9% áp suất khí quyển.
Như vậy trong quá trình vận hành, không thể nào xảy ra trường hợp chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ rò rỉ ra ngoài. Ngược lại, có thể xảy ra trường hợp không khí từ môi trường bên ngoài thẩm thấu vào bên trong hệ thống. Hiện nay với các tiến bộ đáng kể về công nghệ chế tạo, vật liệu và kỹ thuật điều khiển, một số nhượt điểm của máy lạnh hấp thụ đã được khắc phục. Chính vì vậy theo nhiều nhà khoa học nhận định, thế kỉ 21 sẽ chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của máy lạnh hấp thụ đặc biệt trong kỹ thuật điều hòa không khí.
Tương tự như máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ cũng đã được thương mại hóa từ rất lâu và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực vào cả hai mục đích làm lạnh và điều hòa không khí.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ Công chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ thường là một loại dung dịch hai thành phần, trong đó, một thành phần đóng vai trò tác nhân lạnh và thành phần còn lại đóng vai trò chất hấp thụ. Tại bình phát sinh, dung dịch cao áp giàu tác nhân lạnh nhận nhiệt lượng Qg từ nguồn nóng, sôi và hơi tác nhân lạnh được sinh ra. Hơi tác nhân lạnh sinh ra từ bình phát sinh đi đến bình ngưng tụ, tại đây, nó nhả nhiệt lượng Qc cho nước làm mát và ngưng tụ thành dạng lỏng. Sau khi ra khỏi bình ngưng tụ, tác nhân lạnh lỏng đi qua van tiết lưu 1 để giảm áp suất và chảy vào bình bay hơi.
Tại bình bay hơi, tác nhân lạnh lỏng thấp áp nhận nhiệt lượng Qe để hóa hơi và tạo ra tác dụng làm lạnh. Hơi tác nhân lạnh thấp áp sinh ra từ bình bay hơi đi vào bình hấp thụ và được hấp thụ bởi dung dịch nghèo tác nhân lạnh trở về từ bình phát sinh Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ Dung dịch giàu tác nhân lạnh ở bình phát sinh sau khi nhận nhiệt lượng, sôi và hóa hơi trở thành dung dịch nghèo. Dung dịch nghèo này được dẫn qua van tiết lưu 2 để giảm áp suất và đi vào bình hấp thụ. Tại bình hấp thụ, dung dịch thấp áp nghèo tác nhân lạnh sẽ hấp thụ hơi tác nhân lạnh đến từ bình bay hơi và trở thành dung dịch giàu.
Nhiệt lượng sinh ra của quá trình hấp thụ được truyền ra nguồn nhiệt bên ngoài. Dung dịch giàu tác nhân lạnh được bơm lên áp suất cao nhờ một bơm dung dịch và được cấp vào bình phát sinh, hoàn tất một chu trình làm lạnh. Nếu như bỏ qua sự tụt áp thì máy lạnh hấp thụ hoạt động giữa áp suất của bình ngưng tụ và bình bay hơi. Áp suất trong bình hấp thụ bằng áp suất trong bình bay hơi và áp suất trong bình phát sinh bằng áp suất trong bình ngưng tụ.
Có thể thấy từ hình 2.1, máy lạnh hấp thụ cũng có các thiết bị như bình ngưng tụ, van tiết lưu và bình bay hơi giống như máy lạnh nén hơi. Tuy nhiên, điều khác biệt nằm ở cách mà tác nhân lạnh bị nén đến áp suất ngưng tụ. Trong máy lạnh nén hơi, hơi tác nhân lạnh được nén bởi một máy nén cơ, trong khi trong máy lạnh hấp thụ hơi tác nhân lạnh đầu tiên được chuyển sang dạng lỏng rồi mới được bơm đến áp suất ngưng tụ nhờ một bơm dung dịch. Đối với cùng một độ chênh áp, công yêu cầu để bơm chất lỏng (dung dịch) nhỏ hơn rất nhiều so với công yêu cầu để nén hơi do chất lỏng có thể tích riêng rất nhỏ, cơ năng yêu cầu để hoạt động máy lạnh hấp thụ nhỏ hơn rất nhiều so với dùng để hoạt động máy lạnh nén hơi.
Tuy nhiên, máy lạnh hấp thụ yêu cầu một lượng lớn nhiệt năng để hóa hơi tác nhân lạnh từ dung dịch trong bình phát sinh. Vì thế, trong khi dạng năng lượng cấp vào đối với máy lạnh nén hơi là cơ năng thì đối với máy lạnh hấp thụ chủ yếu là nhiệt năng, cơ năng cấp cho bơm dung dịch là không đáng kể so với lượng nhiệt cấp vào bình phát sinh. Để đánh giá hiệu qủa làm việc của máy lạnh hấp thụ người ta sử dụng hệ số COP (Coefficient of performance). Hệ số COP được tính như sau: 2.3 Công chất dùng trong máy lạnh hấp thụ 2.1 Các yêu cầu đối với công chất dùng trong máy lạnh hấp thụ Trong máy lạnh hấp thụ, công chất có vai trò nhận và vận chuyển nhiệt lượng từ môi trường cần làm lạnh ra môi trường bên ngoài.
Công chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ phải là dung dịch được trộn lẫn từ hai chất thuần khiết khác nhau, hai chất này phải không tác dụng hóa học với nhau và phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi ở cùng áp suất. Trong dung dịch gồm hai thành phần này, một chất đóng vai trò tác nhân lạnh và chất còn lại đóng vai trò chất hấp thụ. Hiệu quả của máy lạnh hấp thụ phụ thuộc đáng kể vào loại dung dịch được sử dụng. Các yêu cầu đối với dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ bao gồm: − Tác nhân lạnh phải có tính hòa tan cao với dung dịch trong bình hấp thụ.
− Độ chênh lệch điểm sôi giữa tác nhân lạnh và chất hấp thụ phải lớn 200oC để chỉ có tác nhân lạnh sôi trong bình sinh hơi. Điều này đảm bảo chỉ có tác nhân lạnh tuần hoàn trong mạch “bình ngưng tụ - van tiết lưu - bình bay hơi”, và tạo ra quá trình trao đổi nhiệt đẳng nhiệt bên trong bình bay hơi và bình ngưng tụ. − Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình hấp thụ phải nhỏ để đạt được hệ số COP cao. Tuy nhiên, yêu cầu này mâu thuẫn với yêu cầu thứ nhất.
Vì thế, trong thực tế, chỉ có thể lựa chọn một trong hai tính hòa tan hay mức độ phát nhiệt hấp thụ. − Hỗn hợp tác nhân lạnh/chất hấp thụ phải có tính dẫn nhiệt cao và độ nhớt thấp. − Không bị kết tinh hay hóa rắn bên trong máy lạnh. − Phải có tính an toàn, ổn định về mặt hóa học, không ăn mòn, rẻ tiền và dễ kiếm.2 Các loại công chất thông dụng Có nhiều loại công chất đã được nghiên cứu và sử dụng trong các máy lạnh hấp thụ như các dung dịch: NH3/H2O, H2O/LiBr, H2O/LiCl, H2O/LiClO3… Trong đó, NH3/H2O và H2O/LiBr là hai loại dung dịch được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Đối với dung dịch NH3/H2O, NH3 đóng vai trò là tác nhân lạnh và H2O đóng vai trò là chất hấp thụ. Máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch NH3/H2O được ứng dụng vào mục đích làm lạnh do tác nhân lạnh NH3 có nhiệt độ hóa hơi rất thấp. Còn đối với dung dịch H2O/LiBr, H2O đóng vai trò là tác nhân lạnh và muối LiBr đóng vai trò là chất hấp thụ. Máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch H2O/LiBr được ứng dụng vào mục dịch điều hòa không khí do tác nhân lạnh H2O không thể làm việc ở nhiệt độ âm.
Đây là loại máy lạnh hấp thụ mà đề tài tập trung nghiên cứu. Ưu điểm chung của các dung dịch NH3/H2O và H2O/LiBr là không gặp các vấn đề về môi trường như phá hủy tầng ozone, làm gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển. Tính chất của muối LiBr khan và dung dịch H2O/LiBr: - LiBr là loại muối kết tinh màu trắng, có vị đắng, độ pH trung tính, không cháy có tính chất hóa học tương tự như muối ăn, khá ổn định ở điều kiện bình thuờng, không biến chất, không phân giải trong không khí. Nhiệt độ nóng chảy của muối LiBr khan là 549oC, nhiệt độ sôi là 1265oC.
Muối LiBr có tính hút nước rất mạnh, dễ dàng kết hợp với nước để tạo thành dung dịch H2O/LiBr. Khối lượng mol là 86.84 - Có thể tạo ra dung dịch H2O/LiBr bằng cách cho axit HBr phản ứng với bazơ LiOH: HBr + LiOH → LiBr + H2O - Dung dịch H2O/LiBr có tính hấp thụ nước rất mạnh. Dung dịch càng đậm đặc và nhiệt độ của dung dịch càng thấp thì tính hấp thụ nước càng mạnh. - Dung dịch H2O/LiBr có vị mặn, không độc hại đối với con người.