tính tóan thiết kế hệ thống điều hòa không khí

tính tóan thiết kế hệ thống điều hòa không khí tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về t...

Ts. Vâ chÝ chÝnh TÝnh to¸n thiÕt kÕ HÖ thèng §IÒU HOµ KH¤NG KHÝ §µ N½NG, N¡M 2003 1 CHỈÅNG I NHỈỴNG KIÃÚN THỈÏC CÅ BN VÃƯ KHÄNG KHÊ ÁØM Âiãưu ha khäng khê l k thût tảo ra v duy trç âiãưu kiãûn vi khê háûu thêch håüp våïi con ngỉåìi v cäng nghãû ca cạc quạ trçnh sn xút. Âãø cọ thãø âi sáu nghiãn cỉïu k thût âiãưu ho khäng khê trỉåïc hãút chụng täi så lỉåüc cạc tênh cháút nhiãût âäüng cå bn ca khäng khê áøm. 1.1 KHÄNG KHÊ ÁØM Khäng khê xung quanh chụng ta l häùn håüp ca nhiãưu cháút khê, ch úu l N 2 v O 2 ngoi ra cn mäüt lỉåüng nh cạc khê trå, CO 2 , håi nỉåïc . . . - Khäng khê khä : Khäng khê khäng chỉïa håi nỉåïc gi l khäng khê khä.Trong cạc tênh toạn thỉåìng khäng khê khä âỉåüc coi l khê l tỉåíng. Thnh pháưn ca cạc cháút trong khäng khê khä âỉåüc phán theo t lãû sau : Bng 1-1 : T lãû cạc cháút khê trong khäng khê khä Thnh pháưn Theo khäúi lỉåüng (%) Theo thãø têch (%) - Ni tå : N 2 - Äxi : O 2 - Argon - A - Carbon-Dioxide : CO 2 75,5 23,1 1,3 0.1 78,084 20,948 0,934 0,0314 - Khäng khê áøm : Khäng khê cọ chỉïa håi nỉåïc gi l khäng khê áøm. Trong tỉû nhiãn khäng cọ khäng khê khä tuût âäúi m ton l khäng khê áøm. Khäng khê áøm âỉåüc chia ra : + Khäng khê áøm chỉa bo ha : L trảng thại m håi nỉåïc cn cọ thãø bay håi thãm vo âỉåüc trong khäng khê. + Khäng khê áøm bo ha : L trảng thại m håi nỉåïc trong khäng khê â âảt täúi âa v khäng thãø bay håi thãm vo âọ âỉåüc. Nãúu bay håi thãm vo bao nhiãu thç cọ báúy nhiãu håi áøm ngỉng tủ lải. + Khäng khê áøm quạ bo ha : L khäng khê áøm bo ha v cn chỉïa thãm mäüt lỉåüng håi nỉåïc nháút âënh. Tuy nhiãn trảng thại quạ bo ho l trảng thại khäng äøn âënh m cọ xu hỉåïng biãún âäøi âãún trảng thại bo ho do lỉåüng håi nỉåï c dỉ bë tạch dáưn ra khi khäng khê . Vê dủ nhỉ sỉång m l khäng khê quạ bo ha. Tênh cháút váût l v nh hỉåíng ca khäng khê âãún cm giạc con ngỉåìi phủ thüc nhiãưu vo lỉåüng håi nỉåïc täưn tải trong khäng khê. 1.2 CẠC THÄNG SÄÚ CA KHÄNG KHÊ ÁØM 1.2.1 Ạp sút. p sút khäng khê thỉåìng âỉåüc gi l khê ạp. K hiãûu l B. Nọi chung giạ trë B thay âäøi theo khäng gian v thåìi gian. Tuy nhiãn trong k thût âiãưu ha khäng khê giạ trë chãnh lãûch khäng låïn cọ thãø b qua v ngỉåìi ta coi B khäng âäøi. Trong tênh toạn ngỉåìi ta láúy åí trảng thại tiãu chøn B o = 760 mmHg . 2 ọử thở I-d cuớa khọng khờ ỏứm thổồỡng õổồỹc xỏy dổỷng ồớ aùp suỏỳt B = 745mmHg vaỡ B o = 760mmHg . 1.2.2 Khọỳi lổồỹng rióng vaỡ thóứ tờch rióng. Khọỳi lổồỹng rióng cuớa khọng khờ laỡ khọỳi lổồỹng cuớa mọỹt õồn vở thóứ tờch khọng khờ . Kyù hióỷu laỡ , õồn vở kg/m 3 . aỷi lổồỹng nghởch õaớo cuớa khọỳi lổồỹng rióng laỡ thóứ tờch rióng. Kyù hióỷu laỡ v Khọỳi lổồỹng rióng vaỡ thóứ tờch rióng laỡ hai thọng sọỳ phuỷ thuọỹc. Khọỳi lổồỹng rióng thay õọứi theo nhióỷt õọỹ vaỡ khờ aùp. Tuy nhión cuợng nhổ aùp suỏỳt sổỷ thay õọứi cuớa khọỳi lổồỹng rióng cuớa khọng khờ trong thổỷc tóỳ kyợ thuỏỷt khọng lồùn nón ngổồỡi ta lỏỳy khọng õọứi ồớ õióửu kióỷn tióu chuỏứn : t o = 20 o C vaỡ B = B o = 760mmHg : = 1,2 kg/m 3 1.2.3 ọỹ ỏứm 1.2.3.1. ọỹ ỏứm tuyóỷt õọỳi . Laỡ khọỳi lổồỹng hồi ỏứm trong 1m 3 khọng khờ ỏứm. Giaớ sổớ trong V (m 3 ) khọng khờ ỏứm coù chổùa G h (kg) hồi nổồùc thỗ õọỹ ỏứm tuyóỷt õọỳi kyù hióỷu laỡ h õổồỹc tờnh nhổ sau : Vỗ hồi nổồùc trong khọng khờ coù thóứ coi laỡ khờ lyù tổồớng nón: trong õoù : p h - Phỏn aùp suỏỳt cuớa hồi nổồùc trong khọng khờ chổa baợo hoaỡ, N/m 2 R h - Hũng sọỳ cuớa hồi nổồùc R h = 462 J/kg. o K T - Nhióỷt õọỹ tuyóỷt õọỳi cuớa khọng khờ ỏứm, tổùc cuợng laỡ nhióỷt õọỹ cuớa hồi nổồùc , o K 1.2.3.2. ọỹ ỏứm tổồng õọỳi. ọỹ ỏứm tổồng õọỳi cuớa khọng khờ ỏứm , kyù hióỷu laỡ (%) laỡ tố sọỳ giổợa õọỹ ỏứm tuyóỷt õọỳi h cuớa khọng khờ vồùi õọỹ ỏứm baợo hoỡa max ồớ cuỡng nhióỷt õọỹ vồùi traỷng thaùi õaợ cho. hay : ọỹ ỏứm tổồng õọỳi bióứu thở mổùc õọỹ chổùa hồi nổồùc trong khọng khờ ỏứm so vồùi khọng khờ ỏứm baợo hoỡa ồớ cuỡng nhióỷt õọỹ. Khi = 0 õoù laỡ traỷng thaùi khọng khờ khọ. 0 < < 100 õoù laỡ traỷng thaùi khọng khờ ỏứm chổa baợo hoaỡ. = 100 õoù laỡ traỷng thaùi khọng khờ ỏứm baợo hoỡa. kgmv /, 1 3 = 3 /, mkg V G h h = 3 /, . 1 mkg TR p v h h h h == ,% max h = ,% max p p h = ( 1-1 ) ( 1-2 ) ( 1-3 ) ( 1-4 ) ( 1-5 ) 3 - Âäü áøm ϕ l âải lỉåüng ráút quan trng ca khäng khê áøm cọ nh hỉåíng nhiãưu âãún cm giạc ca con ngỉåìi v kh nàng sỉí dủng khäng khê âãø sáúy cạc váût pháøm. - Âäü áøm tỉång âäúi ϕ cọ thãø xạc âënh bàòng cäng thỉïc, hồûc âo bàòng áøm kãú . ÁØm kãú l thiãút bë âo gäưm 2 nhiãût kãú : mäüt nhiãût kãú khä v mäüt nhiãût kãú ỉåït. Nhiãût kãú ỉåït cọ báưu bc vi tháúm nỉåïc åí âọ håi nỉåïc tháúm åí vi bc xung quanh báưu nhiãût kãú khi bäúc håi vo khäng khê s láúy nhiãût ca báưu nhiãût kãú nãn nhiãût âäü báưu gim xúng bàòng nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït t ỉ ỉïng våïi trảng thại khäng khê bãn ngoi. Khi âäü áøm tỉång âäúi bẹ , cỉåìng âäü bäúc håi cng mảnh, âäü chãnh nhiãût âäü giỉỵa 2 nhiãût kãú cng cao. Do âọ âäü chãnh nhiãût âäü giỉỵa 2 nhiãût kãú phủ thüc vo âäü áøm tỉång âäúi v nọ âỉåüc sỉí dủng âãø lm cå såí xạc âënh âäü áøm tỉång âäúi ϕ. Khi ϕ =100%, quạ trçnh bäúc håi ngỉìng v nhiãût âäü ca 2 nhiãût kãú bàòng nhau. 1.2.4 Dung áøm (âäü chỉïa håi). Dung áøm hay cn gi l âäü chỉïa håi, âỉåüc k hiãûu l d l lỉåüng håi áøm chỉïa trong 1 kg khäng khê khä. - G h : Khäúi lỉåüng håi nỉåïc chỉïa trong khäng khê, kg - G k : Khäúi lỉåüng khäng khê khä, kg Ta cọ quan hãû: Sau khi thay R = 8314/ µ ta cọ 1.2.5 Nhiãût âäü. Nhiãût âäü l âải lỉåüng biãøu thë mỉïc âäü nọng lảnh. Âáy l úu täú nh hỉåíng låïn nháút âãún cm giạc ca con ngỉåìi. Trong k thût âiãưu ha khäng khê ngỉåìi ta thỉåìng sỉí dủng 2 thang nhiãût âäü l âäü C v âäü F. Âäúi våïi mäüt trảng thại khäng khê nháút âënh no âọ ngoi nhiãût âäü thỉûc ca nọ trong k thût cn cọ 2 giạ trë nhiãût âäü cọ nh hỉåíng nhiãưu âãún cạc hãû thäúng v thiãút bë l nhiãût âäü âiãøm sỉång v nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït. - Nhiãût âäü âiãøm sỉång: Khi lm lảnh khäng khê nhỉng giỉỵ ngun dung áøm d (hồûc phán ạp sút p h ) tåïi nhiãût âäü t s no âọ håi nỉåïc trong khäng khê bàõt âáưu ngỉng tủ thnh nỉåïc bo ha. Nhiãût âäü t s âọ gi l nhiãût âäü âiãøm sỉång. Nhỉ váûy nhiãût âäü âiãøm sỉång ca mäüt trảng thại báút k no âọ l nhiãût âäü ỉïng våïi trảng thại bo ha v cọ dung áøm bàòng dung áøm ca trảng thại â cho. Hay nọi cạch khạc nhiãût âäü âiãøm sỉång l nhiãût âäü bo ha ca håi nỉåïc ỉïng våïi phán ạp sút p h â cho. Tỉì âáy ta tháúy giỉỵa t s v d cọ mäúi quan hãû phủ thüc. - Nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït : Khi cho håi nỉåïc bay håi âoản nhiãût vo khäng khê chỉa bo ha (I=const) . Nhiãût âäü ca khäng khê s gim dáưn trong khi âäü áøm tỉång âäúi tàng lãn. Tåïi trảng thại ϕ = 100% quạ trçnh bay håi cháúm dỉït. Nhiãût âäü ỉïng våïi trảng thại bo ho cúi kgkkkkg G G d k h /,= h k k h k h k h R R p p G G d .=== ρ ρ kgkkkkg pp p p p d h h k h /,.622,0 − == ( 1-6 ) ( 1-7 ) (1-8) 4 cng ny gi l nhiãût âäü nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït v k hiãûu l t ỉ . Ngỉåìi ta gi nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït l vç nọ âỉåüc xạc âënh bàòng nhiãût kãú cọ báưu tháúm ỉåït nỉåïc. Nhỉ váûy nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït ca mäüt trảng thại l nhiãût âäü ỉïng våïi trảng thại bo ha v cọ entanpi I bàòng entanpi ca trảng thại â cho. Giỉỵa entanpi I v nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït t ỉ cọ mäúi quan hãû phủ thüc. Trãn thỉûc tãú ta cọ thãø âo âỉåüc nhiãût âäü nhiãût kãú ỉåït ca trảng thại khäng khê hiãûn thåìi l nhiãût âäü trãn bãư màût thoạng ca nỉåïc. 1.2.6 Entanpi Entanpi ca khäng khê áøm bàòng entanpi ca khäng khê khä v ca håi nỉåïc chỉïa trong nọ. Entanpi ca khäng khê áøm âỉåüc tênh cho 1 kg khäng khê khä. Ta cọ cäng thỉïc: I = C pk .t + d (r o + C ph .t) kJ/kg kkk Trong âọ : C pk - Nhiãût dung riãng âàóng ạp ca khäng khê khä C pk = 1,005 kJ/kg. o C C ph - Nhiãût dung riãng âàóng ạp ca håi nỉåïc åí 0 o C : C ph = 1,84 kJ/kg. o C r o - Nhiãût áøn họa håi ca nỉåïc åí 0 o C : r o = 2500 kJ/kg Nhỉ váûy: I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk 1.3 ÂÄƯ THË I-d V t-d CA KHÄNG KHÊ ÁØM 1.3.1 Âäư thë I-d. Âäư thë I-d biãøu thë mäúi quan hãû ca cạc âải lỉåüng t, ϕ, I, d v p bh ca khäng khê áøm . Âäư thë âỉåüc giạo sỉ L.K.Ramzin (Nga) xáy dỉûng nàm 1918 v sau âọ âỉåüc giạo sỉ Mollier (Âỉïc) láûp nàm 1923. Nhåì âäư thë ny ta cọ thãø xạc âënh âỉåüc táút c cạc thäng säú cn lải ca khäng khê áøm khi biãút 2 thäng säú báút k . Âäư thë I-d thỉåìng âỉåüc cạc nỉåïc Âäng Áu v Liãn xä (c) sỉí dủng. Âäư thë I-d âỉåüc xáy dỉûng åí ạp sút khê quøn 745mmHg v 760mmHg. Âäư thë gäưm 2 trủc I v d nghiãng våïi nhau mäüt gọc 135 o . Mủc âêch xáy dỉûng cạc trủc nghiãng mäüt gọc 135 o l nhàòm lm gin khong cạch giỉỵa cạc âỉåìng cong tham säú âãø thûn låüi cho viãûc tra cỉïu. Trãn âäư thë ny cạc âỉåìng I = const nghiãng våïi trủc honh mäüt gọc 135 o , âỉåìng d = const l nhỉỵng âỉåìng thàóng âỉïng. Âäúi våïi âäư thë I-d âỉåüc xáy dỉûng theo cạch trãn cho tháúy cạc âỉåìng tham säú háưu nhỉ chè nàòm trãn gọc 1/4 thỉï nháút .Vç váûy, âãø hçnh v âỉåüc gn ngỉåìi ta xoay trủc d lải vng gọc våïi trủc I m váùn giỉỵ ngun cạc âỉåìng cong nhỉ â biãøu diãùn, tuy nhiãn khi tra cỉïu entanpi I ca khäng khê ta váùn tra theo âỉåìng nghiãng våïi trủc honh mäüt gọc 135 o . Trãn âäư thë I-d cạc âỉåìng âàóng nhiãût t=const l nhỉỵng âỉåìng thàóng chãúch lãn trãn , cạc âỉåìng ϕ = const l nhỉỵng âỉåìng cong läưi, cng lãn trãn khong cạch giỉỵa chụng cng xa. Cạc âỉåìng ϕ = const khäng càõt nhau v khäng âi qua gäúc toả âäü. Âi tỉì trãn xúng dỉåïi âäü áøm ϕ cng tàng. Âỉåìng cong ϕ =100% hay cn gi l âỉåìng bo ho ngàn cạch giỉỵa 2 vng : Vng chỉa bo ho v vng ngỉng kãút hay cn gi l vng sỉång m. Cạc âiãøm nàòm trong vng sỉång m thỉåìng khäng äøn âënh m cọ xung hỉåïng ngỉng kãút båït håi nỉåïc v chuøn vãư trảng thại bo ho . Khi ạp sút khê quøn thay âäøi thç âäư thë I-d cng thay âäøi theo. Ạp sút khê quøn thay âäøi trong khong 20mmHg thç sỉû thay âäøi âọ l khäng âạng kãø. ( 1-9 ) (1-10) 5 Trón hỗnh 1.1 laỡ õọử thở I-d cuớa khọng khờ ỏứm , xỏy dổỷng ồớ aùp suỏỳt khờ quyóứn B o = 760mmHg. Trón õọử thở naỡy ồớ xung quanh coỡn coù veợ thóm caùc õổồỡng =const giuùp cho tra cổùu caùc sồ õọử tuỏửn hoaỡn khọng khờ trong chổồng 4. Hỗnh 1.1 : ọử thở I-d cuớa khọng khờ ỏứm 6 1.3.2 ọử thở d-t. ọử thở d-t õổồỹc caùc nổồùc Anh, Myợ , Nhỏỷt, Uẽc vv sổớ duỷng rỏỳt nhióửu ọử thở d-t coù 2 truỷc d vaỡ t vuọng goùc vồùi nhau , coỡn caùc õổồỡng õúng entanpi I=const taỷo thaỡnh gọỳc 135 o so vồùi truỷc t. Caùc õổồỡng = const laỡ nhổợng õổồỡng cong tổồng tổỷ nhổ trón õọử thở I-d. Coù thóứ coi õọử thở d-t laỡ hỗnh aớnh cuớa õọử thở I-d qua mọỹt gổồng phaớn chióỳu. Hỗnh 1.2 : ọử thở t-d cuớa khọng khờ ỏứm 7 A ϕ=100% d C I A I α 45° D B B I Âäư thë d-t chênh l âäư thë t-d khi xoay 90 o , âỉåüc Carrrier xáy dỉûng nàm 1919 nãn thỉåìng âỉåüc gi l âäư thë Carrier. Trủc tung l âäü chỉïa håi d (g/kg), bãn cảnh l hãû säú nhiãût hiãûn SHF (Sensible) Trủc honh l nhiãût âäü nhiãût kãú khä t ( o C) Trãn âäư thë cọ cạc âỉåìng tham säú - Âỉåìng I=const tảo våïi trủc honh mäüt gọc 135 o . Cạc giạ trë entanpi ca khäng khê cho tbãn cảnh âỉåìng ϕ=100%, âån vë kJ/kg khäng khê khä - Âỉåìng ϕ =const l nhỉỵng âỉåìng cong lm, cng âi lãn phêa trãn (d tàng) ϕ cng låïn. Trãn âỉåìng ϕ=100% l vng sỉång m. - Âỉåìng thãø têch riãng v = const l nhỉỵng âỉåìng thàóng nghiãng song song våïi nhau, âån vë m 3 /kg khäng khê khä. - Ngoi ra trãn âäư thë cn cọ âỉåìng I hc l âỉåìng hiãûu chènh entanpi (sỉû sai lãûch giỉỵa entanpi khäng khê bo ho v chỉa bo ho) 1.4 MÄÜT SÄÚ QUẠ TRÇNH CÅ BN TRÃN ÂÄƯ THË I-d 1.4.1 Quạ trçnh thay âäøi trảng thại ca khäng khê . Quạ trçnh thay âäøi trảng thại ca khäng khê áøm tỉì trảng thại A (t A , ϕ A ) âãún B (t B , ϕ B ) âỉåüc biãøu thë bàòng âoản thàóng AB, mi tãn chè chiãưu quạ trçnh gi l tia quạ trçnh. Hçnh 1.3 : nghéa hçnh hc ca ε Âàût (I A - I B )/(d A -d B ) = ∆I/∆d =ε AB gi l hãû säú gọc tia ca quạ trçnh AB Ta hy xẹt nghéa hçnh hc ca hãû säú ε AB K hiãûu gọc giỉỵa tia AB våïi âỉåìng nàòm ngang l α . Ta cọ ∆ I = I B - I A = m.AD ∆d= d B - dA = n.BC Trong âọ m, n l tè lãû xêch ca cạc trủc toả âäü. Tỉì âáy ta cọ ε AB = ∆ I/ ∆ d = m.AD/n.BC ε AB = (tgα + tg45 o ).m/n = (tgα + 1).m/n Nhỉ váûy trãn trủc toả âäü I-d cọ thãø xạc âënh tia AB thäng qua giạ trë ε AB . Âãø tiãûn cho viãûc sỉí dủng trãn âäư thë åí ngoi biãn ngỉåìi ta v thãm cạc âỉåìng ε = const . Cạc âỉåìng ε = const cọ cạc tênh cháút sau : 8 - Hóỷ sọỳ goùc tia phaớn aùnh hổồùng cuớa quaù trỗnh AB, mọựi quaù trỗnh coù mọỹt giaù trở nhỏỳt õởnh. - Caùc õổồỡng coù trở sọỳ nhổ nhau thỗ song song vồùi nhau. - Tỏỳt caớ caùc õổồỡng õóửu õi qua goùc toỹa õọỹ (I=0 vaỡ d=0). 1.4.2 Quaù trỗnh hoỡa trọỹn hai doỡng khọng khờ. Trong kyợ thuỏỷt õióửu hoỡa khọng khờ ngổồỡi ta thổồỡng gỷp caùc quaù trỗnh hoỡa trọỹn 2 doỡng khọng khờ ồớ caùc traỷng thaùi khaùc nhau õóứ õaỷt õổồỹc mọỹt traỷng thaùi cỏửn thióỳt. Quaù trỗnh naỡy goỹi laỡ quaù trỗnh hoaỡ trọỹn. Giaớ sổớ hoỡa trọỹn mọỹt lổồỹng khọng khờ ồớ traỷng thaùi A(I A , d A ) coù khọỳi lổồỹng phỏửn khọ laỡ L A vồùi mọỹt lổồỹng khọng khờ ồớ traỷng thaùi B(I B , d B ) coù khọỳi lổồỹng phỏửn khọ laỡ L B vaỡ thu õổồỹc mọỹt lổồỹng khọng khờ ồớ traỷng thaùi C(I C , d C ) coù khọỳi lổồỹng phỏửn khọ laỡ L C . Ta xaùc õởnh caùc thọng sọỳ cuớa traỷng thaùi hoaỡ trọỹn C. Hỗnh 1.4 : Quaù trỗnh hoaỡ trọỹn trón õọử thở I-d Ta coù caùc phổồng trỗnh: - Cỏn bũng khọỳi lổồỹng L C = L A + L B (1-11) - Cỏn bũng ỏứm d C .L C = d A .L A + d B .L B (1-12) - Cỏn bũng nhióỷt I C .L C = I A .L A + I B .L B (1-13) Thóỳ (a) vaỡo (b), (c) vaỡ trổỡ theo vóỳ ta coù : (I A - I C ).L A = (I C - I B ).L B (d A - d C ).L A = (d C - d B ).L B hay : Tổỡ bióứu thổùc naỡy ta ruùt ra: BC BC CA CA dd II dd II = A B BC CA BC CA L L dd dd II II = = (1-14) (1-15) d I A I A I B I C B dd d A C B C = 1 0 0 %