Và trong Đồ án Thiết kế hệ thống điều hòa không khí này là một cơ hội để em được sử dụng các kiến thức đã học được áp dụng, đảm nhận một dự án, công trình riêng để xây dựng nên một hệ th
TỔNG QUAN
Tổng quan vị trí của công trình
Công trình Phòng hội thảo được thiết kế, xây dựng tại tỉnh Thanh Hóa Công trình Phòng hội thảo là nơi tổ chức, diễn ra các buổi hội thảo, tọa đàm giữa các tổ chức nên số lượng người đông cần phải đòi hỏi việc điều hòa và thông gió đảm bảo được tiện nghi Một số đặc điểm về vị trí, khí hậu ở vị trí đặt công trình:
- Thanh Hóa là một tỉnh nằm ở Bắc Trung Bộ nước ta, cách thủ đô Hà Nội khoảng 150km về phía Nam Địa hình ở đây đa dạng, thấp dần từ Tây sang Đông
- Thanh Hóa nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với 4 mùa rõ rệt
Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1600 – 2300 mm, mỗi năm có khoảng từ 90 dến 130 ngày mưa Số giờ nắng bình quân khoảng từ 1600 đến 1800 giờ Nhiệt độ trung bình trong khoảng 23 − 24℃ và giảm dần khi lên vùng núi cao
- Hướng gió thổi phổ biến mùa hè là Đông và Đông Nam, mùa đông là Tây Bắc và Đông Bắc.
Bố trí công năng của công trình
Ta giả sử công trình thiết kế phòng hội thảo này nằm ở tầng 1 của Tòa nhà trung tâm hội thảo, hội nghị, bao gồm 02 phòng hội thảo (trong đó gồm 01 phòng sử dụng vách ngăn di động để phù hợp với số lượng người nhỏ và mục đích sử dụng không cần quá lớn), 01 phòng làm việc và phòng họp chung Các tầng phía trên của Tòa nhà là các văn phòng, phòng họp cho các đơn vị hành chính
Bảng 1-1 Các thông số cơ bản của công trình
Tên phòng Diện tích (𝐦 𝟐 ) Chiều cao (m) Số người
Lựa chọn các thông số tính toán
1.3.1 Lựa chọn các thông số tính toán bên trong
Theo bảng A.1 tài liệu [1] về thông số tính toán của không khí bên trong nhà dùng để thiết kế ĐHKK đảm bảo điều kiện tiện nghi nhiệt, các thông số ứng với các trạng thái lao động khác nhau như sau:
Khu vực phòng hội thảo (lao động nhẹ): nhiệt độ không khí t = 24℃, độ ẩm tương đối φ = 60%, tốc độ gió ω = 1,0 m s⁄
Khu vực phòng làm việc (lao động nhẹ): nhiệt độ không khí t = 24℃, độ ẩm tương đối φ = 60%, tốc độ gió ω = 0,8 m s⁄
2 Khu vực hành lang (lao động nhẹ): nhiệt độ không khí t = 26℃, độ ẩm tương đối φ = 65%, tốc độ gió ω = 1,0 m s⁄
1.3.2 Lựa chọn các thông số tính toán bên ngoài
Hệ thống cần thiết kế ở công trình này là hệ thống điều hòa không khí tiện nghi và công trình được đặt tại tỉnh Thanh Hóa Với mục đích sử dụng của công trình phòng hội thảo này cũng như yêu cầu của điều hòa không khí tiện nghi, do vậy ta lựa chọn hệ thống điều hòa không khí cấp 3, với số giờ cho phép không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm bên trong nhà là 400 h/năm và ta tính toán cho mùa hè
Theo TCVN 5687 – 2010 thì không có thông số tính toán bên ngoài cho ĐHKK theo số giờ không đảm bảo tại tỉnh Thanh Hóa, nên ta lấy thông số vào mùa hè của tỉnh giáp Thanh Hóa là Nghệ An
Bảng 1-2 Các thông số thiết kế ĐHKK trong và ngoài nhà
Khu vực 𝐭, ℃ 𝛗, % Vận tốc gió, m/s d, g/kg
Khu vực chờ, tiếp đón 26,0 65,0 1,0 13,90
1.3.3 Tiêu chuẩn gió tươi và thông gió
Theo phụ lục F, G tài liệu [1] về tiêu chuẩn gió tươi cho các phòng ta có:
Bảng 1-3 Bảng thông số gió tươi tính toán cho các khu vực
Khu vực Lượng không khí tươi cần cấp,
Khu vực chờ, tiếp đón 25 m 3 ⁄h người
Lựa chọn phương án thiết kế
Khu vực phòng hội thảo có diện tích lớn, do vậy việc lựa chọn quá nhiều máy lạnh bố trí trong phòng sẽ gây bất tiện mỗi khi sửa chữa, bảo trì Phương án tối ưu để phù hợp là sử dụng hệ thống AHU (Air Handling Unit) và các FCU (Fan Coil Unit) bố trí trong các khu vực cần ĐHKK
Các AHU và FCU sẽ nhận chất tải lạnh từ Chiller giải nhiệt nước (Water Chiller) đặt tại phòng máy Chiller được giải nhiệt bằng tháp giải nhiệt (Cooling Tower) được đặt bên ngoài gần phòng máy cho thuật tiện
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM
Tổng quan tính toán
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán cân bằng nhiệt ẩm khác nhau để xác định năng suất lạnh yêu cầu khác nhau Nhưng phổ biến hiện nay có 2 phương pháp tính toán chính là tính toán cân bằng nhiệt ẩm theo phương pháp truyền thống và phương pháp Carrier Theo xu hướng phát triển thì các phần mềm tính toán nhiệt ẩm ra đời như Heatload, TRACE 700, … thì phương pháp Carrier là phương pháp chính mà các phần mềm trên sử dụng Do vậy trong bài đồ án này em sử dụng phương pháp Carrier để tính toán cân bằng nhiệt ẩm
Theo tài liệu [2] thì sự khác nhau của phương pháp Carrier so với phương pháp truyền thống là không cần lập sơ đồ điều hòa mà chỉ cần cộng toàn bộ nhiệt hiện thừa Q ht và nhiệt ẩn thừa Q at của mọi nguồn nhiệt tỏa và thẩm thấu tác động vào phòng điều hòa là có thể tính được tải lạnh mùa hè Q 0 và tải nhiệt mùa đông Q H :
Tính nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩn thừa
2.2.1 Nhiệt hiện bức xạ qua kính 𝐐 𝟏𝟏
Trong công trình này thì cửa sổ kính và tường kính đều đặt theo phương thẳng đứng Ở hướng Đông thì sẽ nhận bức xạ cực đại từ Mặt trời vào khoảng 8 đến 9 giờ sáng và kết thúc lúc 12 giờ trưa Ở hướng Tây sẽ nhận bức xạ cực đại lúc 4 đến 5 giờ chiều Các cửa sổ ở hướng Bắc và hướng Nam cũng rất hạn chế bởi bức xạ của Mặt trời Biểu thức sau đây chỉ để xác định gần đúng theo kinh nghiệm nhiệt bức xạ qua kính:
+ n t : Hệ số tác dụng tức thời
Q 11 ′ = F R T ε c ε ds ε mm ε kh ε m ε r , W Trong đó:
+ Q 11 ′ : Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng;
+ F: Diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung thép, m 2 , nếu là khung gỗ lấy bằng 0,85F
+ R T : nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng, W m⁄ 2 + ε c : hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển, được tính theo công thức:
+ ε ds : hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát so với nhiệt độ đọng sương của không khí ở trên mặt nước biển là 20℃ được xác định theo công thức: ε ds = 1 −(t s − 20)
+ ε mm : hệ số ảnh hưởng của mây mù, khi trời không mây ε mm = 1, khi trời có mây ε mm = 0,85
+ ε kh : hệ số ảnh hưởng của khung, khung gỗ lấy ε kh = 1, khung kim loại lấy ε kh = 1,17
+ ε m : hệ số kính, phụ thuộc màu sắc và kiểu loại kính khác với kính cơ bản
+ ε r : hệ số mặt trời, kể đến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên trong kính, khi không có màn che bên trong thì ε r = 1
Từ các công thức tính toán nêu trên, ta có thể áp dụng để tính toán nhiệt bức xạ qua cửa kính, ở đây ta tính cụ thể cho phòng hội thảo 1, các không gian điều hòa có kính khác tính tương tự Ta có các thông số như sau:
- Công trình nằm ở tỉnh Thanh Hóa nằm trong khoảng vĩ độ 20° Bắc
- Theo bảng 4.2 tài liệu [2] ta tra được lượng bức xạ mặt trời lớn nhất R Tmax theo các hướng Đông, Tây, Nam và Bắc tại vĩ độ 20°B
Bảng 2-1 Lượng bức xạ mặt trời xâm nhập qua kính vào phòng Đông Tây Nam Bắc
𝐑 𝐓𝐦𝐚𝐱 , 𝐖 𝐦⁄ 𝟐 520 520 470 82 - Hiệu chỉnh về độ cao ε c : độ cao trung bình của Thanh Hóa so với mực nước biển từ 5 – 15m, và cửa kính của công trình nằm ở tầng 1 nên ta chọn H = 10m để dễ thuận tiện cho việc tính toán ε c = 1 + H
- Theo các thông số nhiệt độ, độ ẩm không khí của phòng được nêu ở chương 1, ta tra được nhiệt độ đọng sương t s = 15,75℃ Ta có: ε ds = 1 −(15,75 − 20)
10 × 0,13 = 1,05525 - Khi xét bức xạ lớn nhất có nghĩa là trời không có mây: ε mm = 1 - Khung kính bằng kim loại: ε kh = 1,17
5 - Các cửa sổ kính trong phòng hội thảo cần có rèm che tối màu để tránh ảnh hưởng tới người tham dự bởi ánh sáng bên ngoài, tra bảng 4.4 tài liệu [2] ta có: α m = 0,72; ρ m = 0,27; hệ số xuyên qua τ m = 0,01 và hệ số mặt trời ε r = 0,75
- Kính của cửa ta chọn kính trong, phẳng dày 6mm theo bảng 4.3 tài liệu [2] ta có: α k = 0,15; ρ k = 0,08; τ k = 0,77 và ε m = 0,94
Với loại kính khác kính cơ bản, có rèm che, Q ′ 11 được xác định theo biểu thức:
Q 11 ′ = F × R K × ε c × ε ds × ε mm × ε kh × ε m , W Trong đó: R K = [0,4α k + τ k (α m + τ m + ρ k ρ m + 0,4α k α m )]R N
⁄0,88 Ta tính toán cụ thể cho phòng hội thảo 1 như sau:
- Phòng hội thảo có 3 cửa kính với kích thước 3m × 2m ⟹ F k = 18 m 2
- Cửa kính của phòng hội thảo được lắp đặt đối diện với hướng Tây, tra bảng 4.2 tài liệu [2] ta có: R Tmax,T = 520 W m⁄ 2 → R N = 520 0,88⁄ = 591 (W m⁄ 2 )
Thay số vào công thức ta tính được R K và Q ′ 11 ta có:
- Tra bảng 4.6 tài liệu [2] với g s = 500 kg m⁄ 2 , ta tra được n t lớn nhất với hướng cửa sổ quay về hướng Tây là: n t = 0,68
Vậy nhiệt bức xạ qua kính lớn nhất của phòng hội thảo 1 Q 11 là:
Q 11 = n t Q 11 ′ = 0,68 × 8297,1 = 5642,1 (W) Tính tương tự cho các không gian điều hòa còn lại ta có bảng sau:
Bảng 2-2 Nhiệt bức xạ qua kính 𝑄 11 của không gian điều hòa
Khu vực chờ, tiếp đón 31,85 397 1,12 0,68 9594,7
2.2.2 Nhiệt hiện truyền qua mái 𝐐 𝟐𝟏
Xét trong công trình này, phía trên của tầng 1 là tầng 2 gồm tổ hợp các văn phòng, phòng họp (là khu vực có điều hòa không khí) thì khi đó Δt = 0 và Q 21 = 0
2.2.3 Nhiệt hiện truyền qua vách 𝐐 𝟐𝟐
Nhiệt truyền qua vách Q 22 gồm 2 thành phần:
- Do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài trời và trong nhà Δt = t N − t T - Tường tiếp xúc với không gian đệm, các phòng không điều hòa: Δt đệm = 0,7 (t N − t T )
- Do bức xạ của mặt trời vào tường, ví dụ tường hướng đông, tây, … tuy nhiên phần nhiệt này được coi bằng không khi tính toán
- Ở đây tam định nghĩa để tính toán: vách là toàn bộ bao che gồm tưởng, cửa ra vào, cửa sổ … Tường là bao che xây bằng gạch, vữa, ximang, betong nặng
Nhiệt truyền qua vách cũng được tính theo biểu thức:
+ Q 2i : Nhiệt truyền qua tường, cửa ra vào, cửa sổ, … + k i : Hệ số truyền nhiệt tương ứng của tường, cửa, kính, W m⁄ 2 K; + F i : Diện tích tường, cửa, kính tương ứng, m 2 ;
+ Δt i : Hiệu nhiệt độ trong và ngoài kết cấu bao che, K
2.2.3.1 H ệ s ố truy ề n nhi ệt qua tườ ng 𝑸 𝟐𝟐𝒕
Hệ số truyền nhiệt của tường xác định bằng biểu thức: k = 1
+ k: là hệ số truyền nhiệt, W m⁄ 2 K;
+ α N = 20 W m⁄ 2 K: hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài, α N = 10 W m⁄ 2 K khi tường tiếp xúc gián tiếp với không khí bên ngoài, theo tài liệu [2];
+ α T = 10 W m⁄ 2 K: hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà, theo tài liệu [2];
+ R i : nhiệt trở dẫn nhiệt lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, m 2 K W⁄ ; + δ i : độ dày lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, m;
+ λ i : hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, W mK⁄
7 Tường tại công trình có chiều dày δ t = 200 mm xây bằng gạch thông thường với vữa nặng Tra bảng 4.11 tài liệu [2] ta được hệ số dẫn nhiệt tương ứng của tường là: λ t = 0,81 (W mK⁄ )
Tính toán cho các không gian điều hòa ta có bảng sau:
Bảng 2-3 Nhiệt hiện truyền qua tường 𝑄 22𝑡
Phòng hội thảo 1 Đông 2,24 140,29 2 627,8 Tây 2,52 137,29 12 4150,7
Khu vực chờ, tiếp đón Đông 2,24 0 0 0
2.2.3.2 Nhi ệ t truy ề n qua c ử a ra vào 𝑸 𝟐𝟐𝒄
+ Q 22c : nhiệt truyền qua cửa ra vào, W;
+ F: diện tích cửa, m 2 ; + Δt: hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà, K;
+ k: hệ số truyền nhiệt qua cửa (W m⁄ 2 K)
8 Theo tài liệu [2] tra bảng 4.12 ta có hệ số truyền nhiệt vào mùa hè qua cửa gỗ dày 40mm là k = 2,23 W m⁄ 2 K
+ F: diện tích cửa sổ, m 2 ; + Δt: hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà, K;
+ k: hệ số truyền nhiệt qua kính, W m⁄ 2 K
Theo tài liệu [2] tra bảng 4.13 ta có hệ số truyền nhiệt qua kính 2 lớp có khoảng cách giữa 2 lớp kính (10 mm) là k = 3,15 W m⁄ 2 K
Ta có bảng thể hiện nhiệt hiện truyền qua cửa ra vào và kính cửa sổ:
Khu chờ, tiếp đón Đông 2,23 3,15 0 0 0 0 0
2.2.4 Nhiệt hiện truyền qua nền 𝐐 𝟐𝟑
Theo tài liệu [2] trang 145, nhiệt truyền qua nền được tính theo công thức:
+ F: diện tích sàn, m 2 ; + Δt = t N − t T : hiệu nhiệt độ bên ngoài và bên trong;
+ k: hệ số truyền nhiệt qua sàn hoặc qua nền, W m⁄ 2 K
Do vị trí đặt của phòng hội thảo là ở tầng 1 của công trình, sàn đặt trên mặt đất nên theo tài liệu [2] bảng 4.15 ta lấy hệ số truyền nhiệt k của sàn bê tông dày 300mm, có lớp vữa ở trên 25mm, Δt = t N − t T Đối với công trình này có đặc điểm trang trọng nên sàn cần trải thảm, tra bảng ta có: k = 1,16 W m⁄ 2 K
Bảng 2-5 Nhiệt hiện truyền qua nền 𝑄 23
2.2.5 Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng 𝑸 𝟑𝟏
Hầu hết các công trình hiện đại ngày nay thường sử dụng bóng đèn huỳnh quang (đèn ống), đèn led nên ta cần nhân hệ số 1,25 so với công suất ghi trên đèn so với tính toán bóng đèn dây tóc:
Nhiệt tỏa ra do chiếu sáng cũng gồm hai thành phần: bức xạ và đối lưu Phần bức xạ cũng bị kết cấu bao che hấp thụ nên nhiệt tác động lên tải lạnh cũng nhỏ hơn trị số tính toán được:
+ Q: tổng nhiệt tỏa do chiếu sáng;
+ n t : hệ số tác dụng tức thời; tra bảng 4.8 tài liệu [2] ta có: n t = 0,9
10 + n d : hệ số tác dụng đồng thời, chỉ dùng cho các tòa nhà và các công trình điều hòa không khí lớn, các công trình khác n d = 1, theo tài liệu [2] ta chọn n d 0,85
Công trình sử dụng bóng đèn led, do chưa biết tổng công suất đèn nên ta chọn giá trị định hướng theo QCVN 09-2017-BXD bảng 2.5 trang 63 đối với công trình phòng hội thảo là A = 15 W m⁄ 2
Trong đó: Q = 1,25 A F (W) với F là diện tích sàn, m 2
Bảng 2-6 Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng 𝑄 31
𝐐 𝟑𝟏 , 𝐖 Phòng hội thảo 1 565 15 10593,8 8104,2 Phòng hội thảo 2, 3 570 15 10687,5 8175,9
2.2.6 Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc 𝐐 𝟑𝟐
Trong phòng hội thảo được trang bị các thiết bị như: máy chiếu, tivi, máy tính, màn hình LED cỡ lớn, thiết bị âm thanh, … Nhiệt tỏa ra từ các thiết bị này có thể tính như nguồn nhiệt tỏa của đèn chiếu sáng:
Trong đó: N i là công suất điện ghi trên dụng cụ, W
THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp
Hình 3-1 Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp
Nguyên lý làm việc của hệ thống: không khí ngoài trời có trạng thái
N (t N , φ N ) qua cửa lấy gió đi vào buồng hòa trộn 2 Ở đây diễn ra quá trình hòa trộn giữa không khí ngoài trời qua van 1 và không khí tuần hoàn 11 có trạng thái
T (t T , φ T ) Không khí sau khi hòa trộn 2 có trạng thái H (t H , φ H ) được đi qua phin lọc 3, sau đó được xử lý trong thiết bị xử lý nhiệt ẩm, cho đến trạng thái O ≡ V và được quạt 6 thổi không khí vào trong phòng qua miệng thổi 7 Không khí ở trong phòng 8 có trạng thái T được quạt hút qua thiết bị lọc bụi, một phần không khí được tái tuần hòa 10 trở lại buồng hòa trộn, phần còn lại được thải ra ngoài cửa thải 9
Hình 3-2 Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp biểu diễn trên ẩm đồ
Điểm gốc và hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible Heat Factor) εh
Trên đồ thị I – d lấy điểm I ≡ O và t = 0℃ trên trục tung làm điểm gốc cho các tia quá trình thì ẩm đồ lấy điểm gốc G ở t = 24℃ và φ = 50% Thang chia hệ số nhiệt hiện đặt ở bên phải ẩm đồ Ký hiệu là ε h giống như tia quá trình ε t
Hình 3-3 Điểm gốc G và thang chia hệ số nhiệt hiện của ẩm đồ
Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (Room Sensible Heat Factor) εhf
Hệ số nhiệt hiện phòng được ký hiệu là ε hf – tỷ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng nhiệt hiện và ẩn của phòng, chưa tính tới thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi và gió lọt đem vào không gian điều hòa
Hệ số nhiệt hiện phòng biểu diễn tia quá trình tự biến đổi không khí trong buồng lạnh V – T
Theo tài liệu [2] trang 160 thì hệ số nhiệt hiện phòng được xác định như sau: ε hf = Q hf Q hf + Q af Trong đó:
+ Q hf : tổng nhiệt hiện của phòng (không có nhiệt hiện của gió tươi), W;
+ Q af : tổng nhiệt ẩn của phòng (không có nhiệt ẩn của gió tươi), W
+ ∑ Q h , ∑ Q a : tổng nhiệt hiện, nhiệt ẩm;
+ Q hN , Q aN : nhiệt hiện, nhiệt ẩn do gió tươi mang vào;
+ Q 5h , Q 5a : nhiệt hiện, nhiệt ẩn do gió lọt
Bảng 3-1 Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF
Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (Grand Sensible Heat Factor) εht
Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (Grand Sensible Heat Factor) ε ht là tỷ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn của phòng có tính đến thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi và gió lọt mang vào không gian điều hòa
Hệ số nhiệt hiện tổng chính là độ nghiêng của tia quá trình từ điểm hòa trộn đến điểm thổi vào Đây chính là quá trình làm lạnh và khử ẩm của không khí trong dàn lạnh sau khi hòa trộn giữa gió tươi và gió tái tuần hoàn
Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF được tính theo công thức: ε ht = Q h Q h + Q a = Q hf + Q hN
+ Q h : thành phần nhiệt hiện, kể cả phần nhiệt hiện do gió tươi và gió lọt đem vào, W;
+ Q a : thành phần nhiệt ẩn, kể cả thành phần nhiệt ẩn do gió tươi và gió rò lọt đem vào, W;
Bảng 3-2 Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF
3.5 Hệ số đi vòng 𝛆 𝐁𝐅 (Bypass Factor)
Hệ số đi vòng là tỷ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với dàn với tổng lượng không khí thổi qua dàn, ký hiệu là ε BF Hệ số đi vòng được xác định bằng công thức: ε BF = G H
+ G H : lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với dàn, kg/s;
+ G O : lưu lượng không khí qua dàn lạnh trao đổi nhiệt ẩm với dàn, kg/s;
+ G: tổng lưu lượng không khí qua dàn, kg/s
Hệ số đi vòng ε BF phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là bề mặt trao đổi nhiệt của dàn, cách sắp xếp bố trí bề mặt trao đổi nhiệt ẩm, số hàng ống, tốc độ không khí
Theo tài liệu [2] bảng 4.22 với dàn lạnh ứng dụng cho công trình là các phòng hội thảo, có lượng nhiệt hiện lớn ta có ε BF = 0,05 ÷ 0,1 Ta chọn ε BF = 0,1
3.6 Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (Effective Sensible Heat Factor) 𝛆 𝐡𝐞𝐟
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng là tỷ số giữa nhiệt hiệu dụng của phòng và nhiệt tổng hiệu dụng của phòng và được xác định qua công thức: ε hef = Q hef
+ Q hef : nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH: Q hef = Q hf + ε BF Q hN + Q aef : nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH: Q aef = Q af + ε BF Q aN + ε BF : hệ số đi vòng (Bypass Factor);
+ Q hN : nhiệt hiện do gió tươi mang vào, W;
+ Q aN : nhiệt ẩn do gió tươi mang vào, W
Bảng 3-3 Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng
Bảng 3-4 Các hệ số trong sơ đồ điều hòa không khí
3.7 Nhiệt độ đọng sương của thiết bị
Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi ta tiếp tục làm lạnh hỗn hợp không khí tái tuần hoàn và không khí tươi (có trạng thái hòa trộn H) qua điểm V theo đường ε ht thì không khí đạt trạng thái bão hòa φ = 100% tại điểm S Điểm S chính là điểm đọng sương và nhiệt độ t s là nhiệt độ đọng sương của thiết bị
Theo tài liệu [2] bảng 4.24 trang 168, với nhiệt độ phòng và độ ẩm ta tra được nhiệt độ đọng sương theo hệ số ε hef của các không gian điều hòa
Bảng 3-5 Bảng nhiệt độ đọng sương theo hệ số ESHF
3.8 Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh
Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh t O ≡ t V được xác định qua biểu thức: t O = t S + ε BF (t H − t S ) = t V Nhiệt độ điểm hòa trộn t H có thể xác định nhờ biểu thức: t H =G N t N + G T t T
+ t N , t T : nhiệt độ ngoài nhà và nhiệt độ trong nhà, ℃;
+ G N , G T , G: lưu lượng không khí tươi, không khí tái tuần hoàn và lưu lượng không khí tổng, kg/s; G = G N + G T
+ L N , L T , L: lưu lượng không khí tươi, không khí tái tuần hoàn và lưu lượng không khí tổng, l s⁄ ; L = L N + L T
Kiểm tra hiệu nhiệt độ phòng và nhiệt độ thổi vào ta có:
Tiêu chuẩn vệ sinh cần Δt VT ≤ 10 K Nếu không đạt yêu cầu cần sử dụng các biện pháp để giảm Δt VT (dùng sơ đồ tuần hoàn 2 cấp hoặc sưởi bổ sung) vì nhiệt độ thổi vào quá thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Bảng 3-6 Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh
4 Khu chờ, tiếp đón 2143,5 208,2 1935,3 18,39 26,97 19,25 6,75 5 Hành lang 3367,5 1388,0 1979,5 16,66 30,12 18,01 7,99
3.9 Xác định lưu lượng không khí
Sơ đồ tuần hoàn một cấp với các điểm N, T, H, O, V, S với các hệ số nhiệt hiện, hệ số đi vòng Theo tài liệu [2] trang 169 thì việc tính toán sơ đồ một cấp được thực hiện theo các bước như sau:
- Xác định lưu lượng không khí qua dàn lạnh L Lưu lượng không khí L cần thiết để dập nhiệt thừa hiện và ẩn của phòng điều hòa, đó cũng chính là lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh (hoặc AHU) sau khi được hòa trộn Theo tài liệu [2] trang 170 ta có:
+ Q hef : nhiệt hiện hiệu dụng của phòng, W;
+ t T , t S : nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ đọng sương, ℃;
+ ε BF : hệ số đi vòng
Bảng 3-7 Lưu lượng không khí giữa các khu vực
𝐋 𝐓 , 𝐥 𝐬⁄ 1 Phòng hội thảo 1 24 13,33 57060,3 0.1 4951,6 2499,0 2452,6 2 Phòng hội thảo 2,
20 3 Phòng làm việc 24 15,31 10640,0 0.1 1133,7 83,3 1050,4 4 Khu chờ, tiếp đón 26 18,39 17616,6 0.1 2143,5 208,2 1935,3 5 Hành lang 26 16,66 33969,0 0.1 3367,5 1388,0 1979,5
3.10 Thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí cấp 1 Đối với phòng hội thảo loại 1, sau khi tính toán các giá trị nhiệt hiện, nhiệt ẩn của phòng:
- Ta xác định các điểm T (24℃, 60%), N (36℃, 51%), G (24℃, 50%)
- Qua T kẻ đường thẳng song song với G − e hef (e hef = 0,73) cắt đường φ = 100% ở S, xác định được nhiệt độ đọng sương t s = 13,33℃
- Qua S, kẻ đường thẳng song song với G − e ht (e ht = 0,532) cắt đường NT tại H, xác định được điểm hòa trộn H
- Qua T kẻ đường song song với G − e hf (e hf = 781) cắt đường SH tại O
Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và từ đường ống gió ta có O trung với V là điểm thổi vào
Làm tương tự thì ta có đồ thị cho các không gian còn lại.
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (Effective Sensible Heat Factor) εhef
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng là tỷ số giữa nhiệt hiệu dụng của phòng và nhiệt tổng hiệu dụng của phòng và được xác định qua công thức: ε hef = Q hef
+ Q hef : nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH: Q hef = Q hf + ε BF Q hN + Q aef : nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH: Q aef = Q af + ε BF Q aN + ε BF : hệ số đi vòng (Bypass Factor);
+ Q hN : nhiệt hiện do gió tươi mang vào, W;
+ Q aN : nhiệt ẩn do gió tươi mang vào, W
Bảng 3-3 Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng
Bảng 3-4 Các hệ số trong sơ đồ điều hòa không khí
Nhiệt độ đọng sương của thiết bị
Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi ta tiếp tục làm lạnh hỗn hợp không khí tái tuần hoàn và không khí tươi (có trạng thái hòa trộn H) qua điểm V theo đường ε ht thì không khí đạt trạng thái bão hòa φ = 100% tại điểm S Điểm S chính là điểm đọng sương và nhiệt độ t s là nhiệt độ đọng sương của thiết bị
Theo tài liệu [2] bảng 4.24 trang 168, với nhiệt độ phòng và độ ẩm ta tra được nhiệt độ đọng sương theo hệ số ε hef của các không gian điều hòa
Bảng 3-5 Bảng nhiệt độ đọng sương theo hệ số ESHF
Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh
Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh t O ≡ t V được xác định qua biểu thức: t O = t S + ε BF (t H − t S ) = t V Nhiệt độ điểm hòa trộn t H có thể xác định nhờ biểu thức: t H =G N t N + G T t T
+ t N , t T : nhiệt độ ngoài nhà và nhiệt độ trong nhà, ℃;
+ G N , G T , G: lưu lượng không khí tươi, không khí tái tuần hoàn và lưu lượng không khí tổng, kg/s; G = G N + G T
+ L N , L T , L: lưu lượng không khí tươi, không khí tái tuần hoàn và lưu lượng không khí tổng, l s⁄ ; L = L N + L T
Kiểm tra hiệu nhiệt độ phòng và nhiệt độ thổi vào ta có:
Tiêu chuẩn vệ sinh cần Δt VT ≤ 10 K Nếu không đạt yêu cầu cần sử dụng các biện pháp để giảm Δt VT (dùng sơ đồ tuần hoàn 2 cấp hoặc sưởi bổ sung) vì nhiệt độ thổi vào quá thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Bảng 3-6 Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh
4 Khu chờ, tiếp đón 2143,5 208,2 1935,3 18,39 26,97 19,25 6,75 5 Hành lang 3367,5 1388,0 1979,5 16,66 30,12 18,01 7,99
Xác định lưu lượng không khí
Sơ đồ tuần hoàn một cấp với các điểm N, T, H, O, V, S với các hệ số nhiệt hiện, hệ số đi vòng Theo tài liệu [2] trang 169 thì việc tính toán sơ đồ một cấp được thực hiện theo các bước như sau:
- Xác định lưu lượng không khí qua dàn lạnh L Lưu lượng không khí L cần thiết để dập nhiệt thừa hiện và ẩn của phòng điều hòa, đó cũng chính là lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh (hoặc AHU) sau khi được hòa trộn Theo tài liệu [2] trang 170 ta có:
+ Q hef : nhiệt hiện hiệu dụng của phòng, W;
+ t T , t S : nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ đọng sương, ℃;
+ ε BF : hệ số đi vòng
Bảng 3-7 Lưu lượng không khí giữa các khu vực
𝐋 𝐓 , 𝐥 𝐬⁄ 1 Phòng hội thảo 1 24 13,33 57060,3 0.1 4951,6 2499,0 2452,6 2 Phòng hội thảo 2,
20 3 Phòng làm việc 24 15,31 10640,0 0.1 1133,7 83,3 1050,4 4 Khu chờ, tiếp đón 26 18,39 17616,6 0.1 2143,5 208,2 1935,3 5 Hành lang 26 16,66 33969,0 0.1 3367,5 1388,0 1979,5
Thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí cấp 1
Đối với phòng hội thảo loại 1, sau khi tính toán các giá trị nhiệt hiện, nhiệt ẩn của phòng:
- Ta xác định các điểm T (24℃, 60%), N (36℃, 51%), G (24℃, 50%)
- Qua T kẻ đường thẳng song song với G − e hef (e hef = 0,73) cắt đường φ = 100% ở S, xác định được nhiệt độ đọng sương t s = 13,33℃
- Qua S, kẻ đường thẳng song song với G − e ht (e ht = 0,532) cắt đường NT tại H, xác định được điểm hòa trộn H
- Qua T kẻ đường song song với G − e hf (e hf = 781) cắt đường SH tại O
Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và từ đường ống gió ta có O trung với V là điểm thổi vào
Làm tương tự thì ta có đồ thị cho các không gian còn lại
TÍNH CHỌN MÁY VÀ THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
Giới thiệu và lựa chọn hệ thống điều hòa không khí
Hệ thống điều hòa không khí là tập hợp các máy móc, thiết bị, … để tiến hành các quá trình xử lý không khí như sưởi ấm, làm lạnh, khử ẩm, phun ẩm, … nhằm mục đích đế điều chỉnh, khống chế và duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà như nhiệt độ, độ ẩm, sự tuần hoàn và phân phối không khí trong phòng nhằm đáp ứng nhu cầu tiện nghi và công nghệ
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật nên các hệ thống điều hòa không khí rất đa dạng và phong phú Và mỗi hệ thống điều hòa không khí khác nhau để ứng dụng phù hợp với nhu cầu sử dụng khác nhau Hiện nay có rất nhiều tiêu chí, yếu tố để phân loại các hệ thống điều hòa không khí, trong khuôn khổ đồ án này với công suất tính toán và dựa vào đặc điểm công trình để chọn được hệ thống thiết kế phù hợp
4.1.1 Hệ thống điều hòa không khí cục bộ RAC (Room Air Conditioner)
Hệ thống này gồm những máy cục bộ đơn chiếc được lắp đặt cho các khu vực điều hòa đơn lẻ Máy gồm 2 khối là:
- Khối nóng (Outdoor Unit) đặt ngoài khu vực điều hòa;
- Khối lạnh (Indoor Unit) đặt bên trong không gian cần điều hòa
Một số loại điều hòa cục bộ có thể kể đến như: máy điều hòa cửa sổ, máy điều hòa 2 cụm nóng và lạnh, …
Phân tích hệ thống với công trình:
Dựa theo phân tích về ưu nhược điểm của hệ thống ĐHKK cục bộ cũng như công trình thiết kế là phòng hội thảo cần không gian điều hòa lớn, đồng thời việc thông gió, cấp gió đảm bảo không gian thông thoáng, thoải mái cho người sử dụng
Cho nên ta thấy rằng hệ thống ĐHKK cục bộ không phù hợp với công trình này
4.1.2 Hệ thống điều hòa tổ hợp gọn PAC (Package Air Conditioning)
Hệ thống gồm các loại máy hoặc hệ thống điều hòa từ cỡ trung bình đến lớn, bố trí gọn thành các tổ hợp thiết bị có năng suất lạnh từ 3 đến 220 tấn lạnh
Dàn bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp, dàn ngưng giải nhiệt gió hoặc giải nhiệt nước, kiểu nguyên cụm (lắp chung với nhau thành một tổ máy) hay loại tách (2 hay nhiều cụm máy), …
Phân tích hệ thống với công trình:
Hệ thống ĐHKK tổ hợp gọn là hệ thống phù hợp với các không gian điều hòa bởi lưu lượng gió lớn, chi phí đầu tư hợp lý ở mức trung bình, hệ thống cũng tương đối đơn giản Tuy nhiên công trình ứng dụng ở đây là phòng hội thảo yêu cầu việc xử lý không khí để đảm bảo nhiệt ẩm, cung cấp không khí tươi qua xử lý để
22 đem lại sự thoải mái cho những người trong không gian điều hòa Cho nên với công trình này em không sử dụng hệ thống ĐHKK tổ hợp gọn
4.1.3 Hệ thống điều hòa không khí trung tâm Chiller
Hệ thống điều hòa trung tâm nước (gọi tắt là hệ Water Chiller) là hệ thống sử dụng nước lạnh ở 7℃ để làm lạnh không khí qua các dàn trao đổi nhiệt AHU (Air Handling Unit) và FCU (Fan Coil Unit)
Phân tích hệ thống với công trình:
Với ưu điểm của hệ thống chiller ứng dụng với các công trình lớn, hệ số sử dụng đồng thời cao, mặt bằng điều hòa rộng, cùng với đó là đảm bảo các thông số về nhiệt ẩm, gió tươi cung cấp cho công trình, thân thiện với môi trường Vì vậy việc lựa chọn hệ thống điều hòa trung tâm Chiller là hoàn toàn phù hợp với công trình phòng hội thảo trong khuôn khổ đồ án này
4.1.4 Lựa chọn hệ thống lạnh phù hợp công trình Đối với công trình hội thảo này ta sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm Chiller giải nhiệt nước là phù hợp vừa đảm bảo làm lạnh đến các không gian vừa kết hợp được với AHU nhằm xử lý không khí đảm bảo chất lượng, độ ẩm không khí trong không gian điều hòa.
Tính chọn thiết bị và hiệu chỉnh năng suất lạnh
4.2.1 Tính chọn FCU cho phòng làm việc
Việc lựa chọn AHU có nhiều cách khác nhau, chúng ta có thể lựa chọn theo AHU có sẵn từ nhà sản xuất, hoặc đặt từ nhà sản xuất AHU theo yêu cầu của từng công trình, dưới đây trình bày một số cách chọn AHU cho dự án:
+ Lựa chọn AHU hợp khối (Packaged AHU): đây là loại AHU rất phổ biến trong các công trình không quá lớn, chuyên dùng để lắp mái AHU hợp khối bao gồm quạt, dàn nóng, dàn lạnh, bộ lọc và cửa gió lắp trong vỏ Thường thì trong vỏ có máy nén khí điều hòa không khí và thiết bị sưởi ấm bằng gas, cuộn dây sưởi ấm điện hoặc giàn nóng Thiết bị thường phục vụ vùng nhiệt độ duy nhất, nhưng cũng có loại AHU khối lượng không khí biến đổi lớn (VAV) phục vụ nhiều hộp đấu nối (nhiều vùng nhiệt) Do cấu tạo gọn nhẹ và chi phí ban đầu thấp, nên dù AHU hợp khối hiệu suất thấp và yêu cầu bảo trì nhiều, nhưng vẫn sử dụng rộng rãi và độ tin cậy đang dần đươc cải thiện Những AHU hợp khối có công suất từ vài nghin CFM đến hơn 30 000 CFM
+ Lựa chọn Modular AHU: cho phép người dùng lựa chọn các bộ phận riêng lẻ theo các modul nằm trong vỏ có cùng cấu trúc và mặt cắt ngang Người sử dụng có thể lựa chọn loại vỏ ngoài, bộ lọc, dàn nóng, dàn lạnh và các phụ kiên theo các lựa chọn khác nhau Modul được lắp ráp ngay tại nhà máy và vận chuyển riêng lẻ, lắp đặt tại chỗ Modul có độ linh hoạt và đáp ứng hầu hết các yêu cầu xử lý không khí
23 + Lựa chọn AHU tùy chọn (Custom AHU): theo cấu hình khách hàng yêu cầu Đây là loại có chất lượng cao nhất và thường sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc cơ quan, nơi yêu cầu lưu lượng cao, kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ và môi trường làm việc khắc nghiệt AHU tùy chọn được thiết kế mô phỏng với máy nén không khí, ống gió và khu vực làm việc, thâm chí cả các thiết bị như máy bơm hoặc bộ trao đổi nhiệt Đây là kiểu AHU đắt nhất, nhưng đem lại độ bên lâu nhất
4.2.1.1 Tính ch ọ n AHU cho phòng h ộ i th ả o 1 Đối với phòng hội thảo 1, với nhu cầu công suất lạnh Q ht1 = 177,3 kW, lưu lượng gió thổi vào phòng là 17 826 m 3 ⁄h Năng suất lạnh thực tế còn phụ thuộc vào các hệ số hiệu chỉnh α 1 , α 2
Nhiệt độ nước lạnh vào dàn là 7℃, nhiệt độ không khí trong phòng là 24℃, nên tra đồ thị hình 5.24 và 5.25 tài liệu [2] ta có các hệ số hiệu chỉnh α 1 = 1,0 và α 2 = 0,85 Vậy năng suất lạnh thực tế là:
Ta lựa chọn đặt hàng thiết kế AHU tùy chọn (Custom AHU) phù hợp với không gian tính toán với các thông số chính như sau:
Bảng 4-1 Thông số của AHU cho phòng hội thảo 1
Thông số Khối lượng Đơn vị
Cột áp tĩnh ngoài 341 Pa
Năng suất lạnh tổng 209 kW
Năng suất lạnh hiện 94 kW
- Lọc thô G4 - Lọc than hoạt tính - Lọc tinh F8
4.2.1.2 Tính ch ọ n AHU cho phòng h ộ i th ả o 2, 3 Đối với phòng hội thảo này, với nhu cầu công suất là Q ht2,3 = 181,8 kW, lưu lượng gió thổi vào phòng là 16 306 m 3 ⁄h Năng suất lạnh thực tế còn phụ thuộc vào các hệ số hiệu chỉnh α 1 và α 2
Nhiệt độ nước lạnh vào dàn là 7℃, nhiệt độ không khí trong phòng là 24℃, nên tra đồ thị hình 5.24 và 5.25 tài liệu [2] ta có các hệ số hiệu chỉnh α 1 = 1,0 và α 2 = 0,85 Vậy năng suất lạnh thực tế là:
24 Ta lựa chọn đặt hàng thiết kế AHU tùy chọn (Custom AHU) phù hợp với không gian tính toán với các thông số chính như sau:
Bảng 4-2 Thông số của AHU cho phòng hội thảo 2, 3
Thông số Khối lượng Đơn vị
Cột áp tĩnh ngoài 260 Pa
Năng suất lạnh tổng 214 kW
Năng suất lạnh hiện 74 kW
- Lọc thô G4 - Lọc than hoạt tính - Lọc tinh F8
4.2.1.3 Tính ch ọ n AHU cho khu v ự c s ả nh ch ờ và hành lang
Do đây là 2 khu vực thông với nhau, thông số nhiệt ẩm tương tự nhau nên ta chọn AHU chung cho chúng Tổng công suất nhiệt là Q hl = 123 kW, lưu lượng gió thổi vào là 19840 m 3 ⁄h Năng suất lạnh thực tế còn phụ thuộc vào các hệ số hiệu chỉnh α 1 và α 2
Nhiệt đồ nước lạnh vào dàn là 7℃, nhiệt độ không khí trong không gian điều hòa là 26℃, nên ta tra đồ thị hình 5.24 và 5.25 tài liệu [2] ta có các hệ số hiệu chỉnh α 1 = 1,0 và α 2 = 0,95 Vậy năng suất lạnh thực tế là:
Ta lựa chọn đặt hàng thiết kế AHU tùy chọn (Custom AHU) phù hợp với không gian tính toán với các thông số chính như sau:
Bảng 4-3 Thông số của AHU cho khu chờ và hành lang
Thông số Khối lượng Đơn vị
Cột áp tĩnh ngoài 274 Pa
Năng suất lạnh tổng 130 kW
Năng suất lạnh hiện 94 kW
- Lọc thô G4 - Lọc than hoạt tính - Lọc tinh F8
4.2.1.4 Tính ch ọ n FCU cho phòng làm vi ệ c
Vì diện tích của phòng làm việc không lớn và thời gian sử dụng của các phòng không đồng thời nên việc lựa chọn AHU là không hợp lý Đối với phòng làm việc ta lựa chọn các dàn FCU nối ống gió
Phòng làm việc với nhu cầu công suất lạnh là Q lv = 18,1 kW, lưu lượng gió thổi vào phòng là 4081 m 3 ⁄h Năng suất lạnh thực tế còn phụ thuộc vào các hệ số hiệu chỉnh α 1 và α 2
Nhiệt độ nước lạnh vào dàn là 7℃, nhiệt độ không khí trong phòng là 24℃
Tra đồ thị hình 5.24 và 5.25 tài liệu [2] ta có các hệ số hiệu chỉnh α 1 = 1 và α 2 0,85 Vậy năng suất lạnh thực tế là:
Với thông số tính toán được ta chọn 2 dàn FCU của DAIKIN cho phòng làm việc với model FWC14G với các thông số sau:
Hình 4-1 Bảng thông số FCU cho phòng làm việc
4.2.2 Tính chọn Water Cooled Chiller
Năng suất lạnh tiêu chuẩn của Chiller xác định theo:
- Nhiệt độ nước lạnh ra khỏi bình bay hơi t 12 = 7℃ (vào t 11 = 12℃)
- Nhiệt độ nước giải nhiệt được xác định theo nhiệt độ môi trường tại tỉnh Thanh Hóa, có: t N = 36℃; φ N = 60 % → t ư = 29 ℃
+ Nhiệt độ nước giải nhiệt vào: t w1 = t ư + 3 = 29 + 3 = 32 ℃ + Nhiệt độ nước giải nhiệt ra: t w2 = t w1 + 5 = 32 + 5 = 37 ℃
Với điều kiện nhiệt độ không khí ngoài nhà t N = 36℃ và nhiệt độ nước lạnh ra khỏi bình bay hơi t 12 = 7℃, ta tra đồ thị hình 5.15 và 5.16 tài liệu [2] ta thu được các hệ số điều chỉnh α 1 = 0,98 và α 2 = 1,00 Ta có công suất hiệu chỉnh:
Dựa theo catalogue Water Cooled Chiller của hãng DAIKIN ta chọn 2 máy chiller model CUWD100CS5Y với công suất mỗi máy là 330 kW (93,9 RT)
Hình 4-2 Bảng thông số làm việc của Water Cooled Chiller
4.2.2 Tính chọn tháp giải nhiệt Water Cooled Water Để giải nhiệt cho Water Cooled Water có một số phương pháp sau:
Phương án 1: Sử dụng hồ nước để giải nhiệt
Hồ nước có tác dụng vừa giải nhiệt cho Chiller cũng như làm đẹp cho quang cách xung quanh khu vực công trình Tuy nhiên, trong khuôn khổ đồ án này ta không sử dụng phương án này
Phương án 2: Sử dụng Cooling Tower (tháp giải nhiệt)
+ Hiệu suất giải nhiệt cao + Thích cho công trình hội thảo này - Nhược điểm:
+ Tốn không gian lắp đặt, chi phí đầu tư hệ thống, thiết bị lớn Đối với công trình này ta sử dụng phương án dùng tháp giải nhiệt nước cho Chiller Ta lựa chọn 2 tháp giải nhiệt cho 2 Chiller công suất 330 kW
Ta có: 330 kW = 93,9 ton lạnh (RT) Nhiệt độ nước giải nhiệt vào: t w1 = t ư + 3 = 29 + 3 = 32℃
Nhiệt độ nước giải nhiệt ra: t w2 = t w1 + 5 = 32 + 5 = 37℃
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC
Phương pháp tính toán
Việc tính toán về cơ bản gồm:
- Tính toán lưu lượng nước trong mỗi nhánh và trong các ống chính - Tính vận tốc của nước chảy trong ống
- Độ dài của từng đoạn ống
Việc tính toán thiết kế đường ống nước nhằm xác định kích thước ống dẫn và xác định trở kháng thủy lực của toàn tuyến ống (là tuyến có trở lực lớn nhất, lấy đó làm cơ sở để chọn bơm nước) Có thể dùng phương pháp hệ số trở kháng hoặc phương pháp đồ thị để xác định tổn thất áp suất
Dù sử dụng phương pháp nào để tính toán thì tốc độ nước trong ống cũng không được quá lớn để tránh tăng tiêu hao điện năng để chạy bơm và tránh hiện tượng mài mòn trong ống Tốc độ nước trên các ống chính không nên quá 4 m s⁄ và trên ống nhánh không nên quá 2 m s⁄ Chọn tốc độ nước quá bé (hoặc chọn trở lực trên mỗi mét ống quá bé) thì sẽ làm tăng chi phí đầu tư cho đường ống và chi phí cách nhiệt đường ống.
Lựa chọn hệ thống đường ống
Hiện nay có rất nhiều cách bố trí hệ thống đường ống nước Chiller như hệ 2 đường ống, 3 đường ống, 4 đường ống, hệ hồi ngược, … Mỗi một cách bố trí đều có những ưu nhược điểm riêng:
+ Hệ 3 đường ống, 4 đường ống: nhằm mục đích sử dụng cấp lạnh và sưởi đồng thời ở các mùa giao thời cho các công trình quan trọng Với hệ thống này, trong cùng một thời gian, không gian này cần làm lạnh cũng như không gian khác cũng có thể sưởi ấm
+ Hệ 2 đường ống là hệ thống đơn giản nhất, gồm các ống góp mắc song song còn các FCU mắc nối tiếp giữa 2 ống Vào mùa hè không sưởi ấm, chỉ có vòng tuần hoàn nước lạnh hoạt động để làm lạnh không gian cần điều hòa Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản, chi phí vật liệu nhỏ, nhưng có nhược điểm lớn là khó cân
29 bằng áp suất bơm giữa các dàn vì nước có xu hướng chỉ đi tắt qua các dàn đặt gần
Do đó cần đặt van điều chỉnh để cân bằng áp suất, chia đều nước cho các dàn
+ Hệ hồi ngược là hệ thống được cải tiến từ hệ 2 đường ống, ở đây bố trí thêm một ống hồi ngược nên đảm bảo cân bằng áp suất tự nhiên trong toàn bộ các dàn vì tổng chiều dài đường ống qua các dàn là bằng nhau Tuy nhiên nhược điểm của hệ thống là tốn thêm đường ống nên giá thành cao hơn
Với đặc điểm của công trình phòng hội thảo ta thấy hệ thống 2 đường ống là có khả năng ưu việt và tiện dụng hơn cả Vậy trong đồ án này em chọn hệ thống 2 đường ống để thiết kế Kết quả tính toán cho cả đường nước cấp và nước hồi.
Tính toán đường kính ống
Trong khuôn khổ đồ án với công trình này, em sử dụng ống nước cho chiller là ống thép đen
Ví dụ với đoạn ống kết nối với FCU, có lưu lượng là 0,6 l s⁄ , lựa chọn tốc độ trong ống là 1,0 m s⁄ ta tính được tiết diện ống: d = √4 Q
Dựa theo catalogue ống thép đen Hòa Phát, ta chọn kích thước ống như sau: Đường kính danh nghĩa Schedule Đường kính ngoài - 𝐝 𝐨 Đường kính trong - 𝐝 𝐢
Khối lượng 1m ống mm - mm mm mm kg/m
Tính tương tự em có bảng sau:
Bảng 5-1 Kích thước đường ống nước lạnh
Khu vực Đoạn Lưu lượng Vận tốc Đường kính Đường kính danh định l/s m/s m mm
Tính toán các đường ống ở trong phòng máy ta có bảng dưới đây:
Bảng 5-2 Tính toán đường ống nước chiller trong phòng máy
Lưu lượng Vận tốc Đường kính Đường kính danh định l/s m/s m mm
Bình bay hơi Ống cấp/hồi 15,8 1,5 0,116 125 Ống góp 31,6 2,0 0,142 150
Bình ngưng tụ Ống cấp/hồi 19,7 1,5 0,129 150 Ống góp 39,4 2,0 0,158 200
Bơm nước lạnh Đầu hút bơm 1 15,8 1,5 0,116 125 Đầu hút bơm 2 15,8 1,5 0,116 125 Đầu hút bơm 3
(dự phòng) 15,8 1,5 0,116 125 Ống góp hút 31,6 2,0 0,142 150 Đầu đẩy bơm 1 15,8 1,5 0,116 125 Đầu đẩy bơm 2 15,8 1,5 0,116 125 Đầu đẩy bơm 3
(dự phòng) 15,8 1,5 0,116 125 Ống góp đẩy 31,6 2,0 0,142 150
Bơm giải nhiệt Đầu hút bơm 1 19,7 1,5 0,129 150 Đầu hút bơm 2 19,7 1,5 0,129 150 Đầu hút bơm 3
(dự phòng) 19,7 1,5 0,129 150 Ống góp hút 39,4 2,0 0,158 200 Đầu đẩy bơm 1 19,7 1,5 0,129 150 Đầu đẩy bơm 2 19,7 1,5 0,129 150 Đầu đẩy bơm 3
(dự phòng) 19,7 1,5 0,129 150 Ống góp đẩy 39,4 2,0 0,158 200
Tính toán đường ống bypass chiller: mục đích của đường ống bypass trong hệ thống chiller là để đảm bảo mức lưu lượng nước lạnh tối thiểu của hệ thống, do đó là tránh được hiện tượng đóng băng từ catalogue của chiller ta có công suất tối thiểu để chiller hoạt động là 25% tổng công suất Khi đó lưu lượng của chiller sẽ là:
Vì đây là hệ có 2 chiller mắc song song với nhau Khi cần giảm tải thì người ta sẽ cho một chiller ngừng, chiller còn lại sẽ chạy 25% tổng công suất tải nên lưu lượng bypass sẽ chính là lưu lượng mà 1 chiller đó giảm tải Như vậy lưu lượng bypass l bypass = 3,9 l s⁄
Chọn tốc độ nước chảy trong ống là 1,5 m/s, ta tính được đường kính:
Từ catalogue ống thép đen Hòa Phát em chọn được kích thước ống là DN65.
Tính toán tổn thất trên đường ống
Để đơn giản hóa việc tính toán tổn thất áp suất cho hệ thống ống nước người ta thành lập các đồ thị để tra được ngay tổn thất áp suất cho một đơn vị chiều dài đường ống phụ thuộc vào tốc độ lưu động của nước, đường kính ống và lưu lượng nước Sau khi tra được tổn thất áp suất cho một mét chiều dài ống, ta chỉ cần nhân với chiều dài ống sẽ được tổn thất ma sát tổng Δp ms = 𝑙 Δp l , Pa
Tính ví dụ cho đoạn ống từ sau AHU cuối đến FCU đầu tiên có lưu lượng nước đi trong ống là v = 1,2 l s⁄ , D i = 40 mm Dựa vào đồ thị hình 6.5 tài liệu [2] trang 231 ta xác định được Δp l = 270 Pa m⁄
Chiều dài đường ống là L = 3 m, Δp ms = 270 × 3 = 810 (Pa) Chiều dài tương đương:
+ Của bộ giảm d là: 1,128 m + Của T là: 2,44 m
Tổng chiều dài tương đương là:
L tđ = 1,128 + 2,44 = 3,568 (m) Tổn thất áp suất: Δp cb = L tđ Δp l = 3,568 × 270 = 963 (Pa) Tổng tổn thất áp suất: Δp = Δp ms + Δp cb = 810 + 963 = 1773 (Pa)
Tính toán tương tự, ta tính được trở lực lớn nhất trên đường ống, ta có bảng sau:
Bảng 5-3 Tính toán trở lực đường ống nước lạnh Đoạn
Lưu lượng Đường kính danh định
Tê nhánh Bộ giảm d 𝚫𝐩 l/s mm m Cái Cái Cái Pa
32 Tổng trở lực trên đường ống nước lạnh là: Δp = 15728,8 Pa ≅ 0,16 bar = 1,6 mH 2 O
Tính chọn bơm
Đới với bơm nước lạnh, em sử dụng bơm biến tần do sử dụng van 2 ngả điều chỉnh được lưu lượng nước cấp cho FCU, AHU khi tải thay đổi liên tục, điều này sẽ giúp tiết kiệm được chi phí năng lượng Đối với bơm nước giải nhiệt cho chiller thì do lưu lượng đi giải nhiệt là không đổi nên không cần thiết phải lắp bơm biến tần
Theo catalogue chiller của Daikin ở trên thì với lựa chọn 2 chiller có tổng lưu lượng nước qua bình bay hơi là 31,6 l s⁄ , mà lưu lượng thực tế cấp cho các indoor unit là 27,6 l s⁄ Như vậy có nghĩa là chiller chỉ hoạt động 87%
Tính chọn bơm nước lạnh, tổng cột áp của bơm được tính theo:
Trong đó: 1,15 là hệ số dự phòng; h đ , h h , h bh , h FCU lần lượt là tổn thất áp suất trên đường ống đẩy, ống hút, trong bình bay hơi và trong các dàn lạnh FCU, AHU
Do sử dụng 2 bơm chính để đảm bảo công suất, ngoài ra thêm 1 bơm dự phòng với yêu cầu lưu lượng, cột áp mỗi bơm là: V = 13,8 l s⁄ và H = 7,3 mH 2 O
Công suất động cơ bơm là:
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN KHÔNG KHÍ
Lựa chọn cửa gió
Đối với công trình hội thảo này coi như sử dụng trần giả là trần tấm vuông kích thước 600 x 600mm Vì vậy, để đảm bảo thẩm mỹ cũng như phù hợp với kích thước trần thì em lựa chọn cửa gió kích thước mặt thổi 600 x 600mm cho các không gian điều hòa
Ta chọn miệng gió khuếch tán vuông MCD-4T do hãng ADF sản xuất với kích thước mặt thổi là 600 x 600mm, chọn kích thước cổ 300 x 300mm, với lưu lượng gió thổi là 423 l s⁄ ≈ 1523 m 3 ⁄h
Hình 6-1 Miệng gió khuếch tán vuông MCD-4T của ADF
Hình 6-2 Thông số lựa chọn miệng gió
Lưu lượng gió cần cấp cho phòng là: 4952 l s⁄ ≈ 17 827 m 3 ⁄h Số lượng cửa gió cần bố trí trong phòng là: 12 cửa gió
Lưu lượng thực thổi qua mỗi cửa gió là: 1485 m 3 ⁄h
Ta chọn miệng gió khuếch tán vuông MCD-4T do hãng ADF sản xuất với kích thước mặt thổi là 600 x 600mm, chọn kích thước cổ 300 x 300mm, với lưu lượng gió thổi là 423 l s⁄ ≈ 1523 m 3 ⁄h
Lưu lượng gió cần cấp cho phòng là: 4530 l s⁄ ≈ 16 308 m 3 ⁄h Số lượng cửa gió cần bố trí là: 12 cửa gió
Lưu lượng thực thổi qua mỗi cửa gió là: 1359 m 3 ⁄h
Ta chọn miệng gió khuếch tán vuông MCD-4T do hãng ADF sản xuất với kích thước mặt thổi là 600 x 600mm, chọn kích thước cổ 300 x 300mm, lưu lượng gió thổi là 317 l s⁄ ≈ 1141 m 3 ⁄h
Lưu lượng gió cần cấp cho phòng là: 1134 l s⁄ ≈ 4085 m 3 ⁄h Số lượng cửa gió cần bố trí là: 4 cửa gió
Lưu lượng thực thổi qua mỗi cửa gió là: 1021 m 3 ⁄h
6.1.1.4 Khu ch ờ và hành lang
Ta chọn miệng gió khuếch tán vuông MCD-4T của hãng ADF sản xuất với kích thước mặt thổi là 600 x 600mm, chọn kích thước cổ 300 x 300mm, với lưu lượng gió thổi là 423 l s⁄ ≈ 1523 m 3 ⁄h
Lưu lượng gió cần cấp cho phòng là: 5511 l s⁄ ≈ 19 840 m 3 ⁄h Số lượng cửa gió cần bố trí là: 14 cửa gió
Lưu lượng thực thổi qua mỗi cửa gió là: 1417 m 3 ⁄h
Ta chọn miệng gió nan sọt trứng của hãng ADF sản xuất với kích thước mặt 600 x 600mm, chọn vận tốc cửa gió là 1,5 m s⁄ , lưu lượng 492 l s⁄ ≈ 1771 m 3 ⁄h
Hình 6-3 Miệng gió hồi nan sọt trứng của ADF
Hình 6-4 Thông số lựa chọn miệng gió
Lưu lượng không khí hồi của phòng là: 2452,6 l s⁄ ≈ 8830 m 3 ⁄h Chọn số cửa gió hồi là: 6 cửa
Lưu lượng thực qua mỗi cửa hồi là: 1471 m 3 ⁄ h
Ta chọn miệng gió nan sọt trứng của hãng ADF sản xuất với kích thước mặt 600 x 600mm, chọn vận tốc cửa gió là 1,5 m s⁄ , lưu lượng 492 l s⁄ ≈ 1771 m 3 ⁄h
Lưu lượng không khí hồi của phòng là: 1864 l s⁄ ≈ 6710 m 3 ⁄h Chọn số cửa gió hồi là: 4 cửa
Lưu lượng thực qua mỗi cửa hồi là: 1677 m 3 ⁄h
Ta chọn miệng gió nan sọt trứng do hãng ADF sản xuất với kích thước mặt 600 x 600mm, vận tốc cửa gió là 1 m s⁄ , lưu lượng 328 l s⁄ ≈ 1181 m 3 ⁄h
Lưu lượng không khí hồi của phòng là: 1050 l s⁄ ≈ 3780 m 3 ⁄h Chọn số cửa gió hồi là: 4 cửa
Lưu lượng thực qua mỗi cửa hồi là: 945 m 3 ⁄ h
6.1.2.4 Khu ch ờ và hành lang
Ta chọn miệng gió nan sọt trứng do hãng ADF sản xuất với kích thước miệng 600 x 600mm, vận tốc cửa gió là 1 m s⁄ , lưu lượng 328 l s⁄ ≈ 1181 m 3 ⁄h
Lưu lượng không khí hồi của không gian là: 3915 l s⁄ ≈ 14 100 m 3 ⁄h Chọn số cửa gió hồi là: 12 cửa
Lưu lượng thực qua mỗi cửa hồi là: 1175 m 3 ⁄h.
Tính toán kích thước đường ống gió
Trong khuôn khổ đồ án này em sử dụng phần mềm Duct Cheker Pro để tính toán kích thước ống gió cứng Ví dụ đối với đoạn A1-B1 của phòng hội thảo 1 có lưu lượng 17827 m 3 ⁄h, dùng phần mềm nhập lưu lượng phần mềm cho ta các gợi ý về kích thước ống, ta chọn kích thước sao cho phù hợp, với tổn thất áp suất càng gần 1 Pa/m càng tốt (thỏa mãn phương pháp ma sát đồng đều)
Hình 6-5 Sử dụng phần mềm Duct Checker Pro để tính đường ống gió
37 Như vậy, ta tìm được đoạn ống gió cấp chính của phòng hội thảo 1 có kích thước là 1200x500 mm Tính tương tự cho các đoạn còn lại ta có bảng sau:
Bảng 6-1 Tính toán đường ống gió cấp phòng hội thảo 1 Đoạn 𝐋,
Kích thước, mm x mm Vận tốc, m/s Tổn thất,
Bảng 6-2 Tính toán đường ống gió hồi phòng hội thảo 1 Đoạn 𝐋,
Kích thước, mm x mm Vận tốc, m/s Tổn thất,
Bảng 6-3 Tính toán đường ống gió cấp phòng hội thảo 2, 3 Đoạn 𝐋,
Tổn thất, Pa/m Ống chính
Bảng 6-4 Tính toán đường ống gió hồi phòng hội thảo 2, 3 Đoạn 𝐋,
Kích thước, mm x mm Vận tốc, m/s Tổn thất,
6.2.3 Khu vực chờ và hành lang
Bảng 6-5 Tính toán đường ống gió cấp khu chờ, hành lang Đoạn 𝐋,
Kích thước, mm x mm Vận tốc, m/s Tổn thất,
Bảng 6-6 Tính toán đường ống gió hồi khu chờ, hành lang Đoạn 𝐋,
Kích thước, mm x mm Vận tốc, m/s Tổn thất,
Các loại van phổ biến trên đường ống gió
6.3.1 Van điều chỉnh lưu lượng (VCD – Volume Control Damper)
Van gió giúp chúng ta có thể điều chỉnh được lưu lượng đi qua ống gió bằng cách thay đổi tiết diện đi qua van VCD này Các cánh bên trong van gió sẽ thay đổi được các góc độ tùy ý Thường thì sẽ điều chỉnh bằng tay Van gió VCD thường được áp dụng cho các hệ thống hút thải vệ sinh, các hệ thống cấp gió
Hình 6-6 Hình ảnh minh họa van gió VCD tròn
Van chặn lửa hoạt động dựa trên sự quá nhiệt của phần tử đặt trên van Khi nhiệt độ van gió trên 70℃, phần tử này sẽ tự động tan chảy làm van bị đóng sập hoàn toàn, không cho khói cũng như nguồn lửa đi qua van nữa Van chặn lửa thường được lắp đặt trên ống gió ở các khu vực từ không gian này sang không gian khác, từ vùng cháy này sang vùng cháy khác, ở các vị trí ống qua tường, vách ngăn cháy Ngày nay, các loại van trên có thể được điều khiển thông qua động cơ và được lấy tín hiệu từ phòng điều khiển để hoạt động.
Tính toán trở lực đường ống
Từ phương pháp đã nêu ở trên, cùng với sử dụng phần mềm ASHRAE Duct Fitting Database để tính trở lực cục bộ của các đoạn cút 90, cút 45, côn thu, … em có bảng sau:
Bảng 6-7 Tính trở lực đường ống gió cấp phòng hội thảo 2, 3 Đoạn Tên
𝐦 𝟑 ⁄𝐡 mm mm Pa/m m Pa Pa Pa
Bảng 6-8 Tính trở lực đường ống gió hồi phòng hội thảo 2, 3 Đoạn Tên
𝐦 𝟑 ⁄𝐡 mm mm Pa/m m Pa Pa Pa
Tính toán tương tự cho các không gian còn lại, ta sẽ tính được trở lực trên đường ống gió cấp và gió hồi để phục vụ cho việc chọn quạt
