Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng trên quy mô toàn cầu, kéo theo dự báo đến năm 2050 sẽ có gần 70% dân số thế giới sinh sống tại các đô thị. Thực trạng này làm gia tăng mạnh mẽ nhu cầu sử dụng các thiết bị điều hòa không khí và làm lạnh, đồng thời thúc đẩy việc tiêu thụ các loại môi chất lạnh. Tuy nhiên, việc sử dụng các môi chất nhân tạo truyền thống thuộc nhóm CFC và HCFC đã gây suy giảm nghiêm trọng tầng ôzôn ở tầng bình lưu và làm gia tăng hiệu ứng nhà kính. Kể từ năm 1987, các công ước quốc tế đã cam kết loại bỏ các môi chất có chỉ số làm suy giảm tầng ôzôn (ODP > 0) và kiểm soát các chất có chỉ số làm nóng toàn cầu (GWP) cao. Trong bối cảnh đó, carbon dioxide ($\text{CO}_2$ hay R744) được xem là môi chất tự nhiên triển vọng do có ODP = 0, GWP = 1, không độc hại, không mùi, chi phí thấp và an toàn với môi trường.

Tuy nhiên, $\text{CO}_2$ có áp suất làm việc rất cao và nhiệt độ tới hạn thấp ($31{,}1^\circ\text{C}$), khiến việc giải nhiệt và ngưng tụ gặp nhiều thách thức kỹ thuật. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh thực hiện đề tài "Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng môi chất $\text{CO}_2$ cho hệ thống điều hoà không khí" nhằm đưa ra cấu trúc trao đổi nhiệt hiệu quả cho môi chất R744.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản đồ án xác định 3 nhiệm vụ trọng tâm:

  1. Tính toán lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất R744.
  2. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng môi chất $\text{CO}_2$.
  3. Vận hành thực nghiệm, thu thập thông số kỹ thuật tại các điểm nút, tính toán và rút ra nhận xét đánh giá.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống giải nhiệt bằng nước cho hệ thống lạnh một cấp và hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất R744 ($\text{CO}_2$).
  • Phạm vi không gian và thời gian: Thực nghiệm được tiến hành tại TP. Hồ Chí Minh từ ngày 21/10/2022 đến ngày 12/02/2023.
  • Giới hạn kỹ thuật: Máy nén piston kín chuyên dụng cho $\text{CO}_2$ công suất 550 W; tháp giải nhiệt bằng quạt hơi nước công suất 130 W; thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống giải nhiệt bằng nước tuần hoàn; các thông số khảo sát tập trung vào áp suất, nhiệt độ các điểm nút, năng suất tỏa nhiệt tại dàn ngưng và hệ số truyền nhiệt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết truyền nhiệt và nhiệt động lực học của chu trình làm lạnh một cấp:

  • Cơ sở truyền nhiệt:
    • Dẫn nhiệt: Định luật Fourier biểu diễn qua hệ số dẫn nhiệt $\lambda$ [W/m·K].
    • Tỏa nhiệt đối lưu: Định luật làm lạnh Newton qua công thức $Q = \alpha F(t_w - t_f)$, với $\alpha$ là hệ số tỏa nhiệt đối lưu [$\text{W/m}^2\cdot\text{K}$], $F$ là diện tích trao đổi nhiệt, $t_w$ và $t_f$ lần lượt là nhiệt độ bề mặt vách và chất lỏng.
    • Truyền nhiệt bức xạ: Định luật Stefan-Boltzmann với hằng số bức xạ $\sigma = 5{,}6697 \cdot 10^{-8} \text{ W/(m}^2\cdot\text{K}^4)$ và phương trình tính toán nhiệt lượng bức xạ qua hệ số góc chiếu xạ $\varphi_{12}$: $Q = \varphi_{12} \sigma F (T_1^4 - T_2^4)$.
  • Đặc tính nhiệt động của môi chất $\text{CO}_2$ (R744):
    • Điểm tới hạn: Áp suất tới hạn $P_{cr} = 72{,}9 \text{ atm}$ (tương đương khoảng $73{,}8 \text{ bar}$) và nhiệt độ tới hạn $T_{cr} = 31{,}1^\circ\text{C}$.
    • Điểm ba thể (dưới tới hạn): Áp suất $5{,}11 \text{ atm}$ và nhiệt độ $-56{,}6^\circ\text{C}$.
    • Trạng thái rắn (đá khô): Nhiệt độ thăng hoa $-78{,}9^\circ\text{C}$ ở áp suất khí quyển. Khi nhận nhiệt trong bình kín, đá khô thăng hoa trực tiếp từ thể rắn sang thể khí làm tăng áp suất bên trong bình.
  • Chu trình làm lạnh một cấp hành trình khô:
    • Quá trình 1-2: Nén đoạn nhiệt đẳng entropy trong máy nén; công nén riêng $l = h_2 - h_1$.
    • Quá trình 2-3: Trao đổi nhiệt ngưng tụ/làm mát khí đẳng áp trong thiết bị ngưng tụ; nhiệt lượng tỏa ra $q_k = h_2 - h_3$.
    • Quá trình 3-4: Tiết lưu đẳng enthalpy qua van tiết lưu; $h_3 = h_4$.
    • Quá trình 4-1: Bay hơi nhận nhiệt đẳng áp trong dàn bay hơi; nhiệt lượng thu nhận $q_o = h_1 - h_4$.
    • Hệ số làm lạnh: $\text{COP} = \frac{q_o}{l} = \frac{h_1 - h_4}{h_2 - h_1}$.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp đánh giá tài liệu: Tổng quan các công trình nghiên cứu về hệ thống lạnh và điều hòa không khí sử dụng $\text{CO}_2$ trong và ngoài nước để xác lập cơ sở khoa học.
  • Phương pháp tính toán nhiệt động: Xác định các thông số trạng thái tại các điểm nút chu trình dựa trên enthalpy và entropy.
  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mô hình thực tế, vận hành chạy máy và ghi nhận dữ liệu thông số áp suất, nhiệt độ ở hai chế độ đầu vào dàn ngưng (trên tới hạn và dưới tới hạn).
  • Phương pháp xử lý dữ liệu: Thu thập, lưu trữ và xử lý số liệu đo đạc thông qua máy vi tính và các thiết bị đo chuyên dụng.

Thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm

Mô hình thực nghiệm được xây dựng nhằm kiểm tra khả năng giải nhiệt của thiết bị ngưng tụ dạng ống lồng ống sử dụng nước làm mát đối với môi chất $\text{CO}_2$.

Thông số kỹ thuật của thiết bị ngưng tụ và hệ thống phụ trợ

Thiết bị / Vật tư Thông số kỹ thuật chi tiết Chức năng trong hệ thống
Ống đồng trong Đường kính ngoài 5 mm, chiều dài 23 m Dẫn dòng môi chất $\text{CO}_2$ áp suất cao
Ống nhựa PU ngoài Kích thước 12 mm x 8 mm, chiều dài 23 m Dẫn nước giải nhiệt bọc ngoài ống đồng
Dạng kết cấu dàn Uốn cuộn dạng lò xo Tối ưu hóa không gian lắp đặt
Cơ chế dòng chảy Trao đổi nhiệt đối lưu song song ngược chiều Tăng hiệu quả trao đổi nhiệt giữa $\text{CO}_2$ và nước
Bơm nước giải nhiệt 1 Công suất 105 W, cột áp $H = 5\text{ m}$, lưu lượng $L = 5000\text{ l/h}$ Bơm ghép nối tiếp để tăng cột áp nước làm mát
Bơm nước giải nhiệt 2 Công suất 150 W, cột áp $H = 4{,}5\text{ m}$, lưu lượng $L = 3900\text{ l/h}$ Bơm ghép nối tiếp cùng Bơm 1
Quạt hơi nước Công suất 130 W Đóng vai trò như tháp giải nhiệt làm mát nước tuần hoàn
Máy nén lạnh Model SRCACA (hãng SADEN), máy nén kín, 220V/50Hz Nén hơi $\text{CO}_2$ từ áp suất thấp lên áp suất cao
Van tiết lưu Van tiết lưu cân chỉnh bằng tay Giảm áp và điều chỉnh lưu lượng môi chất cấp vào dàn lạnh
Ống mao lấy áp suất 4 đoạn ống mao dài 2 m hàn tại 4 điểm nút Trích tín hiệu áp suất tới đồng hồ đo và hỗ trợ nạp gas

Thiết kế bình chứa và quy trình nạp gas bằng đá khô

Do $\text{CO}_2$ công nghiệp trên thị trường chỉ đạt độ tinh khiết khoảng 98–99% hoặc chứa tạp chất mùi, nhóm nghiên cứu đã thiết kế bình chứa chịu áp cao để chuyển hóa đá khô ($\text{CO}_2$ tinh khiết dạng rắn) thành khí nạp vào hệ thống:

  • Thông số bình chứa: Thân chế tạo từ phin lọc hình trụ chịu áp tối đa $3{,}5 \text{ MPa}$ ($35 \text{ bar}$), chiều dài 28 cm, đường kính 18 cm; sử dụng 2 mặt bích đường kính 20 cm siết chặt bởi 10 bu-lông M16; tích hợp 1 đồng hồ áp suất và 2 van 3 ngã.
  • Quy trình nạp gas 6 bước:
    1. Kiểm tra độ kín của hệ thống van và đồng hồ áp suất.
    2. Đập nhỏ đá khô thành các khối nhỏ rồi nạp vào bình chứa.
    3. Siết chặt mặt bích đáy bình, đợi 15–20 phút cho đá khô thăng hoa làm tăng áp suất lên mức định mức ($45 \text{ kg/cm}^2$), theo dõi liên tục để tránh vượt áp chịu đựng của bình.
    4. Hút chân không toàn bộ hệ thống đường ống trong khoảng 20–25 phút.
    5. Đuổi khí trong dây nạp, nối bình chứa vào van nạp hệ thống và mở ty van nạp khí $\text{CO}_2$.
    6. Khóa van nạp sau khi đủ môi chất và tiến hành xả bỏ toàn bộ lượng khí dư trong bình chứa để đảm bảo an toàn.

Bố trí thiết bị đo lường và cảm biến

Ký hiệu điểm đo Chủng loại thiết bị Vị trí lắp đặt Thông số theo dõi
P1 Đồng hồ đo áp suất cơ Đầu hút máy nén Áp suất bay hơi / hút ($P_1$)
P2 Đồng hồ đo áp suất cơ Đầu đẩy máy nén Áp suất ngưng tụ / nén ($P_2$)
P3 Đồng hồ đo áp suất cơ Trước van tiết lưu Áp suất lỏng sau làm mát ($P_3$)
P4 Đồng hồ đo áp suất cơ Sau van tiết lưu Áp suất sau tiết lưu ($P_4$)
T1 Cảm biến nhiệt độ DS-1 Đầu hút máy nén Nhiệt độ hơi hút về máy nén
T2 Cặp nhiệt loại K (Extech 421509) Đầu đẩy máy nén Nhiệt độ hơi quá nhiệt sau nén
T3 Cặp nhiệt loại K (Extech 421509) Trước van tiết lưu Nhiệt độ môi chất ra khỏi dàn ngưng
T4 Cảm biến nhiệt độ DS-1 Sau van tiết lưu Nhiệt độ môi chất vào dàn bay hơi
T5 Cảm biến nhiệt độ DS-1 Đường nước vào dàn ngưng Nhiệt độ nước làm mát cấp vào
T6 Cảm biến nhiệt độ DS-1 Đường nước ra dàn ngưng Nhiệt độ nước làm mát sau giải nhiệt

Ghi chú thiết bị: Cảm biến DS-1 có dải đo $-50^\circ\text{C} \div 70^\circ\text{C}$ (sai số $\pm 1^\circ\text{C}$); thiết bị đo Extech Model 421509 dùng cặp nhiệt loại K có dải đo $-20^\circ\text{C} \div 250^\circ\text{C}$ (độ chính xác $\pm 0{,}75% \text{ rdg}$). Hệ thống còn trang bị đồng hồ đo nhiệt độ - độ ẩm môi trường xung quanh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu

Chương này tổng thuật toàn diện các công trình nghiên cứu về môi chất R744:

  • Nghiên cứu quốc tế:
    • Rodrigo Llopis và cs: Khảo sát quá trình quá lạnh $\text{CO}_2$, giúp cải thiện 12% hiệu suất bộ trao đổi nhiệt bên trong và 22% khi tích hợp bộ quá nhiệt Economizer.
    • Aranguren và cs: Thực nghiệm chu trình nén $\text{CO}_2$ có bộ làm mát phụ nhiệt điện ở nhiệt độ môi trường $30^\circ\text{C}$, độ ẩm 55%, nhiệt độ bay hơi $-10^\circ\text{C}$; kết quả ghi nhận COP tăng 11,3% và công suất lạnh tăng 15,3%.
    • Mazyar Karampour và cs: Khẳng định tính ưu việt của hệ thống tăng áp xuyên tới hạn $\text{CO}_2$ tích hợp thu hồi nhiệt 2 giai đoạn, bay hơi ngập dịch và nén song song.
    • Gulloa và cs: So sánh hệ thống R744 với R404A trong các cửa hàng bán lẻ tại châu Âu, cho thấy R744 tiết kiệm năng lượng từ 3% đến 37,1%.
    • Baheta và cs: Mô phỏng chu trình nén $\text{CO}_2$ siêu tới hạn bằng phần mềm Excel, đạt giá trị COP cực đại là 3,24 ở áp suất làm mát khí $10 \text{ MPa}$.
    • Ying và cs: Khảo sát bộ trao đổi nhiệt ống xoắn làm mát khí $\text{CO}_2$ siêu tới hạn, chỉ ra rằng trở lực áp suất tăng khi tăng số lượng ống bên trong.
  • Nghiên cứu trong nước:
    • Đặng Thành Trung và cs: Thực nghiệm hệ thống điều hòa $\text{CO}_2$ với dàn bay hơi kênh mini có quá trình quá lạnh đạt COP = 4,97 (ở áp suất 77 bar, nhiệt độ bay hơi $15^\circ\text{C}$), vượt trội so với trường hợp không quá lạnh (COP = 1,59).
    • Đặng Thành Trung và Võ Kim Hằng: Khảo sát dàn bay hơi kênh mini E2 (chiều dài ngắn hơn) cho công suất làm mát tốt hơn 6,6 lần và COP cao hơn 0,22 lần so với dàn có kênh dẫn dài.
    • Nguyễn Trọng Hiếu và cs: Thử nghiệm thủy lực bộ trao đổi nhiệt ống đồng và máy nén; máy nén thông thường chỉ đạt COP = 0,5, trong khi máy nén chuyên dụng $\text{CO}_2$ đạt COP = 3,07 ở nhiệt độ bay hơi $10^\circ\text{C}$.

Chương 2: Cơ sở truyền nhiệt và tổng quan về môi chất $\text{CO}_2$ (R744)

Trình bày các định luật vật lý cơ bản về dẫn nhiệt (Fourier), đối lưu (Newton) và bức xạ nhiệt (Stefan-Boltzmann). Phân tích cấu trúc phân tử, tính chất hóa lý, giản đồ chuyển pha của $\text{CO}_2$ với điểm tới hạn ($72{,}9\text{ atm}$, $31{,}1^\circ\text{C}$) và điểm ba thể ($5{,}11\text{ atm}$, $-56{,}6^\circ\text{C}$). Trình bày cấu trúc và phương pháp tính toán chu trình lạnh một cấp làm việc theo hành trình khô dùng van tiết lưu, bao gồm các công thức tính công nén ($l$), nhiệt lượng nhả tại dàn ngưng ($q_k$), nhiệt lượng nhận tại dàn bay hơi ($q_o$) và hệ số làm lạnh ($\text{COP}$).

Chương 3: Tính toán lý thuyết

Được xác định trong cấu trúc đề tài nhằm tính toán cân bằng nhiệt, chu trình nhiệt động và thông số hình học của thiết bị trao đổi nhiệt (nội dung chi tiết được nhóm tác giả ghi chú hoàn thiện bổ sung).

Chương 4: Thiết kế thực nghiệm

Trình bày chi tiết bản vẽ thiết kế, thông số vật tư và phương pháp chế tạo dàn ngưng ống lồng ống (dài 23 m, ống đồng 5 mm lồng trong ống nhựa 12 mm cuộn lò xo). Trình bày bản vẽ, thông số cơ khí của bình chứa đá khô chịu áp $3{,}5 \text{ MPa}$ và quy trình 6 bước nạp gas tinh khiết. Mô tả chi tiết cách lắp đặt hệ thống thực nghiệm gồm máy nén SADEN SRCACA, quạt hơi nước 130 W, hệ bơm nước giải nhiệt ghép đôi (105 W và 150 W), van tiết lưu tay và sơ đồ định vị các cảm biến áp suất P1–P4 cùng cảm biến nhiệt độ T1–T6 kết nối với máy vi tính lưu trữ dữ liệu.

Chương 5: Kết quả thực nghiệm và nhận xét

Trình bày quy trình vận hành và thu thập dữ liệu thực nghiệm vào các ngày 28/12/2022 và 06/01/2023. Phân tích sự biến thiên của nhiệt độ đầu vào dàn ngưng, nhiệt độ môi chất đầu ra sau giải nhiệt, nhiệt độ nước làm mát và độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước vào với môi chất ra ở cả hai trạng thái đầu vào: trên điểm tới hạn (supercritical/transcritical) và dưới điểm tới hạn (subcritical).

Kết quả và đóng góp của đề tài

Kết quả thực nghiệm chính

  • Chế tạo thành công mô hình thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống chiều dài 23 m với cơ chế trao đổi nhiệt đối lưu song song ngược chiều giữa môi chất R744 trong ống đồng 5 mm và nước giải nhiệt trong ống nhựa PU 12 mm.
  • Khảo sát và ghi nhận được chuỗi số liệu vận hành thực tế tại 4 điểm nút áp suất (P1, P2, P3, P4) và 6 điểm nút nhiệt độ (T1 đến T6) trong hai đợt chạy máy ngày 28/12/2022 và 06/01/2023.
  • Đánh giá được sự ảnh hưởng của trạng thái thông số hơi đầu vào dàn ngưng (ở chế độ trên tới hạn $P > 72{,}9 \text{ atm}$ và dưới tới hạn) đến khả năng hạ nhiệt của môi chất $\text{CO}_2$ và độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước cấp vào giải nhiệt với môi chất sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ.

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật đề xuất

  • Đề xuất giải pháp sử dụng đá khô ($\text{CO}_2$ rắn) thăng hoa trong bình phin lọc chịu áp cao ($3{,}5 \text{ MPa}$) để nạp gas $\text{CO}_2$ có độ tinh khiết cao vào hệ thống, khắc phục nhược điểm lẫn tạp chất và mùi của các bình gas $\text{CO}_2$ thương phẩm thông thường.
  • Ứng dụng kỹ thuật ghép nối tiếp 2 bơm chìm (công suất 105 W và 150 W) để gia tăng cột áp nước làm mát qua đường ống nhựa 23 m, đảm bảo lưu lượng nước giải nhiệt trao đổi liên tục với môi chất.
  • Khuyến nghị sử dụng van tiết lưu tay kết hợp hệ thống 4 đồng hồ áp suất cơ và cặp nhiệt loại K Extech 421509 để kiểm soát an toàn áp suất cao đặc thù của môi chất R744 trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Đóng góp của đề tài

  • Đóng góp giải pháp kết cấu cụ thể về thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cuộn lò xo nhỏ gọn, phù hợp với hệ thống điều hòa không khí cỡ nhỏ sử dụng môi chất tự nhiên $\text{CO}_2$.
  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm nguyên mẫu về sự làm mát môi chất $\text{CO}_2$ bằng nước tại điều kiện khí hậu thực tế ở Việt Nam (TP. Hồ Chí Minh), bổ sung vào nguồn tài liệu nghiên cứu ứng dụng môi chất R744 trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình thực nghiệm chỉ giới hạn ở quy mô công suất nhỏ với máy nén 550 W và tháp giải nhiệt bằng quạt hơi nước 130 W.
  • Kết cấu ống ngưng tụ cố định một kích thước duy nhất (ống đồng 5 mm lồng trong ống PU 12 mm x 8 mm dài 23 m), chưa khảo sát so sánh với các đường kính và chiều dài khác nhau.
  • Áp suất chịu đựng của bình chứa đá khô tự chế bị giới hạn ở mức $3{,}5 \text{ MPa}$ ($35 \text{ bar}$), đòi hỏi quy trình nạp gas phải giám sát chặt chẽ để đảm bảo an toàn.
  • Phần tính toán lý thuyết chu trình ở Chương 3 chưa được thể hiện hoàn chỉnh và đồng bộ với toàn bộ số liệu thực nghiệm trong bản thuyết minh.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng khảo sát thực nghiệm với các kích thước đường kính ống, bước xoắn lò xo và lưu lượng nước làm mát khác nhau để tối ưu hóa hệ số truyền nhiệt tổng quát $k$.
  • Nghiên cứu tích hợp chu trình quá lạnh (subcooling) hoặc bộ trao đổi nhiệt trung gian (IHX) để nâng cao hệ số làm lạnh $\text{COP}$ khi vận hành ở vùng khí hậu nhiệt đới nhiệt độ cao.
  • Nâng cấp hệ thống bình chứa và thiết bị nạp chuyên dụng có van an toàn xả áp tự động để tăng cường an toàn vận hành ở dải áp suất trên $75 \text{ bar}$.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Điều hòa không khí và Cơ điện lạnh:

  • Tài liệu tham khảo về thiết kế chế tạo: Cung cấp thông số kích thước cụ thể, bản vẽ kết cấu ống lồng ống cuộn lò xo và phương pháp bố trí bơm ghép tăng áp cho dàn ngưng.
  • Quy trình công nghệ đặc thù: Quy trình 6 bước xử lý đá khô thành khí $\text{CO}_2$ tinh khiết để nạp vào hệ thống kín là kinh nghiệm thực tế giá trị cho các phòng thí nghiệm chưa có bình chứa gas $\text{CO}_2$ chuyên dụng.
  • Phương pháp bố trí đo đạc: Sơ đồ bố trí các điểm đo áp suất P1–P4 và cảm biến nhiệt độ T1–T6 là mẫu tham khảo chuẩn cho việc xây dựng các bài thí nghiệm nhiệt động chu trình lạnh một cấp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn môi chất $\text{CO}_2$ (R744) thay vì các môi chất lạnh phổ biến như R22 hay R410A?
Môi chất $\text{CO}_2$ có chỉ số suy giảm tầng ôzôn $\text{ODP} = 0$ và chỉ số làm nóng toàn cầu $\text{GWP} = 1$, là môi chất tự nhiên có sẵn, chi phí thấp, không bắt lửa và thân thiện với môi trường, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của các điều ước quốc tế về bảo vệ khí hậu.

2. Thiết bị ngưng tụ trong đồ án được cấu tạo từ những vật liệu và thông số kích thước nào?
Thiết bị ngưng tụ được chế tạo từ một đoạn ống đồng có đường kính ngoài 5 mm, dài 23 m lồng bên trong ống nhựa PU kích thước ngoài 12 mm và trong 8 mm, dài 23 m. Cụm ống được uốn thành dạng cuộn lò xo để tối ưu hóa không gian lắp đặt và hoạt động theo nguyên lý trao đổi nhiệt đối lưu song song ngược chiều.

3. Nhóm tác giả đã giải quyết bài toán độ tinh khiết của gas $\text{CO}_2$ bằng phương pháp nào?
Nhóm tác giả đã tự thiết kế bình chứa chịu áp cao (chế tạo từ phin lọc chịu áp $3{,}5 \text{ MPa}$, 2 mặt bích siết bởi 10 bu-lông M16) để chứa đá khô ($\text{CO}_2$ rắn có nhiệt độ $-78{,}9^\circ\text{C}$). Khi nhận nhiệt, đá khô thăng hoa trực tiếp thành khí $\text{CO}_2$ tinh khiết đạt áp suất $45 \text{ kg/cm}^2$ rồi được nạp vào hệ thống đã hút chân không.

4. Hệ thống thực nghiệm sử dụng loại máy nén và thiết bị giải nhiệt nào?
Hệ thống sử dụng máy nén piston kín chuyên dụng cho R744 của hãng SADEN (Model SRCACA, nguồn điện 220V/50Hz, công suất 550 W) và tháp giải nhiệt bằng quạt hơi nước công suất 130 W kết hợp hệ 2 bơm chìm ghép nối tiếp (105 W và 150 W) để tuần hoàn nước giải nhiệt.

5. Vị trí và thông số các cảm biến nhiệt độ chính trong hệ thống được bố trí như thế nào?
Nhiệt độ hơi hút (T1), sau tiết lưu (T4), nước vào giải nhiệt (T5) và nước ra (T6) được đo bằng cảm biến DS-1 (dải đo $-50^\circ\text{C} \div 70^\circ\text{C}$, sai số $\pm 1^\circ\text{C}$). Nhiệt độ đầu đẩy máy nén (T2) và trước tiết lưu (T3) được đo bằng đồng hồ Extech 421509 sử dụng cặp nhiệt loại K (dải đo $-20^\circ\text{C} \div 250^\circ\text{C}$, độ chính xác $\pm 0{,}75% \text{ rdg}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và vận hành thực nghiệm mô hình thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống cuộn lò xo dài 23 m giải nhiệt bằng nước cho hệ thống điều hòa không khí sử dụng môi chất thân thiện môi trường R744 ($\text{CO}_2$). Nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình nạp môi chất tinh khiết từ đá khô thông qua bình chứa chịu áp tự chế và thiết lập hệ thống đo đạc đồng bộ ghi nhận các thông số nhiệt động ở cả hai chế độ trên và dưới tới hạn. Kết quả thu được cung cấp cơ sở kỹ thuật và dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc phát triển các thiết bị trao đổi nhiệt hiệu suất cao ứng dụng môi chất $\text{CO}_2$ trong ngành công nghệ nhiệt lạnh tại Việt Nam.