thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho xưởng may đồ án thiết kế hệ thống điều hòa không khí

Trong khuôn khổ đồ án môn học này, em xin phép được trình bày một hướng nghiên cứu của em liên quan đến việc xây dựng và thiết kế hệ thống điều hòa không khí, đó chính là: “Thiết kế hệ t

Mục lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Ảnh hưởng của môi trường không khí tới con người và sản xuất 1

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH 10

Sơ bộ về công trình 10

Chương 3: Tính cân bằng nhiệt ẩm cho công trình 12

3.1.Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát 12

3.2 Tính cân bằng nhiệt 13

3.3 Tính toán ẩm thừa 27

3.4 Tính kiểm tra đọng sương trên vách 30

Chương 4: Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí 31

4.1.Chọn sơ đồ tuần hoàn không khí của hệ thống 31

4.2 Tính xác định năng suất lạnh cho công trình 33

Chương 5: Tính chọn máy và thiết bị 41

5.1 Phân tích chọn hệ thống điều hoà cho công trình 41

5.2 Yêu cầu đối với việc chọn máy và thiết bị 42

5.3 Hiệu chỉnh công suất của thiết bị 42

5.4 Chọn máy và thiết bị 48

Chương 6: Tính toán hệ thống vận chuyển không khí 50

6.1 Các phương pháp tính thiết kế đường ống gió 50

6.2 Tính thiết kế đường ống gió bằng phương pháp ma sát đồng đều 51

6.3 Tính toán đường ống nước ngưng cho hệ thống VRV 58

Kết luận 59

Tài liệu tham khảo 60

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, xã hội của cả nước, ngành điều hòa không khí cũng đã có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng trở nên quen thuộc trong đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người Cụ thể, điều hòa tiện nghi hiện nay có mặt phổ biến ở rất nhiều nơi Từ những tòa nhà cao ốc, khách sạn, văn phòng, nhà hàng, chung cư , nhà ở đến các phương tiện phục vụ việc đi lại như ôtô, tàu hỏa, máy bay…Sự có mặt phổ biến của điều hòa tiện nghi góp phầngiúp nâng cao chất lượng cuộc sống, đảm bảo sức khỏe, sự thoải mái, dễ chịu đối với con người Cùng với điều hòa tiện nghi, điều hòa công nghệ trong những năm qua cũng đã hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành, góp phần để nâng cao chất lượng sản phẩm, hiệu quả làm việc, đảm bảo quy trình công nghệ, quy trình sản xuất Những ngành có thể kể đến như: Ngành y tế, Ngành thủ công nghiệp như: Sợi, dệt, chế biến thuốc lá, chè, in ấn, các ngành công nhệ cao như: Vi điện tử, điện tử tương tự và điện tử số, máy tính, viện thông, các ngành hóa học, cơ khí chính xác,… Qua đây, ta thấy được tầm quan trọng của ngành điều hòa không khí đối với đời sống của con người Do vậy, việc học tập và nghiên cứu về các hệ thống điều hòa không khí là điều rất cần thiết, đặc biệt là đối với một sinh viên ngành Nhiệt – Lạnh như em Nhận thức được sự cần thiết ấy, thông qua việc thực hiện đồ án môn học này, em hi vọng sẽ tích lũy được thêm cho mình những kiến thức, kinh nghiệm bổ ích khi xây dựng và thiết kế một hệ thống điều hòa không khí Đó sẽ là hành trang quý báu cho em trong quá trình công tác sau này Trong khuôn khổ đồ án môn học này, em xin phép được trình bày một hướng nghiên cứu của em liên quan đến việc xây dựng và thiết kế hệ thống

điều hòa không khí, đó chính là: “Thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho xưởng may.” Với tư cách là sinh viên chuyên ngành Máy & Thiết bị lạnh, em được đào tạo

về lĩnh vực kỹ thuật lạnh trong đó có môn học Đồ án Thiết kế hệ thống điều hòa không khí, môn học giúp cho sinh viên có cái nhìn thực tế của người kỹ sư khi gặp vấn đề thiết kế và xây dựng hệ thống điều hòa sau này

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy Vũ Tuấn Anh và các thầy trong bộ

môn đã giúp em hoàn thành đồ án này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

1.1 Giới thiệu chung

Với sự phát triển của công nghệ giúp cuộc sống ngày càng được nâng cao, dẫn đến nhu cầu cho cuộc sống cũng phải được nâng cao Từ ăn mặc, giải trí, giao thông đi lại,…

Trong đó không gian làm việc hay nghỉ ngơi cũng là một trong những nhu cầu thiết yếu không chỉ dừng ở gia đình mà còn cả trong sản suất hay văn phòng, thương mại, công nghiệp Như mọi người đều biết, nghành điều hòa không khí đã ra đời, tồn tại và phát triển từ rất lâu đời

Từ 5000 năm trước, con người đã biết dùng muối trộn nước theo tỉ lệ nhất định để bảo quản thực phẩm, cho đến dùng quạt làm bay hơi nước để làm mát Rồi đến những chiếc máy điều hòa đầu tiên hoạt động trên nguyên lý bay hơi môi chất ở nhiệt độ thấp cồng kềnh Từng bước phát triển của điều hòa không khí đều để lại các cột mốc quan trọng cho đến ngày nay với những thiết bị đa dạng và đa năng hơn rất nhiều, không chỉ để làm mát và còn để sưởi ấm hay quản soát được nhiệt độ hay độ ẩm như mong muốn Như vậy chúng ta đã thấy một điều quan trọng là điều hòa không khí luôn tồn tại và đi liền với sự phát triển của con người

1.2 Ảnh hưởng của môi trường không khí tới con người và sản xuất

2.1 Ảnh hưởng của môi trường không khí tới con ngườia Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh rõ rệt nhất đối với con người, do đây là yếu tố quyết định sự truyền nhiệt giữa bề mặt da và môi trường không khí xung quanh Khi lao động (hoạt động) con người đều sản sinh ra nhiệt lượng mà nhiệt lượng sản sinh lại nhiều hơn lượng nhiệt cần duy trì ở 370C Do đó cần phải giải phóng lượng nhiệt dư thừa vào môi trường không khí xung quanh từ bề mặt bên ngoài con người theo 3 phương thức truyền nhiệt sau: đối lưu, bức xạ, bay hơi.

Truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ từ mặt da hoặc chỉ bằng dẫn nhiệt qua lớp quần áo được diễn ra khi có chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và bề mặt da Khi nhiệt độ môi trường nhỏ hơn 360C, cơ thể thải một lượng nhiệt ra môi trường nên có cảm giác lạnh Còn nhiệt độ môi trường lớn hơn 360

C, cơ thể nhận một lượng nhiệt nên có cảm giác nóng Tuỳ vào cường độ lao động và môi trường làm việc xung quanh mà gây cảm giác nóng lạnh đối với con người.

Ngoài việc truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, cơ thể người còn truyền nhiệt bằng bay hơi là nhiệt toả ra do có sự bay hơi nước trên cơ thể người (do mồ hôi, do hơi thở có chứa

1

hơi nước), lượng nhiệt ấy gọi là nhiệt ẩn Khi đó độ ẩm tương đối của không khí đóng vai tròrất quan trọng.

b Độ ẩm tương đối

Là yếu tố quyết định điều kiện bay hơi mồ hôi vào không khí Sự bay hơi nước vào không khí chỉ diễn ra khi < 100% Nếu không khí có độ ẩm vừa phải thì khi cơ thể đổ mồ hôi, mồ hôi sẽ bay vào không khí được nhiều sẽ gây cho cơ thể cảm giác dễ chịu hơn Nếu độ ẩm lớn quá, mồ hôi thoát ra ngoài da bay hơi kém (hoặc thậm chí không bay hơi được), trên da sẽ có mồ hôi nhớp nháp gây cảm giác khó chịu cho cơ thể.

Ngoài hai yếu tố nhiệt độ và độ ẩm thì tốc độ không khí cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi nhiệt ẩm giữa cơ thể và môi trường.

c Tốc độ không khí w k

Khi tăng tốc độ chuyển động của không khí sẽ làm tăng cường độ tỏa nhiệt và cường độ tỏa chất, khi đó lượng nhiệt toả ra từ người bằng đối lưu và bằng bay hơi đều tăng và ngược lại Trong điều kiện độ ẩm lớn thì w tăng sẽ làm tăng nhanh quá trình bay mồ hôi trên da, sẽ kgây cảm giác dễ chịu về mùa hè Về mùa đông khi w lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ kthể gây cảm giác lạnh Để đảm bảo về chất lượng không khí cung cấp cho con người chúng ta không thể bỏ qua nồng độ các chất độc hại.

d Nồng độ khí độc hại

Ngoài ba yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió đã nói ở trên, không khí còn cần đảm bảo có độ trong sạch nhất định, đặc trưng bằng nồng độ các chất độc hại Độ sạch thể hiện nồng độ bụi bẩn, nồng độ khí độc hại như CO2, hơi nước và các hóa chất độc hại khác phát sinh trong quá trình sản xuất hoặc các phản ứng hoá học Tất cả các chất độc hại trên khi lẫn trong không khí phải ở mức độ cho phép để đảm bảo an toàn cho con người.

Tiếng ồn cũng là một yếu tố ảnh hưởng tới cảm giác dễ chịu của con người Trong quá trình sản xuất, hay sự hoạt động của máy móc sẽ phát ra những tiếng ồn, ta phải đảm bào tiếng ồn đó không gây ảnh hưởng đến công nhân vận hành và nhứng người xung quanh

2.2 Ảnh hưởng của môi trường không khí đối với sản xuấta Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng đối với nhiều nghành sàn xuất, vì nó quyết định đến chất lượng và mẫu mã của sản phẩm Ví dụ như trong sấy nóng, sấy đậu nành, sấy thuốc lá, sấy coffee, sấy chè, nếu nhiệt độ cao quá sẽ làm sản phẩm bị chín, làm sản phẩm bị hỏng Đối với sấy lạnh, khi sấy ở nhiệt độ thấp sẽ đảm bảo được chất lượng và mẫu mã sản phẩm Một số ngành sản xuất như bánh kẹo cao cấp đòi hỏi nhiệt độ không khí khá thấp (Ví dụ:

2

ngành chế biến sôcôla cần nhiệt độ 7 8 C, kẹo cao su 20 C), nếu nhiệt độ caọ sẽ làm hư hỏng sản phẩm Một số ngành sản xuất và các trung tâm điều khiển tự động trung tâm đo lường chính xác cũng cần duy trì nhiệt độ ổn định và khá thấp (20 C o 22 C), nhiệt độ okhông khí cao sẽ làm máy móc, dụng cụ kém chính xác và giảm tuổi thọ của thiết bị.

b Độ ẩm tương đối

Ngoài yếu tố về nhiệt độ thì độ ẩm cũng ảnh hưởng đến sản xuất rất nhiều Hầu hết các quá trình sản xuất thực phẩm đều cần duy trì độ ẩm vừa phải Độ ẩm quá thấp làm tăng nhanh sự thoát hơi nước trên mặt sản phẩm, do đó tăng hao trọng lượng, có khi làm giảm chất lượng sản phẩm (gây nứt nẻ, vỡ do sản phẩm bị giòn quá khi khô) Nhưng nếu lớn quá cũng làm môi trường phát sinh nấm mốc Ví dụ như trong nghành công nghiệp sợi dệt thì luôn phải duy trì độ ẩm vừa phải Nếu độ ẩm cao quá, sợi bị bón lại với nhau và sẽ khôngxe được sợi Nếu độ ẩm nhỏ quá, sợi sẽ giòn và dễ bị đứt khi xe.

c Độ trong sạch của không khí

Trong môi trường sản xuất thì độ trong sạch của không khí không chỉ tác động đến con người mà tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt là các nghành chế biến thực phẩm Bụi bẩn bám trên sản phẩm không chỉ làm giảm vẻ đẹp mà còn làm hỏng sản phẩm Các ngành sản xuất thực phẩm không chỉ yêu cầu không khí trong sạch, không có bụi bẩn mà còn đòi hỏi vô trùng nữa, một số công đoạn chế biến có kèm sự lên men gây mùi hôi thối.

d Tốc độ không khí

Tốc độ không khí đối với sản xuất chủ yếu liên quan đến tiết kiệm năng lượng quạt gió Tốc độ lớn quá mức cần thiết ngoài việc gây cảm giác khó chịu đối với con người còn làm tăng tiêu hao công suất động cơ kéo quạt Riêng đối với một số ngành sản xuất, không cho phép tốc độ gió ở vùng làm việc lớn quá như ngành sợi dệt, nếu tốc độ lớn quá sẽ làm rối sợi.

Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao cho các quá trình sản xuất và yêu cầu cải thiện điều kiện lao động của con người trong nhiều ngành công nghiệp như: dệt, thực phẩm, giấy, in, máy chính xác, tin học, điện tử, kỹ thuật điều hòa không khí ngày càng được áp dụng để tạo ra môi trường không khí có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ và độ trong sạch và độ ồn thích hợp.

Như vậy, con người và sản xuất đều cần có môi trường không khí với các thông số thích hợp Môi trường không khí tự nhiên không thể đáp ứng được những đòi hỏi đó Vì vậy, phải sử dụng các biện pháp tạo ra vi khí hậu nhân tạo bằng thông gió hoặc điều tiết không khí.

3

2.3 Phân loại hệ thống điều hoà không khí

Hệ thống điều hòa không khí là một tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ để tiến hànhcác quá trình xử lý không khí nhằm đáp ứng nhu cầu tiện nghi và công nghệ.

Việc phân loại các hệ thống điều hòa không khí là rất phức tạp vì chúng quá đa dạng và phong phú đáp ứng mọi nhu cầu của đời sống và sản xuất Có thể phân loại theo mục đích ứng dụng, theo tính chất quan trọng hay theo tính tập trung Dưới đây đồ án sẽ giới thiệu một số loại điều hòa không khí điển hình.

2.3.1 Hệ thống điều hòa cục bộa Máy điều hoà cửa sổ

Máy điều hoà cửa sổ là loại máy điều hoà không khí nhỏ nhất cả về năng suất lạnh và kích thước cũng như khối lượng.

Toàn bộ các thiết bị chính như máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, quạt giải nhiệt, quạt gió lạnh, các thiết bị điều khiển, điều chỉnh tự động, phin lọc gió, khử mùi của gió tươi cũng như các thiết bị phụ khác được lắp đặt trong một vỏ gọn nhẹ Năng suất lạnh dưới 24000 Btu/h và thường chia ra 5 loại 6, 9, 12, 18 và 24 ngàn Btu/h Máy được lắp đặt ngay trên tường ngăn cách giữa không gian cần điều hòa và bên ngoài Máy điều hòa cửa sổ thường được chế tạo có hình dạng như hình 1.1.

Hình 1.1 Máy điều hòa cửa sổb Máy điều hoà tách (Split unit)

* Máy điều hoà hai cụm

Máy điều hoà hai cụm là loại máy có một dàn nóng và một dàn lạnh Cụm dàn lạnh đượcđặt ở trong nhà bao gồm dàn lạnh, bảng mạch điều khiển và quạt Cụm dàn nóng được đặt ở ngoài trời bao gồm máy nén, và quạt giải nhiệt Hai cụm được nối với nhau bằng các đường ống gas đi và về Máy điều hòa hai cụm được thể hiện trên hình 1.2.

4

Hình 1.2 Máy điều hòa 2 cụm

* Máy điều hoà nhiều cụm

Máy điều hoà nhiều cụm là máy điều hoà có một dàn nóng với nhiều dàn lạnh bố trí cho các phòng khác nhau Các loại dàn lạnh cho máy điều hoà nhiều cụm rất đa dạng, từ loại treotường truyền thống đến loại treo trần, treo trên sàn, giấu trần có hoặc không có ống gió, năngsuất lạnh của các dàn lạnh thông thường từ 2,5 đến 6 thậm chí 7 kW Hệ thống điều hòa nhiều cụm được thể hiện trên hình 1.3.

Hình 1.3 Máy điều hòa nhiều cụm2.3.2 Hệ thống điều hoà (tổ hợp) gọn

a Máy điều hoà hai cụm không ống gió

- Máy điều hoà hai cụm không ống gió là máy điều hoà không khí không được phép lắp thêm ống gió vì quạt dàn bay hơi có cột áp nhỏ Có thể nói, nhiều máy điều hoà hai cụm của hệ thống điều hoà gọn và của hệ thống điều hoà cục bộ chỉ khác nhau về cỡ máy hay năng suất lạnh, do đó kết cấu của cụm dàn nóng và dàn lạnh đôi khi cũng có nhiều kiểu dánghơn.

- Máy điều hoà kiểu tủ thường sử dụng cho các hội trường, nhà khách, nhà hàng, văn phòng tương đối rộng Dàn bay hơi với quạt gió thổi tự do, không có ống gió, năng suất lạnhđến 14 kW hay 48000 Btu/h.

b Máy điều hoà hai cụm có ống gió

- Máy điều hoà hai cụm có ống gió thường được gọi là máy điều hoà hai cụm thương nghiệp, năng suất lạnh từ 36000 đến 240000 Btu/h Dàn lạnh được bố trí quạt ly tâm cột áp 5

cao nên có thể lắp thêm ống gió để phân phối đều gió trong phòng rộng hoặc đưa gió đi xa phân phối cho nhiều phòng khác nhau.

c Máy điều hoà dàn ngưng đặt xa

- Đại bộ phận các máy điều hoà tách có máy nén bố trí chung với cụm dàn nóng Nhưng trong một số trường hợp, máy nén lại nằm trong cụm dàn lạnh Trường hợp này người ta gọi là máy điều hoà có dàn ngưng đặt xa.

- Máy điều hoà dàn ngưng đặt xa cũng có chung các ưu nhược điểm của máy điều hoà tách Tuy nhiên do đặc điểm máy nén bố trí ở cụm dàn lạnh nên độ ồn trong nhà cao Chính vì lý do đó, máy điều hoà dàn ngưng đặt xa không thích hợp cho điều hoà tiện nghi Chỉ nên sử dụng loại máy này cho điều hoà công nghệ hoặc thương nghiệp trong các phân xưởng hoặc cửa hàng, những nơi chấp nhận được tiếng ồn của nó.

d Máy điều hoà lắp mái.

- Máy điều hoà lắp mái là máy điều hoà nguyên cụm có năng suất lạnh trung bình và lớn, chủ yếu dùng trong thương nghiệp và công nghiệp Cụm dàn nóng và dàn lạnh được gắnliền với nhau thành một khối duy nhất.

- Quạt dàn lạnh là loại quạt ly tâm cột áp cao, máy được bố trí ống phân phối gió lạnh và ống gió hồi có thể dẫn gió đi xa Ngoài khả năng lắp đặt máy trên mái bằng của phòng điều hoà còn có khả năng lắp máy ở ban công hoặc mái hiên hoặc giá chìa sau đó bố trí đường ống gió cấp và gió hồi hợp lý và đúng kỹ thuật, mỹ thuật là được

- Các máy điều hoà lắp mái có giá thành thấp, vận hành đơn giản, độ bền cao, nhưng chạy hơi ồn Các đoạn ống gió lộ thiên cần được bọc kim loại chống mưa nắng để giảm tổn thất nhiệt và bảo đảm tuổi thọ của máy.

e Máy điều hoà nguyên cụm giải nhiệt nước

- Do bình ngưng giải nhiệt nước rất gọn nhẹ, không chiếm diện tích và thể tích lắp đặt lớn như bình ngưng giải nhiệt gió nên thường được bố trí cùng với máy nén và dàn bay hơi thành một tổ hợp hoàn chỉnh dạng tủ Phía trên dàn bay hơi là quạt ly tâm, do bình ngưng làm mát bằng nước nên máy thường đi kèm tháp giải nhiệt và bơm nước.

f Máy điều hoà VRV

- Máy điều hòa VRV là loại máy điều chỉnh năng suất lạnh qua việc điều chỉnh lưu lượng môi chất nhờ vào việc sư dụng máy nén biến tần, làm cho hệ số lạnh không những

6

được cải thiện mà còn vượt nhiều hệ máy thông dụng Đây là loại máy thích hợp cho các tòa nhà cao tầng kiểu văn phòng và khách sạn Một số đặc điểm nổi bật của hệ VRV được nêu radưới đây:

+ Các thông số vi khí hậu được khống chế phù hợp với từng nhu cầu vùng, kết nối trong mạng điều khiển.

+ Các máy VRV có dải công suất rộng và hợp lý lắp ghép với nhau thành các mạng đáp ứng nhu cầu năng suất lạnh khác nhau từ 5HP đến 54HP

+ Không cần thiết phải có máy dự trữ hệ vẫn tiếp tục vận hành trong trường hợp một trong các cụm máy hư hỏng do đó giảm chi phí đầu tư, hệ làm việc ở khoảng nhiệt độ rất rộng.

+ VRV đã giải quyết tốt vấn đề hồi dầu về máy nén, điều đó được thể hiện là: Cụm dàn nóng có thể đặt cao hơn dàn lạnh đến 90 m, chiều dài đường ống tương đương tối đa lên đến 190 m, tổng chiều dài đường ống tối đa là 1000 m Chênh lệch chiều cao giữa các dàn lạnh tối đa là 15 m.

7

Hình 1.4: Hệ thống điều hòa VRV2.3.3 Hệ thống điều hoà trung tâm nước

Hình 1.5: Hệ thống Water chiller

+ Hệ thống điều hoà trung tâm nước là hệ thống sử dụng nước lạnh từ máy lạnh trung tâm để làm lạnh không khí qua các dàn trao đổi nhiệt FCU và AHU.

+ Hệ thống trung tâm nước có các ưu điểm cơ bản sau:

+ Có vòng tuần hoàn an toàn là nước nên không sợ ngộ độc hoặc tai nạn do rò rỉ môi chất lạnh ra ngoài vì nước hoàn toàn không độc hại.

+ Có thể khống chế nhiệt ẩm trong không gian điều hoà theo từng phòng riêng rẽ, ổn định và duy trì các điều kiện vi khí hậu tốt nhất.

+ Thích hợp cho các toà nhà như các khách sạn, văn phòng với mọi chiều cao và mọi kiểu kiến trúc, không phá vỡ cảnh quan.

+ Ống nước so với ống gió nhỏ hơn nhiều do đó tiết kiệm được nguyên vật liệu xây dựng.

+ Có khả năng xử lý độ sạch không khí cao, đáp ứng mọi yêu cầu đề ra cả về độ sạch bụi bẩn, tạp chất hoá chất và mùi, …

+ Ít phải bảo dưỡng, sửa chữa, …+ Năng suất lạnh gần như không bị hạn chế.

+ So với hệ thống điều hoà VRV, vòng tuần hoàn môi chất lạnh đơn giản hơn nhiều nên rất dễ kiểm soát.

+ Nhược điểm:

+ Vì dùng nước làm chất tải lạnh nên về mặt nhiệt động, tổn thất exergy lớn hơn.8

+ Cần phải bố trí hệ thống lấy gió tươi cho các FCU.

+ Vấn đề cách nhiệt đường ống nước lạnh và cả khay nước ngưng khá phức tạp đặc biệtdo đọng ẩm vì độ ẩm ở Việt Nam quá cao.

+ Lắp đặt khó khăn.

+ Đòi hỏi công nhân vận hành lành nghề.

+ Cần định kỳ sửa chữa bảo dưỡng máy lạnh và các dàn FCU

** Bộ phận quan trọng nhất của hệ thống điều hoà trung tâm nước là máy làm lạnh nước.

a Máy làm lạnh nước giải nhiệt nước (Water Cooled Water Chiller)

- Máy là một tổ hợp hoàn chỉnh nguyên cụm, căn cứ vào chu trình lạnh có thể phân ra máy làm lạnh nước dùng máy nén cơ, dùng máy nén ejectơ hoặc máy lạnh hấp thụ Để tiết kiệm nước giải nhiệt người ta sử dụng nước tuần hoàn với bơm và tháp giải nhiệt.

- Việc lắp nhiều máy nén trong một cụm máy có ưu điểm:+ Dễ dàng điều chỉnh năng suất lạnh theo nhiều bậc.

+ Trường hợp hỏng một máy vẫn có thể cho máy khác hoạt động trong khi tiến hành sửa chữa máy hỏng.

+ Các máy có thể khởi động từng chiếc tránh dòng khởi động quá lớn.+ Máy làm lạnh nước giải nhiệt nước cùng hệ thống bơm thường được bố trí phía

dưới tầng hầm hoặc tầng trệt, tháp giải nhiệt đặt trên tầng thượng.

b Máy làm lạnh nước giải nhiệt gió (Air Cooled Water Chiller)

- Máy làm lạnh nước giải nhiệt gió chỉ khác máy làm lạnh nước giải nhiệt nước ở dàn ngưng làm mát bằng không khí Do khả năng trao đổi nhiệt của dàn ngưng giải nhiệt gió kém nên diện tích của dàn lớn, cồng kềnh làm cho năng suất lạnh của một tổ máy nhỏ hơn sovới máy giải nhiệt nước Máy nén thường là loại pittông, môi chất là R22, R134a, R407C.

- Kiểu giải nhiệt gió có ưu điểm là không cần nước làm mát nên giảm được toàn bộ hệ thống nước làm mát như bơm, đường ống và tháp giải nhiệt.

- Máy đặt trên mái cũng đỡ tốn diện tích sử dụng nhưng vì trao đổi nhiệt ở dàn ngưng kém nên nhiệt độ ngưng tụ cao hơn dẫn đến công nén cao hơn và điện năng tiêu thụ cao hơn cho một đơn vị lạnh so với máy làm mát bằng nước Máy điều hòa Air Cooled Water Chiller được thể hiện trên hình 1.4

2.4 Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống điều hoà không khí

Có nhiều cách khác nhau để tính toán nhiệt thừa và ẩm thừa, trong đó khái niệm nhiệt thừa và ẩm thừa cũng không giống nhau khi sử dụng các phương pháp khác nhau Phương pháp hệ số nhiệt hiện (còn được gọi là phương pháp Carrier) coi toàn bộ nhiệt (gồm nhiệt hiện và nhiệt ẩn) đưa trực tiếp vào phòng (do lọt hoặc do cấp chủ động trực tiếp vào phòng

9

hoặc qua buồng hoà trộn), đều là nhiệt thừa (hoặc ẩm thừa) Trong khi ở phương pháp hệ số nhiệt ẩm thừa (còn được gọi là phương pháp truyền thống) người ta không tính thành phần do cấp gió tươi vào buồng hoà trộn nằm trong nhiệt thừa và ẩm thừa, thành phần này sẽ được tính vào cho điểm hoà trộn Tuy cách tính có khác nhau nhưng về cơ bản, các kết quả tính được về năng suất gió, năng suất lạnh yêu cầu cũng không khác nhau là mấy.

Nhiều phương pháp tính toán điều hoà không khí khác nhau để xác định năng suất lạnh cần thiết cho toà nhà, có phương pháp đã được lập trình sẵn chỉ cần đưa số liệu vào là có kết quả chính xác Nhưng có hai phương pháp tính vẫn được dùng phổ biến hiện nay là:

Phương pháp hệ số nhiệt hiện: phương pháp này coi toàn bộ nhiệt (bao gồm nhiệt hiện và nhiệt ẩn) đưa trực tiếp vào phòng đều là nhiệt thừa (còn gọi là phương pháp Carrier).

Phương pháp hệ số nhiệt ẩm thừa: phương pháp này người ta không tính thành phần do cấp gió tươi vào buồng hoà trộn nằm trong nhiệt thừa và ẩm thừa (còn được gọi là phương pháp truyền thống).

Trong đồ án sẽ chọn phương pháp hệ số nhiệt ẩm thừa để tính cân bằng nhiệt cho toà nhà vì phương pháp này đơn giản, dễ hiểu, nó là phương pháp hay được dùng để tính ở nướcta.

10

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH

Sơ bộ về công trình

Công trình xưởng sản xuất xưởng may được xây dựng trên địa bàn tỉnh Bình phước trên mặt bằng có kích thước 78000x43000 (mm) chia thành 3 phân khu, tường bằng tôn tường panel EPS dày 75mm, mái cao 2m lợp bằng tôn sóng CLIPLOCK dày 0,45mm hệ trần EPS dày 50mm các phòng trong công trình chức năng như sau:

** Cấp điều hòa của công trình

Khi thiết kế hệ thống điều hòa không khí, việc đầu tiên phải làm là tiến hành lựa chọn cấp điều hòa không khí Cấp điều hòa không khí thể hiện độ chính xác của trạng thái không khí cần điều hòa (nhiệt độ, độ ẩm tương đối φ…) cho công trình

Tùy theo tiêu chuẩn, mức độ quan trọng của công trình mà hệ thống điều hòa không khí được chia làm 3 cấp:

Cấp 1: Hệ thống điều hòa phải duy trì được các thông số trong nhà ở mọi phạm vi biến thiên độ ẩm ngoài trời cả mùa đông và mùa hè phạm vi sai lệch là 0 giờ một năm, dùng trong các công trình đặc biệt quan trọng.

Cấp 2: Hệ thống phải duy trì được các thông số trong nhà ở phạm vi sai lệch là 200 giờ một năm, dùng trong các công trình tương đối quan trọng.

Cấp 3: Hệ thống phải duy trì các thông số trong nhà trong phạm vi sai lệch không quá 400 giờ một năm, dùng trong các công trình thông dụng như khách sạn, văn phòng nhà ở,…

11

Điều hòa không khí cấp 1 tuy có mức độ tin cậy cao nhất nhưng chi phí đầu tư, lắp đặt, vận hành rất lớn nên chỉ sử dụng cho những công trình điều hòa tiện nghi đặc biệt quan trọng trong các công trình điều hòa công nghệ.

Các công trình ít quan trọng hơn như: Khách sạn 4 – 5 sao; bệnh viện quốc tế…thì nên chọn điều hòa không khí cấp 2.

Trên thực tế, đối với hầu hết các công trình như điều hòa không khí khách sạn, văn phòng, nhà ở, siêu thị, hội trường, trường học,… chỉ cần điều hòa cấp 3 Điều hòa cấp 3 tuy độ tin cậy không cao nhưng vốn đầu tư ban đầu thấp nên thường được sử dụng trong các công trìnhtrên.

Với phân tích ở trên, dựa vào ý kiến của chủ đầu tư và đặc điểm công trình, phương án em đưa ra là chọn dùng điều hòa cấp 3.

** Chọn thông số tính toán ngoài xưởng

Theo số liệu về khí hậu của TCVN 5687- 2010, ta có các thông số tính toán ngoài trời cho địa điểm tại Bình Phước như sau:

tN = 35.6 ºC t = 21.8 ºCNφ = 49.7 % φ = 86.5%

** Chọn thông số tiện nghi trong nhà

t, φ , % w , m/s t, φ , % w , m/sKhu văn

Khu nhà

12

Chương 3: Tính cân bằng nhiệt ẩm cho công trình

Có rất nhiều phương pháp tính cân bằng nhiệt ẩm khác nhau để xác định năng suất lạnh yêu cầu khác nhau nhưng trên thực tế thường dùng theo hai phương pháp sau:

- Tính theo phương pháp truyền thống (hệ số nhiệt ẩm thừa) - Tính theo phương pháp Carrier.

Hai phương pháp này chỉ khác nhau ở cách xác định năng suất lạnh Q mùa hè và năng osuất sưởi Q mùa đông bằng cách tính riêng tổng nhiệt hiện thừa Q và nhiệt ẩn thừa Q của shtatmọi nguồn nhiệt toả ra và thẩm thấu tác động vào phòng điều hoà Ở đây, ta chọn phương pháp truyền thống để tính cân bằng nhiệt ẩm cho công trình.

3.1.Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát

Nhiệt thừa xác định theo công thức sau:Qt = Q + Q (W)tỏatt Qt : Nhiệt thừa trong phòng, WQtỏa : Nhiệt tỏa ra trong phòng, W

Qtt : Nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ, WCụ thể, nhiệt tỏa trong phòng và nhiệt thẩm thấu được xác định như sau:

Qtỏa = Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q +Q W12345678, Trong đó : Q : Nhiệt tỏa từ máy móc1

Q2 : Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sángQ3 : Nhiệt tỏa từ ngườiQ4 : Nhiệt tỏa từ bán thành phẩmQ5 : Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệtQ6 : Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kínhQ7 : Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao cheQ8 : Nhiệt tỏa do rò lọt không khí qua cửa Q = Q + Q + Qtt91011 + Q , Wbs

Q9 : Nhiệt thẩm thấu qua váchQ10 : Nhiệt thẩm thấu qua trần máiQ11 : Nhiệt thẩm thấu qua nền

13

Qbs : Nhiệt tổn thất bổ sung do gió và hướng váchẨm thừa được xác định theo công thức:

Wt = W + W + W + W + W , kg/s12345

W1 : Lượng ẩm thừa do người tỏa vào phòng, kg/sW2 : Lượng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm, kg/sW3 : Lượng ẩm bay hơi từ sàn ẩm, kg/s

W4 : Lượng ẩm do hơi nước nóng tỏa vào phòng, kg/sW5 : Lượng ẩm do không khí lọt mang vào, kg/s

3.2 Tính cân bằng nhiệt

2.1 Nhiệt tỏa ra từ máy móc

Theo [1] nhiệt toả từ máy móc được tính như sau:

Q1 = dcttdtT

, W N Công suất đặt của động cơ, đc‒ W;

Kpt ‒ Hệ số phụ tải, bằng tỉ số giữa công suất thực(hiệu dụng) với công suất đặt của động cơ, k = Npteff/Nđc

kđt ‒ Hệ số đồng thời, kđt = ∑Ni.τ /∑N ii với Ni là công suất của động cơ thứ i làm việctrong thời gian tương ứng i, -là tổng thời gian hoạt động của động cơ trong ngày

kT ‒ Hệ số tải nhiệt, động cơ làm việc ở chế độ biến điện năng thành cơ năng đều lấy KT = 1.

η Hiệu suất làm việc thực tế của động cơ, η‒ = ηđc.khc Ở đây η là hiệu suất của động đccơ theo catalog, k - là hệ số hiệu chỉnh theo phụ tải.hc

Theo [1], với các máy móc, thiết bị thông dụng, các thông số được thể hiện trong bảng 2.1.

Bảng 3.1 Nhiệt của từng loại máy trong phòngX

14

3.4 Tính kiểm tra đọng sương trên vách

Khi có độ chênh nhiệt độ giữa trong nhà và ngoài trời xuất hiện một trường nhiệt độ trên vách bao che, kể cả cửa kính Nhiệt độ trên bề mặt vách phía nóng không được thấp hơnnhiệt độ đọng sương Hiện tượng đọng sương trên vách làm cho tổn thất nhiệt lớn lên, tải lạnh yêu cầu tăng mà còn làm mất mỹ quan do ẩm ướt, nấm mốc gây ra Hiện tượng đọng sương chỉ xảy ra ở bề mặt vách phía nóng Để không xảy ra hiện tượng đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực tế kt của vách phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt cực đại kmax, theo [1] ta có các biểu thức sau đây:

Điều kiện đọng sương:

Kt < kmax (2.21)

Mùa hè: kmax = NsN,

tt W/m2K (2.22)

Mùađông: kmax = . ,

tt W/m K (2.23) 2 t Nhiệt độ đọng sương bên ngoài, tsN‒ sN = 22.19oC;

t Nhiệt độ đọng sương trong nhà, tsT‒ sT = 15.76oC;

α Hệ số tỏa nhiệt phía ngoài nhà, αN‒ N = 20 W/m K, nếu có không gian đệm thì α 2N= 10 W/m2K;

α Hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà, αT‒ T = 10 W/m2K.

Đối với công trình này ta bố trí điều hoà cho mùa hè nên ta chỉ kiểm tra đọng sương cho mùa hè, mùa đông ta không phải tính và cả kiểm tra đọng sương.

Chương 4: Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí

4.1.Chọn sơ đồ tuần hoàn không khí của hệ thống

Sơ đồ điều hoà không khí được thiết lập dựa trên kết quả các tính toán cân bằng nhiệt ẩm, đồng thời thoả mãn các yêu cầu về tiện nghi của con người và yêu cầu công nghệ, phù hợp với điều kiện khí hậu.

Việc thành lập và tính toán sơ đồ điều hoà không khí của bài toán là xác lập quá trình xửlí không khí trên đồ thị I-d để tính được năng suất lạnh cần có của hệ thống, cũng như thiết bị để tiến hành lưa chọn thiết bị cho phù hợp.

Tuỳ điều kiện cụ thể của công trình mà có thể chọn một trong các sơ đồ tuần hoàn khôngkhí sau: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp, sơ đồ tuần hoàn không khí hai cấp,sơ đồ có phun ẩm bổ sung.

Công trình này ta sử dụng điều hoà tiện nghi, chọn sơ đồ điều hoà không khí một cấp là phù hợp nhất.

32

b Nguyên lý làm việc

Không khí ngoài trời (lưu lượng L , trạng thái N) qua cửa lấy gió trời 1 đi vào buồng Nhoà trộn 2 Tại đây diễn ra quá trình hoà trộn giữa không khí ngoài trời với không khí tuần hoàn (trạng thái T, lưu lượng L ) T

Không khí sau khi hoà trộn (có trạng thái C) được xử lí nhiệt ẩm trong thiết bị xử lí 3 đến trạng thái O rồi được quạt gió 4 vận chuyển theo đường ống 5 tới phòng điều hòa 6 và được thổi vào phòng qua các miệng thổi gió 7 Trạng thái không khí thổi vào ký hiệu là V Do nhận nhiệt thừa và ẩm thừa trong phòng điều hòa nên không khí tự thay đổi trạng thái từ V đến T theo tia V có hệ số góc T TQ /TWT Sau đó không khí trong phòng có trạng thái T được hút qua các miệng hồi 8 đi vào đường ống gió hồi 9, lọc bụi 10.

c Thông gió thu hồi nhiệt

Hệ thống điều hòa không khí cho nhà xưởng này, thường tiêu thụ khoảng 50% tổng tiêu thụ điện của công trình, chủ yếu là vận hành ở chế độ làm mát Trong đó phụ tải nhiệt lạnh do trao đổi không khí với bên ngoài thường dao động trong khoảng 20 - 40% tổng phụ tải nhiệt lạnh công trình Để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và tiết kiệm năng lượng củahệ thống điều hòa không khí, thông gió, ta sử dụng giải pháp thông gió thu hồi nhiệt nhằm mang lại hiệu quả trao đổi nhiệt cao, giúp tiết kiệm năng lượng, góp phần làm giảm thiểu tácđộng tới biến đổi khí hậu Hơn nữa đầu tư hệ thống HRV (Heat recovery ventilation) sẽ giúp giảm công suất điêu hòa thiết kế ban đầu.

Hình 4.2 bộ thu hồi nhiệt Daikin và nguyên lý hoạt động

Hiệu suất trao đổi nhiệt*Hiệu suất entanpyμe = (h - h ) / (h - h2131)

Trong đó: μe là hiệu suất entanpy

h1 là entanpy của không khí tươi trước hồi nhiệth2 là entanpy của không khí tươi sau hồi nhiệt

33

h3 là entanpy của gió hồi phòng trước hồi nhiệt *Hiệu suất nhiệt độ

μt = (t - t ) / (t - t2131)

Trong đó: μt là hiệu suất nhiệt độ

t1 là nhiệt độ của không khí tươi trước hồi nhiệtt2 là nhiệt độ của không khí tươi sau hồi nhiệth3 là nhiệt độ của gió hồi phòng trước hồi nhiệt

4.2 Tính xác định năng suất lạnh cho công trình

a Biểu diễn trạng thái của không khí trên đồ thị I-d

Hình 4.3 Biểu diễn các trạng thái không khí trên đồ thị I-d

- C: Biểu diễn trạng thái không khí tại điểm hoà trộn;

- V: Biểu diễn không khí thổi vào trong phòng, xác định theo ( , φƐTV);- : Là tia quá trình được xác định theo công thức:ƐT

, kJ/kg (4.1) Q Nhiệt thừa trong phòng, kW;T‒

W Ẩm thừa trong phòng, kg/s.T‒

34

Áp dụng công thức (4.1) tính hệ số góc của tia quá trình, kết quả thể hiện trong bảng 4.1:

Bảng 4.1 Hệ số góc tia quá trìnhX

xưởng 1 0.02754 246615.4 8954.80806xưởng 2 0.01629 140003.3 8594.43254phòng họp 0.00039 10595.69 27168.4462văn phòng 0.00021 10525.69 50122.3524

- Tia VT: Quá trình thổi không khí vào không gian điều hoà.

Dựa vào đồ thị i-d, thông số điểm ngoài trời, thông số điểm trong nhà, và các dữ kiện xác định được thông số các điểm thổi vào V, kết quả được trình bày trong bảng 4.2.

35

Bảng 4.2 Bảng xác định thông số tại các điểm VX

khu Phòng εt T,oc φ0, % Iv, kJ/kg dv, kg/kg1 xưởng 1 8564.46777 14.5 95 39.5 0.0097

xưởng 2 8104.93827 14.25 95 38.5 0.0096

phòng họp 26666.6667 16 95 43.5 0.011văn phòng 49523.8095 16.25 95 44 0.0113 xưởng 3 9164.08669 15 95 40.5 0.01

b Tính toán năng suất gió của hệ thống

Theo [2] năng suất gió của hệ thống được xác định như sau: TV

, kg/s (4.2) G = G + G , kg/s (4.3)TNTrong đó:

Qt Nhiệt thừa trong phòng, kW;‒ I Entanpy của không khí trong nhà, kJ/kg;T‒ I Entanpy của không khí tại điểm thổi vào, kJ/kg;V‒ G Lưu lượng không khí tuần hoàn, kg/s;T‒ G Lưu lượng không khí cần bổ sung, kg/s;N‒GN được xác định từ điều kiện vệ sinh như sau:

* Lưu lượng gió tươi cấp cho từng phòng +Văn phòng: 25 m3/h.người +Phòng họp: 30 m3/h.người +Phòng ăn : 30 m3/h.người +Nhà bếp: 25 m3/h.người +Xưởng: 30 m3/h.người(tra TCVN 5687:2010 phụ lục F)

Người làm việc lâu dài trong phòng có điều hoà không khí thì cần bổ sung cho mỗi người lượng không khí tươi là (30÷40) kg/h (tức là 25÷30 m3/h).

36

Nếu người làm việc ngắn hạn trong phòng thì có thể bổ sung lượng không khí tươi cho mỗi người ít hơn: cần 18 kg/h (hoặc 15 m /h) Tuy nhiên, trong bất kỳ trường hợp nào thì 3lượng không khí bổ sung cũng không dưới 10% tổng lượng không khí cấp vào phòng.

Theo [2] lượng không khí bổ sung cho n người được xác định như sau: G N (30 35)n, kg/h (4.4) V = (25÷30).n, mN 3/h

G N 10%G (4.5)Nếu GN tính được không thoả mãn (4.4) thì lấy GN’ = 0,1G.

Bảng 4.3 Bảng năng suất gió hệ thốngX

khu Phòng QT,kW I

T,kJ/kg I ,

kJ/kg kg/sG, (m3/h)LSốngười

GnKg/s1 xưởng1 246.6 53 39.5 18.267 54800 262 7860 2.62

2 140 53 38.5 9.6552 28966 143 4290 1.43phòng

họp 10.6 53 43.5 1.1158 3347.4 11 334 0.1113văn

phòng 10.5 53 44 1.1667 3500 7 350 0.11673 xưởng3 254.56 53 40.5 20.365 61094 234 6840 2.28

c Xác định thông số điểm hồi nhiệt

Lưu lượng gió hồi qua bộ thông gió thu hồi nhiệt bằng với lượng gió tươi cấp vào khu vănphòng và xưởng.

Với hiệu suất entanpy của bộ thông gió thu hồi nhiệt model VAM1000A, VAM1500A, VAM2000A đều là 61%.

37