Đặt vấn đề: Tiết kiệm năng lượng là vấn đề quan trọng hàng đầu không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả các nước tiên tiến. Các nhà khoa học đã và đang tìm kiếm giải pháp cho vấn đề này, ví dụ như hiện nay các hãng sản xuất xe hơi đã nghiên cứu và sản xuất loại xe chạy kết hợp nhiên liệu và điện, nhằm tiết giảm nhiên liệu. Tương tự trong lĩnh vực thông gió và điều hòa không khí, các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới đã và đang ứng dụng công nghệ mới vào hệ thống điều hòa máy nén hơi truyền thống hay giải pháp tích hợp hệ thống nhằm nâng cao hệ số COP, cũng như tận dụng các nguồn nhiệt thải, hay năng lượng mặt trời để giảm bớt việc tiêu hao điện năng. Hệ thống thông gió và điều hòa không khí được phát minh vào đầu thế kỷ XX cho đến nay đã trải qua nhiều sự thay đổi và cải tiến và đang phát triển ở mức cao, nhìn chung có hai kiểu làm lạnh chính là làm lạnh bằng máy lạnh (máy lạnh kiểu máy nén hơi hay máy lạnh kiểu hấp thụ) và kiểu làm lạnh bay hơi trực tiếp.
Hiện nay, trong các tòa nhà thương mại, siêu thị,. chủ yếu là sử dụng hệ thống lạnh máy nén hơi cùng với các tác nhân lạnh thuộc lọai tổng hợp hóa học. Máy lạnh có máy nén hơi đã thống trị kỹ thuật lạnh trong suốt một thời gian dài bởi vì so với các nguyên lý làm lạnh khác thì nó tỏ ra hiệu quả hơn, tiện lợi và gọn nhẹ hơn nhiều. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, trước thực trạng ô nhiễm môi trường và nguồn năng lượng tự nhiên đang ngày càng cạn dần thì vấn đề bảo vệ môi trường và sử dụng hiệu quả năng lượng là những vấn đề bức bách được cả thế giới quan tâm.
Điều đó đã thúc đẩy các nhà khoa học nhìn nhận đánh giá lại vấn đề hiệu quả sử dụng năng lượng của máy lạnh nén hơi và những ảnh hưởng của tác nhân lạnh này, đặc biệt là việc gây ra hiệu ứng nhà kính, phá hủy tầng Ozone của bầu khí quyển trái đất. Từ những lý do khách quan nêu trên, thực tế đã có nhiều giải pháp được nghiên cứu và ứng dụng nhằm tiết kiệm năng lượng áp dụng cho các hệ thống thông gió và điều hòa không khí, như sử dụng bộ biến tần trong hệ thống điều hòa trung tâm có lưu 4 lượng gió thay đổi, dùng bồn tính trữ lạnh, hệ thống có lưu lượng môi chất lạnh thay đổi theo phụ tải – VRV, nhằm năng cao hệ số công suất máy lạnh cho hệ thống lạnh truyền thống có máy nén hơi, hệ thống lạnh sử dụng máy lạnh hấp thụ, hệ thống lạnh sử dụng chất hút ẩm và kết hợp năng lượng mặt trời. Trong đó máy lạnh hấp thụ và làm lạnh có sử dụng chất hút ẩm kết hợp với năng lương mặt trời là các giải pháp đang được áp dụng nhằm thay thế cho hệ thống lạnh có máy nén hơi truyền thống và nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm hiệu ứng nhà kính và bảo vệ môi trường. Công nghệ làm lạnh bay hơi đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới cho mục đích điều hòa không khí.
Hiện nay nó được sử dụng phổ biến ở những vùng khí hậu nóng và khô, còn tách ẩm bằng chất hút ẩm chủ yếu được ứng dụng cho việc bảo quản hàng hóa, kho tàng. Nhưng khi hệ thống điều hòa được kết hợp giữa làm lạnh bay hơi và tách ẩm bằng chất hút ẩm tỏ ra rất hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Trên thực tế ở một số nước áp dụng hệ thống điều hòa kiểu này đã tiết kiệm từ 20-40% năng lượng tiêu thụ đối với các tòa nhà thương mại và đến 65% đối với các siêu thị hay nhà hàng. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ này cho điều hòa không khí dân dụng thì vẫn còn rất hạn chế.
Xuất phát từ những lý do khách quan nêu trên thì việc đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ làm lạnh bay hơi và tách ẩm bằng chất hút ẩm trong điều kiện nước ta là vấn đề cần thiết. Đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng các công nghệ này cho điều hòa không khí nhằm giảm bớt gánh nặng cho lưới điện quốc gia, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, hạn chế ô nhiễm môi trường và hiện tượng nóng cục bộ trong các khu trung tâm nơi tập trung dân là vấn đề đang được đặt ra cho các nhà khoa học nước ta. Đó cũng chính là nhiệm vụ đề ra cho đề tài này.2 Hệ thống làm lạnh bay hơi sử dụng chất hút ẩm: Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu về kỹ thuật lạnh nói chung và điều hòa không khí nói riêng đang gia tăng mạnh mẽ. Hầu như trong tất cả các cao ốc văn phòng, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện và một số nhà máy, công nghệ.
đã và đang được xây dựng đều có trang bị hệ thống điều hòa không khí nhằm tạo ra môi trường tiện nghi cho con người cũng như tạo ra môi trường thích hợp với máy móc, 5 công nghệ. Hầu hết các hệ thống điều hòa không khí đang sử dụng ở nước ta hiện nay là dùng các hệ thống lạnh sử dụng máy nén hơi truyền thống như hệ thống điều hòa trung tâm, điều hòa 2 cục, điều hòa VRV, Tuy nhiên, nguồn năng lượng tiêu thụ là điện năng, nguồn năng lượng cao cấp. Hệ thống điều hòa không khí sử dụng máy nén hơi đã được sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm như công nghệ hoàn thiện, hiệu suất truyền nhiệt cao, kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên, ngày nay trong thời đại công nghiệp khi mà những vấn đề về tiết kiệm năng lượng, yêu cầu về bảo vệ môi trường chung cho toàn thế giới được đặt ra, xem xét thì việc đánh giá dưới góc độ môi trường và tiêu thụ năng lượng đối với máy lạnh có máy nén hơi được nhìn nhận theo một góc độ khác hẳn so với trước đây.
Bên cạnh những ưu điểm đã nêu trên, hệ thống điều hoà không khí sử dụng máy lạnh nén hơi cũng có những vấn đề tồn tại chúng ta cần nêu ra khi xem xét sử dụng. Đó là hệ thống điều hòa không khí yêu cầu kiểm soát cả nhiệt độ và độ ẩm. Ở vùng khí hậu nóng ẩm như nước ta, hệ thống điều hòa không khí sử dụng máy nén hơi truyền thống, không khí được làm lạnh thấp hơn nhiệt độ đọng sương để khử ẩm. Nhiều khi sau đó lại phải gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ thích hợp trước khi cấp vào không gian điều hòa.
Để giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lượng và các vấn đề tồn tại nêu trên cho các hệ thống điều hòa không khí dùng máy lạnh nén hơi, một số hệ thống lạnh không sử dụng máy nén hơi đã và đang được nghiên cứu. Trong đó, hệ thống máy lạnh hấp thụ đã được ứng dụng ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Trung Quốc và Châu Âu. Hệ thống máy lạnh hấp thụ có những ưu điểm nổi bật là sử dụng điện năng rất ít và sử dụng được các nguồn năng lượng sơ cấp có nhiệt độ thấp, rẻ tiền như đốt cháy nhiện liệu trực tiếp, năng lượng mặt trời hoặc các nguồn nhiệt thải. Tuy nhiên hệ thống này đòi hỏi chi phí đầu tư rất cao.
Ví dụ theo số liệu của hãng Trane thì chi phí lắp đặt, đầu tư cho hệ thống lạnh hấp thụ loại tác dụng kép (double effect) là 650 USD/tấn lạnh trong khi cho máy lạnh sử dụng máy nén hơi điện là 380 USD/tấn lạnh và kỹ thuật vận hành phức tạp do đó hiện nay chủ yếu phù hợp sử dụng ở các nước kinh tế phát triển. Những khó khăn về chi phí đầu tư và vận hành của hệ thống máy lạnh hấp thụ và tiêu hao năng lượng điện của máy lạnh sử dụng máy nén hơi có thể được giải quyết 6 bằng việc áp dụng công nghệ làm lạnh bay hơi có sử dụng chất hút ẩm kết hợp với năng lượng mặt trời trong các hệ thống điều hoà không khí ở nước ta nhằm giảm tiêu hao điện năng, tạo ra môi trường thân thiện. Trong thực tế, ý tưởng về việc sử dụng chất hút ẩm để tách ẩm trong không khí đã được G.G Lof [21] đề nghị vào năm 1955 bằng việc sử dụng chất hút ẩm dạng lỏng triethylene glycol trong hệ thống điều hòa không khí. Đến năm 1970, kỹ thuật này đã được phát triển bởi một số nhà nghiên cứu trong mục đích tiết kiệm năng lượng tiêu thụ để tách ẩm của các hệ thống điều hòa không khí sử dụng máy nén hơi.
Thông thường, một hệ thống điều hòa không khí sử dụng chất hút ẩm thường gồm có 3 phần chính: - Hệ thống làm lạnh không khí (nhiệt hiện). - Hệ thống tách ẩm trong không khí bằng chất hút ẩm (Air Dehumidifier). - Hệ thống tái tạo chất hút ẩm (Desicant Regeneration). Bộ tách ẩm và bộ tái tạo chất hút ẩm được thiết kế trên nguyên tắc tạo bề mặt tiếp xúc tốt nhất giữa chất hút ẩm và không khí.
Factor và Grossman [22] đã chứng minh bằng thực nghiệm và tính toán số rằng có thể kết hợp việc tách ẩm và tái tạo chất hút ẩm trong cùng một cụm thiết bị. Việc làm lạnh sơ bộ không khí trước khi đi vào bộ tách ẩm và việc làm nóng không khí trước khi đi vào bộ tái tạo sẽ nâng cao khả năng tách ẩm và khả năng tái tạo của chất hút ẩm. Thông thường, quá trình làm lạnh không khí đến các điều kiện yêu cầu của không gian điều hòa trong một hệ thống ĐHKK sử dụng chất hút ẩm thường được tiến hành như sau: Đầu tiên không khí được tách ẩm bằng chất hút ẩm dạng rắn hoặc lỏng, sau đó được làm lạnh thông qua một bộ trao đổi nhiệt (nhiệt hiện) của máy lạnh nén hơi hay các bộ làm lạnh bay hơi đến điều kiện yêu cầu. Trong hệ thống tách ẩm không khí dùng chất hút ẩm dạng lỏng, người ta thường sử dụng các dung dịch tách ẩm như là Lithium Bromide (LiBr), Lithium Chloride (LiCl), Glycol and Calcium Chloride (CaCl2).
Chất hút ẩm sau khi bão hòa hơi ẩm trong không gian điều hòa được tái tạo bằng cách gia nhiệt, sau đó được tiếp xúc với không khí bên ngoài. Để tiết kiệm năng lượng, một số thiết kế của thiết bị tái tạo chất 7 hút ẩm có thể sử dụng các nguồn năng lượng rẻ tiền và thích hợp như đốt nhiên liệu hữu cơ, năng lượng mặt trời hoặc năng lượng từ các nguồn nhiệt thải.