Tính toán cho phòng sử dụng theo yêu cầu
Phòng chủ yếu là siêu máy tính với số lượng là 284 racks có công suất là 4 kW. Ta có:
Q5a = 284×4 = 1136 kW
Ngoài ra, phòng còn có thêm 16 máy nén với công suất tiêu thụ điện máy nén là 22.5 kW,với hiệu suất nhiệt chọn 𝜂 = 64% ta có công suất nhiệt máy nén là:
Q5b = 22.5 × 2 ×16×0.64 = 230.4 kW
Thêm vào đó, phòng còn có thêm 2 quạt giải nhiệt trong mỗi thiết bị, công suất mỗi quạt là = 2.27 kW.
Q5c= 2.27×16×2=72.64 kW
Cuối cùng là thiết bị cấp ẩm cho phòng, tra catalogue ta được G= 8kg/h và tra ở bảng nước và hơi nước bão hòa tại nhiệt độ t = 28℃, được r = 2434.8 kJ/kg,
Q5d = G×r = 60 8 . 2434 8 = 324.64 kW Như vậy, tổng nhiệt hiện tỏa do máy móc là:
3.2.6. Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa ra 𝐐𝟔𝐡, 𝐐𝟔𝐚
Nhiệt hiện do người tỏa ra: 𝐐𝟔𝐡
Nhiệt hiện do người tỏa vào phòng chủ yếu bằng đổi lưu và bức xạ, được xác định theo biểu thức:
Q6h = nt× nđ× n × qh (3-13)
Trong đó:
n − số người trong phòng điều hòa. Lấy theo TCVN 5687:2010
qh- nhiệt hiện tỏa ra từ một người, W/người. Lấy định hướng theo bảng 3.4 tài liệu [2]
nt- Hệ số tác dụng tức thời, tra theo bảng
Bảng 3. 4: Nhiệt ẩn và hiện do người tỏa ra Mức độ hoạt động Loại không gian Nhiệt thừa từ đàn ông trung niên Nhiệt thừa trung bình Nhiệt độ phòng 0C 24 22 20 qh qw qh qw qh qw Ngồi yên tĩnh Nhà hát 115 100 67 33 72 28 79 21 Ngồi, hoạt động nhẹ Trường học 130 120 70 50 78 42 84 36 Hoạt động văn phòng K. sạn, V. phòng 140 130 70 60 78 52 86 44 Đi đứng chậm rãi Cửa hang 160 130 70 60 78 52 86 44 Ngồi, đi chậm Sân bay, hiệu thuốc 160 150 76 74 84 66 90 60 Đi đứng chậm rãi Ngân hàng 160 150 76 74 84 66 90 60 Các hoạt động nhẹ Nhà hàng 150 160 80 80 90 70 98 62 Các hoạt động nhẹ Xưởng sản xuất 230 220 85 135 100 120 115 105 Khiêu vũ vũ trường 260 250 94 156 110 140 125 125 Đi bộ 1.5m/s Xưởng 300 300 110 190 130 170 145 155 Lao động nặng Xưởng sản xuất 440 430 154 276 170 260 188 242
Nhiệt ẩn do người tỏa ra: 𝑸𝟔𝒂
Nhiệt ẩn do người tỏa ra được xác định theo biểu thức:
Trong đó:
n- số người trong phòng điều hòa
qa- nhiệt ẩn tỏa ra từ một người, W/người. Lấy định hướng theo bảng 3.4 tài liệu [2]
Nhiệt hiện do người tỏa ra: 𝑸𝟔𝒉
Ta có:
Nhiệt tỏa ra từ cơ thể con người qh = 65 W người⁄ . Tra bảng 3.4 tài liệu [2] Hệ số tác dụng đồng thời nđ = 1
Hệ số tác dụng tức thời nt= 0,9.
Số người trong phòng điều hòa có suy ra: n = 2 người
Suy ra:
Q6h = nđ. nt. n. qh = 1 × 0.9 × 2 × 65 = 117 W (3-15)
Nhiệt ẩn do người tỏa ra: 𝑸𝟔𝒂
Ta có:
Nhiệt ẩn do một người tỏa ra qa = 55 W người⁄ . Tra bảng 3.4 tài liệu [2] Số người trong phòng điều hòa 2 người
Suy ra: Q6a = n × qa = 2 × 55 = 110 W
3.2.7.Nhiệt do lọt không khí vào phòng Q7
Khi có độ chênh áp suất trong nhà và bên ngoài thì sẽ có hiện tượng rò rỉ không khí. Việc này luôn luôn kèm theo tổn thất nhiệt. Nói chung việc tính tổn thất nhiệt do rò rỉ thường rất phức tạp do khó xác định chính xác lưu lượng không khí rò rỉ. Mặt khác các phòng có điều hòa thường đòi hỏi phải kín. Phần không khí rò rỉ có thể coi là một phần khí tươi cung cấp cho hệ thống.
Q7 = G7×(IN - IT) = L7 ×Cp(tN-tT) + L7×ro×(dN-dT) (3-16) G7 - Lưu lượng không khí rò rỉ, kg/s
kJ/kg tT, tN - Nhiệt độ của không khí tính toán trong nhà và ngoài trời, oC
dT, dN - Dung ẩm của không khí tính toán trong nhà và ngoài trời, g/kg.kk
Tuy nhiên, lưu lượng không khí rò rỉ Lrr thường không theo quy luật và rất khó xác định. Nó phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất, vận tốc gió, kết cấu khe hở cụ thể, số lần đóng mở cửa ...vv. Vì vậy trong các trường hợp này có thể xác định theo kinh nghiệm:
Q7h = 0,335×(tN - tT)×V×ξ , W (3-17)
Q7w = 0,84×(dN - dT)×V×ξ , W (3-18) V - Thể tích phòng, m3
- Hệ số kinh nghiệm cho theo bảng 3.5 dưới đây
Bảng 3. 5: Hệ số kinh nghiệm ξ
Thể tích < 500 500 1000 1500 2000 2500 > 3000 V, m3
ξ 0,7 0,6 0,55 0,5 0,42 0,4 0,35
Tổng lượng nhiệt do rò rỉ không khí:
Q7 = Q7h + Q7w (3-19)
Trong trường hợp ở các cửa ra vào số lượt người qua lại tương đối nhiều, cần bổ sung thêm lượng không khí.
Gc = Lc×n×ρ (3-20)
Gc = Lc×n×ρ
Gc - Lượng không khí lọt qua cửa, kg/giờ
Lc - Lượng không khí lọt qua cửa khi 01 người đi qua, m3/người n - Số lượt người qua lại cửa trong 1 giờ.
Như vậy trong trường hợp này cần bổ sung thêm: Q’7h =0,335×(34-22)×3×1×2590.0,4 = 12495 W
Q’7w = 0,84×(0,0238-0,0082)×3×1×2590×0,4 = 40,73 W Q7 = Q’7h + Q’7w = 12495 + 40,73 = 12535,73 W
Chương 4. QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRÊN ĐỒ THỊ ẨM
4.1. Xác định các thông số trạng thái trên ẩm đồ
Từ khi Willis H. Carrier phát minh ra máy điều hoà không khí năm 1902, kể từ đó đã có nhiều tiến bộ vượt bậc trong công nghệ, nhưng tất cả các hệ thống vẫn dựa trên nguyên tắc cơ bản là: không khí nóng (lạnh) trong phòng được hút vào máy điều hoà không khí, được lọc bụi, tách ẩm và được làm lạnh (nóng) rồi được thổi trở lại. Lượng nhiệt hấp thụ từ không khí qua dàn trao đổi nhiệt dàn ngưng được thải ra môi trường bên ngoài.
Khi có một điểm trên ẩm đồ ta có thẻ dễ dàng xác định các đại lượng sau:
Kẻ vuông góc với trục tung ta xác định được ẩm dung (độ chứa hơi) d, g hơi nước/kg không khí khô.
Kẻ vuông góc với trục hoành xác định được nhiệt độ nhiệt kế khô của không khí t, 0C.
Theo đường chéo song song với các đường I = const xác định được entanpy I, kJ/kg Đường I cắt φ = 100% tại Ư. Hạ đường vuông góc từ Ư xuống trục hoành xác định được nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt.
Kéo dài đường d1 – 1 cắt φ = 100% tại S. Từ S hạ đường vuông góc xuống trục hoành xác định được nhiệt độ đọng sương của không khí.
Trên ẩm đồ còn có thể xác định được thể tích riêng v, m3/kg; cũng như các tia quá trình gọi là hệ số nhiệt hiện với thang chia ở bên phải ẩm đồ và điểm góc G (t = 240C, φ
= 50%)
4.2.Quá trình sưởi ấm không khí đẳng dung ẩm
Không khí sau khi qua calorife hoặc dàn nóng để làm nóng có nhiệt độ không khí tăng từ t1 đến t2, độ ẩm giảm từ φ1 xuống φ2, còn dung ẩm không đổi d1 = d2.
Hình 4. 1: Quá trình sưởi ấm không khí đằng dung ẩm
4.3.Quá trình làm lạnh và khử ẩm
Không khí sau khi qua dàn lạnh để làm lạnh và khử ẩm có:
tV < tN; IV < IN
𝛗𝐕 > 𝛗𝐍; 𝒅𝑽 < 𝒅𝑵
4.4.Quá trình tăng ẩm bằng nước và hơi
Tăng ẩm cho không khí đồng nghĩa với việc tăng độ ẩm tương đối φ và tăng dung ẩm d. Các quá trình theo yêu cầu sẽ kết thúc trước khi đạt được độ ẩm tương đối φ = 50%. Trạng thái cuối cùng mà không khí có thể đạt được là với độ ẩm tương đối bằng φ = 100%.
Khi phun nước có nhiệt độ bằng nhiệt độ không khí, quá trình tăng ẩm đi theo đường A-B gần như trùng với đường đẳng entanpy IA = const. Khi phun nước có nhiệt độ khác, đường A-B sẽ lệch khỏi đường đẳng entanpy IA một chút, do lượng nước mạng vào ít hoặc nhiều. Người ta đã chứng minh góc lệch lớn nhất có thể đạt tới 6,70. Do thức tế là nước phun thường có nhiệt độ không khí nên quá trình tăng ẩm lấy theo đường I = const là đủ chính xác. Khi phun nước, nhiệt độ không khí giảm do nước bốc hơi TB < TA.
Khi phun hơi để tăng ẩm, ta có thể thực hiện được quá trình tăng ẩm đẳng nhiệt tC = tA hoặc thậm chí tăng nhiệt độ tD > tA. Muốn thực hiện các quá trình trên chúng ta phải tính toán cân bằng nhiệt do hơi mang vào và của không khí trước và sau quá trình tăng ẩm theo yêu cầu.
Chương 5. SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
Sơ đồ điều hoà không khí được thiết lập dựa trên kết quả tính toán cân bằng nhiệt ẩm, đồng thời thoả mãn các yêu cầu tiện nghi của còn người và yêu cầu công nghệ, phù hợp với điều kiện khí hậu.
Nhiệm vụ của việc lập sơ đồ điềều hoà không khí là xác lập quá trình xử lí không khí trên ẩm đồ t-d, lựa chọn các thiết bị và tiến hành kiểm tra các điều kiện như nhiệt độ đọng sương, điều kiện vệ sinh, lưu lượng không khí qua dàn lạnh…
Trong từng điều kiện cụ thể mà ta có thể lựa chọn các sơ đồ: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn một cấp hay sơ đồ tuần hoàn 2 cấp. Mỗi sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng nhưng phải lựa chọn sao cho phù hợp với đặc điểm của công trình cũng như tầm quan trọng của phòng điều hoà. Do đó việc lựa chọn một sơ đồ điều hoà không khí thích hợp cho một công trình đòi hỏi phải xem xét cả mặt kỹ thuật cũng như mặt kinh tế để tùm ra phương án chọn tối ưu nhất.
Sơ đồ thẳng là sơ đồ lấy toàn bộ không khí tươi ngoài trời cho qua dàn lạnh để xử lý nhiệt ẩm rồi được cấp vào không gian điều hoà, sau đó được thải thẳng ra ngoài không tuần hoàn.
Sơ đồ thẳng thường được sự dụng trong không gian điều hoà có phát sinh chất độc hại như các phân xưởng độc hại, hầm ngầm, các giếng mỏ, các cơ sở quân sự đặc biệt, các cơ sở y tế như phòng mổ, phòng thí nghiệm…
Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp được sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống tương đối đơn giản, đảm bảo được yêu cầu về sinh, vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế cao. Sơ đồ này được sử dụng cả ở lĩnh vực điều hoà tiện nghi và điều hoà công nghệ yêu cầu xử lý không khí kiểu trung tâm như hội trường, tạp hát, phòng họp, siêu thị, khách sạn, tiền sảnh, nhà ăn…
Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp được sử dụng cho điều hoà tiện nghi nhằm nâng cao nhiệt độ thổi vào khi nhiệt độ thổi vài quá thấp ra sơ đồ này còn được sử dụng cho điều hoà công nghệ như trong các xí nghiệp công nghiệp nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm năng lượng.
Đối với công trình “DATA CENTER FPT TÂN THUẬN” là công trình điều hoà không đòi hỏi khắt khe về chế độ nhiệt ẩm nên ta lựa cho sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp là đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Sơ đồ này có các ưu nhược điểm chính sau: - Tiết kiệm được năng lượng hơn so với sơ đồ thẳng tuy nhiên thiết bị phức tạp hơn so với sơ đồ thẳng.
- Thiết bị đơn giản hơn so với sơ đồ tuần hoàn 2 cấp mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh.
- Máy làm việc nhẹ tải, giảm đầu tư chi phí vận hành. - Tuổi thọ máy cao, vận hành đơn giản.
5.1. Sơ đồ tuần hoàn một cấp
Sơ đồ nguyên lý
Hình 5. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn 1 cấp
Nguyên lý làm việc của hệ thống
Không khí ngoài trời có trạng thái N (tN, φN) qua cửa lấy gió tươi đi vào buồng hoà trộn. Tại đây diễn ra quá trình hoà trộn giữa không khí ngoài trời và không khí tuần hoàn có trạng thái T (tT, φT). Không khí sau khi hoà trộn có trạng thái H (tH, φH) được quạt
gió thổi vào không gian điều hoà qua miệng thổi. Không khí thổi vào có trạng thái V (tV, φV) do nhận nhiệt thừa và ẩm thừa trong không gian điều hoà nên không khí tự thay đổi đến trạng thái T (tT, φT) sau đó được hút qua miệng hồi, không khí vào cửa gió hồi để đến buồng hoà trộn. Một phần không khí có trạng thái T trong không gian điều hoà được thải ra ngoài thông qua cửa gió thải.
5.2.Xác định các điểm trên ẩm đồ
Để xác định được các điểm trên ẩm đồ ta phải sử dụng một loạt các đại lượng khác nhau như:
- Hệ số nhiệt hiện, gòm 3 loại: hệ số nhiệt hiện phòng, hệ số nhiệt hiện tổng và hệ số nhiệt hiện hiệu dụng.
- Hệ số đi vòng.
- Điểm đọng sương thiết bị.
Sử dụng ẩm đồ với các đại lượng trên độ chính xác cao hơn. Vì điểm O tuỳ theo kiểu dàn lạnh hay dàn phun, số hàng ống, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn hay nhỏ mà có thể đạt φ = 90% đến φ = 100% chứ không lấy định hướng như phương pháp truyền thống.
5.2.1.Hệ số nhiệt hiện trong tổng RSHF (Room Sensible Heat Factor): 𝜺𝒉𝒇
Hệ số nhiệt hiện trong phòng là tỷ số của nhiệt hiện trong phòng (Room Sensible Heat) và tổng nhiệt trong phòng (Room Total Heat)
εht = Qh
Qh + Qa
(5-1) Trong đó:
Qh - Tổng nhiệt hiện của phòng
Qa - Tổng nhiệt ẩn của phòng
Tổng nhiệt hiện gồm có: nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do Q2, nhiệt hiện truyền qua vách Q3, nhiệt hiện truyền qua nền Q4, nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q5, nhiệt hiện tỏa do thiết bị điện Q6, nhiệt hiện do người tỏa ra Q7, nhiệt hiện do gió lọt vào phòng Q8.
Tính toán cho phòng sử dụng theo nhu cầu Ta có: Qh = 1820097.556 W Qa = 150.73 W Suy ra: εht = Qh Qh + Qa = 1820097.556 1820097.556 + 150.73 = 0.99991 (5-2)
5.2.2.Hệ số nhiệt hiện trong phòng RSHF (Room Sensible Heat Factor): 𝜺𝒉𝒇
Hệ số nhiệt hiện trong phòng là tỷ số của nhiệt hiện trong phòng (Room Sensible Heat) và tổng nhiệt trong phòng (Room Total Heat)
εhf = Qhf
Qhf+ Qaf
(5-3) Trong đó:
Qhf - Tổng nhiệt hiện của phòng (không có thành phần nhiệt hiện của gió tươi và gió lọt)
Qaf - Tổng nhiệt ẩn của phòng (không có thành phần nhiệt ẩn của giớ tươi và gió lọt) Tổng nhiệt hiện gồm có: nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do Q2, nhiệt hiện truyền qua vách Q3, nhiệt hiện truyền qua nền Q4, nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q5, nhiệt hiện tỏa do thiết bị điện Q6, nhiệt hiện do người tỏa ra Q7,
Tổng nhiệt ẩn gồm có: nhiệt ẩn do người tỏa ra Q4a. Tính toán cho phòng sử dụng theo nhu cầu
Ta có: Qhf = 1807602.556 W Qaf = 150,73 W Suy ra: εhf = Qhf Qhf+ Qaf = 1807602.556 1807602.556 + 150,73 = 1
5.2.3.Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (Effective Sensible Heat Factor): 𝜺𝒉𝒆𝒇
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng là tỷ số của nhiệt hiện hiệu dụng trong phòng và tổng nhiệt hiệu dụng trong phòng.
εhef = Qhef
Qhef+ Qaef
(5-4) Trong đó:
𝑄ℎ𝑒𝑓 - Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng của phòng ERSH (Effective Room Sensible Heat):
Qhef = Qhf+ εBFQhN (5-5)
𝑄𝑎𝑒𝑓 - Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERLH (Effective Room Latent Heat):
Qaef = Qaf+ εBFQaN (5-6)
𝜀𝐵𝐹 - Hệ số đi vòng (Bypass Factor) tra theo bảng 4.22 [1, trang 162]
Hệ số đi vòng ƐBF (By Pass Factor)
Hệ số đi vòng là tỉ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với dàn với tổng lượng không khí qua dàn, kí hiệu ƐBF:
ƐBF = 𝐺𝐻
𝐺𝐻+𝐺𝑂=𝐺𝐻
𝐺 (5-7)
GH: lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với dàn nên vẫn có trạng thái của điểm hòa trộn, kg/s.