CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN LẠNH 1. Máy điều hòa không khí là sản phẩm điện gia dụng được sử dụng phổ biến khắp mọi nơi trên thế giới dùng để làm mát hay sưởi ấm không khí xung quang trong một phạm vi nhất định. Đối với nước Việt Nam có khí hậu khá nóng và độ ẩm cao thì máy điều hòa là thiết bị nâng cao chất lượng đời sống đồng thời nâng cao hiệu quả làm việc khi được làm việc trong không khí mát mẻ thoải mái.
Từ xa xưa con người đã luôn tìm cách để điều chỉnh nhiệt độ xung quanh để cuộc sống thoải mái hơn mặc dù những cách làm này khá sơ sài, ví dụ như là đốt lửa sưởi ấm vào mùa đông, xây nhà kín hơn để giữ nhiệt bên trong, xây nhà gần cây cối sông suối cũng sẽ mát hơn hay treo lau sậy bên bệ cửa sổ sau đó phun nước lên sau đó khi gió thổi vào sẽ giúp tán sương làm không khí mát mẻ hơn. Những cách làm này là những ý tưởng đầu tiên về phát triển hệ thống giúp điều hóa không khí mặc dù còn phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện xung quanh.2 Tổng quan lịch sử hình thành và phát triển: Vào thế kỉ XVII, nhà phát minh người Hà Lan Cornelis Drebble (1572-1633) đã phát minh ra cách làm máy không khí bằng cách thêm muối vào trong nước và đặt tên cho hệ thống này là "Biến mùa hè thành mùa đông" đồng thời giới thiệu cho vua nước Anh bấy giờ là James I. Nhờ phát minh của ông đã giúp mở đường cho hàng loạt những phát minh liên quan đến việc ĐHKK.1 Quá trình hình thành và phát triển máy ĐHKK Năm Nhân vật Sự kiện John Handley & 1758 Phát hiện quá trình làm lạnh từ sự bay hơi Franklin 1820 Michael Faraday Nén & hóa lỏng khí Amoniac Thổi không khí lạnh làm mát cho bệnh nhân 1830 John Gorrie Ý tưởng chế tạo máy ĐHKK 1851 James harrison Chế tạo thành công máy tạo băng 1902 Wills Carrier Chế tạo máy ĐHKK đầu tiên trên thế giới 1906 Stuart Cramer Đặt tên quá trình “ Điều hòa không khí “ Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/96 1928 Thomas Midgley Chế tạo thành công chất sinh hàn Freon (CFC ) 1931 Schultz & Sherman Chế tạo máy ĐHKK có kích thước nhỏ gọn 1957 Heinrich Krigar Chế tạo thành công máy nén khí ly tâm Ban hành nghị định cắt giảm chất CFC do ô 1987 Liên Hiệp Quốc nhiễm Trong cuộc sống hiện đại ngày nay thì hệ thống ĐHKK thật sự cần thiết cho cuộc sống con người, nó giúp cuộc sống tốt hơn tuy vậy việc lạm dụng ĐKHH quá nhiều đã ảnh hưởng ít nhiều đến môi trường sống xung quang gây tác động không nhỏ đến việc biến đổi khí hậu. Phương pháp làm mát bằng một cái bánh xe mượn sức nước để đẩy cánh quạt của bánh xe chuyển động, tạo gió trong phòng Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/96 Hình 1.
Tháp làm mát của người Ba Tư 1.3 Phạm vi ứng dụng. Trong bảo quản thực phẩm: Làm lạnh thực phẩm giúp các phản ứng hóa sinh bị ức chế, khiến thực phẩm có thể bảo quản được lâu và tươi ngon hơn. Trong việc chiết tách các chất khí: Chiết tách các chất khí khác nhau khỏi hỗn hợp khí vì ở trong từng phân đoạn nhiệt độ chúng ta thu được chất khí bị hóa lỏng tương ứng. Ứng dụng trong thể thao trượt băng: Tạo ra các sân băng bằng hệ thống lạnh theo yêu cầu.
Trong đời sống: Điều hòa tiện nghi cho các tòa nhà, công trình và các nhà ở bình thường. Trong các ngành sản xuất kinh tế như: Dệt may, chè, nhà máy bột và giấy, vô tuyến điện tử, vi tính, sinh học, vi học, …. để đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Trong y tế: Bảo quản máu và các bộ phận cấy ghép, hạ thân nhiệt nhân tạo.
CÁC LOẠI MÁY LẠNH CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/96 1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.1 Nguyên lý hoạt động máy lạnh sử dụng máy nén (VRV 1 chiều lạnh ) Gồm các bộ phận sau: Dàn nóng: Có chức năng xả nhiệt ra ngoài môi trường khi môi chất lạnh đã hấp thụ nhiệt tại dàn lạnh và di chuyển đến dàn nóng nên được đặt phía bên ngoài của phòng. Dàn lạnh: được đặt bên trong phòng, có chức năng hấp thụ nhiệt bên trong phòng rồi đưa ra dàn nóng xả ra bên ngoài. Dàn lạnh có các ống đồng chạy song song và được bọc bởi dàn lá nhôm tản nhiệt. Lốc điều hòa (Máy nén điều hòa): Có tác dụng hút chân không ở dàn lạnh, nén gas sang dạng lỏng ở dàn nóng nhắm giúp quá trình xả nhiệt hiệu quả nhất.
Quạt dàn lạnh: Tạo ra luồng khí lưu thống liên tục qua dàn lạnh để việc hấp thụ nhiệt tốt hơn. Nếu quạt dàn lạnh chạy yếu hay không chạy sẽ khiến điều hòa không làm mát được toàn bộ phòng. Quạt dàn nóng: Thổi không khí xuyên qua dàn nóng, giúp xả nhiệt ra bên ngoài hiệu quả hơn. Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/96 Van tiết lưu: Là bộ phận hạ áp gas sau khi gas qua dàn nóng để tản nhiệt.
Gas đi qua van được chuyển sang dạng khí với nhiệt độ thấp và áp suất thấp. Ống dẫn gas: Có nhiệm vụ dẫn ga từ dàn lạnh đến dàn nóng. Bảng điều khiển: Được gắn trên dàn lạnh, là bộ phận điều hành và kiểm soát tất cả hoạt động của điều hòa. Tụ điện: Giúp động của điện của máy nén khởi động.
Dàn nóng của hệ thống gồm máy nén, quạt, dây động lực là bộ phận tiêu tốn điện nhiều nhất của máy ĐHKK, chiếm gần 95% toàn bộ lượng điện mà máy tiêu thụ. Dàn lạnh chỉ có quạt và board điều khiển nên lượng điện tiêu thụ không đáng kể, chỉ khoảng 5%. Hệ thống điều hòa không khí. Dàn nóng: Có chức năng xả nhiệt ra ngoài môi trường khi môi chất lạnh đã hấp thụ nhiệt tại dàn lạnh và di chuyển đến dàn nóng nên được đặt phía bên ngoài của phòng.
Dàn lạnh: được đặt bên trong phòng, có chức năng hấp thụ nhiệt bên trong phòng rồi đưa ra dàn nóng xả ra bên ngoài. Dàn lạnh có các ống đồng chạy song song và được bọc bởi dàn lá nhôm tản nhiệt. Ống dẫn gas: Có nhiệm vụ dẫn ga từ dàn lạnh đến dàn nóng. Bộ chia ga: có nhiệm vụ chia đường đi của khí gas đến các nơi cần làm lạnh trong phòng.
Hệ thống điều khiển từ xa và tại chỗ: Để điều khiển tát cả các hoạt động của máy lạnh theo từng nhu cầu của người sử dụng. Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/96 Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/96 Hình 2.2 Sơ dồ cấu tạo hệ thống điều hòa không khí 1.2 Nguyên lý hoạt động: Các máy lạnh đều tuân theo nguyên lí cơ bản: Trong một phòng kín đặt một dàn ống kết nối với dàn lạnh, tại đây ta cho một loại chất lỏng dễ bay hơi đi qua(gọi là gas lạnh), khi gas lạnh bay hơi trong dàn bay hơi nó sẽ thu nhiệt của không khí trong phòng (không khí được quạt gió thổi qua dàn bay hơi). Không khí bị mất nhiệt dần sẽ lạnh đi và được thổi ngược lại vào phòng làm nhiệt độ trong phòng sẽ thấp xuống. Máy lạnh thường sẽ có 2 kiểu: Loại có máy nén: Chế độ làm lạnh: Bước 1: Gas sau khi đi qua van tiết lưu sẽ có áp suất và nhiệt độ rất thấp (Gas lạnh) Bước 2: Môi chất lạnh cho đi qua dàn lạnh sẽ hấp thụ nhiệt của môi trường xung quanh, không khí được quạt hút vào dàn lạnh để làm lạnh đưa trở lại phòng Bước 3: Môi chất sau khi hấp thụ nhiệt sẽ được đưa đến máy nén để nén gas đến áp suất cao Bước 4: Môi chất nhiệt tiếp tục đưa vào dàn nóng để làm mát nhờ quạt và dàn lá nhôm tản nhiệt giúp môi chất giảm nhiệt Bước 5: Gas tiếp tục đi đến van tiết lưu để làm giảm áp suất và nhiệt độ, bắt đầu một chu trình mới.
Lưu ý: Chu trình diễn ra đến khi nhiệt độ phòng đạt đến nhiệt độ yêu cầu. Loại máy lạnh hấp thụ: Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/96 SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ TLDD: Tiết lưu dung dịch.3 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ Máy lạnh hấp thụ không sử dụng công cơ học, mà nó sử dụng nhiệt năng với các mức nhiệt độ khác nhau. Ta có thể sử dụng nhiệt từ mặt trời, nhiệt thải và các nguồn nhiệt rẻ… Hiện nay ta thường sử dụng 2 cặp môi chất sau: -Amoniac- nước [NH3-H2O] (dùng cho trường hợp làm lạnh dưới 0oC) - Muối litibrom và nước [LiBr-H2O] (dùng cho trường hợp làm lạnh trên 00C và điều hòa không khí). Nguyên lí hoạt động: Dung dịch đặc (nồng độ amoniac cao) chứa ở bình phát sinh và được cấp nhiệt nên NH3 sôi và bốc hơi ở áp suất pk.
Hơi NH3 này được đưa vào bình ngưng tụ và hoạt động như một máy lạnh nén hơi. Phần dung dịch trong bình phát sinh còn lại có nồng độ NH3 thấp được chảy qua van giảm áp trở về bình hấp thụ, ở đây dung dịch loãng sẽ hấp thụ hơi môi chất lạnh NH3 áp suất p0 từ bình bốc hơi về và dần trở thành dung dịch đặc, sau đó được bơm dung dịch đưa về lại bình phát sinh và chu trình được lặp lại. Thiết kế hệ thống ĐHKK SVTH: Nguyễn Đăng Toán Tieu luan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/96 1.5 Các loại hệ thống điều hòa không khí. Hệ thống ĐHKK rất đa dạng và phong phú đáp ứng từng nhu cầu khác nhau của người dùng nên việc phân loại khá phức tạp.
Tuy nhiên dựa vào một số đặc tính nhất định ta có thể phân loại như sau.3 Phân loại theo đặc tính của hệ thống.1 Theo mức độ quan trọng của hệ thống điều hòa. Được chia làm 3 cấp như sau: o Hệ thống điều hòa không khí cấp 1: Là hệ thống có khả năng duy trì được các thông số trong nhà ở mọi phạm vi biến thiên thay đổi nhiệt độ, độ ẩm ngoài trời cả trong mùa hè (cực đại) và mùa đông (cực tiểu).