i. Xác định lượng nhiệt hiện thừa của phòng
3.4.5. Kết quả mô phỏng hệ thống HVAC
Giao diện mô phỏng trình bày ở Hình 3.10 được sử dụng để mô phỏng mô hình toán học của quá trình làm lạnh cho một không gian cụ thể. Quá trình gia nhiệt cho một không gian điều hòa có thể được mô phỏng bằng giao diện trình bày ở Hình 3.13. Quá trình tách ẩm – gia nhiệt đòi hỏi cả hai quá trình làm lạnh và gia nhiệt xảy ra đồng thời, do đó, sự tác động qua lại của hai quá trình làm lạnh và gia nhiệt có thể
triệt tiêu năng lượng lẫn nhau gây mất ổn định và làm lãng phí năng lượng trong hệ thống.
Sự tác động qua lại giữa hai quá trình làm lạnh và gia nhiệt được biểu diễn trong công thức (3.20). Mặt khác, bằng việc sử dụng công thức (3.22) và sơ đồ khối được trình bày ở Hình 3.9 để xây dựng sơ đồ khối của mô hình mô phỏng quá trình tách ẩm – gia nhiệt cho hệ thống HVAC sẽ thu được kết quả mô hình mô phỏng như Hình 3.15.
Sự kết hợp đồng thời quá trình làm lạnh và gia nhiệt làm thay đổi các thông số vật lý của không khí đưa vào không gian điều hòa như là độ chứa hơi (gr), entanpi (h),... Phương pháp tính toán các thông số vật lý này đã được trình bày chi tiết trong chương 2. Dựa vào đồ thị Carrier, tài liệu tham khảo [12] và mã chương trình trong Phụ lục [C], kết quả mô phỏng thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ & độ ẩm trung bình được trình bày trong Hình 3.16, kết quả mô phỏng thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ & độ ẩm sau khi qua hệ thống HVAC được trình bày ở Hình 3.17.
Hình 3.16. Thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ 30ºC, độ ẩm 80%
Hình 3.17. Thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ 22ºC, độ ẩm 60%
Các tham số trong mô hình mô phỏng quá trình tách ẩm – gia nhiệt được trình bày trong Hình 3.15 phụ thuộc rất nhiều vào thông số kỹ thuật của các thiết bị trong hệ thống HVAC như thông số của dàn lạnh, thông số của bơm nước lạnh, thông số của các thiết bị cảm biến,…Việc tính toán, tổng hợp các thông số này đòi hỏi người nghiên cứu phải làm việc trên mô hình thực tế và cụ thể.
Bảng 3.4 trình bày các ký hiệu, thông số xây dựng mô hình thực tế nhằm đáp ứng các yêu cầu trong phạm vi nghiên cứu. Chương trình tính toán, mô phỏng quá trình tách ẩm – gia nhiệt của hệ thống HVAC được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab được trình bày trong Phụ lục [D, E]. Kết quả mô phỏng quá trình tách ẩm - gia nhiệt của hệ thống HVAC khi chưa có tín hiệu điều khiển với các tham số trong Bảng 3.4 được biểu diễn ở Hình 3.18 và Hình 3.19.
Vì sử dụng mô hình thiết kế công nghệ với giả thiết bỏ qua quán tính nhiệt của thiết bị và không xét đến đặc tính động học của không khí nên kết quả mô phỏng có giá trị khá cao đối với nhiệt độ và có giá trị âm đối với độ ẩm. Tuy nhiên điều này không gây ảnh hưởng đến mục đích nghiên cứu vì kết quả mô phỏng cho thấy sự không ổn định của hệ thống HVAC khi chưa có tín hiệu điều khiển. Do đó, để hệ
thống đạt được các yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm theo tiêu chuẩn GMP-WHO cần phải thiết kế một bộ điều khiển thích hợp giữ ổn định 2 thông số này.
Bảng 3.4. Thông số của mô hình thực tế
Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Thể tích của không gian điều hòa V_r 0.032 m3
Tổng nhiệt lượng truyền qua bề mặt
trong không gian điều hòa AU_i 0.001 kW/K
Tỉ lệ hòa trộn gió tươi/gió hồi Fre/exh 25 %
Vận tốc không khí qua dàn lạnh v_a 1.5 m/s
Lưu lượng nước lạnh qua dàn lạnh Q_h2O 800 Lit/h
Nhiệt độ nước lạnh vào dàn lạnh Theta_wi 0 °C
Hằng số thời gian của cảm biến nhiệt tau_T 0.333 min Hằng số thời gian của cảm biến ẩm tau_H 0.333 min Hằng số thời gian của van điều chỉnh
lưu lượng nước lạnh tau_Valve 0.583 min
Công suất của điện trở Power_res 0.5 kW
Công suất nhiệt hiện của dàn lạnh Qc_sensible kW
Công suất nhiệt ẩn của dàn lạnh Qc_latent kW
Độ ẩm yêu cầu trong phòng điều hòa Humidity %
Hình 3.18. Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt trong hệ thống HVAC
Chương 4
Thiết Kế Và Mô Phỏng Bộ Điều Khiển
Sau khi xây dựng và phân tích mô hình toán học của quá trình tách ẩm – gia nhiệt trong hệ thống HVAC với giả thiết bỏ qua quán tính nhiệt của thiết bị và không xét đến đặc tính động học của không khí, bước tiếp theo là thiết kế bộ điều khiển. Chương này trình bày giải thuật điều khiển giữ ổn định nhiệt độ, độ ẩm trong hệ thống HVAC. Trên cơ sở đó, bộ điều khiển được thiết kế, tính toán và mô phỏng bằng Matlab.