Môn học nhập môn ngành công nghệ kĩ thuật nhiệt tiểu luận ứng dụng công nghệ kĩ thuật nhiệt vào điều hòa không khí trong tòa nhà

Trong đó ba yếu tố cơ bản nhất cấu thành nên thành phố thông minh chính là hệ thống năng lượng thông minh, tòa nhà thông minh và người sử dụng thông minh, với liên quan chặt chẽ tới lĩnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

****** ******

MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT

NHIỆT TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT NHIỆT VÀO ĐIỀU

HÒA KHÔNG KHÍ TRONG TÒA NHÀ

GVHD: PGS.TS Đặng Thành Trung

SVTH:

1.Nguyễn Ngọc Tuấn 22147091 2.Trần Gia Huy 22147057

3.Trần Đặng Quang Trung 22147089

Mã lớp học: 22147CL1B

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022

MỤC LỤC

1.LỜI MỞ ĐẦU

1.1 NGÀNH LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ HIỆN NAY………2

2 LĨNH VỰC LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRONG NỀN CÔNG NGHIỆP 4.0……… 2 2.1 LĨNH VỰC LẠNH, ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ THÀNH PHỐ THÔNG MINH……….3 2.2 HỆ THỐNG TÒA NHÀ THÔNG MINH……….3 2.3 LĨNH VỰC LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VỚI GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG SỐNG

3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRONG CÁC TÒA NHÀ……….6 3.1 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CỤC BỘ………6 3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM………… 7 3.3 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ BIẾN TẦNG……….11

4 XU HƯỚNG CHI PHỐI PHÁT TRIỂN CỦA LĨNH VỰC LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG

KHÍ……… … 13 5.KẾT LUẬN………13 6.TÀI LIỆU THAM KHẢO……….14

1.LỜI MỞ ĐẦU

1.1 NGÀNH LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ HIỆN NAY

Hiện nay quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa đang diễn ra mãnh liệt trên toàn thế giới Theo một số dự báo, tới năm 2050 gần 70% dân số thế giới sẽ sống trong các đô thị Vì vậy nhu cầu điều hòa, làm lạnh cũng tăng cao Theo nghiên cứu của IEA tiêu thụ điện cho lĩnh vực làm lạnh vào năm 2016 chiếm khoảng 16% sản lượng điện trên toàn thế giới, gấp hơn 3 lần so với năm 1990; con số này vào năm 2030 sẽ tăng lên tương ứng khoảng 30% vượt xa các ngành công nghiệp, dịch vụ truyền thống khác Tính

về số lượng thiết bị lạnh doanh số toàn thế giới năm 2016 xấp xỉ 1,1 tỉ bộ, năm 2030 sẽ xấp xỉ 2 tỉ bộ

Ở Việt Nam cũng tương tự như trên thế giới, với tốc độ công nghiệp hóa cao, với số lượng các tòa nhà cao tầng tăng hàng năm

từ 10-12% Dẫn tới thị trường lạnh & ĐHKK của Việt Nam trong thời gian 1995-2018 có một giai đoạn tăng trưởng ngoạn mục với tốc độ 2 con số trong nhiều năm

Trong 2 năm gần đây do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 nên tốc độ tăng trưởng của thị trường lạnh toàn thế giới có mức sụt giảm, đặc biệt khu vực ASEAN có mức giảm từ 17-21% tùy theo lĩnh vực Trong bối cảnh đó Việt Nam nổi lên như một thị trường

ít bị ảnh hưởng, nhờ chính sách chống dịch hợp lý của Nhà nước, với sự sụt giảm ước chừng 8% [2] Tuy nhiên đây cũng là một thời điểm rất khó khăn cho nhiều doanh nghiệp sản xuất, cung ứng và đặc biệt các nhà thầu xây lắp Tuy nhiên với dân số vàng,

tỉ lệ ĐHKK trên hộ gia đình so với các nước trên thế giới và trong khu vực còn khá thấp và quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa đang tiếp tục mãnh liệt Chúng ta hoàn toàn có thể hy vọng vào tương lai tươi sáng cho lĩnh vực lạnh và ĐHKK (Heating Ventilating Air conditioning & Refrigeration- HVACR)

2 LĨNH VỰC LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRONG NỀN CÔNG NGHIỆP 4.0

2.1 LĨNH VỰC LẠNH, ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ THÀNH PHỐ THÔNG MINH

Do đô thị hóa mãnh liệt nên chất lượng sống trong các đô thị giảm sút nhiều vì vậy thế giới đã đưa ra giải pháp thành phố thông minh Với cách tiếp cận từ hạ tầng kỹ thuật, thành phố thông minh gồm các yêu tố cốt lõi sau (i) hệ thống năng lượng thông minh -smart energy system;(ii) tòa nhà thông minh-smart buildings;(iii) hệ thống giao thông thông minh-smart transportation; (iv) người sử dụng thông minh-smart users Tất cả các yếu tố nêu trên được xây dựng trên nền tảng công nghệ thông tin và truyền thông tích hợp ICT- Information and communication technology Trong đó ba yếu tố cơ bản nhất cấu thành nên thành phố thông minh chính là hệ thống năng lượng thông minh, tòa nhà thông minh và người sử dụng thông minh, với liên quan chặt chẽ tới lĩnh vực HVACR

2.2 HỆ THỐNG TÒA NHÀ THÔNG MINH

Về bản chất hệ thống tòa nhà thông minh, được kế thừa trên nền tảng công nghệ “tòa nhà xanh” thân thiện với môi trường, kết hợp hàng trăm cảm biến kiểm soát các thông số của tòa nhà được nối với hệ thống tự động quản lý tòa nhà- Building Management System(BMS) Tiếp theo hệ thống BMS lại được kết hợp với các

hệ thống khác, như mạng năng lượng thông minh, người sử dụng thông minh thông qua hạ tầng ICT

Trong các tòa nhà này, đã kết hợp giữa hệ thống điều khiển tòa nhà thông minh BMS hạ tầng ICT để tối ưu việc đáp ứng các nhu cầu làm mát, sưởi ấm và thông gió của tòa nhà bằng hệ thống năng lượng thông minh(microgrids) nhằm tối đa sử dụng điện mặt trời

áp mái, nước nóng mặt trời cũng như hệ thống điều hòa-bơm nhiệt địa nhiệt /trữ nhiệt Đảm bảo vấn đề sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng trong các tòa nhà

Sử dụng tối ưu thông gió tự nhiên căn cứ theo mức độ ô nhiễm môi trường và nhu cầu khí tươi (giảm nồng độ tồn đọng CO )2 nhằm giảm tải cho hệ thống điều hòa Bên cạnh đó ánh sáng tự nhiên và chất lượng môi trường không khí trong nhà cũng là

những yếu tố được hệ thống BMS kết hợp ICT / AI coi là những thông số chính cần đảm bảo

Đây là tập hợp những công nghệ mới nhất trong lĩnh vực Điều hòa không khí Điều này đảm bảo việc giảm đáng kể việc sử dụng điện lưới, giảm lượng phát thải khí nhà kính-GHG, tiết kiệm năng lượng và đặc biệt tăng chất lượng sống của con người trong các tòa nhà

2.3 LĨNH VỰC LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VỚI GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG SỐNG

Hiện nay các thành phố trên toàn thế giới đang đối mặt với các thách thức lớn: dân số của ngày càng gia tăng, sự quá tải của cơ sở

hạ tầng Tốc độ đô thị hóa tăng nhanh làm cho cơ sở hạ tầng đã đạt đến công suất tối đa và ô nhiễm không khí là đạt đến mức nguy hiểm Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), gần 90% dân số

đô thị của thế giới đang sống trong môi trường với mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều hơn các ngưỡng cho phép Khoảng 7 triệu người chết mỗi năm từ tác động của không khí sự ô nhiễm Theo WHO, ô nhiễm là mối đe dọa toàn cầu lớn hơn nhiều so với đại dịch Ebola và HIV, Covid-19

Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), môi trường trong nhà độc hại gấp hai đến năm lần so với môi trường ngoài trời Đây là một vấn đề rất lớn vì trung bình mọi người dành 90% thời gian của họ trong các tòa nhà Thật vậy, dưới tác động của chính sách tiết kiệm năng lượng ở các quốc gia, hiện nay lớp vỏ của các tòa nhà ngày càng kín hơn, việc thông gió tự nhiên cũng bị khống chế, trong khi đó ô nhiễm bụi mịn dạng PM.10 đặc biệt PM 2.5 ở các đô thị ngày càng tăng cao Chính việc cấp không khí tươi không tính đến độ ô nhiễm ngoài trời cũng như sự tồn đọng các bụi mịn trong các tòa nhà do thiếu thông gió, làm tăng độ ô nhiễm không khí trong nhà, dẫn tới tăng nguy cơ phát triển bệnh ung thư Không chỉ đô thị của các nước đang phát triển đang trải nghiệm mức độ tập trung bụi mịn cao, mà nồng độ bụi mịn cũng rất cao ở các thành phố lớn của các nước phát triển Nguồn chính phát thải

bụi min là từ các nhà máy sử dụng nhiều nhiên liêuh hóa thạch và

từ các phương tiện giao thông Ví dụ, ở Milan, Ý, cứ sau hai tháng, nồng độ trung bình bụi mịn lại đạt đến mức không lành mạnh Năm 2016, chính quyền Pháp đã phải cấm xe ô tô vào thành phố Paris để kiểm soát mức độ ô nhiễm

Chính chất lượng không khí trong nhà tại nhiều đô thị không đảm bảo, nên thị trường máy lọc khí trên thế giới rất phát triển Tại Nhật Bản, 60 phần trăm tất cả các hộ gia đình đô thị được trang bị máy lọc không khí độc lập Điều này tạo ra kỳ vọng rằng trong các tòa nhà văn phòng và khách sạn, không khí được lọc trong lành Tuy nhiên, hiện tại các hệ thống thông gió tập trung của các tòa nhà thương mại thường không làm sạch không khí khỏi các chất ô nhiễm, trước khi chúng được hút vào Do vậy trên thực tế việc chỉ

sử dụng các máy lọc khí cục bộ cho các không gian cụ thể là chưa đảm bảo cho chất lượng

Do đó việc tích hợp các bộ lọc bụi min vào hệ thống điều hòa thông gió cấp nhiệt- HVAC trong các tòa nhà thông minh đang mang lại những hiệu quả đáng kể: Máy lọc làm sạch không khí bằng cách thổi qua bộ lọc bằng quạt có tác dụng khử ô nhiễm bụi mịn tập trung tại nguồn cấp vào nhà Tích hợp bộ lọc vào hệ thống cấp khí tươi của hệ thống HVAC cho phép tăng hiệu quả tổng thể đáng kể trong việc làm giảm ô nhiễm bụi mịn cũng như các khí SOx, NO Tuy nhiên, vì bụi mịn cũng xâm nhập qua nhiều lỗ nhỏx trong lớp vỏ công trình, nên cũng cần phải làm sạch không khí bằng việc kết hợp lọc khí cục bộ

Các nghiên cứu phát triển gần đây cho thấy các hệ thống điều khiển của HVAC tích hợp trong BMS thế hệ tiếp theo sẽ kết hợp các khả năng đo lường đối với các yếu tố ô nhiễm như bụi mịn ở trong và ngoài nhà Điều này cho phép tối ưu giữa việc cung cấp không khí trong tươi (do đó giảm CO2 trong nhà) và gây ô nhiễm

từ bên ngoài

Các thuật toán thông minh cũng dự đoán ô nhiễm dựa trên dự báo thời tiết: từ đó quyết định có thể tòa nhà sẽ được thông gió vào giữa đêm, khi ô nhiễm thường ở mức thấp hoặc ở trước một tình huống thời tiết nghịch đảo nhiệt thường xảy ra đi kèm với nồng

độ bụi mịn cao

Các thuật toán điều khiển tiên tiến như vậy đòi hỏi một bộ điều khiển mạnh mẽ và linh hoạt dựa trên nền tảng AI Bằng cách thu thập các dữ liệu làm cơ sở các thư viện làm sẵn được cung cấp bởi

bộ điều khiển này, người dùng có thể tự do lập trình cho các giải pháp tùy chỉnh hoặc sáng tạo để tối ưu hóa sức khỏe của người cư ngụ

Tóm lại không khí mà chúng ta hít thở có tác động đáng kể đến sức khỏe và năng suất làm việc của chúng ta Vì chúng ta dành phần lớn thời gian trong các tòa nhà, điều quan trọng là phải đảm bảo không khí trong nhà sạch sẽ và trong lành Thông gió đầy đủ giúp mọi người làm việc hiệu quả và tránh những gì được gọi là hội chứng bệnh văn phòng, kiểm soát độ ẩm tương đối trong các tòa nhà giúp giảm nguy cơ lây truyền vi-rút Covid-19 đáng kể, kiểm soát độ ô nhiễm không khí trong nhà thông qua kiểm soát bụi mịn tập trung bằng cách tích hợp bộ lọc khí với hệ thống HVAC trên nền tảng hệ BMS/AI thông minh, là một giải pháp tổng thể để tạo ra những nơi hoàn hảo cho sức khỏe và năng suất làm việc của

cư dân trong các tòa nhà

3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRONG CÁC TÒA NHÀ

3.1 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CỤC BỘ

Hệ thống này gồm các máy cục bộ đơn chiếc được lắp đặt cho các khu vực điều hoà đơn lẻ Máy cục bộ gồm 2 khối là:

a/ Khối nóng (OUTDOOR) đặt ngoài khu vực điều hoà

b/ Khối lạnh (INDOOR) là phần phát lạnh được đặt trong khu vực điều hoà

Đặc điểm của hệ thống này :

– Loại máy nhỏ (máy dân dụng), công suất thường từ 9.000 – 96.000Btu/h

– Lắp đặt nhanh, dễ dàng và không đòi hỏi kỹ thuật cao.

– Sử dụng đơn giản, không bị ảnh hưởng của các máy khác trong

hệ thống

– Bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản và độc lập từng máy

– Việc lắp đặt rời rạc các OUTDOOR ở trên tường ngoài nhà sẽ làm ảnh hưởng đến kết cấu kiến trúc của toàn bộ toà nhà (Việc treo các OUTDOOR thông thường phải treo phía tường ngoài nhà để đảm bảo độ khảng cách nối INDOOR với OUTDOOR trong giới hạn tiêu chuẩn)

– Do INDOOR và OUTDOOR nối với nhau bằng ống GAS, trong trường hợp máy bị dò GAS gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người và ảnh hưởng đến môi trường (làm phá hủy tầng OZONE) – Đối với hệ thống máy cục bộ, việc cung cấp khí tươi cho phòng thường là cấp trực tiếp bằng quạt gió Do vậy, không khí không được xử lý bụi, ẩm và thường tạo lên sự chênh lệch nhiệt độ cao giữa luồng khí cấp bổ xung và luồng khí cấp lạnh của INDOOR, gây cảm giác khó chịu cho con người trong phòng điều hòa – Khả năng bố trí các INDOOR trong phòng để đảm bảo độ khuyếch tán đồng đều bị hạn chế

– Hiệu suất hoạt động của máy ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ bên ngoài Đặc biệt khi nhiệt độ không khí bên ngoài cao thì hiệu suất làm việc của máy giảm đáng kể Nhiệt độ ngoài trời cao, khả năng trao đổi nhiệt của dàn nóng thấp, INDOOR phát ra công suất lạnh thấp, máy ở tình trạng quá tải

– Hệ số tiêu thụ điện năng lớn, chi phí vận hành cao

– Độ bền và tuổi thọ sử dụng không cao (khoảng 5…6 năm)

– Thường áp dụng cho những công trình nhỏ, đơn giản, không yêu cầu các thông số môi trường đặc biệt

3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM

Hệ thống này gồm một hay nhiều máy trung tâm phối hợp thành một hệ thống tổng thể phân phối lạnh cho toàn bộ các khu vực trong toà nhà Hệ thống điều hoà trung tâm sử dụng nước làm tác nhân lạnh thông qua hệ thống đường ống dẫn nước vào các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh không khí

Hệ thống máy lạnh trung tâm bao gồm các phần chính :

a/ Máy lạnh trung tâm (CHILLER): Là thiết bị sản xuất ra nước lạnh qua hệ thống đường ống dẫn, cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt lắp đặt trong các không gian điều hoà để làm lạnh không khí b/ Các dàn trao đổi nhiệt (FAN COIL UNITs – FCUs): Là các thiết

bị đặt tại các khu vực cần điều hoà (công suất các dàn trao đổi nhiệt được chọn dựa vào công suất lạnh yêu cầu của phòng mà lắp các loại khác nhau) Tại đây, nước lạnh từ máy lạnh đi qua dàn lạnh

để trao đổi nhiệt với không khí trong phòng và thực hiện chức năng làm lạnh

c/ Tháp giải nhiệt và bơm nước: Thực hiện chức năng giải phóng năng lượng nhiệt của bình ngưng (máy lạnh) sau khi máy lạnh thực hiện công làm lạnh nước trong bình bay hơi

d/ Hệ thống đường ống và bơm nước cấp lạnh: Là hệ thống phân phối nước lạnh từ máy lạnh trung tâm đến các dàn trao đổi nhiệt FCU

e/ Hệ thống đường ống phân phối không khí lạnh: Là hệ thống phân phối không khí lạnh từ các FCU qua các miệng thổi tới các khu vực cần điều hoà

f/ Hệ thống điện điều khiển: Là hệ thống điều khiển khống chế liên động các thiết bị trong hệ thống (Máy lạnh, FCU, Bơm nước và tháp giải nhiệt)

Đặc điểm của hệ thống này:

– Máy lạnh trung tâm có thể đặt trên tầng mái hay trong phòng kỹ thuật tầng hầm Các dàn trao đổi nhiệt được đặt trong các phòng điều hoà (thông thường là các loại dàn đặt trong trần giả, được phân phối không khí lạnh thông qua đường ống gió và các cửa thổi đặt trong trần) Hệ thống đường ống nước lạnh phân phối cho các dàn trao đổi nhiệt được đi trong hộp kỹ thuật và trên trần giả Vì vậy, việc lắp đặt hệ thống không làm ảnh hưởng đến kết cấu kiến trúc của công trình

– Việc cấp lạnh được thông qua hệ thống ống gió và các miệng thổi từ trên trần xuống các khu vực của phòng điều hoà Do đó, việc bố trí các miệng thổi để đảm bảo khả năng khuyếch tán đều không khí lạnh trong phòng là hoàn toàn có thể thực hiện được – Đối với hệ thống trung tâm, việc cấp bổ xung khí tươi rất đơn giản Bằng cách thông qua hệ thống ống gió lắp, các thiết bị hoà trộn không khí AHU cấp không khí tươi vào và hoà trộn với không khí hồi về của mỗi FCU, AHU (điều này đối với các máy cục bộ khó có thể thực hiện được)

– Do hệ thống giải nhiệt bằng nước nên trong quá trình hoạt động máy lạnh chạy ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên ngoài – Hệ số tiêu thụ điện năng thấp Hơn nữa, khả năng điều chỉnh công suất của hệ thống tốt Do đó, trong quá trình vận hành máy lạnh sẽ tự động điều chỉnh công suất máy nén để đảm bảo giảm tối thiểu chi phí điện năng trong quá trình vận hành hệ thống Điều này giảm đáng kể chi phí vận hành cho toàn bộ hệ thống