Môi chất lạnh được xem là thành phần quan trọng trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí công nghiệp. Với vai trò truyền tải và trao đổi nhiệt, môi chất lạnh quyết định trực tiếp đến hiệu suất, độ ổn định và khả năng tiết kiệm năng lượng của hệ thống như AHU, chiller hay VRV/VRF. Việc hiểu rõ đặc tính, phân loại và tiêu chí lựa chọn môi chất lạnh phù hợp sẽ giúp tối ưu vận hành.
1. Môi chất lạnh là gì?
Môi chất lạnh (hay còn gọi là gas lạnh hoặc refrigerant) là chất trung gian dùng để truyền tải và trao đổi nhiệt trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí. Trong quá trình vận hành, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn thông qua chu trình khép kín gồm nén – ngưng tụ – tiết lưu – bay hơi.
Nói cách khác, đây chính là tác nhân giúp thiết bị lạnh thay đổi nhiệt độ môi trường, thực hiện chức năng làm mát hoặc sưởi ấm tùy theo nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Môi chất lạnh được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống HVAC công nghiệp, chiller nước lạnh, thiết bị xử lý không khí AHU, cũng như hệ thống điều hòa trung tâm VRV/VRF và các thiết bị làm lạnh dân dụng khác.
Trạng thái tuần hoàn của môi chất lạnh
Trong chu trình làm lạnh, môi chất lạnh liên tục thay đổi trạng thái để hấp thụ và thải nhiệt, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Chu trình này gồm bốn giai đoạn tuần hoàn:
- Nén (Compression): Môi chất lạnh đi vào máy nén ở dạng hơi bão hòa áp suất thấp. Máy nén tăng áp suất và nhiệt độ, biến nó thành hơi quá nhiệt, chuẩn bị cho quá trình ngưng tụ.
- Ngưng tụ (Condensation): Hơi môi chất nóng, áp suất cao được đưa vào dàn ngưng. Tại đây, môi chất tỏa nhiệt ra môi trường và ngưng tụ thành chất lỏng áp suất cao.
- Tiết lưu (Expansion): Môi chất lỏng đi qua van tiết lưu (TXV). Áp suất và nhiệt độ giảm đột ngột, tạo ra hỗn hợp lỏng – hơi lạnh áp suất thấp trước khi vào dàn bay hơi.
- Bay hơi (Evaporation): Khi đi qua dàn bay hơi, môi chất hấp thụ nhiệt từ không khí, sôi và chuyển thành hơi bão hòa, giúp làm mát không khí trước khi quay lại máy nén -fd khép kín chu trình.
Môi chất lạnh cho AHU
Với AHU DX (Direct Expansion), môi chất lạnh đi trực tiếp trong dàn coil bay hơi.
Với AHU nước lạnh, môi chất chỉ tồn tại trong mạch chiller, còn AHU dùng nước lạnh để trao đổi nhiệt.
2. Các loại môi chất lạnh dùng trong AHU / hệ thống lạnh
Môi chất truyền thống
- R-22: Là môi chất được sử dụng phổ biến trong thế hệ thiết bị cũ nhờ khả năng làm lạnh ổn định. Tuy nhiên, R-22 có chỉ số ODP > 0, gây ảnh hưởng đến tầng ozone nên hiện nay đã bị loại bỏ theo quy định quốc tế (Nghị định thư Montreal).
- R-410A: Hỗn hợp gồm hai loại gas R-32 và R-125, có áp suất cao và hiệu suất tốt. Đây là môi chất thay thế phổ biến cho R-22 trong các hệ thống DX, VRV, VRF hoặc AHU công suất vừa. Điểm hạn chế là GWP cao (~2000), chưa thật sự thân thiện môi trường.
- R-134a: Là môi chất không cháy, ODP = 0, dễ nạp và bảo trì, thường dùng trong chiller hoặc AHU trung tâm. Tuy nhiên, GWP vẫn ở mức cao (~1400).
- R-407C: Là môi chất hỗn hợp có tính chất gần giống R-22, dễ thay thế cho các hệ thống cũ. Hiệu suất trung bình và GWP cao, nên đang dần được thay thế bằng dòng HFO mới.
Các môi chất thế hệ mới
- HFO (Hydro-Fluoro-Olefin) – ví dụ: R-1234yf, R-1234ze: Thuộc thế hệ thứ 4, có GWP rất thấp (<10) và ODP = 0, đáp ứng xu hướng giảm phát thải. Hiệu suất lạnh tương đương hoặc cao hơn R-134a, song chi phí đầu tư cao và yêu cầu vật liệu hệ thống tương thích. Đây là xu hướng thay thế chính trong 5-10 năm tới.
- CO₂ (R-744) – môi chất tự nhiên: Có GWP = 1, ODP = 0, an toàn và không độc hại. Tuy nhiên, do áp suất vận hành cao, hệ thống cần thiết kế riêng (ống chịu áp, thiết bị chuyên dụng). Thường được dùng cho kho lạnh, siêu thị hoặc các ứng dụng cần độ an toàn cao.
- Amoniac (NH₃ / R-717): Là môi chất tự nhiên có hiệu suất lạnh vượt trội và GWP = 0. Tuy nhiên, tính độc và khả năng cháy nổ nhẹ khiến NH₃ chỉ nên dùng cho công nghiệp nặng hoặc khu vực tách biệt, cần hệ thống an toàn và giám sát chặt chẽ.
Thuật ngữ chuyên ngành
Chỉ số ODP (Ozone Depletion Potential): Chỉ số thể hiện mức độ mà một loại khí có thể phá hủy tần ozone (ODP>0 – chất gây hại, ODP=0 – chất an toàn)
Chỉ số GWP (Global Warming Potential): Chỉ số này cho biết mức độ hiệu ứng nhà kính của một khí so với CO₂ (CO₂ được quy ước GWP = 1) trong khoảng thời gian 100 năm.
3. Tiêu chí lựa chọn môi chất lạnh cho hệ thống AHU
Để chọn được môi chất lạnh phù hợp, doanh nghiệp nên dựa vào các yếu tố sau:
- Hiệu suất làm lạnh: Chọn môi chất có hiệu suất cao, giúp làm lạnh nhanh, tiết kiệm điện và vận hành ổn định lâu dài.
- Thân thiện môi trường: Ưu tiên loại có ODP = 0 và GWP thấp, giảm phát thải khí nhà kính, đáp ứng xu hướng xanh hóa.
- An toàn sử dụng: Xem xét mức độ cháy nổ, độc hại và áp suất làm việc để đảm bảo an toàn khi vận hành.
- Tương thích với thiết bị AHU: Một số môi chất mới như R-32 hoặc HFO có thể không phù hợp với hệ thống cũ, cần kiểm tra kỹ dầu, van và gioăng trước khi thay đổi.
- Tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế: Môi chất cần đáp ứng các quy định an toàn và môi trường như ISO 5149 và ASHRAE 34.
AHU nên dùng môi chất nào?
Không có một loại môi chất nào phù hợp cho tất cả hệ thống, vì mỗi dự án có điều kiện vận hành, yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn khác nhau. Tuy nhiên, có thể tham khảo một số lựa chọn phổ biến sau:
- R-410A: Lựa chọn tiêu chuẩn và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống AHU DX hiện nay, nhờ hiệu suất ổn định và dễ bảo trì.
- R-32: Hiệu suất cao hơn R-410A, giúp tiết kiệm năng lượng, nhưng yêu cầu thiết bị phải tương thích và có khả năng chịu áp cao hơn.
- HFO-1234yf: Là môi chất thân thiện môi trường nhất hiện nay, có GWP cực thấp, phù hợp xu hướng phát triển bền vững trong tương lai.
Việc lựa chọn môi chất lạnh cho AHU cần dựa trên đặc điểm hệ thống, điều kiện vận hành và yêu cầu của phòng sạch.
Để đạt hiệu quả tối ưu, doanh nghiệp nên tham khảo ý kiến chuyên gia HVAC, đồng thời cập nhật các tiêu chuẩn mới nhất từ ASHRAE và ISO nhằm đảm bảo hiệu suất, an toàn và tuân thủ quy định quốc tế. KYODO cảm ơn bạn đọc đã theo dõi!
