CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ CHITIẾT FCU1.1 Hệ thống điều hòa không khí 1.1.1 Khái niệm hệ thống điều hòa không khí Điều hòa không khí hay điều hòa nhiệt độ tiến
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
Trang 2Mục lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ CHI
TIẾT FCU 1
1.1 Hệ thống điều hòa không khí 1
1.1.1 Khái niệm hệ thống điều hòa không khí 1
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của điều hòa không khí 2
1.2 Chi tiết FCU 2
1.2.1 FCU là gì? 2
1.2.3 Nguyên lý hoạt động của FCU 3
1.2.4 Ứng dụng của FCU 4
1.2.5 Ưu và nhược điểm FCU 4
CHƯƠNG 2: THÀNH LẬP SƠ ĐỒ, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH 6
2.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc 6
2.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 6
2.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ tk 6
2.1.3 Nhiệt độ hơi quá lạnh tql 7
2.1.4 Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn 7
2.1.5 Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh 7
2.2 Thành lập sơ đồ nguyên lí, đồ thị p - h và T-s 7
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 7
2.2.2 Nguyên lý làm việc 10
2.2.3 Xác định chu trình 1 cấp có thiết bị hồi nhiệt 10
2.3 Tính toán cho máy nén theo chu trình và chọn máy nén 12
2.4 Tính toán chọn thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng không khí 17
2.5 Tính toán thiết bị bay hơi 18
2.6 Tính toán chọn van tiết lưu 20
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHI TIẾT FCU 22
3.1 Tính toán diện tích truyền nhiệt 22
3.1.1 Tính toán mật độ truyền nhiệt từ vách vào phòng 23
3.1.2 Tính toán diện tích truyền nhiệt 23
2
Trang 33.2 Lựa chọn sơ bộ FCU 24
3.3 Tính toán số ống, số cánh 25
3.4 Đánh giá kết quả thiết kế 33
3.5 Bản vẽ chi tiết FCU 35
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
3
Trang 4Lời mở đầu
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên bộ môn – Thầy
PGS.TS Đặng Thành Trung đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho
em trong suốt thời gian học tập vừa qua
Với đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều hòa khống khí FCU sau khi tìm hiểu và tiến hành làm đồ án cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy của thầy, đã giúp đỡ em một cách tận tình.
Đồ án này vô cùng bổ ích và có tính thực tế cao Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu thực tiễn của sinh viên Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế và khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều bỡ ngỡ Mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn bài tiểu luận khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn chưa chính xác, kính mong cô xem xét và góp ý để bài tiểu luận của em được hoàn thiện hơn.
Sau cùng em xin chân thành cảm ơn Thầy đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoàn thành đồ án Em xin chúc thầy nhiều sức khỏe và tiếp tục thực hiện sứ mệnh thiêng liêng và bồi dưỡng cho thế hệ mai sau.
Sinh viên thực hiện
Hà Quang Chức
4
Trang 5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ CHITIẾT FCU
1.1 Hệ thống điều hòa không khí
1.1.1 Khái niệm 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 đụng ở trong quy mô gia dụng và thương mại.
Điều hào 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 cảu 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 nhu cầu của con người.
Hình 1.1 Mô phỏng hệ thống điều hòa không khí
Nguyên 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 hằng ngày của con người Việc mà chúng ta
5
Trang 6chế tạo ra các thiết bị diều hòa không khí là tạo ra các hệ thông lạnh điều khiển nhiệt độ tùy theo ý thích của người sử dụng Và trong một hệ thống điều hòa không khí như vậy 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.
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của điều hòa không khí
Thông thường dàn nóng sẽ có lúc chạy lúc nghỉ 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 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 người dùng cài đặt trong khoảng 1-2 C thì board sẽ điều khiển0
cho dàn nóng hoạt dộng Dàn nóng hoạt dộng sẽ cung cấp môi chất lỏng cho dàn lạnh, gas lỏng bốc hơi trong dàn lạnh và thu nhiệt không khí qua dàn lạnh, gas lỏng bốc hoi 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 đặt nhiệt độ đã được cài đặt trước Cứ thế, nếu nhiệt độ trong phòng đặt yêu cầu thì dàn lạnh sẽ ngưng, còn nếu nhiệt độ chênh lệch cao hơn 1-2 C so với cài đặt thì cơ chế này lại tiếp tục diễn0
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 26-280C.
6
Trang 71.2 Chi tiết FCU1.2.1 FCU là gì?
FCU( Fan - Coil Unit) là một thiết bị xử lý không khí, là một phần của hệ thống HVAC(hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa 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 thước 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, âm trần nối ống gió…
Hình 1.2 Hình ảnh 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, màng 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 phận nhiệt bên trong Hoặc được
7
Trang 8nối dây để hoạt động với bộ diều khiển 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 diều 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 canh đó, một số modul của FCU có trang bị dộng cơ tụ tách vĩnh viễn.
1.2.4 Ứng dụng của FCU
Hiện tại ,FCU được ứng dụng rộng rãi trong các 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 với các FCU với nhau cùng một đường ống Trong một số công trình cao tầng thì FCU thường được gắn ấm trần phòng tắm hoặc dùng để cung cấp không khí lạnh cho các khu vực không gian không quá lớn.
1.2.5 Ưu và nhược điểm FCU
● Ưu điểm:
- 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 bừng nhôm nên đạt hiệu quả cao trong quá trình trao đổi nhiệt Thiết kế đường ống nối với đường nước dược 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 ồn 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 hoạt động của moto quạt kết hợp với cách nhiệt và cách âm đạt chất lượng cao
8
Trang 9- FCU là thiết bị được trang bị động cơ điện có chất lượng với ổ trục có độ ồn thấp nên k 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.
● Nhược điểm:
- 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 trì khó không linh hoạt và khi sửa chữa đòi hỏi người có chuyên môn cao.
9
Trang 10CHƯƠNG 2: THÀNH LẬP SƠ ĐỒ, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH2.1 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
- Nhiệt độ không khí vào FCU: t = 26 Ckkv O
- Nhiệt độ nước vào FCU: t = 7 Cnv o
- NHiệt độ nước ra FCU: t = 13 Cnr o
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:
Do thiết bị bay hơi được chọn thiết kế trong hệ thống điều hòa không khí là thiết bị bay hơi kiểu bình bay hơi.
- hiệu nhiệt độ bay hơi yêu cầu ( độ chênh nhiệt độ yêu cầu, đối với môi trường cần làm
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
: Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu ( độ chênh nhiệt độ yêu cầu, đối với môi trường giải nhiệt là không khí ) Co
= 10 20 ,oC → Chọn = 11 Co
10
Trang 11Thay vào ta có: = 37+11 = 48 Co
2.1.3 Nhiệt độ hơi quá lạnh tql
Nhiệt độ hơi quá lạnh là nhiệt độ của hơi trước khi vào van tiết lưu Nhiệt độ hơi quá lạnh rất nhỏ.
Chọn = 4 Co
→ Chọn = = 48 - 4 = 44 C o
2.1.4 Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn
Chọn độ chênh nhiệt độ quá nhiệt Chọn Δtqn
tqn xác định theo phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: h1 - h = h - h634
Điểm 6: Từ t = 2 C ta có h = 398,36 kJ/kg6 0 6
Điểm 3: Từ t = 48 C, tra bảng bão hòa ta được h = 268,32 kJ/kg3 0 3
Điểm 4: Từ t = 44 C, tra bảng bão hòa ta được h = 262,19 kJ/kg4 0 4
Thay các thông số trên vào phương trình ta được
h1 = h – h + h = 268,32 – 262,19 + 398,36 = 404,49 kJ/kg Tra34 6
bảng hơi quá nhiệt ở áp suất p = 3,146 bar ta có t = 8,8 C Vậy0 1 0
Δtqn = 6,8 C Ta chọn Δt = 7 C0qn 0
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: P0 (t = 2 C) = 3.146 baro o
Pk (t = 48 C) =12.526 bark o
Ta có tỷ số nén: π = = = 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 Δt = 7 Cqn 0
2.2 Thành lập sơ đồ nguyên lí, đồ thị p - h và T-s
2.2.1 Thành lập sơ đồ và đồ thị của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trìnhkhô dùng thiết bị hồi nhiệt
*Sơ đồ nguyên lý
11
Trang 12Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của chu trình máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trìnhkhô 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;
12
Trang 136– 1: quá trình quá nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt III.
• Đồ thị lgp – h và T – s:
13
Trang 30Sơ đồ bố trí kết cấu thiết bị thể hiện trên hình vẽ sau đây:
Hình 3.3.2: Sơ đồ bố trí kết cấu và chiều chuyển động của FCU
Tốc độ dòng không khí khi đi qua tiết diện ngang ABCD trước dàn ống được gọi là tốc độ hứng gió của thiết bị, khi thiết kế dàn lạnh thường chọn = 3-4m/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 7.5m/s Trong các dàn lạnh của hệ thống điều hòa không khí thường được 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 Ở thiết kế này ta chọn tốc độ hứng gió của thiết bị = 4m/s, do đó tốc độ không khí qua chỗ hẹp nhất:
30
Trang 31λ - hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/mK
(Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt - Hoàng Đình Trí)
Hình 3.3.3 Bố trí chi tiết thông số ống
Hiệu suất cánh:
31
Trang 32Hình 3.3.4 Thông số chi tiết ống
Do cường độ tỏa nhiệt trên toàn bộ bề mặt cánh không đều, thường chọn hệ số không đều Ψ=0.85 Do đó cường độ tỏa nhiệt của cánh được tính:
Ψ =82,94.0,873.0,85 = 61,54 W/m2.K Diện tích cánh của 1m ống
Diện tích bề mặt ngoài của ống nằm giữa các cánh ứng với 1m ống: Tổng diện tích bề mặt ngoài ứng với 1m ống:
F =
32
Trang 33Diện tích bề mặt trong ứng với 1m ống:
Vì nhiệt độ mặt cánh 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
Trong tính toán thiết kế, nhiệt độ nước vào FCU: 5-7 C, nhiệt độ cước ra FCU: 12-13o0C, chọn sơ bộ nhiệt độ trong bình nước lạnh tn = 10 C ( và sẽ kiểm tra lại sau) Ứng với tn =o
100C ta tìm được thông số vật lý của nước như sau:
Nước lạnh chuyển động trong dàn ống, khi thiết kế thường chọn khoảng
Trang 34: Nhiệt trở lớp bụi chọn khoảng = 0.0003 m.K/W
● : Nhiệt trở lướp cáu nước, tùy rtheo điều kiện chất lượng nước, khoảng 0.0002-0.0005 m2.K/W, ở đây chọn = 0.0004 m2.K/W
k = [ = 27,145 -1
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):
Lưu lượng không khí vào dàn lạnh:
I1 và I tra từ đồ thị t-d từ nhiệt độ không khí vào và nhiệt độ không khí ra2
Trang 35Số dãy ống theo chiều dòng: n = 42
Chiều dài mỗi đoạn ống: b=1m
Chiều dài một dãy ống L (một đường uốn khúc trên tiết diện ngang):1
L1
Chọn L = 7m1
( Tổn thất áp suất nước trên đoạn ống không vượt quá 3mm H O thường dùng trong thực2
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 :
= 0,0108 m2/m Số đoạn ống trên một dãy là:
( đoạn)
Vậy ta chọn n = 7 đoạn ống trên mỗi dây1
Diện tích tiết diện hẹp nhất của thiết bị mà dòng khí lưu động qua Fmin:
Trang 36Hình 3.3.6 Bố trí kích thước dàn lạnh FCU
3.4 Đánh giá kết quả thiết kế
Từ các thông số 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 những con số gần như nhau nên thỏa điều kiện
36
Trang 39Hình 3.5.2 Mặt cắt A và B
Hình 3.5.3 Bãn vẽ 3D FCU
39
Trang 40Hình 3.5.4 Chi tiết bố trí treo FCU
Hình 3.5.5 Chi tiết lắp đặt FCU
40
Trang 41So sánh thiết kế dàn ngưng không khí Thông số Đơn vị Thông số thiết
So sánh thiết kế van tiết lưu
Thông số Đơn vị Thông số thiết
Trang 42Thông qua quá trình tính toán trên ta có thể kết luận hệ thống gồm: Chọn tác nhân lạnh R134a Năng suất lạnh Q=32kW Chọn máy nén BITZER 4P-2Y
Chọn dàn ngưng quạt kiểu nằm ngang ABM (Dàn ngưng quạt loại nhỏ) ANKAKO Chọn bình bay hơi ống vỏ R134a sôi trong ống HTBP-12,5
Chọn FCU giấu trần kiểu 42CLA-006 của hãng Carrier
Về tổng quan về FCU, đã nêu được khái niệm điều hòa không khí và sơ lượt về FCU Còn tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của FCU Tính toán chu trình lạnh để chọn máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi dựa vào phần mềm BITZER Trong quá trình tính toán và thiết kế FCU đã đảm bảo đúng năng suất, tính toán các thông số đòi hỏi phải chính xác và hợp lý
Qua bài trên cho ta thấy kết quả thiết kế và lựa chọn khi so sánh với catalog không chênh lệch bao nhiêu, cho thấy sự chuẩn xác khi tính toán, chi tiết từng con số để đưa ra kết quả chính xác nhất và mang lại sự hiệu quả cho bài làm.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy ĐĂNG THÀNH TRUNG đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này Đó là những kiến thức giúp em thực hiện tốt nhiệm vụ học tập của em hiện tại và là nền tảng cho công việc của chúng em sau này.
42