126 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Mã chương MH10 03 Giới thiệu Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản về điều hòa không khí các khái niệm, các kiểu và cách tính[.]
126 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Mã chương: MH10 - 03 Giới thiệu: Chương cung cấp cho sinh viên học sinh kiến thức điều hịa khơng khí: khái niệm, kiểu cách tính tốn chu trình điều hịa khơng khí bản, đồ thị khơng khí ẩm chức số thiết bị sử dụng thơng gió điều hịa khơng khí Mục tiêu: - Nắm kiến thức sở điều hòa khơng khí hệ thống ĐHKK - Hiểu sử dụng đồ thị I-d, t-d - Các chu trình điều hịa khơng khí - Tính tốn chu trình điều hòa dựa vào đồ thị I-d, t-d - Chức thiết bị hệ thống ĐHKK - Các hệ thống điều hịa khơng khí - Nắm rõ thơng gió - Cách phân phối khơng khí hệ thống điều hịa khơng khí - Hiểu khái niệm ĐHKK, vai trò chức thiết bị hệ thống ĐHKK - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư logic, sáng tạo, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV Nội dung chính: KHƠNG KHÍ ẨM: Mục tiêu: - Nắm kiến thức không khí ẩm thơng số khơng khí ẩm - Hiểu sử dụng đồ thị I-d, t-d 1.1 Các thơng số trạng thái khơng khí ẩm: 1.1.1 Thành phần khơng khí ẩm: Khơng khí ẩm hỗn hợp khơng khí khơ nước Là khơng khí sử dụng kỹ thuật sinh hoạt đời sống người Khơng khí khơ hỗn hợp chất khí 78% N2, 21% O2, cịn lại CO2 khí trơ Vì phân áp suất nước khơng khí ẩm nhỏ, nên nước khơng khí ẩm xem khí lý tưởng khơng khí ẩm xem hỗn hợp khí lý tưởng với tính chất sau : Áp suất: p = pk + ph [3-1] Nhiệt độ: t = tk = t h [3-2] Khối lượng: G = Gk + Gh [3-3] Thể tích: V = Vk = Vh [3-4] Trong đó: k h nhỏ cho khơng khí khơ khơng khí ẩm * Phân loại khơng khí ẩm: Khơng khí ẩm phân loại sau: 127 + Khơng khí ẩm bão hịa: Là khơng khí ẩm nước trạng thái bão hịa khơ lượng nước khơng khí ẩm lớn (Gh.max) Lúc ta thêm nước vào đọng lại thành hạt nhỏ, tiếp tục cho thêm nước vào ta khơng khí ẩm q bão hịa + Khơng khí ẩm q bão hịa: Là khơng khí ẩm chứa lượng nước lớn Gh.max Hơi nước bão hòa ẩm, tức ngồi nước bão hịa khơ cịn có lượng nước ngưng định (Gn) Khơng khí ẩm có sương mù khơng khí ẩm q bão hịa có chứa giọt nước ngưng tụ + Khơng khí ẩm chưa bão hịa: Là khơng khí ẩm chứa lượng nước nhỏ Gh.max, tức cịn nhận thêm nước để trở thành bão hòa (hay nói cách khác: trường hợp ta thêm nước vào nước chưa bị ngưng tụ) Hơi nước khơng khí ẩm chưa bão hịa q nhiệt 1.1.2 Các thơng số trạng thái khơng khí ẩm: * Độ ẩm tuyệt đối (ρh) : Là khối lượng nước có m khơng khí ẩm ρh = Trong đó: Gh V [3-5] (kg/m3) V – thể tích khơng khí ẩm, m3 Gh – Khối lượng nước có khơng khí ẩm, kg Trong thực tế để biết khả chứa nước nhiều hay khơng khí ẩm ta cần dùng đến độ ẩm tương đối * Độ ẩm tương đối (φ): Là tỷ số độ ẩm tuyệt đối khơng khí ẩm chưa bão hịa (ρ h) độ ẩm tuyệt đối khơng khí ẩm bão hòa (ρhmax) nhiệt độ = h h max (%) [3-6] Sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho nước ta có : Với nước khơng khí ẩm chưa bão hịa: ph.V = Gh.Rh.T Gh p = h = h V Rh T (a) Với nước khơng khí ẩm bão hòa : phmax.V = Ghmax.Rh.T Gh max p = h max = h max V Rh T (b) 128 Từ (3-6), (a) (b), ta có: = ph p h max [%] [3-7] Vì ≤ ph ≤ phmax nên ≤ φ ≤ 100 % Khơng khí khơ có φ = 0, khơng khí ẩm bão hịa có φ = 100 % Độ ẩm tương đối đại lượng có ý nghĩa lớn khơng kỹ thuật mà sống người Con người cảm thấy thoải mái không khí có độ ẩm tương đối φ = 40 ÷ 70 % Trong bảo quản rau thực phẩm có độ ẩm tương đối khoảng φ = 90 % (0 ÷ 5oC) Dụng cụ đo độ ẩm tương đối gọi ẩm kế Ẩm kế thông dụng gồm nhiệt kế thủy ngân: nhiệt kế khô nhiệt kế ướt Nhiệt kế ướt có bầu thủy ngân bọc vải thấm ướt nước Nhiệt độ đo nhiệt kế khơ gọi nhiệt độ khơ (tk), cịn nhiệt độ đo nhiệt kế ướt gọi nhiệt độ ướt (t ư) Hiệu số ∆t = tk – tư tỷ lệ với độ ẩm tương đối khơng khí Khơng khí khơ ∆t lớn, khơng khí ẩm bão hịa có ∆t = * Độ chứa (d): Là lượng nước chứa khơng khí ẩm ứng với 1kg khơng khí khơ d= Gh , kg nước/kg khơng khí khơ Gk [3-8] Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho nước khơng khí khơ ta có: ph.V = Gh.Rh.T Gh = p h V Rh T (c) pk.V = Gk.Rk.T Gk = p k V Rk T (d) Từ (3-8), (c) (d) ta có: d= p h Rk 8314 8314 , Với Rk = Rh = 18 29 p k Rh d = 0,622 ph pk Mà p = pk + ph d = 0,622 ph p − ph [3-8a] Mà: = ph p h max 129 d = 0,622 p h max p − p h max [kg hơi/kg kkk] [3-9] * Enthanpy khơng khí ẩm: Enthanpy khơng khí ẩm tổng enthanpy khơng khí khơ nước chứa Enthanpy khơng khí ẩm có chứa 1kg khơng khí khơ, có nghĩa (1+d)kg khơng khí ẩm d= Gh Gk d = Gh, (do Gk = 1), G = Gk + Gh = + d I = ik + d.ih [3-10] Trong đó: ik : enthanpy 1kg khơng khí khơ, xác định: ik = 1,0048.t ≈ t [kJ/kg] ih: enthanpy nước, xác định: ih = 2500 +2.t [kJ/kg] [3-11] I = t + (2500 + 2.t).d * Nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt τ: Khi khơng khí tiếp xúc với nước, bay nước vào khơng khí nhiệt lượng khơng khí truyền cho, nhiệt độ khơng khí bão hịa gọi nhiệt độ bão hịa đoạn nhiệt τ (nhiệt độ τ lấy gần nhiệt độ nhiệt kế ướt τ = tư) * Nhiệt độ nhiệt kế ướt: Khi cho nước bay đoạn nhiệt vào khơng khí chưa bão hịa (I=const) Nhiệt độ khơng khí giảm dần độ ẩm tương đối tăng lên Tới trạng thái = 100% trình bay chấm dứt Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà cuối gọi nhiệt độ nhiệt kế ướt ký hiệu t Người ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ướt xác định nhiệt kế có bầu thấm ướt nước Như nhiệt độ nhiệt kế ướt trạng thái nhiệt độ ứng với trạng thái bão hịa có entanpi I entanpi trạng thái cho Giữa entanpi I nhiệt độ nhiệt kế ướt tư có mối quan hệ phụ thuộc Trên thực tế ta đo nhiệt độ nhiệt kế ướt trạng thái khơng khí thời nhiệt độ bề mặt thoáng nước * Nhiệt độ đọng sương: Nhiệt độ đọng sương tđs điểm sương nhiệt độ khơng khí chưa bão hịa trở thành khơng khí ẩm bão hịa điều kiện phân áp suất nước không đổi ph = const Từ bảng nước nước bão hịa, biết ph ta tìm nhiệt độ tđS 130 1.2 Đồ thị I - d d - t khơng khí ẩm: 1.2.1 Đồ thị I – d: Hình 3.1: Các đường đặc trưng đồ thị I – d Trên đồ thị trục I d hợp với góc 135oC - Đường I = const : đường thẳng hợp với trục d góc 135oC - Đường d = const : đường thẳng đứng - Đường t = const : đường thẳng dốc, lên cao có khuynh hướng phân kỳ - Đường = 100% chia không khí ẩm thành hai vùng: vùng khơng khí ẩm chưa bão hịa, vùng khơng khí ẩm q bão hịa Đối với vùng khơng khí ẩm chưa bão hịa, có dạng đường cong quay phía lồi lên trên, đến vùng có t > tsơi đường thẳng vng góc trục d Để xác định thơng số khơng khí ẩm ta cần biết số thông số: i, d, t, ,… - ph : phân áp suất nước Ví dụ: Cho biết khơng khí ẩm có nhiệt độ t = 25oC, = 60% Xác định nhiệt độ đọng sương tđs nhiệt độ nhiệt kế ướt tư ? - Trên đồ thị I-d, ta xác định giao điểm đường t = 25 oC = 60% - Đường đẳng d qua điểm giao nhau, cắt đường = 100% đâu, đường nhiệt độ qua điểm tđs 131 - Đường đẳng I qua điểm giao nhau, cắt đường = 100% đâu, đường nhiệt độ qua điểm tư 1.2.2 Đồ thị t – d: Trên đồ thị trục t d hợp với thành góc vng - Đường I = const : đường thẳng hợp với trục t góc 135oC - Đường d = const : đường nằm ngang - Đường t = const : đường thẳng đứng - Đường = const đường cong lõm, lên phía tăng Trên đường = 100% vùng sương mù hay vùng bão hịa - ph : phân áp suất nước Hình 3.2: Các đường đặc trưng đồ thị t – d 1.3 Một số q trình khơng khí ẩm ĐHKK: 1.3.1 Quá trình gia nhiệt: Khi gia nhiệt cho khơng khí ẩm, nhiệt độ tăng lên, lượng nước khơng khí ẩm khơng đổi (d = const), q trình biểu diễn đường thẳng vng góc với trục d, độ ẩm giảm (quá trình 1-2) đồ thị hình 3.3 132 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn trình gia nhiệt 1.3.2 Quá trình làm lạnh: Khi làm lạnh khơng khí ẩm, nhiệt độ giảm xuống độ ẩm tăng lên, trình xảy hai trường hợp: - Nếu nhiệt độ làm lạnh nhỏ nhiệt độ điểm sương (t > t đs), độ chứa d = const nên nhiệt độ giảm tăng lên (quá trình1-2 đồ thị hình 3.4) Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn trình làm lạnh - Nếu nhiệt độ nhỏ nhiệt độ đọng sương (t < tđs) trình trải qua hai giai đoạn, giai đoạn đầu nhiệt độ giảm xuống độ ẩm tăng lên đến = 100% (quá trình 1-4), giai đoạn có d = const Tại điểm 3, khơng khí đạt trạng thái bão hòa, tiếp tục làm lạnh giai đoạn phần nước khơng khí ẩm ngưng tụ thành nước nên lượng nước khơng khí ẩm giảm xuống, q trình biểu diễn đường (3-4) đồ thị hình 3.4 1.3.3 Q trình bốc tăng ẩm: Có thể thực tăng ẩm cách phun khác nhau: * Phun nước lạnh: Q trình phun có I = const Khơng khí ẩm có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp vào thiết bị tăng ẩm, nhờ nước lạnh phun vào nên nhiệt độ khơng khí ẩm giảm xuống, đồng thời lượng ẩm tăng lên (theo trình 1-2 đồ thị hình 3.5) 133 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn trình bốc tăng ẩm nhờ phun nước lạnh * Phun bão hịa: Khơng khí ẩm có nhiệt độ độ ẩm thấp vào thiết bị tăng ẩm, nhờ bão hịa phun vào nên nhiệt độ khơng khí ẩm tăng lên, đồng thời lượng ẩm tăng lên (theo trình 1-2 đồ thị hình 3.6) Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn trình bốc tăng ẩm nhờ phun bão hịa 1.3.4 Hỗn hợp dịng khơng khí: Hỗn hợp dịng khơng khí thường thấy điều hịa khơng khí hay hệ thống sấy Tuy nhiên xét điều hịa khơng khí 134 Hình 3.7: Sự hịa trộn khí hồi khí tươi điều hịa khơng khí Có hai trường hợp hịa trộn khơng khí thường gặp thực tế: - Hỗn hợp đoạn nhiệt dịng khơng khí: Hình 3.8: Sự hỗn hợp đoạn nhiệt dịng khơng khí Khơng khí điểm (khí hồi lưu) hịa trộn với dịng khơng khí điểm (khí tươi) ta dịng khí điểm Điểm nằm đoạn nối điểm Khơng khí điểm khơng trao đổi nhiệt với nguồn nhiệt bên Ta có: Gk1 + Gk2 = Gk3 (e) Gk1.I1 + Gk2.I2 = Gk3.I3 (f) Gk1.d1 + Gk2.d2 = Gk3.d3 (g) Từ công thức (e), (f), (g) ta suy Gk3, I3, d3 dựa vào đồ thị suy thơng số cịn lại 135 Hình 3.9: Sự hỗn hợp phi đoạn nhiệt dịng khơng khí Khơng khí điểm (khí hồi lưu) hịa trộn với dịng khơng khí điểm (khí tươi) ta dịng khí điểm M Khơng khí điểm M có trao đổi nhiệt với nguồn nhiệt bên ngồi để đạt khơng khí trạng thái Ở người ta gia nhiệt cho hỗn hợp khí điểm Ở thơng số điểm M ta xác định điểm phần hỗn hợp đoạn nhiệt dịng khơng khí Và ta có : dM = d3, t3 biết, dựa vào đồ thị suy thơng số cịn lại 1.3.5 Q trình điều tiết khơng khí: Ở ta nghiên cứu q trình điều tiết khơng khí điều hịa khơng khí: Khơng khí bên ngồi trời có trạng thái N(t N,φN) qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1), đưa vào buồng xử lý nhiệt ẩm (2), khơng khí xử lý theo chương trình định sẵn đến trạng thái O định quạt (3) vận chuyển theo đường ống gió (4) vào phịng (6) qua miệng thổi (5) Khơng khí miệng thổi (5) có trạng thái V sau vào phòng nhận nhiệt thừa ẩm thừa tự thay đổi đến trạng thái T(t T, φT) theo tia trình εT = QT/WT Sau khơng khí thải bên ngồi qua cửa thải (7) ... nước, bay nước vào khơng khí nhiệt lượng khơng khí truyền cho, nhiệt độ khơng khí bão hịa gọi nhiệt độ bão hòa đoạn nhiệt τ (nhiệt độ τ lấy gần nhiệt độ nhiệt kế ướt τ = tư) * Nhiệt độ nhiệt kế ướt:... đoạn nhiệt dịng khơng khí Khơng khí điểm (khí hồi lưu) hịa trộn với dịng khơng khí điểm (khí tươi) ta dịng khí điểm M Khơng khí điểm M có trao đổi nhiệt với nguồn nhiệt bên ngồi để đạt khơng khí. .. khơng khí: Ở ta nghiên cứu q trình điều tiết khơng khí điều hịa khơng khí: Khơng khí bên ngồi trời có trạng thái N(t N,φN) qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1), đưa vào buồng xử lý nhiệt ẩm (2) ,