TẠI SAO ĐIỀU HÒA KHÔNG SỬ DỤNG NƯỚC THAY CHO GAS?

Trong bài viết về gas điều hòa, chúng ta đã biết một đặc tính rất quan trọng:

Khi chất lỏng bay hơi, nó hấp thụ nhiệt.

Điều hòa tận dụng chính hiện tượng này.

Gas điều hòa sau khi qua bộ phận tiết lưu đi vào dàn lạnh, bay hơi ở nhiệt độ thấp và nhận nhiệt từ không khí trong phòng.

Nhưng nếu tìm hiểu về nhiệt ẩn hóa hơi, chúng ta sẽ gặp một điều khá bất ngờ:

1 kg nước có thể hấp thụ một lượng nhiệt rất lớn khi bay hơi – thậm chí lớn hơn nhiều so với 1 kg môi chất R32 hay R410A trong các điều kiện thường được đem ra so sánh.

Vậy tại sao điều hòa không sử dụng nước?

Câu trả lời nằm ở một nguyên tắc rất quan trọng:

Hấp thụ được nhiều nhiệt khi bay hơi chưa đủ để trở thành một môi chất lạnh phù hợp.

Nước hấp thụ rất nhiều nhiệt khi bay hơi

Ở áp suất khí quyển, nước sôi ở khoảng 100°C.

Để 1 kg nước đang ở nhiệt độ sôi chuyển hoàn toàn từ thể lỏng thành hơi cần khoảng:

2.257 kJ nhiệt lượng.

Đây là một con số rất lớn.

Nếu chỉ đặt câu hỏi:

“1 kg chất lỏng bay hơi có thể mang đi bao nhiêu nhiệt?”

thì nước thực sự rất hấp dẫn.

Nhưng điều hòa không cần một chất có thể bay hơi ở 100°C.

Điều hòa cần môi chất:

Bay hơi ở nhiệt độ đủ thấp để lấy nhiệt từ không khí trong phòng.

Và đây chính là vấn đề.

Điều hòa cần môi chất bay hơi ở nhiệt độ thấp

Muốn lấy nhiệt từ không khí trong phòng, dàn lạnh phải có nhiệt độ thấp hơn không khí đi qua nó.

Vì vậy môi chất bên trong dàn lạnh phải có khả năng bay hơi ở vùng nhiệt độ thấp phù hợp với quá trình làm lạnh.

R32 hay R410A có thể thực hiện quá trình này trong vùng áp suất phù hợp với thiết kế của hệ thống điều hòa nén hơi.

Còn nước thì khác.

Ở áp suất khí quyển, nước phải tới khoảng:

100°C

mới sôi.

Rõ ràng đây không phải nhiệt độ chúng ta cần trong dàn lạnh.

Có thể làm nước sôi ở 5°C không?

Có.

Nhiệt độ sôi của nước phụ thuộc vào áp suất.

Khi áp suất giảm, nhiệt độ sôi của nước cũng giảm.

Nếu giảm áp suất đủ sâu, nước hoàn toàn có thể sôi ở:

20°C, 10°C, thậm chí khoảng 5°C.

Nhưng để nước sôi ở khoảng 5°C, áp suất tuyệt đối phải xuống chỉ khoảng:

0,87 kPa.

Trong khi áp suất khí quyển xung quanh chúng ta khoảng:

101 kPa.

Như vậy, để sử dụng nước làm môi chất bay hơi ở khoảng 5°C:

Phía dàn lạnh phải làm việc trong trạng thái chân không rất sâu.

Đây là khác biệt rất lớn so với những môi chất được sử dụng phổ biến trong điều hòa dân dụng.

Làm việc trong chân không sâu gây ra vấn đề gì?

Hãy tưởng tượng hệ thống có một điểm không kín hoàn toàn.

Nếu áp suất bên trong đường ống cao hơn áp suất ngoài trời, môi chất có xu hướng thoát ra ngoài.

Nhưng nếu hệ thống đang ở chân không sâu thì điều ngược lại có thể xảy ra:

Không khí và hơi ẩm bên ngoài có xu hướng bị hút vào hệ thống.

Không khí và hơi ẩm lọt vào sẽ gây bất lợi cho một hệ thống lạnh vốn cần sạch và kín.

Vì vậy duy trì một hệ thống điều hòa dân dụng nhỏ gọn hoạt động ở mức chân không sâu sẽ đặt ra những yêu cầu kỹ thuật khác đáng kể.

Nhưng đó vẫn chưa phải nhược điểm lớn duy nhất của nước.

Hơi nước ở áp suất thấp chiếm thể tích rất lớn

Đây là một điểm rất quan trọng nhưng thường bị bỏ qua khi chúng ta chỉ so sánh:“1 kg chất này hấp thụ bao nhiêu nhiệt?”

Khi nước bay hơi ở áp suất rất thấp, hơi nước có mật độ rất thấp, hay nói theo cách dễ hình dung hơn:

Một lượng hơi nước có khối lượng nhỏ lại chiếm một thể tích rất lớn.

Máy nén không đơn giản “hút kg môi chất”.

Nó phải hút một thể tích hơi nhất định qua đầu hút.

Nếu hơi môi chất chiếm thể tích quá lớn, muốn vận chuyển đủ lượng môi chất để tạo ra công suất lạnh cần thiết, máy nén phải xử lý một lưu lượng thể tích rất lớn.

Kết quả là:

Máy nén và hệ thống có thể phải lớn hơn rất nhiều.

Điều này không phù hợp với yêu cầu của một chiếc điều hòa treo tường gia đình:

nhỏ gọn, nhẹ, giá hợp lý và dễ lắp đặt.

Đây là điểm khiến con số “kJ/kg” dễ gây hiểu nhầm

Giả sử chúng ta thấy:

1 kg nước bay hơi hấp thụ rất nhiều nhiệt.

Sau đó thấy R32 hay R410A có giá trị nhiệt ẩn hóa hơi tính trên mỗi kg thấp hơn.

Rất dễ kết luận:

“Vậy nước phải làm lạnh tốt hơn.”

Nhưng điều hòa không hoạt động bằng cách cho 1 kg môi chất bay hơi một lần rồi bỏ đi.

Môi chất liên tục tuần hoàn:

Bay hơi → máy nén hút → nén → ngưng tụ → tiết lưu → lại bay hơi.

Công suất lạnh phụ thuộc không chỉ vào:

Mỗi kg môi chất nhận được bao nhiêu nhiệt

mà còn phụ thuộc vào:

Trong mỗi giây hệ thống có thể tuần hoàn bao nhiêu môi chất

và:

Máy nén phải xử lý bao nhiêu thể tích hơi để làm được việc đó.

Vì vậy:

Nhiệt ẩn hóa hơi lớn chưa đồng nghĩa với một hệ thống lạnh nhỏ gọn hoặc hiệu quả hơn.

Nước còn có một giới hạn khác: đóng băng

Ở áp suất thông thường, nước đóng băng ở khoảng:

0°C.

Điều này tạo ra một giới hạn đáng kể đối với những hệ thống lạnh cần làm việc ở nhiệt độ thấp.

Khi nước chuyển thành băng, nó không còn có thể tuần hoàn như một môi chất lỏng thông thường.

Trong khi đó, các môi chất lạnh như R32 có nhiệt độ đông đặc thấp hơn rất nhiều so với vùng vận hành thông thường của điều hòa.

Vì vậy nhà sản xuất có thể thiết kế hệ thống hoạt động trong một phạm vi rộng mà không phải đối mặt với việc môi chất bị đóng băng trong vùng làm việc bình thường.

Vậy nước có hoàn toàn không thể làm môi chất lạnh?

Không.

Đây là điều rất thú vị.

Nước thực sự là một môi chất lạnh và có ký hiệu:

R718

Nước được sử dụng trong một số hệ thống lạnh phù hợp, đặc biệt trong những công nghệ và quy mô khác với điều hòa treo tường gia đình.

Ví dụ, nước có vai trò quan trọng trong một số hệ thống lạnh hấp thụ, chẳng hạn hệ lithium bromide – nước.

Điều đó cho thấy:

Nước không phải một môi chất lạnh “tồi”.

Nó chỉ không phù hợp với kiểu hệ thống điều hòa dân dụng nén hơi nhỏ gọn mà chúng ta đang sử dụng phổ biến.

Tại sao R32 và R410A lại phù hợp hơn với điều hòa dân dụng?

Không phải vì chúng hấp thụ được nhiều nhiệt nhất trên mỗi kg.

Mà vì chúng có một tập hợp các đặc tính phù hợp hơn với hệ thống.

Chúng có thể:

• bay hơi ở nhiệt độ thấp cần thiết;
• làm việc trong vùng áp suất phù hợp;
• tạo năng suất lạnh lớn với kích thước thiết bị hợp lý;
• cho phép sử dụng máy nén tương đối nhỏ gọn;
• ngưng tụ ở điều kiện phù hợp với dàn nóng;
• tuần hoàn ổn định trong hệ thống kín;
• phối hợp với dầu máy nén và các vật liệu được thiết kế tương ứng.

Nói cách khác:

Nhà sản xuất không tìm chất “hút được nhiều nhiệt nhất”.

Họ cần tìm:

Môi chất giúp toàn bộ hệ thống vận chuyển nhiệt hiệu quả nhất trong những điều kiện yêu cầu.

Một ví dụ rất dễ hình dung

Hãy coi môi chất lạnh như một phương tiện vận chuyển hàng hóa.

Nhiệt ẩn hóa hơi giống như:

Mỗi chiếc xe chở được bao nhiêu hàng.

Một chiếc xe chở được rất nhiều hàng chắc chắn có lợi thế.

Nhưng muốn biết cả hệ thống vận tải có tốt hay không, còn phải hỏi:

Xe lớn đến đâu?

Đi được trên loại đường nào?

Mỗi giờ chạy được bao nhiêu chuyến?

Tiêu tốn bao nhiêu nhiên liệu?

Có an toàn không?

Chi phí vận hành thế nào?

Môi chất lạnh cũng vậy.

Nước có thể:

“chở rất nhiều nhiệt trên mỗi kg”.

Nhưng trong điều kiện nhiệt độ cần thiết cho điều hòa, nó đòi hỏi:

áp suất cực thấp + thể tích hơi rất lớn + hệ thống có những yêu cầu kỹ thuật không phù hợp với điều hòa dân dụng nhỏ gọn.

R32 và R410A có thể không đứng đầu nếu chỉ xét một tiêu chí riêng lẻ.

Nhưng chúng phù hợp hơn khi xét cả hệ thống.

Điều quan trọng nhất cần hiểu

Câu hỏi ban đầu:

“Nước hấp thụ nhiều nhiệt hơn khi bay hơi, tại sao điều hòa không dùng nước?”

giúp chúng ta nhìn thấy một nguyên tắc rất quan trọng trong kỹ thuật:

Không thể đánh giá một hệ thống chỉ bằng một thông số.

Điều này cũng giống như khi lựa chọn điều hòa.

Không nên chỉ nhìn:

• loại gas;
• công suất máy nén;
• kích thước dàn nóng;
• CSPF;
• hay một công nghệ riêng lẻ

rồi kết luận chiếc máy nào tốt hơn.

Một chiếc điều hòa là một hệ thống gồm nhiều bộ phận phải phối hợp với nhau.

Môi chất lạnh cũng được lựa chọn theo đúng nguyên tắc đó.

Chỉ cần nhớ 4 điều

1. Nước hấp thụ rất nhiều nhiệt khi bay hơi.

Đây là một ưu điểm rất lớn của nước.

2. Nhưng muốn nước bay hơi ở khoảng nhiệt độ của dàn lạnh, áp suất phải xuống mức chân không rất sâu.

Ở khoảng 5°C, áp suất bão hòa của nước chỉ khoảng 0,87 kPa tuyệt đối.

3. Hơi nước ở điều kiện này chiếm thể tích rất lớn và nước còn có giới hạn đóng băng.

Điều đó khiến việc xây dựng một hệ thống nén hơi nhỏ gọn cho điều hòa gia đình trở nên không thuận lợi.

4. Một môi chất lạnh không được lựa chọn chỉ vì “1 kg hấp thụ được nhiều nhiệt”.

Điều quan trọng là:

Toàn bộ hệ thống có thể vận chuyển nhiệt hiệu quả, nhỏ gọn, ổn định và an toàn hay không.

Vì vậy có thể nhớ thật ngắn gọn:

Nước có thể “chở” rất nhiều nhiệt trên mỗi kg – nhưng không phù hợp với “con đường” và “chiếc xe” của điều hòa dân dụng hiện nay.

Tìm hiểu tiếp

→ Điều hòa hoạt động như thế nào?

→ Gas điều hòa làm nhiệm vụ gì?

→ Tại sao điều hòa không sử dụng xăng thay cho Gas?

→ Gas điều hòa có giống Gas đun nấu?

→ R32, R410A và R22 khác nhau như thế nào?