Một hệ thống nước lạnh bao gồm một hệ thống lạnh,hệ thống phõn phối nước lạnh, hệ thống làm mỏt tải bằng nước được làm lạnh và một hệ thống giải nhiệt.
Khi khởi động hệ thống nước trước hết là khởi động cỏc bơm phõn phối nước lạnh. Sau đú chiller sẽ khởi động dưới sự khởi động bờn trong nú nếu nhiệt độ nước lạnh cung cấp cao hơn giỏ trị đặt. Đầu tiờn chiller giải nhiệt nước sẽ khởi động bơm nước giải nhiệt, sau đú nếu dũng nước lạnh và nước giải nhiệt đều khụng thể ngăn chặn bởi cỏc cụng tắc dũng ( tốt nhất là loại chờnh lệch ỏp suất) chiller sẽ khởi động.
Hệ thống nước lạnh được sử dụng nhiều trong tũa nhà hơn hệ thống giàn lạnh gión nở trực tiếp bởi vỡ nú linh hoạt hơn và cú giỏ thành thấp hơn. Nước lạnh thụng thường được lấy từ thỏp xủ lý trung tõm được phỏt ra từ một hay nhiều chiller và được phõn bố tới cỏc AHU.
Hình 3.19. Nguyên lý hoạt động của chiller
Nguyờn lý hoạt động của chiller: Bơm hỳt đưa nước vào trong chiller. Trong chiller cú bộ trao đổi giỏn tiếp Evaporator- Condenser, hơi lạnh đươc bay hơi. Phần nước con lại được ngưng tụ lại được đưa qua thỏp làm mỏt CO rồi lại quay trở lại chiller.
4.1.2 Hệ thống điều hũa cục bộ ( Air handling unit – AHU )
Hệ thống điều hũa cục bộ AHU dựng để cấp giú tươi với cụng suất lớn . AHU chỉ cho tớn hiệu nhiệt độ đầu ra ở một nhiệt độ nhất định.AHU thụng qua tốc độ quạt
độ đầy tải bộ biến tần cung cấp giỏ trị tần số dũng điện là 50hz tương ứng với tốc độ quạt cấp là 100%.
Sơ đồ điều khiển của AHU như sau:
Hỡnh 4.2 Sơ đồ khối điều khiển của AHU
Sơ đồ hệ thụng điều khiển chi tiết AHU được dựng trong hệ thống như hỡnh vẽ của AHU diagram: nhiệt độ khớ ngoài trời OA đi qua bộ đo tớn hiệu nhiệt độ đầu vào TD rồi được đưa vào phũng qua bộ lọc giữ chức năng bỏo bẩn bằng cỏch đo chờnh ỏp đầu vào và đầu ra. Tiếp đến khớ qua dàn coil giữ lạnh giữ nhiệm vụ làm lạnh cho khớ từ ngoài vào,dàn coil cú van giữ nhiệm vụ cho nước lạnh vào dàn coil. Khụng khớ được làm lạnh tiếp tục được hỳt vào với fmax bằng SF( suply fan ),tốc độ của SF này được điều khiển bằng biến tần. Khớ qua SF, AHU sử dụng một bộ TD khỏc để đo nhiệt độ làm tớn hiệu phản hồi. Khớ được đưa qua bộ FNS để đo lưu lượng khớ đi vào và bộ DSP để đo ỏp suất của lưu lượng tải trước khi quay lại làm khớ hồi (RA).
4.1.3 Hệ thống FCU ( fan coil unit )
FCU là hệ thống dựng để truyền và phõn tỏn khụng khớ theo những yờu cầu khỏc nhau. Vớ dụ trong tũa nhà cú nhiều phũng với cỏc yờu cõu khỏc nhau về nhiệt độ (phũng một yờu cầu nhiệt độ là 18o,phũng 2 yờu cầu nhiệt độ là 20oC) khi đú người ta sử dụng 2 FHU với cụng suất nhỏ để truyền và phõn tỏn nhiệt từ AHU ( là 24oC) theo yờu cầu tới cỏc phũng đú.
Hỡnh 4.3 Fan coil unit (FCU)
Hình 4.4 Sơ đồ khối điều khiển FCU.
Lưu lượng chảy qua một FCU cú thể điều khiển bằng 2 cỏch. Cỏch thứ nhất dựng van hai chiều điều khiển lưu lượng nước lạnh. Cỏch thứ 2, như hỡnh 4.5, dựng van 3 ngả để điều chỉnh lưu lượng nước lạnh.
PID 2-way
Valve -
+
Thermostat Khí hồi Van 3 ngả hỗn hợp Nước lạnh hồi Nước lạnh cấp Công tắc quạt Nguồn Quạt Phin lọc
Hỡnh 4.5 FCU hai đường ống dựng van 3 ngả hỗn hợp (3-way mixing valve)
Van 3 ngả cho lưu lượng khụng đổi ở đường cấp và đường hồi và sự dao động ỏp suất nhỏ nhất ở van. Một thermostat phự hợp điều khiển van 3 ngả để điều chỉnh lưu lượng nước qua dàn. Khi thermostat cảm nhận nhiệt độ trong khụng gian cao hơn giỏ trị điểm đặt của nú, van được đặt để cho đủ dũng nước lạnh qua dàn. Khi nhiệt độ giảm xuống, tớn hiệu thermostat điều chỉnh van giảm lượng nước qua dàn và tăng lưu lượng nước đi tắt quanh dàn. Tại điểm cao nhất của dải hoạt động của thermostat, van nằm ở vị trớ bypass của dàn, và khụng cú dũng qua dàn. Quạt chạy liờn tục hay dừng phụ thuộc vào sự giảm nhiệt độ xuống dưới giỏ trị đặt.
Trong sơ đồ FCU diagram: SA được đưa vào FCU qua dàn coil làm lạnh rồi được quạt SF đưa ra làm khớ hồi RA.
4.2. Giới thiệu cụng trỡnh: Tổ hợp văn phũng số 9 - Đào Duy Anh
4.2.1. Điều kiện mặt bằng
Tổ hợp văn phũng này được xõy dựng mới trờn phố Đào Duy Anh. Đõy là một cụng trỡnh cú khiến trỳc hiện đại, nằm tại một khu vực khỏ lý tưởng, trờn mặt bằng rộng trờn 1000 m2, cao 57,5 m2 với 16 tầng. Diện tớch và bố trớ mặt bằng cụ thể của cỏc tầng như sau:
Tầng hầm diện tớch sàn là 1036 m2, bao gồm gara ụ tụ, xe mỏy, bể xử lý nước thải, mỏy điều hoà, cỏc bơm nước…
Tầng 1, 2, 3 cú diện tớch sàn là 842 m2, chủ yếu là cỏc văn phũng cho thuờ. Riờng tầng 1 cú một khu vực ăn uống nhẹ (Highland cafe) và phũng bảo vệ.
Tầng 4 đến 14 cú diện tớch sàn là 778 m2, gồm cỏc văn phũng cho thuờ. Từ tầng 1 đến 15, mỗi tầng đều cú 1 khu vệ sinh tập trung.
Tầng 16 cú diện tớch sàn 595 m2, là tầng phục vụ ăn uống, cú 1 khu vệ sinh. Tầng 1, 2 cú chiều cao 4,2m trong đú chiều cao trần giả là 1,2m. Cỏc tầng 3ữ14 cú chiều cao là 3,3m trong đú chiều cao trần giả là 0,7m. Tõng 16 cú chiều cao 4,4m với chiều cao trần giả là 1,4m.
4.2.2. Phõn tớch và lựa chọn hệ thống ĐHKK. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống ĐHKK cần phải phục vụ toàn bộ diện tớch từ tầng 1 đến tầng 16 trừ cỏc phũng kho và khu vệ sinh. Nhà bếp cần bố trớ cỏc hệ thống thụng giú cỏch nhiệt bằng cỏc vật liờu khụng chỏy, cú van giú chặn chặn lửa, cú cỏc phin lọc giú mỡ (giú bếp). Cỏc khu vệ sinh cú đường thụng thải giú lờn mỏi. Cỏc cầu thang cần bố trớ hệ thống quạt ỏp dương đề phũng cỏc trường hợp hoả hoạn để cú thể thoỏt nạn dễ dàng.
Hệ thống ĐHKK phải đảm bảo tiện nghi, thoả món yờu cầu vi khớ hậu nhưng khụng được làm ảnh hưởng đến kết cấu xõy dựng và trang trớ nội thất bờn trong toà nhà cũng như cảnh quan sõn, vườn bờn ngoài toà nhà.
Hệ thống ĐHKK cần đỏp ứng cỏc chỉ tiờu cơ bản sau của điều hoà tiện nghi: - Đảm bảo cỏc thụng số nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch của khụng khớ theo tiờu chuẩn tiện nghi của TCVN 5687-1992.
- Lượng khụng khớ tươi cần đảm bảo mức tối thiểu 20 m3/h/người.
- Khụng khớ tuần hoàn trong nhà phải được thụng thoỏng hợp lý và cú quạt thải trờn tum, trỏnh hiện tượng khụng khớ từ cỏc khu vệ sinh lan truyền vào hành lang và vào phũng. Trỏnh hiện tượng khụng khớ từ ngoài vào phũng gõy đọng ẩm trong phũng và trờn bề mặt thiết bị.
- Hệ thống ĐHKK cú khả năng điều chỉnh năng suất lạnh.
- Bố trớ hợp lý cỏc hệ thống phụ như lấy giú tươi, xả giú thải, thải nước ngưng từ cỏc FCU, AHU.
- Cỏc thiết bị của hệ thống cần cú độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, đảm bảo mỹ quan cụng trỡnh.
Đỏp ứng cỏc chỉ tiờu này cú thể dựng hệ VRV hoặc hệ thống trung tõm nước. Qua so sỏnh ưu nhược điểm ở trờn, cựng cỏc điều kiện cụ thể của cụng trỡnh, em quyết định thiết kế hệ thống trung tõm nước bằng nước với cỏc lý do cụ thể như sau:
- Hệ trung tõm nước cú giỏ thành thấp hơn nhiều, cỏc FCU đặt trờn trần giả, thổi giú qua cỏc miệng thổi nờn nhỡn khỏ gọn và đẹp.
- Hệ nước an toàn với vũng tải lạnh, dễ kiểm soỏt mụi chất, dễ bố trớ cỏc thiết bị lọc bụi, khử mựi…
kỹ thuật cú thờm khụng gian cho cỏc cụng việc kỹ thuật khỏc. Đặc biệt khụng phải quan tõm đến năng suất giải nhiệt khi trời quỏ núng hoặc khi trời giụng, bóo (giú quẩn).
- Việc sử dụng hệ thống điều hũa trung tõm giải nhiệt nước cú hiệu quả rất cao. Hệ thống này cú hiệu suất cao hơn hẳn cỏc hệ thống điều hũa khỏc, kể cả loại giải nhiệt bằng giú cú biến tần. Chiller giải nhiệt nước cú thể đạt hiệu suất tới 0,7kW/Ton lạnh Mỹ (12000 Btu/h = 3516 W), trong khi cỏc mỏy giải nhiệt khỏc thường chỉ đạt hiệu suất khoảng 1,2kW/Ton lạnh. Do đú, để tiết kiệm điện năng ở mức tối đa hệ thống điều hũa khụng khớ sẽ được chọn là chiller giải nhiệt nước.
Túm lại, việc sử dụng hệ thống điều hũa trung tõm kiểu giải nhiệt bằng nước cho toà nhà cú ưu điểm cơ bản là tiết kiệm điện năng cũng như chi phớ vận hành so với cỏc hệ thống điều hũa khụng khớ khỏc.
Để giữ nguyờn vẹn kiến trỳc của toà nhà và trỏnh gõy ồn cho cỏc phũng, cỏc Chiller, bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt sẽ đặt tại phũng mỏy nằm ở tầng hầm. Cỏc thỏp giải nhiệt được đặt ở tầng mỏi của toà nhà đảm bảo mỹ quan cho toà nhà.
Để việc quản lý, điều khiển được thuận tiện, toàn bộ hệ thống ĐHKK sẽ được điều khiển tự động thụng qua hệ thống điều khiển :
- Điều khiển cỏc giàn trao đổi khụng khớ ( FCU ) bằng cỏc thermostat.
- Điều khiển cỏc bộ xử lý khụng khớ bằng cỏc bộ điều khiển số của hóng sản xuất.
- Điều khiển hoạt động cỏc hệ thống thụng giú bằng cỏc tủ điện điều khiển tự động thụng thường.
- Kết nối toàn bộ hệ thống thụng giú, điều hoà khụng khớ và cỏc hệ thống kỹ thuật khỏc vào hệ thống tự động toà nhà (BMS).
4.3 Lựa chọn thiết bị
4.3.1 Chọn cỏc cảm biến: a) Cảm biến dũng chảy:
Hỡnh 4.6 Cảm biến dũng chảy
Thụng số kỹ thuật DC AC
Dũng qua tải nhỏ nhất 5mA
Sụt ỏp <2V <2V Dũng chảy bỡnh thường 200cm/s Phạm vi điều chỉnh 100 đến 2500cm/s Biờn độ nhiệt độ -20oC đến +70oC Kết nối Cable 2m Vỏ bọc nhựa, nikel b) Cảm biến nhiệt độ khụng khớ
Chọn loại cảm biến DDT 0001 Với cỏc ưu điểm:
Đỏp ứng sự thay đổi nhiệt độ nhanh
Thiết kế hợp lý, dễ dàng di chuyển
Hình 4.7 Cảm biến nhiệt độ không khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cỏc thụng số kỹ thuật:
Model Chiều dài Trở khỏng 20oC Dải to thay đổi
DDT 0001 100mm ữ 300mm 5573Ω -5oC ữ 100oC
c) Cảm biến nhiệt độ nước
Chọn Đời cảm biến: DWT 0001 DST 0001
Hình 4.8 Cảm biến nhiệt độ nước
Model Khung và chiều dài Trở khỏng 20oC Dải nhiệt độ
DWT 0001 Ngõm nước, 100mmữ300mm 5573Ω -10 ữ 120oC DST 0001 Bề mặt ống 5573Ω 5 ữ120oC Độ ẩm lớn nhất: 95% RH Độ ẩm nhỏ nhất: 0% RH d) Bộ Lọc chờnh ỏp Chọn bộ lọc chờnh ỏp loại SPA 1402:
Hỡnh 4.9 Bộ Lọc chờnh ỏp
Dải ỏp suất điều chỉnh từ 1mbar ữ 10 mbar Dải điện ỏp: 1A 250V ac
Biờn độ dao động nhiệt độ: -25 ữ 85oC Kớch thước:
Hình 4.10 Kích thớc bộ lọc
Đo ỏp suất: bằng hai ống nhựa với đường kớnh 6mm
Chọn biến tần loại MM 430 cua hóng siemens:
4.11 Biến tần MM430
Cỏc thụng số kỹ thuật:
Dải điện ỏp và cụng suất: 380ữ480V; ±10% 3AC, 7.5 to 250KW Nhiệt độ hoạt động: -10 40oC
Điều khiển xử lý: Cú khối PID tớch hợp bờn trong Kiểu điều khiển: FCC ( flux current control )
Đầu vào: 6 đầu vào số, 2 đầu vào tương tự, 1 đầu vào PTC/KTY Đầu ra: 2 đầu ra tương tự, 3 đầu ra trễ
f) Lựa chọn van +) Van 2 ngả 800P : 4.12 Van 2 ngả 800p-FL +) Van 3 ngả 900P-FL-3W: 4.13 Van 3 ngả 900P-FL-3W
4.4 Lưu đồ thuật toỏn
Hỡnh 4.14 Lưu đồ thuật toỏn
Chú thích: CHWP ( Chilling water pump): Bơm hút nớc
CO ( Cooling tower): Tháp làm mát
COWP ( Cooling water pump): Bơm hút nớc về tháp làm mát
Chiller: Thiết bị làm lạnh nớc
AHU ( Air handling unit ): Hệ thống điều hoà cục bộ
Tầng 16 chọn 1 Chiller, 1AHU, 1 FCU nờn ta cú bảng I/O như sau: Điểm Thiết bị AI AO DI DO 1 CHILLER 5 2 2 1 CWP 2 1 1 CONWP 2 1 1 CO 2 1 1 AHU 6 4 4 2 1 FCU 1 1 1 1
Với bảng I/O như vậy ta chọn hardware S7-300 như sau:
PHỤ LỤC Viết chương trỡnh: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
KẾT LUẬN
Sau 16 tuần thiết kế đồ ỏn tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống điều hoà khụng khớ cho toà nhà cao tầng” đó giỳp em hiểu rừ hơn về lý thuyết và ứng dụng thực tế của đề tài nhằm củng cố thờm cỏc kiến thức đó được học trong trường.
Kết thỳc quỏ trỡnh thiết kế đồ ỏn tốt nghiệp em đó thu được một số kết quả như sau:
Tỡm hiểu nguyờn lý của hệ thống tự động húa tũa nhà, cỏch kết nối cỏc hệ thống con trong tũa nhà vào một mạng chung. Qua tỡm hiểu về hệ thống tự động húa tũa nhà Số 9 Đào Duy Anh đó giỳp em cú thể ỏp dụng những vấn đề đó tỡm hiểu được vào một thiết kế hệ thống thực tế
Bằng việc thiết kế hệ thống điều hoà khụng khớ cho toà nhà số 9 Đào Duy Anh giỳp em cú được khỏi niệm về việc tớnh toỏn thiết kết một hệ thống, giỳp em cú thể học hỏi được về cỏc phần mềm WinCC, Step7, PLC Sim ,protool qua đú viết được chương trỡnh điều khiển, theo dừi cho hệ thống Điều khiển trung tõm.
Mặc dự đó cố gắng rất nhiều, nhưng đồ ỏn của em vẫn cũn một số hạn chế về mặt cơ sở lý thuyết cũng như kiến thức thực tế do trỡnh độ chuyờn mụn cựng với thời gian làm đề tài cũn hạn hẹp, em rất mong thầy cụ và cỏc bạn gúp ý cho em
Một lần nữa em xin cảm ơn thầy giỏo ThS.Phạm Minh Hải đó tận tỡnh giỳp đỡ em trong quỏ trỡnh thiết kế đồ ỏn. Em xin cảm ơn cỏc thầy cụ giỏo trong bộ mụn, gia đỡnh và bạn bố đó tạo điều kiện tốt nhất.
Hà Nội, ngày 10 thỏng 6 năm 2007
Sinh viờn
Tài liệu tham khảo
1.Control systems for heating, ventilating and air conditioning Roger –
W.Haines
2.Honeywell Engineering manual of automatic contro for comercial – –
Kevilgillian
3.HVAC controls operation & Mainternance Guy w.Gupton–
4.HVAC systems design handbook Roger W.Haines–
5.Ladder logic (LAD) for s7300 siemens–
6.Tự động hoá với simatic s7-300 Nguyễn Doãn Ph– ớc, Phan Xuân Minh 7.Tự động điều khiển hệ thống điều hoà không khí