III. ĐỒ THỊ I-D VÀ T-D CỦA KHƠNG KHÍ ẨM
2. thị khơng khí ẩm
Vì khơng khí ẩm phụ thuộc vào áp suất p nên mỗi đồ thị được xây dựng với một áp suất nhất định. Để các đường trên đồ thị tách xa nhau nhằm mục đích dễ sử dụng hai trục OI và Od khơng vng góc với nhau như các đồ thị khác mà hợp với nhau một góc 135o. Tuy nhiên khi vẽ người ta chỉ vẽ trong góc vng thứ nhất nên các đường i=const là những đường làm với trục OI 1 góc 45o.
146 Họ đường =const là những đường cong hướng lên như hình vẽ. Đường dưới cùng tương ứng với =100% hay đường biểu diễn các trạng thái của khơng khí ẩm bão hịa. Càng đi lên độ ẩm tương đối càng giảm. Như vậy họ đường =const chia đồ thị ra làm 3 vùng:
- Vùng khơng khí ẩm q bão hòa: gồm các trạng thái nằm phía dưới đường
=100%
- Vùng khơng khí ẩm bão hịa: gồm các trạng thái nằm trên đường =100% - Vùng khơng khí ẩm chưa bão hịa: gồm các trạng thái nằm phía trên đường
=100%
3. Các q trình nhiệt động của khơng khí ẩm
a. Q trình đốt nóng đẳng áp
Hình 1.2 Q trình đốt nóng đẳng áp
Đặc điểm của q trình đốt nóng đẳng áp là độ chứa hơi d=const nhiệt độ tăng, entanpy tăng và độ ẩm tương đối giảm. Quá trình này được thực hiện trong thiết bị đốt nóng khơng khí của hệ thống sấy và thường được gọi là calorifer.
b. Quá trình làm lạnh đẳng áp
Trong quá trình làm lạnh đẳng áp, độ chứa hơi d không đổi, nhiệt độ giảm, entapy giảm và độ ẩm tương đối tăng. Khi độ ẩm tương đối =100% thì quá trình làm lạnh tiếp tục theo đường =100%.
147
Hình 1.3 Quá trình làm lạnh đẳng áp
c. Quá trình tăng ẩm và quá trình giảm ẩm
Quá trình tăng ẩm là quá trình tăng độ chứa hơi d. Ngược lại quá trình giảm ẩm là quá trình giảm độ chứa hơi d của khơng khí. Ngun tắc chung khi tăng ẩm là đưa hơi nước hoặc nước vào khơng khí. Nhiệt độ khơng khí sau khi tăng ẩm tăng lên hay giảm đi tùy thuộc vào nhiệt độ nước hoặc hơi nước đưa vào.
d. Q trình hịa trộn hai dịng khơng khí
Hình 1.4 Q trình hịa trộn hai dịng khơng khí
Giả sử hịa trộn một lượng khơng khí ở trạng thái A(IA,dA) có khối lượng phần khơ là LA với một lượng khơng khí ở trạng thái B(IB,dB) có khối lượng phần khơ là
148 LB và thu được một lượng khơng khí ở trạng thái C(IC,dC) có khối lượng phần khơ là LC. Ta xác định các thơng số trạng thái tại điểm hịa trộn C.
Ta có các phương trình: - Cân bằng khối lượng:
LC=LA+LB - Cân bằng ẩm: dC.LC=dA.LA+dB.LB - Cân bằng nhiệt IC.LC=IA.LA+IB.LB Ta có thể rút ra A B B C C A B C C A L L d d d d I I I I
Từ phương trình trên suy ra điểm C nằm trên AB và chia đoạn AB theo tỷ lệ LB/LA cụ thể như sau:
A B B C C A B C C A L L d d d d I I I I CB AC
Thông số trạng thái C được xác định như sau
C B B C A A C L L I L L I I C B B C A A C d d d d d d d
e. Quá trình sấy lý thuyết
Quá trình sấy là lấy bớt nước của vật liệu sấy. Đặc trưng của quá trình sấy lý thuyết là IB=IC=const.
Khơng khí ẩm có trạng thái A được đốt nóng đẳng áp đến trạng thái B. Q trình đốt nóng làm cho nhiệt độ tăng lên và độ ẩm tương đối giảm xuống nên khả năng nhận hơi nước tăng lên. Khơng khí ẩm ở trạng thái B được đưa vào thiết bị sấy thực hiện quá trình sấy lý thuyết đến điểm C. Độ chứa hơi của khơng khí trước và sau q trình sấy tăng lên.
149
Hình 1.5 Quá trình sấy lý thuyết
Lượng nước Gn trong vật liệu sấy mà 1kg khơng khí khơ lấy được Gn=(dC-dB)
Lượng khơng khí khơ Gk cần thiết để làm bay hơi 1kg nước trong vật sấy Gk=
B C d d
1
Lượng khơng khí ẩm cần thiết ở trạng thái ban đầu G1 và ở trạng thái cuối G2 của quá trình sấy để làm bay hơi 1kg nước của vật liệu sấy
G1 =(1+dB)Gk G2 =(1+dC)Gk Nhiệt lượng cần thiết cho q trình đốt nóng
q=(IB-IA) (J/kgkk)
Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1kg nước trong vật sấy Q=Gkq=Gk(IB-IA)= B C A B d d I I
150
Bài tập:
1. Hãy xác định các thông số trạng thái cịn lại của khơng khí ẩm biết khơng khí có nhiệt độ 32oC, độ ẩm 65%?
2. Khơng khí ẩm có nhiệt độ ban đầu là 30oC, độ ẩm 60% được đốt nóng lên 120oC, hãy xác định các thơng số trạng thái của khơng khí sau khi đốt nóng?
Câu hỏi ơn tập:
1. Hãy trình bày các thơng số cơ bản của khơng khí ẩm? Phương pháp xác định các thông số cơ bản của khơng khí ẩm?
2. Hãy trình bày q trình hịa trộn khơng khí ẩm? Phương pháp xác định các điểm sau khi hịa trộn?
3. Hãy vẽ và trình bày ngun lý của q trình sấy, cơng thức tính nhiệt lượng của q trình sấy?
151
§2. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm về thơng gió;
- Trình bày được các đặc điểm của các hệ thống điều hịa khơng khí;
- Trình bày được các ưu nhược điểm cơ bản của các hệ thống điều hịa khơng khí;
- Chú ý cẩn thận tỉ mỉ trong q trình phân tích.
I. KHÁI NIỆM
1. Khái niệm, mục đích các hệ thống thơng gió
a. Khái niệm
Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người trong khơng gian điều hồ thường sinh ra các chất độc hại và nhiệt thừa, ẩm thừa làm cho các thơng số khí hậu trong đó thay đổi, mặt khác nồng độ ơxi cần thiết cho con người giảm, sinh ra mệt mỏi và ảnh hưởng lâu dài về sức khoẻ. Vì vậy cần thiết phải thải khơng khí đã bị ơ nhiễm (bởi các chất độc hại và nhiệt) ra bên ngoài, đồng thời thay thế vào đó là khơng khí đã được xử lý, khơng có các chất độc hại, có nhiệt độ phù hợp và lượng ơxi đảm bảo. Quá trình như vậy gọi là thơng gió. Q trình thơng gió thực chất là quá trình thay đổi khơng khí trong phịng đã ơ nhiễm bằng khơng khí mới bên ngồi trời đã qua xử lý.
b. Mục đích của thơng gió
Thơng gió có nhiều mục đích khác nhau tuỳ thuộc vào từng cơng trình và phạm vi nhất định. Các mục đích chính bao gồm:
- Thải các chất độc hại trong phịng ra bên ngồi. Trong các không gian sinh hoạt chất độc hại phổ biến nhất là CO2.
- Thải nhiệt thừa và ẩm thừa ra bên ngồi
- Cung cấp lượng ơxi cần thiết cho sinh hoạt của con người
- Trong một số trường hợp đặc biệt mục đích thơng gió là để khắc phục các sự cố như lan toả chất độc hại hoặc hoả hoạn.
2. Phân loại các hệ thống thơng gió
a. Theo hướng chuyển động của gió người ta chia ra các loại sau
152 + Thổi khơng khí sạch vào phịng và khơng khí trong phịng thải ra bên ngoài qua các khe hở của phòng nhờ chênh lệch cột áp
+ Phương pháp thơng gió kiểu thổi có ưu điểm là có thể cấp gió đến các vị trí cần thiết, nơi tập trung nhiều người, hoặc nhiều nhiệt thừa, ẩm thừa, tốc độ gió luân chuyển thường lớn. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là áp suất trong phịng là dương nên gió tràn ra mọi hướng, do đó có thể tràn vào các khu vực không mong muốn.
- Thơng gió kiểu hút :
+ Hút xả khơng khí bị ơ nhiễm ra khỏi phịng và khơng khí bên ngồi tràn vào phòng theo các khe hở hoặc cửa lấy gió tươi nhờ chênh lệch cột áp
+ Thơng gió kiểu hút xả có ưu điểm là có thể hút trực tiếp khơng khí ơ nhiễm tại nơi phát sinh, không cho phát tán ra trong phịng, lưu lượng thơng gió nhờ vậy khơng u cầu q lớn, nhưng hiệu quả cao. Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là gió tuần hồn trong phịng rất thấp, hầu như khơng có sự tuần hồn đáng kể, mặt khác khơng khí tràn vào phịng tương đối tự do, do đó khơng kiểm sốt được chất lượng gió vào phịng, khơng khí từ những vị trí khơng mong muốn có thể tràn vào.
- Thơng gió kết hợp :
+ Kết hợp cả hút xả lẫn thổi vào phòng, đây là phương pháp hiệu quả nhất.
+ Thơng gió kết hợp giữa hút xả và thổi gồm hệ thống quạt hút và thổi. Vì vậy có thể chủ động hút khơng khí ơ nhiễm tại những vị trí phát sinh chất độc và cấp vào những vị trí u cầu gió tươi lớn nhất. Phương pháp này có tất cả các ưu điểm của hai phương pháp nêu trên, nhưng loại trừ các nhược điểm của hai kiểu cấp gió đó. Tuy nhiên phương pháp kết hợp có nhược điểm là chi phí đầu tư cao hơn.
b. Theo động lực tạo ra thơng gió - Thơng gió tự nhiên :
Là hiện tượng trao đổi khơng khí trong nhà và ngồi trời nhờ chênh lệch cột áp. Thường cột áp được tạo ra do chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngồi và bên trong dịng gió tạo nên
- Thơng gió cưỡng bức :
Q trình thơng gió thực hiện bằng ngoại lực tức là sử dụng quạt.
c. Theo phương pháp tổ chức
- Thơng gió tổng thể : Thơng gió tổng thể cho tồn bộ phịng hay cơng trình
- Thơng gió cục bộ : Thơng gió cho một khu vực nhỏ đặc biệt trong phịng hay các phịng có sinh các chất độc hại lớn.
153
d. Theo mục đích
- Thơng gió bình thường : Mục đích của thơng gió nhằm loại bỏ các chất độc hại, nhiệt thừa, ẩm thừa và cung cấp ôxy cho sinh hoạt của con người.
- Thơng gió sự cố : Nhiều cơng trình có trang bị hệ thống thơng gió nhằm khắc phục các sự cố xảy ra.
+ Đề phịng các tai nạn tràn hố chất : Khi xảy ra các sự cố hệ thống thơng gió hoạt động và thải khí độc đến những nơi định sẵn hoặc ra bên ngoài.
+ Khi xảy ra hoả hoạn : Để lửa không thâm nhập các cầu thang và cửa thoát hiểm, hệ thống thơng gió hoạt động và tạo áp lực dương trên nhưng đoạn này để mọi người thoát hiểm dễ dàng.
Hệ thống thơng gió sự cố chỉ hoạt động khi xảy ra sự cố
3. Khái niệm về điều hịa khơng khí
Điều hịa khơng khí thường được mọi người sử dụng thành 3 loại ới các nội dung rộng hẹp khác nhau:
- Điều tiết khơng khí: thường được dùng để thiết lập các mơi trường thích hợp với việc bảo quản máy móc, thiết bị và đáp ứng các yêu cầu của những công nghệ sản xuất, chế biến cụ thể
- Điều hịa khơng khí: nhằm tạo ra các môi trường tiện nghi cho các sinh hoạt của con người
- Điều hịa nhiệt độ: nhằm tạo ra mơi trường có nhiệt độ thíc hợp
Như vậy, phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể khác nhau, việc điều chỉnh nhiệt độ trong khơng gian cần điều hịa không phải lúc nào cũng theo chiều hướng giảm so với nhiệt độ của môi trường xung quanh. Tương tự như vậy, độ ẩm của khơng khí cũng có thể điều chỉnh khơng chỉ giảm mà có thể được u cầu tăng lên so với độ ẩm bên ngồi
II. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
Ta có thể phân loại các hệ thống điều hịa khơng khí thành các loại như sau: - Hệ thống điều hịa khơng khí dùng trực tiếp mơi chất lạnh làm chất tải lạnh - Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh là khơng khí
- Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh là nước
- Hệ thống điều hịa khơng khí dùng khơng khí và nước làm chất tải lạnh
1. Hệ thống điều hịa khơng khí dùng trực tiếp mơi chất lạnh làm chất tải lạnh lạnh
154 Trong trường hợp các khơng gian cần điều hịa khơng khí có kích thước nhỏ, u cầu kỹ thuật không phức tạp, thông thường người ta dùng máy điều hòa cửa sổ hay hai mảng. Về cấu tạo, máy điều hịa khơng khí loại cửa sổ có hình dạng khối chữ nhật, trong đó người ta lắp đầy đủ và hoàn chỉnh các bộ phận cần thiết của một máy lạnh.
1: Dàn nóng ; 2: Máy nén; 3: Mơtơ quạt; 4: Quạt dàn lạnh; 5: Dàn lạnh; 6: Lưới lọc; 7: Cửa hút gió lạnh; 8: Cửa thổi gió; 9: Tường nhà
Hình 2.1 Hệ thống máy điều hịa một cụm
Nói chung máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ có những ưu điểm như rẻ tiền và dễ lắp đặt. Tuy nhiên, máy điều hịa loại này cũng có một số nhược điểm như:
- Khó chọn vị trí lắp đặt - Độ ồn ngày càng tăng - Tính thẩm mỹ kém - Cơng suất tương đối nhỏ
Từ những nhược điểm trên, ta thấy các máy điều hòa 2 mảng được sản xuất khá nhiều và xuất hiện nhiều trên thị trường. Về cấu tạo ta thấy máy 2 mảng được tạo nên từ hai phần hoàn toàn rời nhau: phần làm lạnh được lắp bên trong khơng gian cần điều hịa và phần thảy nhiệt được lắp bên ngồi khơng gian cần điều hịa.
Hệ thống điều hịa khơng khí loại hai mảng có khá nhiều ưu điểm: - Dễ chọn vị trí lắp đặt
155 - Độ ồn ít
- Tính mỹ quan cao
Hình 2.2 Hệ thống máy điều hịa hai cụm
Tuy nhiên máy điều hịa khơng khí kiểu 2 mảng cũng có những nhược điểm nhất định, đó là giá thành cao và địi hỏi phải có thợ chun mơn lắp đặt.
Khi phụ tải và kích thước khơng gian cần điều hịa lớn hơn, có thể sử dụng máy điều hịa dạng ngun cụm.
Máy ngun cụm có các loại sau:
156 - Loại chuyển tải bằng khơng khí thơng qua ống dẫn ngắn
- Loại dùng đường ống dẫn hơi dài hơn để phân phối lạnh
Hình 2.3 Hệ thống máy điều hòa nguyên cụm 2. Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh là khơng khí
Để điều hịa khơng khí trong một khơng gian rộng lớn thì ta sử dụng khơng khí làm chất tải lạnh. Hệ thống sử dụng khơng khí làm chất tải lạnh thường là máy điều hòa trung tâm. Hệ thống điều hịa trung tâm là hệ thống mà ở đó xử lý nhiệt ẩm được tiến hành ở một trung tâm và được dẫn theo các kênh gió đến các hộ tiêu thụ
Trên thực tế máy điều hòa dạng tủ là máy điều hòa kiểu trung tâm. Ở trong hệ thống này khơng khí sẽ được xử lý nhiệt ẩm trong một máy lạnh lớn, sau đó được dẫn theo hệ thống kênh dẫn đến các hộ tiêu thụ.
157
Hình 2.4 Hệ thống máy điều hịa với chất tải lạnh là khơng khí
Ngồi ra người ta cịn sử dụng thiết bị làm lạnh nước gọi là Water Chiller để thực hiện quá trình làm lạnh nước, sau đó nước được bơm nước vận chuyển đến các FCU hoặc các AHU… rồi từ các FCU, AHU đó nước sẽ làm làm khơng khí bên trong khơng gian cần điều hịa.
3. Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh là nước
Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh là nước được xem là thích hợp cho những nhà cao tầng, có nhiều khơng gian riêng biệt, cấu trúc phức tạp.
Về cơ bản hệ thống điều hòa với chất tải lạnh là nước tương tự như chất tải lạnh là khơng khí, nhưng hệ thống này khơng có hệ thống đường ống dẫn khơng khí, mà các FCU hoặc AHU được đặt ngay trong không gian cần điều hòa, và các AHU này