Kỹ thuật điều hòa không khí sử dụng máy lạnh hấp thụ: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:252

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Máy lạnh hấp thụ trong kỹ thuật điều hòa không khí" của tác giả Lê Chí Hiệp cung cấp cho người đọc các kiến thức: Một số vấn đề cơ bản liên quan đến các biến đổi trong kỹ thuật điều hòa không khí, cogeneration, tổng quát về máy lạnh hấp thụ, máy lạnh hấp thụ loại single effect, máy lạnh hấp thụ loại double effect, một số sơ đồ khác của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điều hòa không khí sử dụng máy lạnh hấp thụ: Phần 1

LE CHI HIËP ¿ & Ç Ï c/ uut a^t d¿ M iiW ftèw : s ¡^ ỊỊ& ÍP iề S Ỉ' . iigw f V W lili w¡toiâằtâtỉ*-. 0 rm m JM* Í M V *-. s B 1 * — 1 I 4p» ---------« T i i fl III 1 y 1000016436
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH TRƯỜ N G ĐẠI HỌC B Á C H KHOA L Ê CHÍ H IỆ P MÁY LẠNH HẤP THỤ TRONG KỸ THUÂT ĐIỂU HÒA KHÔNG KHÍ s «Put36 NHÀ XUâV b ẢN đ ạ i h ọ c QUÔC g ia TP HỒ CHÍ MINH - 2004
G T . 0 1 . CK(V) ĐHQG.HCM-04 01/106 CK.G T.029-04 (T)
MỤC LỤC L Ờ I N Ó I ĐẦU ị d ĩ j 7 C hương 1MỘT SỐ VẤN ĐỀ c ơ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN CÁC BIẾN ĐỔI TRONG KỲ THUẬT Đ IỂU HÒA KHÔNG KHÍ 11 1.1 Các vấn đề chung 11 1.2 Tầng ozone và vấn đề suy giảm tầng ozone 13 1.3 Hiệu ứng nhà kính và hiện tượng gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển 16 1.4 Các thỏa thuận quốc tê 17 1.5 Các loại tác nhân lạnh 18 1.6 Quy định về cách gọi tên các tác nhân lạnh 29 1.7 Dầu bôi trơn 35 1.8 Một số thông số khác dùng đê đánh giá tác nhân lạnh và hệ thống lạnh 38 1.9 Đặc tính của một sô tác nhân lạnh điến hình dùng đế thay thê 42 1.10 Mối quan hệ giữa tác nhân lạnh và năng lượng sử dụng 55 Chương 2 COGENERATION / a 58 . V -y ^ >j\> c Ï 2.1 Các khái niệm cởiốản ‘ 58 2.2 Phân loại các hệ thống Cogeneration 61 2.3 Lựa chọn hệ thông Cogeneration 65 2.4 Hệ thống Cogeneration với tuabin khí và tuabin hơi nước 68 2.5 Hệ thống Cogeneration với động cơđốt trong 75 2.6 Hệ thống Cogeneration với máy lạnh hấp thụ 76 Chương 3 TỔNG QUÁT VỂ MÁY LANH HẤP THỤ 79 3.1 Khái niệm chung 79 3.2 Cơ sở lý luận nhiệt động 80 3.3 Dung dịch làm việc trong máy lạnh hấp thụ 93 3.4 Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O 102 3.5 Máy lạnh hấp tHụ H20-LiBr 131
C h ươ ng 4 M ÁY LẠNH H AP t h ụ l o ạ i s in g l e e f f e c t 162 4.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động 162 4.2 Biểu diễn các quá trình trên các loại đồ thị cơ bản 165 4.3 Các tính toán nhiệt động 169 4.4 Xác định các thông sô làm việc 176 Chương 5 MÁY LẠNH HẤP t h ụ l o ạ i d o u b l e e f f e c t 181 5.1 Đặt vấn đề 181 5.2 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động 182 5.3 Các sơ đồ loại Double Effect 184 5.4 Các tính toán nhiệt động cơ bản 191 Chương 6 MỘT SỐ S ơ ĐỒ KHÁC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ H20 -L iB r 209 6.1 Máy lạnh hấp thụ loại Triple Effect 209 6.2 Máy lạnh hấp thụ loại Half-Effect 232 6.3 Sơ đồ phối hợp giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi 239 6.4 Chu trình loại Resorption 247 6.5 Sơ đồ phôi hợp giữa máy lạnh hấp thụ và cơ cấu tách ẩm bằng chất hút ẩm 251 Chương 7 MỘT SỐ VẤN ĐỀ THựC TẾ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ H2OrLiBr 253 7.1 Tống quát 253 7.2 Câu tạo và sơ đồ 254 7.3 Cơ câu xả khí không ngưng 265 7.4 Kết tinh và chông kết tinh 268 7.5 Thử nghiệm, an toàn và vận hành 269 7.6 Lắp dặt và bảo dưỡng 275 7.7 Quá trình cháy 281 Chương 8 MÁY LẠNH HAP t h ụ l ý t ư ở n g 284 8.1 Tổng quát 284 8.2 Đồ thị T-s của máy lạnh hấp thụ thực tế loại Single Effect 289 8.3 Máy lạnh hâp thụ ty tưởng 292
Chương 9 TÍN H TOÁN T H IẾT BỊ TRAO Đ ổ i N H IỆ T 31 2 9.1 Tống quát 312 9.2 Tính toán hệ sô toa nhiệt đối lưu 313 9.3 Hệ sô truyền nhiệt 331 9.4 Phương pháp tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 333 9.5 Xác định diện tích truyền nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt chính 346 C hương 10 NẢNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ TH IẾT BỊ THU NHẬN NẢNGLƯỢNG MẶT TRỜI 358 10.1 Tống quan về mặt trời 358 10.2 Một số thòng số và định nghĩa 360 10.3 Bức xạ mặt trời 362 10.4 Collector mặt trời 371 10.5 Một số tính toán ứng với collector dạng tấm phẳng 385 10.6 Xác định hiệu suất của collector loại tập trung 402 Chương 11 MÁY LẠNH HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 407 11.1 Tống quát 407 11.2 Một số sơ đồ cụ thê 418 11.3 May lạnh hấp thụ năng lượng mặt trời loại lý tưởng 424 Chương 12 TẬN DỰNG NHIỆT THẢI 433 12.1 Khái niệm chung 433 12.2 Các nguồn nhiệt thải 434 12.3 Phối hợp giừa nhiệt thải thu hồi và máy lạnh hấp thụ 442 12.4 Các biện pháp giai quyết sự mất cản đối giừa nhiệt lượng thu hồi và phụ tai lạnh 455 12.5 Bộ trao đối nhiệt 456 12.6 Các vấn đề khác 471 Phụ lục 473 C ác ký hiệu 498 TÀ I L IỆ U THAM KHẢO 500
LỜI NÓI ĐẦU T rong n h iều năm qu a, và cả cho đến h iện nay, có t h ể nói m áy lợìììi có m áy nén hơi càng với các tác nhân lạn h thuộc lo ại tổng hợp h ó a h ọ c d ă và đ an g chiếm tỷ trọng lớn trong tất cả các lãn h vực có lien quan đ ến kỹ thuật lạnh và điều hòa kh ôn g khí. Cuộc thốn g trị này diễn ra trong thời gian rất dài, các kỹ thuật và nguyên lý làm lạ n h k h á c h ầu như không th ể nào cạnh tranh được. Đ iều này hoàn toàn d ễ h iểu và có th ể chia sẻ được, bởi vì, so với các nguyên lý làm lạ n h k h á c, h ộ thốn g lạnh có máy nén hơi tỏ ra h iệu qu ả hơn, gọn nhẹ hơn vù tiện lợi hơn rất nhiều. Tuy vậy, trong nhũng năm gần đây, đứng trước các yêu cầu bức bách về b á o vệ m ôi trường và sử dụng hiệu quả n ăn g lượng, đ ã có những biến đ ố i rất đáng k ế trong hầu hết các lãn h vực, trong đó có lánh vực kỹ th u ật lạn h và điểu hòa khôn g khí. C hính yêu cầu tiết kiệm năng lượng và sử dụ ng h iệu quả năng lượng d ă là đ ộn g lực thức đấy các nhà kh oa học đ á n h g iá lạ i vấn d ề dược xem là cơ bản nhát: có p h ả i m áy lạn h có m áy nén hơi có h iệu qu á sứ dụ n g n ân g lượng cao nhất hay không? B ên cạn h đó, nếu như trước đây người ta chỉ nhìn thấy các ưu đ iểm của các tác nhân lạnh thuộc lo ạ i tống hợp hóa h ọc, thì ngày nay, trước những biến đ ổi theo chiều hướng xấu đ i cứa m ỏi trường, người ta càng ngày càng kh ám p h á ra những khu yết điếm của các loại tác nhân lạnh này, đ ặ c biệt là vân d è gây ra h iệu ứng nhà kính và p há hủy tầng Ozone của bầu k h í quyển. N gàv n ay, m ối quan h ệ giữa việc sứ dụng năng lượng và m ôi trường đ ã dược nhận thức rõ hơn bao giờ hết. K hôn g còn nghi ngờ gì nữa, sứ dụ n g lãn g p h í năng lượng là tham g ia hủy h o ạ i m ôi trường, h oặc ngược lại, tiết kiệm và sứ dụng hiệu quả năng lượng là g óp p h ầ n bảo vệ m ôi trường. Xuất p h á t từ những đ ặc điểm m ang tính k h á ch quan như vậy, trong vài n ăm g ần dây, việc p h át triển kỹ thuật lạn h nói chung và kỹ thu ật điều h ò a k h ô n g kh í nói riêng đang có những chuyển đ ổ i sâu sắc và đ an g đi d ần đ ến những hướng sau: - H oàn th iện m áy lạnh có máy nén hơi n hằm đ á p ứng tốt hơn các yêu cầu sử dụ n g hiệu quả năng lượng và bảo ve m ôi trường, cụ
thể: nâng cao h iệu qu ả của các thiết bị làm việc tron g m áy lạn h có m áy nén hơi, n ghiên cứu các tác nhân lạn h thay th ế lo ạ i tổng hợp hóa học và đưa vào sử dụ ng các tác n hân lạn h thiên n h iên với m ục đích hạn c h ế các tác đ ộn g tiêu cực đ ố i với m ôi trườnẹ, quay lạ i sử dụ ng các tác n hăn lạnh đ ã biết từ lâu như COo và NHs nhưng với các yêu cầu kỹ thuật cao hơn. - L àm lạnh theo chu trình Stirling. - Hoàn thiện kỹ thuật sinh lạn h với nguồn n ăn g lượng đ ầu vào là từ trường. - Ap dụng quá trình trao dổi nhiệt và ẩm đ a biến kết hợp với công nghệ tách ẩm bằng chất hút ẩm. - Phát triển và nâng cao hiệu quả sử dụng của m áy lạn h h ấp thụ. T rẽn cơ sở những hướng đã nêu, với mục đích g ó p p h ầ n nâng cao hiểu biết của bạn đ ọc về m ột trong những hướng đ a n g được p h át triển m ạnh trong thời gian gần d ây , quyến sách này c ố g ắ n g cung cấp cho bạn đọc những kiến thức cơ bản có liên quan đến m áy lạn h hấp thụ HọO-LiBr đan g được sử dụng ngày càn g nhiều tron g kỹ thu ật điều h òa kh ôn g khí. v ề mặt b ố cục, các chương trong quyển sách đitợc ch ia làm ba nhóm: - N hóm thử n h ất bao gồm các chương 1 và 2 m à n ội dung chủ yếu m ang tính dẫn nhập, giới thiệu các nguyên n hân vì sao' các nhà nghicn cứu và sản xuất quay lạ i với m áy lạnh h ấ p thụ. T rong dó, chương 1 trình bày các tác động môi trường của các tác nhân lạnh clatig được sứ dụng trong máy lạnh có máy nén hơi, tính chất của các tác nhân lạnh đang được dừng và các tác nhân lạnh thay thế, đ ồn g thời nêu len những khó khăn vướng m ắc còn gặp p h ả i trong quá trình tìm kiếm các chất thay th ế mới. Chương 2 nhắc lại một kh ái niệm tuy khôn g mới nhưng rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay, đó là Cogeneration. Đặc biệt, trong công nghẹ sử dụng máy lạnh hấp thụ đ ể đ iều h òa khôn g kh í, Cogeneration là g iải p h á p kỹ thuật rất đảng được lưu ý. - N hóm thứ h ai bao gồm các chương từ 3 cho đ ế n 9. N ội dung xuyên suốt củ a các chương này là g iới thiệu các vấn đ ề có liên quan đến m áy lạn h h ấp thụ , đ ặ c biệt là m áy lạn h h ấ p thụ làm việc với dung dịch H 20 -L iB r. T rong đó, chương 3 trình bày c á c vấn đ ề cơ bản về m áy lạn h h ấp thụ, g iới thiệu các loại đ ồ thị thường được sử dụng,
các bản g và các phương trình cần thiết đ ể xác định các thông s ố n hiệt đ ộn g cùng như nlìiệt-vật lý của hai loại dung dịch cơ bún là NH;ị-H20 và HọO-LiBr. Các chương 4, 5 và 6 trình bay sâu hơn về các loại sơ đồ có t h ế g ặp p h ả i k h i nghiên cứu máy lạnh h ấp thụ H 2O-LÌB 1'. Chương 7 nêu lẽn những văn dề thực tế cẩn p h ả i lưu ý k h i sứ dụng và vận h à n h m ảy lạn h liấ p thụ HoO-LiBr. Chương 8 g iới thiệu k h á i niệm m áy lạn h h ấ p thụ lý tưởng, dây là kh ái niệm rất cần thiết đ ể lượng h ó a mức đ ộ h oàn chinh cứa các mảy lạnh h ấp thụ HoO-LiBr lo ạ i thực tế, trẽn cơ sở dó có th ể dề xuất nhũng biện p h áp n h ằm cải thiện điều kiện làm việc cu a các loại máy lạnh này. Chương 9 trình bày cách tính toán các th iết bị trao dổi nhiệt của máy lạnh h ấ p thụ HoO-LiBr. - N hóm thứ ba bao gồm các chương 10, 11 và 12. Mục đích của các chương này là nhấn mạnh khả nàng có t h ể sử dụ ng năng lượng m ặt trời và các nguồn nhiệt thải khác đ ể vận h àn h m áy lạn h h ấp thụ HoO-LìBr. Với m ụ c đích đó, chương 10 trình bày các k h á i niệm cơ bản về n ăn g lượng m ặ t trời và các loại Collcctor m ặt trời có th ể dược sử dụ n g đ ể cung cấp n hiệt cho máy lạnh hấp thụ. Chương 11 giới thiệu m ột sô sơ đồ về m áy lạnh hấp thụ năng lượng m ặt trời làm việc với dung dịch H )0 -L iB r. Chương 12 giới thiệu cúc lo ại n h iệt thải và cách tính toán các th iết bị trao đổi nhiệt trung gian làm việc với n hiệt thải. K hi đ án h g iá về triển vọng của máy lạn h h ấ p thụ HoO-LiBr, có t h ế n ói đ ã và đ a n g có sự g ia tang đán g k ể về tí trọn g sử d ụ n g m áy lạ n h h ấ p thụ lo ạ i này trong kỹ thuật điểu h ò a kh ô n g k h í, đ ặ c biệt là ở Mỹ, N hật, Nga, Ân Độ, Trung Quôc và Hàn Quốc. T heo các sô liệu th ốn g k ê d ă dư ợc công bố, hiện nay ở Mv và N h ật có kh o ả n g g ần 5 0 c các côn g trìn h có điều hòa không k h í đ an g sử d ụ n g m áy lạn h /( h ấ p thụ HoO -LiBr. Điều đó khổn g định một xu t h ế tất yếu là, trong tương lai kh ô n g xa, công nghệ này củng sẽ xâm n h ậ p vào n h iều nước k h á c , trong dó có V iệt Nam. Đứng trước viễn cảnh như vậy, việc biên soạn quyển sách chuyên kh ảo về MÁY LẠ N H HẤP THỤ TRONG KỸ THUẬT ĐIỂU HÒA KHÔNG KHÍ được xem là hành động đón đầu hêt sức cần tỉiiêt. Đôi tượng của quyển sách là các học viên cao học và đ ại học thuộc cúc chuyên ngành về kỹ thuật nhiệt-lạnh, điều hòa không k h í và năng lượng. Bèn cạnh đ ó, các cán bộ kỹ thuật đang làm việc trong các lãnh vực có liên
quan củng là d ối tượng n h ắm đ ến củ a quyển sách. N g oài ra, nội dung củ a quyển sách củng rất cần th iết cho các cán bộ kỹ thuật và cán bộ qu ản lý là m việc trong các lã n h vực như tiết kiệm n ăn g lượng và bảo vệ m ôi trường, trong các tòa n h à văn p h ò n g , k h á c h sạ n , n h à h àn g , siêu thị, n h à hát, các khu c h ế xuất và các khu côn g nghiệp. Đặc b iệt, các chuyên g ia về qui h oạ ch và p h á t triển đ ô thị củng nên chú ý đến côn g nghệ được g iớ i thiệu trong quyển sách này đ ể có th ể đưa ý tướng th iết k ế D istrict C ooling System vào các kh u đ ô thị mới. M ặc dù quyển sách đ ã được biên soạn trong kh o ản g thời gian k h á d ài, từ m ù a xuân n ăm 1998 cho đ ến m ùa h è n ăm 2003, nhưng c h ắ c ch ắn kh ôn g th ể n ào trán h k h ỏ i các sai sót. T ác g iả rất mong dược bạn đ ọ c cảm thôn g và c h ia sẻ với những kh ó k h ă n m à tác g iả đờ g ặ p p h ả i trong qu á trình biên soạn quyển sách này. N iềm vui lớn n h ất của tác g iả k h i h oàn th àn h quyển sách là dược giới thiệu với bạn đ ọ c những kiến thức m ang tính thời đ ạ i, m à trong tương lai kh ô n g xa, ch ắc ch ắn sẽ được p h ổ biến rộng rãi ở V iệt Nam. T ác g iả xin ch ân th àn h cảm ơn K S Nguyễn T ntờiìg G iang, KS H oàn g T h ị N am Hương, K S Nguyễn T h ị Minh T rinh, KS Nguyền T oàn P hon g và K S Võ K iến Quốc về những hỗ trợ quý báu trong quá trình hoàn chỉn h quyển sách. N hững sai sót nếu có, xin vui lòng gửi về: B ộ m ôn Côììg nghệ N h iệt-lạn h - Trường Đ ại h ọc B ách kh oa - Đại h ọc Quốc g ia T P Hồ Chi M inh, s ố 2 68 Lý Thường K iệt, QĩO, TP Hồ C hí M inh. Điện thoại: (08)8.647.236 'cxt.5898) Địa ch i Cĩìiail: lcchihicpịihc/u.vnn.vn Túc g iả PG S T S L Ê CH Í H IỆ P
CHƯƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ Cờ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN CÁC BIỂN ĐỔI TRONG KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Trước khi nghiên cứu máy lạnh hấp thụ (MLHT), cần có cá i nhìn tong q u á t về các vấn đề gây ra nhừng biến đổi to lớn trong kỹ thuật diều hòa không khí trong những năm gần dây. Nói chung, chính các yêu cáu về tiết k iệm ììăììg lượng và báo vệ m ôi trường là nguyên nhân chính tao ra những bi ôn doi lo lớn đó. Như đã rõ, cho đến hiện nay, má\ iạnh có máv nén hưi da và đang được sử dụng phổ biến trong kỹ thuât Jieu noa không khí. Tuv nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cac láv. nhân lạnh lam việc trong máy lạnh có máy nén hơi - ở các mức độ khác nhau - đồu có gày ra nhừng ảnh hưởng xấu đối với môi trường. Bên cạnh đó, ơ vào giai đoạn mà con người cần phải tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng, người ta quay lại đánh giá sâu sắc hơn hiệu quả sử dụng năng lượng cùa máy lạnh có máy nén hơi và nhận ra rằng cần phải có nhừng sửa đối. Với mục đích cung cấp cho bạn dọc các thông tin cần thiết đê chuấn bị cho việc nghiên cứu MLHT, chương này sẽ tập trung vào các tác nhân lạnh làm việc trong máy lạnh có máy nén hơi, các ảnh hưởng tiêu cực đôi với môi trường do các loại tác nhân lạnh gây ra, các hoạt động nhằm hạn chế tác hại cua tác nhân lạnh và các vấn đề có liên quan khác. 1.1 CÁC VẤN ĐẾ CHUNG Có thê nói, do yêu cầu bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng, kỹ thuật lạnh nói chung và kỹ thuật điều hòa không khí nói riêng hiện đang đứng trước nhừng biến đổi sâu sắc. Một trong những biên đối lớn là việc dần dần loại trừ các tác nhân lạnh cũ đang dùng đẽ thay bằng các tác nhân lạnh mới có tính thân thiện với m ôi
12 Chương 1 trường. Các tác nhân lạnh đang được đề cập ở đây là các tác nhân lạnh làm việc trong các m áy lạn h có m áy nén hơi. Các tác nhân lạnh này, ngoài yêu cầu về bảo vệ môi trựờng, còn phải có các tính chất nhiệt động tốt để đáp ứng các yêu cầu về tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng của th iết bị. Trong những năm vừa qua, đã có nhiều viện nghiên cứu và hãng sản xuất lao vào công việc này. Tuy nhiên, do các đòi hỏi khắt khe đã nêu ở trên, việc nghiên cứu tìm kiếm các tác nhân lạnh mới vẫn đang tiếp diễn mà chưa có dấu hiệu kết thúc. Nếu trước đây các tác nhân lạnh làm việc trong các máy lạnh có máy nén hơi thường là loại CFC và HCFC, thì ngày nay cơ cấu của tác nhân lạnh đà có sự chuyến đổi. Theo các thỏa thuận quốc tế đã được ký kết, các chất thuộc loại CFC đà bị cấm sử dụng ở các nước phát triển và đang dần dần bị loại trừ ở các nước đang phát triển. Như vậy, về nguyên tắc, các chất CFC không bao lâu nữa sẽ biến mất hoàn toàn. Thay vào đó, bên cạnh các chất HCFC, đã và đang bắt đầu đưa vào sử dụng các chất HFC và một số chất được hòa trộn từ các đơn chất khác. Ngoài các tác nhân lạnh có nguồn gốc từ sự tổng hợp h ó a h ọ c , các nhà nghiên cứu và sản xuất càng ngày càng hướng sự chú ý của mình vào một số tác nhân lạnh có nguồn gốc thiên nhiên. Không những thế, một số tác nhân lạnh đã được biết đến từ rất lâu như NH3 và C 0 2 hiện đang được chú ý trở lại. Với những tiến bộ về công nghệ, hy vọng trong thời gian sắp tới cơ cấu thành phần của các tác nhân lạnh sè hết sức phong phú và đa dạng. Đế định hướng cho việc nghiên cứu phát triển các tác nhân lạnh, thông thường người ta chú ý đến yếu tô thời gian. Do yèu cầu cấp bách phải thay thế các tác nhân lạnh cũ trong khi chưa tìm tháy một phương án hợp lý có tính ồn định lâu dài, một sô tác nhân lạnh giữ vai trò quá độ đã được lựa chọn mặc dù các tác nhân lạnh này chưa thật sự đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về môi trường. Các tác nhân lạnh quá độ thường được dùng đê nạp vào các hệ thống mới sản xuất hoặc thay thế vào các hệ thống cù đang vận hành. Cùng lúc đó, việc nghiên cứu các tác nhân lạnh khác mang tính ổn định lâu dài vẫn đang được tiến hành. T ất nhiên, các tác nhân lạnh mới này sè được sử dụng trong các hệ thống hoàn toàn mới, được thiết kế thích hợp với đặc điểm cùa các chất này.
M ột số v ấ n đ ề c ơ b ân liên quan đến c á c biến đổi tro n g KTĐHKK 13 Tùy vào từng trường hợp mà mức độ gây hại đối với môi trường có khác nhau. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã thông nhât xác định rằng, các tác nhân lạnh hiện đang lam việc trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí thuộc loại có máy nén hơi là m ột trong những nguyên n h ân gây ra việc húy hoại tầng ozone và làm gia tăng hiệu ứng nhà kính trên phạm vi toàn Trái đất. Chính vì vậy, hiện nay, khi đề cập đến các tác nhân lạnh, bên cạnh các thông số nhiệt động, ngươi ta còn đặt ra các chi sô mới đê đánh giá mức độ tác động đối với môi trường của các tác nhân lạnh này. 1.2 TẦNG OZONE VÀ VẤN ĐỂ SUY GIẢM TẦNG OZONE Trước hết, cần phải trình bày khái quát về sự hình thành ozone. Cách đây hơn 150 n ăm , lần đầu tiên ozone đã được phát hiện có mặt trong hầu khí quyển bao quanh quả đất. Và kế từ đó, các nghiên cứu về ozone đã được phát triển. Có thê nói, ozone là một chất khí có mùi không dễ chịu và ở một độ dày nhất định nào đó thì có thể có màu xanh rất nhạt. Ozone có thế tồn tại trong điều kiện tự nhiên và quá trình hình thành ozone cũng là quá trình có tính chất tự nhiên. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, dưới tác động của các tia bức xạ mặt trời, các phân tử oxygen có trong bầu khí quyển có thế bị tách ra thành các nguyên tử oxygen tự do. Trong bầu khí quyển, các nguyên tử oxygen tự do lại có khả năng kết hợp với các phân tử oxygen khác đế tạo thành ozone ( 0 3). Đặc điểm cơ bản của ozone là tính k ém bền vững. Do đó, trong một điều kiện thích hợp nào đó, ozone lại có thề bị phân hủy bời một số chất khí có chứa chlorine, hydrogen và nitrogen đang tồn tại tự nhiên trong bầu khí quyên, Quá trình hình thành và phân hủy ozone luôn luôn diễn ra, từ năm này qua năm khác. Tuy nhiên, trong điều kiện cân bằng sinh thái, luôn luôn tồn tại trong bầu khí quyển một lượng ozone nào đó, lượng ozone này có tác động rất tích cực trong việc loại bớt những tia bức xạ độc hại, làm cho những tia bức xạ mặt trời đi đến bề mặt quả đất trở nên có ích hơn cho sự phát triển của các sinh vật nói chung và con người nói riêng. Người ta chia lượng ozone đang tồn tại trong bầu khí quyển ra làm ba thành phần. Thành phần thứ nhất lơ lửng trong bầu khí quyển sát bề m ặt đất, tuổi thọ của lớp ozone này rất ngắn, khoảng
14 Chương 1 chừng vài ngày, không có ảnh hưởng gì đến vấn đề môi trường sẽ được đề cập trong mục này. Thành phần thứ hai nằm cao hơn, trong vùng không gian từ bề mặt đất đến độ cao cách mặt đất khoảng 10 km . Người ta gọi đây là vùng đ ối lưu. Tổng cộng lượ hai thành phần này không nhiều so với lượng ozone toàn bộ và nguyên nhân hình thành cũng hơi khác so với cách đã trình bày ở trên. Nói chung, chủ yếu là do tác động của bức xạ m ặt trời làm phân hủy một sô chát khí có trong thành phần của khói thải, và từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành ozone. Thành phần thứ ba được xem là thành phần chủ yếu và thường tập trung trong bầu khí quyên ở độ cao khoảng từ hơn 10 km đến 60 Đ có độ cao từ 19 km đến 25 km thì mật độ ozone t vùng này, các loại khí khác xuất hiện do các hoạt động của con người hầu như không thể có m ặt vì hầu hết đã bị phân hủy trước khi đến được vùng này. Chính vì vậy, nguyên nhân hình thành ozone chủ yếu là do tác động của bức xạ mặt trời đến các phân \ử oxygen như đã được trình bày ở trên. Ở vùng này, còn gọi là vùng bình lưu, nguyên nhân hình thành ozone không có gì thay dổi. Tuy nhiên, lại xuất hiện thêm nguyên nhân gây phân hủy ozone bên cạnh các nguyên nhân tự nhiên có từ bao đời nay. Nguyên nhân này hoàn toàn thuộc về con người, do cấc hoạt động của con người. Như đã biết, một sô các chất khí chứa chlorine, ví dụ như khí CFC, có khả năng mạnh trong việc hủy hoại ozone. Thông thường, đặc điểm của các chất khí này là có khả năng tồn tại trong bầu khí quyển khá lâu trước lúc bị phân hủy. Chính do đặc điểm này, các chất khí này có thể lên đến được vùng bình lưu. Dưới tác động của các tia bức xạ mặt trời, các chất khí này có thể bị phân hủy để phóng thích các nguyên tử chlorine tự do. Đến lượt mình, các nguyên tử chlorine tự do lại có khả năng phá vỡ các mối liên kết của phân tử ozone dể tạo nên khí oxygen và Clo. Các nguyên tử oxygen tự do lại có thể phá vỡ mối liên kết Clo đê làm tái xuất hiện các nguyên tử clorine tự do và quá trìn h cứ như thế lặp đi lặp lại. Các nghiên cứu cho thấy, một nguyên tử chlorine tự do ồ vùng bình lưu có thể lặp di lặp lại chu trình phá hủy ozone đến khoảng 100.000 lần. Hiện nay, các nhà khoa học đã xác định, các chất khí có thể tham gia vào việc phá hủy tầng ozone không chỉ là các tác nhân
M ột s ố v ấn đề c ơ b ả n liên quan đ ến c á c biến đổi tro n g KTĐHKK 15 lạnh đang được dùng trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí, mà còn là các môi chất được sử dựng trong các lĩnh vực khác như: bình chữa lửa, công nghệ tạo bọt xốp, kỹ thuật cơ khí chính xác và công nghệ điện tử, một sô công nghệ trong hóa mỹ phẩm và nông nghiệp. Để đánh giá mức độ hủy hoại tầng ozone của các chất này, người ta đặt ra c h ỉ sô ODP ( OzoneDepletion P oten tial). Do đặc tính hấp thụ mạnh các tia cực tím (UV), ozone hay tầng ozone được xem như một lá chắn vững chắc ngăn chặn các tia bức xạ m ặt trời không có lợi cho sức khỏe của con người và các sinh vật khác. Các tia cực tím thông thường có bước sóng trong khoảng từ 10.10“9m đến 380.10“9m. Tùy theo bước sóng, người ta chia các tia cực tím ra làm ba loại: - Tia UV-C: có bước sóng từ 10.10“9/n đến 290.1(T9m - Tia UV-B: có bước sóng từ 290.10“9m đến 320.1(T9m - Tia UV-A: có bước sóng từ 320.10~9m đến 380.10”9m Các nghiên cứu cho thấy, bình thường thì hầu hết các tia cực tím đến được bề m ặt quả đất đều thuộc loại UV-A. Ở mức dộ vừa đủ, các tia UV-A gây ra một sô lợi ích nhất định cho sự phát triển da, bảo vệ da khỏi các tác động xấu gây ra do các tia khác. Tia UV-B có tác động nguy hiểm nhiều hơn khi vượt quá giới hạn cho phép. Đặc biệt, tia này có thế gây ra các bệnh ung thư da, làm đục thủy tinh thể và mù lòa, giảm khả năng miễn dịch của cơ thể, làm hại hệ hô hấp và tim mạch. Ngoài ra, tia UV-B còn có tác động xâu đến môi trường, làm sụt giảm năng suât cây trồng và thủy hải sản. Tuy nhiên, ở điều kiên cân bằng sinh thái, hầu hết các tia UV-B đều bị hấp thụ bdi tầng ozone. So sánh với các tia UV-A và UV-B thì m ật độ các tia UV-C khá ít. Tia UV-C cũng có tác hại xấu về mặt di truyền, tuy nhiên trong điều kiện bình trường thì hầu như tia UV-C khó đến được bề m ặt quả đất do bị ozone và oxygen có trong bầu khí quyểi>hấp thụ. Như vậy, lợi ích của tầng ozone là quá rõ ràng. Việc hủy hoại ozone do các chất khí nhân tạo làm mất đi sự cân bằng sinh thái, làm giảm lượng ozone có trong bầu khí quyển, và do đó làm xuất hiện ngày càng nhiều hơn các tia cực tím có hại cho sức khỏe con người. Ngăn chặn các nguyên nhân gây hủy hoại ozone là trách nhiệm của tất cả mọi quôc gia, tấ t cả mọi người.
16 Chương 1 1.3 HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH VÀ HIỆN TƯỢNG GIA TĂNG NHIỆT ĐỘ CỦA BẦU KHÍ QUYỂN Theo cách hiếu thông thường, hiệu ứng nhà kính được xem như bẫy nhiệt, nhiệt lượng có thế được cho đi vào dễ dàng nhưng khi đi ra thì bị ngăn chặn đáng kể. Đây là biện pháp được dùng để làm gia tăng khả năng hấp thụ nhiệt. Trong kỹ thuật, nhất là kỹ thuật năng lượng m ặt trời, hiệu ứng nhà kính được áp dụng rất rộng rãi. Quan sát collector m ặt trời dùng đế cung cấp nước nóng, thông thường ta thấy trên bề m ặt hấp thụ nhiệt luôn luôn có lắp đặt tấm trong suốt bằng mica hay bằng kính. Đặc điểm chung của các tấm trong suốt này là có khả năng ngăn cản sự xuyên qua của các tia bức xạ sóng d à i, nhưng lại cho đi qua dễ dàng đôi với các tia bức xạ sóng ngắn. Như đã biết, bước sóng của các tia bức xạ phát ra từ một vật nào đó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của vật đó. Nếu nhiệt độ cua vật càng cao thì mật độ của các tia bức xạ có bước sóng ngắn càng lớn. Ngược lại, nếu nhiệt độ của vật càng thấp thì hầu hết các tia bức xạ phát ra từ vật này có bước sóng dài. Như vậy, các tia bức xạ mặt trời có thế đi xuyên qua tấm trong suột lắp trên collector m ặt trời một cách dễ dàng vì các tia này có bước sóng rất ngắn. Sở dĩ các tia này hầu hết có bước sóng ngắn vì nguồn phát là mặt trời với nhiệt độ rất cao. Trong khi đó, do nhiệt độ bề mặt tấm hấp thụ khá thấp nên các tia bức xạ phát ra từ tấm này có bước sóng dài và do đó khả năng xuyên qua tấm trong suốt bị hạn chế. Tương tự như vậy, ở quy mô của quả đất, hiệu ứng nhà kính đã tồn tại từ rất lâu và là hiệu ứng có tác động tích cực. Ớ điều kiện cân bằng sinh thái, chính nhờ hiệu ứng nhà kính mà nhiệt độ trung bình trên trái đất được duy trì vào khoảng 15°c. Đây chính là mức nhiệt độ thích hợp cho sự tồn tại và phát triển của các sinh vật nói chung. Khi bàn về hiệu ứng nhà kính, các nhà khoa học đã khẳng định, chính thành phần C 0 2 có trong bầu khí quyến giữ một vai trò rất lớn. Trong trường hợp này, lớp C 0 2 có trong bầu khí quyển có tác dụng như tấm trong suốt đã được đề cập ở phần trên. Thành phần hơi nước có trong bầu khí quyển cũng có ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên, so với c p 2 thì mức độ ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính của hơi nước không nhiều lắm. %
M ộ t s ố v ấn đề c ơ b ản liên quan đến cá c b iến đổi tro n g KTĐHKK 17 Quá trình cỏng nghiệp hóa và những quá trình khác liên quan đến sự phát triển các hoạt động của con người đã làm cho hàm lượng CO 2 có trong bầu khí quyển gia tăng đáng kể. Không những thế, một sô chất khí khác cùng tham gia vào quá trình này, góp phần cùng C 0 2 làm gia tăng mức độ của hiệu ứng nhà kính. Hiểu một cách đơn giản, chính sự xuất hiện ngày càng nhiều hơn cửa C 0 2 và các loại khí lạ khác đâ làm cho sự cân bằng tự nhiên bị phá vỡ. Bầu khí quyển của quả đất có xu hướng càng ngày càng gia tăng khả năng cản trở và hâp thụ các tia bức xạ nhiệt xuất phát từ bề m ặt quả đất. Chính vì vậy, nhiệt độ của bầu khí quyển dần dần gia tăng. Sự gia tăng nhiệt độ này nh ất định sê kéo theo những biến đối của khí hậu và gây ra những thiên tai không lường trước được. Đế đánh giá mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính của mỗi chất khí, người ta đặt ra ch i s ố GWP (G lobal Mỉarm in g Potential). 1.4 CÁC THỎA THUẬN QUỐC TÊ Phần này sẽ giới thiệu tông quát một số thỏa thuận quốc tế dã đạt được trong những năm vừa qua nhằm làm giảm mức độ hủy hoại tầng ozone và làm chậm lại tốc độ gia tăng hiệu ứng nhà kính. Trên cơ sở những phát hiện của các nhà khoa học về hiện tượng suy giảm tầng ozone, vào tháng 3/1985, một sô quốc gia đã ký thỏa thuận chung nhằm kêu gọi mọi người tham gia vào việc bảo vệ tầng ozone, trao đổi các thông tin có liên quan đến ozone và thế hiện cam kết trong các hoạt động phối hợp nhăm chống lại sự suy thoái tầng ozone. Hiện nay, các thỏa thuận nói trên được gọi là côn g ước V ienna về bảo vệ tầng ozone. Với mục đích triển khai cụ thể các thỏa thuận trong Công ước Vienna, vào tháng 9/1987, nghị định thư M ontréal đã được ký kết. Trong nghị định thư này, một sô chất có tác động mạnh đến việc hủy hoại tầng ozone đã được đưa vào danh mục các chất cần kiểm soát. Đồng thời, nghị định thư này cũng đề ra các biện pháp nhằm loại trừ dần cá c c h ấ t ODS (Ozone D epletion Substance). Do tốc độ suy giảm thực sự của tầng ozone diễn ra nhanh hơn dự kiên, vào tháng 9/1990, các nước tham gia nghị định thư Montréal lại gặp nhau tại London để bàn bạc việc sửaị 3^"va]L0 ọựng nghị định thư Montréal. Sau đó, vào tháng 11/1992, lầịn hai
18 C hương 1 đả được tiến hành tại Copenhagen. Tháng 12/1995, trên cơ sở các báo cáo của các nhóm làm việc ở Nairobi (5/1995) và ỡ Geneva (8 và 9/1995), các bên có liên quan đã nhóm họp tại Vienna đê sửa đổi và bồ sung lần thứ ba cho nghị định thư Montreal. Trong lần sửa đổi này, các bên đã thống nhất mức độ và tiến trình loại trừ các chất ODS ở các nước phát triển và dang phát trien một cách cụ thế. Về vấn đề gia tăng hiệu ứng nhà kính trên phạm vi toàn trái đất, một trong nhừng cuộc họp quan trọng có liên quan đến vấn đề này đà được tỏ chức tại Berlin từ 28/3 đến 7/4/1995. Trong cuộc họp này, các bên đã bàn bạc về các nguyên nhân và biện pháp nhằm làm giảm mức độ gia tăng của hiệu ứng nhà kính. Từ năm 1996 cho đến nay, đâ có thêm nhiều cuộc họp với các quy mô khác nhau nhằm thúc đẩy các hoạt động này. Tuy nhiên, không phải tất cả các quốc gia và tất cả mọi người đều có ý thức dầy đủ về mối hiếm nguy tiềm tàng này. Trong nhiều trường hợp, do những hạn chê về mặt kinh tế và quyền lợi, do những khó khăn trong việc thay đui còng nghệ, các kết quả đạt được vẫn chưa như mong muốn. Ý thức được sự cần thiết phải loại trừ dần các chất ODS, Việt Nam đà chính thức tham gia Công ước Vienna và nghị định thư Montreal vào năm 1994. Từ đó đến nay, các hoạt động nhằm bảo vệ tầng ozone đã được tố chức ở nhiều nơi trong nước. Tổng cục khí tượng thủy văn là cơ quan dược Nhà nước giao cho nhiệm vụ chủ trì các hoạt động này. 1.5 CÁC LOẠI TÁC NHÂN LẠNH 2- T á c n h ă n l ạ n h lo ạ i C F C Về mặt hóa học, CFC là những chât được dẫn xuât từ các Hydrocarbons. Trong trường hợp này, tất cả các nguyên tử hydrogen trong Hydrocarbon đều được thay thế bằng các nguyên tử chlorine và fluorine. Chính vì vậy, người ta gọi các ch ất CFC là Fu lly H alogen ated Clìloroflu orocarbon s, hay ngắn gọn hơn là C hloroflu orocarbon s. Do có chứa chlorine cho nên chỉ số ODP của các chất CFC khá cao, khoảng từ 0,6 cho đến 1 . Hội nghị tại Montreal năm 1987 đã quyết định loại trừ các chất CFC. Kế hoạch loại trừ các chất CFC được trình bày trong bảng 1 . 1 , kế hoạch này dược soạn thảo trên cơ sở có lưu ý đến
M ột sô v â n đề cơ b ản liên quan đến c á c biến đổi tro n g KTĐHKK 19 mức độ tiêu thụ cũng như trình độ phát triển của từng quốc gia. Theo các phụ lục A và B trong nghị định thư Montréal, các chất CFC đang được sử dụng trong một sô lĩnh vực khác nhau cần phải được kiểm soát và đưa vào danh sách loại trừ là: - CFC 11, CFC 12, CFC 113, CFC 114, CFC 115 (Phụ lục A) - CFC 13, CFC 111, CFC 112, CFC 211, CFC 212, CFC 213 - CFC 214, CFC 215, CFC 216, CFC 217 (Phụ lục B) Bên cạnh khả N itro u s O x id e năng làm hủy hoại tầng 6% ozone, các chất CFC còn có khả năng làm gia M e th a n e tăng hiệu ứng nhà kính. 127c C a rb o n D io x id e 54% Thật sự hàm lượng các chất CFC hiện có trong bầu khí quyển không nhiều lắm. Theo các số liệu tính toán, các chất CFC đang chiêm H ìn h 1.1 Mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính của một số chất khoảng 0 ,0 0 0 0 0 0 1 % thê khí có trong bầu khí quyền tích của bầu khí quyển. Tuy nhiên, hậu quả làm nóng dần trái đất do nó gây ra rất đáng kể. Hình 1.1, trình bày mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính của một số chất khí có trong bầu khí quyến. B ả n g 1.1 Mức độ phát triển Thòi gian L_ Các nước phát triển Các nước đang phát triển 1 /1 /1 9 9 6 - L o ạ i bỏ h o à n to à n c á c c h ấ t C F C tro n g p h ụ lụ c A v à B 1 /7 /1 9 9 9 - B ắ t d ầ u c h ấ m d ứ t c á c h o ạ t đ ộ n g g ia tă n g m ứ c tiê u th ụ c á c c h ấ t C F C 1 /1 /2 0 0 5 - G i ả m 507o m ứ c tiê u th ụ c á c c h ấ t C F C 1 /1 /2 0 0 7 - G i ả m 857o m ứ c tiê u th ụ c á c c h ấ t C F C 1/ 1 / 2 0 1 0 - L o ạ i b ỏ h o à n to à n v iệ c tiê u th ụ c á c c h ấ t C F C
20 Chương 1 Ta thấy, mặc dù hàm lượng C 0 2 rất lớn, nhưng mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính của nó chỉ chiếm 54%. Trong khi đó, với một lượng rấ t nhỏ các khí CFC, mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính là 21%. Một lưu ý khác, trong sô’ các chất khí lạ có nguồn gô’c nhân tạo đang hiện diện trong bầu khí quyển và có khả năng gây ra hiệu ứng nhà kính, hàm lượng các chất CFC chiếm đến 70%. Chính vì vậy, cần phải nghiêm túc thực hiện kế hoạch loại bỏ các chất CFC như đậ quy định trong nghị định thư M ontréal. Bảng 1.2 trình bày một vài thông sô’ có liên quan của các chất CFC thường được dùng. jfirong bảng này, chỉ số ODP của CFC-11 được chọn làm chuẩn để so sánh, có nghĩa là chỉ sô’ ODP của CFC-11 được chọn bằng 1. Bảng Loại tác Công thức Thởl gian tác ODP G W P (1 ) GWP (2) nhân lạnh hóa học độ>ng (năm) CFC-11 CFCỈ3 1 1 4000 50 CFC-12 c f 2c i 2 1 3,2 8500 10 2 CFC-113 c 2 f 3c i 3 0 ,8 4,95 90 CFC-114 c 2f 4c i 2 1 10 ,6 200 CFC-115 C 2F 5CI 0 ,6 £ F C - 13 CF 3CI 1 CFC-111 C 2 FCI5 1 ,. ■ * V» CFC-112 c 2 f 2cu 1 CFC - 2 1 1 c 3f c i 7 1 CFC - 212 C3F2Cl6 1 CFC - 213 C 3F3Cl5 1 C F C -2 1 4 C 2 F4CI4 1 CFC - 215 c 3f 5OI3 1 CFC -216 C 3FeCl2 1 CFC - 217 C 3F 7C 1 1 Ghi chú: - G W P (1): chỉ số đánh giá mức độ g â y ra hiệu ứng nhà kính trên cơ sở xem chỉ số G W P củ a C F C - 1 1 bằng 1. - G W P (2): ch ỉ số đánh giá mức độ g â y ra hiệu ứng nhà kính trên cơ sở xem ch? số G W P củ a C 0 2 bằng 1 . - Thờ i gian tác động: là khoảng thời gian chất khí đang khảo sát tổn tại trong bầu khi quyến và v ẫn còn khả năng g â y hậu quả xấu cho m õi trường.