Ngoài 6 nguồn nhiệt đã nêu ở trên còn có các nguồn nhiệt khác ảnh hưởng tới phụ tải lạnh như:
- Nhiệt hiện và ẩn tỏa ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt, các đường ống dẫn môi chất nóng hoặc lạnh đi qua phòng điều hòa.
- Nhiệt tỏa từ quạt và nhiệt tổn thất qua đường ống gió làm cho không khí lạnh bên trong nóng lên…
Tuy nhiên các tổn thất nhiệt trong các trường hợp trên là nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Do đó ta coi Q6 = 0 W.
2.4Phụ tải lạnh
Sau khi xác định và tinh toán xong các thành phần nhiệt thì phụ tải lạnh chính là tổng của các thành phần nhiệt:
Q0 = Qt = ∑Qht + ∑Qât = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + QN ,W. Tự ta có phụ tải lạnh của từng phòng và từng tầng , kết quả trong bảng 2.14
Từ các kết quả tính toán trên bảng 2.14, ta xác định được phụ tải lạnh của cả công trình :
Q0 = Qt = ∑Qht + ∑Qât = 933271,61 W.
2.4.1Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí
Thành lập sơ đồ điều hòa không khí
Sơ đồ điều hòa không khí được thiết lập dựa trên kết quả tính toán cân bằng nhiệt ẩm, đồng thời phải thỏa mãn về nhu cầu tiện nghi của con người và yêu cầu công nghệ, phù hợp với điều kiện khí hậu của địa phương nơi công trình được xây dựng.
Nhiệm vụ của việc thành lập sơ đồ điều hòa không khí là xác lập quá trình xử lý không khí trên đồ thị I-d, lựa chọn các thiết bị của khâu xử lý không khí rồi tiến hành tính năng suất lạnh cần có của thiết bị đó, tiến hành kiểm tra các điều kiện như nhiệt độ đọng sương, điều kiện vệ sinh và lưư lượng không khí qua dàn lạnh…
Việc thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí được tiến hành đối với mùa hè và mùa đông còn các thời gian khác trong năm có nhu cầu về lạnh, sưởi ấm ít hơn nên nếu thiết bị đã được chọn đáp ứp được cho mùa hề và mùa đông thì đương nhiên thỏa mãn cho các thời gian còn lại trong năm.
Tùy vào điều kiện cụ thể mà có thể chọn một trong các sơ đồ sau: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp, sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp hay sơ đồ có phun ẩm bổ sung. Mỗi sơ đồ đều có ưu nhựợc điểm riêng chính vì vậy mà cần phải căn cứ vào điều kiện thực tế của công trình mà lựa chọn sơ đồ sao cho hợp lý nhất, vừa đảm bảo tính kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế.
• Sơ đồ thẳng
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
Hình 3.4. Sơ đồ điều hòa không khí thẳng.
1 – Cửa lấy không. 5 – của cấp không khí vào phòng. 2 – Dàn lạnh. 6 – không gian điều hòa.
3 – Quạt cấp. 7 – cửa thải không khí. 4 – Đường ống cấp không khí.
Sơ đồ thẳng là sơ đồ mà không khí ngoài trời sau khi qua xử lí nhiệt ẩm được cấp vào phòng điều hòa và được thải thẳng ra ngoài tức là không có sự tái tuần hoàn không khí từ phòng về thiết bị xử lý không khí. Sơ đồ này thường được sử dụng trong các không gian điều hòa có phát sinh chất độc, các phân xưởng sản xuất độc hại, phát sinh mùi hôi thối, các cơ sở y tế…
Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp:
Để tận dụng nhiệt của không khí thải người ta sử dụng hệ thống tuần hoàn không khí. Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp là sơ đồ mà không khí thải sẽ được tuần hoàn trở lại hòa trộn với không khí tươi ngoài trời để cấp vào phòng.
Lượng không khí được tuần hoàn trở lại để hòa trộn khoảng 10% lượng không khí tươi cấp vào. Do sử dụng dòng không khí hồi trở lại nên có thể tiết kiệm được một lượng nhiệt để làm lạnh không khí vì dòng khí này có nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ môi trường bên ngoài. Tuy nhiên điều đó đồng nghĩa với việc chấp nhận một lượng ẩm, bụi…từ trong không gian điều hòa có trong dòng khí hồi do đó độ sạch của không khí cấp vào không cao như sơ đồ thẳng.
Sơ đồ này được sử dụng rộng rãi vì hệ thống tương đối đơn giản, đảm bảo được yêu cầu vệ sinh vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế cao. Nó được sử dụng cả trong lĩnh vực điều hòa tiện nghi và điều hòa công nghệ như khách sạn, nhà hàng, hội trường, phòng họp…
Sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp:
Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp nó có thể khắc phục được những nhược điểm của sơ đồ tuần hoàn 1 cấp. Nó cũng thường được sử dụng cho điều hòa tiện nghi khi nhiệt độ thổi vào quá thấp, không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh. Ngoài ra nó còn được sử dụng rộng rãi trong các phân xưởng sản xuất như: nhà máy dệt, thuốc lá…Tuy vậy so với sơ đồ tuần hoàn 1 cấp thì chi phí đầu tư lớn hơn nhiều.
Hình 3.5. Sơ đồ điều hòa không khí 2 cấp.
So sánh ưu nhược điểm các sơ đồ
Để lựa chọn được dạng sơ đồ điều hòa không khí tối ưu nhất cho công trình đang thiết kế, ta tiến hành so sánh ưu nhược điểm của các sơ đồ.
Bảng 3.1:Ưu nhược điểm của các dạng sơ đồ điều hòa không khí.
Ưu điểm
- Đơn giản, dễ lắp đặt và vận hành.
- Thải được toàn bộ chất độc hại, mùi hôi thối ra ngoài.
- Tiết kiệm năng lượng hơn do sử dụng không khí đã được làm lạnh cho tái tuần hoàn.
- Tiết kiệm được nhiều năng lượng nhất, điều chỉnh nhiệt độ phòng khá chính xác.
Nhược điểm
- Yêu cầu năng suất lạnh và năng suất nhiệt lớn.
- Muốn tiết kiệm năng lượng lạnh và nhiệt phải dùng thiết bị hồi nhiệt nhưng thiết bị hồi nhiệt không khí hiệu quả thấp, cồng kềnh và đắt tiền. - Phải có hệ thống ống dẫn không khí hồi nên vận hành sẽ phức tạp hơn. - Cần phải có hệ thống dẫn không khí hồi, số lượng quạt gió nhiều hơn, vận hành sẽ phức tạp hơn.
Qua phân tích đặc điểm của công trình: “Giảng đường G7” và so sánh ưu nhược điểm của các dạng sơ đồ ta thấy “sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp” là phù hợp nhất. Nó vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế cho công trình. Chính vì vậy mà ta chọn sơ đồ này để tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho công trình.
2.4.2Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp
Hình 3.6. Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp
1 – Cửa lấy gió tươi. 5 – Quạt cấp gió. 9 – Miệng hút. 2 – Miệng gió hồi. 6 – Kênh cấp gió. 10 – Lọc bụi.
3 – Buồng hòa trộn. 7 – Miệng thổi. 11 – Quạt hút gió hồi. 4 – TBXL không khí. 8 – Phòng điều hòa. 12 – Miệng hút gió thải.
Nguyên lý của hệ thống và biểu diễn trên đồ thị I - d
Không khí bên ngoài trời có trạng thái N (tN, φN) được hút qua cửa lấy gió tươi 1 đi vào buồng hòa trộn 3. Tại buồng hòa trộn diễn ra quá trình hòa trộn giữa không khí ngoài trời với không khí tuần hoàn lại từ phòng điều hòa có trạng thái T (tT, φT). Sau khi hòa trộn không khí có trạng thái H (tH, φH) sẽ được đưa đến thiết bị xử lý không khí 4 để có trạng thái mới là O ≡ V rồi tiếp đó sẽ được quạt 5 hút và thổi vào kênh dẫn gió 6, thổi vào phòng 8 qua miệng thổi 7. Không khí trong phòng có trạng thái T (tT, φT) một phần sẽ được quạt 11 hút qua miệng hút gió hồi 9 qua thiết bị lọc bụi 10 rồi thổi vào buồng hòa trộn 3 qua miệng cấp gió hồi 2, một phần sẽ được thải ra ngoài qua miệng hút gió thải 12.
Hình 3.7. Đồ thị I – d Sơ đồ điều hòa không khí 1 cấp.
N: Trạng thái không khí ngoài trời. T: Trạng thái không khí trong phòng.
H: Điểm hòa trộn không khí tươi với không khí hồi.
Sau khi chọn được sơ đồ điều hòa không khí ta tiến hành tính toán cho sơ đồ điều hòa không khí vừa chọn dựa trên ẩm đồ hay chính là đi xác định các điểm nút N, T, H, O. Trước khi đi vào tính toán sơ đồ điều hòa không khí ta cần xác định các hệ số đặc trưng của sơ đồ điều hòa không khí đã chọn, bao gồm các thông số sau:
- Hệ số nhiệt hiện - Hệ số đi vòng.
- Điểm đọng sương của thiết bị.
2.4.2.1Điểm gốc và hệ số nhiệt hiện SHF (εh)
Điểm gốc G xác định trên ẩm đồ là điểm có trạng thái (t=240C,φ=50%). Thang chia hệ số nhiệt hiện (εh) đặt ở bên phải ẩm đồ.
Hình 3.8. Điểm gốc trên ẩm đồ điều hòa không khí.
Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF ( εhf )
Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (εhf) là tỷ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng thành phần nhiệt hiện và ẩn của phòng chưa tính đến thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi và gió lọt mang vào không gian điều hòa.
âf hf hf hf Q Q Q + = ε (3.10) Trong đó:
Qhf: Tổng nhiệt hiện của phòng ( không có nhiệt hiện của gió tươi, gió lọt ), W.
t d 24 SHF 1 0.8 0.6 G φ=50% φ=100%
Qâf: Tổng nhiệt ẩn của phòng ( không có nhiệt ẩn của gió tươi, gió lọt ), W.
Hệ số nhiệt hiện phòng biểu diễn tia qua trình tự biến đổi không khí trong buồng lạnh V – T. Đây là quá trình không khí sau khi vào phòng nhận nhiệt thừa, ẩm thừa ở trong phòng và tự thay đổi trạng thái. Đường biểu diễn này là đường hệ số nhiệt hiện của phòng: εhf
• Tính ví dụ cho phòng 101
Từ kết quả tính toán tải nhiệt được thống kê ở bảng 2.14, 2.15, 2.16 phụ lục ta có tổng các thành phần nhiệt hiện, nhiệt ẩn xâm nhập vào từng phòng.
Đối với phòng 101 ta có:
- Tổng nhiệt hiện của phòng ( không có nhiệt hiện của gió tươi, gió lọt ) là: Qhf = Qh – ( QhN + Q5h ) = 22039,81 – (1298,8 + 7830) = 12911,01 W. - Tổng nhiệt ẩn của phòng không có nhiệt ẩn của gió tươi là:
Qâf = Qâ – ( QâN + Q5â ) = 22215,08 – (2090,08 + 14625 ) = 5500 W. Vậy hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (εhf) là:
âf hf hf hf Q Q Q + = ε 0,701 5500 01 , 12911 01 , 12911 = + =
Các phòng khác tính tương tự và cho kết quả trong phụ lục bảng 2.17
Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (εht)
Hệ số nhiệt hiện phòng GSHF (εht) là tỷ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng thành phần nhiệt hiện và ẩn của phòng có tính đến thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi và gió lọt mang vào không gian điều hòa.
t h â h h ht Q Q Q Q Q = + = ε
Trong đó:
Qh: Thành phần nhiệt hiện có kể đến phần nhiệt hiện do gió tươi và gió lọt đem vào phòng, W.
Qt: Tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn có kể đến phần nhiệt do gió tươi và gió lọt đem vào, hay chính là tổng nhiệt thừa ( tải lạnh của phòng ): Qt = Q0 , W.
Hệ số nhiệt hiện tổng chính là độ nghiêng của tia quá trình từ điểm hòa trộn H đến điểm thổi vào V. Đây là quá trình không khí sau khi hòa trộn, đi qua thiết bị xử lý không khí ( TBXL ), thải nhiệt hiện, nhiệt ẩn để biến đổi từ trạng thái H đến trạng thái O.
• Tính ví dụ cho phòng 101
Ta có các thành phần nhiệt hiện, nhiệt ẩn xâm nhập vào phòng 101:
- Thành phần nhiệt hiện có kể đến phần nhiệt hiện do gió tươi và do gió lọt: Qh = 22039,81 (W)
- Tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn có kể đến phần nhiệt do gió tươi gió lọt đem vào: Qt = Qo = 44254,89 (W)
Vậy theo công thức hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (εht) là:
t h â h h ht Q Q Q Q Q = + = ε 0,50 89 , 44254 81 , 22039 = =
Các phòng khác tính tương tự và cho kết quả trong phụ lục bảng 2.18
Hệ số đi vòng bypass (εBF)
Hệ số đi vòng bypass εBF: là tỷ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với dàn với tổng lượng không khí thổi qua dàn lạnh. Hệ số này có thể chọn theo kinh nghiệm, theo bảng 4.22.[191 - TL1] ta chọn εBF = 0.05.
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (εhef): Là tỷ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng của phòng và nhiệt hiện tổng hiệu dụng của phòng:
ef hef âef hef hef ht Q Q Q Q Q = + = ε Trong đó:
Qhef: Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH Qhef = Qhf + εBF. QhN
Qâef: Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH Qâef = Qâf + εBF. QâN
QhN: Nhiệt hiện gió tươi mang vào, W. QâN: Nhiệt ẩn gió tươi mang vào, W.
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng dùng để xác định điểm đọng sương S khi kẻ đường song song với G-εhef qua điểm T thì S chính là giao điểm của nó với đường φ = 100% .
• Tính ví dụ cho phòng 101
- Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH, Qhef:
Qhef = Qhf + εBF. QhN = 12911,01+ 0,05 . 7830 = 13302,51 W. - Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH, Qâef:
Qâef = Qâf + εBF. QâN = 5500 + 0,05 . 14625 = 6231,25 W. Vậy theo công thức hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (εhef) là:
ef hef âef hef hef hef Q Q Q Q Q = + = ε 0,68 25 , 6231 51 , 13302 51 , 13302 = + =
2.4.4Biểu diễn các quá trình của sơ đồ trên đồ thị t - d
Sau khi tính toán được các các hệ số đặc trưng của sơ đồ điều hòa không khí: εhf ,
εt , εhef , εBF , ta có thể xác định được các điểm nút N, T, H, O, V, S của sơ đồ điều hòa không khí một cấp được chọn bằng cách biểu diễn chúng trên đồ thị t – d. Qua đồ thị ta có thể thấy được mối quan hệ giũa các điểm nút cũng như quá trình biến đổi của không khí trong hệ thống điều hòa không khí.
Hình 3.9. Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp với các hệ số nhiệt hiện, hệ số đi vòng và quan hệ qua lại với các điểm H, T, O, S,N.
• Xác định các điểm nút trên sơ đồ:
- Xác định điểm T ( tT, T ), N ( tN, N ), và G ( 24oC, 50% ).
- Qua T kẻ đường song song với G - εhef , cắt = 100% ở S, ta xác định được nhiệt độ đọng sương tS.
- Qua S kẻ đường song song với G - εht , cắt NT tại H, ta xác định được điểm hòa trộn H.
- Qua T kẻ đường song song với G - εhf , cắt SH tại O. Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và từ đường ống gió ta có thể coi O = V là điểm thổi vào.
Xác định nhiệt độ đọng sương và nhiệt độ không khí sau dàn lạnh.
Xác định nhiệt độ đọng sương.
Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi ta tiếp tục làm lạnh hỗn hợp không khí tái tuần hoàn và không khí tươi ( có trạng thái hòa trộn H ) qua điểm V theo
đường εht thì không khí đạt trạng thái bão hòa φ = 100% tại điểm S. Điểm S chính là điểm đọng sương và nhiệt độ tại điểm đó ts chính là nhiệt độ đọng sương của thiết bị.
Để xác định được nhiệt độ đọng sương của thiết bị ta có thể sử dụng sơ đồ trên đồ thị t-d như đã trình bày ở trên. Ngoài ra ta có thể căn cứ vào mối quan hệ giữa nhiệt độ đọng sương của thiết bị với hệ số nhiệt hiện hiệu dụng εhef theo bảng 4.24 .[194 – TL1].
• Ví dụ đối với phòng 101
- Xác định các điểm trạng thái không khí trên ẩm đồ: Điểm T: t = 25oC, φ = 65%, dT = 13g/kg.