Chọn thiết bị xử lý không khí, dàn nóng, dàn lạnh:

4. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐHKK, BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÔNG KHÍ

1.2. Chọn thiết bị xử lý không khí, dàn nóng, dàn lạnh:

1.2.1. FCU (Fan Coil Unit):

Các FCU là các dàn trao đổi nhiệt ống xoắn có quạt, nước lạnh (hoặc nước nóng) chảy phía trong ống xoắn, không khí đi phía ngoàị Để tăng cường độ trao đổi nhiệt phía không khí, người ta bố trí cánh tản nhiệt bằng nhôm với bước cánh khoảng

0,8  3mm. Giống như dàn bay hơi, FCU cũng có rất nhiều loại như treo tường, tủ tường, đặt sàn, giấu tường, treo trần và giấu trần nhưng thông dụng nhất vẫn là loại treo trần và loại giấu trần. Loại giấu trần cũng chia ra làm nhiều loại khác nhau, căn cứ vào cột áp quạt chia ra loại cột áp thấp với đường gió ngắn hoặc không có ống gió. Loại cột áp cao với đường ống gió dàị Theo hàng ống chia ra loại 2, 3 và 4 hàng ống ...

Hình 2.8 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo của một FCU giấu trần. Các bộ phận chính của FCU là dàn ống nước lạnh và quạt để thổi cưỡng bức không khí trong phòng từ phía sau qua dàn ống trao đổi nhiệt.

Hình 2.8 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo của một FCU giấu trần. Các bộ phận chính của FCU là dàn ống nước lạnh và quạt để thổi cưỡng bức không khí trong phòng từ phía sau qua dàn ống trao đổi nhiệt. Dưới dàn bố trí máng hứng nước ngưng. Để đảm bảo áp suất gió phân phối qua ống gió và miệng thổi, các FCU thường được trang bị quạt li tâm. FCU có ưu điểm gọn nhẹ dễ bố trí nhưng cũng có nhược điểm là không có cửa lấy gió tươi nếu cần phải bố trí hệ thống gió tươi riêng.

1.2.2. Các buồng xử lý không khí AHU (Air Handling Unit):

Giống như FCU cũng là các dàn trao đổi nhiệt nhưng có năng suất lạnh lớn hơn để sử dụng cho các phòng ăn, sảnh, hội trường, phòng khách ..., có cửa lấy gió tươi (đây là ưu điểm so với FCU), có các bộ phận lọc khí, rửa khí, gia nhiệt để có thể điều chỉnh và khống chế chính xác nhiệt độ cũng như độ ẩm tương đối của không khí thổi vào phòng. AHU có quạt li tâm cột áp cao để có thể lắp với hệ thống ống gió lớn. Một

Hình 2.8: Nguyên tắc cấu tạo của một FCU giấu trần: 1. ống thoát nước; 2. máng hứng nước ngưng; 3. hộp đấu điện;4. vỏ FCU; 5. quạt; 6. động cơ quạt; 7. dàn ống nước lạnh.

khác biệt cơ bản nữa là AHU có loại khô như FCU nhưng có loại ướt, loại có dàn phun nước lạnh trực tiếp vào không khí (còn gọi kiểu hở) để làm lạnh và rửa khí.

Tùy theo đặc điểm cấu tạo và hoạt động, AHU cũng được phân ra nhiều loại khác nhaụ Trước hết AHU được phân ra kiểu khô và kiểu ướt. Kiểu khô là nước và không khí trao đổi nhiệt qua dàn ống có cánh còn kiểu ướt là không khí và nước lạnh

trao đổi nhiệt ẩm trực tiếp khi phun nước lạnh vào không khí. Hệ điều hòa có dùng FCU và AHU kiểu khô còn được gọi là hệ nước kín có bình dãn nở. Hệ điều hòa dùng AHU kiểu ướt còn được gọi là hệ nước hở không có bình dãn nở. Theo hình dạng chia ra kiểu đứng và kiểu nằm ngang. Căn cứ vào dàn lạnh gia nhiệt có loại sử dụng dàn ống nước nóng hoặc dàn sưởi điện trở, căn cứ vào áp suất có loại áp suất thấp, áp suất cao, 1 quạt hoặc 2 quạt...

Hình 2.9 Giới thiệu thiệu sơ đồ nguyên lý cấu tạo của AHU kiểu nằm ngang có

dàn lạnh khô và dàn phun (ướt).

1.2.3. Chọn FCU và AHU:

Các FCU (Fan Coil Unit) và AHU (Air Handling Unit) là các thiết bị trao đổi nhiệt. Năng suất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ nước lạnh, nhiệt độ không khí vào ra và hệ số truyền nhiệtqua vách trao đổi nhiệt:

Hình 2.9: Nguyên lý cấu tạo của AHU kiểu nằm ngang: a) có dàn kiểu khô và b) có dàn phun kiểu ướt:

1. phin lọc gió; 2. dàn làm lạnh; 3. dàn sưởi; 4. quạt li tâm; 5. dàn phun nước lạnh; 6. tấm chắn nước; 7. ông cấp nước nóng; 8. ống cấp nước lạnh; 9. vỏ cách nhiệt; 10. máy hứng nước; 11. bể nước; 12. buồng hòa trộn giótươi và gió hồi; 13. van điều chỉnh gió hồi; 14. van điều chỉnh gió tươị

Q0 = k.F.tln

Giả thiết k và F là hệ số truyền nhiệt và bề mặt trao đổi nhiệt là không đổị Khi tăng giảm nhiệt độ nước lạnh và không khí vào và ra, hiệu nhiệt độ trung bình logarit

tln:

Thay đổi vì các đại lượng tmax và tmin ở đầu vào và đầu ra thay đổị Như vậy năng suất lạnh của dàn phải thay đổi theọ Ngoài ra lưu lượng nước qua dàn cũng ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của dàn. Lưu lượng càng nhỏ năng suất lạnh càng nhỏ và ngược lại, lưu lượng càng lớn năng suất lạnh càng lớn.

Trong catalog thương mại, năng suất lạnh của FCU và AHU được cho theo điều kiện tiêu chuẩn của nhà chế tạo, thường là nhiệt độ không khí vào dàn tT = 27C, tTƯ = 19,5C, nhiệt độ nước vào dàn 7C ra 12C và lưu lượng nước lạnh danh định cho từng loại dàn cụ thể.

Thông thường các dàn có 3 nấc quạt cao, trung bình và thấp (Hi, Med, Low). Năng suất lạnh được tính cho nấc quạt cao nhất Hi Fan. Ở nấc trung bình Med Fan năng suất lạnh giảm còn 84 87% và ở nấc quạt thấp Low Fan năng suất lạnh chỉ còn lại 72 75% so với năng suất lạnh danh định.

Khi chọn FCU và AHU cho các phòng, cần đảm bảo năng suất lạnh của dàn làm việc với điều kiện thực phải lớn hơn (hoặc bằng) tải lạnh xác định được cho phòng đó.

Khi có catalog kỹ thuật ta dễ dàng tra được năng suất lạnh thực. Khi không phải tiến hành tính toán gần đúng (theo) hệ số hiệu chỉnh.

1.3. Vẽsơ đồ hệ thống ĐHKK:

Khi vẽ các bản vẽ cho hệ thống điều hòa không khí thu nhỏ xuống A3 hoặc A4, kẹp theo đồ án. Chỉ cần vẽ 1 bản A0 hoặc A1 theo yêu cầu bảo vệ. Bao gồm các bản vẽ

sau:

1.3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa không khí (Tất cả các máy hoặc hệ thống điều hòa không khí của công trình phải được thể hiện trên bản vẽ này)

t t t t t        min max min max ln ln

1.3.2. Mặt bằng bố trí máy và thiết bị (Như Chiller, bơm nước giải nhiệt, tháp giải nhiệt, bơm nước lạnh, hệ thống nước lạnh, bình giãn nở ...)

1.3.3. Mặt bằng bố trí ống gió, FCU, AHỤ.. của phân xưởng hoặc của các tầng trong

tòa nhà

1.3.4. Sơ đồ điều hòa không khí mùa hè và mùa đông:

1.3.5. Bản vẽ các chi tiết khác; Các chi tiết lắp đặt đường ống nước giải nhiệt, nước lạnh, các dàn bay hơi, các dàn lạnh FCU và buồng xử lý không khí AHU, các đường ống gió, các chỉ dẫn cần thiết về lắp đặt vận hành, điều khiển, điều chỉnh và báo hiệu nếu được yêu cầụ

1.4. Chọn bơm, quạt và các thiết bị phụ khác: 1.4.1. Tính chọn bơm: 1.4.1. Tính chọn bơm:

1.4.1.1. Khái niệm chung:

Trong hệ thống ĐHKK chủ yếu dùng bơm nước li tâm. Nhiệm vụ của bơm nước là tuần hoàn nước lạnh từ bình bay hơi đến các dàn trao đổi nhiệt FCU, AHU hoặc buồng phun rửa khí (bơm nước lạnh) hoặc tuần hoàn nước giải nhiệt (bơm nước giải nhiệt). Bơm li tâm còn dùng để thải nước ngưng trong một vài trường hợp.

Bơm nước sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí thường là bơm li tâm, nhiệt độ làm việc từ 50C đến 700C:

- Nhiệt độ nước lạnh từ 5  140C

- Nhiệt độ nước nóng (sưởi ấm mùa đông) 50  700C - Nhiệt độ nước giải nhiệt 25  400C.

Thân bơm nước thường được chế tạo bằng gang đúc, cánh quạt li tâm bằng gang xám hoặc đồng thaụ Cửa hút thường vuông góc với bánh công tác và cửa đẩy tiếp tuyến với bánh công tác.

1.4.1.2. Đặc tính bơm: a) Năng suất bơm:

Năng suất bơm (volume flow rate) kí hiệu là Vb đơn vị là m3/s, l/s hoặc m3/h là

thể tích nước mà bơm thực hiện được trong một đơn vị thời gian. Khi thiết kế, năng suất của bơm được lựa chọn phải bằng lớn hơn năng suất tính toán.

Năng suất bơm nước giải nhiệt bình ngưng được xác định theo công thức:

Trong đó:

Qk - năng suất thải nhiệt của bình ngưng tụ, kW;

w = 1000kg/m3 - mật độ của nước;

Cw = 4,18 kJ/kgK - nhiệt dung riêng của nước;

tw1, tw2 - nhiệt độ nước vào và ra khỏi bình ngưng, 0C.

Năng suất bơm nước lạnh của bình bay hơi nước xác định theo công thức tương tự:

Trong đó:

Q0–năng suất lạnh của bình bay hơi, kW.

tl1, tl2 - nhiệt độ nước lạnh vào và ra khỏi bình bay hơi, 0C.

Thông thường số lượng bơm zb được chọn làm số máy làm lạnh nướcvà tháp giải nhiệt. Ví dụ nếu hệ thống điều hòa trung tâm có 3 máy làm lạnh nước thì chọn 3 bơm nước lạnh, 3 bơm nước giải nhiệt và 3 tháp giải nhiệt. Khi số lượng bơm từ 3 trở lên có thể không cần bơm dự phòng, nhưng khi sử dụng bơm là 1 hoặc 2 thì nên chọn thêm 1 bơm dự phòng vì bơm là loại thiết bị cần thường xuyên bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế hơn so với các thiết bị khác.

ạ Cột áp tĩnh:

Cột áp tĩnh của bơm (static head) là áp suất tính bằng mét cột nước (mH2O) trên

tiết diện nằm ngang vuông góc với dòng chảy của nước tác động lên chất lỏng hoặc vỏ bao quanh, kí hiệu là Hs.

b. Cột áp động:

Cột áp động của bơm (velocity head) kí hiệu là H là áp suất gây ra tương ứng với tốc độ của dòng chất lỏng, đơn vị là mét cột nước (mH2O). Cột áp động tính theo biểu thức:   m s t t C Q V w w w w k b , / . . 3 1 2      m s t t C Q V l l w w b , / . 3 0 2 1  

Trong đó:

0 - tốc độ của nước ở cửa xả của bơm, m/s.

g = 9,81 m/s2 –gia tốc trọng trường. + Cột áp tổng:

Cột áp tổng của bơm (total head) kí hiệu là H1là tổng của cột áp động và cột áp tĩnh, đơn vị mét cột nước (m H2O):

Ht = Hs + H + Hiệu cột áp tĩnh:

Hiệu cột áp tĩnh ( net static head) là hiệu của áp suất tĩnh đẩy và hút của bơm biểu diễn trên hình 5-41

Hs = Hd - Hh

trong đó:

Hs - hiệu cột áp tĩnh, m H2O; Hd - cột áp tĩnh phía đẩy;

Hh - cột áp tĩnh phí hút.

Khi mặt thoáng ở phía dưới bơm trị số Hh sẽ mang dấu âm. Tùy từng loại bơm

Hh không được vượt quá giới hạn cho

phép (xem hình 6.41)

+ Công suất động cơ bơm và hiệu suất bơm:

Công suất động cơ bơm ký hiệu Nb là công suất đo trên trục bơm (kW) và hiệu suất bơm ký hiệu b (%) là tỉ số của công suất nước và công suất đo trên trục bơm. Quan hệ giữa Nb và b: W H V N b p b . ,   g H 2 2 0    Hình 2.11:Hiệu cột áp tĩnh

Trong đó:

H - cột áp tổng của bơm tính bằng N/m2, (1 N/m2 = 1,02.10-2 m H2O);

Vp – năng suất bơm, m3/s; p - hiệu suất bơm. Hiệu suất bơm phụ thuộc kiểu bơm và kích cỡ bơm. Với bơm cỡ nhỏ hiệu suất từ 0,6 0,7. Với bơm lớn, hiẹu suất có thể đạt 0,8 đến 0,9. Hiệu suất bơm còn phụ thuộc cả vào chế độ làm việc của bơm (xem đường đặc tính bơm và bảng).

+ Các đường đặc tính bơm:

Các đường đặc tính bơm là đường năng suất - cột áp Vh – Ht cũng như đường năng suất –công suất động cơ Vb – Nb. Hình 5 - 42 giới thiệu các đường đặc tính bơm với các đường hiệu suất bơm.

Khi bơm đạt hiệu suất cao nhất là lúc bơm đạt lưu lượng và cột áp hiệu dụng Vef

và Hef(effective flow rate và effective static head) như trên hình 5 - 43 biểu diễn. Khi đóng cửa van đẩy, nghĩa là lưu lượng bằng không thì cột áp bơm đạt cực đại Hsmax. Cột áp tĩnh cực đại thường lớn gấp 1,1 đến 1,2 lần cột áp hiệu dụng: Hsmax = (1,1  1,2).Hef

+ Chiều cao hút của bơm:

Hình 2.12: Các đường đặc tính bơm và hiệu suất bơm

Trong trường hợp mặt thoáng của nước ở phía dưới của bơm thì chiều cao hút là chiều cao giữa miệng hút của bơm và mặt thoáng của nước được gọi là chiều cao hút của bơm. Chiều cao hút của bơm phụ thuộc vào kiểu bơm, tổn thất áp suất tổng trên toàn tuyến ống hút, nhiệt độ của nước và áp suất khí quyển. Chiều cao hút của bơm nước li tâm thường nằm trong khoảng 5  8 m.

1.4.3. Tính chọn bơm:

- Đầu tiên, bơm được chọn phải thỏa mãn yêu cầu về năng suất cũng nhưcột áp tổng và phải làm việc càng gần điểm có hiệu suất tối đa càng tốt suốt trong quá trình vận hành bơm.

- Thứ hai là tiếng ồn phải nhỏ đặc biệt trong điều hòa không khí tiện nghị Những tiếng ồn phát sinh trong hệ thống nước rất khó khắc phục và loại bỏ. Thông thường các loại bơm có tốc độ nhỏ nhất đồng thời là các bơm ít ồn nhất và cũng là kinh tế nhất, tuy nhiên năng suất và cột áp yêu cầu phải được đảm bảọ

- Thứ ba, đối với một hệ thống cần luôn luôn thay đổi lưu lượng như hệ thống điều hòa không khí trung tâm nước nên sử dụng bơm có điều chỉnh năng suất qua điều chỉnh tốc độ như điều chỉnh bằng máy biến tần sẽ rất hiệu quả tuy giá đầu tư ban đầu tương đối caọ Nếu dùng bơm có tốc độ không đổi nên chọn loại bơm có đường đặc tính càng nằm ngang càngtốt.

Tính cột áp bơm: + Đối với hệ hở:

Bơm đạt bên dưới mặt thoáng của nước (ví dụ hình 6.9 –bơm đặt bên dưới tháp giải nhiệt):

Hbơm Htính toán = Hđ– Hh + hđ + hh + hf + htb Trong đó:

hđ, hh, hf, htb lần lượt là tổn thất áp suất trên đường ống đẩy, ống hút, của vòi phun và thiết bị. Các tổn thất áp suất trên đường ống đẩy và hút tính theo mục trước,

còn hf có thể lấy gần đúng bằng 0,5  0,8 bar  5  8 m H2O; tổn thất áp suất thiết bị ví dụ như tổn thất áp suất qua bình ngưng.

Mặt thoángcủa nước ở phía dưới bơm (ví dụ, bơm đặt trên tầng thượng trong khi tháp làm mát đặt dưới đất). Khi đó Hh mang dấu âm và cột áp sẽ bằng tổng chiều cao của đường ống hút và đẩỵ Tuy nhiên chiều cao ống hút Hh và hf không được vượt

quá chiều cao hút cho phép của bơm li tâm khoảng 5  8 m H2Ọ

+ Trường hợp hệ kín:

Ví dụ, hệ nước lạnh tuần hoàn kín sử dụng bình dãn nở kín hoặc hở. Ở đây không tồn tại chiều cao hút và đẩy nên cột áp tính toán của bơm chỉ là tổng của tổn thất áp suất trên đường ống hút, đường ống đẩy và tổn thất áp suất trên thiết bị, ví dụ tổn thất áp suất qua thiết bị bay hơi và các dàn FCU hoặc AHỤ Đối với dàn FCU và AHU chỉ cần tính với dàn xa nhất và có tổn thất áp suất lớn nhất.

Như vậy:

Hb Htính toán = hđ + hh + hbh + hFCU, m H2O

Trong đó hđ, hh, hbh và hFCUlần lượt là tổn thất áp suất trên đường ống đẩy, ống hút, trong bình bay hơi và trong dàn lạnh FCU hoặc AHỤ

1.4.2. Tính chọn quạt:

1.4.2.1. Khái niệm chung:

ạ Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ chính của quạt trong hệ thống điều hòa không khí là:

- Tuần hoàn, vận chuyển và lưu thông không khí từ thiết bị xử lý không khí đến không gian điều hòa và ngược lạị

- Quạt gió cưỡng bức cho dàn ngưng giải nhiệt gió, tháp ngưng tụ và tháp giải nhiệt ...

- Cấp gió tươi, xả gió thải, thông gió, đảm bảo áp suất dương cho đường thoát nạn nhà cao tầng...

b. Phân loại:

Tùy theo nguyên tắc cấu tạo phân ra loại hướng trục, li tâm và ngang dòng (lồng sóc). Quạt li tâm cũng có thể phân ra nhiều dạng như cánh cong hướng thuận, cánh