Phân tích lý thuyết việc thay thế môi chất R134a trong dãi nhiệt độ trung bình bằng môi chất R450a để bảo vệ môi trường

Bài viết phân tích lý thuyết khả năng thay thế môi chất R134a (có chỉ số làm nóng địa cầu GWP là 1300) đang được sử dụng rộng rãi trong các tủ lạnh gia đình bằng các môi chất R450a (GWP=547).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích lý thuyết việc thay thế môi chất R134a trong dãi nhiệt độ trung bình bằng môi chất R450a để bảo vệ môi trường PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT VIỆC THAY THẾ MÔI CHẤT R134a TRONG DÃI NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH BẰNG MÔI CHẤT R450a ĐỂ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Nguyễn Duy Tuệ1 Đỗ Trí Nhựt2 Tóm tắt: Bài báo phân tích lý thuyết khả năng thay thế môi chất R134a (có chỉ sốlàm nóng địa cầu GWP là 1300) đang được sử dụng rộng rãi trong các tủ lạnh gia đìnhbằng các môi chất R450a (GWP=547). Việc phân tích nhằm so sánh tính chất nhiệt động,nhiệt độ cuối tầm nén, năng suất lạnh riêng thể tích, năng suất lạnh, công nén và hệ sốlạnh khi thay thế cho một hệ thống lạnh đang sử dụng R134a với các điều kiện: nhiệt độngưng tụ 50oC, các dãi nhiệt độ bay hơi khác nhau -20, -15, -10, -5 và 0oC, độ quá lạnh5K, độ quá nhiệt 10K với máy nén Copeland, mã hiệu CS18K6E-PFJ. Kết quả phân tíchcho thấy rằng hệ số COP của R450a giảm không đáng kể, chỉ từ 0,15~0,82%, nhiệt độcuối tầm nén giảm 6~8%, công suất thải nhiệt dàn ngưng giảm từ 13~14%. Ngoài ra, takhông cần phải thay thế các thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống dẫn. Từ khóa: Môi chất R450a, thay thế môi chất R134a, tủ lạnh gia đình, bảo vệ môitrường. 1. Mở đầu Trước đây, các loại môi chất Clo-Flo-Cacbon (CFC) và Hydro-Clo-Flo-Cacbon(HCFC) với hệ số phá hủy tầng ozon (ODP) và chỉ số làm nóng địa cầu (GWP) khá caođược dùng rất nhiều trong hệ thống lạnh. Hiện nay, các môi chất CFC đã bị cấm sử dụng,và môi chất HCFC sẽ bị cấm tại nhiều nơi trên thế giới vào năm 2020. Do đó, R134a làloại môi chất Hydro-Flo-Cacon (HFC) được xem là môi chất lạnh quá độ vì có chỉ số làmnóng địa cầu khá cao (GWP=1300), và đang được sử dụng khá nhiều trong các loại tủlạnh, tủ kính lạnh thương nghiệp tại Việt Nam. Tại Việt Nam hiện nay, môi chất R600ađang được thay thế cho R134a. M El-Morsi [1] đã phân tích lý thuyết việc sử dụng môichất Hydrocacbon (HC) để thay thế R134a, kết quả cho thấy rằng R600a có hệ số làmlạnh COP cao hơn R134a là 4%. Đây là loại môi chất có hệ số phá hủy tầng ozon ODP=0,chỉ số làm nóng địa cầu GWP=3, tuy nhiên đây là loại môi chất dễ cháy nổ loại A3 theođánh giá của ASHRAE Safety Group (2013) nên bị hạn chế trong việc sử dụng. Do đó,môi chất R450a là loại môi chất không gây cháy, với hệ số làm nóng địa cầu GWP=547,giảm gần 60% so với R134a, sẽ được các tác giả phân tích. Các thông số như tính chấtnhiệt động, nhiệt độ cuối tầm nén, năng suất lạnh riêng thể tích, năng suất lạnh, công nénvà hệ số làm lạnh sẽ được so sánh với một hệ thống lạnh đang sử dụng môi chất R134a,1. ThS., Trường Đại Học Văn Lang2. TS., Trường Đại Học Văn Lang 122 Nguyễn Duy Tuệ, Đỗ Trí Nhựtmáy nén Copeland, mã hiệu CS18K6E-PFJ . Qua đó, các tác giả đưa ra nhận định cho khảnăng thay thế R134a. Các tác giả sử dụng tài liệu hãng môi chất lạnh Honeywell, phầnmềm Genetron Property 1.4 của hãng để tra các thông số nhiệt động môi chất lạnh, sau đódùng các công thức tính toán để thực hiện so sánh và đánh giá. Những nội dung sau đây của bài báo: trong phần 2 sẽ là phần so sánh tính chất nhiệtđộng của 2 loại môi chất và phân tích chu trình lạnh, sau đó phần 3 là kết quả và thảo luận.Cuối cùng là phần kết luận. 2. So sánh tính chất nhiệt động và phân tích chu trình lạnh 2.1. So sánh tính chất nhiệt động của môi chất R450a và R134a Theo [2] , môi chất R134a được sử dụng để thay thế cho môi chất loại CFC vàHCFC. Đây là loại môi chất an toàn, không gây cháy nổ, có hiệu suất và năng suất lạnhtương tự môi chất R12 được sử dụng rộng rãi trong các tủ lạnh gia đình và các tủ kính lạnhthương nghiệp. Môi chất này không phá hủy tầng Ozon nhưng có chỉ số làm nóng địa cầuGWP khá cao (GWP=1300). Để làm giảm hệ số GWP, theo [3], ta có thể hòa trộn với mộtmôi chất lạnh có hệ số GWP thấp hơn. GWPMIX = GWPA x wA + GWPB x wB (1) Trong đó: GWPMIX là giá trị GWP của môi chất sau khi hòa trộn; GWPA , GWPBlà giá trị GWP của môi chất A và B tương ứng; wA và wB là nồng độ tính theo khối lượnghỗn hợp của từng loại môi chất A và B tương ứng. Như vậy, môi chất R450a là môi chất lạnh hỗn hợp của 42% R134a + 58% R1234ze.Theo [2], môi chất R1234ze có tính chất nhiệt động tương tự với R134a, có hệ số GWPPHÂN TÍCH LÝ THUYẾT VIỆC THAY THẾ MÔI CHẤT R134a...Hệ số dẫn nhiệt của lỏng tại 25oC, W/m.K 0,0764 0,081Hệ số dẫn nhiệt của hơi tại 25oC, W/m.K 0,0139 0,0138Độ nhớt của lỏng tại 25oC, µPa.s 194,2 197,9Độ nhớt của hơi tại 25oC, µPa.s 12,2 11,8Nhóm an toàn A1 A1Giới hạn bắt lửa dưới LFL, % Không cháy Không cháyMàu sắc Không màu Không màuCác ứng dụng chính Tủ lạnh thương nghiệp, Tủ kính lạnh điều hòa không khí, thương nghiệp, Tầng trên của máy lạnh điều hòa không ghép tầng khí ô tô. Tính chất nhiệt động của 2 loại môi chất này được biểu diễn ở các hình 1-4, theonhững thông số: áp suất hơi bão hòa, nhiệt ẩn hóa hơi, khối lượng riêng của lỏng và hơi, độnhớt của lỏng và hơi, hệ số dẫn nhiệt của lỏng và hơi với dãi nhiệt độ từ -20oC đến 80oC. Theo đồ thị của hình 1a, áp suất hơi bão hòa của R134a cao hơn khoảng 12% so vớiR450a. Do đó, khi thay môi chất R450a vào hệ thống R134a có sẵn ta không cần phải thayđổi bề dày của thiết bị. Đối với nhiệt ẩn hóa hơi theo hình 2b, trong dãi nhiệt độ từ -20oCđến 10oC nhiệt ẩn hóa hơi của R134a cao hơn R450a ...