BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
BẢO VỆ MÁY NÉN SỬ DỤNG ROLE NHIỆT,
ROLE ÁP SUẤT CAO, ROLE ÁP SUẤT THẤP
CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV24-2009

S KC 0 0 2 5 5 2

Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Chƣơng 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG
KHÍ Ô TÔ
Kỹ thuật điều hòa không khí la ngành khoa học nghiên cứu các phƣơng
pháp, công nghệ và thiết bị để tao ra và duy trì một môi trƣờng phù hợp với công
nghệ sản xuất, chế biến hoặc thuận tiện cho sinh hoạt của con ngƣời. Các đại
lƣợng cần tạo ra, duy trì và khồng chế hệ thống điều hòa không khí bao gồm:
nhiệt độ ,độ ẩm, sự lƣu thông và tuần hoàn của không khí,khử bụi ,tiếng ồn,khí
độc hại và vi khuẩn …..
Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì
trạng thái của không khí trong không gian điều hòa, trong vùng qui định nào
đó.Nó không chịu ảnh hƣởng bởi sự thay đổi của khí hậu bên ngoài hoặc sự
thay đổi của phụ tải bên trong.Từ đó ta thấy rằng,có mối liên hệ mật thiết giữa
điều kiện thời tiết bên ngoài không gian điều hòa với chế độ hoạt động và các
đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hoà không khí.
Khi xét đến sự ảnh hƣởng của môi trƣờng không khí đến con ngƣời,thì
qua thực nghiệm cho thấy: con ngƣời dễ chịu , thoải mái trong vùng nhiệt độ
khoảng từ 22 đến 270C.ở 270C tƣơng ứng với độ ẩm tƣơng đối của không khí
xung quanh - thông số này quyết định đến mức độ bay hơi nƣớc từ cơ thể ra
ngoài môi trƣờng là 50% và tốc độ chuyển động của dòng không khí xung quanh
-ảnh hƣởng đến lƣợng hơi ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít là 0,25m/s . Tuy
vậy, khi chọn tốc độ dòng không khí phải lƣu ý đến sự tƣơng thích với nhiệt độ,
độ ẩm, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ dòng không khí cũng tăng, điều này sẽ ảnh
hƣởng đến sự thoải mái và cảm giác dễ chịu của con ngƣời.
Về mặt thiết bị hệ thống điều hòa không khí là một tổ hợp bao gồm các
thành phầnsau:
1.Máy lạnh: Là bộ phận cơ bản của hệ thống, đóng vai trò chủ yếu trong

các thông số chính của hệ thống.
Hệ thống giảm ồn, chống cháy, lọc bụi, khử mùi. Hệ thống phân phối không khí.
Tuy nhiên, không phải bất kỳ hệ thống điều hòa không khí nào cũng phải
có đầy đủ các thiết bị nêu trên. Ở một số trƣờng hợp có thể có thêm các bộ phận
phụ khác giúp cho hệ thống làm việc ổn định và thích ứng hơn. Hệ thống điều
hòa không khí có thể ứng dụng cho các không gian đứng yên: nhà ở, hội trƣờng,
phòng làm việc… ngoài ra còn đƣợc ứng dụng cho các không gian di động nhƣ:
ôtô, xe lửa, máy bay…

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

2


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Chƣơng 2.CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN

Ô TÔ

Một hệ thống điều không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của
không khí trong không gian cần điều hòa. Nó không chịu ảnh hƣởng bởi sự thay
đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong. Do đó,
cómột mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài không gian cần điều
hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không
khí.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

phận quan trọng nhất của hệ thống lạnh. Công suất, chất lƣợng, tuổi thọ và độ tin cậy
của hệ thống lạnh chủ yếu đều do máy nén lạnh quyết định. Có thể so sánh máy nén
lạnh có tầm quan trọng giống nhƣ trái tim của cơ thể sống. Trong quá trình làm việc,
máy nén sẽ tăng áp suất chất làm lạnh lên khoảng 10 lần: tỉ số nén vào khoảng
5÷8:1, tỉ số nén này phụ thuộc vào nhiệt độ không khí môi trƣờng xung quanh và loại
môi chất lạnh. Áp suất phải tăng lên đến điểm mà nhiệt độ của chất làm lạnh cao hơn
nhiệt độ của không khí ở môi trƣờng xung quanh và phải đủ tại bộ ngƣng tụ để giải
phóng toàn bộ nhiệt hấp thụ ở trong bộ bốc hơi

Máy nén sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô là loại máy nén hở
đƣợc gắn bên hông động cơ, nhận truyền động đai từ động cơ ôtô sang đầu trục
máy nén qua một ly hợp từ. Tốc độ vòng quay của máy nén lớn hơn tốc độ quay của
động cơ. Ở tốc độ chạy cầm chừng của động cơ ôtô, máy nén làm việc với tốc độ
khoảng 600 rpm.
Khi tốc độ động cơ đạt tốc độ tối đa thì tốc độ máy nén rất cao. Vì vậy, máy
nén phải có độ tin cậy cao và phải làm việc hiệu quả trong điều kiện tốc độ động cơ
luôn thay đổi trong quá trình làm việc. Đặc biệt là các chi tiết nhƣ cụm bịt kín cổ trục,
các vòng bi, các clappe phải làm việc với độ tin cậy cao.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

5


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Nhiều loại máy nén khác nhau đƣợc dùng trong kỹ thuật điều hòa không khí
trên ôtô, mỗi loại máy nén đều có đặc điểm cấu tạo và làm việc theo nguyên tắc khác


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

Trục máy nén và đĩa cam.

ĐHKK Ô TÔ

Piston và bánh răng.

Bộ ly hợp điện từ

Trên tất cả các loại máy nén sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô
đều đƣợc trang bị bộ ly hợp nhờ hoạt động từ trƣờng. Bộ ly hợp này đƣợc xem nhƣ
một phần của puly máy nén. Ly hợp sẽ ăn khớp hay không ăn khớp để điều khiển
trục máy nén quay khi cần thiết, phần puly sẽ quay liên tục bởi dây đai đƣợc dẫn
động từ trục khuỷu của động cơ khi động cơ làm việc.
Ly hợp điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ (hình 2.18a), có hai loại cơ
bản: loại cực từ tĩnh (cực từ đƣợc bố trí trên thân của máy nén) (hình 2.18b) và loại
cực từ quay (các cực từ đƣợc đƣợc lắp trên roto và cùng quay với roto, cấp điện
thông qua các chổi than đặt trên thân máy nén).

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

8


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ



2.2.PHẦN TÍNH TOÁN CHỌN MÁY NÉN.
I.Phần mở đầu.
1.Phân tích đặc điểm chu trình định hướng thiết kế.
Thiết kế hệ thống điều hòa trên ô tô.
Với các kích thước sau :
Cao :1.3m
Rộng : 1.3m
Dài : 2.6m
Nhiệt độ yêu cầu :180C
Nơi tính toán thiết kế ở thành phố Hồ Chí Minh
2.Chọn cấp điều hòa không khí
ở đây điều hòa trên ô tô nên ta chọn điều hòa cấp 3.Hệ thống điều hòa không
khí được duy trì các thông số trong nhà ở phạm vi cho phép so với độ sai lệch
cho phép không quá 400h một năm.
3. Chọn thông số tính toán ngoài nhà.
Cấp điều hòa cấp 3
Nhiệt độ :tn :34.60C
Độ ẩm   55%
Nhiệt độ ngưng tụ giải nhiệt gió thường lấy cao hơn nhiệt độ không khí từ 13150C
Tk = tn +13 = 34.6 +13 = 47.60C
4.chọn thông số thiết kế trong nhà
Nhiệt độ sôi của môi chất t0 =tp - t 0 = 18- 8 = 100C
Lao động nhẹ
T : 24 đến 27
  60  75%

W = 0.5-0.7 m/s
Lượng gió tươi ;20m3/h .người, đạt tối thiểu 10% lưu lượng gió tuần hoàn
Độ ồn cho phép 30dB

Ts trung bình = 260C.
εds = 1-0,13.(26-20)/10= 0,922.
εmm:hệ số ảnh hưởng mây mù, khi trời co mây ε =0,85.
εkh:hệ số ảnh hưởng khung ,εkh =1,17.
εm:hệ số kính , kinh trong phẳng dày 6mm .εm =0,94.
εr:hệ số mặt trời = 0,65.
Q1’ =2.1,3.2,6.514.1,000161.0,922.0,85.1,17.0,94.0,65 =1947 W
Hệ số tác dụng tức thời :nt
Nt=Q/Q1’.
Q1 :nhiệt lượng tác dungjtruwcj tiếp đến phụ tải lạnh .
Q1’: lượng nhiệt bức xạ qua kính vào phòng nhưng không tác dụng trực tiếp đến
phụ tải lạnh .
Giả sử hệ thống điều hòa hoạt động 24/24 , có khối lượng sàn là 150kg/m2,tìm
được ntmax =0,29 ( vào 2h chiều).
Vậy Q1 =0,29.1947 = 564,7 w.
2.2.Nhiệt truyền qua mái bằng bức xạ và bằng chênh lệch nhiệt độ.
Q21=kF. t
F= 1,3.2,6 = 3,38m2.
t  8,3

K = 0,367.
Q21 = 0,367.3,38.8,3 = 10 w.
2.3.Nhiệt truyền qua kính cửa sổ :
a. Nhiệt truyền qua cửa ra vào
Q22 = k.F.Δt= 2.1,3.1,3.5,89.16,6 = 330w
b.Nhiệt truyền qua nền
Q23 = k.F.Δt
= 1,38.1,3.2,6.16,6 = 77w
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG


Qân = 3.n.l . (dn- dt)
Trong đó dn :dung ẩm của không khí bên ngoài.
dt :dung ẩm của không khí bên trong phòng.
Tra đồ thị ta được dt = 11,dn = 19.
Qân = 3.4.7,5.(19-11) = 720 w
Vậy Qn = 597 +720 = 1317w
2.7.Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió lọt vào .
a. Nhiệt hiện :
Q5h = 0,39.ξ.v.(tn-tt)
Trong đó : v : thể tích phòng m3.
ξ :hệ số kinh nghiệm = 0,7 do thể tích phòng nhỏ hơn 500m2.
Q5h = 0,39.0,7.4,394.16,6 = 20w.
b. Nhiệt ẩn :
Q5a = 0,84.ξ.v. (dn-dt)
= 0,84.0,7.4,394.(19-11) = 16w.
Vậy Q5 = 20+ 16 = 36w.
2.8 .Xác định phụ tải Q0.
Qt = Q0 = Q1+Q2 +Q3+ Q4 +Q5 +QN
= 564,7 + 417 +34 +400 + 36 + 1317 =2,769kw
Chọn Q0 = 3kw
III. Tính chọn máy nén.
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

12


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ


thông qua các lá tản nhiệt. Khi môi chất mất năng lƣợng, nhiệt độ của môi chất sẽ
bị giảm xuống cho đến khi bằng với nhiệt độ, áp suất bốc hơi thì môi chấtsẽ trở về
dạng lỏng có áp suất cao.
Môi chất sau khi ra khỏi giàn nóng sẽ tới bình lọc hút ẩm. Trong bình lọc
hút ẩm có lƣới lọc và chất hút ẩm. Môi chất sau khi đi qua bình lọc sẽ tinh khiết và
không còn hơi ẩm. Đồng thời nó cũng ngăn chặn áp suất vƣợt quá giới hạn.
Sau khi qua bình lọc hút ẩm, môi chất tới van tiết lƣu. Van tiết lƣu quyết
định lƣợng môi chất phun vào giàn lạnh, lƣợng này đƣợc điều chỉnh bằng 2
cách: bằng áp suất hoặc bằng nhiệt độ ngõ ra của giàn lạnh. Việc điều chỉnh rất
quang trọng nó giúp hệ thống hoạt động đƣợc tối ƣu.
Đồ thị lgp-h và đồ thị t-s.

lg P

T
3

2
3

2

5

5

1
4

1

41.131
15.56145
0.81954
10.89239
0.7338

H(kj/kg)
356.86
374.7649
246.444
246.444
209.35

S(kj/kg.độ)
1.5543
1.5543
1.1543
1.104315
1.0333

14


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

- Nhiệt tỏa ra ở TBNT :
qk = 128,3209 kj/kg
- Nhiệt nhận ở TBBH:

Nlđ = s.Nd = (1,2÷2,1 ).Nd =1,7.0,7368 = 1,25 kw.
Vậy chọn công suất lắp đặt của động cơ máy nén là 1,5kw.

2.3.THIẾT BỊ NGƢNG TỤ.
Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Thiết bị ngƣng tụ của hệ thống điều hòa không khí ôtô (hay còn gọi là giàn
nóng) là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao
sau quá trình nén thành trạng thái lỏng trong chu trình làm lạnh. Đây là một thiết bị cơ
GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

15


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

bản trong hệ thống điều không khí, có ảnh hƣởng rất lớn đến các đặc tính năng
lƣợng của hệ thống.
Công dụng của bộ ngƣng tụ là làm cho môi chất lạnh đang ở thể hơi áp suất
và nhiệt độ cao từ máy nén bơm đến, ngƣng tụ biến thành lỏng. Quá trình môi chất
lạnh ngƣng tụ thành thể lỏng đƣợc mô tả nhƣ sau: Trong quá trình hoạt động bộ
ngƣng tụ tiếp nhận hơi môi chất lạnh dƣới áp suất và nhiệt độ rất cao do máy nén
bơm vào, qua lỗ nạp đƣợc bố trí phía trên giàn nóng. Dòng khí này tiếp tục lƣu thông
trong ống dẫn đi dần xuống phía dƣới, nhiệt của khí môi chất lạnh truyền qua các
cánh tỏa nhiệt và đƣợc luồng gió mát thổi đi. Quá trình trao đổi khí này làm tỏa một
lƣợng nhiệt rất lớn vào trong không khí; do bị mất nhiệt, hơi môi chất giảm nhiệt
độ,đến nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hòa (hay nhiệt độ sôi) ở áp suất ngƣng tụ thì bắt
đầu ngƣng tụ thành thể lỏng. Môi chất lạnh thể lỏng, áp suất cao này tiếp tục chảy
đến bộ bốc hơi (giàn lạnh).


17


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

xuyên qua khi xe đang lao tới và do quạt gió tạo ra.

- Lá tỏa nhiệt: Lá tỏa nhiệt đƣợc chế tạo bởi các lá nhôm mỏng và đƣợc xếp song

song với nhau. Với cách thiết kế nhƣ vậy sẽ tạo đƣợc diện tích lớn nhất để tỏa nhiệt
tốt nhất.
- Ống xoắn chữ U: Ống xoắn chữ U chủ yếu dung để truyền môi chất và
tỏa nhiệt. Vật liệu thƣờng dùng là ống đồng, nó vừa tỏa nhiệt tốt vừa có độ bền
cao.

2.4 .THIẾT BỊ BAY HƠI.
Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Thiết bị bay hơi (hay còn gọi là giàn lạnh) là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi
chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trƣờng cần làm lạnh sôi và hóa hơi. Do vậy, cùng
với thiết bị ngƣng tụ, thiết bị bay hơi cũng là thiệt bị trao đổi nhiệt quan trọng và
không thể thiếu đƣợc trong hệ thống lạnh.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

18




ĐHKK Ô TÔ

Cửa vào của môi chất bố trí bên dƣới và cửa ra bố trí bên trên bộ bốc hơi. Với
kiểu thiết kế này, bộ bốc hơi có đƣợc diện tích thu hút nhiệt tối đa trong lúc thể tích
của nó đƣợc thu gọn tối thiểu. Một bộ bốc hơi thiết kế đạt yêu cầu, sẽ có diện tích bề
mặt lớn đủ tiếp xúc với chất làm lạnh và không khí ở khoang hành khách.
Môi chất lạnh ở thể lỏng, đƣợc thiết bị giãn nở (van tiết lƣu) phun tơi sƣơng
vào bộ bốc hơi (hình 2.24). Luồng không khí do quạt điện thổi xuyên qua bộ bốc hơi,
trao đổi nhiệt cho bộ này và làm sôi môi chất lạnh. Trong lúc chảy xuyên qua các ống
của bộ bốc hơi, môi chất lạnh hấp thu một lƣợng nhiệt rất lớn và bốc hơi hoàn toàn.

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

20


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

Khi môi chất lạnh sôi, hấp thu nhiệt, bộ bốc hơi trở lên lạnh; quạt điện hút
không khí nóng trong cabin và cả không khí từ ngoài vào thổi xuyên qua giàn lạnh,
cho ra luồng không khí mới đã đƣợc làm lạnh và hút ẩm đi vào cabin ôtô thông qua
các cửa khí đƣợc bố trí trong hệ thống. Cứ nhƣ thế tạo ra một sự đối lƣu không khí
trong ôtô, tạo cảm giác thoải mái mát mẻ cho con ngƣời.
Ngoài ra, qua quá trình hoạt động lâu dài, có nhiều bụi bẩn bám vào các
cánh tản nhiệt, hoặc lƣợng dầu bôi trơn lẫn vào môi chất lạnh nhiều…sẽ làm cho
năng suất lạnh của hệ thống lạnh giảm. Cần phải kiểm tra và vệ sinh thƣờng xuyên
để đảm bảo chất lƣợng làm việc của hệ thống.


Trong hệ thống điều hòa không khí ôtô, phin sấy lọc đặt sau thiết bị ngƣng tụ
trƣớc thiết bị giãn nở. Có nhiều loại bình lọc hút ẩm đƣợc sử dụng trong hệ thống,
tuy nhiên chức năng và vị trí lắp đặt không thay đổi.
Môi chất lạnh đang ở thể lỏng chảy từ bộ ngƣng tụ theo lỗ nạp vào bình chứa
(hình 2.25), xuyên qua lớp lƣới lọc và bọc khử ẩm. Chất ẩm ƣớt tồn tại trong hệ
thống là do chúng xâm nhập vào trong quá trình lắp ráp, sửa chữa.
Nếu môi chất lạnh không đƣợc lọc sạch bụi bẩn và chất ẩm ƣớt thì các van
trong hệ thống cũng nhƣ trong máy nén sẽ chóng bị hỏng. Sau khi đƣợc lọc sạch

GVHD: LÊ KIM DƯỠNG

22


Đề tài nghiên cứu khoa hoc

ĐHKK Ô TÔ

tinh khiết và hút ẩm, môi chất lạnh chui vào ống tiếp nhận và thoát ra khỏi bình chứa
qua lỗ thoát theo ống dẫn đến van giãn nở.
Việc chọn loại bình chứa để sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí trên
ôtô phụ thuộc nhiều vào loại môi chất lạnh đƣợc sử dụng trong hệ thống. Về cấu tạo
và nguyên lý của mỗi loại vẫn không đổi, nhƣng vật liệu sử dụng để lọc và hút ẩm
cho môi chất lạnh thì khác nhau, ở hệ thống dùng môi chất lạnh R12 thì dùng đá
thạch anh định hình (sillicagel) để hút ẩm; còn trong hệ thống sử dụng môi chất lạnh
R134a thì dùng chất khoáng (zeolite) để hút ẩm (vì khi dòng môi chất lạnh R134a đi
qua chất khoáng chứa trong bình hút ẩm thì nƣớc sẽ đƣợc tách áp suất khỏi R134a
và đƣợc chất khoáng hấp thu hoàn toàn).