LỜI CAM ĐOAN
Bản luận văn này là do tôi nghiên cứu và thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của
thầy giáo GS.TS Phạm Văn Tùy.
Để hoàn thành luận văn này, tôi đã sử dụng những tài liệu tham khảo đƣợc
ghi trong mục Tài liệu tham khảo, ngoài ra tôi không sử dụng bất kỳ tài liệu nào mà
không liệt kê. Các kết quả thu đƣợc là kết quả của luận văn, không đƣợc sao chép từ
công trình hay thiết kế của ngƣời khác.
Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định.
Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2014
Người cam đoan

Mai Thanh Bình

i


LỜI CẢM ƠN
* Bản luận văn này đƣợc thực hiện tại bộ môn Kỹ thuật lạnh và điều hòa
không khí, Viện khoa học và công nghệ nhiệt lạnh, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà
Nội dƣới sự hƣớng dẫn của GS. TS Phạm Văn Tùy. Sau khoảng hơn một năm
nghiên cứu và làm việc, đề tài Luận văn đã hoàn thành. Để hoàn thành đƣợc Luận
văn này tôi xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tình của GS.TS Phạm Văn
Tùy, sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy đã giúp tôi hoàn thành bản luận văn
này.
* Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô thuộc Bộ môn Kỹ thuật
lạnh và điều hòa không khí đã tạo điều kiện và có những ý kiến đóng góp quý báu
giúp tôi thực hiện tốt những nội dung nghiên cứu của luận văn. Tôi cũng xin chân
thành cảm ơn phòng thí nghiệm bộ môn kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí đã cho
phép tôi đƣợc sử dụng các trang thiết bị hiện có phục vụ cho công tác nghiên cứu.
* Cuối cùng là gia đình, bạn bè lớp Cao học đã luôn bên cạnh động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn.


Phân loại các hệ thống điều hòa không khí ...............................................11

1.2.1.1 Máy điều hòa không khí cục bộ .................................................................13
1. Máy điều hòa cửa sổ ..................................................................................13
2. Máy điều hòa tách ......................................................................................14
1.2.1.2 Hệ thống điều hòa dạng tổ hợp gọn ............................................................15
1.2.1.2.1 Máy điều hòa tách ...................................................................................15

iii


1.2.1.2.2 Máy điều hòa VRF ...................................................................................16
1.2.2 Chênh lệch độ cao và khoảng cách giữa dàn lạnh và dàn nóng ( tổ hợp )
trong điều hòa không khí dân dụng .........................................................................17
1.2.2.1 Dầu bôi trơn và môi chất lạnh – nhu cầu hồi dầu ......................................18
1.2.2.2 Quan hệ tốc, độ giảm áp suất và vấn đề hồi dầu .........................................19
1.3. CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TƢƠNG ĐỐI GIỮA DÀN
LẠNH VÀ DÀN NÓNG KHI LẮP ĐẶT HTĐHKK BAY HƠI TRỰC TIẾP ......21
1.4. XÁC ĐỊNH ĐỀ TÀI ........................................................................................23
1.5.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU..............................................................................23
1.6. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .........................................................................24
1.7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................24
1.8. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................................24
1.9. NHẬN XÉT KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ...........................................................24
CHƢƠNG 2. HIỆN TƢỢNG GIẢN NỞ SỚM VÀ CÁC HẬU QUẢ CỦA NÓ
GÂY RA TRONG CÁC HỆ THỐNG LẠNH – ĐHKK BAY HƠI TRỰC TIẾP
.................................................................................................................................25
2.1. HIỆN TƢỢNG DÃN NỞ SỚM CỦA MÔI CHẤT LẠNH LỎNG
TRONG MÁY LẠNH ...........................................................................................25

CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH ĐHKK VRF
HOẠT ĐỘNG HIỆU QUẢ KHÔNG CÓ GIẢN NỞ SỚM TRONG
ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM .....................................................................................49
4.1. VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH – ĐHKK ....................49
4.1.1. Giới thiệu công trình ....................................................................................49
4.1.1.2. Chọn cấp điều hòa cho công trình theo TCVN 5687-2010 .......................50
4.1.3. Chọn thông số tính toán ...............................................................................51
4.1.3.1. Chọn thông số tính toán không khí trong nhà ...........................................51
4.1.3.2. Chọn thông số tính toán không khí ngoài nhà ..........................................51
4.1.4. Tính nhiệt độ cho công trình theo phƣơng pháp carrier................................52
4.1.4.1. Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11 ..................................................................52
4.1.4.2. Nhiệt hiện truyền qua mái do ∆t: Q21 .........................................................52
4.1.4.3. Nhiệt hiện truyền qua vách Q22 .................................................................53
1. Tính nhiệt truyền qua tƣờng Q22t .............................................................53

v


2. Tính nhiệt truyền qua cửa ra vào..............................................................54
3. Tính nhiệt truyền qua kính .....................................................................54
4.1.4.4 Nhiệt truyền qua nền Q23............................................................................55
4.1.4.5 Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng Q31....................................................55
4.1.4.6. Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q32 .............................................................56
4.1.4.7 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do ngƣời tỏa ra Q4 .................................................56
4.1.4.8. Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tƣơi mang vào QhN và QâN ........................57
4.1.4.9 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió lọt Q5h và Q5â ............................................ 57
4.1.4.10. Các nguồn nhiệt khác Q6 .......................................................................58
4.1.4.11. Xác định phụ tải lạnh ............................................................................58
4.1.5. Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí .......................................58
4.1.5.1. Các quá trình cơ bản trên ẩm đồ ..............................................................58

4.1.5.8. Sơ đồ tuần hoàn một cấp với các hệ số nhiệt hiện và hệ số
đi vòng và qua lại với các điểm H, T, O, S trên ẩm đồ .........................................63
4.1.5.9 Nhiệt độ đọng sƣơng của nhiệt độ không khí qua dàn lạnh ......................64
4.1.5.10 Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh ............................................................65

vi


4.1.6. Chọn máy, thiết bị và bố trí thiết bị .............................................................65
4.1.6.1. Chọn máy và thiết bị ..................................................................................65
1. Tính toán công suất lạnh yêu cầu ..............................................................66
2. Tiên lƣợng công suất dàn lạnh ..................................................................66
3. Tiên lƣợng kết hợp giữa dàn lạnh và dàn nóng .......................................66
4. Hiệu chỉnh công suất lạnh .......................................................................67
5. So sánh giữa công suất lạnh giả định và công suất lạnh thực tế .............67
6. Lựa chọn thiết bị .....................................................................................67
4.2. Tính toán kiểm tra hiện tƣợng dãn nở sớm ......................................................68
4.2.1.Tính toán tổn thất áp suất của môi chất lạnh lỏng trƣớc van tiết lƣu .............68
4.2.1.1. Tổn thất do ma sát và tổn thất cục bộ ........................................................69
4.2.1.2. Kiểm tra hiện tƣợng dãn nở sớm và hồi dầu cho nhánh tính toán trên ......73
4.3. các giải pháp tạo độ quá lạnh ..........................................................................74
4.3.1. Dùng thiết bị quá lạnh ...................................................................................74
4.3.1.1. Dùng tác nhân bên ngoài để làm mát môi chất lạnh lỏng trong bình .......74
4.3.1.2. trích lỏng sau dàn ngƣng tiết lƣu vào bình trung gian để quá lạnh ............75
4.3.2. Dùng thiết bị hồi nhiệt...................................................................................76
4.3.3. Dùng dàn ngƣng để quá lạnh ........................................................................76
4.3.4. Kết hợp sử dụng thiết bị quá lạnh và hồi nhiệt .............................................77
4.4. Một vài sơ đồ thực tế........................................................................................78
4.4.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của hãng sản xuất Samsung ...................................78
4.4.1.1. Sơ đồ máy biến tần .....................................................................................78


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. Giải thích các ký hiệu :
F

Diện tích

m2

S

Diện tích tiết diện

m2

C

Nhiệt dung riêng

J/kg.K

d

Đường kính

m

k

Hệ số truyền nhiệt


J/kg.K

t

Nhiệt độ

0

α

Hệ số tỏa nhiệt

W/m2.K

Nu

Hệ số Nusselt

αw

Hệ số tỏa nhiệt từ bề ngoài vật liệu

W/m2.K

µ

Hệ số nhớt động lực

N.s/m2


Q22k

Nhiệt truyền qua kính

W

K

Hệ số truyền nhiệt của tƣờng, cửa ra vào, kính cửa sổ W/m2 K

F

Diện tích của tƣờng, cửa ra vào, kính

Δt

Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa

αn

Hệ số toả nhiệt ngoài nhà

W/m2K

αt

Hệ số toả nhiệt trong nhà

W/m2K

Hệ số tác dụng không đồng thời

qâ

Nhiệt ẩn tỏa ra từ một ngƣời

dN

Ẩm dung của trạng thái không khí ngoài trời, g/kg

dT

Ẩm dung của trạng thái không khí trong không gian điều hòa, g/kg

tN

Nhiệt độ của trạng thái không khí ở ngoài không gian điều hòa, 0C

l

Lƣợng không khí tƣơi cần cho một ngƣời trong một giây, kg/ngƣời.s

V

Thể tích phòng, m3

Qhf

Tổng nhiệt hiện của phòng (không có nhiệt hiện của gió tƣơi), W



Hệ số trở lực ma sát

ρ

Khối lƣợng riêng của môi chất

ω

Vận tốc của môi chất

m

Lƣu lƣợng khối lƣợng của môi chất chuyển động trong hệ thống kg/h.

kg/m3.
m/s

h1 , h4 Entanpi của môi chất tại điểm 1 và điểm 4 trên đồ thị lgp – h.
Q0

Công suất lạnh của hệ thống

kW.

q0

Năng suất lạnh riêng của môi chất lạnh

kJ/kg.

Bảng 4.11. Bảng tính tổng của trở lực ma sát và trở lực cục bộ .............................71

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số trang

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị lgp – h của chu trình khô ................................2
Hình 1.2 Chu trình quá lạnh nhờ bộ quá lạnh ...........................................................3
Hình 1.3. Quá trình chảy tầng ...................................................................................5
Hình 1.4. Quá trình chảy quá độ ...............................................................................5
Hình 1.5. Quá trình chảy rối......................................................................................5
Hình 1.6. Quá trình chảy trong ống ..........................................................................5
Hình 1.7. Lực tác dụng trên phƣơng dòng chảy........................................................6
Hình 1.8. Mô tả vận tốc dòng chảy trong ống...........................................................6
Hình 1.9.Lƣu lƣợng và vận tốc trung bình ................................................................7
Hình 1.10. Ứng suất tiếp trong dòng chảy rối ...........................................................8
Hình 1.11. phân bố vận tốc trong dòng chảy rối ...................................................... 8
Hình 1.12. Các điểm mở của ống ............................................................................10
Hình 1.13. Điều hòa cửa sổ và vị trí lắp đặt máy ...................................................14
Hình 1.14. Máy điều hòa VRF ................................................................................16
Hình 1.15. Ảnh hƣởng của tốc độ đến sự hồi dầu .................................................. 20
Hình 1.16. Hệ hai đƣờng ống hồi dầu về máy nén ................................................21
Hình 2.1. Đƣờng dẫn lỏng lên cao ............................................................... 26
Hình 2.2. Các hậu quả với nhóm dàn bốc hơi – máy nén ............................. 27
Hình 2.3. Hậu quả với nhóm dàn bốc hơi – máy nén ................................... 28
Hình 2.4. Hậu quả với nhóm dàn bốc hơi – máy nén .............................................29
Hình 3.1. Mô phỏng dịch chuyển chất lỏng trong ống ...........................................30

dùng môi chất lạnh lỏng bay hơi trong bình ..........................................73
Hình 4.16. Chu trình quá lạnh bằng thiết bị hồi nhiệt .............................................74
Hình 4.17. Chu trình quá lạnh bằng dàn ngƣng ......................................................75
Hình 4.18. Chu trình quá lạnh trung gian và hồi nhiệt............................................75

xiii


M Ở ĐẦU
Nền kinh tế nước ta trong những năm gần đây phát triển với tỷ lệ tăng trưởng
đáng kể, bước đầu thực hiện có hiệu quả công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật và sự đi lên của xã hội thì
vấn đề môi trường với các yếu tố khí hậu thích hợp ngày càng được quan tâm và nó
trở thành một vấn đề cần thiết.
Hệ thống lạnh và ĐHKK ngày nay đã phát triển rất mạnh mẽ, là một phần
của cuộc sống hiện đại, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày
càng mở rộng và trở thành nghành kỹ thuật vô cùng quan trọng, nhiều ngành công
nghiệp sẽ không phát triển nếu không có hệ thống lạnh và ĐHKK. Hệ thống lạnh và
ĐHKK được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Ngay tại Việt Nam chúng
ta thấy các khách sạn, tòa nhà ngày càng cao tầng đƣợc xây dựng trên khắp cả nƣớc
cùng với các hệ thống điều hòa kiểu mới hiện đại có mặt trên thị trƣờng Việt Nam.
Đối với một đất nƣớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng nực, mùa đông rét
buốt nhƣ nƣớc ta thì nhu cầu về điều hòa và hệ thống lạnh là rất lớn. Hệ thống
ĐHKK lắp đặt cho các tòa nhà cao tầng này cũng phải đáp ứng các điều kiện xây
dựng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống cũng nhƣ nhu cầu của công trình.
Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh và ĐHKK đang phát triển mạnh, có nhiều loại
máy hiện đại ra đời. Tuy nhiên, trong thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa đôi khi
gặp không ít khó khăn khi gặp một số sự cố trong đó có trường hợp do hiện tượng
dãn nở sớm gây ra mà dể bị hiểu lầm bởi nguyên nhân khác do khi thiết kế, lắp đặt,
thi công chưa được chú trọng đặc biệt là ở các tòa nhà cao tầng.

máy nén dùng động cơ điện đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng dể dàng.
- Khoảng nhiệt độ và công suất lạnh gần như không giới hạn, đáp ứng được
hầu như tất cả các nhu cầu khác nhau.
- Các chi tiết gia công tương đối dể dàng kể cả đơn chiếc và chế tạo hàng
loạt.
- Máy lạnh làm việc với độ an toàn và tin cậy cao, mức độ tự động hóa của
máy lớn. Dể ứng dụng điện tử, vi điện tử vào điều khiển hoàn toàn tự động. Có khả
năng chế tạo hệ thống hoàn chỉnh đến các tổ hợp cụm chi tiết và chi tiết riêng lẻ,
thuận lợi cho việc lắp đặt, thay thế, bảo hành và sử dụng.
- Dể thích ứng với từng trường hợp cụ thể, chính vì vậy mà máy lạnh nén hơi
và chu trình của nó được đặc biệt chú ý. Mỗi chu trình máy lạnh nén hơi đều có một
phạm vi ứng dụng nhất định, để có thể đạt được hiệu quả kinh tế cao phải chọn
được chu trình phù hợp nhất đối với mỗi nhu cầu cụ thể. Để làm cơ sở xem xét khảo
sát các vấn đề kỹ thuật, trước tiên chúng ta hãy xem xét chu trình khô đơn giản của
máy lạnh nén hơi được gọi tắt là chu trình khô.
* Chu trình khô đơn giản:
Định nghĩa:
Chu trình khô là chu trình máy lạnh có hơi hút về máy nén là hơi bão hoà khô.

1


Qk

lgp
2

3
TL



qv = qo/v1 , kJ/m3

3 – Năng suất nhiệt riêng thải ra ở dàn ngƣng: qk = h2 – h3 , kJ/kg
4 - Tỷ số nén:

 = pk/po

5 – Công nén riêng:

l = h2 – h1 , kJ/kg
COP =  = qo/l

6 - Hệ số lạnh của chu trình:
7 - Độ hoàn thiện chu trình ( hiệu xuất exergy) :
8 – Công suất lạnh của máy nén :

 =  / C
Q0 = m.qo

2


Chú ý: Trong thực tế để hơi hút về máy nén là hơi bão hoà khô thì trong hệ
thống có bố trí bình tách lỏng trên đƣờng hơi hút về máy nén. Lỏng cuốn theo sẽ bị
tách ra và đƣa về lại dàn bay hơi.
+ Nhận xét :
Để tăng hệ số hiệu quả của máy lạnh COP ta cần tăng q0 hay giảm h4 bằng
cách quá lạnh môi chất lỏng trƣớc khi vào van tiết lƣu bằng chu trình quá lạnh.
1.1.1. Hiện tƣợng quá lạnh và hiệu quả chu trình (COP)

2

MN

1’

TL

4

3

Δq0
h1’-h4

BH

1
Q0
Hình 1.2 Chu trình quá lạnh nhờ bộ quá lạnh
1 – 2 : Quá trình nén đoạn nhiệt (thuận nghịch) trong máy nén

3

1

1’
h



4


Hiệu suất execgy của chu trình quá lạnh : ν = ((Tk – T0)/T0 )* ε
Công suất lạnh của máy nén :

Q0 = m.qo = m( q0’ + Δq0)

Hiệu quả lạnh của chu trình :

COP = Q0 / N = m(q0’ + Δq0)/N

* Kết luận :
Trong chu trình lạnh khi có quá lạnh của môi chất lạnh lỏng trước khi đến
van tiết lưu hiệu quả cao hơn so với chu trình không có quá lạnh của lỏng. Ngoài ra,
do có quá lạnh t3 < t3’ nên áp suất bảo hòa tương ứng với nhiệt độ t3 là pql < pk ( áp
suất bảo hòa tương ứng với t3’ = tk ).
1.1.2. Tổn thất năng lƣợng trong đƣờng ống và phƣơng pháp tính toán
Tổn thất áp suất trong dòng chảy bị ảnh hưởng bởi tính chất của chất lỏng,
tốc độ chảy của nó và trạng thái bề mặt tiếp xúc,các trở lực mà dòng chảy gặp phải
trong quá trình lưu động,…
1.1.2.1 Hai trạng thái chảy trong ống
Thí nghiệm Reynolds:
1. Chảy tầng : Khi vận tốc nhỏ, Re = VD/ν < Regh

Hình 1.3. Quá trình chảy tầng
Quá độ :
Hình 1.4. Quá trình chảy quá độ
2. Chảy rối: Khi vận tốc lớn , Re = VD/ν > Regh


P2





L P
0
 dA

( Z1 

P1



)  (Z 2 

P2



)

τ = γJR

 Phƣơng trình cơ bản của dòng đều.

τ = γJr/2



Ta có: Newton

τ = -μ

Nên -μ

du
dr

  J 2 dr

u = -γJ

r2
+C
4

= γJ

r
 du =
2

r

τ = γJ

PTCB
 u=


Hình 1.9.Lƣu lƣợng và vận tốc trung bình

u=

J 2 2
( r0  r )
4
J 2 2
(r0  r )2 rdr
4

dQ = udA = u2πrdr

dQ =

J
(r02  r 2 )rdr
Q = 2π

4 0



Q  Jr04
V= 
A 8  r02

 Jr02
V=


8VL
 r02

sắp xếp lại

V=

 r02 hd
8 L

hd =

64 L V 2
Re D 2 g

( Hệ số Reynolds)

7


1.1.2.4 Phân bố vận tốc trong dòng chảy rối
Đối với dòng chảy rối, ứng suất tiếp phụ thuộc chủ yếu vào độ chuyển động hỗn
loạn của các phân tử lƣu chất.
Theo giả thiết của Prandtl :

τ= 

du
dy

y
)
r0

thì

y

 (1  )
r0
0

 du
(5.8)
 0 dy

du 2
 1
du
) 
 0
dy
dy
 ky

( vận tốc ma sát )

u * dy
u*
du u*

đều gần với vận tốc trung bình hơn so với trƣờng hợp chảy tầng. Đó cũng là lý do
tại sao các hệ số sửa chữa động năng ( α ) hay hệ số sửa chữa động lƣợng ( α0 ) có
thể lấy bằng 1.
Trong cả hai trƣờng hợp dù là dòng chảy tầng hay chảy rối thì tốc độ của các
phân tử chất lỏng ở bề mặt đều bằng không. Để các phần tử này chuyển động theo
dòng, cần phải tiêu tốn năng lƣợng để thắng trở lực ma sát. Nói khác do trong dòng
chảy của chất lỏng dù ở chế độ chảy nào thì cũng đều có tổn thất áp suất và tiêu tốn
năng lƣợng cho dòng chảy nên cần khảo sát phƣơng pháp tính toán tổn thất năng
lƣợng trong dòng chảy.
1.1.2.5 Tính toán tổn thất của dòng chảy trong ống
+ Tổn thất đường dài:
Dùng phƣơng pháp phân tích thứ nguyên chứng tỏ tổn thất dọc đƣờng có dạng
hd = 

L V2
( Darcy )
D 2g

λ = f (Re,Δ/D ) : Hệ số tổn thất do ma sát
Δ : Hệ số nhám tuyệt đối ( chiều cao các mố nhám)

Thay D = 2R :
Với J = hd/L 

V=

V=
8g



Từ công thức tính lƣu lƣợng

hd =

Q2
L
K2

+ Xác định hệ số tổn thất λ :
Dòng chảy tầng :

λ=

64
 hd  V 1
Re

9


Dòng chảy rối : Rối thành trơn thủy lực : ( 2300

Chảy rối thành hoàn toàn nhám (khu sức cản bình phƣơng) (Re rất lớn >4.106)
λ=f(Δ/D)
1

Prandtl – Nicuradse :



 2 lg

D
D
 1,14  2 lg(3,17 )



+ Tổn thất cục bộ :
Tổn thất cục bộ là tổn thất áp suất khi môi chất đi qua các phụ kiện nhƣ côn, cút, rẽ
nhánh, đột thu, đột mở, nhánh…

2

Tính theo công thức thực nghiệm Weisbach: hc = ξc

V2
2g

Trong đó: