Đồ Án Điều Hòa Không Khí Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Cho Khu Văn Phòng Dùng Máy Điều Hòa Dạng Tủ

Chương 1: Giới thiệu công trình , chọn thông sốtính toán 1.1/ Giới thiệu công trình: Công trình mà em cần thiết kế hệ thống điều hòa không khí là 1 tòa nhà 2tầng đặt tại Tam Đảo được sử

Chương 1: Giới thiệu công trình , chọn thông số

tính toán

1.1/ Giới thiệu công trình:

Công trình mà em cần thiết kế hệ thống điều hòa không khí là 1 tòa nhà 2tầng đặt tại Tam Đảo được sử dụng làm văn phòng Tòa nhà 1 tầng cao 12m với diện tích mặt bằng xây dựng là 40mx28m có mặt chính diện tòa nhà hướng đông Trong tòa nhà chia thành 1 tiền sảnh, 1 hội trường và nhiều phòng nhỏ

1.2/ Phân tích và lựa chọn phương án:

Sau khi nghiên cứu về các loại máy điều hòa em lựa chọn máy điều hòa dạng tủ cho tòa nhà văn phòng này vì những ưu điểm sau:

1 Nhiệt độ và độ ẩm của không khí trong nhà:

Nhiệt độ và độ ẩm trong nhà được chọn tùy thuộc vào chức năng của phòng Theo bảng 2.3 Trang 27 tài liệu 1 ta chọn:

Mùa hè:

Độ ẩm tương đối:  T = 50

Nhiệt độ: t T =24C

Mùa đông:

ở Tam Đảo nhiệt độ trung bình mùa lạnh là t T =0.7C nên ta không sử dụng tới máy điều hòa

2 Nhiệt độ và độ ẩm của không khí ngoài trời:

Chọn thông số tính toán ngoài trời phụ thuộc vào mùa hè, mùa đông và vào tầm quan trọng của công trình, tức là tùy thuộc vào cấp của hệ thống điều hòa không khí

- Hệ thống điều hòa không khí cấp 1: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với mọi phạm vi thông số ngoài trời

- Hệ thống điều hòa không khí cấp 2: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 200 giờ trong 1 năm

- Hệ thống điều hòa không khí cấp 3: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 400 giờ trong 1 năm

Theo bảng 2.4 trang 28 tài liệu 1 ta chọn hệ thống cấp 3 với các thông số như sau:

Tốc độ không khí lưu động được lựa chọn theo nhiệt độ không khí trong phòng Ở đây ta chọn tốc độ tính toán của không khí trong phòng ωk= 0.6 m/

s ( Bảng 2.5 trang 29 tài liệu 1)

4 Độ ồn cho phép:

Độ ồn ảnh hưởng đến trạng thái và mức độ tập trung công việc của con người Mức độ ảnh hưởng đó tùy thuộc vào công việc hay nói cách khác chức năng của phòng

ở đây ta thiết kế cho văn phòng làm việc nên ta chọn độ ồn cho phép là

45dB ( Bảng 2.6 trang 29 tài liệu 1)

Chương 2: Tính toán cân bằng nhiệt, cân bằng ẩm

2.1/ Tính cân bằng nhiệt:

2.1.1/ Nhiệt do máy móc thiết bị tỏa ra Q 1 :

Do hạn chế về tài liệu và trong mức độ đồ án môn học nên ở đây ta chỉchọn ước lượng công suất của các thiết bị trong các phòng:

Chọn công suất các máy móc, thiết bị điện là 30kW

 Q 1 = 15 kW

2.1.2/ Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng nhân tạo Q 2 :

Nguồn sáng nhân tạo ở đây là các đèn điện Có thể chia đèn điện ra làm 2loại: đèn dây tóc và đèn huỳnh quang

Nhiệt do các nguồn sáng nhân tọ tỏa ra chỉ ở dạng nhiệt hiện

Do khi thiết kế không biết bố trí đèn cụ thể nên ta chọn điều kiện đủchiếu sáng cho ở bảng 3.2 trang 37 tài liệu 1

Tổn thất do nguồn sáng nhân tạo:

Q2 = qS.F, W F: Diện tích sàn nhà, m2 F = 1120 m2

qS : Công suất chiếu sáng yêu cầu cho 1m2 diện tích sàn, W/m2

ở đây chọn qS = 12 W/m2 theo bảng 3.2 trang 37 tài liệu 1

 Q 2 = 12.1120 W = 13440 W = 13.44kW

2.1.3/ Nhiệt do người tỏa ra Q 3 :

Nhiệt do người tỏa ra gồm 2 phần:

o Nhiệt hiện: Do truyền nhiệt từ người ra môi trường thông quađối lưu, dẫn nhiệt và bức xạ qh :

o Nhiệt ẩn: Do tỏa ẩm ( mồ hôi và hơi nước mang theo ) qw Nhiệt toàn phần: q = qh + qw

Tổng tổn thất do người tỏa ra:

o Nhiệt hiện: Q3h=n qh.10-3, kW

o Nhiệt ẩn : Q3w=n qw.10-3, kW

Trong đó:

n: Tổng số người có trong phân xưởng

Do không có điều kiện khảo sát nên theo bảng 3.2 trang 37 tài liệu 1

2.1.6/ Nhiệt do bức xạ năng lượng mặt trời vào phòng Q 6 :

Nhiệt bức xạ xâm nhập vào phòng phụ thuộc vào kết cấu bao che vàđược chia thành 2 dạng:

o Nhiệt bức xạ qua cửa kính Q61

o Nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che tường và mái Q62

Q6 = Q61 + Q62

1/ Nhiệt bức xạ qua cửa kính:

Trong thiết kế này ta tính toán cho loại kính Calorex, màu xanh,

6 mm, có hệ số hấp thụ  k= 0.75 , hệ số phản xạ  k= 0.05 , hệ số xuyênqua k = 0.20 , hệ số kính k = 0.57( ứng với góc tới của tia bức xạ là

300 ) Chọn tính nhiệt bức xạ của mặt trời vào thời điểm nóng nhất trongngày, từ 8h -9h & từ 15h – 16h:

Ở đây công trình sử dụng loại kính thường có rèm che nên :

Q61=Fk R’’.c.ds.mm.kh ,W ( Công thức 3-24 tài liệu 1)Trong đó :

Fk -Diện tích bề mặt kính , m2 Kính có khung sắt Theo yêu cầuthiết kế ta có tỷ lệ kính/tường các hướng = 30%

Ta nhận thấy rằng diện tích lắp đặt kính của hướng Đông và Tây làchủ yếu, ta bỏ qua bức xạ nhiệt ở hướng Nam và hướng Bắc vì diện tíchkính ít , nên ta chỉ tính cho các hướng Đông và Tây Ta có diện tích kínhtừng hướng:

Fk = Ft 30% , m2

R’’= [0,4.k + k ( m + m + k.m + 0,4.k m)].Rn

Rn – Nhiệt bức xạ đến ngoài bề mặt kính , W/m2

88 , 0

Tra bảng 3-8a tài liệu 1:

o Với loại kính là kính Calorex , màu xanh , 6 mm Tra bảng 3.5tài liệu 1 :

Hệ số phản

xạ m

Hệ số xuyênqua m

Hệ số mặttrời m

-Cửa chớp màu

 - hệ số tính đến độ cao H ( m ) nơi đặt cửa kính so với mực nướcbiển> Ở Tam Đảo ta lấy H = 900m

1000 023 , 0

 -hệ số xét đến độ chênh lệch của nhiệt độ đọng sương:

Tra đồ thị I-d với ttbmax = 26 , N = 89 % ta được ts= 240C

, 0

2/ Nhiệt lượng bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che:

Cơ chế bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che được thực hiện như sau:

o Dưới tác dụng của tia bức xạ mặt trời , bề mặt ngoài cùng củakết cấu bao che sẽ nóng dần lên do hấp thụ nhiệt Lượng nhiệtnày sẽ tỏa ra môi trường một phần, phần còn lại sẽ dẫn nhiệtvào bên trong và truyền cho không khí trong phòng bằng đốilưu và bức

o Thông thường người ta bỏ qua nhiệt lượng bức xạ qua tường.Lượng nhiệt truyền cho mái do bức xạ và độ chênh nhiệt độtrong phòng và ngoài trời được xác định theo công thức:

Q62=F.k.φm.Δt ,W t ,W

Trong đó:

F – Diện tích mái, F = 536 m2

k- hệ số truyền nhiệt qua mái

Trong thiết kế này ta bố trí mái tôn, có trần bằng gỗ , tra bảng 3-4trang 110 sách Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí ta

520 88

2.1.7/ Nhiệt do lọt không khí vào phòng Q 7 :

Khi có độ chênh áp suất trong nhà và bên ngoài thì sẽ có hiện tượng

rò rỉ không khí Việc này luôn kèm theo tổn thất nhiệt

Nói chung việc tính tổn thất nhiệt do rò rỉ thường rất phức tạp do khóxác định chính xác lưu lượng không khí rò rỉ Mặt khác các phòng có điều

hòa thường đòi hỏi phải kín Phần không khí rò rỉ có thể coi là một phần khítươi cung cấp cho hệ thống.

Q7 = L7 * (IN - IT) = L7 * CP(tN - tt) + L7*ro(dN - dT)Tuy nhiên do lưu lượng không khí rò rỉ không theo quy luật và rất khóxác định Nó phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất vận tốc gió, kết cấu khe

hở cụ thể, số lần đóng mở cửa … Vì vậy trong các trường hợp này có thể xác định theo kinh nghiệm :

Q7h = 0,335(tN-tt)*V* , W

Q7W =0,84(dN-dT) *V* , WTrong đó:

2.1.8/ Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q 8 :

Người ta chia ra làm 2 loại tổn thất:

o Nhiệt tổn thất do truyền qua trần, mái, tường : Q 81

o Nhiệt tổn thất do truyền qua nền: Q 82

Tổng tổn thất truyền nhiệt:

Q8 = Q81+Q82

2.1.8.1/ Nhiệt truyền qua tường và trần: Q 81

Nhiệt lượng truyền qua kết cấu bao che được tính theo công thức sau:

Q81 = k*F*tk- Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m2 0C

F – diện tích tường bao che , m2

Ftường = Fbc - Fk = 180 – 54 = 126 m2

Fmái = 1073 m2

t – độ chênh nhiệt độ tính toán , 0C

1 Xác định độ chênh nhiệt độ tính toán:

Ta chỉ xác định cho mùa hè:

t = (tN-tT) Trong đó  là hệ số tính đến vị trí của kết cấu bao che

a) Đối với tường bao trực tiếp tiếp xúc với môi trường không khí bênngoài nên  = 1

t = 26 – 24 = 2 0C okb) Đối với trần có mái với kết cấu kín ta chọn  = 0.8

t = 0.8*(26 – 24) = 1.6 0C

2 Xác định hệ số truyền nhiệt qua tường và trần:

i T

1 1

0

Trong đó:

-T -Hệ số tỏa nhiệt bề mặt bên trong của kết cấu bao che ,W/m2 0C

-N- Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài của kết cấu bao che ,W/m2 0C

-i-chiều dày của lớp thứ i,m

-i -Hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ i , W/m0C

Tường của công trình được xây dựng với kết cấu gồm 3 lớp: lớp vữa, lớp bê tông gạch vỡ, lớp vữa

Đối với tường bao:

Tra bảng 3.12 tài liệu 1

Với bề mặt tường nhẵn ta chọn T = 11,6 W/m2 0C

Tường tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài ta chọn N = 23,3W/m2 0C

Tra bảng 3-15 tài liệu 1

Với vữa xi măng và vữa trát xi măng ta chọn  1 =  3 = 0.93W/m0CVới bê tông gạch vỡ ta chọn  2 = 0.872 W/m0C

 1 =  3 = 0.01 m

 2 = 0.2 m ;

 ktường =

3 23

1 93 0

01 0 872 0

2 0 93 0

011 0 6 11 1

1 1

Q 81 = Q t

81 + Q tr

81 = 2.78 + 11.6 = 14.38 [kW]

2.1.6.2/ Nhiệt truyền qua nền:

Để tính nhiệt truyền qua nền đất người ta chia nền thành 4 dải, mỗi dải có bề rộng là 2m

Theo cách chia này ta có các dải từ ngoài vào: I÷IV

Dãi I : k1 = 0,5 W/m2 0C ; F1 = 4*(a + b) = 4*(26 + 40) = 264 m2

Dãi II: k2 = 0,2 W/m2 0C ; F2 = 4*(a + b) - 48 = 264 – 48 = 216 m2

Dãi III: k3 = 0,1 W/m2 0C ; F3 = 4*(a + b) - 80 = 216 – 80 = 136 m2

D·y 2 D·y 1

Tổn thất nhiệt qua nền do truyền nhiệt:

Qwf = Q3w + Q7w

Vậy Q T = 75.515 + 27.474 = 102.989 kW

2.2/ Xác định lượng ẩm thừa W T :

2.2.1/ Lượng ẩm do người tỏa ra W 1 :

Lượng ẩm do người tỏa ra được tính theo công thức:

W1 = n*gn , kg/s Trong đó:

n = 224 – số người trong phòng theo nhiệm vụ thiết kế

gn = 105 g/giờ lượng ẩm do 1 người tỏa ra trong 1 đơn vị thời gian được xác định theo bảng 3-16 tài liệu 1

 W1 = 224*0.105= 23.52 kg/h

Vậy W T = W 1 = 23.52 kg/h

2.3 Tính kiểm tra đọng sương:

Như đã biết, khi nhiệt độ vách tW thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí tiếp xúc với nó sẽ xảy ra hiện tượng đọng sương trên vách đó Tuy nhiên do xác định nhiệt độ vách khó nên ta quy điều kiện đọng sương

về dạng khác

Về mùa hè: mùa hè ta thực hiện chế độ điều hòa( làm lạnh) , nhiệt độ bênngoài lớn hơn bên trong Khi đó tT

W>tT>tT

s , như vậy vách trong không xảy

ra hiện tượng đọng sương

Gọi tN

s là nhiệt độ đọng sương vách ngoài, ta có điều kiện đọng sương:

tN

s>tN W

Theo phương trình truyền nhiệt ta có:

k(tN-tT) =  N(tN-tN

W)

T N

N w N

t t

t



 N t



Khi giảm tN

w thì k tăng, khi giảm tới tN

s thì trên tường có hiện tượng đọngsương Khi đó ta có được giá trị kmax :

T N

N s N

t t

t



 N t



Trong các công thức trên:

-  N ;  T : hệ số truyền nhiệt vách ngoài và vách trong , W/m2 0C

tN , tT :nhiệt độ vách ngoài và vách trong, 0C

` Kiểm tra đọng sương:

Đối với tường:

 N = 23,3 W/m2 0C

 kmax=  

T N

N s N

t t

t



 N t





 24 26

) 5 24 26 ( 3 23

N s N

t t

t



 N t





 24 26

) 5 24 26 ( 20

15[W/ m2 0C] >kmái =1.59[W/ m2 0C ]

 vào mủa hè không có hiện tượng đọng sương ở vách và mái của tòa nhà

Chương 3: Thành lập và tính toán các sơ đồ điều

hòa không khí

Lập sơ đồ điều hòa không khí là xác định các quá trình thay đổi trạng tháicủa không khí trên đồ thị I-d , nhằm mục đích xác định các khâu xử lý và năng suất lạnh của nó để đạt được trạng thái không khí cần thiết trước khi cho thổi vào phòng

Sơ đồ điều hòa không khí được lập trên cơ sở :

- điều kiện khí hậu địa phương nơi lắp đặt công trình: : tN ,N

- yêu cầu về tiện nghi hoặc công nghệ: tT , T

- các kết quả tính cân bằng nhiệt , cân bằng ẩm: QT , WT

-thỏa mãn điệu kiện vệ sinh, an toàn

1 Nhiệt độ không khí trước khi thổi vào phòng không quá thấp so với

nhiệt độ trong phòng nhằm tránh gây cảm lạnh cho người sử dụng, cụ thể:

tv tT - a

- Đối với hệ thống điều hòa không khí thổi từ trên xuống : a = 10 0C

- Đối với hệ thống điều hòa không khí thổi từ dưới lên: a = 7 0C

Nếu điều kiện vệ sinh không thỏa mãn thì phải tiến hành sấy nóng không khí đến nhiệt độ tv = tT – a thỏa mãn điều kiện vệ sinh rồi cho thổi vào

n – số người trong phòng , người

mk – khối lượng gió tươi cần thiết cung cấp cho 1 người trong 1 đơn

vị thời gian, kg/s.người;

Vk – lượng không khí tươi cần cung cấp cho 1 người trong 1 đơn vị thời gian, tra theo bảng 2-7 tài liệu 1 ta được Vk = 25 m3/h

 - khối lượng riêng của không khí ,  = 1,2 kg/m3

Vậy: L N = n*m k = n**V k = 224*1.2*25 = 6720 kg/h

3.1/ Lựa chọn sơ đồ điều hòa không khí

Việc thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí được tính toán cho mùa hè và mùa đông Tuy nhiên do tính chất khí hậu ở Việt Nam nên ta chỉ chọn cho mùa hè

Có nhiều loại sơ đồ điều hòa không khí như sơ đồ thẳng , sơ đồ tuần hoànkhông khí 1 cấp , sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp …

Tuy nhiên do tính chất thiết kế cho công trình là khu văn phòng nên ta chọn loại sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp Sơ đồ tuàn hoàn không khí 1 cấp có tận dụng nhiệt của không khí tái tuần hoàn nên năng suất lạnh và năng suất làm khô giảm

3.2/ Thanh lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí:

1/ Sơ đồ :

N

N

CT

 T

O và được quạt 5 vận chuyển theo kênh gió 6 và phòng 8 Không khí sau khi

ra khỏi miệng thổi 7 có trạng thái V vào phòng nhận nhiệt thừa QT và WT ẩmthừa rồi tự thay đổi trạng thái từ V đến T(tT, T) Sau đó 1 phần không khí được thải ra ngoài và 1 phần lớn được quạt hồi gió 11 hút về qua miệng hút

9 theo kênh 10

3/ Xác định các điểm nút trên I-d:

o Trạng thái C là trạng thái hòa trộn của dòng khí tươi có lưu lượng LN và trạng thái N(tN, N)với dòng khí tái tuần hoàn với lưu lượng LT và trạng thái T(tT,  T)

o 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  = T =

T

T W

Q

Điểm O trùng với điểm V có o = 95%

Từ phân tích trên ta có cách xác định các điểm nút như sau:

o Xác định các điểm N, T theo các thông số tính toán ban đầu

o Xác định điểm hòa trộn C theo tỷ lệ hòa trộn

L

=

N

N L L

L – lưu lượng gió tổng tuần hoàn qua thiết bị xử lý không khí

o điểm V trùng với điểm O là giao nhau của đường  = T =

T

T W Q

đi qua điểm T với đường o = 95% Nối CO ta có quá trình xử



N C

T

I I

T I I

N

T T C

C N T C

C N

L

L d d

d d I I

I I

- Từ T kẻ đường  = T =

T

T W

4/ Các thiết bị chính :

Để thực hiện sơ đồ điều hòa không khí 2 cấp ta cần có các thiết bị chính sau đây: quạt cấp gió, quạt hồi gió, thiết bị xử lý không khí ,thiết bị sấy cấp

II, hệ thống kênh cấp gió , kênh hồi gió và các miệng hút, miệng thổi

5/ Xác định năng suất thiết bị:

 Năng suất lạnh của thiết bị xử lý:

trộn 3

Chương 4: Chọn máy và thiết bị điều hòa không

khí

4.1/ Tính chọn máy điều hòa:

1/ Cơ sở lựa chọn máy điều hòa không khí:

Việc lựa chọn máy điều hòa được tiến hành theo các bước sau:

a Chọn hãng máy

Thị trường Việt Nam hiện nay sử dụng rất nhiều hãng máy điều hòa khácnhau Nổi tiếng hơn cả là các hãng máy Carrier, Trane, Daikin, Toshiba… Mỗi hãng máy nổi trội về một vài chủng loại nhất định, nên việc lựa chọn máy hãng nào còn tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, tình hình tài chính của chủ đầu tư , điều kiện thanh toán, thời gian giao hàng…

b Chọn máy:

Sau khi đã chọn hãng sản xuất , kiểu loại máy , bước cuối cùng là chọn model máy Việc chọn máy cụ thể được căn cứ vào kết quả thành lập và tínhtoán sơ đồ điều hòa không khí, trong đó 2 thông số quan trọng nhất làm căn

cứ chọn là:

- Năng suất gió L thổi vào phòng , kg/s

- Năng suất lạnh của thiết bị xử lý không khí , kW

2/ Tính chọn máy:

Với năng suất lạnh yêu cầu của không gian điều hòa QO = 154.49 kW

Lưu lượng gió cấp vào phòng là L = 11.182 kg/s = 9.318 m3/s = 9318l/s

Dựa vào bảng 5.14 trang 150 tài liệu 1 ta chọn 3 máy điều hòa dạng tủ 50BP

mã hiệu 200 của hảng Carrier với các thông số kỹ thuật như sau:

- Công suất lạnh: 58.8 kW

- Dòng điện động cơ: 2*18.5A

- Dòng điện động cơ quạt: 7.7A

- Lưu lượng gió max: 3600 l/s

- Lưu lượng gió min: 2200 l/s

- Tốc độ quạt: 1000vg/ph

4.2/ Tính chọn tháp giải nhiệt:

Trong hệ thống điều hòa không khí giải nhiệt bằng nước bắt buộc phải sửdụng tháp giải nhiệt Tháp giải nhiệt được sử dụng để giải nhiệt nước làm mát giàn ngưng trong máy điều hòa

Việc tính toán tháp giải nhiệt rất phức tạp , nên thường chọn theo

cataloque của máy Theo phương pháp chọn tháp của hãng RINKIN ( Hồng Kông ) , khi ta biết được năng suất lạnh của hệ thống QO thì ta có thể xác định được năng suất giải nhiệt của tháp là QK = 1.3*QO

Vậy ta có được năng suất giải nhiệt của tháp:

QK = 1.3*QO = 1.3*154.49= 200.837 kW =47.967kcal/s

Ta lại có:

QK = G Cn tn

Trong đó:

G – lưu lượng nước của tháp, kg/s

Cn - nhiệt fung riêng của nước: Cn = 1 kcal/kg.độ ;