Môi chất lạnh R32, tính chất nhiệt động, bảng, đồ thị và khả năng ứng dụng
Trong khi chưa tìm được môi chất lạnh lý tưởng, vừa an toàn, không độc hại, vừa thân thiện với
môi trường không phá hủy tầng ozone, không làm nóng địa cầu, từ 2013, môi chất R32 đã được ứng dụng
trong trong điều hòa không khí phòng RAC ở Nhật, Trung Quốc, Indonesia, Thái lan và một số nước châu
Á khác. Máy điều hòa R32 cũng đã xuất hiện trên thị trường Việt Nam. Bài báo cung cấp các số liệu nhiệt
đông, bảng hơi bão hòa, đồ thị lgp-h cùng các thông liên quan để đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, đào tạo,
lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các loại máy này cho những cán bộ, giảng viên, kỹ sư kỹ thuật
viên có liên quan và những người quan tâm.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Bạn đang xem tài liệu "Môi chất lạnh R32, tính chất nhiệt động, bảng, đồ thị và khả năng ứng dụng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Môi chất lạnh R32, tính chất nhiệt động, bảng, đồ thị và khả năng ứng dụng
sư kỹ thuật viên có liên quan và những người quan tâm. Từ khóa: Môi chất lạnh R32 1. Mở đầu Kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí (ĐHKK) đã trải qua giai đoạn phát triển gần 200 năm kể từ ngày Perkins đăng ký bằng phát minh máy lạnh nén hơi năm 1934. Song hành với sự phát triển đó là sự phát triển của môi chất lạnh (MCL). Căn cứ vào đặc điểm tính chất mà người ta chia MCL thành 4 thế hệ: - Thế hệ 1: kéo dài khoảng 100 năm từ 1834 đến 1930. Các MCL chủ yếu là các chất lỏng tự nhiên dễ bay hơi như cồn, rượu, ê te, propan, butan, ammoniac, SO2... Chúng có đặc điểm là độc hại và dễ cháy nổ. - Thế hệ thứ 2: (1931 đến 1990), khi các Freon khác nhau như R11, 12, 13, 22, 500, 502 được sử dụng. Đó là các chất có tính chất nhiệt động tuyệt vời, không cháy nổ và không độc hại. Để quảng bá cho tính không độc, có nhà khoa học đã hít đầy ngực R12 trên diễn đàn. Chúng được gọi là môi chất lạnh lý tưởng.Tuy nhiên năm 1974, hai nhà bác học Roland và Molina phát hiện ra MCL “lý tưởng” đó phá hủy tầng Ozone. Nghị định thư Montreal 1987 ra đời để cấm các MCL này. Đó chính là các nhóm chất CFC (ChloroFluoroCarbon) có ODP Ozone Depletion Potential) rất cao. - Thế hệ thứ 3: (1990 - 2010), là các chất như R134a và các hỗn hợp của chúng như R404A, 407C, 410A, 507 không chứa Clo thuộc nhóm HFC (HydroFluoroCarbon) có ODP = 0. Chúng lập tức được đưa vào sử dụng và được coi là cứu tinh của nhân loại.Trớ trêu thay, HFC lại làm trái đất nóng lên, gây ra biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thiên tai, bão lụt, do GWP (Global Warming Potential) quá cao. Từ vị “cứu tinh”, chúng biến thành “tội đồ”. Nghị định thư Kyoto 1997 ra đời đưa ra lộ trình hạn chế sản xuất và sử dụng HFC. - Thế hệ thứ 4: (2010 - nay), do sự khan hiếm của các lựa chọn khả thi, MCL thế hệ 4 cần được xem xét đồng thời tất cả các yêu cầu đặc biệt là yêu cầu về môi trường, và cần phải được đánh giá tổng thể và lồng ghép để đi đến quyết định lựa chọn chính xác MCL của tương lai. Các HFO (HydroFluoroOlefin) như R1234yf và R1234ze được quan tâm đặc biệt đến vì GWP = 4 ÷ 8. Ngoài ra, các môi chất của thế hệ 1 và 3 còn được sàng lọc lại với tiêu chí là GWP đủ nhỏ, ODP bằng không hoặc đủ nhỏ, chấp nhận tính đễ cháy và độc hại có mức độ. Ở Mỹ, HFO được khuyến khích sử dụng trong điều hòa ô tô và trong các chiller sản xuất nước lạnh. Ở Trung Quốc Propan được sử dụng rộng rãi. Ở Nhật thì ngược lại, HFC R32 được khuyến cáo sử dụng trong các loại máy điều hòa không khí RAC kể cả PAC, VRF tạm thời thay thế cho các HFC bị cấm. Cuộc tìm kiếm môi chất lạnh thế hệ 4 vẫn đang tiếp diễn với rất nhiều khó khăn và tranh cãi chung quanh 4 mục tiêu là tính thân thiện với môi trường, an toàn, hiệu suất năng lượng cao và giá thành hạ.Trong bài báo này chúng tôi xin giới thiệu về MCL R32. 2. Các tính chất nhiệt động R32 có công thức hóa học CH2F2, nhiệt độ sôi thường -51,7oC, có đặc tính nhiệt động rất tốt tương tự như R22 và 502 [1,2]. R32 không độc TLV = 1000 ppm, AEL = 1000 ppm. Do có đến 2 nguyên tử Hyđrô trong phân tử nên R32 thuộc loại dễ cháy hơn so với R22, an toàn cháy nổ kém hơn so với R22. Ưu điểm chủ yếu của R32 chỉ là thân thiện hơn với môi trường. R32 là HFC nên công nghệ ga, ISSN 2354-0575 Journal of Science and Technology42 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 dầu, bôi trơn, bảo dưỡng, sửa chữa tương tự như HFC 410A. R32 bền vững về nhiệt và hóa, không ăn mòn và tác dụng với vật liệu chế tạo máy như thép, đồng, nhôm và đồng thau. Tuy nhiên cần tránh sử dụng kẽm, ma nhê, chì vì chúng bị R32 ăn mòn. R32 được sử dụng là đơn chất cho máy điều hòa, trước hết là điều hòa phòng chủ yếu do GWP = 675 tương đối thấp so với các HFC khác. Tuy có GWP thấp, nhưng vẫn cao hơn nhiều so với yêu cầu của EU là ≤ 150. Tuy nhiên R32 có nhược điểm là áp suất rất cao và nhiệt độ cuối tầm nén quá cao. Trước đây nó chỉ được sử là thành phần trong hỗn hợp (R32 chiếm 23% trong R407C và 50% trong R410A). Theo [4,5] do nhiệt độ cuối tầm nén cao nên khó có thể sử dụng trong tủ lạnh và máy lạnh thương nghiệp mà chỉ có thể sử dụng trong kỹ thuật ĐHKK, đặc biệt RAC. Bảng 1 giới thiệu thông số của R32 so sánh với một số MCL thông dụng cho máy ĐHKK. Bảng 1. Thông số của R32 so sánh với một số môi chất thông dụng Hạng mục R134a R22 R410A R32 Công thức hóa học CH2FCF3 CHClF2 R32/125 CH2F2 Phân tử lượng 102.03 86.47 72.58 52.02 Điểm sôi tiêu chuẩn, oC -26.1 -40.8 -51.6 -51.7 Nhiệt độ tới hạn, oC 101.1 96.2 72.5 78.2 Áp suất tới hạn, MPa 4.06 4.99 4.95 5.78 Mật độ tới hạn, kg/m3 515 513 329 Giới hạn bắt lửa dưới LFL, % non non non 13.3 Nhiệt trị HOC, MJ/kg 4,2 2,2 - 4.4 9.4 Nhóm an toàn A1 A1 A1 A2L Tuổi thọ trong khí quyển, năm 13,6 11,8 5 - 15 5.6 ODP 0.000 0.034 0.000 0.000 GWP (100 năm) 1600 1900 2340 675 Các ứng dụng chính Thay thế tạm thời cho R22 ĐHKK và nhiều ứng dụng khác ĐHKK Thay thế cho R22, R410A Bảng 2 giới thiệu so sánh thông số chu trình tiêu chuẩn cho ĐHKK phòng với nhiệt độ bay hơi 5oC, độ quá nhiệt hơi hút Δt qn = 5 K (nhiệt độ phòng 27oC), nhiệt độ ngưng tụ 50oC, độ quá lỏng lỏng Δt ql = 5 K (nhiệt độ môi trường 35oC) đối với 4 loại MCL đã nêu. Qua Bảng 2 ta thấy: Nhược điểm là R32 có áp suất ngưng tụ cao nhất, nhiệt độ cuối tầm nén cao nhất, gây khó khan cho việc ứng dụng. Nhược điểm khác là hệ số lạnh thuộc loại thấp nên tiêu tốn năng lượng hơn so với R410A và R22.Ưu điểm là năng suất lạnh khối lượng và thể tích cũng cao nên máy nén rất gọn nhẹ. Ưu điểm khác là giá R32 khá rẻ do công nghệ sản xuất đã có sẵn, và lượng nạp R32 vào máy chỉ còn khoảng 70% so với R410A [3], làm cho tổng phát thải khí nhà kính giảm, tổng chi phí về thương mại dịch vụ giảm đi nhiều. Bảng 2. So sánh thông số chu trình ĐHKK tiêu chuẩn t o = 5 oC, t k = 50 oC Hạng mục Đơn vị R134a R22 R410A R32 Áp suất ngưng tụ bar 13,2 19,3 30,6 31,3 Áp suất bay hơi bar 3,5 5,8 9,34 9,5 Tỉ số nén - 3,77 3,33 3,28 3,29 Nhiệt độ đầu đẩy oC 62 76 77 89 Năng suất lạnh khối lượng kJ/kg 142 156 192 246 Thể tích riêng hơi hút m3/kg 0,064 0,0430 0,029 0,0396 Năng suất lạnh thể tích kJ/m3 2230 3630 5276 6210 Công nén riêng kJ/kg 30 29 39 52 Hệ số lạnh lý thuyết COP - 4,73 5,38 4,92 4,73 % hiệu suất so với 410A 96,1 113 100 96,1 Bảng 3 giới thiệu sự tương thích của các dụng cụ lắp đặt. Như vậy, bộ van nạp, dây nạp, bộ ISSN 2354-0575 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 43 loe ống, chìa khóa lực, đầu rắc co chuyển đổi, và bình chúa thu hồi ga của R32 là tương thích với R410A nhưng không tương thích với R134a và R22. Dầu bôi trơn của R32 cũng tương tự như của R410A do cùng nhóm HFC. Bảng 3. Sự tương thích của các dụng cụ lắp đặt Hạng mục R134a R22 R410A R32 Bộ van nạp MCL không không có có Dây nạp MCL không không có có Bộ loe ống không không có có Chìa khóa lực không không có có Đầu răc co chuyển đổi không không có có Bình chứa sau thu hồi không không có có Cân định lượng; Dụng cụ uốn ống; Bơm chân không; Máy dò ga điện tử có có có có 3. Bảng hơi bão hòa Bảng 4 giới thiệu bảng hơi bão hòa của R32 (rút gọn từ [2], chi tiết hơn xem trong [2]). Bảng 4. Bảng hơi bão hòa của R32 t oC p MPa v’ dm3/kg v’’ dm3/kg ρ’ kg/m3 ρ’’ kg/m3 h’ kJ/kg r kJ/kg h” kJ/kg s’ kJ/kgK s” kJ/kgK -120 0,00049 0,73148 50413,4 1367,10 0,01984 11,393 443,37 454,77 0,1030 2,9981 -115 0,00086 0,73727 29397,2 1356,35 0,03402 18,312 439,78 458,09 0,1474 2,9281 -110 0,00146 0,74324 17804,4 1345,47 0,05617 25,275 736,11 461,39 0,1907 2,8638 -105 0,00240 0,74938 11159,2 1334,44 0,08961 32,304 432,36 464,67 0,2332 2,8045 -100 0,00382 0,75570 7214,89 1323,27 0,13860 39,415 428,50 467,92 0,2749 2,7497 -95 0,00590 0,76223 4798,19 1311,94 0,20841 46,633 424,52 471,15 0,3160 2,6989 -90 0,00887 0,76896 3273,93 1300,45 0,30544 53,966 420,38 474,35 0,3565 2,6518 -85 0,01302 0,77592 2286,73 1288,80 0,43731 61,409 416,08 477,49 0,3966 2,6081 -80 0,01867 0,78311 1631,64 1276,96 0,61288 68,974 411,59 480,56 0,4363 2,5672 -75 0,02622 0,79055 1187,13 1264,94 0,84237 76,668 406,90 483,57 0,4756 2,5291 -70 0,03614 0,79826 879,254 1252,73 1,13733 84,482 401,99 486,47 0,5145 2,4933 -65 0,04893 0,80625 661,941 1240,31 1,51071 92,416 396,87 489,28 0,5530 2,4597 -60 0,06518 0,81455 505,853 1227,67 1,97686 100,46 391,51 491,97 0,5911 2,4279 -55 0,08552 0,82318 391,916 1214,81 2,55157 108,60 385,93 494,54 0,6288 2,3979 -50 0,11066 0,83215 307,473 1201,70 3,25232 116,86 380,10 496,96 0,6661 2,3695 -45 0,14133 0,84151 244,044 1118,33 4,09763 125,16 374,06 499,23 0,7028 2,3424 -40 0,17835 0,85129 195,772 1174,69 5,10799 133,52 367,81 501,33 0,7389 2,3165 -35 0,22256 0,86150 158,593 1160,76 6,30546 141,90 361,36 503,27 0,7744 2,2917 -30 0,27485 0,87221 129,625 1146,51 7,71456 150,32 354,69 505,02 0,8092 2,2679 -25 0,33617 0,88344 106,833 1131,93 9,36042 158,72 347,86 506,58 0,8431 2,2449 -20 0,40750 0,89526 88,7191 1116,99 11,2715 167,08 340,86 507,95 0,8762 2,2227 -15 0,48984 0,90773 74,1838 1101,65 13,4800 175,42 333,68 509,10 0,9086 2,2012 -10 0,58426 0,92090 62,4296 1085,90 16,0181 183,68 326,38 510,06 0,9399 2,1802 -5 0,69185 0,93487 52,8382 1069,67 18,9257 191,88 318,90 510,79 0,9704 2,1597 0 0,81378 0,94972 44,9553 1052,94 22,2443 200,00 311,29 511,29 1,0000 2,1396 5 0,95124 0,96557 38,4310 1035,65 26,0206 208,02 303,55 511,57 1,0286 2,1199 10 1,10550 0,98257 32,9886 1017,74 30,3135 215,97 295,62 511,60 1,0564 2,1005 15 1,27791 1,00086 28,4202 999,137 35,1862 223,86 287,51 511,37 1,0834 2,0812 20 1,46989 1,02067 24,5602 979,749 40,7163 231,69 279,17 510,86 1,1097 2,0620 25 1,68300 1,04224 21,2758 959,469 470,018 239,54 270,53 510,06 1,1355 2,0429 30 1,91891 1,06591 18,4661 938,161 54,1532 247,40 261,54 508,93 1,1608 2,0236 35 2,17946 1,09212 16,0440 915,651 62,3285 255,38 252,05 507,43 1,1860 2,0040 ISSN 2354-0575 Journal of Science and Technology44 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 40 2,46666 1,12144 13,9416 891,709 71,7278 263,59 241,89 505,48 1,2114 1,9839 45 2,78278 1,15470 12,1031 866,027 82,6233 272,14 230,86 503,00 1,2374 1,9630 50 3,13033 1,19308 10,4827 838,167 95,3953 281,22 218,65 499,87 1,2644 1,9411 55 3,51216 1,23842 9,03708 807,479 110,655 291,13 204,73 495,86 1,2934 1,9173 60 3,93148 1,29380 7,72915 772,916 129,380 302,28 188,35 490,63 1,3256 1,8909 65 4,39198 1,36501 6,51894 732,598 153,399 315,38 168,16 483,54 1,3628 1,8601 70 4,89784 1,46529 5,34937 682,461 186,938 331,84 141,31 473,14 1,4090 1,8208 75 5,45391 1,64093 4,06234 609,410 246,164 355,82 98,288 454,11 1,4758 1,7582 78,41 5,83000 2,32558 2,32558 430,000 430,000 401,99 0,0000 401,99 1,6058 1,6058 4. Đồ thị lgp-h [1,2] 5. Kết luận Từ năm 2013, nhiều công ty Nhật đã sử dụng R32 trong máy điều hòa phòng RAC [3]. Trung Quốc và một số nước Đông Nam Á như Indonesia [7], Thái Lan [8] cũng sản xuất RAC với R32. Ở Thái lan có tới 12 xí nghiệp sản xuất RAC với R32, chiếm 20 % thị phần, trị giá khoảng 1,27 tỷ USD [8]. Máy điều hòa phòng R32 cũng đang được bán rộng rãi trên thị trường Việt Nam.Việc tìm hiểu các số liệu nhiệt động cơ bản của R32 là hết sức cần thiết. Bài báo này cung cấp số liệu về tính chất nhiệt động, bảng và đồ thị phục vụ cho công tác đào tạo, nghiên cứu, đánh giá so sánh các chu trình cũng như phục vụ cho công tác lắp đặt, vận hành, kiểm tra, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa máy và thiết bị. Tuy nhiên, chúng ta chưa nên sử dụng rộng rãi R32 ngoài máy điều hòa phòng. Vì Việt nam là nước nghèo, mới có ân huệ được Liên Hợp Quốc cho sử dụng R22 đến năm 2040. R22 là công nghệ đã ổn định trên 80 năm, quen thuộc và hiệu quả, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế với hiệu quả năng lượng cao. Chúng ta không nên bỏ phí ân huệ đó. Rút kinh nghiệm từ R134a, R407C, R410A, khi mới ra đời cách đây 20 năm, đã được quảng cáo như môi chất lạnh vĩnh viễn của tương lai, nhưng đến nay lại phải vứt bỏ.Các môi chất này đâu có rẻ, đắt hơn R22 từ 8-10 lần, có khi còn cao hơn. Chúng ta hãy chờ đợi khoảng mươi năm cho đến khi các MCL mới được sử dụng ổn định cũng chưa muộn. ISSN 2354-0575 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 45 Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Đức Lợi, Ga, Dầu và Chất tải lạnh, NXB Giáo dục 2008. [2]. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Môi chất lạnh, NXB giáo dục 1998. [3]. Daikin, Môi chất lạnh thế hệ mới R32, Hội thảo loại trừ CFC và tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu suất năng lượng trong lĩnh vực làm lạnh và điều hòa không khí, Hà nội ngày 10.12.2013. [4]. Nguyễn Đức Lợi, Nghiên cứu khả năng thay thế R134a bằng R1234ze(E) và R32 trong tủ lạnh gia dụng và thương nghiêp, Tạp chí năng lượng Nhiệt số 117 tháng 5.2014, tr.6-10. [5]. Nguyễn Đức Lợi, Môi chất lạnh mới R1234yf và R32, so sánh lý thuyết với R134a trong tủ và máy lạnh thương nghiệp, Tạp chí KHCN các trường Đại học Kỹ thuật số 102, tr. 117-121. [6]. Dragon Wu TCL, Study on Heat Pump Water Chiller with R290 and R32, Agenda for the Asia and the Pacific RegionalWorkshop on Envirommentally Friendly Refrigerants in Room Air Conditioner (RAC) and Compressor Manufacturing Plants, 29 Febr.to 3 March 2016 Schenzhen China. [7]. Ari D. Pasek, Iwan Chandra, Indonesia Experience in Implementing HPMP in Manufacturing Sector, Agenda for the Asia and the Pacific RegionalWorkshop on Envirommentally Friendly Refrigerants in Room Air Conditioner (RAC) and Compressor Manufacturing Plants, 29 Febr.to 3 March 2016 Schenzhen China. [8]. Thailand Department of Industry Works. Update on HPMP Stage I of Thailand AC Sector, Agenda for the Asia and the Pacific RegionalWorkshop on Envirommentally Friendly Refrigerants in Room Air Conditioner (RAC) and Compressor Manufacturing Plants, 29 Febr. To 3 March 2016 Schenzhen China. [9]. Nguyễn Đức Lợi, Các thế hệ môi chất lạnh và bảo vệ môi trường sống, Tạp chí năng lượng Nhiệt số 122 (01/2015) tr. 9-13. REFRIGERANT R32, THERMODYNAMIC PROPERTIES, TABLE, DIAGRAM AND APPLICATION ABILITIES Abstract: While not yet found the ideal refrigerant, safe, non-toxic, environmentally friendly, no ozone depletion, low greenhouse effect, from 2013, the R32 refrigerant has been applied in the RAC (room air conditioners) in Japan, China, Indonesia, Thailand and some other Asian countries. R32 Air Conditioners have also appeared on the Vietnam market. This paper provides thermodynamic properties, saturated steam tables, lgp-h diagram with relevant information... to meet the needs of research, training, installation, operation, maintenance and repair of this kind of RACs for the lecturers, students, engineers, technician ... and interested persons. Keywords: Refrigerant R32
File đính kèm:
- moi_chat_lanh_r32_tinh_chat_nhiet_dong_bang_do_thi_va_kha_na.pdf