TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG GIÓ SỬ DỤNG QUẠT VÀ COOLING PAD

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG THƠNG GIĨ SỬ DỤNG QUẠT VÀ COOLING PAD Họ tên sinh viên: MAI VĂN KHANH HUỲNH THẾ BẢO Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Niên khóa: 2007 - 2011 Tháng 6/2011 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG THƠNG GIĨ SỬ DỤNG QUẠT VÀ COOLING PAD Tác giả MAI VĂN KHANH HUỲNH THẾ BẢO Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Công nghệ nhiệt lạnh Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Hùng Tâm Kỹ sư Nguyễn Thị Hoài Thu Tháng năm 2011 i LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, thầy khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Những người thầy tận tâm truyền dạy kiến thức quý giá cho em suốt thời gian học tập trường Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hùng Tâm cô Nguyễn Thị Hồi Thu, người tận tình hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Sự dẫn nhiệt tình thầy, với kiến thức quý giá thầy, cô truyền đạt giúp em hồn thành tốt đề tài luận văn Mặc dù cố gắng chắn không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy TP.HCM, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực Mai Văn Khanh Huỳnh Thế Bảo ii TÓM TẮT Đề tài “ Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống thơng gió sử dụng quạt cooling pad” Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Mai Văn Khanh Thạc sĩ: Nguyễn Hùng Tâm Huỳnh Thế Bảo Kỹ sư: Nguyễn Thị Hoài Thu Mục đích: - Tính tốn, thiết kế hệ thống thơng gió sử dụng quạt cooling pad cho nhà xưởng CK07, khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Nội dung: - Khảo nghiệm mơ hình hệ thống quạt cooling pad có sẳn - Khảo nghiệm hoạt động hệ thống quạt cooling pad xưởng CK07  Sử dụng nước cung cấp có nhiệt độ ban đầu 29 oC  Sử dụng nước cung cấp có nhiệt độ ban đầu oC - Tính tốn chọn máy làm lạnh nước cung cấp nước cho quạt nước - Tính tốn phụ tải nhiệt nhà xưởng CK07, suất lạnh hệ thống quạt nước (Khanh) - Thiết kế, lập vẽ lắp mơ hình hệ thống quạt nước (Bảo) Kết đạt được: - Phụ tải nhiệt xưởng CK07: Q0 = 24 kW - Các thơng số đặc tính hệ thống quạt nước có sẵn: Hiệu suất Năng suất lạnh sử Năng suất lạnh sử Lượng nước tăng ẩm, % dụng nước ban đầu có dụng nước ban đầu có tiêu thụ, Lw nhiệt độ 29 oC, kW nhiệt độ oC, kW (kg/h) 12 16 6,2 87 - Đối với xưởng CK07 chọn quạt nước có suất lạnh Q = 12 kW để thơng gió làm mát - Thiết kế, lập vẽ lắp mơ hình quạt nước khác có kích thước gọn nhẹ iii MỤC LỤC Trang tựa i Lời cảm tạ ii Tóm tắt iii  Mục lục iv  Danh sách chữ viết tắt ký hiệu vii  Danh sách hình ix  Danh sách bảng xi  CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1  1.1 Đặt vấn đề 1  1.2 Mục đích đề tài 2  CHƯƠNG TỔNG QUAN 3  2.1.Giới thiệu chung thơng gió 3  2.1.1 Lịch sử phát triển thơng gió 3  2.1.2. Khái niệm phân loại thơng gió 3  2.1.3. Ứng dụng thơng gió 5  2.2. Đặc điểm khí hậu TP Hồ Chí Minh 5  2.3. Tác dụng môi trường khơng khí mơi trường sản xuất 6  2.3.1. Tác dụng môi trường không khí người 6  2.3.2. Tác dụng mơi trường khơng khí tới sản suất 8  2.3.3. Các yếu tố có hại có khơng khí tác dụng chúng người 9  2.3.4. Tiêu chuẩn mơi trường khu vực thơng gió 10  2.4. Khơng khí ẩm 13  2.4.1. Khái niệm 13  2.4.2. Các loại khơng khí ẩm 13  iv 2.4.3.Các thông số đặc tính khơng khí ẩm 14  2.5 Các trình trao đổi nhiệt ẩm đa biến .15  2.5.1 Quá trình trao đổi nhiệt ẩm .15  2.5.2 Các trình trao đổi nhiệt ẩm đa biến 16  2.6 Lám mát bay .17  2.6.1 Làm mát bay kiểu trực tiếp 18  2.6.2 Làm mát bay kiểu gián tiếp 20  2.6.3 Làm mát bay kiểu hỗn hợp 20  2.7 Bơm, quạt, cooling pad 21  2.7.1 Bơm 21  2.7.2 Quạt thơng gió .23  2.7.3 Cooling pad 24  2.8 Một số mơ hình thơng gió sử dụng quạt cooling pad 28  2.8.1 Máy giải nhiệt khơng khí nước Windking 28  2.8.2 Hệ thống làm mát áp suất âm .31  CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .32  3.1 Phương pháp thực 32  3.1.1 Khảo sát đo đạc 32  3.1.2 Phương pháp xác định nhiệt độ ẩm độ khơng khí xưởng CK 07 32  3.1.3 Phương pháp khảo nghiệm hệ thống quạt cooling pad 32  3.2 Phương tiện .33  3.2.1 Các chương trình, phần mềm máy tính phụ trợ 33  3.2.2 Dụng cụ khảo nghiệm 33  CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34  4.1. Khảo sát nhanh nhà xưởng CK07 khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ trường Đại Học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh 34  v 4.1.1. Kết cấu vị trí khơng gian xung quanh xưởng CK07 .34  4.1.2 Các phụ tải có 35  4.2 Khảo nghiệm hệ thống quạt nước có sẳn 36  4.2.1 Mục đích 36  4.2.2 Kết nhận xét .37  4.3 Tính tốn phụ tải chọn phương án thơng gió cho nhà xưởng CK07 41  4.4.  Khảo nghiệm nhà xưởng CK07 Khi có quạt nước khơng có quạt nước hoạt động .52  4.4 Mục đích 52  4.4.2. Kết nhận xét 53  4.4.3. Khảo nghiệm hoạt động hệ thống quạt nước xưởng sử dụng nước nhiệt độ ban đầu 20C 56  4.5. Tính tốn, thiết kế mơ hình thiết bị làm mát bay sử dụng cooling pad 57  4.5.1.  Tính tốn thiết kế mơ hình quạt nước sử dụng cooling pad (sử dụng nước nhiệt độ thường) 57  4.5.2 Tính tốn chọn máy làm lạnh nước để cung cấp cho cooling pad 60  4.6 Tính tốn chi phí .65  4.6.1 Chi phí đầu tư ban đầu .65  4.6.2 Chi phí vận hành 65  CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67  5.1. Kết luận 67  5.2 Đề nghị 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Aa - Diện tích miệng thổi khơng khí thiết bị αN - Hệ số tỏa nhiệt khơng khí ngồi trời αT - Hệ số tỏa nhiệt khơng khí nhà β - Nồng độ CO2 chấp nhận khơng gian cần điều hòa, % thể tích BEP - Best Eficiency Point, Điểm làm việc tốt cw - Nhiệt dung riêng nước ca - Nhiệt dung riêng khơng khí d - Độ chứa khơng khí ẩm D - Chiều dày cooling pad εsat - Hiệu suất tăng ẩm thiết bị εS - Hệ số hấp thụ tôn E - Tỉ số lưu lượng khối nước khơng khí vào FOP - Fan Operating Point, Điểm làm việc quạt φ - Độ ẩm tương đối GW - Lưu lượng nước cấp cho cooling pad quạt nước h - Chiều cao sóng giấy cooling pad H - Chiều cao cooling pad ik - Enthalpy khơng khí khơ có khơng khí ẩm khảo sát ih - Enthalpy nước có khơng khí ẩm khảo sát i” - Nhiệt ẩn hóa nước I - Enthalpy khơng khí ẩm Lq - Lưu lượng quạt Lb - Lưu lượng bơm Lw - Lượng nước tiêu thụ thiết bị η - Hiệu suất vii N - Độ ồn ρh - Độ ẩm tuyệt đối P - Công suất thực tế POP - Pum Operating Point, Điểm làm việc bơm Q - Công suất lạnh Qc - Năng suất lạnh máy lạnh chiller Qo - Phụ tải nhiệt QK - Năng suất giải nhiệt tháp R’’ - Nhiệt xạ mặt trời đập vào mái tae - Nhiệt độ khơng khí vào thiết bị tae,k - Nhiệt độ bầu khơ khơng khí vào thiết bị tae,u - Nhiệt độ bầu ướt khơng khí vào thiết bị tal - Nhiệt độ khơng khí thiết bị tal,k - Nhiệt độ bầu khơ khơng khí thiết bị tal,u - Nhiệt độ bầu ướt không khí thiết bị t*al - Nhiệt độ khơng khí thiết bị đạt độ ẩm tương đối φ = 100% tds - Nhiệt độ đọng sương tk - Nhiệt độ bầu khô tu - Nhiệt độ bầu ướt tR - Nhiệt độ bề mặt bao quanh tw - Nhiệt độ nước v - Vận tốc trung bình khơng khí ν - Thể tích riêng khơng khí Vkka - Thể tích khối lượng khơng khí ẩm khảo sát W - Chiều rộng cooling pad γ - Trọng lượng riêng nước viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Các q trình trao đổi nhiệt ẩm đa biến 16 Hình 2.2: Trình bày nguyên lý phương án làm mát bay kiểu trực tiếp 18 Hình 2.3: Trình bày nguyên lý phương án làm mát bay kiểu gián tiếp 20 Hình 2.4: Trình bày nguyên lý phương án làm mát bay kiểu hỗn hợp 20 Hình 2.5: Phân loại bơm .21 Hình 2.6: Biểu đồ mơ tả giảm nhiệt độ ngày hệ thống làm mát cooling pad 25 Hình 2.7: Cooling pad POULTEC 26 Hình 2.8: Các thơng số cooling pad 0790 28 Hình 2.9: Máy làm mát khơng khí nước Windking 29 Hình 2.10: Cấu tạo nguyên lý hoạt động Windking 29 Hình 2.11: Các kiểu nhà xưởng áp dụng máy làm mát khơng khí Windking 30 Hình 2.12: Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát áp suất âm 31 Hình 4.1: Vị trí khơng gian xung quanh xưởng CK07 34 Hình 4.2: Mơ hình khảo nghiệm hệ thống quạt nước 36 Hình 4.3: Cấu tạo quạt nước có sẳn 37 Hình 4.4: Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống quạt nước 38 Hình 4.5: Đồ thị mối quan hệ vận tốc gió trở lực cooling pad 40 Hình 4.6: Kích thước tường trước xưởng CK07 44 Hình 4.7: Mơ hình xưởng CK07 45 Hình 4.8: Cấu trúc tường xưởng CK07 46 Hình 4.9: Bố trí quạt nước làm mát cho xưởng CK07 52 Hình 4.10: Sơ đồ bố trí nhiệt kế đo nhiệt độ xưởng CK07 53 Hình 4.11: Bố trí khảo nghiệm đo nhiệt độ ẩm độ xưởng CK07 54 Hình 4.12: Cấu tạo quạt 58 ix Phụ lục 2: Các thông số đặt tính bơm quạt Các thơng số đặt tính quạt Các thơng số đặt tính bơm  Điện: AC 220 V  Điện: AC 220 V  Độ ồn: 65 dB  Dạng bơm: bơm ly tâm  Dạng quạt hướng trục, D = 380  Chiều cao hoạt động: Hmin > mm m, Hmax = 3,2 m  Lưu lượng: 2800 m3/h  Công suất: 230 W  Công suất: N = 60 W  Nhiệt độ nước tối đa: 35 oC 73 Phụ lục 3: Bảng số liệu đo nhiệt độ nhà xưởng ngày tháng năm 2011 Nhiệt kế Vị trí Nhiệt độ khơng khí đo xưởng có quạt hoạt động, đặt nhà độ cao 0,1 m tính từ sàn, oC Nhiệt độ khơng khí đo xưởng có quạt hoạt động, đặt nhà độ cao 1,1 m tính từ sàn, oC Nhiệt độ khơng khí đo xưởng có quạt hoạt động, đặt nhà độ cao 1,7 m tính từ sàn, oC Nhiệt độ khơng khí đo xưởng khơng có quạt, đặt nhà độ cao 0,1 m tính từ sàn, oC Nhiệt độ khơng khí đo xưởng khơng có quạt, đặt nhà độ cao 1,1 m tính từ sàn, oC Nhiệt độ khơng khí đo xưởng khơng có quạt, đặt nhà độ cao 1,7 m tính từ sàn, oC Nhiệt độ khơng khí đo bên ngồi, oC Nhiệt độ khơng khí trước cooling pad, oC 74 Bảng đo nhiệt độ xưởng ngày 05/05/2011 sử dụng quạt nước không sử dụng quạt nước Nhiệt kế Thời điểm tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu 10h 29,0 25,0 28,5 26,0 29,5 26,0 30,0 26,5 30,5 27,0 31,0 27,0 31,0 26,0 26,0 25,0 10h30 29,5 25,5 28,0 25,5 28,5 26,0 30,0 27,0 31,0 27,0 32,0 28,0 31,0 26,0 25,5 24,5 11h 29,0 25,0 28,0 25,0 28,5 25,5 29,0 27,0 30,0 27,0 30,0 27,0 30,0 26,0 25,5 25,0 11h30 29,5 26,0 29,0 26,0 29,0 26,0 30,0 27,5 31,0 27,5 32,0 28,0 32,0 26,0 26,0 25,0 12h 30,0 26,0 29,0 26,0 29,0 26,0 31,0 28,0 32,0 28,0 33,0 28,5 32,0 26,0 26,0 25,0 12h30 29,0 26,0 28,5 25,5 28,0 26,0 31,0 27,5 31,0 27,5 32,0 28,0 31,0 26,0 26,0 25,0 13h 30,0 26,0 29,0 26,0 30,0 26,0 31,5 28,0 33,0 28,0 33,5 29,0 33,5 26,0 26,5 25,5 13h30 31,0 26,0 30,0 26,0 32,0 27,0 32,5 29,0 34,0 29,0 35,0 29,0 34,0 27,0 26,0 25,0 14h 31,0 25,5 30,0 25,5 31,0 26,0 32,5 28,0 34,0 28,0 35,0 28,0 35,0 26,5 26,0 25,0 14h30 30,0 25,5 29,0 26,0 29,5 26,0 31,0 27,5 32,5 27,5 33,0 27,5 32,5 26,0 26,0 25,0 15h 29,0 25,0 28,0 25,0 29,0 25,5 30,0 26,5 30,0 26,0 31,0 26,5 31,0 26,0 25,5 25,0 15h30 29,0 25,0 28,0 25,0 28,5 25,0 30,0 26,5 30,0 26,0 31,0 26,0 30,5 25,5 25,5 24,5 Ghi chú: Nhiệt độ ban đầu nước sử dụng: tw = 29 oC 75 Bảng đo nhiệt độ xưởng ngày 06/05/2011 sử dụng quạt nước không sử dụng quạt nước Nhiệt kế Thời điểm tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu 8h30 27,0 24,0 26,5 24,0 27,5 25,0 28,0 25,5 28,0 25,0 29,0 25,5 29,5 25,0 25,0 24,0 9h 27,0 24,0 27,0 24,5 28,0 25,0 29,0 25,5 29,0 25,5 29,0 25,0 30,0 25,0 25,0 24,0 9h30 29,0 24,0 28,0 25,0 27,5 25,0 30,0 26,0 30,0 26,0 31,0 26,0 30,5 25,0 25,0 24,0 10h 29,5 25,0 29,0 25,0 29,0 25,0 31,0 27,0 31,0 26,5 31,0 27,0 31,0 26,0 25,5 24,5 10h30 29,5 25,0 29,0 25,5 30,0 26,0 31,0 27,0 31,0 27,0 32,0 27,0 31,0 26,0 26,0 25,0 11h 30,0 25,5 29,0 25,5 30,0 26,0 32,5 27,5 32,5 27,0 33,0 27,0 32,5 26,0 26,0 25,0 11h30 29,5 25,0 28,5 25,0 29,0 26,0 31,0 27,0 31,0 27,0 32,0 27,0 31,0 26,0 25,5 25,0 12h 30,0 25,0 29,0 25,5 29,5 25,5 36,5 26,5 36,5 26,5 33,0 27,0 32,0 26,0 26,0 25,0 12h30 31,0 26,0 31,0 26,5 30,5 27,0 33,5 28,0 33,5 27,5 34,0 28,0 34,0 27,0 27,0 26,0 13h 31,5 26,0 30,0 25,5 30,0 26,0 34,0 27,5 34,0 27,0 35,0 28,0 34,0 26,0 26,0 25,0 13h30 30,0 25,0 29,5 25,5 30,5 26,0 33,0 27,0 33,0 26,5 33,0 26,0 33,0 26,0 26,0 25,0 14h 32,0 26,0 31,0 26,0 31,0 26,5 34,0 27,5 34,0 27,5 35,0 27,5 35,0 27,0 26,5 25,5 14h30 32,0 26,5 31,0 26,0 32,0 28,0 33,5 28,0 35,0 28,0 35,5 28,0 35,0 27,0 27,0 26,0 15h 30,5 25,0 29,0 25,0 30,0 25,5 32,0 28,0 33,0 26,5 33,5 26,0 33,0 26,0 25,5 24,5 15h30 30,5 25,0 29,0 25,0 30,0 25,5 32,0 27,0 32,0 27,0 33,0 27,0 33,0 26,0 25,5 24,5 76 Phụ lục 4: Bảng nhiệt độ xưởng sử dụng quạt nước có nước cung cấp ban đầu oC Nhiệt kế tw Thời điểm tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu tk tu 10h 29,0 26,5 28,0 25,5 27,0 24,0 30,5 27,0 31,0 27,0 32,0 27,0 30,5 25,5 22,0 21,0 10,0 10h10 30,0 25,0 28,5 25,0 29,0 25,0 30,5 27,0 31,0 27,0 32,0 27,0 31,0 25,0 25,0 24,0 22,0 10h20 29,0 25,0 27,5 25,0 27,0 25,0 30,5 26,5 31,0 26,5 31,0 26,0 31,0 25,0 25,0 24,0 28,0 10h50 28,0 24,0 27,0 25,0 26,0 24,0 30,0 27,0 31,0 27,0 31,0 27,0 31,0 26,0 22,0 21,0 8,0 11h 28,0 24,0 27,5 25,0 26,5 24,0 30,0 26,5 30,0 26,5 31,0 27,0 31,0 26,0 22,0 21,0 16,0 11h10 29,0 25,5 29,0 26,0 28,0 25,5 30,0 27,0 31,0 27,0 32,0 27,5 31,5 26,0 25,0 24,0 24,0 11h20 29,5 25,5 29,0 26,0 28,0 25,5 31,0 27,5 32,0 27,5 32,5 28,0 32,0 25,5 25,5 24,5 26,0 11h30 30,0 25,5 29,5 26,0 29,0 26,0 31,0 27,5 32,0 27,5 33,0 27,5 32,5 26,0 26,0 25,0 26,0 77 Phụ lục 5: Xác định tỷ lệ hòa trộn khơng khí khỏi quạt nước vào phòng khơng khí đưa vào hòa trộn để đạt nhiệt độ ẩm độ phòng hợp lý Từ đồ thị khơng khí ẩm ta có : Nhiệt độ t , oC Độ ẩm φ , % Enthalpy, kJ/kg 25 92 70,5 32 60 77,5 29 71 75,5 Khơng khí khỏi quạt nước, Khơng khí đưa vào hòa trộn, Khơng khí sau hòa trộn, I3 I2 =100% I1 I, kJ/kg t1 t3 t2 t, oC Hình 6.3: Sơ đồ xác định tỷ lệ hòa trộn Tỷ lệ hòa trộn: m I3  I1 75,5  70,5    m1 I  I3 77,5  75,5 Như dựa vào tỷ lệ hòa trộn ứng với kg khơng khí trạng thái có kg lượng khơng khí trạng thái vào tham gia hòa trộn Lưu lượng khơng khí khơ cấp vào trạng thái 1, m1, kg/s: m1  Lq  Trong đó: Lq: Lưu lượng thể tích khơng khí khơ trạng thái Lq  v.A v: Vận tốc gió quạt nước, v = 3,6 m/s 78 A: Diện tích miệng thổi quạt nước, A = 0,81×0,54 = 0,43 m2 Lq  v.A  3, 6.0, 43  1,548 m /s ρ : Khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ t1 = 25 oC có ρ = 1,18 kg/m3 m1  Lq   1,548.1,18  1,8 kg/s Lưu lượng khối lượng khơng khí khơ trạng thái 2, m2, kg/s: m2 5  => m  m1  1,8  4,5 kg/s m1 2 Như ta có: Lượng khơng khí khô quạt cấp vào m1 = 1,8 kg/s Lượng khơng khí khơ tham gia hòa trộn m2 = 4,5 kg/s 79 Phụ lục 6: Catalogue Water Cooled Water Chiller 80 Phụ lục 7: Catalogue tháp giải nhiệt 81 Phụ lục 8: Bảng giá thông số thiết bị quạt nước Quạt Tần số Tốc độ Công suất Lưu lượng Áp suất VND Hz Rpm W m3/ph Pa dB 1.870.000 50 1400 420 5700