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

Trong bài trước, chúng ta đã biết một nguyên lý rất quan trọng của điều hòa:

Chất lỏng hấp thụ nhiệt khi bay hơi.

Gas điều hòa – hay chính xác hơn là môi chất lạnh – được đưa vào dàn lạnh ở điều kiện phù hợp để bay hơi và nhận nhiệt từ không khí trong phòng.

Nhưng gas điều hòa không phải chất lỏng duy nhất có khả năng này.

Xăng cũng bay hơi.

Khi xăng bay hơi, nó cũng hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh.

Nếu một ít xăng hoặc cồn dính lên da rồi nhanh chóng bay hơi, chúng ta thậm chí có thể cảm thấy vùng da đó lạnh đi.

Vậy tại sao điều hòa không sử dụng xăng làm môi chất lạnh?

Câu trả lời ngắn gọn là:

Có khả năng bay hơi và hấp thụ nhiệt chưa đủ để trở thành một môi chất lạnh phù hợp.

Với xăng, vấn đề không chỉ nằm ở tính dễ cháy, mà còn ở chính thành phần và đặc tính của nó.

Xăng thực sự có thể hấp thụ nhiệt khi bay hơi

Khi một chất chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, các phân tử cần nhận năng lượng để tách khỏi pha lỏng.

Năng lượng đó được lấy từ môi trường xung quanh.

Vì vậy:

Xăng bay hơi → hấp thụ nhiệt.

Xăng còn có khả năng bay hơi khá dễ ở nhiệt độ môi trường.

Nếu chỉ xét hai tiêu chí:

Có bay hơi không?

và:

Có hấp thụ nhiệt khi bay hơi không?

thì xăng dường như hoàn toàn có khả năng tham gia vào một quá trình làm lạnh.

Nhưng điều hòa cần nhiều hơn thế.

Điều hòa không chỉ cần môi chất bay hơi

Một chu trình điều hòa hoạt động liên tục:

Môi chất bay hơi ở dàn lạnh
↓
Máy nén hút và nén hơi môi chất
↓
Môi chất thải nhiệt và ngưng tụ ở dàn nóng
↓
Đi qua bộ phận tiết lưu để giảm áp
↓
Trở lại dàn lạnh và tiếp tục bay hơi

Quá trình này lặp lại hàng nghìn lần trong suốt quá trình sử dụng.

Vì vậy môi chất không chỉ cần:

“Bay hơi được.”

Nó còn phải:

Bay hơi và ngưng tụ một cách có thể kiểm soát trong vùng nhiệt độ, áp suất phù hợp với cả hệ thống.

Đây là điểm xăng bắt đầu bộc lộ những hạn chế rất lớn.

Xăng không phải một chất duy nhất

Đây là khác biệt rất quan trọng giữa xăng và một môi chất như R32.

R32 là một hợp chất xác định:

CH₂F₂ – difluoromethane.

Trong những điều kiện nhất định, chúng ta có thể xác định khá rõ:

• áp suất;
• nhiệt độ;
• mật độ;
• enthalpy;
• trạng thái lỏng – hơi;
• và nhiều đặc tính nhiệt động khác.

Nhà sản xuất nhờ đó có thể tính toán chính xác:

Máy nén cần kích thước bao nhiêu?

Dàn trao đổi nhiệt cần lớn thế nào?

Bộ phận tiết lưu phải kiểm soát lưu lượng ra sao?

Cần nạp bao nhiêu môi chất?

Xăng thì khác.

Xăng là hỗn hợp của nhiều hydrocarbon.

Thành phần cụ thể của xăng còn phụ thuộc vào:

• loại nhiên liệu;
• tiêu chuẩn sản xuất;
• nhà máy;
• mùa và khu vực;
• các thành phần pha chế.

Nói cách khác:

“Xăng” không phải một phân tử duy nhất có một nhiệt độ sôi duy nhất.

Các thành phần của xăng không bay hơi cùng lúc

Vì xăng là hỗn hợp nhiều hydrocarbon, các thành phần của nó có độ bay hơi và nhiệt độ sôi khác nhau.

Khi xăng bắt đầu bay hơi:

Những thành phần dễ bay hơi hơn có xu hướng đi vào pha hơi nhiều hơn trước.

Phần chất lỏng còn lại vì vậy có thể thay đổi thành phần.

Điều này tạo ra một vấn đề rất lớn nếu muốn sử dụng xăng trong một hệ thống lạnh tuần hoàn.

Sau nhiều quá trình:

bay hơi → ngưng tụ → bay hơi → ngưng tụ...

thành phần giữa các vùng trong hệ thống có thể trở nên phức tạp hơn nhiều so với một môi chất đơn chất được kiểm soát rõ ràng.

Điều hòa cần một môi chất có đặc tính đủ ổn định và dự đoán được để toàn bộ hệ thống có thể được thiết kế chính xác.

Xăng thương mại không được tạo ra cho mục đích đó.

Nhưng vấn đề lớn nhất của xăng là khả năng cháy

Xăng được sản xuất để làm gì?

Để cháy và giải phóng năng lượng trong động cơ.

Đây chính là đặc tính rất có giá trị khi xăng được sử dụng làm nhiên liệu.

Nhưng nó lại trở thành một bất lợi lớn nếu muốn đưa xăng vào điều hòa.

Xăng dễ bay hơi.

Hơi xăng khi trộn với không khí trong một tỷ lệ thích hợp có thể tạo thành hỗn hợp rất dễ bắt cháy.

Trong khi một hệ thống điều hòa có:

• động cơ điện;
• máy nén;
• bảng mạch;
• đầu nối điện;
• relay;
• các linh kiện có thể nóng;
• và nhiều nguồn có khả năng gây đánh lửa nếu xảy ra sự cố.

Nếu môi chất bị rò rỉ, một lượng hơi dễ cháy có thể thoát ra môi trường.

Vì vậy sử dụng xăng sẽ đặt ra yêu cầu an toàn rất lớn, đặc biệt đối với một thiết bị đặt trong nhà và hoạt động hàng giờ mỗi ngày.

Nhưng R32 cũng có tính cháy – tại sao vẫn được sử dụng?

Đây là một câu hỏi rất hợp lý.

R32 cũng không phải môi chất hoàn toàn không cháy.

Theo phân loại an toàn môi chất lạnh, R32 thuộc nhóm:

A2L

có thể hiểu đơn giản là:

Độc tính thấp và có tính cháy nhẹ.

Vậy tại sao R32 có thể sử dụng còn xăng thì không?

Bởi:

“Có cháy” không phải một đặc tính chỉ có hai trạng thái Có hoặc Không.

Khả năng bắt cháy còn liên quan đến:

• mức độ dễ bắt cháy;
• tốc độ lan truyền ngọn lửa;
• nồng độ cần thiết để cháy;
• năng lượng cần để bắt cháy;
• lượng môi chất trong thiết bị;
• điều kiện thông gió;
• cấu tạo sản phẩm;
• tiêu chuẩn an toàn.

R32 được lựa chọn và các thiết bị sử dụng R32 được thiết kế với những yêu cầu phù hợp với đặc tính A2L của nó.

Xăng lại là một nhiên liệu được thiết kế để dễ tạo hỗn hợp cháy và giải phóng năng lượng khi cháy.

Hai trường hợp không thể đánh đồng chỉ bằng câu:

“Cả hai đều cháy được.”

Ngành lạnh có sử dụng hydrocarbon dễ cháy không?

Có.

Đây là một ví dụ rất hay để hiểu rằng:

Tính cháy không tự động khiến một chất bị loại khỏi danh sách môi chất lạnh.

Một số môi chất hydrocarbon đang được sử dụng thực tế gồm:

R600a – isobutane

và:

R290 – propane.

R600a hiện rất phổ biến trong tủ lạnh gia đình.

R290 cũng được sử dụng trong nhiều thiết bị lạnh và một số ứng dụng điều hòa.

Cả propane và isobutane đều có tính cháy.

Vậy tại sao chúng vẫn được sử dụng?

Bởi chúng là những chất xác định, có đặc tính nhiệt động được biết rõ và có thể được sản xuất ở độ tinh khiết phù hợp cho hệ thống lạnh.

Nhà sản xuất có thể tính toán:

• lượng nạp;
• áp suất;
• máy nén;
• tiết lưu;
• dàn trao đổi nhiệt;
• yêu cầu chống cháy;
• giới hạn lượng môi chất;
• và các biện pháp an toàn cần thiết.

Điều này hoàn toàn khác với việc lấy xăng thương mại rồi đưa vào một chiếc điều hòa.

Vậy tại sao không lấy riêng một thành phần của xăng?

Đến đây, câu hỏi trở nên thú vị hơn.

Nếu vấn đề của xăng là nó gồm nhiều hydrocarbon, vậy tại sao không lấy ra một hydrocarbon cụ thể có đặc tính phù hợp?

Thực tế ngành lạnh đã làm chính xác điều đó.

Propane là một hydrocarbon.

Isobutane cũng là hydrocarbon.

Khi được sử dụng làm môi chất lạnh, chúng có tên:

Propane → R290

Isobutane → R600a

Nghĩa là:

Ngành lạnh không “từ chối hydrocarbon”.

Ngành lạnh chỉ lựa chọn những chất cụ thể có đặc tính phù hợp, sử dụng ở độ tinh khiết xác định và thiết kế toàn bộ hệ thống xung quanh chúng.

Đây là khác biệt căn bản giữa:

một môi chất lạnh được lựa chọn có chủ đích

và:

một hỗn hợp nhiên liệu như xăng.

Xăng còn phải tương thích với máy nén và vật liệu

Một môi chất lạnh sẽ tiếp xúc trong thời gian rất dài với:

• dầu bôi trơn máy nén;
• đồng;
• nhôm;
• thép;
• gioăng;
• nhựa;
• vật liệu cách điện;
• các linh kiện khác.

Vì vậy nhà sản xuất phải biết môi chất có:

• ổn định hóa học hay không;
• phản ứng với dầu không;
• làm hỏng gioăng hay nhựa không;
• ảnh hưởng đến lớp cách điện của động cơ không;
• tạo ra sản phẩm phân hủy không mong muốn không.

Một chất dùng làm nhiên liệu không mặc nhiên đáp ứng những yêu cầu này.

Xăng thương mại được tối ưu để:

lưu trữ → đưa vào động cơ → hòa trộn với không khí → cháy.

Nó không được tối ưu để:

tuần hoàn kín hàng nghìn giờ qua máy nén, tiết lưu và các dàn trao đổi nhiệt.

Có một điểm rất dễ nhầm: “gas” điều hòa không có nghĩa là “khí”

Tên gọi gas điều hòa trong đời sống dễ khiến chúng ta nghĩ môi chất phải luôn ở trạng thái khí.

Thực tế không phải vậy.

Trong một chu trình điều hòa:

Môi chất lúc ở dạng lỏng, lúc ở dạng hơi.

Chính quá trình chuyển trạng thái này giúp nó vận chuyển nhiệt.

Vì vậy tiêu chí để chọn môi chất không phải:

“Chất đó có phải là khí ở nhiệt độ phòng không?”

mà là:

“Các đặc tính của nó có phù hợp với chu trình lạnh hay không?”

Đây cũng là lý do nước, xăng, R32, propane... đều có thể bay hơi và hấp thụ nhiệt, nhưng khả năng ứng dụng trong điều hòa lại rất khác nhau.

Một môi chất lạnh cần nhiều đặc tính cùng lúc

Khi lựa chọn môi chất cho một chiếc điều hòa, nhà sản xuất phải xem xét đồng thời:

Khả năng bay hơi ở nhiệt độ thấp

để nhận nhiệt trong dàn lạnh.

Khả năng ngưng tụ ở điều kiện phù hợp

để thải nhiệt ở dàn nóng.

Áp suất làm việc

để hệ thống có thể thiết kế nhỏ gọn và an toàn.

Năng suất lạnh

để máy nén không phải quá lớn.

Hiệu suất

để vận chuyển được nhiều nhiệt nhưng tiêu thụ ít điện.

Độ ổn định hóa học

để có thể tuần hoàn nhiều năm.

Khả năng tương thích

với dầu máy nén và vật liệu.

An toàn

về độc tính, tính cháy và áp suất.

Tác động môi trường

như ảnh hưởng tới tầng ozone và GWP.

Xăng không được lựa chọn vì nó không phải một giải pháp cân bằng tốt cho những yêu cầu này.

Một ví dụ rất dễ hình dung

Hãy coi gas điều hòa là một chiếc xe chuyên dùng để vận chuyển nhiệt.

Xăng cũng có khả năng:

“chở nhiệt” khi bay hơi.

Nhưng một phương tiện vận tải tốt không chỉ cần chở được hàng.

Nó còn phải:

• chạy đúng loại đường;
• có kích thước phù hợp;
• an toàn;
• dễ kiểm soát;
• bền;
• tiết kiệm;
• hoạt động ổn định hàng nghìn giờ.

Xăng có một số đặc tính khiến nó có thể hấp thụ nhiệt khi bay hơi.

Nhưng toàn bộ tập hợp đặc tính của xăng không phù hợp với công việc mà một môi chất lạnh trong điều hòa gia đình phải thực hiện.

Điều quan trọng nhất cần hiểu

Câu hỏi:

“Xăng cũng bay hơi và hấp thụ nhiệt, tại sao không dùng làm gas điều hòa?”

cho chúng ta thấy một nguyên tắc rất quan trọng:

Một đặc tính tốt không đủ để quyết định một vật liệu có phù hợp với cả hệ thống hay không.

Xăng rất tốt khi làm nhiên liệu.

R32 được lựa chọn để làm môi chất lạnh trong những hệ thống phù hợp.

Propane cũng có thể vừa là nhiên liệu, vừa trở thành môi chất lạnh R290 khi được sử dụng với độ tinh khiết, thiết kế và tiêu chuẩn an toàn phù hợp.

Mỗi chất chỉ thực sự hữu ích khi được đặt vào đúng ứng dụng và đúng hệ thống.

Chỉ cần nhớ 4 điều

1. Xăng bay hơi và khi bay hơi cũng hấp thụ nhiệt.

Nhưng đây chỉ là một trong rất nhiều đặc tính cần có của môi chất lạnh.

2. Xăng là hỗn hợp nhiều hydrocarbon có độ bay hơi khác nhau.

Nó không phải một môi chất xác định được tối ưu cho chu trình lạnh.

3. Xăng rất dễ cháy và hơi xăng có thể tạo hỗn hợp dễ bắt cháy với không khí.

Đây là bất lợi rất lớn đối với một thiết bị dân dụng hoạt động trong nhà.

4. Ngành lạnh vẫn sử dụng một số hydrocarbon như propane R290 và isobutane R600a.

Điều này cho thấy vấn đề không phải:

“Hydrocarbon có dùng làm môi chất lạnh được không?”

mà là:

“Chất cụ thể nào có đặc tính phù hợp và hệ thống có được thiết kế an toàn cho chất đó hay không?”

Có thể nhớ toàn bộ bài bằng một câu:

Xăng có thể hấp thụ nhiệt khi bay hơi, nhưng xăng được tạo ra để làm nhiên liệu – không phải để trở thành môi chất tuần hoàn ổn định, có kiểm soát và an toàn trong một chiếc điều hòa.

Tìm hiểu tiếp

→ Điều hòa làm lạnh bằng cách nào?

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

→ Tại sao điều hòa không sử dụng nước thay cho gas?

→ Gas điều hòa có giống Gas đun nấu?