Hệ thống điều hòa không khí
Khái niệm về hệ thống điều hòa không khí
Điều hòa không khí hay điều hòa nhiệt độ (tiếng Anh: Air conditioning, thường được viết tắt là AC hoặc A/C) là quá trình loại bỏ nhiệt và độ ẩm trong không gian trong nhà để cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng Máy điều hòa có thể được sử dụng ở trong quy môn gia dụng và thương mại. Điều hòa không khí là thiết bị kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong không gian kín. Ngoài ra điều hòa không khí còn kiểm soát áp lực đồng thời xử lý mức nhiệt độ và độ ẩm của không khí trong phòng Và nó có thể điều tiết không khí xung quanh vị trí thiết bị được lắp đặt Việc điều tiết không khí còn là một ngành khoa học nghiên cứu tạo ra phương pháp bằng cách sử dụng công nghệ, thiết bị nhằm tạo ra và duy trì môi trường không khí phù hợp với như cầu của con người.
Hình 1.1: Mô phỏng hệ thống điều hòa không khí trong tòa nhàNguyên nhân hình thành nên điều hòa không khí là do thời tiết và khí hậu ngày càng khắc nghiệt, trái đất đang dần nóng lên, gây nên nhiều hệ lụy ảnh hưởng tới sức khỏe cũng như công việc hàng ngày của con người Việc mà chúng ta chế tạo ra các thiết bị điều hòa không khí là tạo ra những hệ thống lạnh điều khiển nhiệt độ tùy theo ý thích của người sử dụng Và trong một hệ thống điều hòa không khí như vậy thì bao gồm những tính năng sau: điều hòa nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông tuần hoàn không khí, lọc bụi và thành phần gây hại đến sức khỏe con người.
Nguyên lý hoạt động của điều hòa không khí
Thông thường dàn nóng sẽ có lúc chạy lúc nghĩ còn dàn lạnh thì chạy liên tục nhằm đảm bảo nhiệt độ tối đa nhất cho người dùng sử dụng hiệu quả nhất.
Quạt dàn lạnh hút và thổi liên tục thổi và phân tán không khí đều đi khắp phòng, công việc này luân chuyển nhau trong cả quá trình Bên trong dàn lạnh có một bộ cảm biến nhiệt và board xử lý tín hiệu Cảm biến có nhiệm vụ cảm nhận nhiệt độ không khí sau đó đưa về dàn lạnh Nếu nhiệt độ trong phòng cao hơn mức nhiệt độ mà người dùng cài đặt trong khoảng 1 – 2 o C thì board sẽ điều khiển cho dàn nóng hoạt động Dàn nóng hoạt động sẽ cung cấp môi chất lỏng cho dàn lạnh, gas lỏng bốc hơi trong dàn lạnh và thu nhiệt không khí qua dàn lạnh, lúc này không khí sẽ mất nhiệt và giảm xuống. Không khí trong phòng lúc này sẽ được board điều khiển ngưng dàn nóng nếu đạt nhiệt độ đã được cài đặt trước.
Cứ thế, nếu nhiệt độ trong phòng đạt yêu cầu thì dàn lạnh sẽ ngưng, còn nếu nhiệt độ lại chênh lệch cao hơn 1,2 o C so với cài đặt thì cơ chế này lại tiếp tục diễn ra. Để sử dụng thiết bị tốt nhất, người dùng chỉ nên vận hành máy từ nhiệt độ đó trở lên, không nên cho thấp hơn Một phòng điều hòa có nhiệt độ đạt chuẩn vừa tốt cho thiết bị vừa tốt cho sức khỏe người dùng thường nằm trong khoảng từ 26 – 28 o C.
Chi tiết FCU
FCU là gì?
FCU ( Fan – Coil Unit) là một thiết bị xử lý không khí, là một phần của hệ thốngHVAC (hệ thống sưởi ấm, thống gió và điều hào không khí) sử dụng ống gió mềm cách nhiệt trong các tòa nhà dân cư, tòa nhà thương mại hay những công trình công nghiệp. FCU là một thiết bị xử lý không khí nhưng nó có cấu tạo đơn giản và có kích thức nhỏ hơn AHU.
FCU là một thiết bị được sử dụng để xử lý không khí, nhưng công suất rất khiêm tốn, chỉ khoảng từ 2kW – 20kW Các loại FCU phổ biến hiện nay như: kiểu Cassette thổi tròn, 4 hướng, 1 hướng thổi, áp trần, giấu tường, giấu trần, kiểu treo tường, ấm trần nối ống gió,…
Hình 1.2: 2 chiếc FCU tại xưởng Nhiệt 1.2.2 Cấu tạo của FCU
Thiết bị FCU được cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: Quạt, dàn ống, bộ lọc bụi, động cơ, dàn ống trao đổi nhiệt, màn hứng nước ngưng Ngoài ra, có thể kể đến một số FCU còn được trang bị thêm bộ sấy điện tuy không nhiều.
1.2.3 Nguyên lý hoạt động của FCU
Cuộn cảm sẽ làm nhiệm vụ nhận nước nóng hoặc nước lạnh từ điều hòa trung tâm Sau đó tiến hành loại bỏ nhiệt hoặc thêm nhiệt vào không khí thông qua việc truyền nhiệt Cuộn dây quạt trong FCU có thể chứa bộ ổn nhiệt bên trong Hoặc được nối dây để hoạt động với bộ điều khiển nhiệt từ xa Tốc độ của động cơ quạt trong FCU được sử dụng một phần để điều khiển đầu ra làm mát và sưởi ấm theo nhu cầu.
Một số modul của thiết bị FCU thực hiện việc điều khiển tốc độ Bằng cách điều chỉnh các vòi trên máy biến áp AC để cung cấp nguồn cho động cơ quạt của FCU Tuy nhiên, yêu cầu việc điều chỉnh này chỉ có một tốc độ cố định Và được thực hiện ngay trong thời gian lắp đặt thiết bị hoặc trong quá trình xây dựng Bên cạnh đó, một số modul của FCU có trang bị động cơ tụ tách vĩnh viễn.
1.2.4 Ứng dụng của thiết bị FCU
Hiện tại, FCU được ứng dụng rộng rãi trong các khu chung cư, nhà cao tầng, các công trình thương mại,… Riêng đối với những tòa nhà cao tầng thì FCU được xếp chồng lên nhau theo chiều dọc và kết nối các FCU với nhau cùng một đường ống Trong một số công trình cao tầng thì FCU thường được gắn âm trần phòng tắm hoặc dùng để cung cấp không khí lạnh cho các khu vực không gian không quá lớn.
1.2.5 Một vài ưu và nhược điểm của thiết bị FCU
- Thiết bị FCU cấu tạo thiết kế nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo chắc chắn Đáp ứng được việc cung cấp lưu lượng gió cao.
- Những đường ống sử dụng cho các thiết bị FCU được dùng cách nhiệt bằng xốp cách nhiệt, ống gió mềm có bảo ôn và ngăn sự ngưng tụ hình thành.
- Ống đồng sử dụng vật liệu chất lượng cao Cánh tản nhiệt bằng nhôm nên đạt hiệu quả cao trong quá trình trao đổi nhiệt Thiết kế đường ống nối với đường nước được phủ kim loại Nên giảm thiểu được sự biến dạng khi vận chuyển và lắp đặt.
- Thiết bị FCU khi hoạt động cũng có thể gây ra tiếng ốn Bởi thiết kế của các thành phần cấu tạo của nó Tuy nhiên, tiếng ồn được kiểm soát ở mức rất nhỏ Vì thiết bị kiểm tra cân bằng tĩnh và động của moto quạt kết hợp với cách nhiệt và cách âm đạt chất lượng cao.
- FCU là thiết bị được trang bị động cơ điện có chất lượng với ổ trục có độ ồn thấp nên không cần bôi trơn, điều này làm giảm thiểu được thời gian bảo trì.
- Không rò rỉ nhờ khay hứng nước ngưng tụ bên trên dàn trao đổi nhiệt vừa cách nhiệt với môi trường bên ngoài lại hứng được nước ngưng tụ.
- Bộ điều nhiệt để sử dụng van điều khiển hoặc tốc độ quay của quạt.
- Hệ thống hoạt động cần một không gian riêng.
- Tính tự động không cao, đòi hỏi phải có sự giám sát của người có chuyên môn.
- Bảo trình khó không linh hoạt và khi sửa chữa đòi hỏi người có chuyên môn phải cao.
Nguyên lý hoạt động của FCU
Cuộn cảm sẽ làm nhiệm vụ nhận nước nóng hoặc nước lạnh từ điều hòa trung tâm Sau đó tiến hành loại bỏ nhiệt hoặc thêm nhiệt vào không khí thông qua việc truyền nhiệt Cuộn dây quạt trong FCU có thể chứa bộ ổn nhiệt bên trong Hoặc được nối dây để hoạt động với bộ điều khiển nhiệt từ xa Tốc độ của động cơ quạt trong FCU được sử dụng một phần để điều khiển đầu ra làm mát và sưởi ấm theo nhu cầu.
Một số modul của thiết bị FCU thực hiện việc điều khiển tốc độ Bằng cách điều chỉnh các vòi trên máy biến áp AC để cung cấp nguồn cho động cơ quạt của FCU Tuy nhiên, yêu cầu việc điều chỉnh này chỉ có một tốc độ cố định Và được thực hiện ngay trong thời gian lắp đặt thiết bị hoặc trong quá trình xây dựng Bên cạnh đó, một số modul của FCU có trang bị động cơ tụ tách vĩnh viễn.
Ứng dụng của thiết bị FCU
Hiện tại, FCU được ứng dụng rộng rãi trong các khu chung cư, nhà cao tầng, các công trình thương mại,… Riêng đối với những tòa nhà cao tầng thì FCU được xếp chồng lên nhau theo chiều dọc và kết nối các FCU với nhau cùng một đường ống Trong một số công trình cao tầng thì FCU thường được gắn âm trần phòng tắm hoặc dùng để cung cấp không khí lạnh cho các khu vực không gian không quá lớn.
Một vài ưu và nhược điểm của thiết bị FCU
- Thiết bị FCU cấu tạo thiết kế nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo chắc chắn Đáp ứng được việc cung cấp lưu lượng gió cao.
- Những đường ống sử dụng cho các thiết bị FCU được dùng cách nhiệt bằng xốp cách nhiệt, ống gió mềm có bảo ôn và ngăn sự ngưng tụ hình thành.
- Ống đồng sử dụng vật liệu chất lượng cao Cánh tản nhiệt bằng nhôm nên đạt hiệu quả cao trong quá trình trao đổi nhiệt Thiết kế đường ống nối với đường nước được phủ kim loại Nên giảm thiểu được sự biến dạng khi vận chuyển và lắp đặt.
- Thiết bị FCU khi hoạt động cũng có thể gây ra tiếng ốn Bởi thiết kế của các thành phần cấu tạo của nó Tuy nhiên, tiếng ồn được kiểm soát ở mức rất nhỏ Vì thiết bị kiểm tra cân bằng tĩnh và động của moto quạt kết hợp với cách nhiệt và cách âm đạt chất lượng cao.
- FCU là thiết bị được trang bị động cơ điện có chất lượng với ổ trục có độ ồn thấp nên không cần bôi trơn, điều này làm giảm thiểu được thời gian bảo trì.
- Không rò rỉ nhờ khay hứng nước ngưng tụ bên trên dàn trao đổi nhiệt vừa cách nhiệt với môi trường bên ngoài lại hứng được nước ngưng tụ.
- Bộ điều nhiệt để sử dụng van điều khiển hoặc tốc độ quay của quạt.
- Hệ thống hoạt động cần một không gian riêng.
- Tính tự động không cao, đòi hỏi phải có sự giám sát của người có chuyên môn.
- Bảo trình khó không linh hoạt và khi sửa chữa đòi hỏi người có chuyên môn phải cao.
THÀNH LẬP SƠ ĐỒ, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH
Chọn các thông số của chế độ làm việc
Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được xác định bằng các nhiệt độ cho trước như sau:
- Nhiệt độ không khí vào FCU: t kkv = 26 o C
- Nhiệt độ nước vào FCU: t nv = 7 o C
- Nhiệt độ nước ra FCU: t nr = 13 o C
2.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế thì nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế là: t0 = tnv – ∆t0 , o C
Do thiết bị bay được chọn thiết kế trong hệ thống điều hòa không khí là thiết bị bay hơi kiểu bình bay hơi
∆t 0 – hiệu nhiệt độ bay hơi yêu cầu (độ chênh nhiệt độ yêu cầu, đối với môi trường cần làm lạnh là bình bay hơi), o C
Thay vào ta có được: t 0 = t nv - ∆t 0 = 7 – 5 = 2 o C 2.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ t k
Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ t k = t mt + ∆t k , o C
Trong đó: t mt – Nhiệt độ môi trường trung bình cao nhất ở TP Hồ Chí Minh, oC t mt = 37 o C
Do thiết bị ngưng tụ được chọn để thiết kế trong hệ thống điều hòa là thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng không khí giải nhiệt là không khí
∆t k – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu (độ chênh nhiệt độ yêu cầu, đối với môi trường giải nhiệt là không khí), o C
Thay vào ta có được:
6 t k = t mt + ∆t k = 37 + 11 = 48 o C 2.1.3 Nhiệt độ hơi quá lạnh t ql
Nhiệt độ hơi quá là nhiệt nhiệt độ của hơi trước khi vào van tiết lưu Nhiệt độ hơi quá lạnh rất nhỏ.
2.1.4 Nhiệt độ hơi quá nhiệt (hơi hút) t qn
Chọn độ chênh nhiệt độ quá nhiệt Chọn Δtt qn t qn xác định theo phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: h 1 - h 6 = h 3 - h 4 Điểm 6: Từ t 6 = 2 0 C ta có h 6 = 398,36 kJ/kg Điểm 3: Từ t 3 = 48 0 C, tra bảng bão hòa ta được h 3 = 268,32 kJ/kg Điểm 4: Từ t 4 = 44 0 C, tra bảng bão hòa ta được h 4 = 262,19 kJ/kg
Thay các thông số trên vào phương trình ta được h 1 = h 3 – h 4 + h 6 = 268,32 – 262,19 + 398,36 = 404,49 kJ/kg
Tra bảng hơi quá nhiệt ở áp suất p 0 = 3,146 bar ta có t 1 = 8,8
0C Vậy Δtt qn = 6,8 0 C Ta chọn Δtt qn = 7 0 C
2.1.5 Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh
Do chúng ta sử dụng môi chất R134a là Freon nên ta thấy được:
Ta có tỷ số nén: π = = 12,526 = 3,98 < 9
Vì vậy, để tăng thêm năng suất lạnh cho hệ thống, ta chọn chu trình lạnh máy nén 1 cấp có sử dụng hồi nhiệt với ∆t qn = 7 o C
Thành lập sơ đồ nguyên lí, đồ thị lgp – h và T – s
2.2.1 Thành lập sơ đồ và đồ thị của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt
1 – 2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I;
2 – 3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II;
3 – 4: quá trình quá lạnh ở thiết bị hồi nhiệt III;
4 – 5: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu IV;
5 – 6: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi V;
6 – 1: quá trình quá nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt III.
Hình 2.2: Đồ thị lgp – h và T – s của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt
Nguyên lý làm việc của máy lạnh 1 cấp thực hiện chu trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt như sau:
Hơi bão hòa khô sau khi rời khỏi thiết bị bay hơi có trạng thái số (6), đi vào thiết bị hồi nhiệt, nhận nhiệt từ lỏng có áp suất cao, nhiệt độ cao (nhận nhiệt từ quá trình đẳng áp) Nhiệt độ tăng lên trở thành hơi quá nhiệt có trạng thái số (1),được máy nén hút về thực hiện quá trình đoạn nhiệt đẳng entropy tiêu thụ một ngoại công , rời khỏi đầu đẩy máy nén là hơi quá nhiệt có áp suất cao, nhiệt độ cao với trạng thái số (2) Đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt cho môi trường cần giải nhiệt, thực hiện ngưng tụ đẳng áp trở thành lỏng hoàn toàn có trạng thái số (3) Khi rời khỏi thiết bị ngưng tụ, lỏng hoàn toàn có áp suất cao nhiệt độ cao đi vào thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt cho hơi có áp suất thấp nhiệt độ thấp theo quá trình đẳng áp, trở thành lỏng quá lạnh với trạng thái số (4), rồi đi qua van tiết lưu thực hiện quá trình tiết lưu đoạn nhiệt đẳng enthalpy, trở thành hơi bão hòa ẩm với trạng thái số (5), hơi bão hòa ẩm có áp suất thấp nhiệt độ thấp đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt 0 cho môi trường cần làm lạnh, thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt trở thành hơi bão hòa khô hoàn toàn với trạng thái số
(6) đi qua thiết bị hồi nhiệt lại được máy nén hút về, chu trình cứ thế tiếp diễn.
• Tính toán các thông số của chu trình:
1) Công cấp cho chu trình: l = h 2 - h 1
2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: q k = h 2 - h 3
3) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: q o = h 6 - h 5
2.2.3 Xác định chu trình 1 cấp có thiết bị hồi nhiệt a) Tính toán các thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình:
Bảng 2.1: Thông số các chu trình điểm nút của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt sử dụng môi chất R134a Điểm Nhiệt Áp Entropy Enthalpy Thể tích riêng Trạng thái nút độ (t 0 ) suất
(kJ/kg.K) (kJ/kg) (m 3 /kg) (bar)
5 2 3,146 1,237 265,27 N/A Hơi bão hòa ẩm b) Tính toán các thông số của chu trình:
• Công nén riêng l: l = h 2 – h 1 = 434,46 – 404,92 = 29,54 kJ/kg
• Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi q o : q o = h 6 – h 5 = 398,36 – 265,27= 133,09 kJ/kg
• Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ q k q k = h 2 – h 3 = 434,46 – 268,32= 166,14 kJ/kg
• Hệ số làm lạnh của chu trình
• Năng suất lạnh riêng thể tích q v = = 133,09 = 2001,353 kJ/kg
• Hệ số exegi của chu trình
Do chọn nhiệt độ của môi trường tại TP Hồ Chí Minh là vào mùa hè và nhiệt độ trung bình cao nhất lên đến 37 o C nên làm cho COP thấp rõ rệt.
Tính toán cho máy nén theo chu trình và chọn máy nén
• Lưu lượng hơi (năng suất khối lượng) thực tế đi qua máy nén Ta có: Năng suất lạnh của máy nén Q o = 35 kW như đề bài cho
➔ Lưu lượng hơi thực tế đi qua máy nén: m tt = 35
• Năng suất thể tích thực tế của máy nén:
• Hệ số cấp của máy nén
Dựa vào đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của hệ số cấp máy nén và tỉ số nén của môi chất R134a.
Ta thấy tỉ số nén π = 3,146 = 12,526 = 3,98
❖ Chọn máy nén từ catalogue phù hợp:
Công nén đoạn nhiệt của chu trình được tính theo biểu thức sau:
N s = m tt l = 0,263 29,54 = 7,769 (kW) Trong đó: N s còn được gọi là công nén lý thuyết; m tt – lưu lượng khối lượng qua máy nén, kg/s l – công nén riêng, kJ/kg
Công nén chỉ thị là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết:
Trong đó: – hiệu suất chỉ thị có thể được xác định theo đồ thị cho trước của nhà chế tạo nhưng cũng có thể tính theo biểu thức:
Công nén hiệu dụng Ne là công nén có tính đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy nén như pittong – xilanh, tay biên – trục khuỷu – ăc pittong… Đây chính là công đo được trên trục khuỷu máy nén.
N e = N i + N ms = 9,044 + 0,00085= 9,04485 kW Trong đó: N i = 9,044 kW
V tt – thể tích hút thực tế = 0,017 m 3 /s p ms – áp suất ma sát riêng Đối với máy nén Freon thẳng dòng: pms = 0,039 ÷ 0,059 MPa
Công suất điện là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền khớp, đai… (nếu là máy nén kín, nữa kín tổn thất này bằng 0) và hiệu suất chính của động cơ điện:
Trong đó: đ – hiệu suất truyền động khớp, đai … đ = 0,95;
• Công suất động cơ lắp đặt N đc Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn
Ngoài ra, nếu hiệu suất tương đối của máy nén theo kinh nghiệm thì chúng ta chọn
Sử dụng phần mềm Bitzer để chọn máy nén cho hệ thống.
Thao tác sử dụng phần mềm: chạy phần mềm Bitzer.
Hình 2.4: Giao diện phần mềm chọn máy
Trong giao diện phần mềm chọn “máy nén pit tông kiểu hở”.
Trong “máy nén pit tông kiểu hở” nhập các thông số vào các mục tương ứng ứng sau đó chọn “tính toán” (Calculate).
Các thông số nhập vào phần mềm:
Dòng máy (Standard): Máy nén hở
Tất cả môi chất lạnh (Refrigerant): R134a
Công suất lạnh (Cooling capacity): 35 kW
Nhiệt độ bay hơi bão hòa đầu hút (Evaproration temp): 2 o C Nhiệt độ ngưng tụ bão hòa đầu đẩy: 48 o C
Nhiệt độ gas quá lạnh lỏng: 44 o C
Nhiệt độ gas quá nhiệt đầu hút: 9 o C
Hình 2.5 : Kết quả sau khi chọn bằng phần mềm
Ta chọn máy nén dựa vào điều kiện :
Chọn Q0 lý thuyết < Q0 phần mềm tính chọn để đảm bảo hiệu suất 0 0 ≤ 100% Chọn loại máy nén 4H-2Y
Hình 2.6: Kích thước và thông số kỹ thuật máy nén
Dựa trên kết quả có được từ phần mềm ta có kiểu máy 4H.2Y với một số thông số cần chú ý như sau:
Motor kéo cần thiết: 15 kW
Nhận xét: Từ kết quả phần mềm ta thấy có sự chênh lệch với kết quả tính toán nhưng không đáng kể, nguyên nhân là do sai số khi tính toán.
Bảng 2.1: So sánh thiết kế máy nén
Thông số Đơn vị Thông số thiết Thông số Sai số kế Catalog
Công suất motor kW 12,301 15 2,7% kéo
Tính toán chọn thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng không khí
• Năng suất nhiệt riêng (Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ) q k = 166,14 kJ/kg
• Lưu lượng lỏng cao áp của môi chất khi ngưng tụ m tt = 0,263 kg/s
• Nhiệt độ không khí vào dàn ngưng t mt = t w1 = 37 o C
• Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ không khí: 10 ÷ 20 o C
➔ Chọn độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ không khí là 10 o C
• Nhiệt độ của không khí ra khỏi dàn ngưng là t w2 = t w1 + 10 = 47 o C
20 a) Hiệu nhiệt độ trung bình logarit Δt tb
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: Δt − Δt t − t 1 − t − t 2 48−37 − 48−47 Δt tb = = = = 4,17 K
48−37 Δt t − t 1 ln 48−47 Δt t − t 2 b) Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Q k
Mà Q k = m tt q k = 0,263 166,14 = 43,695 kW c) Hệ số truyền nhiệt của dàn ngưng không khí k
Tra bảng 8 – 6 / 263 Gía trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt k trong sách
HDTKHTL của thầy Nguyễn Đức Lợi, tra được: k = 30 W/m 2 K d) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng giải nhiệt gió:
Dựa vào bảng 8 – 5 / 260 Dàn ngưng quạt trong sách HDTKHTL của thầy
Nguyễn Đức Lợi, chọn được dàn ngưng quạt kiểu nằm ngang ABM có diện tích trao đổi nhiệt 440 m 2 , gồm 8 dãy ống, 188 ống dài 3 m, năng suất quạt 11 m 3 /s và sử dụng 2 quạt.
Bảng 2.4: So sánh thiết kế dàn ngưng không khí
Thông số Đơn vị Thông số thiết kế Thông số catalog Sai số
Diện tích trao m 2 349,279 440 20,61 % đổi nhiệt
Tính toán thiết bị bay hơi
Ta chọn là bình bay hơi ống vỏ R134a:
- Nhiệt độ nước vào bình bay hơi t nv = 13 o C;
- Nhiệt độ nước ra khỏi bình bay hơi t nr = 7 o C; a Hiệu nhiệt độ trung bình logarit Δt tb Δt tb = Δt− Δt = t − t 0 − t − t 0 = 13−2 − 7−2 =7,6 K Δt t − t 0 ln
7−2 b Hệ số truyền nhiệt của bình bay hơi ống vỏ R134a (k):
Tra bảng 8 – 7 / 282 Gíá trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt k trong sách
HDTKHTL của thầy Nguyễn Đức Lợi, tra được: k = 350 ÷ 400 W/m 2 K Chọn k = 375 W/m 2 K c Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình bay hơi ống vỏ R134a:
Dựa vào bảng 8 – 9 / 283 Bình bay hơi trong sách HDTKHTL của thầy Nguyễn Đức Lợi, chọn được Bình bay hơi ống vỏ R134a sôi trong ống HTBP – 12,5 có:
• Diện tích trao đổi nhiệt : 12,5 m 2 ;
Bảng 2.5: So sánh thiết kế bình bay hơi Thông số Đơn vị Thông số thiết kế Thông sốcatalog Sai số
Diện tích trao m 2 12,5 12,5 0% đổi nhiệt
Tính toán chọn van tiết lưu
• Công suất sau van tiết lưu:
Ta chọn van tiết lưu của hãng Danfoss loại TGE 20 – 16 với catalog bên dưới
Bảng 2.6: So sánh thiết kế van tiết lưu:
Thông số Đơn vị Thông số thiết kế Thông số catalog Sai số
• Sơ đồ nguyên lí hoạt động
THIẾT KẾ CHI TIẾT FCU
Tính toán diện tích truyền nhiệt
Phòng thí nghiệm KT Sấy
Hình 3.1: Sơ đồ mặt bằng xưởng NhiệtSau khi khảo sát mặt bằng phòng thí nghiệm kỹ thuật Sấy, ta có:
Hình 3.2: Diện tích phòng thí nghiệm kỹ thuật Sấy 3d 3.1.1 Tính toán mật độ truyền nhiệt từ vách vào phòng
Hệ số dẫn nhiệt của tường gạch λ = 0,6 W/m.K t 1 = 37 o C – Nhiệt độ bên ngoài phòng; t 2 = 17 o C – Nhiệt độ bên trong phòng;
Công thức tính mật độ truyền nhiệt qua vách trụ một lớp trong sách Cơ sở truyền nhiệt và Thiết kế Thiết bị trao đổi nhiệt của Thầy Hoàng Đình Tín: q = ∆t = 0,12 0,6 (37 – 17) = 100 [ W/m 2 ]
3.1.2 Tính toán diện tích truyền nhiệt t mt = 37 o C – Nhiệt độ môi trường trung bình của TP Hồ Chí Minh t T = 26 o C – Nhiệt độ không khí vào FCU t TƯ = 19,5 o C – Nhiệt độ bầu ướt
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆
Với phòng có chiều dài 8m, chiều rộng 6m và chiều cao 2.5m được làm từ tường gạch dày 110 mm và không tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài nên chọn được hệ số truyền nhiệt k = 2,32 W/m 2 K Năng suất làm lạnh là 35kW
Chọn FCU
Trong mặt bằng trong phòng được bố trí 4 FCU.
Năng suất lạnh yêu cầu cho mỗi FCU trong phòng : Q0TCyc = 35/4 = 8,75 kW.
FCU là dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm và quạt gió Nước chuyển động trong ống, không khí chuyển động ngang qua cụm ống trao đổi nhiệt, ở đó không khí được trao đổi nhiệt ẩm, sau đó thổi trực tiếp qua một hệ thống kênh gió vào phòng Dựa vào bảng kết quả tính toán năng suất lạnh của từng phòng ta chọn FCU.
Mã hiệu FCU Đặc tính đơn vị 006 008
Lưu lượng gió(tốc độ gió trung m 3 /h 744 1153 bình)
Quạt dạng Quạt ly tâm lồng sóc
Vật liệu Thép tráng kẽm Điện nguồn quạt 220V/1Ph/50Hz
Công suất quạt W 63 94 Ống nước vào/ra Inch 3/4''
42CL Đường kính trong của ống
A 26mm Ống nước ngưng 42VL Ống mềm đường kính ngoài
VMA Dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm gợn sóng
Cỡ ống Inch Áp suất làm việc kG/cm
Bởi vì năng suất lạnh tổng QT = 8,942 kW > Q0TCyc = 8,75 kW nên ta có thể chọn được FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006 của Hãng Carrier dựa vào trang 95 sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí của thầy Nguyễn Đức Lợi.
Tính toán số ống, số cánh
Thiết kế dàn làm lạnh không khí FCU trong hệ thống điều hòa không khí có năng suất lạnh Q 0 =8,942 kW Sử dụng ống đồng cánh tấm bằng nhôm có thông số như sau:
+ Đường kính ngoài của ống: d o =0,01 m
+ Đường kính trong của ống: d i =0,0096 m +Bước cánh: S c =0,003 m
Nhiệt độ không khí vào: t 1 & o C φ 1 = 55%
Nhiệt độ không khí ra: t 2 = 18 o C φ 2 = 85%
Chùm ống sắp xếp so le dạng tam giác đều, khoảng cách giữa các tâm ống là 40mm.
Hình 3.2.1: Sơ đồ nguyên lí chiều chuyển động của FCU
*Thiết kế và lựa chọn:
- Nhiệt độ trung bình của dòng không khí qua dàn lạnh: t k =0,5(t 1 + t 2 ) =0,5.(26 + 18) = 22 o C với t k " o C tìm được thông số vật lý của không khí như sau: ρ k = 1,197 kg/m 3 λ k = 0,02606W/mK ν k = 15,248 x 10 -6 m 2 /s
Sơ đồ bố trí kết cấu thiết bị thể hiện trên hình vẽ say đây:
Hình 3.3.2: Sơ đồ bố trí kết cấu và chiều chuyển động của FCU
Tốc độ dòng không khí 0 khi đi qua tiết diện ngang ABCD trước dàn ống được gọi là tốc độ hứng gió của thiết bị, khi thiết kế dành lạnh thường chọn
0 = 3-4 m/s [Tài liệu 2] Tốc độ dòng không khí qua chỗ hẹp nhất là tốc độ của dòng qua tiết diện sau khi trừ đi phần choán chỗ của ống và các cánh được gọi là , thường chọn tối đa khoảng 7,5 m/s Trong các dàn lạnh của hệ thống điều hòa không khí thường đuyợc làm cánh dày đặc nên tiết diện qua chỗ hẹp nhất chỉ bằng khoảng 0,58-0,6 tiết diện hứng gió của thiết bị. δ c Ở thiết kế này ta chọn tốc độ hứng gió của thiết bị 0 =4m/s, do đó tốc độ không khí qua chỗ hẹp nhất:
Hệ số tỏa nhiệt của cánh
Trong đó: S c – bước cánh, m d o – đường kính ngoài của ống, m h – chiều cao cánh, m ω – tốc độ dòng qua chỗ hẹp nhất, m/s ν – độ nhớt động học của không khí, m 2 /s λ – hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/mK
[Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt- Hoàng Đình Tín]
Hình 3.3.3: Bố trí chi tiết thông số ống Hiệu suất cánh:
Hình 3.3.4: Thông số chi tiết của ống
Hệ số dẫn nhiệt của nhôm λ = 203.5 W/m.K
Và ta có hiệu suất cánh
Do cường độ toả nhiệt trên toàn bộ bề mặt cánh không đồng đều, thường chọn hệ số không đồng đều = 0,85 Do đó cường độ toả nhiệt của cánh được tính:
Diện tích cánh của 1 m ống
0,003 Diện tích bề mặt ngoài của ống nằm giữa các cánh ứng với 1m ống:
Tổng diện tích bề mặt ngoài ứng với 1 m ống:
F= F c + F 0c = 1.014 + 0.028= 1.042 m 2 /m Diện tích bề mặt trong ứng với 1 m ống:
Các thông số vật lý như sau:
Vì nhiệt độ bề mặt cascnh thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí nên xảy ra hiện tượng ngưng tụ ẩm trên bề mặt, cường độ tỏa nhiệt tăng lên, do đó cường độ tỏa nhiệt trong trường hợp này được tính α' kk = ξα 2 = 1,155 61,54 = 71.0787 W/m 2 K
Trong tính toán thiết kế, nhiệt độ nước vào FCU: 5 - 7 o C, nhiệt độ nước ra FCU:
12 - 13 o C, chọn sơ bộ nhiệt độ trong bình nước lạnh tn = 10°C ( và sẽ kiểm tra lại sau) Ứng với tn = 10 o C ta tìm được thông số vật lý của nước như sau: n = 999,7 kg/m 3 c pn = 4,192 kJ/kg.K λ n = 0,5745 W/m K v n = 1,306.10 -6 m 2 /s
Nước lạnh chuyển động trong dàn ống, khi thiết kế thường chọn khoảng n 0,8-1,8 m/s, ở đây ta chọn ω n = 1,1 m/s
= 1 = 1,1.0,0095 = 8001,53 > 10 4 1,306.10 −6 Đây là chế độ chảy rối nên:
Hệ số toả nhiệt về phía nước: λ
Hệ số truyền nhiệt được tính qui về 1 đơn vị diện tích bề mặt ngoài sẽ là:
❖ R b : Nhiệt trở lớp bụi chọn khoảng R b = 0.0003 m 2 K/W
❖ R cn : Nhiệt trở lớp cáu nước, tuỳ theo điều kiện chất lượng nước, khoảng
7 4436,95 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hai dòng chất lỏng (có thể tính theo trung bình số học vì biến đổi nhiệt độ mỗi loại chất lỏng không lớn):
Nhiệt lượng truyền qua 1 m chiều dài ống tính qui về bề mặt ngoài (bề mặt có cánh) q kk = kF∆t = 27,145 1,042 13 = 367,706 W/m Tổng chiều dài ống:
Lưu lượng không khí qua dàn lạnh:
I 1 và I 2 tra từ đồ thị t-d từ nhiêt độ không khí vào và nhiệt độ không khí ra
Diện tích tiết diện ngang chỗ hẹp nhất tương ứng:
Từ kết quả tính toán truyền nhiệt chúng ta sơ bộ bố trí kích thước dàn lạnh như sau:
Hình 3.3.5: Sơ đồ bố trí dàn lạnh
Số dãy ống theo chiều dòng: n 2 = 4
Chiều dài mỗi đoạn ống: b = 1 m
(Tổn thất áp suất nước trên đoạn ống không vượt quá 3mm H 2 O thường dùng trong thực tế Nếu ống quá dài cho một dãy ống thì phải phân đoạn để cấp nước lạnh)
Chúng ta phải kiểm tra lại tốc độ k :
Số đoạn ống trên một dãy là:
Vậy ta chọn n 1 =7 đoạn ống trên mỗi dãy
Diện tích tiết diện hẹp nhất của thiết bị mà dòng khí lưu động qua Fmin:
Như vậy kết cấu thiết bị có kích thướt chính như sau:
Hình 3.3.6: Bố trí kích thướt dàn lạnh FCU
Đánh giá kết quả thiết kế
Từ các tính toán trên ta có thể so sánh với máy FCU giấu trần kiểu 42CLA – 006 của Hãng Carrier
Bảng 3.1 Catalog thiết bị FCU
Ta so sánh với thông số thiết kế với catalog ta thấy số không khác nhiều nên thỏa điều kiên.
Bảng 3.2: Thông số so sánh Đơn vị Thông số thiết Thông số Sai số kế catalog Đường kính mm 9,5 9,5 5,26% ngoài
Công suất làm kW 8,75 8,942 20% lạnh
3.5 Bản vẽ chi tiết FCU
Hình 3.5.1 Mặt bằng và mặt đứng FCU
Hình 3.4.2 Mặt A và mặt B FCU
Hình 3.4.4 Chi tiết bố trí treo FCU
Hình 3.4.5 Bố trí đường gió vào, ra
Hình 3.4.6 Chi tiết lắp đặt FCU
