4.1.1. Lập sơ đồ điều hịa khơng khí
4.1.1.1. Lựa chọn sơ đồ điều hịa khơng khí
Do cĩ các cơng năng khác nhau nên cơng trình tịa nhà CZ Tower sử dụng 3 sơ đồ điều hịa khơng khí đĩ là:
- Sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU - Sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU - Sơ đồ điều hịa khơng khí cục bộ
Đối với cơng trình tịa nhà văn phịng CZ TOWER cĩ cơng năng sử dụng là văn phịng nên việc tận dụng nhiệt của giĩ hồi là phương pháp được lựa chọn hàng đầu nhằm tiết kiệm năng lượng. Do đĩ, các văn phịng của tịa nhà CZ TOWER sử dụng sơ đồ điều hịa khơng khí một cấp sử dụng PAU.
Hình 4.1. Sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU
Bên cạnh đĩ, là cao ốc văn phịng hạng A, để cạnh tranh với các cao ốc khác, tịa nhà CZ TOWER sử dụng hệ thống tiết kiệm năng lượng, hiện đại. Vì vậy, lựa chọn sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU là một sự lựa chọn phù hơp. Tuy nhiên, nếu sử dụng cho tồn bộ tịa nhà sẽ làm giá thuê văn phịng cao cho nên chỉ áp dụng cho một văn phịng ở tầng 2 để cho đối tác cĩ nhu cầu thuê.
35 Hình 4.2. Sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU
Đối với các phịng cĩ diện tích nhỏ, vì muốn tiết kiệm chi phí và dễ dàng trong quá trình lắp đặt nên sẽ sử dụng hệ thống cục bộ cho các phịng này.
Chú thích:
• O: Điểm thể hiện trạng thái khơng khí ngồi trời.
• O’: Điểm thể hiện trạng thái khơng khí sau khi đi qua PAU/HRU.
• M: Điểm thể hiện trạng thái khơng khí sau quá trình hịa trộn giữa I’ và O’. • S: Điểm thể hiện trạng thái khơng khí sau khi đi qua FCU/IDU.
• I: Điểm thể hiện trạng thái khơng khí trong phịng. • SA: Giĩ cấp vào phịng/ khơng khí cấp vào phịng. • RA: Giĩ hồi/ khơng khí hồi.
• FA: Giĩ tươi/ khơng khí tươi. • EA: Giĩ thải/ khơng khí thải. Nguyên lí làm việc của hệ thống như sau:
Đối với các phịng sử dụng sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU, sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU: khơng khí ngồi trời (giĩ tươi) cĩ trạng thái O được PAU/HRU làm mát sơ bộ đến trạng thái O’. Sau đĩ, được hịa trộn với giĩ hồi cĩ trạng thái I’. Sau khi hịa trộn, hỗn hợp khơng khí cĩ trạng thái M đưa vào FCU được làm lạnh khử ẩm để đạt đến trạng thái S và được cấp vào phịng. Trong phịng, trạng thái khơng khí sẽ biến đổi từ trạng thái S đến trạng thái I do nhận nhiệt thừa và ẩm thừa từ khơng gian điều hịa. Sau đĩ, khơng khí ở trạng thái T một phần sẽ được tận dụng để trao đổi nhiệt với giĩ tươi ở PAU
36 và được thải ra ngồi, phần cịn lại sẽ đi theo đường hồi để hịa trộn với khơng khí sau khi ra khỏi PAU.
4.1.1.2. Xác định các điểm nút trên đồ thị T-d
Sự thay đổi trạng thái khơng khí của sơ đồ tuần hồn khơng khí 1 cấp sử dụng HRU, sơ đồ tuần hồn khơng khí 1 cấp sử dụng PAU, và sơ đồ tuần hồn khơng khí hệ thống cục bộ lần lượt được trình bày trên đồ thị T-d (Hình).
Hình 4.3 Đồ thị sơ đồ điều hịa khơng khí một cấp sử dụng HRU
RSHF ESHF GSHF Nhiệt dộ Du ng ẩ m D' O A I M O' D S
37
Hình 4.4 Đồ thị sơ đồ điều hịa khơng một cấp sử dụng PAU
Trong đồ thị,
- Đường OO’ thể hiện sự thay đổi trạng thái của khơng khí khi đi qua PAU/HRU. - Đường SI thể hiện sự thay đổi trạng thái của khơng khí khi đi qua FCU/IDU. - Đường IO’ thể hiện quá trình hịa trộn.
Để xác định các điểm nút trên đồ thị T-d và tính tốn các sơ đồ tuần hồn khơng khí được sử dụng trong tịa nhà cần thực hiện theo các bước sau:
❖ Xác định tổng nhiệt hiện (Qhf), tổng nhiệt ẩn (Qaf) của phịng: Nhiệt dộ Dung ẩm D' GSHF RSHF ESHF O A I M O' D S
38 Qhf = Q11 + Q22 + Q31 + Q32 + Q4h + Q5h + Q23 + Q21 (4.1)
Qaf = Q4a + Q5a (4.2)
❖ Xác định tổng nhiệt hiện hiệu dụng (Qhef), nhiệt ẩn hiệu dụng (Qaef) của phịng:
Qhef= Qhf + εBF.QhN (4.3)
Qaef= Qaf + εBF.QaN (4.4)
❖ Tính hệ số nhiệt hiện phịng RSHF (𝜀ℎ𝑓), hệ số nhiệt hiệu dụng ESHF (𝜀ℎ𝑒𝑓), hệ số nhiệt hiện tổng (𝜀ℎ𝑡):
Hệ số nhiệt hiện phịng RSHF (Room Sensible Heat Factor) được kí hiệu 𝜀ℎ𝑓 là tỉ số nhiệt hiện trên tổng nhiệt hiện và nhiệt hiện của phịng (khơng tính nhiệt ẩn và hiện của giĩ tươi mang vào khơng gian điều hịa:
𝜀ℎ𝑓 = 𝑄ℎ𝑓
𝑄ℎ𝑓+ 𝑄𝑎𝑓 (4.5)
Hệ số nhiệt hiệu dụng ESHF (Effective Sensible Heat Factor) được kí hiệu 𝜀ℎ𝑒𝑓 là tỉ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng của phịng trên tổng nhiệt hiệu dụng của phịng:
𝜀ℎ𝑒𝑓 = 𝑄ℎ𝑒𝑓 𝑄ℎ𝑒𝑓+ 𝑄𝑎𝑒𝑓
(4.6)
Hệ sơ nhiệt hiện tổng GSHF (Grand Sensible Heat Factor) được kí hiệu là 𝜀ℎ𝑡
𝜀ℎ𝑡 = 𝑄ℎ 𝑄ℎ + 𝑄𝑎 = 𝑄ℎ𝑓+ 𝑄ℎ𝑁 (𝑄ℎ𝑓+ 𝑄ℎ𝑁) + (𝑄𝑎𝑓+ 𝑄𝑎𝑁)= 𝑄ℎ 𝑄𝑡 (4.7)
❖ Xác định các điểm ngồi trời (O), điểm trong phịng (I) dựa vào các điều kiện đã cĩ, xác định điểm tham chiếu (A):
Dựa vào các dữ kiện đã cĩ xác định các điểm:
- Điểm ngồi trời O (tO = 36,1oC, φO = 50,1%). - Điểm trong nhà I (tI = 24oC, φI =60%).
39 Đối với sơ đồ tuần hịa khơng khí 1 cấp sử dụng PAU và sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU: Xác định điểm thể hiện trạng thái khơng khí sau khi ra khỏi PAU/HRU Sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU: dựa vào dữ kiện đã cĩ xác định điểm O’ (tưO’ = 13oC, tkO’ = 12.9oC).
Sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU: Cĩ hiệu suất trao đổi nhiêt độ, hiệu suất trao đổi dung ẩm của thiết bị hồi nhiệt lần lượt là η𝑡 = 0,71; η𝑥 = 0,67 [3]:
η𝑡 =𝑡𝑜− 𝑡𝑜′
𝑡𝑜 − 𝑡𝐼 = 0,71 ⇒ 𝑡𝑜′ = 27,5℃ (4.8) η𝑥 =𝑑𝑜− 𝑑𝑜′
𝑑𝑜 − 𝑑𝐼 = 0,67 ⇒ 𝑑𝑜′ = 13,75 𝑔/𝑘𝑔𝑘𝑘 (4.9) Vậy khơng khí sau khi ra khỏi HRU tại điểm O’ cĩ nhiệt độ to’=27,5oC và dung ẩm là do’=13,75g/kgkkk.
❖ Xác định điểm đọng sương của FCU/IDU:
Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi tiếp tục làm lạnh khơng khí qua điểm S theo đường MS thì khơng khí đạt trạng thái bão hịa φ= 100 tại điểm D. Điểm D chính là điểm đọng sương của FCU/IDU và tD chính là nhiệt độ đọng sương của FCU/IDU. Cĩ thể xác định nhiệt độ đọng sương của FCU/IDU bằng cách tra bảng thơng qua hệ số nhiệt hiệu dụng 𝜀ℎ𝑒𝑓, nhiệt độ trong văn phịng tI và độ ẩm trong văn phịng φI.
❖ Tính lưu lượng khơng khí qua FCU/IDU: mS
𝑚𝑆 = 𝑄ℎ𝑓+ 𝜀𝐵𝐹. 𝑄ℎ𝑁 1,2. (𝑡𝐼 − 𝑡𝐷). (1 − 𝜀𝐵𝐹)
(4.10)
Trong đĩ:
ms: lưu lượng khơng khí qua FCU/IDU, m3/s. 𝑄ℎ𝑓: tổng nhiệt hiện của phịng, kW.
tI, tD: nhiệt độ trong phịng và nhiệt độ đọng sương của FCU/IDU, oC. 𝜀𝐵𝐹: hệ số Bypass.
40 ❖ Tính lưu lượng giĩ tươi (mO), lưu lượng giĩ hồi (mr): đối với sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU và sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU:
mO = Số người.Lưu lượng giĩ tươi cần cho một người [m3/s] (4.11) mr= mS - mO [m3/s] (4.12) ❖ Tính tỉ lệ hịa trộn: Đối với sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU và
sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU: 𝑚𝑟
𝑚𝑂
(4.13) ❖ Tính nhiệt độ khơng khí sau FCU (tS):
Ta cĩ:
𝑚𝑆 = 𝑄ℎ𝑓
𝜌. 𝑐𝑝. (𝑡𝐼 − 𝑡𝑠) (4.14)
Trong đĩ:
• ms: lưu lượng khơng khí qua FCU/IDU, m3/s. • 𝑄ℎ𝑓: tổng nhiệt hiện của phịng, kW.
• 𝜌: khối lượng riêng của khơng khí, kg/m3. • 𝑐𝑝: nhiệt dung riêng của khơng khí, kJ/kg.K.
• tI, tS: nhiệt độ trong phịng và nhiệt độ sau FCU/IDU, oC. Suy ra:
𝑡𝑆 = 𝑡𝐼 − 𝑄ℎ𝑓
𝜌. 𝑐𝑝. 𝑚𝑆 (4.15)
❖ Từ I kẻ đường thẳng song song với đường thẳng A-𝜀ℎ𝑓 cắt đường φ= 100 tại điểm D, D là điểm đọng sương của FCU/IDU.
❖ Đối với sơ đồ tuần hịa khơng khí 1 cấp sử dụng PAU và sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng HRU: xác định điểm hịa trộn M thỏa:
41 𝑂′𝑀
𝑀𝐼 = 𝑚𝑟
𝑚𝑂 (4.16)
❖ Xác định điểm S chính là điểm thổi vào phịng.
❖ Sau khi xác định được các điểm trên đồ thị, tính cơng suất lạnh cần thiết: Q0= ρ.mS.(hM – hS) (4.17) Trong đĩ:
• Q0: Cơng suất lạnh cần thiết, kW.
• ρ: Khối lượng riêng của khơng khí, ρ= 1,2 kg/m3. • hM: Entanpi của khơng khí tại điểm hịa trộn (kJ/kg).
• hS: Entanpi của khơng khí sau khi ra khỏi FCU/IDU (kJ/kg). ❖ Kiểm tra yêu cầu vệ sinh:
Hiệu nhiệt độ phịng và nhiệt độ thơi vào: ΔtSI= tI – tS (oC). (4.18) Nếu ΔtSI < 10oC thì đạt yêu cầu vệ sinh.
4.1.2. Tính tốn năng suất lạnh cho văn phịng tầng 21
Tính tốn năng suất lạnh cho phịng OFFICE SPACE 21F, phịng này sử dụng sơ đồ tuần hồn khơng khí một cấp sử dụng PAU.
- Nhiệt hiện của phịng:
Qhf = Q11 + Q22 + Q31 + Q32 + Q4h + Q5h + Q23 + Q21
= 31,5 + 4,68 + 2,29 + 16,49 + 4,24 + 4,11 + 0 + 25,15 = 88,14 (kW) - Nhiệt ẩn của phịng:
Qaf = Q4a + Q5a= 4,86 + 5,85 = 10,71 (kW) - Nhiệt hiện hiệu dụng của phịng:
Qhef = Qhf + εBF.QhN = 88,14 + 0,1.8,82 = 89,02 (kW) - Nhiệt ẩn hiệu dụng của phịng:
42 - Hệ số nhiệt hiện phịng RSHF: 𝜀ℎ𝑓 = 𝑄ℎ𝑓 𝑄ℎ𝑓+ 𝑄𝑎𝑓 = 88,14 88,14 + 10,71= 0,89
- Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF:
𝜀ℎ𝑒𝑓 = 𝑄ℎ𝑒𝑓 𝑄ℎ𝑒𝑓 + 𝑄𝑎𝑒𝑓 = 89,02 89,02 + 12,13= 0,88 - Hệ số nhiệt hiện tổng 𝜀ℎ𝑡 = 𝑄ℎ𝑓+ 𝑄ℎ𝑁 (𝑄ℎ𝑓+ 𝑄ℎ𝑁) + (𝑄𝑎𝑓+ 𝑄𝑎𝑁)= 88,14 + 8,82 (88,14 + 8,82) + (10,71 + 14,14) = 0,8 - Nhiệt độ đọng sương của FCU theo bảng 4.24 [1] tại tI = 24oC, φI = 60%, εhef= 0,88 tra
được tđs= 14,7oC.
- Lưu lượng khơng khí qua FCU: 𝑚𝑆 = 𝑄ℎ𝑓+ 𝜀𝐵𝐹. 𝑄ℎ𝑁
1,2. (𝑡𝐼− 𝑡đ𝑠). (1 − 𝜀𝐵𝐹)=
88,14 + 0,1.8,82
1,2. (24 − 14,7). (1 − 0,1) = 8,86 (𝑚
3/𝑠)
- Lưu lượng giĩ tươi:
𝑚𝑂 =81.7,5
1000 = 0,6075 (𝑚
3/𝑠)
- Lưu lượng giĩ hồi:
𝑚𝑟 = 𝑚𝑆 − 𝑚𝑂 = 8,86 − 0,6075 = 8,26 (𝑚3/𝑠) - Tỉ lệ hịa trộn: 𝑚𝑟 𝑚𝑂 = 8,26 0,6075= 13,5 1 - Nhiệt độ khơng khí sau FCU:
𝑡𝑆 = 𝑡𝐼 − 𝑄ℎ𝑓
𝜌. 𝑐𝑝. 𝑚𝑆 = 24 −
88,14
1,2.1,0216.8,86 = 16,7 ℃
43 Hình 4.5 Đồ thị T-d sơ đồ điều hịa khơng khí một cấp sử dụng PAU
44 Cơng suất lạnh cần thiết Q0= ρ.mS.(hM – hS)= 1,2.8,86.(51,5,-43,2)= 88,27 (kW)
Do chế độ làm việc của FCU theo nhà sản xuất khác với chế độ làm việc của FCU theo thiết kế nên cần phải hiệu chỉnh năng suất lạnh của FCU để chọn được FCU theo catalogue của nhà sản xuất.
Cơng suất lạnh chọn FCU là: 𝑄𝐹𝐶𝑈 = 𝑄0
𝛼1.𝛼2= 88,27
1.0,85 = 103,85 (kW) (4.19)
Với:
α1: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước lạnh vào dàn, α1= 1 [2]. α2: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ khơng khí vào dàn, α2= 0,85 [2]. Hiệu nhiệt độ phịng và nhiệt độ thổi vào:
ΔtSI= tI – tS = 24 - 16,7= 7,3 < 10oC Vậy đạt yêu cầu về vệ sinh [2].
4.1.3. Tính tốn, kiểm tra năng suất lạnh của cơng trình bằng phương pháp tính tay
Tiến hành tính tốn tương tự như văn phịng tầng 21, nhĩm tính tốn được năng suất lạnh cần thiết của cơng trình và cơng suất lạnh chọn FCU bằng phương pháp tính tay. Kết quả tính năng suất lạnh được thể hiện ở cột 5 và cơng suất chọn FCU được thể hiện ở cột 6 của bảng 4.1, trang 65, 66.
45
4.2. Tính tốn năng suất lạnh cơng trình bằng phần mềm 4.2.1. Giới thiệu phần mềm 4.2.1. Giới thiệu phần mềm
Hình 4.6. Giao diện khởi động phần mềm Trace 700
Trace 700 là phần mềm được phát triển bởi hãng Trane - nhà nghiên cứu, sản xuất và kinh doanh hàng đầu thiết bị điều hồ khơng khí và hệ thống điều khiển tự động hàng đầu thế giới. Với ưu thế là tương thích với hầu hết các phiên bản hệ điều hành Window cùng với đĩ là Trace 700 được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế về điều hịa khơng khí (cụ thể là Ashrae của Mỹ). Vì thế phần mềm Trace 700 được nhiều cơng ty thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí tin tưởng sử dụng.
4.2.2. Sử dụng Trace 700 để tính tải cho cơng trình CZ Tower
Các bước tính tải bằng phần mềm Trace 700 được thể thể ngắn gọn như hình 4.7
46 ➢ Bước 1: Nhập thơng tin của cơng trình (hình 4.8):
Hình 4.8. Nhập thơng tin của cơng trình ➢ Bước 2: Chọn dữ liệu thời tiết (hình 4.9) :
Cơng trình ở Thành phố Hồ Chí Minh nên chọn thư viện thời tiết của TP. HCM để đưa vào tính tốn.
Hình 4.9. Chọn thời tiết khu vực Thành phố Hồ Chí Minh ➢ Bước 3: Tạo template:
Mục đích của việc tạo các template là để tạo thuận lợi cho việc tính tốn các phịng cĩ cùng đặc tính nhằm rút ngắn thời gian tính tốn, giảm sai sĩt trong quá trình nhập dữ liệu vào phần mềm và cĩ thể dễ dàng chỉnh sửa các thơng số chung khi cần.
47 ➢ Bước 4: Tạo các phịng của cơng trình:
Ở bước này tiến hành nhập thơng tin các phịng cĩ trong cơng trình để tính tải. ➢ Bước 5: Tạo các kiểu hệ thống lạnh mà dự án sử dụng:
Ở bước này tạo kiểu hệ thống lạnh mà dự án sử dụng: FCU, HRU, cục bộ. Ví dụ: Tạo kiểu hệ thống lạnh FCU sử dụng PAU làm mát khơng khí ngồi trời: - Ở tab Selection nhập tên sơ đồ (System description) – FCU.
• Trong mục System category chọn Constant Volume – Non Mixing. • Trong mục System type chọn Fan Coil (hình 4.10).
Hình 4.10. Thao tác tại mục Selection
- Vì FCU được cấp giĩ tươi qua xử lý từ PAU nên ở tab Dedicated OA nhập 13oC vào mục Cooling supply air dry bulb và Heating supply air dry bulb (hình 4.11).
48 Hình 4.11. Thao tác tại mục Dedicated OA
- Các tab cịn lại khơng nhập.
➢ Bước 6: Đưa các phịng vào sơ đồ hệ thống:
Để cĩ thể xuất tải phải liên kết các phịng đã nhập ở bước 4 với sơ đồ hệ thống ở bước 5. Việc cần làm chỉ là kéo các phịng ở bên bảng phía bên trái sang loại hệ thống ứng với phịng đĩ ở bên tay phải (hình 4.12).
Hình 4.12. Thao tác tại mục Assign Zones and Rooms ➢ Bước 7: Xuất tải:
Khi đã hồn thành các bước trên, vào mục Calculate and View Results để xuất tải và kiểm tra.
4.2.3. Tính tốn tải lạnh băng phần mềm Trace 700 cho phịng văn phịng tầng 21
❖ Tạo template chung cho văn phịng từ tầng 5 đến tầng 21 của cơng trình:
- Tại mục Internal Load đặt tên template (Description) – OFFICE SPACE, mật độ trong phịng (Density) – 8m2/ người, cơng suất đèn chiếu sáng (Heat gain) – 12 W/m2 [1], cơng suất máy mĩc thiết bị (Energy meter) – 16490 W (hình 4.13).
- Tiếp theo vào mục Airflow, đặt tên template (Description) – OFFICE SPACE, điền lưu lượng giĩ tươi cấp vào phịng (Ventilation) – 7,5 l/s/người (hình 4.14).
49 Hình 4.13. Thao tác tại mục Internal Load Hình 4.14. Thao tác tại mục Airflow
- Tiếp theo là mục Thermostat, trong phần này chỉ định các thơng số về nhiệt độ thiết kế trong phịng. Ở đây chỉ quan tâm đến nhiệt độ bầu khơ (Cooling Dry Bulb) – 24oC và độ ẩm tương đối (Relative Humidity) – 60% (hình 4.15).
- Tiếp đến là phần Construction tiến hành nhập các thơng tin liên quan đến cơng trình như:
• Vật liệu xây dựng, kết cấu, loạy tường, chiều dày tường, … • Loại kính sử dụng cho cửa sổ, cửa kính, …
• Chiều cao tường (Wall), chiều cao tầng (Flr to flr), chiều cao trần giả (Plenum). Thao tác này được thể hiện như hình 4.16
50 - Cuối cùng là phần Room, tại đây tiến hành gán 4 kiên kết đã tạo trước đĩ vào để chuẩn