Thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh vận hành kết hợp hệ thống điều hòa không khí Water Chiller

26 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỒN TÍCH TRỮ LẠNH VẬN HÀNH KẾT HỢP 
HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ WATER CHILLER 
 DESIGN AND FABRICATION OF COLD THERMAL ENERGY 
STORAGE TANK TO OPERATE IN WATER CHILLER 
AIR-CONDITIONING SYSTEM 
Trần Thanh Huy, Nguyễn Xuân Viên, Đoàn Minh Hùng 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 16/4/2020, ngày phản biện đánh giá 26/4/2020, ngày chấp nhận đăng 8/5/2020. 
TÓM TẮT 
Bài báo này trình bày nghiên cứu thiết kế chế tạo bồn tích trữ lạnh để vận hành kết hợp với 
hệ thống điều hòa không khí Water Chiller công suất 360.000 BTU/h. Chất tải lạnh và chất trữ 
lạnh được sử dụng cho bồn tích trữ lạnh là nước. Vật liệu chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cho bồn 
tích trữ là nhựa PVC. Trong bài báo này, các thông số vận hành của hệ thống tích trữ lạnh được 
thể hiện dựa trên quá trình nghiên cứu thực nghiệm. Các kết quả chỉ ra nhiệt độ bồn tích trữ khi 
nạp tải, nhiệt độ chất tải lạnh và chất trữ lạnh khi thực hiện quá trình xả tải và thời gian xả tải. 
Các kết quả cũng chỉ ra hiệu quả trao đổi nhiệt của dàn trao đổi nhiệt bên trong bồn tích trữ 
lạnh, độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào và ra khỏi dàn trao đổi luôn duy trì từ 3 đến 4 ºC. Thiết 
kế này phù hợp để sử dụng hệ thống tích trữ lạnh trong các ứng dụng làm mát. 
Từ khóa: Tích trữ lạnh; Water chiller, Điều hòa không khí; Thiết bị trao đổi nhiệt; Tiết kiệm 
năng lượng. 
ABSTRACT 
This paper presents a study on the design and fabrication of cold thermal energy storage 
tank to operate in Water Chiller air-conditioning system with cooling capacity of 360.000 BTU/h. 
Water is used as the heat transfer fluids in cold storage tank. The polyvinyl chloride pipe (PVC) is 
used to fabricate the heat exchanger. In this work, the investigation of system properties is based 
on an experimental study. The results indicate the operation properties such as the cold storage 
tank temperature in load-charging, heat transfer fluids temperature in load-discharging, 
load-discharging time. In addition, the results also show the heat transfer efficiency of heat 
exchanger in the cold thermal energy storage tank is acceptable. The temperature difference of 
the inlet and outlet heat transfer fluid in heat exchanger is maintained from 3 to 4 ºC. This is a 
suitable design for use cold thermal storage system in cooling applications. 
Keywords: Cold Energy Storage; Water chiller; Heat exchanger; Energy saving; Air-conditioning. 
1. TỔNG QUAN 
Hiện nay, công nghệ tích trữ lạnh được 
chú trọng nghiên cứu để ứng dụng trong các 
hệ thống điều hòa không khí. PGS.TS. 
Nguyễn Thế Bảo và cộng sự đã nghiên cứu 
và tính toán thiết kế bồn tích trữ với năng 
suất tích trữ lạnh 4000 kW/h [1] và thời gian 
tích trữ lạnh là 10 giờ dựa trên nguyên lý 
dạng băng tan nước chảy trong ống và sử 
dụng chất chuyển đổi pha (PCM) là Glycol. 
Bên cạnh đó tác giả còn đi sâu vào phân tích 
chi phí tiết kiệm việc sử dụng cộng nghệ tích 
trữ lạnh. Nghiên cứu này phù hợp việc ứng 
dụng cho các tòa nhà ở Việt Nam nhằm góp 
phần vào tiết kiệm điện và chi phí vận hành. 
Vy [2] đã nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng 
dụng công nghệ tích trữ lạnh cho các hệ 
thống điều hòa không khí của nước ta với 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
27 
mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng để tiết 
kiệm năng lượng. Bên cạnh đó, luận văn đề 
cập đến phương pháp tính toán thiết kế bồn 
tích trữ lạnh và so sánh những lợi ích khi sử 
dụng hệ thống tích trữ lạnh với hệ thống 
không sử dung tích trữ lạnh. Nêu ra điều kiện 
phát triển công nghệ tích trữ lạnh ở nước ta 
còn mới mẻ đồng thời cũng chỉ ra hướng sử 
dụng điều hòa không khí cho từng hộ gia 
đình ở nước ta. Hương [3] đã nghiên cứu 
đánh giá tiềm năng và tính toán thiết bị cho 
công nghệ tích trữ lạnh để ứng dụng hệ thống 
Water Chiller tại sân bay Đà Nẵng. Bên cạnh 
đó, bài báo này tập trung đến việc ứng dụng 
và nêu lên tầm quan trọng của tích trữ lạnh 
trong hệ thống điều hòa không khí. Việc 
đánh giá và so sánh chi phí ứng dụng công 
nghệ tích trữ lạnh trong hệ thống điều hòa 
không khí ở nước ta được chỉ ra. Tác giả 
cũng đã chỉ ra được nguyên nhân chưa 
thương mại hóa công nghệ tích trữ lạnh ở 
nước ta, nguyên nhân chính là chi phí đầu tư 
cho công nghệ này quá cao so với điều kiện 
kinh tế ở nước ta. 
Wen-Shing Lee và các cộng sự [4] đã 
nghiên cứu trữ băng cho hệ thống điều hòa 
không khí tại một văn phòng tòa nhà. Kết 
quả chỉ ra rằng, với các tham số thích hợp, 
thuật toán dòng hạt có thể có hiệu quả áp 
dụng cho việc tối ưu hóa hệ thống điều hòa 
không khí tích trữ băng. Ngoài ra, năng 
lựơng tối ưu có thể thu được từ bể trữ đá cho 
hệ thống. Kết quả nghiên cứu còn chỉ ra rằng 
việc tối ưu hóa các dòng hạt áp dụng hiệu 
quả đối với việc sử dụng hệ thống điều hòa 
không khí kết hợp công nghệ tích trữ lạnh, và 
xem xét các yếu tố hạn chế ở các hệ thống 
khác, vấn đề tiêu thụ năng lượng đồng thời 
đề cập đến việc phát thải khí CO2. Chengchu 
Yan và các cộng sự [5] đã phát triển một hệ 
thống lưu trữ phức hợp kết hợp lưu trữ băng 
theo mùa bằng ống nung nhiệt với một hệ 
thống lưu trữ nước lạnh. Hệ thống chứa đá 
theo mùa sẽ tự động trữ năng lượng lạnh ở 
dạng băng vào mùa đông. Vào mùa hè, băng 
bảo quản sẽ được trích xuất để làm mát, và 
sau đó băng tan được sử dụng như một 
phương tiện làm lạnh để trữ nước ướp lạnh. 
Nghiên cứu được thiết kế và ứng dụng trong 
một tòa nhà ở Bắc Kinh. Các kết quả cho 
thấy sự kết hợp thích hợp của hai loại tích trữ 
lạnh có thể cải thiện đáng kể khả năng ứng 
dụng kho dự trữ lạnh theo mùa và giảm chi 
phí vòng đời của một hệ thống làm lạnh lên 
tới 40%. 
Benjamin và các cộng sự [6] đã giới 
thiệu một hệ thống tích trữ kết hợp giữa tích 
trữ băng theo mùa. Hệ thống tích trữ lạnh vào 
mùa đông ở dạng băng. Vào mùa hè, băng 
được bảo quản được trích xuất để làm lạnh 
và sau đó băng tan được sử dụng như một 
phương tiện làm lạnh để trữ nước trữ lạnh. A 
Lopez-Navarro cùng các cộng sự [7] đã thể 
hiện đường cong enthalpy, nhiệt độ và mật 
độ cụ thể được đo cho các chất parafin. Hiệu 
suất của bể đã được phân tích dựa trên các 
chất biến đổi pha, hiệu quả, phần phản ứng 
và tổng lượng nhiệt truyền của bể. Kết quả 
cho thấy có thể đạt đến 78% công suất tối đa 
trong vòng 4 giờ. Hiệu quả hoạt động chủ 
yếu được kiểm soát bởi nhiệt độ cung cấp và 
ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy gần như 
không đáng kể. E. Oró và các cộng sự [8] đã 
nghiên cứu và xem xét tính năng của vật liệu 
chuyển đổi pha (PCM), sự đóng kín, làm 
tăng truyền nhiệt, và ảnh hưởng của tích trữ 
lạnh trong chất lượng thực phẩm. Hơn 88 
mẫu vật liệu có thể được sử dụng làm chất 
biến đổi pha và khoảng 40 chất biến đổi pha 
có sẵn tính thương mại. Nhiều ứng dụng của 
chất biến đổi pha ở nhiệt độ thấp có thể được 
tìm thấy, chẳng hạn như, trữ đá. 
H.S. Bao và các cộng sự [9] đã nghiên 
cứu một hệ thống làm lạnh hấp thụ nhiệt. 
Mangan clorua và amoni clorua đã được sử 
dụng như là muối nhiệt độ cao và muối nhiệt 
28 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
độ thấp tương ứng và ammoniac đã được sử 
dụng như phản ứng khí. Kết quả hoạt động 
về hiệu quả hoạt động (COP) và năng suất 
lạnh riêng (SCP) được đánh giá ở nhiệt độ 
nguồn nhiệt khác nhau (140 đến 170 °C) và 
nhiệt độ làm lạnh (-15 đến 5 °C). COP thu 
được ở các điều kiện này dao động từ 0,20 
đến 0,31, trong khi năng suất lạnh riêng 
(SCP) dao động từ 87 đến 125 W trên mỗi 
kilogram MnCl, tùy thuộc vào công việc, 
điều kiện và loại hình sử dụng. Tadafumi và 
cộng sự [10] đã nghiên cứu vật liệu lưu trữ 
tạo thành đá bột có thể duy trì được dung tích 
lớn cho nhiệt độ làm việc. Chất rắn kết hợp 
trên các bề mặt truyền nhiệt hình thành một 
lớp chịu nhiệt và giảm đáng kể tỷ lệ lưu trữ. 
Do đó, điều quan trọng để tránh sự kết tinh 
của một lớp rắn dày trên bề mặt để thực hiện 
hiệu quả quá trình tích trữ năng lượng. 
Tetra-n-butyl amoni bromua (TBAB) clathrat 
hydrate có các tính chất của một vật liệu lưu 
trữ hiệu quả. Lucio Melone và cộngsự [11] 
đã sử dụng nguyên liệu vật liệu thay đổi pha 
(PCM) để thiết kế tích trữ lạnh. Các vật liệu 
thu được cho thấy khả năng duy trì nhiệt độ 
bên trong trong một khoảng thời gian gấp 10 
lần khi so sánh với một vật liệu cellulose 
tương tự có độ dày 2 cm. Kết quả thí nghiệm 
đã được đánh giá bằng cách xem xét các 
tham số nhiệt vật liệu như đồng nhất. 
Nuno Vitorino và các cộng sự [12] đã 
nghiên cứu dung dịch ngậm nước của 
graphite hình dạng ổn định bằng việc bổ sung 
collagen như vật liệu biến đổi pha cho trữ 
lạnh với tính dẫn nhiệt tăng lên. Độ dẫn nhiệt 
tăng gấp đôi bằng cách thêm khoảng 20% 
trọng lượng graphite. Phản ứng thoáng qua từ 
-10°C đến nhiệt độ phòng cho thấy sự thay 
đổi pha vẫn xảy ra ở khoảng 0°C, như được 
xác nhận bằng cách theo dõi nhiệt độ tại 
trung tâm của một tế bào hình trụ. 
Trong nghiên cứu này, hệ thống bồn tích 
trữ lạnh được thiết kế và chế tạo để vận hành 
kết hợp với hệ thống điều hòa không khí 
Water Chiller công suất 360.000 BTU/h. Hệ 
thống điều hòa không khí Water Chiller và 
bồn tích trữ lạnh được đặt tại Xưởng Nhiệt 
Lạnh, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại 
học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Các 
nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện 
nhằm đánh giá hiệu quả hoạt động của bồn 
tích trích lạnh, từ đó có thể phát triển mô 
hình hệ thống cho các ứng dụng trong lĩnh 
vực điều hòa không khí và các lĩnh vực khác. 
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1 Lý thuyết tính toán 
Việc tính toán lý thuyết để đưa ra cơ sở 
thiết kế được thực hiện dựa trên các phương 
trình sau [13,14]: 
F = 
Q0
k × ∆t0
 (1) 
Trong đó: 
𝑄0 – Phụ tải lạnh cho bồn tích trữ, W 
k - Hệ số truyền nhiệt W/𝑚2K 
∆t0 – Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit 
Hệ số tỏa nhiệt của chất tải lạnh chảy 
bên trong ống là ∝1: 
Hệ số tỏa nhiệt của chất tải lạnh chảy 
trong ống là ∝𝟏 được xác định như sau: 
Nhiệt độ trung bình là: 
𝑡𝑇𝐵 = 0.5 (t’’ + t’) (2) 
Với nhiệt độ này, tra bảng thông số vậy lý 
chất lỏng bão hòa tìm được: 
𝜌1, 𝐶𝑝1,𝜆1, 𝑣1 ; Pr1 = 
𝑣1
a
 = 
µ𝐶𝑝1
𝜆1
(Trong đó a = 
𝜆1
𝐶𝑝1
) 
Lưu lượng chất tải lạnh cần làm lạnh qua 
bình bốc hơi với ∆𝑡0= 5
0C 
𝐺Pr.Gly = 
Q
Cp1 × ∆t0
 (3) 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
29 
Chất tải lạnh chuyển động trong ống và 
đi vào bồn tích trữ lạnh được phân thành 9 
nhánh, do đó lưu lượng trong một nhánh là: 
G1 = z 
πd1
2
 4
× ω1 × ρ1 (4) 
𝜔1 = 
4 G1
z.π.d1
2.ρn1
 (5) 
𝑅𝑒𝑓1 = 
ω1 × d1
ν1
 (6) 
Nếu 𝑅𝑒𝑓1 > 1 × 10
4 , chất lỏng chuyển 
động rối trong ống, theo công thức tính được: 
Nuf1= 0.021× (Ref1)
0.8 × (Prr1)
0.43 ×A 
× εl × εR (7) 
Khi giả thuyết chiều dài của một nhánh ống 
L lớn hơn 50d thì có hệ số εl=1. Ở đây vì phần 
uống cong của ống nhỏ so với toàn bộ chiều dài 
ống nằm ngang nên hệ số εR = 1, A = 1. 
α1 = Nuf1 ×
λ1
d1
 (8) 
Hệ số trao đổi nhiệt của nước bên ngoài 
ống ∝2: quá trình trao đổi nhiệt qua vách 
được thể hiện ở hình 1. Tính hệ số tỏa nhiệt 
của chất tích trữ lạnh bên ngoài ống là ∝𝟐 
như sau: 
Hình 1. Sơ đồ truyền nhiệt qua vách trụ 
Tm= 0.5×(tw2 + 𝑡𝑓2) (9) 
∆t = tw2 - tf2 
Với nhiệt độ Tm, tra bảng thông số vậy lý của 
chất tích trữ lạnh trên đường bão hòa có được: 
ρ2; Cp2; λ2, ν2, Pr2 
Theo tiêu chuẩn Grashoft tính được: 
G𝑟2 = 
g.β2.d2
3∆t
νwater
2 (10) 
Với β2 - hệ số giản nở nhiệt, 1/độ), tra theo 
bảng thông số vật lý của nước trên đường bảo 
hòa. 
Ra2 = (Gr2.Pr2) (11)
Nu2 = C.Ra2 
n (12)
Với 𝑅𝑎2, tra bảng 10.1 [13] tìm được C, và n.
Nu2 = C.Ra2
n (13) 
𝛼2 = 𝑁𝑢2 ×
λ2
d2
 (14) 
Hệ số truyền nhiệt: 
221
2
11 .
1
ln
2
1
.
1
1
  dd
d
d
k
(15) 
Tính độ chênh lệch nhiệt độ trung bình. 
Theo tài liệu [13], độ chênh nhiệt độ trung 
bình được tính bởi công thức: 
Tính độ chênh nhiệt độ trung bình: 
∆t= 
∆t′− ∆t′′
ln
∆t′
∆t′′
∆t′ = t1
′ − t2
′ 
∆t′′= t1
′′ − t2
′ 
Diện tích bề mặt trao đổi bên trong ống là: 
F = 
Q0
k ×∆t 
 (16) 
Tính số ống trong dàn: 
Chọn chiều dài mỗi ống L. 
n = 
F1
π × d2 ×L
 (17) 
30 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
2.2 Thiết kế và chế tạo bồn tích trữ lạnh 
Hệ thống bồn tích trữ lạnh được thiết kế 
với kích thước tương ứng là chiều dài × chiều 
rộng × chiều cao: 2950mm × 1800mm × 
1480mm. Bên trong bồn tích trữ lạnh được bố 
trí một dàn trao đổi nhiệt có cấu tạo gồm 81 
ống nhựa PVC chia làm 9 hàng ống, mỗi hàng 
có 9 ống. Các hàng ống này được kết nối với 
bộ góp trên ở đầu vào và bộ góp dưới ở đầu ra. 
Bộ góp trên có đường kính là 150mm, chiều 
dài là 1480mm, được dùng để phân bố đều lưu 
lượng chất tải lạnh từ dàn FCU về đi vào dàn 
trao đổi nhiệt trong bồn tích trữ lạnh. Bộ góp 
dưới có kích thước 300mm × 150mm × 
1480mm được dùng để tập trung chất tải lạnh 
sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ở dàn 
trao đổi nhiệt và được bơm đi để phân phối 
đến các dàn FCU. Bồn tích trữ lạnh được bọc 
cách nhiệt bằng vật liệu bông thủy tinh và 
xốp. Chiều dày lớp cách nhiệt cho vách bồn là 
100mm, chiều dày lớp cách nhiệt của đáy bồn 
là 200mm. Hình 2 và 3 thể hiện sơ đồ thiết kế 
của bồn và dàn trao đổi nhiệt theo phương 
hình chiếu bằng và chiếu cạnh. Mô hình thiết 
kế 3D của hệ thống tích trữ lạnh được thể hiện 
ở hình 4. 
Hình 2. Sơ đồ thiết kế của bộ trao đổi nhiệt 
(hình chiếu bằng) 
Hình 3. Sơ đồ thiết kế của bộ trao đổi nhiệt 
(hình chiếu cạnh) 
1-Dàn trao đổi nhiệt; 2-Bộ góp trên; 3-Bộ góp 
dưới; 4-Ống dẫn chất trữ lạnh từ bình bay hơi 
về; 5-Ống dẫn chất trữ lạnh từ bồn tích trữ tới 
bình bay hơi; 6-Nắp bồn; 7-Ống dẫn chất tải 
lạnh từ FCU về bộ góp trên; 8-Ống dẫn chất 
tải lạnh từ bộ góp dưới đến các FCU. 
Hình 4. Mô hình thiết kế 3D bồn tích trữ lạnh 
Dựa trên cơ sở nghiên cứu tính toán thiết 
kế bồn tích trữ lạnh, bồn tích trữ được chế tạo 
có kích thước là chiều dài × chiều rộng × 
chiều cao: 2950 mm × 1800 mm × 1480 mm. 
Bồn tích trữ được gia công bằng vật liệu sắt 
dày 1,2 mm, kết cấu bồn tích trữ bao gồm: 
Khung bồn gia công bằng thép V50 × 50 × 5 
mm nhằm gia cố kiên cố cho vách bồn, ống 
góp vật liệu bằng sắt đường kính 150 mm, bộ 
góp dưới có kích thước 300 mm × 150 mm × 
1480 mm nơi góp nước về trước khi được 
bơm hút và bơm phân phối đến các FCU. Bố 
trí kết cấu bao che cho bồn với chiều dày cách 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
31 
nhiệt ở các vách là 100 mm, cách nhiệt đáy 
bồn có chiều dày là 200 mm, vật liệu cách 
nhiệt là bông thủy tinh và xốp PE-OPP. Lớp 
cách nhiệt được cố định bằng khung thép 
U65mm và lớp tôn cách nhiệt bao bọc ở ngoài 
cùng. Bộ trao đổi nhiệt được đặt trong bồn 
dựa trên kích thước đã nghiên cứu, tính toán 
và thiết kế, vật liệu chế tạo bộ trao đổi nhiệt là 
nhựa PVC có đường kính 21 mm. Bộ trao đổi 
nhiệt gồm 9 hàng ống ngang và 9 hàng ống 
dọc được bố trí cách nhau 135 mm theo 
phương đứng tính từ tâm ống, bố trí cách nhau 
200 mm theo phương ngang tính từ tâm ống. 
Các hàng ống được kết nối với bộ góp trên ở 
đầu vào và kết nối với bộ góp dưới ở đầu ra. 
Các đường ống được cố định bằng phương 
pháp treo kẽm. Bảng 1 thể hiện các thông số 
kích thước hình học của bồn tích trữ lạnh. 
Cách bố trí bộ trao đổi nhiệt bên trong bồn 
tích trữ lạnh được thể hiện ở hình 5. Hình 6 
thể hiện hệ thống bồn tích trữ lạnh được chế 
tạo hoàn chỉnh và lắp đặt tại xưởng Nhiệt, 
Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. 
Bảng 1. Thông số hình học của bồn tích trữ 
Thông số hình học Kích thước 
Chiều dài (L) 2950 mm 
Chiều rộng (W) 1800 mm 
Chiều cao (H) 1780 mm 
Đường kính ống nhựa PVC (d) 21.4 mm 
Chiều dài ống trao đổi nhiệt 2500 mm 
Khoảng cách ống 
theo phương ngang 
200 mm 
Khoảng cách ống 
theo phương đứng 
135 mm 
Đường kính bộ góp trên 150mm 
Kích thước bộ góp dưới 300×150×1800 
mm 
Chiều dày lớp cách nhiệt vách 100 mm 
Chiều dày lớp cách nhiệt đáy 200 mm 
1-Vách bồn; 2-Dàn ống trao đổi nhiệt; 
3-Ống góp; Nắp bồn; 5-Vách cách nhiệt. 
Hình 5. Hình ảnh bố trí bộ trao đổi nhiệt 
bồn tích trữ lạnh 
Hình 6. Hệ thống bồn tích trữ lạnh sau khi 
được chế tạo và lắp đặt. 
3. THIẾT LẬP MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 
Mô hình thí nghiệm hệ thống điều hòa 
không khí Water Chiller ứng dụng công nghệ 
tích trữ lạnh bao gồm cụm Water Chiller và 
bồn tích trữ lạnh. Quá trình thực nghiệm được 
chia làm hai bước: 
 Bước 1: vận hành hệ thống water chiller 
để thực hiện quá trình nạp tải. 
 Bước hai: dừng chế độ vận hành hệ thống 
water chiller, tiến hành vận hành hệ thống 
tích trữ lạnh. 
Trong nghiên cứu này, mô hình thực 
nghiệm sử dụng nước làm chất trữ lạnh và chất 
32 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
tải lạnh. Hệ thống Water Chiller được vận 
hành để làm lạnh chất trữ lạnh ở nhiệt độ 4 ºC. 
Trong quá trình vận hành hệ thống water 
chiller, tiến hành bố trí các cảm biến nhiệt độ 
để xác định sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh 
theo thời gian. Sau khi đạt nhiệt độ trữ lạnh, hệ 
thống water chiller được dừng hoạt động, tiến 
hành vận hành hệ thống tích trữ lạnh. Vận hành 
bơm để cấp nước lạnh từ bồn tích trữ đến các 
FCU trong phòng. Lắp đặt các cảm biến nhiệt 
để xác định nhiệt độ chất trữ lạnh trong bồn, 
nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi bộ góp dưới đến 
các FCU, nhiệt độ từ FCU về bộ góp trên, nhiệt 
độ phòng. Đồng thời theo dõi công suất điện 
tiêu thụ khi vận hành hệ thống. Sơ đồ bố trí hệ 
thống thực nghiệm được thể hiện ở hình 7. 
1-Máy nén; 2-Bình ngưng tụ; 3- Bình bay hơi; 
4- Van tiết lưu; 5-Bơm nước lạnh; 6-Tháp giải 
nhiệt; 7- Bồn tích trữ lạnh; 8-FCU (Fan Coil 
Unit); 9-Các cảm biến nhiệt. 
Hình 7. Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm 
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
4.1 Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh 
trong quá trình nạp tải 
Khi vận hành hệ thống điều hòa không 
khí water chiller kết hợp bồn tích trữ lạnh, 
nước được bơm vào bồn tích trữ lạnh. Hình 8 
thể hiện sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh theo 
thời gian. Kết quả chỉ ra rằng nhiệt độ lúc khởi 
động đo được là 29 ºC. Sau khi quá trình nạp 
lạnh diễn ra 20 phút, nhiệt độ giảm từ 29 ºC 
xuống 26,3 ºC, năng lượng tích trữ trong bồn 
tăng dần. Sau 80 phút vận hành hệ thống, 
nhiệt độ chất trữ lạnh giảm xuống tương ứng 
với thời gian trên là 22,5 ºC. Thực nghiệm 
khảo sát quá trình tích trữ lạnh cho thấy nhiệt 
độ có xu hướng giảm dần ổn định theo thời 
gian do quá trình trao đổi nhiệt trong bồn tích 
trữ lạnh diễn ra ổn định, và kết cấu bao che 
cho bồn tích trữ đảm bảo tránh tổn thất nhiệt 
ra môi trường. Kết quả sau 300 phút vận hành 
hệ thống, bồn tích trữ lạnh tích trữ với chất trữ 
lạnh đạt được nhiệt độ tích trữ là 4 ºC. Mức 
nhiệt độ giảm trung bình là 1,0 ºC/12 phút. 
Hình 8. Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh khi 
thực hiện quá trình nạp tải 
4.2 Sự thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh khi 
thực hiện quá trình xả tải 
Hình 9 thể hiện sự thay đổi nhiệt độ chất 
tải lạnh vào và ra khỏi dàn trao đổi nhiệt khi 
thực hiện quá trình xả tải. Nhiệt độ chất tải 
lạnh trước khi vận hành là 21,7 ºC và 18,1 ºC 
tương ứng ở vị trí đầu vào bộ góp trên và đầu 
ra bộ góp dưới, do trong quá trình nạp tải 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
33 
lượng chất tải lạnh ở trong dàn trao đổi nhiệt 
và hai bộ góp đã thực hiện quá trình trao đổi 
nhiệt làm cho nhiệt độ chất tải lạnh giảm 
xuống. Sau thời gian xả tải 20 phút, nhiệt độ 
chất tải lạnh vào và ra dàn trao đổi nhiệt có xu 
hướng tăng nhẹ trở lại, nhiệt độ chất tải lạnh ra 
khỏi bộ góp dưới là 18,5 ºC, nhiệt độ chất tải 
lạnh từ FCU về bộ góp trên là 21,9 ºC. Điều 
này chỉ ra rằng độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh 
vào và ra FCU là 3,4 ºC, chất tải lạnh đi vào 
các FCU và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt 
làm cho nhiệt độ chất tải lạnh tăng lên. Tương 
tự, sau 220 phút thực hiện quá trình xả tải, 
nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi bộ góp dưới là 
20,4 ºC, nhiệt độ chất tải lạnh từ FCU về bộ 
góp trên là 23,5 ºC. Độ chênh nhiệt độ chất tải 
lạnh vào và ra FCU là 3,1 ºC. Sau 440 phút, 
nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi bộ góp dưới là 
22,4 ºC, nhiệt độ chất tải lạnh từ FCU về bộ 
góp trên là 25,3 ºC. Độ chênh nhiệt độ chất tải 
lạnh vào và ra FCU là 2,9 ºC. Độ chênh nhiệt 
độ có xu hướng giảm xuống so với thời gian 
đầu, điều này xảy ra là do nhiệt độ chất tích 
trữ lạnh trong bồn đã tăng lên khi thực hiện 
quá trình xả tải. Như thể hiện ở hình 10, tại 
thời điểm bắt đầu xả tải, nhiệt độ chất trữ lạnh 
là 4 ºC. Tại thời điểm 440 phút, nhiệt độ chất 
trữ lạnh là 13,7 ºC tương ứng với nhiệt độ chất 
tải lạnh vào và ra dàn trao đổi nhiệt là 22,4 ºC 
và 25,3 º C tại cùng thời điểm. 
Hình 9. Sự thay đổi nhiệt độ chất tải lạnh khi 
thực hiện quá trình xả tải 
Hình 10. Sự thay đổi nhiệt độ chất trữ lạnh 
khi thực hiện quá trình xả tải 
4.3 Sự thay đổi nhiệt độ không khí ra khỏi 
FCU khi thực hiện quá trình xả tải 
 Sau quá trình tích trữ lạnh trong 5 giờ, 
quá trình xả tải được thực hiện. Chất tải lạnh 
được bơm đẩy qua dàn trao đổi nhiệt để thực 
hiện quá trình trao đổi nhiệt, giảm nhiệt độ. 
Chất tải lạnh có nhiệt độ thấp sẽ được phân 
phối đến 4 FCU có tổng công suất lạnh 25 kW 
đặt trong không gian 400 m2. 
Khi bắt đầu thực hiện quá trình xả tải, 
nhiệt độ phòng là 34 ºC. Sau 20 phút, nhiệt độ 
không khí ra khỏi FCU là 20 ºC, nhiệt độ 
phòng giảm xuống 28 ºC. Tại thời điểm sau 40 
phút, nhiệt độ không khí ra khỏi FCU là 21 ºC, 
nhiệt độ phòng giảm xuống 24 ºC. Sau quá 
trình vận hành xả tải 440 phút, nhiệt độ không 
khí ra khỏi FCU có tăng nhẹ và duy trì ở nhiệt 
độ 23 ºC, nhiệt độ phòng là 26 ºC, nhiệt độ 
phòng luôn có xu hướng ổn định. Sự thay đổi 
nhiệt độ không khí ra khỏi FCU được thể hiện 
ở hình 11. 
Hình 11. Sự thay đổi nhiệt độ không khí ra 
khỏi FCU khi thực hiện quá trình xả tải 
34 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
5. KẾT LUẬN 
Hệ thống bồn tích trữ lạnh được thiết kế 
và chế tạo dựa trên sự kế thừa những nghiên 
cứu, phân tích đánh giá trong và ngoài nước 
về công nghệ tích trữ lạnh ứng dụng trong hệ 
thống điều hòa không khí Water Chiller. Hệ 
thống đã được đưa vào vận hành thử nghiệm 
và thu được một số kết quả cụ thể như sau: 
- Nghiên cứu đã chỉ ra các giá trị về nhiệt 
độ khi vận hành hệ thống tích trữ lạnh như: 
nhiệt độ tích trữ, nhiệt độ chất tải lạnh và chất 
trữ lạnh khi xả tải, thời gian xả tải. 
- Quá trình trao đổi nhiệt hiệu quả của của 
dàn trao đổi nhiệt bên trong bồn tích trữ lạnh. 
Độ chênh nhiệt độ chất tải lạnh vào và ra khỏi 
dàn trao đổi nhiệt ∆t=3˗4 ºC. 
- Việc bố trí cách nhiệt cho bồn tích trữ 
ảnh hưởng lớn đến khả năng tích trữ lạnh, sau 
72 giờ không vận hành nhiệt độ bồn chỉ tăng 
3,1 ºC từ 13,7 ºC lên 16,8 ºC. Điều này chỉ ra 
rằng hiệu quả cách nhiệt tốt trong điều kiện 
nhiệt độ môi trường cao. 
Trong nghiên cứu này, bồn tích trữ lạnh 
được thiết kế để vận hành kết hợp với hệ 
thống điều hòa không khí Water chiller, hệ 
thống kết hợp này chỉ sử dụng một vòng tuần 
hoàn môi chất qua bình bay hơi, không sử 
dụng thêm dàn lạnh trực tiếp trong bồn tích 
trữ nhằm tiết kiệm chi phí. Ống nhựa PVC có 
giá thấp hơn ống đồng rất nhiều nên giảm chi 
phí chế tạo, lắp đặt một cách đáng kể. Hơn thế 
nữa, trong những nghiên cứu tiếp theo, bồn 
tích trữ sẽ được nghiên cứu, vận hành ở dạng 
tích trữ băng và có sử dụng chất biến đổi pha. 
Nên việc sử dụng ống nhựa PVC là phù hợp 
với yêu cầu kinh tế và kỹ thuật. 
Bảng ký hiệu và đơn vị 
 Ký hiệu Đơn vị 
F Diện tích bề mặt trao đổi 
nhiệt 
m
2 
Qo Năng suất lạnh bồn tích trữ kW 
k Hệ số truyền nhiệt W/𝑚2.K 
∆t Độ chênh nhiệt độ trung 
bình logarit 
ºC 
α Hệ số tỏa nhiệt W/m2.K 
ρ Khối lượng riêng kg/m3 
ν Hệ số nhớt động học m2/s 
λ Hệ số dẫn nhiệt W/m.K 
Cp Nhiệt dung riêng đẳng áp kJ/kg.K 
G Lưu lượng khối lượng kg/s 
d Đường kính ống mm 
L Chiều dài ống mm 
ω Vận tốc chất tải lạnh m/s 
z Số nhánh ống 
n Số ống 
Re Hệ số Reynold 
Ra Hệ số Rayleigh 
Nu Hệ số Nusselt 
Pr Hệ số Prandtl 
Gr Hệ số Grashof 
LỜI CẢM ƠN 
Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ 
Giáo Dục và Đào Tạo đã hỗ trợ tài chính cho 
nghiên cứu này (Mã dự án: B2019-SPK-02; 
Hợp đồng số: 02/HĐKHCN). Bên cạnh đó, 
nhóm tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý 
Thầy, Cô ở Bộ môn Công nghệ Nhiệt-Lạnh, 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí 
Minh đã hỗ trợ, tư vấn cho nghiên cứu này. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
35 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] TS. Nguyễn Thế Bảo. Nghiên cứu khả năng dùng công nghệ tích trữ lạnh dạng băng tan 
chảy bên ngoài ống trong các hệ thống điều hòa không khí trung tâm, Tạp chí phát triển 
KH&CN, Tập 10, số 2 - 2007. 
[2] Vy NTT. Nghiên cứu tiết kiệm năng lượng bằng bồn tích trữ lạnh. Luận văn thạc sỹ, đại 
học Đà Nẵng, 2011. 
[3] Hương LTV. Nghiên cứu thiết kế thiết bị tích trữ lạnh cho hệ thống điều hoà không khí 
Water Chiller sân bay Đà Nẵng. Luận văn thạc sỹ, đại học Đà Nẵng, 2014. 
[4] Wen-Shing Lee, Yi–Ting Chen, Ting-Hau Wu. Optimization for ice-storage air 
conditioning system using particle swarm algorithm. Applied Energy. 86, pp.1589-1595, 
2009. 
[5] Chengchu Yan, Wenxing Shi, Xianting Li, Yang Zhao. Optimal design and application of 
a compound cold storage system combining seasonal ice storage and chilled water 
storage. Applied Energy. 171, pp.1-11, 2016. 
[6] Benjamin L. Ruddell, Francisco Salamanca, Alex Mahalov. Reducing a semiarid city’s 
peak electrical demand using distributed cold thermal energy storage. Applied Energy. 
134, pp.35-44, 2014. 
[7] A. López-Navarro, J. Biosca-Taronger, J.M. Corberán, C. Peñalosa, A. Lázaro, P. 
Dolado, J. Payá. Performance characterization of a PCM storage tank. Applied Energy. 
119, pp.151-162, 2014. 
[8] E. Oró, A. de Gracia, A. Castell, M.M. Farid, L.F. Cabeza. Review on phase change 
materials (PCMs) for cold thermal energy storage applications. Applied Energy. 99, 
pp.513-533, 2012. 
[9] H.S. Bao, R.Z. Wang, R.G. Oliveira, T.X. Li. Resorption system for cold storage and 
long-distance refrigeration. Applied Energy. 93, pp.479-487, 2012. 
[10] Tadafumi Daitoku, Yoshio Utaka. Separation characteristics of clathrate hydrates from a 
cooling plate for efficient cold energy storage. Applied Energy. 87, pp.2682-2689, 2010. 
[11] Lucio Melone, Lina Altomare, Alberto Cigada, Luigi De Nardo. Phase change material 
cellulosic composites for the cold storage of perishable products: From material 
preparation to computational evaluation. Applied Energy. 89, pp.339-346, 2012. 
[12] Nuno Vitorino, João C.C. Abrantes, Jorge Ribeiro Frade. Gelled graphite/gelatin 
composites for latent heat cold storage. Applied Energy 104, pp.890-897, 2013. 
[13] PGS.TS Bù Hải. Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 
2015. 
[14] PGS.TS. Hoàng Đình Tín. Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà xuất bản 
Đại học Quốc gia, 2001. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
TS. Nguyễn Xuân Viên 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 
Email: viennx@hcmute.edu.vn