2.5.1. Thành lập sơ đồ điều hòa
Sơ đồ điều hòa không khí được thiết lập dựa trên các kết quả tính toán cân bằng nhiệt ẩm, đồng thời thỏa mãn các yêu cầu về tiện nghi của con người, điều kiện thời tiết của công trình.
Tùy vào từng điều kiện cụ thể của công trình mà ta chọn sơ đồ điều hòa cho phù hợp. Mỗi sơ đồ điều hòa đều có ưu và nhược điểm khác nhau nên cần cân nhắc đến đặc điểm công trình mà lựa chọn để mang lại hiệu quả kinh tế và đảm bảo về mặt kỹ thuật.
Đối với công trình trung tâm triển lãm WTC EXPO, sau khi phân tích các đặc điểm cũng như điều kiện khí hậu của công trình nhóm chúng em nhận thấy đây là công trình điều hòa thông thường không yêu cầu nghiệm ngặt về chế độ nhiệt ẩm nên sử dụng sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp là đủ đáp ứng các yêu cầu mong muốn. Đồng thời, sơ đồ còn tận dụng nhiệt của không khí tái tuần hoàn giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
28
Hình 2.2. Sơ đồ điều hòa không khí 1 cấp cho khu vực triển lãm. Chú thích:
PAU: Bộ xử lý không khí tươi;
AHU: Thiết bị xử lý và làm lạnh không khí; FA: Không khí tươi ngoài trời;
N: điểm thể hiện trạng thái không khí ngoài trời;
N’: điểm thể hiện trạng thái không khí sau khi đi qua PAU; T: điểm thể hiện trạng thái không khí trong phòng;
H: điểm thể hiện trạng thái không khí sau quá trình hòa trộn giữa N’ và T; RA: gió hồi/ không khí hồi từ phòng;
S: điểm thể hiện trạng thái của không khí cấp vào phòng; SA: gió cấp/không khí cấp vào phòng;
EA: gió thải ra ngoài trời.
- Các quá trình diễn ra trên sơ đồ điều hòa không khí hình:
+ Gió tươi ở trạng thái N được quạt PAU hút vào và trao đổi nhiệt ẩm với coil lạnh PAU. Quá trình N-N’ gọi là quá trình làm lạnh khử ẩm. Cuối quá trình này không khí ở trạng thái N’ có độ ẩm tương đối cao, khoảng 85 % đến 100 %.
+ Gió hồi được quạt AHU hút vào một phần để hòa trộn với không khí ở trạng thái N’. Gió được hòa trộn có trạng thái H tiếp tục được quạt AHU hút vào và trao đổi nhiệt ẩm, quá trình H-S là quá trình làm lạnh khử ẩm.
+ Không khí sau khi qua AHU được cấp vào phòng. Khi vào phòng, không khí trao đổi nhiệt ẩm với các tác nhân trong phòng.
2.5.2. Xác định các điểm nút trên đồ thị t-d
Để xác định được các điểm nút trên đồ thị ta cần xác định chính xác các hệ số của chu trình lạnh.
29
- Hệ số đi vòng Bypass Factor:
+ Hệ số đi vòng 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, kí hiệu là 𝜀𝐵𝐹. Ta có công thức:
εBF = GH
GH+GS=GH
G (2.27)
Trong đó:
GH là lưu lượng khối lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi
nhiệt ẩm với dàn, (kg/s) có trạng thái của điểm hòa trộn H;
GS là lưu lượng khối lượng không khí đi qua dàn lạnh có trao đổi nhiệt ẩm
với dàn, (kg/s) có trạng thái của điểm cấp S; G là tổng lưu lượng không khí qua dàn, (kg/s);
+ Hệ số đi vòng 𝜀𝐵𝐹 phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và quan trọng nhất là bề mặt trao đổi nhiệt của dàn, cách sắp xếp bố trí bề mặt trao đổi nhiệt ẩm, số hàng ống, tốc độ không khí. Ta có thể chọn hệ số đi vòng theo bảng 4.23 [1]. Ta chọn giá trị εBF = 0,12
- Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF):
+ Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng là tỷ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng của phòng với nhiệt tổng hiệu dụng của phòng, kí hiệu là εhef. Ta có công thức:
εhef = Q Qhef
hef+Qâef = QQhef
ef (2.28)
Trong đó
𝑄ℎ𝑒𝑓 là nhiệt hiện hiệu dụng của phòng (Effective Room Sensible Heat):
Qhef=Qhf + εBF. QhN (2.29)
𝑄â𝑒𝑓 là nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng (Effective Room Latent Heat):
Qâef =Qâf + εBF. QâN (2.30)
Trong đó:
εBF là hệ số đi vòng BF;
QhNlà nhiệt hiện do gió tươi mang vào, (W);
QâN là nhiệt ẩn do gió tươi mang vào, (W); Từ kết quả tính toán ở mục 2.3 ta có:
30
QâN = 310512,78 W
εBF= 0,12
Qhf =707819,06 W
Qâf =140679,25 W
Thay vào (2.29) và (2.30) ta tìm được
Qhef = 731198,85 W
Qâef = 177940,78 W
Từ đó ta tính được hệ số nhiệt hiện hiệu dụng εhef = 0,8.
- Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF, kí hiệu εht.
εht= Qh
Qh+Qâ = Qhf+QhN
(Qhf+QhN)+(Qâf+QâN) = Qh
Qt (2.31)
Trong đó:
Qh là thành phần nhiệt hiện, kể cả phần nhiệt hiện do gió tươi mang vào, QhN có trạng thái ngoài trời N, (W);
Qâ là thành phần nhiệt ẩn, kể cả phần nhiệt ẩn do gió tươi đem vào QâN có trạng thái ngoài trời N, (W);
Qt là tổng nhiệt thừa dùng để tính năng suất lạnh, (W). Từ kết quả tính toán ở mục 2.3 ta thế vào (2.31):
Qh = 902650,61 (W)
Qt = 1353842,64 (W)
Vậy ta tính được hệ số nhiệt hiện tổng εht= 0,67. - Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF, kí hiệu là εhf.
+ Hệ số nhiệt hiện phòng là tỉ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng nhiệt hiện và ẩn của phòng chưa tính tới thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi đem vào không gian điều hòa.
εhf = Qhf
Qhf+Qâf (2.32)
Trong đó:
Qhf là tổng nhiệt hiện của phòng (không bao gồm nhiệt hiện gió tươi), (W);
Qâf là tổng nhiệt ẩn của phòng (không bao gồm nhiệt ẩn gió tươi), (W);
Thay kết quả tính toán ở mục 2.3 vào (2.32) ta tìm được hệ số nhiệt hiện phòng εhf = 0,83.
31
- Thành lập sơ đồ điều hòa không khí cho khu vực triển lãm A:
+ Gọi G là điểm tham chiếu trên sơ đồ điều hòa có nhiệt độ và độ ẩm tương đối lần lượt là tG = 24 oC, 𝜑G = 50%.
+ Gọi điểm N, T lần lượt là trạng thái không khí ngoài trời và trong phòng điều hòa.
+ Gọi điểm N’ là trạng thái không khí sau PAU.
+ Gọi điểm H là trạng thái hòa trộn của không khí tươi và không khí tái tuần hoàn.
Từ các hệ số nhiệt hiện ẩn đã tính toán ở trên ta tiến hành vẽ đồ thị t-d theo các bước sau:
+ Xác định các thông số N, N’, T, G trên đồ thị.
+ Dựng các đường G - εht (GSHF), G - εhef (ESHF), G - εhf (RSHF),
N – N’, N’ - T.
+ Qua T kẻ đường thẳng song song với ESHF cắt đường độ ẩm tương đối
𝜑 = 100% tại CADP.
+ Từ điểm CADP kẻ đường thẳng song song với đường thẳng GSHF cắt N’ –
T tại H. Ta xác định được điểm hòa trộn.
+ Qua T kẻ đường thẳng song song với RSHF cắt đường thẳng CADP – H tại
S. Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và đường ống gió, ta có S ≡ V là điểm thổi vào. Ta tiếp tục kéo dài đường thẳng cắt 𝜑 = 100% tại RADP là nhiệt độ đọng sương của phòng.
- Nhiệt độ đọng sương của thiết bị
+ Nhiệt độ đọng sương của thiết bị tra đồ thị t-d tại điểm CADP ta có tS = 14,4 oC.
32
Hình 2.3. Đồ thị t-d của trung tâm triển lãm khối A. - Các quá trình diễn ra trên đồ thị t-d:
N - N’: Là quá trình không khí tươi trao đổi nhiệt độ với gió thải thông qua bánh xe hồi nhiệt và trao đổi nhiệt ẩm với coil lạnh đặt trong PAU.
N’ - H: Là quá trình không khí sau khi qua PAU đi vào buồng hòa trộn AHU. T - H: là quá trình không khí hồi từ phòng về hòa trộn với không khí sau khi ra khỏi PAU.
H - S: Là quá trình không khí trao đổi nhiệt ẩm với coil lạnh của AHU. S - T: Là quá trình không khí trao đổi nhiệt với không khí trong phòng để có được trạng thái T.
- Kiểm tra điều kiện vệ sinh:
∆tVT = tT – tV≤10 oC Trong đó:
tT là nhiệt độ phòng, (oC) tV là nhiệt độ thổi vào, (oC)
Vậy ta có: ∆tVT = tT – tV = tT – tS = 24 – 15,3 = 8,7 oC ≤ 10 oC. Vậy thỏa mãn điều kiện vệ sinh.
- Tính toán quá trình hòa trộn
33
GH.IH = GN’.IN’ + GT.IT (2.33)
+ Phương trình cân bằng khối lượng:
GH = GN’ + GT (2.34)
Trong đó:
GH là lưu lượng khối lượng không khí ở trạng thái H, (kg/s); GN’ là lưu lượng khối lượng không khí ở trạng thái N’, (kg/s); GT là lưu lượng khối lượng không khí ở trạng thái T, (kg/s). Thay (2.34) vào (2.33) ta có: (GN’ + GT). IH = GN’.IN’ + GT.IT ➔ GN’.IH – GN’.IN’ = GT.IT – GT.IH ➔ GN’.(IH – IN’) = GT.(IT – IH) ➔GN′ GT = IT−IH IH−IN′ = 52,725−52,24 52,24−51 = 0,391
Vì phương pháp thành lập sơ đồ và tính toán kiểm tra năng suất lạnh ở khu vực triển lãm khối B tương tự khối A nên nhóm chỉ trình bày cụ thể việc thành lập sơ đồ và tính toán năng suất lạnh cho khu vực triển lãm khối A.
- Các kết quả tính toán kiểm tra năng suất lạnh của khu vực triển lãm B sẽ được trình bày ở bảng 2.19.
Bảng 2.15. Thông số các điểm nút trên đồ thị t-d của khu triển lãm khối A
Điểm nút Nhiệt độ bầu khô
(oC) Độ ẩm tương đối (%) Dung ẩm (g/kgkkk) Entanpy (kJ/kg) N 36 50 18,89 84,684 N’ 18,1 99,3 12,98 51 G 24 50 9,34 47,89 H 22 71,5 11,88 52,24 T 24 60 11,24 52,725 S≡V 15,3 95,4 10,40 41,6
2.6. Thành lập sơ đồ điều hòa không khí và tính toán cho khu vực dịch vụ A 2.6.1. Thành lập sơ đồ điều hòa 2.6.1. Thành lập sơ đồ điều hòa
Khu vực dịch vụ và phòng họp sử dụng hệ thống VRF có cùng sơ đồ tuần hoàn cấp 1 nên nhóm chúng em chỉ trình bày khu dịch vụ A làm điển hình.
34
Hình 2.4. Sơ đồ tuần hoàn không khí cấp 1 dùng cho khu dịch vụ và phòng họp. Chú thích:
Mixing box: Buồng hòa trộn; Cooling coil: dàn lạnh;
FA: Không khí tươi ngoài trời;
N: điểm thể hiện trạng thái không khí ngoài trời; T: điểm thể hiện trạng thái không khí trong phòng;
H: điểm thể hiện trạng thái của không khí sau quá trình hòa trộn; RA: gió hồi/ không khí hồi về FCU;
SA: gió cấp vào phòng/không khí cấp vào phòng; EA: gió thải ra ngoài trời;
GN: lưu lượng khối lượng không khí tươi cấp vào;
Gr,c: lưu lượng khối lượng không khí hồi từ phòng điều hòa;
GS: lưu lượng khối lượng không khí cấp vào phòng điều hòa.
Các quá trình diễn ra trên sơ đồ điều hòa không khí khu dịch vụ gần giống như sơ đồ điều hòa không khí của trung tâm triển lãm, điểm khác nhau là ở sơ đồ điều hòa không khí khu dịch vụ không sử dụng thiết bị xử lý gió tươi PAU và gió hồi từ phòng hồi về không thải ra bên ngoài mà đưa hoàn toàn vào hộp box hòa trộn.
2.6.2. Xác định các điểm nút trên đồ thị t-d
Dựa vào các công thức đã trình bày ở phần 2.5.2 ta tính được các hệ số của khu dịch vụ khối A là:
- Hệ số đi vòng 𝜀𝐵𝐹. Chọn theo bảng 4.23 [1] ta có giá trị εBF = 0,12 - Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng εhef. Từ kết quả tính toán từ mục 2.3 ta có thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn của khu dịch vụ:
35 QhN = 24192,04 W QâN = 38556,06 W Qhf= 114278,70 W Qâf = 25209,58 W Qh = 138470,74 W Qt = 202236,37 W
Vậy ta thay vào biểu thức (2.29) và (2.30), ta có:
Qhef = 117181,74 W
Qâef = 29836,30 W
Thay kết quả trên vào (2.28) ta tìm được εhef = 0,79 - Hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF) εht theo (2.31) ta có:
εht = 138470,74
202236,37 = 0,68
- Hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF) εhf theo (2.32) ta có:
εhf = 114278,70
114278,70+25209,58 = 0,82
- Xác định nhiệt độ đọng sương của thiết bị: Nhiệt độ đọng sương của thiết bị tra đồ thị t-d của khu dịch vụ A ta có tS = 14,2 oC.
36
- Kiểm tra điều kiện vệ sinh:
Vậy ta có: ∆tVT = tT – tV = tT – tS = 24 - 15,8 = 8,2 oC ≤ 10 oC. Vậy thỏa mãn điều kiện vệ sinh.
Bảng 2.16. Thông số các điểm nút trên đồ thị t-d của khu dịch vụ A
Điểm nút Độ ẩm tương đối
(%)
Nhiệt độ bầu khô (oC) Dung ẩm (g/kgkkk) Entanpy (kJ/kg) N 50 36 18,89 84,684 T 60 24 11,24 52,725 H 58,9 25,9 12,38 57,5 S≡V 92,7 15,8 10,43 42,2 G 50 24 9,34 47,89
Bảng 2.17. Các thông số nhiệt thừa tính toán cho từng công năng phòng
Khối Công năng Qt
(W) Qh (W) QhN (W) QâN (W) Qhf (W) Qâf (W) A Triển lãm 1353842,64 902650,61 194831,55 310512,78 707819,06 140679,25 Dịch vụ 202236,37 138470,74 24192,04 38556,06 114278,70 25209,58 Phòng họp 1 14393,94 8502,85 2435,40 3881,42 6067,45 2009,67 Phòng họp 2 13758,36 7896,01 2423,52 3862,49 5472,49 1999,86 Phòng họp 3 14386,66 8451,51 2453,62 3910,45 5997,90 2024,70 Phòng họp 4 15623,20 9551,07 2510,24 4000,70 7040,83 2071,43 B Triển lãm 1209076,68 814851,17 169786,67 270597,51 645064,50 123628,00 Dịch vụ 183573,86 119543,38 24301,73 38730,88 95241,65 25299,60 Phòng họp 1 33782,17 23649,05 4169,88 6645,75 19525,60 3440,94 Phòng họp 3 23584,46 17436,66 2541,53 4050,56 14895,13 2097,24 Phòng họp 4 19980,11 13832,31 2541,53 4050,56 11290,78 2097,24
Bảng 2.18. Các hệ số tính toán cho sơ đồ điều hòa không khí cấp 1
Khối Công năng εBF εht εhf εhef tS
(oC) tV (oC) A Triển lãm 0,12 0,67 0,83 0,80 14,4 15,3 Dịch vụ 0,12 0,68 0,82 0,80 14,2 15,8
37
Khối Công năng εBF εht εhf εhef tS
(oC) tV (oC) A Phòng họp 1 0,12 0,59 0,75 0,72 13,7 14,9 Phòng họp 2 0,12 0,57 0,73 0,70 13,6 14,5 Phòng họp 3 0,12 0,59 0,75 0,72 13,2 14,9 Phòng họp 4 0,12 0,61 0,77 0,74 13,7 14,1 B Triển lãm 0,12 0,67 0,84 0,81 14,5 15,7 Dịch vụ 0,12 0,65 0,79 0,77 13,9 14,4 Phòng họp 1 0,12 0,70 0,85 0,83 14,6 16,1 Phòng họp 3 0,12 0,74 0,88 0,85 14,7 16,7 Phòng họp 4 0,12 0,69 0,84 0,82 14,3 15,7
2.7. Tính toán kiểm tra năng suất lạnh
- Năng suất lạnh của hệ thống ĐHKK có thể tính kiểm tra bằng công thức:
Q0 = G.(IH - IV) (2.35)
Trong đó:
Q0 là năng suất lạnh của dàn lạnh, (kW);
G là lưu lượng khối lượng không khí đi qua dàn lạnh, (kg/s);
G = ρ.L (kg/s) (2.36)
Trong đó:
ρ là khối lượng riêng không khí (kg/m3), ρ = 1,2 kg/m3; L là lưu lượng thể tích của không khí, (m3/s);
L = LN + LT
LN là lượng khí tươi đem vào, (l/s); LT là lượng không khí tái tuần hoàn, (l/s); IH là entanpy không khí điểm hòa trộn, (kJ/kg); IV là entanpy không khí điểm thổi vào, (kJ/kg).
- Tính toán lưu lượng không khí qua dàn lạnh bằng biểu thức:
L = Qhef
1,2.(tT−ts).(1−εBF) (2.37)
Trong đó:
L là lưu lượng không khí qua dàn, (l/s); Qhef là nhiệt hiện hiệu dụng của phòng, (W);
38
εBF là hệ số đi vòng;
tT, tS lần lượt là nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ đọng sương, (oC);
Ở phần này, nhóm chúng em chỉ trình bày cụ thể khu vực triển lãm và dịch vụ khối A. Các kết quả tính toán của các khu vực còn lại xem bảng 2.18.
- Tính kiểm tra năng suất lạnh của AHU cho khu vực triển lãm khối A:
+ Lưu lượng không khí qua dàn lạnh của khu vực triển lãm khối A từ bảng 2.16 thay số vào biểu thức (2.37):
L = 731198,85
1,2.(24−14,4).(1−0,12)
= 72127,4 (l/s) = 72,1274 (m3/s)
+ Lưu lượng khối lượng không khí qua dàn lạnh: G = ρ.L = 1,2.72,1274 = 86,55 (kg/s)
Từ đồ thị tính toán ta có thông số entanpy của không khí hòa trộn và sau khi vào dàn lạnh lần lượt là:
IH = 52,24 kJ/kg IV = 41,6 kJ/kg
- Năng suất lạnh của AHU triển lãm khối A:
Q0 = G.(IH - IV) = 86,55.(52,24 – 41,6) = 920,9 (kW) - Tính kiểm tra năng suất lạnh FCU của khu vực dịch vụ khối A:
Từ kết quả tính toán ở bảng 2.16 thay số vào biểu thức (2.37) ta tìm được lưu lượng không khí qua dàn lạnh của khu dịch vụ khối A: