Tính cân bằng nhiệt cho công trình

Từ ngàn xưa con người đã có ý thức tạo ra điều kiện không khí tiện nghi xung quanh mình, như mùa đông thì sưởi ấm, mùa hè thì thông giá tự nhiên,.,...

Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Lời cam đoan Em xin cam đoan bản đồ án này do em tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu dới sự hớng dẫn của GS.TS Phạm Văn Tuỳ Để hoàn thành đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không đ- ợc ghi. Nếu sai, em xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Sinh viên thực hiện (ký tên) 1 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Mục lục Nội Dung lời nói đầu Chơng 1. Vai trò điều hoà không khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam 5 1. Vai trò điều hoà không khí trong đời sống 5 2. Các yếu tố khí hậu ảnh hởng đến con ngời 7 Chơng 2. Phân tích và lựa chọn hệ thống điều hoà không khí 9 2.1. Hệ thống điều hoà không khí cục bộ 9 2.1.1. Máy điều hoà cửa sổ 9 2.1.2. Máy điều hoà tách 11 2.2. Hệ thống điều hoà không khí tổ hợp gọn 12 2.2.1. Máy điều hoà tách 12 2.2.2. Máy điều hoà nguyên cụm 14 2.3. Hệ thống điều hoà trung tâm nớc 17 2.3.1. Máy làm lạnh nớc (Water Chiller) 18 2.3.2. Hệ thống nớc lạnh, FCU và AHU 19 2.3.3. Hệ thống nớc giải nhiệt 23 Chơng 3. Giới thiệu công trình và lựa chọn cấp ĐHKK 25 3.1. Giới thiệu công trình 25 3.2. Lựa chọn hệ thống ĐHKK 26 Chơng 4. Tính cân bằng nhiệt - ẩm cho công trình 30 4.1. Tính cân bằng nhiệt 31 4.1.1. Nhiệt toả từ máy móc Q 1 35 4.1.2. Nhiệt toả từ các thiết bị chiếu sáng Q 2 36 4.1.3. Nhiệt do ngời toả ra Q 3 37 4.1.4. Nhiệt toả ra từ bán thành phẩm Q 4 39 4.1.5. Nhiệt toả ra từ các thiết bị Trao đổi nhiệt Q 5 39 4.1.6. Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q 6 39 4.1.7. Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua lớp bao che Q 7 41 4.1.8. Nhiệt toả do rò lọt không khí qua cửa hay qua các khe cửa Q 8 43 4.1.9. Nhiệt truyền qua vách Q 9 45 4.1.10. Nhiệt truyền qua trần Q 10 49 4.1.11. Nhiệt truyền qua nền Q 11 49 4.1.12. Nhiệt bổ sung do gió và hớng vách Q bs 52 4.2. Tính kiểm tra đọng sơng trên vách 53 2 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt 4.3. Tính lợng ẩm thừa W T 54 Chơng 5. Xác định công suất lạnh năng suất gió của hệ thống ĐHKK 56 5.1. Tính toán hệ số góc tia quá trình 56 Chơng 6. Chọn máy và bố trí thiết bị 62 6.1. Khái quát chung 62 6.2. Lựa chọn thiết bị 64 Chơng 7. Tính toán hệ thống phân phối khí 74 7.1. Khái niệm chung 74 7.2. tính toán thiết kế hệ thống đờng ống gió 74 Chơng 8. Hệ thống điện - Điện điều khiển 77 8.1. Hệ thống điện 77 8.2. Hệ thống điện điều khiển 77 Chơng 9. Lắp ráp, vận hành hệ thống ĐHKK 79 9.1. Lắp đặt hệ thống ĐHKK 79 Kết luận 84 Tài liệu tham khảo 85 lời nói đầu Cuộc cách mạng khoa học công nghệ đang diễn ra vô cùng mạnh mẽ với quy mô rộng lớn cha từng thấy đã tác động đến mọi hoạt động của xã hội, tạo ra những thành quả to lớn, tạo tiền đề để con ngời hớng đến xã hội hiện đại hơn, văn minh hơn. Với xu thế phát triển của cuộc sống, lĩnh vực điều hoà không khí cũng đã có những bớc phát triển, đã có những đóng góp đáng kể vào quá trình nâng cao chất lợng cuộc sống và sản xuất, từ những căn hộ, các khu công nghiệp, các ph- ơng tiện giao thông, và nhiều lĩnh vực khác . Trong quá trình học tập và dới sự giảng dạy của các thầy cô giáo cùng với quá trình đợc làm quen học hỏi trong lĩnh vực chuyên môn em đã đợc giao thực hịên bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế hệ thống điều hoà không khí cho Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam. 3 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Trong bản đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cố gắng phấn đấu hết mình để thực hiện nhng do còn hạn chế về chuyên môn và kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của thầy cô để em có thể hoàn thành tốt hơn nữa và tạo cho em những hành trang khi bớc vào đời. Để hoàn thành bản đồ án này, em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Kỹ thuật lạnh và Điều hoà không khí cùng toàn thể các thầy cô trong Viện KH & CN Nhiệt Lạnh đã tạo điều kiện để em hoàn thành tốt bản đồ án tốt nghiệp của mình. Và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS Phạm Văn Tuỳ luôn tận tình giúp đỡ và chỉ bảo và tạo điều kiện em hoàn thành tốt bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Chơng 1: Vai trò của điều hoà không khí trong điều kiện khí hậu việt nam Từ ngàn xa, con ngời đã có ý thức tạo ra điều kiện không khí tiện nghi chung quanh mình: mùa đông thì sởi ấm, mùa hè thì thông gió tự nhiên hoặc c- ỡng bức. Nhng nói đến kỹ thuật điều hoà không khí thì phải kể đến hệ thống điều hoà không khí đầu tiên của tiến sĩ W. H. Carrier (1876 - 1950) xây dựng vào năm 1902 ở một nhà máy giấy. Năm 1905 Carrier xây dựng một hệ thống khống chế độ ẩm, năm 1911 ông công bố kết quả nghiên cứu về tính chất của không khí ẩm và năm 1919 ông đa ra đồ thị nhiệt ẩm của không khí ẩm. Cùng với đồ thị h x (entanpi - độ chứa hơi) của Mollier, đồ thị của Carrier vẫn giữ nguyên giá trị cho đến ngày nay. 1.Vai trò của điều hoà không khí trong đời sống Điều hoà không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn định các thông số trạng thái của không khí bên trong và các không gian kiến trúc theo một chơng trình 4 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt định sẵn phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng của con ngời, không phụ thuộc vào điều kiện khí tợng bên ngoài. Trong công nghiệp, ngành điều hoà không khí đã có những bớc tiến nhanh chóng. Ngành điều hoà không khí đã hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành kinh tế nh dệt, thuốc lá, chè, giấy in ấn, thông tin, vô tuyến điện, bu điện, điện tử, máy tính quang học, phim ảnh, sinh học, cơ khí chính xác, khai thác mỏ, nông nghiệp, dợc liệu Ngày nay, mỗi ngành đều có những công trình riêng nghiên cứu về điều hoà không khí ứng dụng riêng cho ngành mình. Ví dụ đối với ngành dệt, thuốc lá, bột giấy thì hai thông số nhiệt độ và độ ẩm là quan trọng nhất. Nh ng trong các xí nghiệp in ấn, hoá chất thì việc thải nhiệt và hơi độc lại quan trọng hơn. Trong các ngành quang học, điện tử, vi điện tử, phim ảnh, cơ khí chính xác thì ngoài nhiệt độ và độ ẩm, độ sạch của không khí đợc đặc biệt chú ý. Điều hoà không khí tiện nghi càng ngày càng trở nên quen thuộc đặc biệt trong các ngành y tế, văn hoá, thể dục thể thao, vui chơi, giải trí Trong khi điều hoà kỹ thuật đòi hỏi một môi trờng không thay đổi so với bên ngoài thì ngợc lại, điều hoà tiện nghi lại thay đổi theo mùa và thậm trí cả theo giờ trong một ngày và đặc biệt thay đổi theo tập quán của từng vùng dân c. Yêu cầu tiện nghi đối với con ngời có thể chia làm hai nhóm chính: Nhóm 1: Nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tốc độ không khí và nhiệt độ vách bao quanh. Nhóm 2: Độ trong sạch của không khí, độ ồn, trờng tĩnh điện. Nhóm 1 đề cập chủ yếu đến cơ chế toả nhiệt của con ngời. Cơ thể con ngời luôn toả nhiệt. Lợng nhiệt toả phụ thuộc vào hoạt động của con ngời. Nhiệt toả ra bằng ba cách: - Đối lu và dẫn nhiệt qua da vào không khí - Bức xạ từ da vào môi trờng - Bay hơi nớc trên bề mặt da. 5 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hai thành phần trên phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ giữa cơ thể với môi tr- ờng. Trời càng rét, đối lu và bức xạ càng mạnh. Đến nhiệt độ khoảng 35 0 C thì cơ thể nhận nhiệt từ môi trờng vào cơ thể. Thành phần thứ 3 nhỏ khi nhiệt độ không khí thấp, tăng dần khi nhiệt độ không khí tăng. Từ 35 0 C trở lên thì cơ thể chỉ thải nhiệt qua đờng bay hơi nớc trên bề mặt da do đó mồ hôi đổ dữ dội. Nếu độ ẩm không khí thấp và tốc độ không khí lớn thì sự thải nhiệt còn dễ dàng hơn nhng nếu độ ẩm cao và tốc độ không khí nhỏ thì con ngời sẽ cảm thấy ngột ngạt khó chịu vì cơ thể không thải đợc nhiệt. Nhóm 2 đề cập đến độ ồn, độ sạch và trờng tĩnh điện vì chúng tác động mạnh lên tiện nghi con ngời. Không khí bao giờ cũng lẫn tạp chất nh bụi, các khí lạ, vi khuẩn.Tuỳ theo yêu cầu có thể lắp đặt các thiết bị để khử bụi, khử hóa chất độc hại và vi khuẩn, tạp chất trong không khí. Tiếng ồn cũng là tiêu chuẩn đánh giá mức độ tiện nghi. Tiếng ồn gây ra từ máy móc, thiết bị giao thông vận tải và chính từ thiết bị điều hoà không khí. Cần phải nghiên cứu các phơng pháp và các thiết bị giảm tiếng ồn xuống dới mức cho phép. 2. Các yếu tố khí hậu ảnh hởng đến con ngời Độ ẩm tơng đối là yếu tố quyết định đến sự toả mồ hôi vào không khí. Sự bay hơi nớc chỉ diễn ra khi < 100%. Nếu không khí có độ ẩm vừa phải thì khi có nhiệt độ cao, cơ thể đổ mồ hôi và mồ hôi bay và không khí nhiều sẽ gây cho cơ thể con ngời cảm giác thoải mái. Khi cơ thể bay hơi đợc 1 gram mồ hôi, cơ thể thải đợc nhiệt lợng khoảng 2500 J, nhiệt lợng này tơng đơng với nhiệt lợng của 1 m 3 không khí giảm nhiệt độ đi 2 0 C. Nếu độ ẩm càng lớn thì sự bay hơi càng giảm. 6 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hình 1.1. Giới hạn miền có mồ hôi trên da Ngoài hai yếu tố nh nhiệt độ và độ ẩm đã nêu ở trên, ảnh hởng trực tiếp đến đời sống của con ngời phải kể đến tốc độ lu chuyển không khí Tốc độ không khí tác động trực tiếp tới khả năng toả nhiệt và trao đổi nhiệt của cơ thể đối với môi trờng xung quanh. Khi tăng tốc độ chuyển động của không khí ( k ) sẽ làm tăng cờng độ toả nhiệt và cờng độ toả chất. Do đó, về mùa đông , khi ( k ) lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể làm cho con ngời có cảm giác lạnh, ngợc lại về mùa hè sự lu chuyển không khí lại làm cho con ngời có cảm giác mát mẻ dễ chịu. Đặc biệt trong điều kiện độ ẩm lớn thì ( k ) tăng sẽ làm tăng nhanh quá trình bay hơi mồ hôi trên da. Tốc độ không khí đối với sản xuất chủ yếu liên quan đến tiết kiệm năng lợng quạt gió. Tốc độ lớn quá định mức cần thiết ngoài việc gây cảm giác khó chịu với cơ thể con ngời còn làm tăng tiêu hao công suất động cơ kéo quạt. Riêng đối với một số ngành sản xuất, không cho phép tốc độ gió ở vùng làm việc lớn quá nh ngành sợi dệt, nếu tốc độ lớn quá sẽ ảnh hởng đến quá trình sản xuất. 7 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Điều hoà không khí còn tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của bơm nhiệt, một loại máy dùng để sởi ấm mùa đông. Bơm nhiệt thực ra là một loại máy lạnh chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng. Gọi là máy lạnh khi ngời ta sử dụng hiệu ứng lạnh ở thiết bị bay hơi còn gọi là bơm nhiệt khi sử dụng nguồn nhiệt lấy từ thiết bị ngng tụ. 8 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Chơng2: Phân tích và lựa chọn hệ thống điều hoà không khí Hệ thống điều hoà không khí là tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ để tiến hành các quá trình xử lý không khí nh sởi ấm, làm lạnh, khử ẩm, gia ẩm Điều chỉnh và khống chế các thông số vi khí hậu trong nhà nh nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch, khí tơi và sự tuần hoàn không khí trong phòng đáp ứng nhu cầu tiện nghi hoặc công nghệ. 2.1. Hệ thống ĐHKK cục bộ Hệ thống điều hoà không khí cục bộ gồm 2 loại chính là máy điều hoà cửa sổ và máy điều hoà tách năng suất lạnh đến 7 kW (24.000 Btu/h). Đây là các loại máy nhỏ, hoạt động hoàn toàn tự động, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dỡng sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ trung bình, độ tin cậy lớn, giá thành rẻ, rất thích hợp với các phòng và các căn hộ nhỏ. Nhợc điểm cơ bản của hệ thống điều hoà cục bộ là rất khó áp dụng cho các phòng lớn, hội trờng, phân xởng, nhà hàng, cửa hàng, các toà nhà cao tầng nh các khách sạn, văn phòng vì khi lắp đặt các cụm dàn nóng ngoài nhà làm ảnh hởng đến thẩm mỹ của công trình. 2.1.1. Máy điều hoà cửa sổ Máy điều hoà cửa sổ là loại máy điều hoà không khí nhỏ nhất cả về công suất lạnh và kích thớc cũng nh khối lợng. Toàn bộ các thiết bị chính nh máy nén, dàn ngng, dàn bay hơi, quạt giải nhiệt, quạt gió lạnh, các thiết bị điều khiển, điều chỉnh tự động, phin lọc gió, khử mùi của gió tơi cũng nh các thiết bị phụ khác đợc lắp đặt trong một vỏ gọn nhẹ. Năng suất lạnh không quá 7 kW (24.000 Btu/h) và thờng chia ra 5 loại: 6, 9,12, 18, và 24 nghìn Btu/h 9 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hình 2.1. Nguyên tắc cấu tạo của một máy điều hoà cửa sổ. 1. Quạt hớng trục; 2. động cơ quạt; 3. cửa lấy gió tơi; 4. quạt ly tâm; 5. dàn bay hơi; 6. phin lọc không khí; 7. tấm ngăn cách nhiệt; 8. bảng điều khiển; 9. ống mao; 10. phin sấy lọc; 11. bầu giãn nở, tách lỏng, tiêu âm đờng hút; 12. máy nén roto; 13. dàn ngng; 14. phin lọc không khí; A và B. không khí lạnh trong phòng vào và ra; C và D. gió giải nhiệt vào và ra. Máy điều hoà hai chiều là thiết bị đợc lắp đặt thêm van đảo chiều số 2 nh hình vẽ. Van đảo chiều số 2 chức năng chính là có thể đổi chiều làm việc, dàn nóng thành dàn lạnh và dàn lạnh trong nhà thành dàn nóng. b) sởi ấm mùa đông 10