Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm máy lạnh thu hồi nhiệt để cung cấp đồng thời nhiệt - lạnh

70 Nguyễn Công Vinh, Hồ Trần Anh Ngọc 
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY LẠNH THU HỒI NHIỆT 
ĐỂ CUNG CẤP ĐỒNG THỜI NHIỆT - LẠNH 
STUDY ON THE FABRICATION AND TESTING OF AIR CONDITIONING HEAT 
RECOVERY TO OFFER HEAT – COLD AT THE SAME TIME 
Nguyễn Công Vinh, Hồ Trần Anh Ngọc 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng; ncvinh@ute.udn.vn 
Tóm tắt - Hiện nay, đa phần nguồn nhiệt từ thiết bị ngưng tụ của 
các loại máy lạnh đều thải ra môi trường. Trong khi đó, nhu cầu 
sử dụng nước nóng phục vụ sinh hoạt của con người là rất lớn. 
Để tiết kiệm năng lượng, bài báo đã trình bày một máy lạnh được 
sử dụng để sản xuất nước lạnh cung cấp cho hệ thống điều hòa 
không khí, đồng thời có thu hồi một phần nhiệt thải ra từ môi chất 
lạnh trong bình ngưng làm tăng nhiệt độ của nước (40÷ 45)0C 
qua quá trình trao đổi nhiệt. Sau khi xây dựng và chế tạo mô 
hình, chúng tôi tiến hành thí nghiệm đo đạc các thông số vào, ra 
trong khoảng thời gian và điều kiện nhất định. Đánh giá và so 
sánh số liệu thu được bằng phương pháp mô phỏng, đưa ra 
thông số ảnh hưởng đến quá trình thực nghiệm. Kết quả cho 
thấy, khả năng thu hồi nhiệt của hệ thống máy lạnh thực tế đạt 
được gần 38%, nguồn năng lượng này dùng để cung cấp nước 
nóng thay vì phải sử dụng điện trở hoặc nguồn năng lượng khác. 
Abstract - Currently, most of the heat from the condensing 
devices of the type of air conditioning is discharged to the 
environment. Meanwhile, demand on hot water for human 
activities is huge. To save energy, the article has presented an air 
conditioning used to supply cold water for the air conditioning 
system, and has recovered a portion of waste heat from the 
refrigerant in the condenser which increases the temperature of 
the water (40 ÷ 450C) through the process of heat exchange. After 
building the model, we have conducted experiments to measure 
the parameters in and out in about the time and conditions. 
Evaluation and comparison of data are obtained by simulation 
methods, putting out the parameters that influence the 
experimental process. The results show that the possibility of heat 
recovery of air-conditioning system in fact achieves near 38%. 
This source of energy is used to provide hot water instead of 
resistors or other energy sources. 
Từ khóa - Tiết kiệm năng lượng; nhiệt độ; nước nóng; tháp giải 
nhiệt; phụ tải nhiệt. 
Key words - Save energy; temperature; hot water; cooling tower; 
heatload. 
1. Đặt vấn đề 
Hiện nay, vấn đề tối ưu hóa và sử dụng năng lượng vào 
mục đích phục vụ con người là mối quan tâm hàng đầu cho 
các chủ đầu tư, các nhà thiết kế trong lĩnh vực điều hòa 
không khí cũng như cung cấp nước nóng. Vì thế, việc phát 
triển các hệ thống sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm 
trở thành khâu then chốt, có tính chiến lược để phát triển 
kinh tế của đất nước nói riêng và thế giới nói chung. Với 
mục tiêu làm sao chỉ ra được những biện pháp hữu hiệu 
nhằm tiết kiệm năng lượng có thể ứng dụng trong nước là 
vấn đề đang được quan tâm nhiều hiện nay của các nhà 
khoa học tại Việt Nam. Điển hình trong quá trình sinh hoạt 
của con người thì nhu cầu sử dụng điều hòa không khí và 
nước nóng là những nguồn tiêu thụ điện năng khá lớn ở 
những nơi như khu công nghiệp chế biến thủy sản, nhà 
hàng, khách sạn [3]  Hiện nay, việc sử dụng các thiết bị 
gia nhiệt bằng điện trực tiếp, tuy có nhiều ưu điểm nhưng 
chưa mang lại hiệu quả nhiều về việc tiết kiệm năng lượng. 
Trong nghiên cứu này việc sử dụng máy lạnh để sản xuất 
nước lạnh phục vụ cho quá trình điều hòa không khí kiểu 
làm lạnh bằng nước, đồng thời thu hồi một phần nhiệt 
lượng thải ra từ môi chất để cung cấp nước nóng có nhiệt 
độ dao động từ (400C÷ 450C), rất phù hợp cho quá trình 
sinh hoạt của con người và sản suất. Điều này sẽ mang lại 
hiệu quả năng lượng rất lớn và cũng góp phần giảm thiểu 
đáng kể việc sử dụng nguồn điện sẵn có nhằm đáp ứng nhu 
cầu phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước cũng 
như bảo vệ môi trường. 
2. Nội dung nghiên cứu 
Trong hoạt động của máy lạnh, làm lạnh nước để cung 
cấp cho các dàn lạnh trong hệ thống điều hòa kiểu làm 
lạnh bằng nước (phụ tải lạnh), nhiệt thải từ thiết bị ngưng 
tụ được xem là nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp. Tuy 
nhiên, nhiệt độ này vẫn cao hơn khá nhiều so với nhiệt độ 
môi trường xung quanh. Trên thực tế lượng nhiệt thừa này 
sẽ thải vào môi trường, nó làm nóng khu vực được trang 
bị điều hòa và điều này là không có lợi. Để tiết kiệm điện 
năng sử dụng trong việc cung cấp nước nóng (phụ tải 
nhiệt) sinh hoạt và điều hòa không khí của con người. 
Xuất phát từ ý tưởng này, chúng tôi trình bày nghiên cứu 
lý thuyết cũng như chế tạo và thử nghiệm mô hình máy 
lạnh làm lạnh nước có thu hồi một phần nhiệt lượng của 
môi chất lạnh gia nhiệt cho nước để cung cấp nước nóng 
sinh hoạt. Phần còn lại được đưa đến tháp giải nhiệt và 
thải ra môi trường, giúp cho hiệu quả làm việc của hệ 
thống tăng lên mà không làm ảnh hưởng đến chế độ làm 
việc bình thường của hệ thống máy lạnh. 
2.1. Mô hình hóa quá trình trao đổi năng lượng của 
máy lạnh 
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống 
Máy lạnh thu hồi nhiệt là loại máy cung cấp nước lạnh 
(nhiệt độ 50C ÷ 70C) cho các phụ tải lạnh, cụ thể ở đây là 
hệ thống điều hòa không khí làm lạnh bằng nước (Water 
Chiller) và có thu hồi một phần nhiệt thừa của hơi quá 
nhiệt trong bình ngưng tụ để cung cấp nước nóng (nhiệt 
độ 400C ÷ 450C) cho các phụ tải nhiệt như nấu ăn, tắm 
rửa, quá trình sản xuất... của con người. Phần nhiệt thừa 
còn lại sẽ thải vào môi trường qua thiết bị tháp giải nhiệt. 
Theo đánh giá thực tế, sơ đồ nguyên lý máy lạnh thu 
hồi nhiệt trong Hình 1 gồm các bộ phận sau: Máy nén; thiết 
bị trao đổi nhiệt; bình ngưng tụ; bình bay hơi; thiết bị tiết 
lưu; tháp giải nhiệt; đồng hồ đo; bơm nước; thiết bị điều 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 1.2, 2019 71 
khiển; hệ thống đường ống dẫn; cảm biếnTrong mô hình 
máy lạnh thu hồi nhiệt được thiết kế và chế tạo, nhiệt độ 
ngưng tụ của môi chất được khảo sát trong khoảng (450C ÷ 
500C) tương ứng với áp suất (12bar ÷ 15bar) và nhiệt độ sôi 
của môi chất đạt được từ (-50C ÷ 00C) tương ứng với áp 
suất (2bar ÷ 3bar). Khả năng bay hơi và hấp thụ năng lượng 
cũng được xét đến trong mục này. 
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiệt - lạnh 
đồng thời bằng máy lạnh thu hồi nhiệt 
2.1.2. Quá trình làm việc 
Khi không thu hồi nhiệt thải (trong thiết bị trao đổi 
nhiệt không có nước vào bình), van by-pass sẽ mở ra, môi 
chất lạnh đi trực tiếp vào bình ngưng tụ. Lúc này, toàn bộ 
lượng nhiệt của môi chất đều thải ra cho nước trong bình 
ngưng tụ và sau đó được đưa đến tháp giải nhiệt. 
Khi có thu hồi nhiệt thải, lúc này van mở ra cho nước 
vào thiết bị trao đổi nhiệt. Tại đây, môi chất đi qua thiết 
bị trao đổi nhiệt (van by pass đóng lại) rồi đến bình 
ngưng tụ, nước nhận nhiệt chủ yếu là phần hơi quá nhiệt, 
đến khi đạt nhiệt nhiệt độ yêu cầu cài đặt từ 400C ÷ 450C 
(nhưng vẫn thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ của môi chất 
lạnh), thì rơle nhiệt độ tác động mở van cho nước nóng ra 
khỏi thiết bị trao đổi nhiệt và cung cấp cho các phụ tải 
nhiệt. Trong mô hình, chúng tôi tính toán tỷ lệ phần trăm 
diện tích trao đổi nhiệt giữa hai thiết bị và bố trí hợp lý 
sao cho phần lớn hơi quá nhiệt của môi chất lạnh để gia 
nhiệt cho nước, phần còn lại là hơi bão hòa được ngưng 
tụ lại tại thiết bị ngưng tụ. 
Phương trình cân bằng nhiệt cho máy lạnh: 
Qth + Qt = Lmn + Q2 (1) 
Với Qth – nhiệt lượng thu hồi ở bình ngưng; Qt – nhiệt 
lượng thải vào môi trường diễn ra ở tháp giải nhiệt; 
Lmn – công máy nén; Q2 – nhiệt lượng nhận được từ 
nguồn lạnh. 
Thiết lập sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy lạnh, từ 
đó thu hồi một phần nhiệt lượng thải ra của môi chất lạnh 
trong bình ngưng tụ để làm nóng nước lạnh qua việc trao 
đổi nhiệt. Đồng thời tác giả xây dựng đồ thị hoạt động của 
máy lạnh như sau: 1’-2: quá trình nén đoạn nhiệt hơi môi 
chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao, nhiệt 
độ cao trong máy nén hơi; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng 
áp đa phần đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ và thải nhiệt 
cho nước; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng entanpi của môi 
chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất 
thấp; 4-1’: quá trình bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt ở áp suất 
thấp, thu nhiệt của nước cần làm lạnh. 
Hình 2. Đồ thị T-s của máy lạnh một cấp 
2.2. Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình thu 
hồi nhiệt 
2.2.1. Ảnh hưởng nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh 
Theo biểu thức (1) nhận thấy lượng nhiệt tỏa ra từ 
thiết bị ngưng tụ là rất lớn, nó bằng nhiệt lượng thu vào từ 
dàn lạnh cộng với công tiêu thụ cho máy nén [1]. Vì vậy, 
nhằm tiết kiệm năng lượng, tác giả sử dụng một phần 
lượng nhiệt thừa mà nước nhận được từ môi chất lạnh tỏa 
ra để cung cấp nước nóng cho phụ tải nhiệt nhưng đảm 
bảo hệ thống máy lạnh vẫn hoạt động bình thường. 
Chỉ số hiệu quả năng lượng của máy lạnh thu hồi nhiệt 
(η) được tính như sau: 
mn
2th
L
QQ +
= (2) 
Quan sát trên đồ thị T- s và biểu thức (2), nhận thấy có 
thể thu thồi toàn bộ lượng nhiệt tỏa ra từ bình ngưng tụ qk 
nếu nhiệt độ nước nóng cung cấp cho phụ tải nhiệt có giá 
trị thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống máy lạnh giải 
nhiệt bằng nước. Mặt khác, qua nghiên cứu khảo sát các 
loại môi chất lạnh như R134a; R32; R410a nhận thấy 
giá trị η của môi chất lạnh càng cao khi nhiệt độ ngưng tụ 
càng thấp [2]. Tuy nhiên, trên thực tế hiệu quả thu hồi 
chưa đạt tối đa vì chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác 
như áp suất ngưng tụ, loại môi chất lạnh, loại máy nén 
2.2.2. Ảnh hưởng của loại môi chất lạnh và nhiệt độ cuối 
tầm nén 
Hiện nay, các máy lạnh đang được sử dụng với nhiều 
loại môi chất lạnh khác nhau, trong đó chủ yếu vẫn là 
R134a; R410a; R32. Dựa vào thông số trạng thái của các 
điểm nút trên chu trình hệ thống, ta nhận thấy nhiệt độ 
của hơi cao áp sau khi nén nằm dao động phổ biến trong 
khoảng (65 ÷ 75)0C. Với môi chất lạnh R134a khi nhiệt 
độ ngưng tụ thay đổi trong khoảng (40 ÷ 50)0C thì nhiệt 
độ sau máy nén thay đổi trong khoảng (60 ÷ 73)0C. Tuy 
nhiên trên thực tế khi máy nén hoạt động đều có các tổn 
thất áp suất, quá trình nén không thuận nghịchVì thế 
chỉ số thu hồi nhiệt thải thực tế có thể được tính trên cơ sở 
lượng nhiệt mà nước nóng trong bình ngưng tụ nhận được 
72 Nguyễn Công Vinh, Hồ Trần Anh Ngọc 
so với lượng điện năng tiêu thụ của máy lạnh [2]. Kết quả 
này được kiểm chứng ở phần thực nghiệm trên mô hình. 
2.3. Mô hình thực nghiệm 
Mô hình máy lạnh được thiết kế và chế tạo để thu hồi 
một phần nhiệt lượng Qth khoảng 30 ÷ 45% tổng nhiệt thải 
ra của máy lạnh [1]. Vì vậy chỉ số hiệu quả năng lượng của 
máy lạnh thu hồi nhiệt sẽ lớn hơn máy lạnh thông thường 
chỉ có cung cấp lạnh. Máy lạnh thu hồi nhiệt rất phù hợp 
với hệ thống làm lạnh nước để cung cấp cho hệ thống điều 
hòa không khí kiểu Water Chiller ở các công trình lớn. 
Hình 3. Mô hình thực nghiệm của máy lạnh 
2.3.1. Tính chọn các thiết bị chính 
Với các thông số đầu vào như năng suất nước nóng 
chọn M = 10 lít; nhiệt độ nước lạnh vào bình chọn 
t1 = 250C; nhiệt độ nước nóng ra chọn t2 = 400C; thời gian 
vận hành máy τ = 2 giờ; môi chất lạnh sử dụng trong hệ 
thống R134a; nhiệt dung riêng của nước Cn = 4186 J/ kg 0K; 
Nhiệt lượng cần thiết để nâng khối lượng của nước từ 
nhiệt độ t1 đến t2 trong khoảng thời gian τ là: 
2 1. ( )nM C t tQ

−
= ; (W) (3) 
Thay số liệu, ta được kết quả nhiệt lượng yêu cầu của hệ 
thống là 87 (W). Do có thêm các tổn thất nhiệt như tổn thất 
trên đường ống, do bảo ôn bình chứa... nên nhiệt lượng trên 
thực tế chọn tăng lên khoảng 10% (hệ số dự trữ kdt = 1,1). 
Vậy công suất của thiết bị là: Qk = Q.kdt = 96 (W). 
Dựa vào đồ thị, tra bảng và tính nội suy kết quả, xác 
định được thông số trạng thái các điểm nút của chu trình 
với môi chất lạnh R134a: Năng suất lạnh riêng của chu 
trình: q0 = i1’- i4 = 146 (kJ/kg); năng suất nhiệt ngưng tụ 
riêng: qk = i2- i3 = 180 (kJ/kg); năng suất lạnh của máy nén: 
===
180
146
96
q
q
QQ
k
0
k0 78 (W). 
Diện tích trao đổi nhiệt của bình ngưng tụ: 
t.k
Q
q
Q
F
k
k
k
k
k
== ; (m2) (4) 
Trong đó: Δt - độ chênh nhiệt độ trung bình logarit; 
Qk- năng suất nhiệt ngưng tụ; kk - hệ số truyền nhiệt. Theo 
tài liệu [4] chọn độ chênh nhiệt độ trung bình logarit 
Δt = 50K và kk = 750 W/m2.K. Kết quả tính toán được 
Fk = 0,026 m2. 
Diện tích trao đổi nhiệt của bình bay hơi: 
t.k
Q
q
Q
F
0
0
0
0
0
== ; (m2) (5) 
Theo tài liệu [4] chọn độ chênh nhiệt độ trung bình 
logarit Δt = 60K và hệ số truyền nhiệt k0 = 350W/m2.K. 
Kết quả tính toán được F0 = 0,037m2; với Q0 là năng suất 
lạnh của máy nén. 
2.3.2. Chế tạo mô hình 
Để thu hồi nhiệt thải, hệ thống thực nghiệm bao gồm 
các thiết bị như sau: Máy nén kín công suất tiêu thụ điện 
khoảng 110W/h; bình ngưng tụ có dung tích 10 lít đảm 
bảo giải nhiệt tốt; bình bay hơi có dung tích 8 lít đảm bảo 
cung cấp đủ cho phụ tải lạnh; thiết bị tiết lưu; hai bơm 
nước tuần hoàn công suất 30W; tháp giải nhiệt; hệ thống 
đường ống nước; thiết bị đo nhiệt độ nước, cường độ 
dòng điện và áp suất ngưng tụ của môi chất; thùng nước 
nóng 15lít được bọc cách nhiệt và các thiết bị phụ khác. 
Tất cả các thông số của thiết bị đã được tính chọn phù 
hợp với dữ kiện ban đầu, làm việc an toàn và ổn định. 
Hệ thống được trang bị một van by-pass được lắp đặt 
để mô hình có thể hoạt động hai chế độ có thu hồi và 
không thu hồi nhiệt thải. Khi nước trong bình ngưng tụ 
nhận nhiệt của môi chất lạnh sau khi nóng lên đến nhiệt 
độ yêu cầu sẽ được đưa sang bình chứa nhờ van điện từ 
mở ra để sử dụng. 
2.4. Kết quả thực nghiệm và bàn luận 
Khi xây dựng thiết bị thực nghiệm, chúng tôi dựa trên 
các nguyên tắc là thực nghiệm phải lặp đi lặp lại nhiều lần 
đo đạc và ở nhiều thời điểm khác nhau trong ngày. Trên cơ 
sở số liệu đo được, tiến hành phân tích và xử lý kết quả. 
Hình 4. Các thiết bị đo chuyên dụng 
2.4.1. Sự thay đổi nhiệt độ trung bình của nước nóng 
trong bình trao đổi nhiệt theo thời gian 
Lúc đầu nhiệt độ của nước tăng nhanh do nước trong 
bình có nhiệt độ thấp (250C) nên phần lớn lượng nhiệt 
thải từ môi chất lạnh (hơi quá nhiệt từ điểm 2 đến 2’ thể 
hiện trên đồ thị T-s) được nước hấp thụ và có thể xem đây 
là máy lạnh giải nhiệt bằng nước [3]. Khi nhiệt độ nước 
tăng, nhiệt độ và áp suất ngưng tụ của môi chất tăng theo, 
đến khi nhiệt độ nước tăng gần bằng nhiệt độ ngưng tụ 
của môi chất lạnh thì lượng nhiệt mà nước trong bình 
nhận được bắt đầu giảm. 
Khi nhiệt độ nước trong bình ngưng tụ càng tăng thì 
áp suất ngưng tụ môi chất càng tăng. Tuy nhiên, khi nhiệt 
độ nước nóng lớn hơn 400C (gần bằng nhiệt độ ngưng tụ 
của môi chất) thì rơ le nhiệt độ tác động mở van điện từ 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 1.2, 2019 73 
để đưa nước sang bình chứa cung cấp cho các phụ tải 
nhiệt nhằm đảm bảo cho hệ thống máy lạnh hoạt động an 
toàn, phần còn lại được đưa sang bình ngưng để giải 
nhiệt. Các giá trị này được đo liên tục trong suốt quá trình 
thực nghiệm và thể hiện ở Hình 5. 
Hình 5. Sự thay đổi nhiệt độ trung bình của nước theo 
 thời gian gia nhiệt 
2.4.2. Sự thay đổi áp suất ngưng tụ của môi chất theo 
nhiệt độ nước nóng 
Hình 6. Sự thay đổi áp suất ngưng tụ theo 
nhiệt độ của nước nóng 
Khi nhiệt độ nước trong bình trao đổi nhiệt càng tăng thì 
áp suất ngưng tụ môi chất càng tăng. Tuy nhiên khi nhiệt độ 
nước lớn hơn 400C thì áp suất không tăng nữa và giữ ổn định 
ở giá trị gần bằng với giá trị áp suất của hệ thống khi chạy 
bình thường (không thu hồi nhiệt thải). Điều này được lý giải 
là do bộ trao đổi nhiệt thu hồi nhiệt thải mắc nối tiếp với bình 
ngưng tụ giải nhiệt bằng nước. Do đó, khi nhiệt độ nước 
nóng trong bình tăng cao hơn nhiệt độ ngưng tụ tương ứng 
với áp suất ngưng tụ thì môi chất lạnh bắt đầu ngưng tụ trong 
bình ngưng của máy lạnh và lúc này hệ thống hệ hoạt động ở 
áp suất ngưng tụ ổn định tương ứng với giá trị của máy lạnh 
giải nhiệt bằng nước. 
Trên thực tế phụ tải nhiệt trong phòng và nhiệt độ môi 
trường bên ngoài luôn thay đổi nên áp suất ngưng tụ của 
môi chất lạnh cũng thay đổi theo. Nên khi các thông số 
này thay đổi kéo theo áp suất ngưng tụ cũng tăng giảm 
theo và được thể hiện trên Hình 6. 
2.4.3. Sự thay đổi cường độ dòng điện theo thời gian vận hành 
Đối với trường hợp không thu hồi nhiệt thải thì cường 
độ dòng điện tương đối ổn định trong suốt thời gian máy 
lạnh hoạt động. 
Đối với trường hợp có thu hồi nhiệt thải, khi hệ thống 
mới bắt đầu hoạt động, cường độ dòng điện có giá trị theo 
định mức (vì nhiệt độ của nước trong bình lúc này còn 
thấp). Khi nhiệt độ nước tăng dần thì cường độ dòng điện 
tăng, nhưng không vượt quá giá trị hoạt động của máy 
lạnh khi không thu hồi nhiệt thải. Vì vậy, điều này có thể 
khẳng định rằng khi máy lạnh có thu hồi nhiệt thải, có thể 
tiết kiệm được một phần năng lượng khi nhiệt độ nước 
trong bình dự trữ có giá trị nhỏ hơn 400C. 
Hình 7. Sự thay đổi cường độ dòng điện theo 
thời gian trong hai trường hợp 
Qua kết quả đo đạc các thông số từ thực nghiệm, nhận 
thấy trong trường hợp có thu hồi nhiệt thải thì cường độ 
dòng điện không ổn định so với chế độ hoạt động bình 
thường. Điều này được giải thích là trong trường hợp có 
thu hồi nhiệt thải do mắc nối tiếp thêm bộ trao đổi nhiệt 
nên trở lực đường ống tăng (môi chất lạnh trước tiên trao 
đổi nhiệt với nước trong thiết bị trao đổi nhiệt, sau đó tiếp 
tục đi qua bình ngưng tụ của hệ thống). Vì thế nhiệt độ 
sau máy nén cũng tăng cao hơn so với trường hợp không 
có thu hồi nhiệt. Tuy nhiên, do dòng hơi cao áp sau khi ra 
khỏi máy nén thải nhiệt cho nước trong bộ trao đổi nhiệt, 
vì vậy nhiệt độ của máy nén vẫn không vượt quá mức cho 
phép. Kết quả thay đổi cường độ dòng điện trong hai 
trường hợp được thể hiện trên Hình 7. 
2.4.4. Đánh giá hiệu quả của mô hình máy lạnh 
Trong quá trình thực nghiệm cho thấy lượng điện năng 
tiêu thụ cho hệ thống máy lạnh để làm lạnh nước và có 
thu hồi một phần nhiệt thải để cung cấp nước nóng vẫn 
không thay đổi đáng kể so với trường hợp không thu hồi. 
Trên cơ sở Hình 7, nhận thấy trong hai trường hợp có thu 
hồi và không thu hồi thì cường độ dòng điện khi hệ thống 
hoạt động chênh lệch không đáng kể. Vì thế, với các số 
liệu trên nếu để có lượng nước nóng sử dụng (với 10 lít 
nước từ nhiệt độ 250C đến 400C) thay vì chúng ta cần sử 
dụng điện trở để gia nhiệt sẽ tiêu tốn lượng điện năng đo 
được từ thực tế là khoảng 250W. Điều này đã cho thấy, 
khi sử dụng máy lạnh có thu hồi một phần nhiệt thải để 
cung cấp nước nóng đã mang lại hiệu quả kinh tế rất cao, 
trong một giờ trung bình có thể tiết kiệm được khoảng 
125W điện năng. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng 
tôi chỉ tập trung đề cập đến khả năng thu hồi bao nhiêu 
phần trăm nhiệt từ thực nghiệm trên mô hình so với tính 
toán lý thuyết ở góc độ điện năng tiêu thụ. Đánh giá các 
74 Nguyễn Công Vinh, Hồ Trần Anh Ngọc 
yếu tố tác động đến quá trình thu hồi nhiệt mà chưa xét 
đến kinh phí đầu tư ban đầu như công lắp đặt, giá thành 
thiết bị, cấu tạo và việc vận hành phức tạp của hệ thống 
máy lạnh khi có lắp thêm thiết bị trao đổi nhiệt. Vấn đề 
này, chúng tôi sẽ tính toán chi tiết khi hệ thống có điều 
kiện triển khai rộng rãi trong thực tế. 
3. Kết luận 
Qua quá trình thực nghiệm trên mô hình máy lạnh, 
nhận thấy, khi nhiệt độ nước nóng trong bình nhỏ hơn 400C 
thì lượng nhiệt thải thực tế thu hồi nhiệt (η) được khoảng 
(30 ÷ 50)% so với nghiên cứu lý thuyết [2]. Khi nhiệt độ 
nước nóng trong bình tăng lên đến 450C thì quá trình thu 
hồi nhiệt thải càng giảm và lượng nhiệt thu hồi sẽ giảm dần 
khi nhiệt độ nước trong bình càng tăng. Điều này có nghĩa 
là hệ thống máy lạnh chỉ hoạt động hiệu quả khi nhiệt độ 
nước nóng cần sử dụng có giá trị nhỏ hơn 400C. 
Ngoài ra, khi nhiệt độ nước nóng tăng đến giới hạn cho 
phép (vẫn nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ của môi chất) thì 
lượng nhiệt thu hồi giảm, quá trình hoạt động của máy lạnh 
vẫn không ảnh hưởng gì đáng kể do trong mô hình thực 
nghiệm đã được thiết kế rơle nhiệt độ khống chế đảm bảo 
cho môi chất lạnh ngưng tụ hoàn toàn trong bình ngưng tụ. 
Việc ứng dụng máy lạnh để sản xuất nước lạnh phục 
vụ cho nhu cầu điều hòa không khí kết hợp với cung cấp 
nước nóng ngày càng được sử dụng rộng rãi và mang lại 
hiệu quả rất lớn cho xã hội, đặc biệt trong việc giảm thiểu 
tiêu thụ năng lượng điện và góp phần bảo vệ môi trường. 
Nhận thấy điều này, chúng tôi bước đầu trình bày nghiên 
cứu chế tạo và thử nghiệm mô hình máy lạnh sản suất 
nước lạnh - nước nóng công suất nhỏ dùng trong các cơ 
sở dân dụng để làm thực nghiệm. Mặc dù, mô hình chế 
tạo chưa được hoàn thiện so với tính toán ban đầu nhưng 
với kết quả này vẫn cho thấy đây là một hướng nghiên 
cứu có tiềm năng trong tương lai, khi mà yêu cầu về tiết 
kiệm năng lượng trong các thiết bị gia nhiệt nói chung, 
thiết bị sản xuất nước nóng nói riêng ngày càng cần thiết. 
Kết hợp giữa quá trình thiết lập cơ sở lý thuyết và xây 
dựng mô hình thực tế của máy lạnh. Vì vậy có thể ứng 
dụng máy lạnh cung cấp nhiệt - lạnh đồng thời cho các 
phụ tải nhằm tiết kiệm năng lượng. Trong quá trình 
nghiên cứu, nhóm tác giả đã trực tiếp đưa ra hiệu quả 
năng lượng sau quá trình tính toán mô phỏng dựa vào các 
điều kiện đầu vào của môi chất làm lạnh, công suất của 
máy nén, diện tích bình ngưng tụ và bay hơi cũng như các 
thông số tính toán khác. Sau khi so sánh, đối chiếu giữa 
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Kết quả cho thấy 
khả năng thu hồi nhiệt của hệ thống máy lạnh thực tế đạt 
được gần 38%. Từ đây, nguồn năng lượng này trao đổi 
cho việc cung cấp nước nóng thay vì phải dùng điện trở 
hoặc nguồn năng lượng khác. 
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát 
triển tiềm năng Khoa học và Công nghệ của Trường Đại 
học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng trong đề tài có 
mã số T2018-06-99. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] J.P. Holman, Heat Transfer, Tenth Edition, McGraw-Hill 
International Edition năm 2009. 
[2] Lê Nguyên Minh, Giáo trình nhiệt động kỹ thuật, Nhà xuất bản 
giáo dục năm 2009. 
[3] Bùi Ngọc Hùng, Thu hồi nhiệt thải từ máy điều hòa không khí 
trung tâm đun nước nóng để tiết kiệm năng lượng, Tạp chí Cơ khí 
Việt Nam, số 1 + 2, trang 165 - 172, năm 2015. 
[4] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Bài tập Kỹ thuật lạnh, Nhà xuất 
bản Giáo dục năm 1998. 
(BBT nhận bài: 19/9/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 31/10/2018)