Đồ án chuyên ngành kĩ thuật lạnh – điều hòa không khí

Hệ thống điều hòa không khí đầu tiên được thiết kế để sử dụng cho một nhà máy in, do đó phát minh của Carrier không chỉ kiểm soát nhiệt độ mà còn cả độ ẩm củakhông khí trong nhà máy.. bá

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ

HỆ THỐNG LẠNH VRV/VRF

1. LỊCH SỬ NGÀNH ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

1.1. Lịch sử sơ khai

Từ xa xưa, con người đã biết vận dụng những mô hình điều hòa không khí sơ khai

để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của mình Chẳng hạn như:

− Người Ai Cập cổ đại áp dụng bằng cách treo lau sậy trên các cửa sổ và phun nước lên.Khi gió thổi qua cửa sổ sẽ mang theo hơi nước vào và làm mát không khí bên trong cănphòng Ngoài ra, phương pháp này còn giúp người Ai Cập cổ làm ẩm bầu không khítrong nhà, tránh được sự khô nóng của khí hậu sa mạc

− Tại Trung Quốc, một nhà phát minh đã chế tạo ra "chiếc quạt", hệ thống này gồm 3 bánh

xe có đường kính 3 mét và được quay bằng tay để tạo ra luồng gió Vào năm 747, vuaĐường Huyền Tông (712-762) đã dùng một tháp làm mát lắp trong cung điện mang tênLượng Thiên Các văn bản cổ đã mô tả hệ thống bao gồm những bánh xe quay bằng sứcnước để tạo luồng gió mang hơi ẩm làm mát không khí Cho đến thời Tống tại TrungQuốc, các tài liệu cổ cũng đã đề cập tới việc sử dụng hệ thống làm mát không khí nóitrên một cách rộng rãi bởi nhiều đối tượng khác nhau

1.2. Điều hòa không khí bắt đầu từ những phát minh vật lí – hóa học.

Vào năm 1758, Benjamin Franklin (1785-1788), thống đốc bang Pennysylvania, vàJohn Hadley (1731-1764), giáo sư hóa học tại Đại học Cambridge đã tiến hành thửnghiệm và khám phá ra nguyên lý của sự bay hơi Franklin và Haldley xác nhận rằng sựbay hơi của một chất lỏng chẳng hạn như rượu hoặc ete có thể được dùng để giảm nhiệt

độ của một vật thể xuống dưới điểm đóng băng của nước Hai người đã tiến hành thửnghiệm dùng sự bay hơi để hạ nhiệt độ của ống nhiệt kế thủy ngân từ 18 độ C xuốngcòn -14 độ C Franklin đã ghi nhận rằng ngay sau khi nhiệt độ vượt qua ngưỡng đóngbăng của nước, một màng băng mỏng đã hình thành trên bề mặt của ống nhiệt kế

Đến năm 1820, nhà hóa học và phát minh người Anh, Michael Faraday 1867) đã thực hiện thành công thí nghiệm nén và hóa lỏng khí amoniac Ông phát hiện rarằng khi bay hơi, amoniac lỏng có thể làm lạnh không khí xung quanh Hơn 20 năm sau

(1791-đó, vào năm 1842, bác sĩ người Scotland John Gorrie (1803-1855) đã dùng kỹ thuật nén

khí nhằm tạo ra băng để làm mát các bệnh nhân trong bệnh viện tại Apalachicola,Florida.

Cỗ máy làm nước đá đầu tiên do kỹ sư James Harrison chế tạo đã chính thức vậnhành vào năm 1851 tại bờ sông Barwon tại Rocky Point thuộc miền Geelong, nước Úc

Về mặt nguyên lý, hệ thống của Harrison sử dụng máy nén để đẩy khí đi qua một bìnhngưng tụ Luồng khí đi qua sẽ được làm mát và hóa lỏng Tiếp theo đó, khí hóa lỏng sẽ

di chuyển qua hệ thống ống và trở lại thể hơi Quá trình này sẽ làm mát lượng không khíxung quanh Cỗ máy được vận hành bằng bánh đà có đường kính 5 mét và có thể tạo ra

3000 kg nước đá mỗi ngày

1.3. Mô hình cơ điện lạnh đầu tiên xuất hiện.

Vào cuối thế kỷ 19 đã bắt đầu xuất hiện khái niệm "sản xuất không khí" Tuynhiên, đây chỉ là phương pháp kiểm soát độ ẩm trong các nhà máy dệt may để đạt đượcmức năng suất cao hơn Sau đó, người ta sử dụng hệ thống làm lạnh được thiết lập từ cácđường ống dẫn không khí ẩm đi vòng quanh tòa nhà để bảo quản thực phẩm, làm mátbia, thức uống hoặc để bảo vệ các tài liệu quan trọng

Vào năm 1902, mô hình máy điều hòa không khí hiện đại đầu tiên vận hành bằngnăng lượng điện được phát minh bởi Willis Carrier (1875-1950) tại Buffalo, New York.Sau khi tốt nghiệp Đại học Carnell, Carrier bắt đầu làm việc cho công ty cơ khí BuffaloForge Trong quá trình làm việc tại đây, Carrier bắt đầu tiến hành những thí nghiệm làmmát không khí Cuối cùng, mô hình máy điều hòa đã được thiết kế chế tạo và chính thứcvận hành bởi Carrier vào ngày 17 tháng 7 năm 1902 tại Buffalo

Hệ thống điều hòa không khí đầu tiên được thiết kế để sử dụng cho một nhà máy

in, do đó phát minh của Carrier không chỉ kiểm soát nhiệt độ mà còn cả độ ẩm củakhông khí trong nhà máy Để làm được điều này, Carrier đã áp dụng kiến thức của ông

về quá trình sưởi ấm một vật thể bằng hơi nước và tìm cách đảo ngược quá trình đó.Nguyên lý khá đơn giản, thay vì đẩy không khí qua một ống nung nóng, ông tạo ra dòng

di chuyển không khí qua một ống được làm lạnh bằng amoniac hóa lỏng

Với hệ thống làm lạnh này, Carrier được mệnh danh là cha đẻ của mô hình máyđiều hòa không khí hiện đại

Năm 1906, kỹ sư Stuart Cramer đang làm việc tại nhà máy dệt bắc California đãnghĩ ra ý tưởng chế tạo thiết bị thông gió lắp vào nồi chứa nước cất của hệ thống dệt

nhằm tạo ra độ ẩm giúp quá trình dệt diễn ra dễ dàng hơn Cramer đã gọi quá trình này là

"điều hòa không khí" (air conditioning)

1.4. Máy điều hòa trong giai đoạn cải tiến và phổ biến.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhiềungành công nghiệp khác như làm phim, thực phẩm, thuốc lá, dược phẩm, dệt may vànhiều ngành công nghiệp khác

Vào năm 1914 tại Minneapolis, hộ gia đình đầu tiên đã lắp đặt hệ thống điều hòakhông khí do Carrier chế tạo Đây chính là ngôi nhà của con bạc nổi tiếng Charles Gates,người được mệnh danh là "ván bài triệu đô" Cỗ máy điều hòa không khí của Gates cókích thước chiều cao 2,1 mét, rộng 1,8 mét và dài gần 7 mét

Từ năm 1917 đến 1930, rạp chiếu phim chính nơi để người dân có thể tận hưởngđược bầu không khí được làm mát bởi máy điều hòa Rạp chiếu phim đầu tiên đượctrang bị máy điều hòa là rạp New Empire tại Montgomery, bang Alabama vào năm1917

Vào năm 1922, Carrier tiếp tục tạo nên 2 bước tiến đột phá cho ngành công nghiệpsản xuất máy điều hòa Đầu tiên là thay thế chất sinh hàn độc hại amoniac bằng hợp chấtkhác an toàn hơn là dielene (dichloroethylene, hoặc C2H2Cl2) Bên cạnh đó, các thế hệmáy điều hòa tiếp theo đã được Carrier giảm thiểu tối đa kích thước và cho ra đời nhữngchiếc máy gọn gàng hơn rất nhiều so với trước đó Bước cải tiến này cho phép máy điềuhòa có thể được lắp đặt tại nhiều nơi hơn như cửa hàng bách hóa, cao ốc văn phòng, cáctao tàu hoặc những tòa nhà nhỏ

Năm 1928, kỹ sư người Mỹ Thomas Midgley, Jr (1889-1944) lần đầu tiên sản xuấtthành công Freon, chất khí trơ, khó cháy, không độc hại cho con người Khí Freon(Chlorofluorocarbon hay CFC) nhanh chóng được sử dụng làm chất sinh hàn trong côngnghệ làm lạnh và được sử dụng rộng rãi cho các thế hệ máy lạnh cho tới năm 1994 saunày

Đến năm 1931, H.H Schultz và J.Q Sherman chế tạo thành công máy điều hòa đầutiên có kích thước nhỏ gọn đặt vừa trên bệ cửa sổ và làm mát không gian 1 căn phòng.Cho đến năm 1946, 30.000 máy điều hòa gia dụng đã được sản xuất và cung cấpcho người dân trên khắp nước Mỹ Nhu cầu máy điều hòa tại thời điểm bấy giờ đã vượtquá nguồn cung cấp Cho tới năm 1953, hơn 1 triệu máy điều hòa đã được sản xuất và

bán ra trên khắp nước Mỹ nhưng theo các số liệu không chính thống, con số thực tế cònvượt xa con số thống kê trên.

Thời gian tiếp theo, máy điều hòa tiếp tục được cải tiến về kích thước, hiệu suấtlàm lạnh và đặc biệt là sử dụng các phương pháp làm lạnh mới thân thiện với môi trườnghơn Các nhà sản xuất máy lạnh bắt đầu tung ra các sản phẩm làm lạnh không chứa.Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các phương pháp làm lạnh thân thiện vớimôi trường và đạt hiệu suất cao được áp dụng cho máy lạnh như kỹ thuật làm lạnhLinde, làm lạnh qua từ tính,

2. VAI TRÒ CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ (ĐHKK)

ĐHKK được hiểu một cách đơn giản là quá trình xử lí không khí trong không gianđiều hòa, trong đó có các thông số nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc, lưu lượng gió, độ sạch, độồn… được điều chỉnh trong phạm vi cho trước theo yêu cầu của không gian cần điềuhòa, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết bên ngoài

Điều hòa không khí không chỉ ứng dụng cho các không gian đứng yên như: nhà ở,hội trường, nhà hát, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, văn phòng làm việc,… Mà còn ứngdụng cho các không gian di động như ô tô, tàu thủy, xe lửa, máy bay,…

2.1. Đối với đời sống sinh hoạt

Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới trạng thái con người: nhiệt độ, độ ẩm tương đối,tốc độ lưu chuyển không khí, nồng độ các chất độc hại và độ ồn

Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng, lạnh cho con người, đây là yếu tốc quyếtđịnh sự truyền nhiệt giữa cơ thể người và môi trường không khí xung quanh Nhiệt độ cơthể người luôn là 370C mà nhiệt độ môi trường thường xuyên thay đổi vì vậy gây nên sựchênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường dẫn đến quá trình truyền nhiệt đối lưu vàbức xạ

Độ ẩm tương đối là yếu tố quyết định mức độ bay hơi mồ hôi và không khí Nếu độ

ẩm không khí vừa phải, cơ thể đổ mồ hôi và mồ hôi bay hơi vào không khí sẽ làm cho cơthể cảm giác dễ chịu Nếu độ ẩm lớn, mồ hôi thoát ra ngoài da bay hơi kém, dính lại trên

da và gây cảm giác khó chịu

Tốc độ lưu chuyển không khí ảnh hưởng tới cường độ tỏa nhiệt và tỏa chất của cơthể Khi tốc độ lưu chuyển không khí quá lớn sẽ làm tăng cường độ tỏa nhiệt và tỏa chấtcủa cơ thể, gây nên tình trạng mất nhiệt nhanh dẫn đến con người có cảm giác mệt mỏi

và đau đầu…

Độ ồn là tập hợp những âm thanh có cường độ và tần số khác nhau sắp xếp không

có trật tự, gây khó chịu cho người nghe, cản trở quá trình làm việc và nghỉ ngơi của conngười

Như vậy, các yếu tố vi khí hậu có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người.ĐHKK giúp tạo ra môi trường không khí trong sạch, có nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió và

độ ồn nằm trong phạm vi cho phép, phù hợp với nhu cầu của con người, ứng với trạngthái và cường độ lao động khác nhau Giúp cơ thể con người cảm thấy dễ chịu, thoảimái, bảo vệ được sức khỏe để phát huy được năng suất lao động cao nhất

2.2. Đối với hoạt động sản xuất.

Thành phần không khí và các thông số vật lí ảnh hưởng rất lớn đến các quy trìnhcông nghệ của ngành công nghiệp, sản xuất Mỗi quy trình công nghệ đòi hỏi những yêucầu khác nhau về các thông số vật lí của môi trường, vì vậy việc tạo ra môi trường thíchhợp là nhiệm vụ của lĩnh vực ĐHKK

Trong ngành cơ khí chính xác, chế tạo dụng cụ đo lường, dụng cụ quang học, thìnhiệt độ và độ ẩm không khí ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, độ chính xác và độ bềncủa sản phẩm

Trong công nghiệp dệt may, ĐHKK cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng, khi độ ẩmcao thì độ dính kết, ma sát giữa các sợi bông sẽ lớn, làm quá trình kéo sợi khó khăn.Ngược lại, nếu độ ẩm thấp làm cho sợi dễ bị đứt, do đó hiệu quả kéo sợi giảm

Trong công nghiệp in ấn, phim ảnh, thì việc sử dụng dhkk sẽ mang lại hiệu quả caocho sản phẩm Bụi nhiều sẽ dễ bám vào bề mặt của giấy, phim ảnh làm giảm chất lượngsản phẩm Nhiệt độ cao và độ ẩm thấp sẽ làm cho giấy và phim bị cong vênh, còn nếu độ

ẩm quá cao sẽ làm cho sản phẩm bị ẩm, dính kết với nhau

3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐHKK

3.1. Theo mức độ quan trọng của các hệ thống điều hòa:

Hệ thống điều hòa không khí cấp I: hệ thống có khả năng duy trì các thông số vikhí hậu trong nhà với mọi phạm vi thông số ngoài trời, ngay tại cả ở những thời điểmkhắc nghiệt nhất trong năm về mùa hè lẫn mùa đông

Hệ thống điều hòa không khí cấp II: hệ thống có khả năng duy trì các thông số vikhí hậu trong nhà với sai số không quá 200 giờ trong 1 năm Điều đó có nghĩa trong 1năm ở những ngày khắc nghiệt nhất về mùa hè và mùa đông hệ thống có thể có sai sốnhất định, nhưng số lượng những ngày đó cũng chỉ xấp xỉ 4 ngày trong một mùa

Hệ thống điều hòa không khí cấp III: hệ thống có khả năng duy trì các thông sốtính toán trong nhà với sai số không quá 400 giờ trong 1 năm, tương đương 17 ngày.

3.2. Theo phương pháp xử lý nhiệt ẩm

Hệ thống điều hòa kiểu khô: không khí được xử lý nhiệt ẩm nhờ các thiết bị trao

đổi nhiệt kiểu bề mặt Đặc điểm của việc xử lý không khí qua các thiết bị trao đổi nhiệtkiểu bề mặt là không có khả năng làm tăng dung ẩm của không khí Quá trình xử lýkhông khí qua các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt tùy thuộc vào nhiệt độ bề mặt màdung ẩm không đổi hoặc giảm

Hệ thống điều hòa không khí kiểu ướt: không khí được xử lý qua các thiết bị trao

đổi nhiệt kiểu hỗn hợp Trong thiết bị này không khí sẽ hỗn hợp với nước phun đã qua

xử lý để trao đổi nhiệt ẩm Kết quả quá trình trao đổi nhiệt ẩm có thể làm tăng, giảmhoặc duy trì không đổi dung ẩm của không khí

3.3. Theo phương pháp làm lạnh

3.3.1. Làm lạnh trực tiếp (direct expansion)

a. Máy điều hòa nguyên cụm:

• Máy điều hòa không khí dạng cửa sổ (window type)

Được lắp đặt trên các tường trông giống như các cửa sổ nên được gọi là máyđiều hòa không khí dạng cửa sổ Máy có công suất nhỏ nằm trong khoảng 7.000 ~24.000 Btu/h

Là một tổ máy lạnh được lắp đặt hoàn chỉnh thành một khối gồm dàn nóng, dànlạnh, máy nén lạnh kiểu kín, sử dụng ống mao để tiết lưu làm lạnh, hệ thống điệnđược lắp đặt hoàn chỉnh tại nhà máy, môi chất lạnh đã được nạp sẵn, người lắp đặtchỉ việc đấu nối điện là máy có thể hoạt động và sinh lạnh

 Đặc điểm:

Ưu điểm:

- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng

- Giá thành tính trung bình cho một đơn vị công suất lạnh thấp

- Đối với mặt bằng có nhiều phòng riêng biệt, sử dụng máy điều hòa cửa sổ rấtkinh tế, chi phí đầu tư và vận hành đều thấp

Nhược điểm:

- Công suất bé, tối đa là 24.000 Btu/h

- Đối với các tòa nhà lớn, khi lắp đặt máy điều hòa dạng cửa sổ sẽ phá vỡ kiếntrúc và làm giảm vẻ mỹ quan của công trình do số lượng các dàn nóng quá nhiều.

- Dàn nóng giải nhiệt bằng không khí nên chỉ có thể lắp đặt trên tường bao, đốivới các phòng nằm sâu trong công trình không thể sử dụng máy điều hòa cửa sổ, nếu

sử dụng cần có ống thoát gió nóng ra ngoài rất phức tạp

- Kiểu loại không nhiều nên người sử dụng khó khăn lựa chọn, hầu hết cácmáy có bề mặt bên trong khá giống nhau nên về mặt mỹ quan người sử dụng không

có một sự lựa chọn rộng rãi, máy chỉ có thể lắp trên tường ngoài ra không thể lắp ởnhững nơi khác

• Máy điều hòa nguyên cụm:

Là một tổ máy lạnh được lắp đặt hoàn chỉnh thành một khối gồm máy nén lạnhkiểu kín và nửa kín, dàn nóng, ống mao/van tiết lưu, dàn lạnh kiểu ống đồng cánhnhôm có quạt ly tâm Không khí được xử lý nhiệt ẩm ở cụm máy chính thổi trực tiếpvào phòng hay được dẫn theo các kênh gió đến các hộ tiêu thụ riêng biệt Sử dụng khiphụ tải và kích thước không gian điều hòa trung bình và lớn

Hệ thống kênh cấp và hồi gió bằng tole tráng kẽm có bọc cách nhiệt, miệng thổicần đảm bảo phân phối không khí lạnh đồng đều trong không gian điều hòa Để đảmbảo phân bố gió đều, ngoài việc thiết kế ống gió phù hợp, mỗi miệng thổi đều có trang

bị các van điều chỉnh lưu lượng Van điều chỉnh có thể điều chỉnh bằng tay hoặcmotor Miệng hồi có trang bị các bộ lọc để lọc bụi trong không khí trước khi tuần hoàntrở lại máy lạnh Hệ thống thường trang bị các hộp tiêu âm đầu đẩy và đầu hút để khử

âm cụm máy tránh truyền vào các hộ tiêu thụ

Cụm máy lạnh thường đặt trên mái hay phòng máy riêng, xa không gian điều hòanên hệ thống thường sử dụng cho các hộ tiêu thụ lớn, nơi tập trung nhiều người, ít khi

sử dụng cho các công trình gồm nhiều phòng riêng biệt do vận hành phức tạp, khôngtiện lợi

 Đặc điểm:

Ưu điểm:

- Lắp đặt và vận hành tương đối dễ dàng

- Do cụm máy đặt xa và có trang bị các hộp tiêu âm nên hiệu quả khử âm vàbụi khá tốt, khu vực đòi hỏi độ ồn thấp thường sử dụng.

- Nhờ có lưu lượng gió lớn nên rất phù hợp với các khu vực tập trung đôngngười như rạp chiếu bóng, rạp hát, hội trường, phòng họp, nhà hàng, vũ trường,phòng ăn, khu vực sản xuất…

- Giá thành tính trung bình cho một đơn vị công suất lạnh không cao

Nhược điểm:

- Hệ thống kênh gió khá lớn chỉ có thể sử dụng trong không gian lắp đặt lớn

- Do xử lý nhiệt ẩm tại một nơi duy nhất nên chỉ thích hợp cho các phòng lớn,đông người Đối với các tòa nhà làm việc, khách sạn, công sở… là các đối tượng

có nhiều phòng nhỏ với các chế độ hoạt động khác nhau, không gian lắp đặt bé, tínhđồng thời làm việc không cao hệ thống không thích hợp

- Hệ thống đòi hỏi thường xuyên hoạt động 100% tải Trong trường hợp hệthống cung cấp gió lạnh cho nhiều phòng, tất cả các phòng đều được cung cấplạnh khi vận hành, người sử dụng không thể tự ngưng cấp lạnh của phòng mình hoặcthay đổi nhiệt độ trong phòng một cách tùy ý

b. Máy điều hòa phân tách (Split Type)

Gồm hai cụm dàn nóng (outdoor unit) và dàn lạnh (indoor unit) được bố trítách rời nhau, liên kết giữa hai cụm là các ống đồng dẫn môi chất lạnh và dâyđiện điều khiển Máy nén thường đặt ở bên trong cụm dàn nóng Bộ điều khiển códây hoặc điều khiển từ xa sẽ điều khiển quá trình làm việc của máy

 Phân loại:

− Theo phương pháp giải nhiệt dàn nóng phân thành giải nhiệt gió và giải nhiệt nước

− Theo chế độ làm việc phân thành máy một chiều lạnh và máy hai chiều nóng lạnh

− Theo đặc điểm của dàn lạnh có thể chia ra máy điều hòa treo tường, đặtsàn, áp trần, dấu trần, cassette, máy điều hòa kiểu vệ tinh

 Đặc điểm:

Ưu điểm

- So với máy điều hòa cửa sổ, máy điều hòa rời cho phép lắp đặt ở nhiều

không gian khác nhau.

- Có nhiều kiểu loại dàn lạnh cho phép người sử dụng có thể chọn loại thíchhợp nhất cho công trình cũng như ý thích cá nhân

- Do chỉ có 2 cụm nên việc lắp đặt tương đối dễ dàng

- Giá thành rẻ (so với máy điều hòa trung tâm và VRV)

- Rất tiện lợi cho các không gian nhỏ hẹp và các hộ gia đình đối với máycông suất nhỏ Các máy có công suất lớn thường sử dụng trong nhà máy hay nơi

có không gian điều h òa lớn

- Dễ dàng sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa

Nhược điểm

- Độ dài đường ống và chênh lệch độ cao giữa các dàn bị hạn chế

- Giải nhiệt bằng gió nên hiệu quả không cao, đặc biệt những ngày trời nóng

- Đối với công trình lớn, sử dụng máy điều hòa rời rất dễ phá vỡ kiến trúccông trình, làm giảm mỹ quan của nó, do các dàn nóng bố trí bên ngoài gây ra Trongmột số trường hợp rất khó bố trí dàn nóng

c. Máy điều hòa không khí kiểu ghép (Multi split type)

Máy điều hòa kiểu ghép về thực chất là máy điều hòa gồm 1 dàn nóng và 2

-4 dàn lạnh Mỗi cụm dàn lạnh được gọi là một hệ thống Thường các hệ thống hoạtđộng độc lập Mỗi dàn lạnh hoạt động không phụ thuộc vào các dàn lạnh khác Cácmáy điều hòa ghép có thể có các dàn lạnh chủng loại khác nhau

 Máy điều hòa dạng ghép có những đặc điểm và cấu tạo tương tự máyđiều hòa kiểu rời Tuy nhiên do dàn nóng chung nên tiết kiệm khônggian lắp đặt, chung điện nguồn, giảm chi phí lắp đặt

d. Máy điều hòa không khí VRV (Variable Refrigerant Volume)

Máy điều hòa VRV ra đời từ những năm 70 trước yêu cầu về tiết kiệm nănglượng và những yêu cầu cấp thiết của các nhà cao tầng Máy điều hòa VRV dohãng Daikin của Nhật phát minh đầu tiên Hiện nay, hầu hết các hãng đã sản xuấtcác máy điều hòa VRV và đặt dưới các tên gọi khác nhau, nhưng về mặt bản chất thì

không có gì khác.

Hệ thống điều hòa có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất tuần hoàn và qua

đó có thể thay đổi công suất theo phụ tải bên ngoài

 Đặc điểm:

- Một dàn nóng cho phép lắp đặt với nhiều dàn lạnh với nhiều công suất và kiểudáng khác nhau Tổng năng suất lạnh của các dàn lạnh cho phép thay đổi trongkhoảng lớn 50~130% công suất lạnh của dàn nóng

- Thay đổi công suất lạnh của máy dễ dàng nhờ thay đổi lưu lượng môi chất tuầnhoàn trong hệ thống thống qua thay đổi tốc độ quay nhờ bộ biến tần

- Hệ thống vẫn có thể vận hành khi có một số dàn lạnh hỏng hóc hay đangsửa chữa Phạm vi nhiệt độ làm việc nằm trong giới hạn rộng Chiều dài thực tế/chiềudài tương đương/tổng chiều dài giữa dàn nóng và dàn lạnh là 165/190/1000m(VRVIII), chênh lệch độ cao đạt từ 40 ~ 90m tùy vị trí đặt của dàn nóng so với dànlạnh và công suất máy (VRVIII), cao độ chênh lệch giữa các dàn lạnh là 15m Nhờ

hệ thống ống nối Refnet nên dễ dàng lắp đặt đường ống và tăng độ tin cậy cho hệthống Hệ thống đường ống nhỏ nên rất thích hợp cho các tòa nhà cao tầng khi khônggian lắp đặt bé

Nhược điểm:

- Dàn nóng giải nhiệt bằng gió nên hiệu quả làm việc chưa cao, phụ thuộcnhiều vào thời tiết Số lượng dàn lạnh bị hạn chế nên chỉ thích hợp cho các hệ thốngcông suất vừa Đối với các hệ thống lớn thường người ta sử dụng hệ thống điều hòatrung tâm

- Trước đây, giá thành các hệ thống VRV thường cao nhất trong các hệ thốngđiều hòa không khí, nhưng hiện nay xu hướng giảm và rẻ hơn hệ thống kiểu làm lạnhbằng nước

3.3.2. Phương pháp làm lạnh gián tiếp - Máy điều hòa không khí làm lạnh bằng nước.

Hệ thống điều hòa không khí kiểu làm lạnh bằng nước là hệ thống trong đócụm máy lạnh không trực tiếp xử lý không khí mà làm lạnh nước đến khoảng 70C

Sau đó nước được dẫn theo đường ống có bọc cách nhiệt đến các dàn trao đổi nhiệtgọi là các FCU và AHU để xử lý nhiệt ẩm không khí Như vậy trong hệ thống nàynước sử dụng làm chất tải lạnh.

 Phân loại

- Máy điều hòa không khí giải nhiệt bằng nước (Water cooled water chiller)

- Máy điều hòa không khí giải nhiệt bằng gió (Air cooled water chiller)

 Đặc điểm của hệ thống điều hòa làm lạnh bằng nước

- Hệ thống hoạt động ổn định không phụ thuộc nhiều vào thời tiết, bền và tuổi thọcao

- Hệ thống có nhiều cấp giảm tải, cho phép điều chỉnh công suất theo phụtải bên ngoài và do đó tiết kiệm điện năng khi non tải Mỗi máy thường có từ 3 đến

5 cấp giảm tải (0%, 25%, 50%, 75%, 100%) Đối với hệ thống lớn ta sử dụng nhiềucụm máy nên tổng số cấp giảm tải lớn hơn nhiều

- Thích hợp với các công trình lớn hoặc rất lớn

Nhược điểm:

- Hệ thống đòi hỏi phải có phòng máy riêng

- Do vận hành phức tạp, nên phải có người chuyên trách vận hành hệ thống

- Lắp đặt, sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống tương đối phức tạp

- Tiêu thụ điện năng cho một đơn vị công suất lạnh cao, đặc biệt khi tải non

- Chi phí đầu tư khá lớn

Phân loại khác

- Theo đặc điểm môi chất giải nhiệt: giải nhiệt bằng gió (air cooled) và giải nhiệt

bằng nước (water cooled)

- Theo khả năng xử lý nhiệt ẩm: máy điều hòa một chiều lạnh và máy điều

hòa hai chiều nóng lạnh (Heat pump - máy có hệ thống van đảo chiều để hoán đổichức năng của các dàn nóng và lạnh theo các mùa khác nhau; mùa hè bên trongnhà là dàn lạnh, bên ngoài là dàn nóng và ngược lại)

-Theo đặc điểm của máy nén lạnh: máy nén piston (reciprocating

compressor), máy nén roto (rotary compressor), máy nén xoắn ốc (scrollcompressor), máy nén trục vít (screw compressor) và máy nén ly tâm (centrifugalcompressor)

- Theo đặc điểm, kết cấu và chức năng của các máy điều hòa

Theo đặc điểm dàn lạnh có thể chia ra loại treo tường, đặt sàn, áp trần,cassette, âm trần, vệ tinh

Theo công suất có thể chia loại nhỏ, trung bình và lớn

Theo chức năng có thể chia hệ thống điều hòa công nghiệp và dân dụng

4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO CÔNG TRÌNH.Công trình là tàu Mekong Princess có hành trình nằm trong khu vực nhiệt đới, vìvậy việc điều hòa là cần thiết Hệ thống điều hòa không khí phải đảm bảo các tiêu chí

và không ảnh hưởng đến mỹ quan và kết cấu của tàu

Hệ thống điều hòa cần phục vụ cho tất cả không gian cần làm lạnh, đảm bảo cácđiều kiện vi khí hậu ổn định cho tất cả các phòng

Các điều kiện sau phải được hệ thống điều hòa không khí đáp ứng:

- Không khí tuần hòa trong phòng phải đảm bảo thông thoáng hợp lý Bố trí các quạt hútkhí trên trần tránh hiện tượng không khí đọng sương trên các thiết bị

- Đảm bảo các thông số nhiệt độ, độ ẩm của không khí theo tiêu chuẩn tiện nghi của ViệtNam

- Lượng khí tươi tối thiểu được cung cấp đủ, tối thiểu 25 m3/h/người

- Có các vùng đệm không khí để tránh trường hợp bị sốc do nhiệt độ

- Hệ thống có khả năng điều tiết nhiệt độ theo nhu cầu người sử dụng vào nhiều thời

điểm khác nhau để tiết kiệm năng lượng và đảm bảo yêu cầu sử dụng.

Dựa theo đặc điểm công trình đã được trình bày như trên, ta lựa chọn hệ thống điềuhòa không khí VRV

Ưu điểm của hệ thống điều hòa không khí VRV so với các hệ thống khác là:

- Khắc phục nhược điểm của máy điều hòa dạng rời là độ dài ống dẫn gas, chênh lệch độcao giữa dàn lạnh và dàn nóng đến 100m và chênh lệch độ cao đạt 50 m

- Công suất máy điều hòa VRV cũng đạt giá trị công suất trung bình

- Hệ thống vẫn có thể vận hành khi có 1 số dàn lạnh hỏng hóc hay đang sửa chữa

- Hệ thống điều hòa VRV thích hợp với công trình cỡ nhỏ hoặc trung bình, đặc biệt thíchhợp và tiết kiệm năng lượng cho các ứng dụng lạnh cục bộ, phân tán, không ổn định sovới hệ thống Chiller

- Công trình lắp đặt hệ thống điều hòa là Tàu du lịch có không gian trung bình, cần tiếtkiệm diện tích nên việc lắp đặt hệ thống Chiller là khá bất tiện vì cần không gian chotháp giải nhiệt, hệ thống bơm nước, phòng máy điều khiển Trong khi đó, hệ thốngVRV khá thích hợp khi không có những thiết bị này

- Để có thể vận hành Chiller cần phải có một đội ngũ công nhân trình độ cao Nhưng hệthống VRV lại có thể vận hành tự động như máy điều hòa hai cụm gia dụng

- Đối với tàu du lịch thì tiết kiệm năng lượng điện cũng là một yếu tố khá quan trọng Vìvậy, theo thống kê thực tế thì hệ thống VRV tiêu tốn điện năng thấp hơn hệ thống Chillerkhoảng 30% Nên lựa chọn hệ thống VRV cho công trình Tàu du lịch là khá thích hợp

CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT

1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH:

1.1. Giới thiệu công trình:

− Tàu du lịch Mekong Princess là loại tàu du lịch giải trí, tàu có cấu trúc công trình gồm 3tầng: 2 tầng du khách và 1 tầng nhân viên Tổng số du khác và thuyền viên thiết kế chotàu là 57 người Diện tích tàu khoảng 540 m2, là một tàu du lịch loại lớn và được trang

bị đầy đủ các thiết bị hiện đại, tiện nghi để đảm bảo nhu cầu du lịch, tham quan và giảitrí của du khách trong và ngoài nước

− Hiện tại, tàu Mekong Princess đang được thi công tại Cảng Sài Gòn, với lộ trình dự tính

là từ Cảng Sài Gòn đi dọc theo sông Mekong ngược dòng về thượng lưu và đích đến làBiển Hồ

− Toàn bộ kết cấu tường bao và trần của tàu là gỗ, tầng trên cùng được thiết kế với khuvực tắm nắng

− Kính cửa sổ trên tàu được thiết kế là loại kính trong với độ dày 6mm, bên trong có rèm

là loại metalon Phần lớn lượng cửa sổ được lắp đặt hai bên mạn tàu

− Tầng 1 là tầng Below Main Deck, tổng diên tích làm điều hòa là khoảng 160 m2, tầngnày là tầng phần lớn diện tích nằm dưới mặt nước nên lượng cửa sổ hầu hết là không

có, những phòng ở tầng này có diện tích tiếp xúc với ánh nắng mặt trời là ít nhất Sốlượng người chủ yếu ở đây là các thuyền viên và chuyên viên kỹ thuật

− Tầng 2 là tầng Main Deck, tổng diện tích làm điều hòa của tầng này khoảng 450 m2,tầng bao gồm nhiều khu vực như khu vực ăn uống Dinning Room, khu vực nghỉ ngơi làcác phòng, khu vực điều khiển tàu Tầng Main Deck có nhiều cửa sổ hướng ra 2 bênmạn thuyền nên lượng nhiệt xâm nhậm do bức xạ cũng khá lớn

− Tầng 3 là tầng Upper Main Deck, tầng này có diện tích điều hòa khoảng 400 m2, tầngbao gồm khu vực nghỉ ngơi của du khách và khu giải trí là Lounge Bar

− Kích thước cụ thể cho ở bảng dưới:

Bảng 2.1: Thông số kích thước các khu vực

Tên phòng

Số người n

Diện tích phòng (m 2 )

Diện tích kính (m 2 )

UPPERDECK

1.2. Lựa chọn thông số tính toán:

Các thông số tính toán trong nhà:

Việc lựa chọn các thông số nhiệt độ và độ ẩm trong không gian điều hòa phụthuộc vào mục đích sử dụng của công trình, trang thái lao động hay nghỉ ngơi.Hoặc, ta có thể lựa chọn theo đồ thị vùng tiện nghi của con người

Hình 2.1: Đồ thị vùng tiện nghi theo nhiệt độ t k và t ư

Theo Hình 2.1 ta lựa chọn thông số cho không gian điều hòa ở vùng tiện nghi như sau:

2. TÍNH PHỤ TẢI NHIỆT

2.1. Nhiệt độ do máy móc thiết bị điện tỏa ra Q 1 :

Tổn thất nhiệt do máy móc thiết bị điện bao gồm, trang 49 [1]:

• Nhiệt tỏa ra từ các thiết bị dẫn động bằng động cơ điện Q 11 :

Khảo sát mẫu cho phòng GYMS-MAIN DECK, máy chạy bộ số lượng 2 cái,công thức (3-9) [1]:

dinhmuc

N K N

;

 Kdt là hệ số tính đến sự làm việc đồng thời của các động cơ, ta chọn Kdt= 1.Vậy Q11 = (3,728).1.1 3,728 kW =

• Nhiệt tỏa ra từ thiết bị điện Q 12 :

Khảo sát mẫu cho phòng 201 ANGKOR SUITES, bao gồm thiết bị điện Minibar và tivi, công thức (3-11) [1]:

dinhmuc

N K N

;

 Kdt là hệ số đồng thời, ta chọn Kdt=1

Vậy Q12 = 133.1.1 133 = W

Bảng 2.2: Phụ tải nhiệt do thiết bị thải ra Q 1 (W)

Tầng Phòng

Số lượng (cái) Công suất (W) Q1

(w)Tivi Máy

tính Minibar

Máychạybộ

Tivi Máy

tính Minibar

Máychạybộ

2.2. Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng nhân tạo Q2:

Nhiệt tỏa ra do nguồn sáng nhân tạo, công thức (3-15) [1]:

2 . s

Q = F q

(2.4)Trong đó: F: diện tích không gian chiếu sáng;

qs: công suất chiếu sáng yêu cầu cho 1 m2 diện tích sàn, W/m2, tra

bảng (3.2) trang 54 [1];

Khảo sát mẫu cho phòng 201, ta có:

Diện tích không gian phòng là 24,5 m2

Lựa chọn thông số khu vực điều hòa theo kiểu phòng ngủ là 12 W/m2



Q2= 24,5.12 = 294 W

Tương tự cho các phòng khác ta có bảng tính toán sau:

Bảng 2.3: Nhiệt do thiết bị chiếu sáng tỏa ra Q2 (W)

(m2)

Công suấtchiếu sáng(W/m2)

Nhiệt tỏa Q2(W)

2.3. Nhiệt do người tỏa ra Q3:

Nhiệt toàn phần, công thức (3-17) [1] :

Tính toán mẫu cho phòng 201, ta có:

Số người trong phòng là 2 người,

Loại không gian Khách sạn nên nhiệt thừa trung bình là 130 W/người

 Q3= 2.130 = 260 W

Bảng 2.4: Nhiệt do người tỏa ra Q3(W).

trong phòng

Nhiệt thừatrung bình(W/người)

Q3(W)

2.4. Nhiệt do sản phẩm mang vào Q 4 :

Tổn thất nhiệt dạng này chỉ có trong các nhà máy, xí nghiệp, ở đó, trong không

gian điều hòa thường xuyên và liên tục có đưa vào và ra các sản phẩm có nhiệt độ cao

hơn nhiệt độ phòng Tuy nhiên, ở đây ta khảo sát tính toán cho phòng ngủ, hoạt động

nhẹ nên coi Q4=0

2.5. Nhiệt tỏa ra từ bề mặt thiết bị nhiệt Q 5 :

Nhiệt độ bề mặt thiết bị nhiệt được tính theo công thức (3-19) [1]

5 w w w( T)

Q = α F t − t

(2.6)Trong đó, αw là hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt nóng vào không khí trong phòng,

khi tính gần đúng chọn αw=10 W/m2.K;

Fw là diện tích trao đổi nhiệt;

tw, tT là nhiệt đô vách và nhiệt độ không khí trong phòng

Tính toán cho một Minibar ta có:

5 w w w( T) 10.0,01884.(40 24) 18,0864

Vậy, các phòng 201, 202, 203, 204 có sử dụng Minibar sẽ có nhiệt tỏa Q5 là

18,064 W

2.6. Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng Q 6 :

Nhiệt bức xạ xâm nhập vào phòng phụ thuộc vào kết cấu bao che, công thức

, Theo bảng 3.9a với hướng cửa sổ ta chọn hướng Đông, ở vĩ

độ 100 Bắc, ta chọn được R1=Rmax vào tháng 3 và 9 lúc 8h, R2=517W/m2

=>

587,50,88 0,88

t

(2.9)Với nhiệt độ trong phòng là 240C và độ ẩm 60% ta tính được ts = 180C

t

 εmm là hệ số xét tới ảnh hưởng của mây mù Ta chọn trời không mây εmm=1;

 εkh là hệ số xét tới ảnh hưởng của khung kính Với khung gỗ, εkh=1;

 Q61= F Rk1 .1"ε ε ε εc1 ds mm. kh = 11,13.300,885.1.0,974.1.1 3261,78 = W = 3,262 kW

Ta tính tương tự với các phòng khác, được bảng dưới:

Bảng 2.5: Nhiệt do bức xạ mặt trời qua kính Q61 (W)

Tên phòng Diện tích

phòng (m 2 )

Diện tích kính (m 2 )

Nhiệt thừa bức xạ mặt trời (W)

597,85POLICE

• Nhiệt lượng bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che Q 62 :

Thông thường người ta thường bỏ qua lượng nhiệt bức xạ qua tường Lượngnhiệt truyền qua mái do bức xạ và độ chênh nhiệt độ trong phòng và ngoài trờiđược xác định, công thức (3-29) [1]:

(2.11)

Tra bảng 3.16 ta được: αT=11,6W/m2.K

αn=23,3W/m2.KTra bảng phụ lục 7 trang 465 [1] với vật liệu là nhôm lá ta có

λ=0,0465W/m.K

δ=0,35mm=3,5.10-4mKhoảng cách không khí từ mái đến la-phông là δ=0,5m; có

λ=2,715.10-2 W/m.K

La-phông gỗ có chiều dày δ=0,012m; có λ = 0.15 W/m.K

2 4

 ϕm là hệ số màu của mái hay tường, chọn màu trung bình với ϕm=0,87

 ∆t =tTD – tT là độ chênh nhiệt độ tương đương

, Theo bảng 3.9 với hướng của mái là nằm ngang, ở vĩ độ 100

Bắc, ta chọn được R=Rmax vào tháng và tháng 4 lúc 12h, R=789W/m2

=>

2

789896,6 /0,88 0,88

s xn N

Với F là tiết diện của mở, F=1,5.2=3 m2;

F’ là diện tích khe hở cửa G’7 là lưu lượng không khí qua khe hở G”7 là lưu lượng không khí do người qua lại

v là vận tốc gió, chọn v=0,5 m/s, theo bảng 2.2 [1]

n là số lượt người qua lại của trong một giờ, chọn n= 6 người/giờ;

= 1,189 kg/m3, khối lượng riêng không khí tại 240C.

 Theo TCXDVN 342: 2005 khe hở cho phép của cửa trong khoảng 3 – 8

mm, chọn khe cửa rộng 3mm => F’=0,021 m2

=>G7=0,021.0,5.1,189 + (3.0,5.6.1,189)/3600=0,015kg/s

 IN là entanpi của không khí bên ngoài, IN=100kJ/kg;

 IT là entanpi của không khí bên trong phòng, IT=55kJ/kg.

 Q7 = G I7.( N − IT) 0,015.(100 55) 0,696 = − = kW

Ta tính toán tương tự như trên được bảng sau:

Bảng 2.6: Nhiệt thừa do không khí lọt qua cửa Q7(W):

Tên phòng

Số người qua lại (Người/giờ )

Diện tích khe hở cửa (m 2 )

Diện tích cửa mở (m 2 )

Lượng không khí rò rỉ (kg/s)

Nhiệt do không khí lọt qua (kW)

Ở đây, ta xem các phòng đều có điều hòa nên không có truyền nhiệt qua sàn, trần

và tường ngăn cách các phòng, Ta sẽ trính truyền nhiệt qua tường tiếp xúc trực tiếp với

Tra bảng 3,16 [1] ta được: αT=11,6W/m2,K

αn=23,3W/m2,KTra bảng 3,19 trang 80 với vật liệu là gỗ ta có λ=0,15W/m,K

Tính toán tương tự cho các phòng còn lại, ngoại trừ các phòng ở Bellow Main

Deck, ta có bảng thống kê sau:

Bảng 2.7: Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q8(W)

Tên phòng Diện tích

phòng (m 2 )

Diện tích tường (m 2 ) Q 8 (W)

3. LƯỢNG ẨM THỪA WT

3.1 Lượng ẩm thừa do người tỏa ra W1:

Lượng ẩm do người tỏa ra được xác định theo công thức sau, công thức (3-44) [1]:

3 1

3600

n g

=

(3.1)

 n - số người trong phòng, người;

 gn -lượng ẩm do 1 người tỏa ra trong phòng trong một đơn vị thời gian, g/h.Tính mẫu cho phòng 201 ta có,

 n, chọn số người trong phòng là 2 người;

 gn, chọn lưu lượng ẩm do người tỏa ra theo bảng 3.21 [1] theo trạng thái lao

Lưu lượng

ẩm g n

(g/giờ.người )

208 2 171 9,5.10-5

MAINDECK

Lượng ẩm bay hơi từ các sản phẩm W2

Khi đưa các sản phẩm ướt vào phòng thì có một lượng hơi nước bốc vào phòng

Ngược lại nếu đưa sản phẩm khô thì nó sẽ hút một lượng ẩm Nhưng không gian điều

hòa tính toán không có sản phẩm ướt hoặc khô được đưa vào nên có thể bỏ qua

3.3

Lượng ẩm do bay hơi đoạn nhiệt từ sản phẩm W3

Khi sàn bị ướt thì một lượng hơi ẩm từ đó có thể bốc hơi vào không khí làm tăng độ

ẩm của nó Lượng hơi ẩm do bay hơi đoạn nhiệt được tính cho nơi thường xuyên có nền

nhà bị ướt như ở khu nhà giặt, nhà bếp, nhà vệ sinh Nhưng không gian điều hòa tính

toán lại chủ yếu là phòng ngủ khách sạn nên có thể bỏ qua

3.4

Lượng ẩm do hơi nước nóng mang vào W4

Không gian điều hòa không sử dụng hơi nước nóng nên có thể bỏ qua

WT = ∑i= W Wi =

(3.3)

Ta có bảng thống kê tổng lượng ẩm thừa tại từng phòng như bảng lượng ẩm thừa

W1

Tính toán sơ đồ điều hòa không khí

Quá trình thay đổi trạng thái không khí trong hệ thống điều hòa có tuần hoàn mộtcấp trên đồ thị I-d được trình bày trong hình dưới đây

Các điểm nút là các điểm đặc biệt sau mỗi quá trình xử lí, bao gồm trạng thái khôngkhí tính toán bên ngoài trời N, trạng thái tính toán bên trong phòng T, trạng thái hòa trộn

C, trạng thái sau xử lí nhiệt ẩm O và trạng thái trước khi thổi vào phòng V

Ban đầu ta xác định được các điểm T và N dựa vào các thông số đã chọn trước Sau

đó xác định được điểm O bằng cách kẻ tia quá trình εT và đường ϕ=95% Do trong hệthống điều hòa đã chọn không khí sẽ được xử lí và thổi vào phòng nhờ chính các dànlạnh đặt trực tiếp trong phòng vì vậy thổi vào V trùng với điểm cuối của quá trình xử línhiệt ẩm O trên đồ thị I-d

Điểm hòa trộn C được xác định như sau:

N T

G G

theo công thức (1-32) [1]

Trong đó : G là năng suất gió thổi vào phòng; GN là lượng gió tươi cung cấp; GT

là lượng gió tái tuần hoàn

Quá trình VT là quá trình không khí tự thay đổi trạng thái khi nhận nhiệt thừa và

ẩm thừa nên có hệ số góc tia εT=QT/WT

Ta có bảng tính toán hệ số góc tia εT tương ứng với các không gian điều hòa kiểuthẳng: