Việt Nam nghiên cứu chế tạo thiết bị làm lạnh kiểu bay hơi nước thay thế máy lạnh

  • 09:19 ,28/12/2018

KHPTO - Nghiên cứu thực nghiệm về thiết bị làm lạnh không khí kiểu bay hơi nước gián tiếp ứng dụng chu trình Maisotsenko (M-IEC) do nhóm nghiên cứu Ngô Phi Mạnh, Đinh Minh Hiển, Trường đại học bách khoa Đà Nẵng thực hiện.

Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu tính hiệu quả, và khả năng ứng dụng của thiết bị làm lạnh không khí kiểu bay hơi nước gián tiếp ứng dụng chu trình Maisotsenko nhằm thay thế cho các máy điều hòa không khí truyền thống đang sử dụng trong các khu vực dân dụng như trường học, nhà hàng, các công trình công cộng với điều kiện khí hậu Việt Nam. Một mô hình thiết bị M-IEC đã được thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh. Có 19 thí nghiệm đã được tiến hành trên mô hình thiết bị ứng với điều kiện khí hậu tại Đà Nẵng. Từ kết quả thực nghiệm, nhóm tác giả đã tính toán, phân tích và đánh giá hiệu quả hoạt động thực tế của thiết bị dựa vào 4 chỉ tiêu là năng suất lạnh, hệ số làm lạnh (COP), hiệu suất nhiệt độ bầu ướt, và nhiệt độ không khí sau khi xử lý.

Hiện nay, với mục tiêu tìm ra các giải pháp làm lạnh không khí mới nhằm thay thế cho các máy điều hòa không khí truyền thống, các nhà khoa học trên thế giới đang tập trung vào hướng nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc của thiết bị làm lạnh không khí kiểu bay hơi nước - vốn đã xuất hiện rất lâu, rất dễ chế tạo, chi phí đầu tư ban đầu thấp, vận hành đơn giản, điện năng tiêu thụ thấp, và rất thân thiện với môi trường vì môi chất sử dụng chỉ là nước và không khí.

Có hai kiểu thiết bị làm lạnh không khí theo phương pháp bay hơi nước: thiết bị làm lạnh không khí kiểu bay hơi nước trực tiếp (DEC) và thiết bị làm lạnh không khí kiểu bay hơi nước gián tiếp (IEC). Những thiết bị kiểu DEC có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và rất phù hợp với những công trình như xưởng dệt may, các phân xưởng cơ khí rộng, quán cà phê… Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của chúng là độ ẩm không khí tăng lên sau khi được xử lý, sẽ ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người, cũng như gây hư hỏng các thiết bị điện. Do đó, thiết bị DEC không phù hợp để thay thế cho các máy điều hòa truyền thống cho các không gian kín, như phòng ngủ hay văn phòng làm việc.

Trong khi đó, với thiết bị IEC, có 2 dòng không khí đi vào thiết bị: một dòng không khí cấp đi trong kênh gió cấp (kênh khô) và dòng không khí thải đi trong kênh thải (kênh ướt). Hai dòng không khí này được ngăn cách bởi 1 vách rắn, không thấm nước. Không khí sau khi được làm lạnh ở kênh khô sẽ được đưa vào không gian điều hòa. Ngược lại, không khí ở kênh ướt sẽ được thải ra ngoài. Rõ ràng, với cùng kích thước và điều kiện vận hành, hiệu quả làm lạnh của thiết bị IEC luôn thấp hơn so với thiết bị DEC. Tuy nhiên, ưu điểm nổi bật của thiết bị IEC là không khí cấp sau khi được làm lạnh có độ ẩm (tuyệt đối) không đổi. Đây là lý do khiến thiết bị IEC được xem là phương án thay thế phù hợp cho các máy điều hòa không khí truyền thống hiện nay.

Một trong những cải tiến nổi bật là ứng dụng của “chu trình” Maisotsenko vào thiết bị IEC. Về cấu tạo, M-IEC gần như tương đồng với IEC truyền thống. Tuy nhiên, trong M-IEC một số kênh gió trong hệ thống các kênh gió cấp được đục lỗ để không khí sau khi được làm lạnh ở kênh khô hồi lưu qua kênh ướt. Nhờ cải tiến này mà giới hạn làm lạnh không khí đầu ra của thiết bị là nhiệt độ đọng sương ứng với trạng thái không khí đầu vào. Chính vì ưu điểm này mà thiết bị M-IEC được đánh giá có tiềm năng rất lớn trong việc thay thế các máy điều hòa không khí truyền thống.

Tại Việt Nam vẫn chưa có nghiên cứu nào về việc khai thác tiềm năng của thiết bị M-IEC nhằm ứng dụng cho hệ thống điều hòa không khí. Do đó, nhóm tác giả tập trung vào nghiên cứu khả năng thay thế máy điều hòa không khí truyền thống của thiết bị làm lạnh không khí kiểu bay hơi nước gián tiếp ứng dụng chu trình Maisotsenko (M-IEC) với điều kiện khí hậu miền Trung của Việt Nam.

Mô hình thí nghiệm thiết bị M-IEC bao gồm các phần chính sau: Cụm trao đổi nhiệt ẩm (gọi tắt là HMX), quạt thải, quạt cấp, bơm và hệ thống phun sương, bộ lọc nước, các thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm, biến tần, và giá đỡ. Trong đó, cụm HMX được coi là lõi của thiết bị M-IEC. Tại đây diễn ra quá trình làm mát đẳng dung ẩm dòng không khí cấp, và quá trình trao đổi nhiệt ẩm đẳng entanpy ở kênh thải (kênh ướt). HMX bao gồm hai 2 hệ thống kênh gió: kênh gió cấp (kênh khô) và kênh gió thải (kênh ướt). Tùy thuộc vào chiều chuyển động của không khí cấp và không khí thải, có hai kiểu thiết bị M-IEC: cắt nhau và ngược chiều. M-IEC kiểu ngược chiều có hiệu quả hoạt động tốt hơn cắt nhau khi có cùng kích thước và chế độ hoạt động. Tuy nhiên, kiểu ngược chiều rất khó chế tạo và việc tạo ẩm bề mặt kênh thải phức tạp hơn so với kiểu cắt nhau. Do vậy, trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung vào thiết kế và chế tạo thiết bị M-IEC kiểu cắt nhau.

Kết quả nghiên cứu, với điều kiện khí hậu thí nghiệm thực tế tại thành phố Đà Nẵng trong tháng 5 năm 2018, mô hình thiết bị M-IEC đã vận hành với năng suất lạnh dao động từ 1,67 ÷ 2,47 kW (5.700 – 8.400 Btu/h); với hệ số hiệu quả làm lạnh (COP) rất cao (từ 13 đến 29), tương ứng điện năng tiêu thụ rất thấp chỉ từ 80 W đến 90 W; và hiệu suất nhiệt độ bầu ướt lớn nhất là 85%. Có 13 trạng thái không khí sau xử lý bởi thiết bị thỏa mãn điều kiện tiện nghi cho không gian điều hòa theo tiêu chuẩn TCVN 5687-2010.

Từ các kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả tin rằng việc ứng dụng thiết bị M-IEC vào điều kiện khí hậu miền Trung, Việt Nam nhằm thay thế cho các máy điều hòa không khí truyền thống là hoàn toàn khả thi.

N.Hoa
  • Hotline
    (028) 3920 1523
  • Email