Giáo trình kỹ thuật điều hòa không khí, Lý thuyết và bài tập - Hoàng An Quốc, Lê Xuân Hòa

Chương 1: Phạm vi sử dụng Điều hòa không khí Chương 2: Những khái niệm cơ bản về không khí ẩm Chương 3: Các quá trình cơ bản của không khí ẩm trên đồ thị t-d Chương 4: Tính toán phụ tải

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

TS HOÀNG AN QUỐC - TS LÊ XUÂN HÒA

(Lý thuyết và bài tập)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

MỞĐẦU

Giáo trình Điều hòa không khí được biên soạn dựa trên đề cương

chi tiết học phần Điều hòa không khí thời lượng 30 tiết giảng dạy cho

sinh viên chuyên ngành Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh, Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Giáo trình này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật thuộc các ngành kỹ thuật

có liên quan

Nội dung của giáo trình gồm 9 chương, mỗi chương gồm có phần

lý thuyết và bài tập minh họa

Chương 1: Phạm vi sử dụng Điều hòa không khí

Chương 2: Những khái niệm cơ bản về không khí ẩm

Chương 3: Các quá trình cơ bản của không khí ẩm trên đồ thị t-d Chương 4: Tính toán phụ tải lạnh

Chương 5: Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí

Chương 6: Các hệ thống điều hòa không khí

Chương 7: Điều hòa không khí kiểu bay hơi

Chương 8: Các hệ thống thông gió

Chương 9: Tính toán thiết kế ống gió

Trong quá trình biên soạn giáo trình này, chúng tôi đã tham khảo nhiều tài liệu của nhiều tác giả trong và ngoài nước, nhân đây cho chúng tôi gửi lời chân thành cảm ơn đến các tác giả Xin chân thành cảm ơn KS Nguyễn Hoài Phúc, KS Đỗ Xuân Khải, KS Phan Xuân Huy, KS Nguyễn Ngọc Yên, KS Nguyễn Quang Đàm đã giúp đỡ tác giả cho việc hoàn chỉnh giáo trình này

Lần đầu tiên xuất bản nên giáo trình này không tránh khỏi các sai sót, mong ban đọc góp ý cho các tác giả

Xin chân thành cảm ơn

Các tác giả

MỤC LỤC

Chương 1: PHẠM VI SỬ DỤNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ 11

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA

1.4 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ TOÀN

1.7 HỆ THỐNG HVAC LÀ MỘT PHẦN CỦA CẤU TRÖC TÕA

1.9 VẬN HÀNH, BẢO TRÌ, SỬA CHỮA HỆ THỐNG HVAC 30 1.10 LÀM VIỆC TRONG HỆ THỐNG HVAC CÔNG NGHIỆP 30

1.12 SỰ TƯƠNG TÁC NĂNG LƯỢNG VÀ MÁY VI TÍNH 33

Chương 2: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA KHÔNG

2.4 BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG VÀ BẢO TOÀN NĂNG

2.5 QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN CỦA CÁC DÒNG KHÔNG KHÍ(

2.10 LÀM LẠNH VÀ HÖT ẨM 76 2.11 HỆ SỐ NHIỆT HIỆN TRONG KHÔNG GIAN ĐIỀU HÒA

2.12 HỆ SỐ NHIỆT HIỆN TỔNG QUÁT ( THAM KHẢO HÌNH 2.22) 81

2.13 LÀM LẠNH VÀ LÀM ẨM ( THAM KHẢO HÌNH 2.29) 89 2.15 HIỆU SUẤT LÀM ẨM ( THAM KHẢO HÌNH 2.30) 90

2.17 GIA NHIỆT VÀ HÖT ẨM ( HÖT ẨM ĐOẠN NHIỆT ) 94

2.19 HỆ SỐ NHIỆT HIỆN TRONG PHÕNG(PHÉP DỰNG

Chương 3: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÔNG KHÍ

4.5 NHIỆT THỪA TỪ BỨC XẠ MẶT TRỜI QUA TƯỜNG

4.7 NHIỆT THỪA TỪ BỨC XẠ MẶT TRỜI QUA VÙNG KÍNH 182

4.9 LƯU LƯỢNG KHÔNG KHÍ YÊU CẦU CHO MỖI NGƯỜI 187

4.13 NHIỆT THỪA TỪ CÁC THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG 195

Chương 5: THÀNH LẬP &TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÕA

5.2 HỆ SỐ NHIỆT HIỆN TRONG PHÒNG (ROOM SENSIBLE

5.4 HỆ SỐ NHIỆT HIỆN HIỆU DỤNG TRONG PHÕNG 237

5.8 CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ MÙA ĐÔNG 278

Chương 6: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ 287

6.2 CÁC THIẾT BỊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

6.3 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ 288

6.5 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO MÙA ĐÔNG 292 6.6 HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ CHO MÙA HÈ 294

6.8 HỆ THỐNG ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ NGUYÊN CỤM 303

Chương 7: ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ KIỂU BAY HƠI 313

7.2 ỨNG DỤNG TIỀM NĂNG CỦA ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ

7.3 ỨNG DỤNG KHÁI QUÁT CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI

7.6 LÀM LẠNH BAY HƠI KẾT HỢP GIÁN TIẾP VÀ TRỰC

7.7 HỆ THỐNG LÀM LẠNH BAY HƠI CÓ HỒI NHIỆT 323 7.8 LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC TÍNH CỦA LÀM LẠNH BAY HƠI

7.9 QUÁ TRÌNH NHIỆT ẨM CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH

8.4 HỆ THỐNG CẤP GIÓ HAY HỆ THỐNG ÁP SUẤT

8.5 HỆ THỐNG KẾT HỢP THỔI VÀ HÚT GIÓ (COMBINED

8.6 HỆ THỐNG HÖT PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ (AIR

9.2 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ VÀ CÁC YẾU TỐ TÁC

9.5 SẮP XẾP ỐNG GIÓ CHO CƠ SỞ THƯƠNG MẠI (CỬA

9.10 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG DÒNG KHÔNG KHÍ QUA ỐNG GIÓ HOẶC PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC CHO ỐNG GIÓ 353

9.12 TỔN THẤT ÁP LỰC KHÁC NHAU TRONG ỐNG GIÓ 356 9.13 TỔN THẤT ÁP SUẤT MA SÁT TRONG ỐNG GIÓ 356 9.14 ĐƯỜNG KÍNH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA ỐNG GIÓ TRÕN

9.20 ÁP SUẤT ĐƯỢC TĂNG LÊN BỞI QUẠT VÀ CÔNG

Chương 1

PHẠM VI SỬ DỤNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Vào thời tiền sử, con người đã biết sử dụng lửa để làm ấm ngôi nhà

và dùng nước lạnh để giảm nhiệt độ của nó.Cho đến hàng triệu năm sau vẫn chưa có những cải thiện đáng kể nào Lửa được đặttrong các lâu đài thời trung đại ở ChâuÂu vànó gia nhiệt không xung quanh ngay lập tức Những bức tranh theo thời gian cho thấy các vị vua và nữ hoàng mặc

những bộ da lông thú và mang găng tay trong nhà vào mùa đông

Đã có một vài tiến bộ xuất hiện, người Roma cổ đại đã biết làm ấmkhông khí trong các tòa nhà bằng bức xạ mặt trời cực kì hiệu quảvà sau đó lưu thông không khí đó trong các sàn rỗng hoặc tường rỗng.Trong điều kiện khí hậu khô ráo ở vùng Trung Đông, con người đã treo các mái giả được làm ướt ở trước cửa và từ đó đã cho thấyhình thức ban đầu về

sự làm mát không khí bay hơi Ở ChâuÂu, Leonardo da Vinci đã thiết kế một bộ làm mát bay hơi kích thước lớn (hình 1.1)

Hình 1.1 Phát minh thiết bị làm lạnh và thông gió của Leonardo

da Vinci trong thế kỉ 15

Bộ làm mát và thông gió được chế tạo bởi Leonardo da Vinci vào thế kỉ 15 Đây là bộ điều hòa không khí cho phòng the của Beatrice d’Este (vợ của người đỡ đầu da Vinci), công tước của Milan Bánh xe được đặt ở bên ngoài tường của lâu đài và được quay bởi sức nước (thủy lực)với sự hỗ trợ từ những người nô lệ Các van được mở và đóng tự

động, đưa không khí đi vào thùng quay, nơi không khí được làm sạch và đẩy ra thông qua trục rỗng tâm và đường ống vào phòng

Tuy nhiên, sự phát triển củagia nhiệt, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) thực tế được nghiên cứu chỉ mới khoảng 100 năm trước Những hệ thống gia nhiệt trung tâm đã được phát triển trong thế kỉ 19 và điều hòa không khí mùa hè sử dụng kiểu làm lạnh cơ học đã được phát triển thành một ngành công nghiệp chínhchỉ sau trong60 năm sau đó Nhưng mãi đến năm 2000, các hệ thống HVAC ở nước Mỹ đã thu về50 tỉ

đô la hàng năm trong việc lắp đặt hệ thống, với gần 20 triệu đô la trong việc bán các thiết bị

Con người trong một xã hội hiện đại có thể dành tới 90% thời gian trong nhà Điều này không quá ngạc nhiên Chính vì vậy, việc tạo ra một môi trường trong nhà thoải mái và đảm bảo sức khỏe đã trở thành một vấn đề chính trong nền kinh tế của chúng ta

MỤC TIÊU

Sau khi nghiên cứu chương này, bạn sẽ có thể:

1 Liệt kê các điều kiện môi trường mà một hệ thống điều hòa không khí có thể kiểm soát

2 Mô tả những nơi mà điều hòa không khí được sử dụng

3 Vẽphác họa sơ đồ các bộ phận chính của một hệ thống điều hòa không khí

4 Vẽ phác họa sơ đồ các bộ phận chính của một hệ thống làm mát

và gia nhiệt thủy nhiệt

5 Mô tả các điều kiện môi trường bên trong mà cung cấp một sự tiện nghi đầy đủ

6 Mô tả cấu trúc thương mại của hệ thống HVAC, bao gồm cơ hội nghề nghiệp

7 Mô tả sự tổ chức của các đội thi công và đội thiết kế trong các tòa cao ốc

1.1 PHẠM VI CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Điều hòa không khí là quá trình xử lý không khí trong một môi

trường để thiết lập và duy trì các tiêu chuẩn về nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch

và sự chuyển động không khínhư mong muốn

Chúng ta sẽ cùng khám phá những điều kiện này được điều chỉnh như thế nào:

1 Nhiệt độ: Nhiệt độ của không khí được điều chỉnh bởi sự gia nhiệt

hoặc làm mát không khí

2 Độ ẩm: Độ ẩm không khí (hơi nước chứa trong không khí) được

điều chỉnh bằng việc thêm hoặc loại bỏ hơi nước khỏi không khí

(sự gia ẩm hay sự khử ẩm)

3 Độ sạch: Độ sạch của không khí hay chất lượng không khí được điều chỉnh bằng việc lọc,khử chất gây ô nhiễm không mong muốn bằng phin lọc hoặc các thiết bị khác, hoặc bằng sự thông gió,

thêm không khí bên ngoài vào để làm giảm các chất gây ô nhiễm.Thông thường, khi lắp đặt người ta đều sử dụng cả lọc khí

và thông gió

4 Sự chuyển động: Sự chuyển động của không khí dựa vào vận tốc

không khí và không gian không khí được phân phối Việc này được điều chỉnh bởi các thiết bị phân phối không khí thích hợp Điều chỉnh âm thanh là một chức năng phụ của một hệ thống điều hòa không khí mặc dù hệ thống này có thể gây ra một số vấn đề phức tạp.Thiết bị điều hòa không khí có thể tạo ra tiếng ồn quá mức, do đó cần

có các thiết bị tiêu âm trong hệ thống

Một hệ thống nước nóng hoặc một hệ thống gia nhiệt hơi nước,

gồm một lò hơi, hệ thống đường ống và các thiết bị bức xạ điều chỉnh nhiệt độ không khí để sưởi ấm vào mùa đông Các loại hệ thống thường được sử dụng phổ biến trong các nhà riêng (khu dân cư), nhà chung cư, tòa nhà công nghiệp

Hệ thống không khí nóngbao gồm một buồng đốt và các đường ống

sẽ điều chỉnh nhiệt độ không khí chỉ trong mùa đông Tuy nhiên, việc thêm độ ẩm trong đường ống có thể điểu chỉnh độ ẩm trong mùa đông

Hệ thống không khí nóng được dùng phổ biến trong khudân cư

Nhiều khu nhà ở có sự kết hợp thiết bị làm mát và gia nhiệt không khí để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong cả mùa đông và mùa hè Các mức độ điều khiển chất lượng và sự vận chuyển không khí được tích hợp trong các hệ thống làm mát và gia nhiệt không khí

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Nhiệt luôn luôn di chuyển từ nơi ấm hơn sang nơi lạnh hơn Trong mùa đông, có tổn thất nhiệt liên tục từ các tòa nhà ra ngoài trời Nếu không khí trong các tòa nhà được duy trì ở một nhiệt độ thích hợp, nhiệt phải được liên tục cung cấp đến không khí trong phòng Thiết bị cung

cấp nhiệt yêu cầu gọi là một hệ thống gia nhiệt

Hình 1.2 Hình ảnh đô thị Manhattan với Tháp đôi Trung tâm

Thương mại Thế giới

Trong mùa hè, nhiệt liên tục đi vào các tòa nhà từ bên ngoài Để duy trì không khí trong phòng ở nhiệt độ phù hợp, lượng nhiệt thừa phải được loại bỏ khỏi phòng Các thiết bị loại bỏ nhiệt thừa này được gọi là

hệ thống làm mát (làm lạnh)

Một hệ thống điều hòa không khí có thể cung cấp nhiệt, làm mát hoặc cả hai Kích thước cũng như tính phức tạp của nó phụ thuộc vào quy mô của không gian sử dụng Ví dụ, có thể sử dụng một thiết bị cửa

sổ cho một phòng nhỏ và với một tòa nhà phức tạp ta sử dụng một hệ thống lớn, như là Trung tâm Thương mại Thế giới (hình 1.2) dựa trên cùng một nguyên lí cơ bản Hầu hết các hệ thống làm mát và gia nhiệt có các thành phần cơ bản sau:

1 Một nguồn nhiệtđể bổ sung nhiệt lượng cho một dòng chất lưu

(không khí, nước hoặc hơi)

2 Nguồn làm lạnh để loại bỏ nhiệt lượng từ dòng chất lưu (không

khí hoặc nước)

3 Một hệ thống phân phối (mạng lưới các đường ống) để mang

dòng chất lưu đến các phòng để gia nhiệt hoặc làm mát

4 Các thiết bị (quạt hoặc bơm) để vận chuyển không khí hoặc nước

5 Các thiết bị phụ để truyền nhiệt giữa dòng chất lưu và phòng

Chúng ta sẽ giới thiệu ngắn gọn về chức năng và sơ đồ các thành phần chính Các thành phần này bao gồm điều khiển tự động hóa, các thiết bị an toàn, các van, các bộ giảm âm, sự lắp đặt và các thiết bị tiêu

âm và giảm chấn sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở các chương sau Các hệ thống điều hòa không khí sử dụng nước để gia nhiệt hoặc làm mát dòng

chất lưu được gọi là hệ thống toàn nước hoặc là hệ thống thủy nhiệt; những hệ thống khác sử dụng không khí gọi là toàn không khí Một hệ thống sử dụng cả nước và không khí được gọi là hệ thống kết hợp hoặc

hệ thống nước – không khí

1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TOÀN NƯỚC

Một hệ thống gia nhiệt thủy nhiệt điển hình được trình bày ở hình

1.3 Nước được gia nhiệt ở nguồn nhiệt (1), thường là một lò hơi nước nóng Nước sau khi gia nhiệt được lưu thông bằng bơm (2) và đưa đến mỗi phòng thông qua hệ thống ống dẫn (3) và đi vào một thiết bị đầu

cuối (4) Không khí trong phòng được gia nhiệt bằng cách mang nó đến

tiếp xúc với thiết bị đầu cuối Từ đó nước mất một lượng nhiệt của nó cho phòng, nó phải hồi về nguồn nhiệt (1) để được gia nhiệt lại

Nếu hơi nước được dùng trong hệ thống gia nhiệt, các bộ phận làm việc với cùng một hình thức, ngoại trừ bơm thì không cần thiết để vận chuyển hơi; áp suất của hơi sẽ có được điều này Tuy nhiên, khi hơi nước

làm mát ở thiết bị đầu cuối, nó ngưng thành nước và có thể cần một bơm

nước ngưng để đưa nước trở lại lò hơi.Nguyên lý của một hệ thống làm mát thủy nhiệt cóhình thức tương tự với một hệ thống gia nhiệt thủy

nhiệt Nước được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh được gọi là máy làm lạnh nước (1) Máy làm lạnh nước được vận chuyển bằng bơm (2) và di chuyển tới mỗi phòng thông qua hệ thống ống dẫn (3) và đi vào thiết bị đầu cuối (4)

Hình 1.3 Sơ đồ các thành phần cơ bản của một hệ thống gia nhiệt nước

nóng (thủy nhiệt)

Không khí trong phòng ấm hơn sẽmất một lượng nhiệt của nó cho nước lạnh ở thiết bị đầu cuối Khi nước được gia nhiệt, nó phải trở về máy làm lạnh nước để được làm lạnh lại Các hệ thống thủy nhiệt thường được sử dụng phổ biến cho các hệ thống HVAC với yêu cầu cả gia nhiệt

và làm mát Bởi vì nó có thể sử dụng hệ thống ống tương tự cho cả hai bằng việc kết nối song song một lò hơi nước nóng và máy làm lạnh nước (hình 1.5), sử dụng từng hệ thống khi cần

Hình 1.4Sơ đồ các thành phần cơ bản của một hệ thống làm lạnh

nước

Hình 1.5Sơ đồ các thành phần cơ bản của một hệ thống gia nhiệt

và làm mát thủy nhiệt

1.4 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TOÀN KHÔNG KHÍ

Các hệ thốngtoàn không khísử dụng không khí để gia nhiệt hoặc

làm mát các phòng Chúng còn có khả năng điều chỉnh độ ẩm và cung cấp sự thông khí ngoài trời, điều mà hệ thống thủy nhiệt không thể làm được

Hình 1.6 Sơ đồ các thành phần cơ bản của một hệ thống làm lạnh

và gia nhiệt toàn khí

Một hệ thống gia nhiệt và làm mát toàn không khí được thể hiện ở hình 1.6 Không khí được gia nhiệt ở nguồn nhiệt (1), ví dụ như một buồng đốt (Nó có thể là một bộ trao đổi nhiệt tuần hoàn nước nóng, được gia nhiệt bằng một lò hơi riêng biệt).Không khí sau khi được gia nhiệt sẽ được vận chuyển bằng quạt (2) và đưa tới mỗi phòng thông qua các đầu ra gọi là miệng thổi khí hoặc van điều tiết khí (4) được thiết kế

để phân phối không khí thích hợp trong phòng Khi không khí cấp được gia nhiệt đi vào phòng, phòng sẽ được gia nhiệt

Vào mùa đông, có thể một máy điều ẩm để duy trì độ ẩm trong phòng phù hợp

Vào mùa hè, không khí được làm lạnh khi nó lưu thông qua một nguồn lạnh (5) thường là một dàn các ống chứa môi chất làm lạnh bởi các thiết bị làm lạnh Khi không khí cấp đi vào phòng, phòng sẽ được làm lạnh

Vì kích thước của từng phòng là cố định, thể tích không khí đi vào phòng phải bằng thể tích không khíthoát ra Điều này thường được thực hiện bởi các ống gió hồi (6) Không khí được gia nhiệt hoặc làm lạnh trở lại và được vận chuyển lại.Hệ thống ống gió lấy không khí ngoài trời để cung cấp không khí tươi cho chất lượng không khí tăng lên.Thể tích không khí thải ra (8) bằng với thể tích của không khí tươi cấp vào Chất lượng và độ ẩm có thể được điều chỉnh bởi bộ lọc khí (9), máy điều ẩm khí (10)

Hình 1.7 Sơ đồ các bộ phận của thiết bị điều hòa không khí cả năm cho

khu dân cư (bình ngưng máy lạnh tách rời)

Một ví dụ về bộ thiết bị hệ thống toàn khí được thể hiện ở hình 1.7

Sơ đồ này phù hợp cho điều hòa không khí thương mại và dân dụng

Các hệ thống kết hợp

Hệ thống kết hợp nước và không khí luôn được ưa chuộng Ví dụ, một hệ thống thủy nhiệt trong làm lạnh trung tâm có thể tạo ra nước lạnh hoặc nước nóng sau đó nó được vận chuyển qua các bộ trao đổi nhiệt làm lạnh hoặc gia nhiệt trong các hệ thống toàn khí lớn đến các không gian khác của tòa nhà

Các hệ thống điều hòa không khí đơn nhất và trung tâm

Một hệ thống điều hòa không khí đơn hoặc một khối (nguyên cụm)

sử dụng các thiết bị mà tất cả hoặc hầu hết các bộ phận chính đã được lắp ráp sẵn trong nhà máy (ví dụ phòng điều hòa không khí) Ví dụ,lắp đặt thiết bị đơn toàn khí trên mái (một bộ trên mái), như sử dụng trong các siêu thị, được thể hiện ở hình 1.8

Hình 1.8: Thiết bị điều hòa không khí loại đặt trên mái

Một hệ thống điều hòa không khí trung tâm hoặc lắp ghép thường

sử dụng các thiết bị trung tâm đặt ở các phòng thiết bị cơ khí Mỗiphần của thiết bị được lắp đặt riêng biệt và được kết nối ở công trường, đúng hơn là được sản xuất như một khối Hình 1.9 cho thấy một phần thiết bị của hệ thống trung tâm

Hình 1.9 (a) Phòng thiết bị cơ khí của một hệ thống điều hòa trung tâm

lớn có máy lạnh hấp thụ

1.5 SỰ TIỆN NGHI CỦA CON NGƯỜI

Từ mục đích chung của hầu hết các hệ thống điều hòa không khí là

để tạo ra một môi trường tiện nghi, người thiết kế hệ thống và người vận hành phải hiểu rõ về các yếu tố ảnh hưởng đến sự tiện nghi của con người

Các quá trình tổn thất nhiệt đến không gian xung quanh: đối lưu, bức xạ, bay hơi Sự trao đổi giữa cơ thể với môi trường được thể hiện

trong hình 1.9(b)

Trong quá trình đối lưu, không khí xung quanh cơ thể ngay lập tức

sẽ nhận nhiệt từ cơ thể Không khí được gia nhiệt tiếp tục di chuyển ra

xa, do sự đối lưu tự nhiên qua không khí lạnh hơn ở gần nó hoặc cưỡng bức để thổi ra xa Không khí lạnh xung quanh sẽ tiếp tục nhận nhiệt

Trong quá trình bức xạ, nhiệt cơ thể được truyền trực tiếp qua

không gian xung quanh đến các đối tượng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ

cơ thể ở gần đó (ví dụ: vách tường) Đây là lí do tại sao chúng ta thường cảm thấy không thoải mái khi ngồi gần cửa sổ hoặc vách tường vào thời thiết lạnh, thậm chí trong một căn phòng ấm Tuy nhiên, nguồn gia nhiệt

ấm hơn cơ thể có thể bức xạ nhiệt về phía cơ thể, nó sẽ tạo ra một cảm giác ấm ngay cả khi nhiệt độ không khí xung quanh thấp Đây là lí do tại sao ta có cảm giác ấm khi đứng trước một ngọn lửa ngay cả vào ngày lạnh Hiện này, nhiều nhà hàng và quán cà phê có gắn kính với các tấm panel gia nhiệt bức xạ để duy trì sự thoải mái cho khách hàng trong mùa đông dù cho nhiệt độ cà phê chỉ khoảng 500

F (100C)

Cơ thể cũng được làm lạnh bằng sự bay hơi: nước ở trên da (mồ

hôi) sẽ hấp thụ nhiệt từ cơ thểsau đó bay hơi vào không khí xung quanh

và mang theo lượng nhiệt đó

Mức độ tổn thất nhiệt cơ thể chịu ảnh hưởng bởi 5 điều kiện sau:

1 Nhiệt độ không khí

2 Độ ẩm không khí

3 Sự chuyển động của không khí

4 Nhiệt độ các vật xung quanh

5 Quần áo

Người thiết kế và vận hành hệ thống có thể điều chỉnh sự tiện nghi

cơ bản bằng việc điều chỉnh ba điều kiện: nhiệt độ, độ ẩm và sựchuyển động không khí.Vậy chúng được điều chỉnh như thế nào để cải thiện sự tiện nghi?

Nhiệt độ không khí trong nhà có thể được tăng lên để giảm tổn thất nhiệt cơ thể (vào mùa đông) hoặc giảm xuống để tăng tổn thất nhiệt cơ thể (vào mùa hè) bằng sự đối lưu

Độ ẩm có thể được tăng lên để giảm tổn thất nhiệt cơ thể (vào mùa đông) và hạ thấp để tăng tổn thất nhiệt cơ thể (vào mùa hè) bằng sự bay hơi

Sự chuyển động không khí có thể tăng lên để tăng tổn thất nhiệt cơ thể (vào mùa hè) và hạ thấp để giảm tổn thất nhiệt cơ thể (vào mùa đông) bằng sự đối lưu

Dĩ nhiên, những người sống trong các tòa nhà có nhiều sự điều chỉnhcá nhân cho sự tiện nghi của chính họ.Ví dụ, họ có thể điều chỉnh

số lượng áo quần mà họ mặc, họ có thể sử dụng quạt để tăng quá trình đối lưu và tổn thất nhiệt bay hơi, họ có thể ở xa các bức tường và cửa sổ lạnh để giữ ấm cơ thể trong mùa đông

Chất lƣợng không khí trong phòng

Chất lượng không khí là một yếu tố khác nói đến độ tinh khiết của không khí Mức độ của chất lượng khí tác động đến cả sự tiện nghi và sức khỏe Chất lượng không khí sẽ giảm đi bởi sự có mặt của các chất gây ô nhiễm như là khói thuốc lá, bụi, vi sinh vật và khí độc hại Các thiết bị làm sạch như là phin lọc có thể được sử dụng để loại bỏ bụi Các chất hấp thụ có thể được dùng để loại bỏ các chất khí không mong muốn Chúng ta có thể làm loãng nồng độcác chất gây ô nhiễmkhông khí trong phòng bằng việc bổ sung không khí ngoài trời vào tòa nhà.Phương pháp

này gọi là sự thông gió (thông khí)

Vấn đề về chất lượng không khí trong nhà (IAQ) đã trở thành mối quan tâm chính và quan trọng trong nhiều năm gần đây Đã có nhiều bằng chứng cho thấy rằng các chất gây ô nhiễm không khí trong phòng là

nguyên nhân ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Cụm từ hội chứng bệnh từ tòa nhà và các bệnh liên quan đến tòa nhà được đưa ra nhằm ám

chỉ đến những tác động này Những nỗ lực cải thiện và nghiên cứu mạnh

mẽ đang được thực hiện trong trong ngành HVAC

Rõ ràng chất lượng không khí kém sẽ góp phần gây nên những vấn

đề về sức khỏe con người Khi con người sử dụng lên đến 90% thời gian của họ trong nhà, đây là một vấn đề đáng được quan tâm Hệ thống HVAC liên quan với chất lượng khí trong nhà (IAQ), thường có những vấn đề và có những giải pháp tiềm năng cho những vấn đề ấy

Sự ô nhiễm không khí từ các nguồn bên trong tòa nhà là nguyên nhân chính gây ra IAQ kém, nhưng chất lượng không khí ngoài trời đi vào tòa nhà cũng là một phần tạo nên vấn đề này

Hình 1.9 (b) Sự trao đổi nhiệt giữa cơ thể với môi trường

Sự nhấn mạnh trong việc thảo luận ở đây sẽ là các vấn đề về IAQ trong môi trường làm việc thương mại hơn là những khu dân cư, nhà ở mặc dù chúng có các vấn đề tương tự

Tác động sức khỏe

Tác động ngắn hạn từ các chất ô nhiễm trong không khí có thể vào mắt, mũi tạo nên sự bực tức, buồn nôn, đau đầu và mệt mỏi Những triệu chứng của bệnh như là hen suyễn có thể tăng cao

Bệnh sốt là một chứng bệnh về hô hấp do các vi sinh vật trong các thiết bị hút ẩm và điều hòa không khí

Bệnh viêm thành phế nang nhạy cảm là một chứng bệnh do hít phải các bụi bẩn hữu cơ

Tác động dài hạn có thể thấy sau nhiều năm là bệnh tim, ung thư phổi

Thuật ngữ Hội chứng bệnh công trình (SBS) chỉ ra những triệu chứng có thể tác động đến người sử dụng trong suốt thời gian họ ở trong nhà và không thể phát hiện các dấu vết các chất độc hại đặc biệt

Các chất độc hại trong nhà

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) Các hợp chất hữu cơ này

dễ phát ra mùi từ các vật liệu tòa nhà, gỗ dán, tấm mùn cưa, chất bám dính, tấm thảm, các vật liệu làm sạch, sơn, máy pho to copy, thuốc trừ sâu Formandehit là một chất được biết rộng rãi nhất trong các chất ô nhiễm VOC

Sự nhiễm bẩn sinh học Đó là vi khuẩn, vi rút, nấm mốc, mạt, phấn hoa

Môi trường khói thuốc lá (EST) Cũng được gọi là “khói thuốc lá bị động” đây là hỗn hợp của các vật chất được phát ra từ việc đốt cháy thuốc lá, qua đường hô hấp của người sử dụng

Rn (Radon) Đây là một khí phóng xạ phát ra từ đất Nó có thể đi vào tòa nhà thông qua các vách, sàn, giếng, kênh dưới lòng đất Nó là một vấn đề rất phổ biến trong các tòa nhà riêng hơn là các tòa nhà thương mại

Bông khoáng Đây là chất khoáng vật sử dụng trong dạng sợi để bọc cách nhiệt và làm vật liệu phòng hỏa trong các tòa nhà

Sợi thủy tinh Các vật liệu làm bằng sợi thủy tinh được sử dụng như là lớp cách nhiệt và cách âm trong các hệ thống HVAC Những loại sợi này thường tách ra (bong ra) và được mang vào những không sử dụng Ngoài ra, các lớp bọc dạng sợi này có thể như là một không gian tái sinh cho nấm mốc

Carbon dioxide (CO2) Nó là một phân tử tự nhiên trong khí quyển, nó không phải là một khí độc hại nhưng thường được sử dụng để thông gió thích hợp Nồng độ ngoài trời của CO2 khoảng 300 ppm (1/1 triệu) Trong những khu vực trong nhà không có sự thông gió tốt và quá đông người sử dụng, nồng độ CO2 sẽ tăng lên nhanh chóng Tiêu chuẩn ASHRAE khuyến cáo một mức ngưỡng 1000 ppm trên mức CO2 cho thấy chất lượng khí trong nhà kém Tuy nhiên, có nhiều ý kiến khác nhau trong vấn đề này, cần phải nghiên cứu nhiều hơn nữa là việc làm cần thiết

Các giải pháp khắc phục

Có ba phương thức tiếp cận để cải thiện chất lượng khí trong các tòa nhà:

1 Điều khiển nguồn Việc này gồm sự tránh xa việc sử dụng các vật liệu hoặc các chất hóa học có nguồn gốc ô nhiễm Nếu các chất này có tại chỗ, hãy thực hiện việc ngăn chặn hoặc loại bỏ chúng

2 Thông gió Trong những nỗ lực bảo tồn năng lượng sử dụng, không khí thẩm thấu (xâm nhập) đã được giảm bằng cách giảm hoặc bịt kín các chỗ hở trong cả những tòa nhà hiện nay và trong những tòa nhà thiết kế mới Công việc này liên kết với việc sử dụng lưu lượng thông gió ngoài trời tối thiểu trong những hệ thống HVAC được khuếch đại tác động đến các chất ô nhiễm khí trong nhà, khi chúng được giữ trong tòa nhà lâu hơn và với nồng

độ lớn hơn

Nồng độ các chất độc hại trong không khí bên ngoài nhà có thể giảm được bằng cách cung cấp sự thông gió ngoài trời từ các hệ thống HVAC Bảng 6.17 đưa ra những yêu cầu về sự thông gió điển hình của những tiêu chuẩn trạng thái hiện nay

3 Làm sạch Mức nồng độ của các chất độc hại có trong không khí

có thể giảm bằng cách làm sạch cả không khí và nội dịch tốt Các bộ lọc khí trong các hệ thống HVAC chính xác và hiệu quả

sẽ giảm nồng độ các chất độc hại ngoài trời cần thiết Với các bộ lọc hiệu suất cao hơn thì việc này càng hiệu quả hơn: đó có thể là các bộ lọc HEPA, các thiết bị xử lý không khí bằng điện và các

bộ lọc carbon hoạt tính Nếu không khí ngoài trời với nồng độ thích hợp, các bộ lọc OA có thể cần thiết

Bảo dưỡng nội dịch tốt và thường xuyên là một phần rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng khí bên trong ổn định Các mục sau đây có thể được quan tâm:

A Làm sạch và thay thế các bộ lọc khí thường xuyên Đây là khu vực thường bị bỏ qua

B Giảm hoặc khử các khu vực ẩm ướt Ví dụ, nên quan tâm đến các khay (máng) nước thải trong hệ thống HVAC

C Hút bụi cho các khu vực nơi bụi có thể tích trữ Một ví dụ đó là đường ống gió

D Ứng dụng phù hợp các bộ lọc CO2 đến các khu vực nơi mà quá trình phát triển CO2 như mong đợi, như là tháp giải nhiệt, bình khử ẩm, các dàn và các khay nước thải Căn bệnh hiểm nghèo được gọi là hội chứng viêm phổi do nhiễm khuẩn thường xảy

ra đầu tiên trong những hệ thống HVAC, như là tháp giải nhiệt Phải quan tâm thực hiện việc làm sạch cho các không gian sử dụng

1.6 NHỮNG TIÊU CHUẨN TIỆN NGHI

Những nghiên cứu về các điều kiện ảnh hưởng đến sự tiện nghi của con người đã dẫn đến sự phát triển của cáctiêu chuẩn về các điều kiện không khí trong nhà được khuyến cáo cho sự tiện nghi được đưa ra trong

tiêu chuẩn ASHRAE 55-1992, Các tiêu chuẩn môi trường về nhiệt cho người sử dụng.Các kết quả của những nghiên cứu này được trình bày ở

hình 1.10

Vùng đậm màu trong hình 1.10 được gọi là các dải tiện nghi

Chúng thể hiện những vùng của nhiệt độ không khí và độ ẩm tương đối nơi mà ít nhất 80% người sử dụng sẽ cảm thấy một môi trường tiện nghi Chú ý có dải tách biệt đối với mùa đông và mùa hè, tương ứng với phần gạch chéo ở hai bên vùng đậm màu

Sử dụng hình 1.10 chỉ phù hợp với các điều kiện sau:

1 Dải tiện nghi chỉ áp dụngđến những người làm việc tại chỗ hoặc hoạt động nhẹ

2 Dải tiện nghi chỉ áp dụng cho áo sơ mi tay áo ngắn và quần mỏng mùa hè hoặc tương đương (0.5 clo); và quần dày, áo sơ mi tay dài

và áo vét hoặc áo len dài tay, hoặc tương đương (0.9 clo)

3 Dải tiện nghi áp dụng cho sự chuyển động của không khí trong dải đang sử dụng không quá 30 feet/phút (FPM) (30 × 0.3 = 9 m/phút) trong mùa đông và 50 FPM (50 × 0.3 = 15 m/phút) trong mùa hè

4 Dải tiện nghi chỉ áp dụng cho các điều kiện xác định của bức xạ nhiệt giữa người sử dụng và không gian xung quanh Ví dụ, một người nhậnbức xạ mặt trời trực tiếp qua một cửa sổ trong mùa hè

có thể cảm thấy không thoải mái mặc dù nhiệt độ và độ ẩm trong phòng nằm trong dải sự tiện nghi

*Tiêu chuẩn ASHRAE cho hiệp hội các kĩ sư điều hòa không khí, làm lạnh và gia nhiệt Mỹ

**Clo là một bộ số mô tả sự cách nhiệt tổng của quần áo

Mặc dù những hạn chế này có thể làm giảm tính hữu dụng của hình 1.10, nhưng thực ra ở đây không phải như vậy Đầu tiên, những trường hợp đặc biệt phổ biến (một văn phòng) Hơn nữa, đối với các điều kiện thay đổi thì các dải tiện nghi có thể được điều chỉnh để phù hợp hơn với những thay đổi này Để tạo ra những hiệu chỉnh này chúng ta có thể tìm chúng trong các tiêu chuẩn ASHRAE

sử dụng Vậy đây có phải là một điều kiện trong nhà thích hợp?

Đáp án

Từ hình 1.10, điều kiện được nói tới (giao điểm của 770F DBT và 50% RH) nằm trong dải tiện nghi mùa hè, chính vì vậy hầu hết những người sử dụng sẽ cảm thấy thoải mái

Tiêu chuẩn chất lƣợng không khí

Như đã được đề cập ở phần trước, chất lượng không khí trong nhà thích hợp được duy trì bằng việc làm sạch không khí và bố sung không khí bên ngoài vào (sự thông gió)

Những điều kiện thiết kế trong nhà đối với sự bảo toàn năng lƣợng

Những dải tiện nghi được thể hiện ở hình 1.10 đưa ranhiều lựa chọn cho nhà thiết kế và vận hành các hệ thống điều hòa không khí Trong nhiều năm gần đây với nỗ lực để bảo toàn năng lượng thì nhiều điều kiện đặc biệt đã được đưa ra(bảng 1.1) Các nhiệt độ được liệt kê nằm ở điểm cuối phía dưới của dải tiện nghi vào mùa đông và nằm ở điểm cuối phía trên của dải tiện nghi vào mùa hè Những sự đề nghị này

có thể không phải là sự lựa chọn chính: hầu hết các bang hiện tại tuân theo các điều kiện thiết kế bảo toàn năng lượng Ví dụ, tiêu chuẩn năng lượng bang New York yêu cầu nhiệt thiết kế độ tối đa trong nhà vào mùa đông là 72 0

F (22,22oC) và nhiệt độ thiết kế tối thiểu trong nhà vào mùa

hè 780F (25,56oC).(Những ngoại lệ có thể cho là như vậy cho các tình trường hợp đặc biệt, trong các ứng dụng) Tiêu chuẩn năng lượng California yêu cầu giá trị thiết kế trong nhà trong mùa đông là 700F và

780F vào mùa hè

Hình 1.10 Các dải tiện nghi của nhiệt độ không khí trong phòng

và độ ẩm tương đối

Bảng 1.1 Các điều kiện thiết kế không khí trong phòng bảo toàn

năng lượng được đề nghị cho sự tiện nghi của con người

Nhiệt độ khí, DBT ( 0 F)

Độ ẩm (RH), %

Vậntốc tối

đa (FPM)

Lớp cách nhiệt, clo

Mùa

Giá trị được đề nghị trong bảng 1.1 đưa rachonhững ứng dụng như các văn phòng, khu dân cư và các tòa nhà công cộng nhưng ở đây có sự ngoại lệ Nhiệt độ trong phòng thấp hơn trong mùa đông có thể được sử dụng trong các kho hàng khi những người sử dụng có áo quần dày Nhiệt

độ trong phòng cao hơn vào mùa đông luôn phù hợp cho bọn trẻ nhỏ, công dân lớn tuổi và những người bệnh Những ứng dụng khác thì có thể

có những điều kiện thiết kế khác

1.7 HỆ THỐNG HVAC LÀ MỘT PHẦN CỦA CẤU TRÚC TÒA NHÀ

Những sinh viên dự định làm việc trong ngành công nghiệp HVAC phải hiểu biết về cơ cấu tổ chức cũng như phạm vi của nó trong một tòa nhà

Sự hình thành một hệ thống HVAC cho một tòa nhà bao gồm 4 bước sau:

Thiết kế một hệ thống HVAC cho những dự án lớn là trách nhiệm

của các kỹ sư tư vấn cơ khí Hệ thống ống nước, điện và xây dựng được

thiết kế bởi những kỹ sư tư vấn chuyên môn có trình độ cao trong những lĩnh vực của họ Những kỹ sư tư vấn có thể thực hiện những nhiệm vụ

khác như là ước tính chi phí và giám sát công trình xây dựng Những công việc này được thực hiện với sự hợp tác củakiến trúc sư Họ là

những người thực hiện công việc thiết kế và lên kế hoạch tổng thể cho tòa nhà.Ví dụ về sơ đồ tổ chức tiến độ thi công được thể hiện ở hình 1.1

Sự phối hợp công việc giữa nhà kiến trúc sư và các kỹ sư cơ khí là nhiệm vụ rất quan trọng và khó khăn Công việc này bao gồm sự kiểm tra các thiết bị và các vật liệu sao cho không làm cản trở với những công việc khác.Nếu không phối hợp hiệu quả sẽ dẫn đến những hậu quả tai hại

Thiết kế một hệ thống HVAC bao gồm việc xác định loại hệ thống

sẽ sử dụng, tính toán phụ tải lạnh và gia nhiệt, tính toán kích thước các hệ thống đường ống, lựa chọn các loại và kích thước thiết bị, xác định vị trí của từng thiết bị trong tòa nhà.Bản vẽ thiết kế HVAC được xem như là một công cụ để tham khảo khi lắp đặt hệ thống Những bản vẽ này thể hiện các đặc điểm kỹ thuật của thiết bị trong hệ thống HVAC

tả nhóm thiết kế và thi công trong một tòa nhà

Hình 1.11Sơ đồ tổ chức nhóm thiết kế và thi công cho một tòa nhà

Nhà thầu cơ khí sử dụng các bản vẽ thiết kế của các kỹ sư tư vấn cơ khí(gọi là bản vẽ kỹ thuật) và sau đó chuẩn bị những bản vẽ thi công từ

bản vẽ thiết kế đó Bản vẽ thi công có kích thước lớn hơn và có nhiều bản

vẽ chi tiết hơn về hệ thống HVAC Những bản vẽ thi công này sẽ cần thiết cho công nhân khi thi công Nhà thầu cơ khí thuê nguồn lao động bao gồm công nhân đường ống, công nhân kim loại thép, công nhân cách nhiệt và những công nhân kiến trúc khác

Nhà thầu cơ khí mua các thiết bị và vật liệu HVAC cần thiết Để thực hiện điều này, họ phải mua các thiết bị và vật liệu được thể hiện trong các bản vẽ kỹ thuật Đây có thể là một nhiệm vụ rất phức tạp Chi phí hoạt động và chi phí nhân công phải được xác định trước

Khi hoàn thành công việc lắp đặt hệ thống, nhà thầu cơ khí sẽ kiểm tra, điều chỉnh, cân bằng hệ thống HVAC (công việc này gọi là TAB)

Các kỹ sư tư vấn cơ khí có thể kiểm tra sự lắp đặt và kiểm tra công việc TAB

Hình 1.12 Sơ đồ tổ chức của một đội xây dựng cao ốc 1.9 VẬN HÀNH, BẢO TRÌ, SỬA CHỮA HỆ THỐNG HVAC

Khi hoàn thành công việc lắp đặt hệ thống HVAC và sau khi vận

hành, kiểm tracũng như cân bằng hệ thống (TAB),nhân viên vận hành hệ thốngtòa nhà sẽ tiếp quản những công việc tiếp theo Nhiệm vụ của họ là

vận hành hệ thống, duy trì các điều kiện phù hợp trong tòa nhà cũng nhưcố gắng sử dụng năng lượng ít nhất và duy trì hệ thống làm việc hiệu quả, chính xác

Trách nhiệm của các kỹ sư vận hành là thường xuyên kiểm tra và bảo trì hệ thống HVAC

Khi có những vấn đề xảy ra thì nhân viên vận hành tòa nhà sẽ tự kiểm tra và sửa chữa, khắc phục sự cố Tuy nhiên, khi có những sự cố lớn thì đòi hỏi phải có nhà thầu sửa chữa cơ khí Họ sẽ sử dụng các thiết

bị đo đạc, kiểm tra các điều kiện và so sánh chúng với các bản vẽ cũng như các thông số kỹ thuật trong hệ thống HVAC Các quá trình này sẽ tìm ra được nguyên nhân gây ra sự cố trong hệ thống Do đó, nhà thầu sửa chữa sẽ có những giải pháp thích hợp như là sửa chữa hoặc thay thế cũng như điều chỉnh các thiết bị trong hệ thống

1.10 LÀM VIỆC TRONG HỆ THỐNG HVAC CÔNG NGHIỆP

Việc những sinh viên muốn làm việc trong các hệ thống HVAC công nghiệp thì đòi hỏi phải có những khóa huấn luyện chuyên môn là rất cần thiết Họ có thể nắm vững hệ thống cũng như có những cải thiện đáng kể cho ngành công nghiệp này

Vấn đề quan trọng đó là phải nắm vữngkiến thức cơ bản của nguyên lý điều hòa không khí dù cho mình có được làm trong các bộ phận thiết kế, lắp đặt, vận hành, sửa chữa hay không Đó là điều phải làm nếu muốn thành công trong lĩnh vực này

Sự mô tả về các nhà quản lý cũng như trách nhiệm của họ sẽ giúp sinh viên có thể hiểu sâu hơn về công nghiệp HVAC

Kỹ sư cố vấn kỹ thuật là nhà thiết kế hệ thống gia nhiệt, thông gió,

điều hòa không khí, hệ thống đường ống cho các tòa cao ốc

Họ sẽ ước tính chi phí, thực hiện tính toán kỹ thuật, chuẩn bị thông

số kỹ thuật và bản vẽ thiết kế, giám sát thi công Các vị trí bao gồm: quản

lí dự án, nhà thiết kế, người vẽ, người giám định,chuyên viên máy vi tính, chuyên gia năng lượng

Nhà thầu cơ khílà một công ty lắp đặt hệ thống Bao gồm ước tính chi phí, chuẩn bị bản vẽ kỹ thuật, giám sát thi công Các vị trí: kỹ sư thương mại, chuyên gia ước lượng, quản lí hợp đồng, người vẽ, đại lý mua hàng, giám sát công trình, chuyên viên kỹ thuật công trình, giám sát sửa chữa công trình

Công ty dịch vụsẽ sửa chữa và duy trì hệ thống HVAC Nó thường

là một bộ phận của nhà thầu cơ khí Các vị trí bao gồm: kỹ sư thương mại, người đại diện, chuyên gia ước lượng, quản lí dịch vụ, kỹ sư và giám sát sửa chữa công trình, giám sát công trình

Nhà sản xuấtlà một công ty mà sản xuất các thiết bị HVAC Nó bao

gồm sản xuất, nghiên cứu, phát triển, tiếp thị và bán hàng Các vị trí bao gồm: kỹ sư thương mại, người đại diện, quản lí bán hàng, kỹ sư ứng dụng, người vẽ thiết kế, đại lý mua hàng, giám sát sản xuất, kỹ sư và giám sát sửa chữa công trường, giám sát cửa hàng, kỹ sư và giám sát nghiên cứu và phát triển

1.11 SỰ PHÂN CÔNG TRÁCH NHIỆM CÔNG VIỆ

Quản lí dự án: giám sát thiết kế của dự án cho kỹ sư cố vấn

Hướng dẫn các nhà thiết kế và người vẽ thiết kế, kiểm tra tính toán và bản vẽ thiết kế, kết hợp với kiến trúc sư và cố vấn

Nhà thiết kế: tiến hành tính toán, lựa chọn thiết bị, vẽ bố cục hệ

thống và thông số kỹ thuật, giám sát vẽ

Người vẽ: chuẩn bị bản vẽ với sự giám sát Có thể hỗ trợ trong làm

việc thiết kế

Người giám định: giám sát lắp đặt hệ thống trong suốt quá trình

xây dựng để kiểm tra phù hợp với bản vẽ thiết kế và thông số kỹ thuật Kiểm tra thực hiện sau khi kiểm tra và điều chỉnh

Người lập trình viên máy tính: các quá trình làm việc bằng máy

tính như là tính tải và nghiên cứu năng lượng

Chuyên gia năng lượng: chuẩn bị năng lượng sử dụng các quá

trình phân tích và tương tác, nghiên cứu những thay đổi khác

Kỹ sư thương mại: bán các hợp đồng lắp đặt, sửa chữa và thiết bị

Đưa ra các lời khuyên kỹ thuật cho khách hàng

Người đại diện: các quá trình bán hàng và đặt hàng bằng điện thoại

và thư điện tử Đưa ra giá và thông tin sản phẩm

Người ước lượng: dùng các bản vẽ thiết kế và thông số kỹ thuật để

xác định số lượng của vật liệu, số lượng nhân công và thiết bị cho dự án Chuẩn bị chi phí từ dữ liệu đó

Quản lí hợp đồng: giám định hợp đồng, chịu trách nhiệm về chi

phí, tiến độ thực hiện và lắp đặt

Người mua hàng: đặt và mua các vật liệu và thiết bị cho dự án

Kiểm tra các đặc tính kỹ thuật, bám sát thời gian nhận hàng

Người giám sát công trình: giám sát sự lắp đặt kỹ thuật Kiểm tra

xác nhận với bản vẽ thiết kế và các thông số kỹ thuật và giải quyết các vấn đề mâu thuẫn xảy ra

Quản lí dịch vụ: giám sát hợp đồng và lắp đặt sửa chữa

Chuyên viên kỹ thuật và kỹ sư sửa chữa công trình: xác định

giải pháp để giải quyết các vấn đề vẫn còn tồn tại của vật liệu và thiết bị, hướng dẫn sửa chữa

Chuyên gia kỹ thuật nhà xưởng: chịu trách nhiệm cho sự lắp ráp

trong công trình hoặc sửa chữa công trình

Quản lí thương mại: giám sát việc bán hàng và tiếp thị theo các

dòng sản phẩm của một nhà sản xuất

Kỹ sư ứng dụng: hỗ trợ kỹ sư tư vấn hoặc nhà thầu để cung cấp

thông tin kỹ thuật và hỗ trợ các chọn lựa thiết bị một cách chính xác

Giám sát sản phẩm: chịu trách nhiệm cho sự lắp đặt của thiết bị

trong nhà máy Giám sát công việc kỹ thuật của nhân viên, kiểm tra giám sát, giám sát chất lượng

Kỹ sư giám sát nghiên cứu và phát triển: vẽ bản vẽ thiết kế, phát

triển và kiểm tra các thiết bị mới

Kỹ sư vận hành chính: giám sát vận hành và bảo trì, bảo dưỡng

của hệ thống tòa nhà Xác định các phương pháp vận hành thoải mái và tương tác với năng lượng, quá trình bảo dưỡng nhà máy, hướng dẫn làm việc cho nhân viên vận hành

Kỹ sư trựcca: chịu trách nhiệm cho sự vận hành và bảo trì hệ

thống tòa nhà dưới sự giám sát của quản lí

Người vận hành máy tính: chịu trách nhiệm vận hành các hệ

thống bằng hệ thống máy vi tính

Những mô tả trách nhiệm nghề nghiệp cơ bản trên không có nghĩa

là một cá nhân chỉ có thể thực hiện một nhiệm vụ Thông thường trong các công ty vừa và nhỏ, một cá nhân có thể chịu trách nhiệm cho nhiều việc nếu họ không đủ nhân viên trong từng hạng mục

1.12 SỰ TƯƠNG TÁC NĂNG LƯỢNG VÀ MÁY VI TÍNH

Sự tương tác giữa năng lượng và sử dụng máy vi tính đã trở nên quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí công nghiệp

Nỗ lực giảm chi phí sử dụng năng lượng đã tạo thành cuộc cách mạng trong thiết kế và vận hành của các hệ thống điều hòa không khí Có

lẽ thay đổi lớn nhấtlà việc sử dụng máy vi tính Việc sử dụng máy vi tính trong công nghiệp đã trở nên phổ biến Sự lắp đặt của các hệ thống điều hòa không khí lớn được thiết kế ngày nay đã có sự hỗ trợ của máy vi tính, đó là việc sử dụng phần mềm CADD (máy tính-hỗ trợ vẽ và thiết kế) Việc lựa chọn thiết bị được thực hiện hoàn toànbằng phần mềm máy

vi tính Hơn thế nữa, hầu như tất cả những lắp đặt các hệ thống có kích thước lớn đều được vận hành thông qua hệ thống máy vi tính

CÁC KĨ NĂNG VÀ CƠ HỘI NGHỀ NGHIỆP

Để có được những kỹ năng thực tế cần thiếttrong lĩnh vực nghề nghiệp HVAC ngày nay, sự mô tả tóm tắt sau đây nói về nhiều mức độ nghề nghiệp thực tế với vài mảng kỹ thuật chính, các nhà thầu hoặc nhà sản xuất

Công việc quản lí dự án công trình HVAC là một công việcrất quan trọng Những người mới tốt nghiệp chưa có được những kinh nghiệm thực tế cần thiết này Các công việc khác như quản lí và giám sát công trình của nghề nghiệp HVAC đều rất quan trọng Bên cạnh đó, sinh viên phải có những kỹ năng giao tiếp tốt để có thể thành công trong lĩnh vực này

Để trở thành nhà thiết kế HVAC, người tốt nghiệp sẽ phải tích lũy cho mình những kỹ năng cần thiếttrong việc tính toán tải gia nhiệt/phụ tải lạnh, biết bố trí hệ thống/sơ đồ đường ống thủy nhiệt, biết sử dụng phần mềm vẽ kỹ thuật AutoCad Phải có các kĩ năng về máy vi tính (soạn thảo,…) Lương sẽ phụ thuộc vào kinh nghiệm của bản thân

Bảng 1.1: Các điều kiện thiết kế trong nhà vào mùa hè

RH (%)

ET (oC)

DBTT (oC)

WBT (oC)

RH (%)

ET (oC)

26,5

23,9 18,3 60 21,7 24,4 18,9 61 22,2

25 17,2 47 21,7 25,6 17,8 47 22,2 26,1 16,1 35 21,7 26,7 16,7 36 22,2

29,5

24,4 18,9 61 22,2 25 19,4 61 22,8 25,6 17,8 47 22,2 26,1 18,3 48 22,8 26,7 16,7 36 22,2 27,2 17,2 36 22,8

32,5

25 19,4 61 22,8 25,6 20,6 64 23,3 26,1 18,3 48 22,8 26,7 19,4 52 23,3 27,2 17,2 36 22,8 27,8 18,3 40 23,3

35,5

25,6 20,6 64 23,3 26,1 21,1 65 23,9 26,7 19,4 52 23,3 27,2 20 52 23,9 27,8 18,3 40 23,3 28,3 18,9 41 23,9

37,5

26,1 21,1 65 23,9 27,2 21,7 63 24,4 27,2 20 52 23,9 28,3 20,6 50 24,4 28,3 18,9 41 23,9 29,5 19,4 38 24,4

40,5

26,6 21,7 65 24,2 27,2 22,2 65 24,7 27,8 20,6 52 24,2 28,3 21,1 54 24,7 28,9 19,4 42 24,2 29,5 20 41 24,7

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Kể tên bốn yếu tốt mà một hệ thống điều hòa không khí phải điều

chỉnh

2 Kể tên hai phương pháp để cải thiện chất lượng không khí ?

3 Liệt kê bốn thành phần chính của một hệ thống điều hòa không khí

Vẽ sơ đồ minh họa

4 Kể tên các thành phần chính nào của một hệ thống làm mát thủy nhiệt

và hệ thống gia nhiệt thủy nhiệt?

5 Vẽ phác họa một hệ thống điều hòa không khí toàn khí cơ bản và nêu

tên từng thiết bị

6 Những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự tiện nghi của con người?

BÀI TẬP

1 Vẽ sơ lược một hệ thống điều chỉnh môi trường có gia nhiệt và thông

gió, nhưng không điều chỉnh độ ẩm hay làm lạnh Kể tên tất cả các thành phần của nó

2 Trong một cửa hàng tạp hóa, điều kiện nào sau đây sẽtạo ra sự thoải

mái trong màu hè: 800F DBT và 40% RH hoặc 780F DBT và 70% RH? Giải thích

3 Một căn phòng với điều kiện: 700F DBT và 40% RH Người sử dụng

sẽ cảm thấy thế nào nếu đó là mùa đông? Họ sẽ thấy thế nào nếu đó là trong mùa hè?

4 Một căn phòng vào mùa hè với điều kiện: 750F DBT và 50% RH Chúng ta nên duy trì hay thay đổi những điều kiện này? Giải thích Nếu cần thay đổi thì chúng ta sẽ thay đổi như thế nào, giải thích

5 Vào mùa đông, trong một căn phòng với điều kiện: 770F DBT và 10%

RH Những điều kiện có phù hợp không? Hãy giải thích

6 Chọn haingành trong công nghiệp HVAC mà bạn thích nhất Nếu

muốn trở thành một chuyên gia trong lĩnh vực này, bạn sẽ phải làm gì khi còn là một sinh viên?

Chương 2

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA KHƠNG KHÍ ẨM

2.1 NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ẨM

1 Khơng khí khơ

Khơng khí khơ bao gồm các thành phần như sau: O2 – 0.2095; N2

– 0.7809; Argon – 0.0093 và CO2 – 0.0003 Trọng lượng phân tử của khơng khí là 28.966 và hằng số chất khí Ra = hằng số khí phổ biến

Trọng lượng phân tử =

Khối lượng riêng của khơng khí:

= 1.293 kg/m3 đối với khơng khí khơ tại 1.01325 bar và 0 0C Khối lượng riêng của nước:

= 1000 kg/m3 tại 4 0C và 998.23 kg/m3 tại 20 0C

Áp suất khí trời

= 0.101325 MN/m2 =760 mm Hg =0.10325 bar =1013.25 m bar Nhiệt dung riêng tại áp suất khơng đổi:

Cpα = 1.006 kJ/kg K (Tham khảo ASHRAE)

Trọng lượng phân tử của nước (hơi): = 18.02

Và Rv =hằng số khí phổ biến

Trọng lượng phân tử =

831418.02= 461 J/kg K = 0.461 kJ/kg K

3 (a) Trạng thái của khơng khí ẩm làm lạnh tại áp suất hỗn

hợp khơng đổi

Một khía cạnh quan trọng về tính chất của khơng khí ẩm là sự ngưng tụ một phần của hơi nước cĩ thể diễn ra khi nhiệt độ giảm Hiện tượng loại này thường được bắt gặp phổ biến trong sự ngưng tụ của hơi nước trên các tấm kính cửa sổ vào mùa đơng và trên các ống dẫn nước lạnh Một ví dụ nữa là sự hình thành của sương trên cỏ lúc sáng sớm

Chúng ta hãy xem xét một hệ thống kín bao gồm không khí ẩm được làm

lạnh tại áp suất không đổi, hình 2.1 (a) cho thấy các trạng thái của nước

đối với không khí ẩm được làm lạnh tại áp suất hỗn hợp không đổi Đồ thị T-s xác định các trạng thái của hơi nước Lúc đầu hơi nước là hơi quá nhiệt ở trạng thái 1

Trong giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh, áp suất của hệ thống và thành phần của không khí ẩm duy trì không đổi Do đó, áp suất riêng phần của hơi

được kí hiệu trên đồ thị

Khi quá trình làm lạnh được tiếp tục, hệ thống được làm lạnh dưới nhiệt độ điểm sương và một số hơi nước ngưng tụ sơ bộ Tại trạng thái cuối, hệ thống bao gồm pha khí của không khí khô và hơi nước ở trạng thái cân bằng với pha nước lỏng Hơi còn lại được xét đến khi đạt bão hòa tại nhiệt độ cuối ở trạng thái 2 với áp suất cục bộ cân bằng với áp

suất bão hòa p s2 tương ứng với nhiệt độ này Sản phẩm ngưng là lỏng đã

bão hòa tại nhiệt độ cuối khi ở trạng thái 3 trong hình 2.1 (a)

3 (b) Trạng thái bão hòa

Nếu thêm hơi nước vào không khí khô, sẽ đạt đến một giới hạn khi không khí đạt bão hòa và không thể chứa thêm hơi nước nữa Không khí như vậy cũng sẽ không nhìn thấy được Nhưng nếu thêm nhiều nước vào, các giọt nước có thể còn lại ở thể huyền phù và làm cho không khí có sương mù và mờ đi Vì vậy các giọt nước là các phần tử hơi đã ngưng tụ Chuyện này sẽ chỉ xảy ra khi vượt quá giới hạn bão hòa Đối với một

ps2 < pv1

Nhiệt độ Cuối cùng

pv1 < ps1

Hình 2.1 (a)

nhiệt độ được đưa ra, áp suất bão hòa p s khi đọc từ các tính chất nhiệt

động của hơi nước sẽ tương đồng với áp suất riêng phần của hơi p v trong

hỗn hợp hơi và không khí khô Do đó theo như định luật của Dalton về

áp suất riêng phần:

p b = p a + p v (2.1)

Trong đó: pa là áp suất riêng phần của không khí khô

pb là áp suất của hơi

pv áp suất khí trời của hỗn hợp

Lúc bão hòa, p b = p a + p s , nghĩa là p v = p s (2.2)

3 Nhiệt độ bầu khô (td)

Đó là nhiệt độ thu được bằng một nhiệt kế mà nó không bị tác động

bởi độ ẩm và bức xạ Do đó nhiệt kế phải không có độ ẩm và các bề mặt

phải khô

4 Nhiệt độ điểm sương (nhắc lại) (t dp )

Là nhiệt độ của không khí lúc hơi nước trong không khí bắt đầu

ngưng tụ Do đó nhiệt độ này phải tương đồng với nhiệt độ bão hòa của

hơi tại áp suất riêng phần của nó

Hơi nước trong không khí ẩm là ở trạng thái quá nhiệt Áp suất

riêng phần của hơi nước thấp và nhiệt độ bão hòa tương đồng với nó

cũng thấp Nhiệt độ bầu khô của không khí cao hơn nhiệt độ bão hòa của

hơi nước tại áp suất riêng phần của nó Vì vậy, hơi nước ở trạng thái quá

a Nhiệt độ

td= tquá nhiệt

Hình 2.1(b)

nhiệt như được biểu diễn bằng điểm c trong hình 2.1(b) Nếu áp suất

riêng phần của hơi nước pv cân bằng với áp suất bão hòa ps, hơi nước ở

trạng thái bão hòa khô và không khí được làm lạnh tại áp suất không đổi,

nghĩa là áp suất riêng phần của nó pv, khi đó nhiệt độ bầu khô td của cả

hơi nước và không khí khô đồng thời bị giảm như được biểu diễn bằng

quá trình cb Tại điểm b, bất kỳ việc làm lạnh hơn nữa nào cũng sẽ gây ra

sự ngưng tụ của hơi nước Nhiệt độ tại điểm b được gọi là nhiệt độ điểm

sương

5 Độ chứa hơi hoặc dung ẩm (d)

Là khối lượng hơi nước (kg) chứa trong hỗn hợp hơi nước-không

khí trên khối lượng không khí khô (kg), hay là tỉ lệ của khối lượng hơi

nước trên khối lượng không khí khô trong thể tích hỗn hợp đã biết

Giả sử rằng hơi nước và không khí khô hoạt động như khí lý tưởng,

chúng ta có:

Đối với hơi: p v V v = m v R v T v (2.3)

Đối với không khí khô: p a V a = m a R a T a (2.4) Hơn nữa V v = V a bằng định luật Avagadro

Và T v = T a = T d Nhiệt độ bầu khô

Do đó với thể tích cho trước Vv = Va, khối lượng của hơi nước là

mv tại áp suất riêng phần pv và khối lượng của không khí khô là ma tại áp

Trong đó:R a = 0.287 kJ/kg K = 287 J/kg K đối với không khí khô

Và R v = 0.461 kJ/kg K = 461 J/kg K đối với hơi

Dung ẩm tại trạng thái bão hòa tức là khi td cũng ở nhiệt độ bão

hòa và áp suất riêng phần của không khí là ps được xác định như sau:

d  0.622



s s

p

p p (2.7) Mặt khác, dung ẩm tại trạng thái bão hòa cũng có thể được xác

định như sau:

Giả sử Va là thể tích của 1 kg không khí khô tại áp suất pb

a b

R T V p

p

 (2.8) Trong đó: R a = 287 J/kg K và pb là N/m2

Giả sử Vas là thể tích của 1 kg không khí khô tại áp suất riêng phần

t V

p p



 (2.9)

Đây cũng là thể tích bị chiếm bởi d s Tức là độ ẩm chứa trong 1 kg

không khí khô tại áp suất riêng phần của nó ps

Thể tích V s trên kg hơi bão hòa tại áp suất riêng phần ps có thể

được xác định ở các bảng hơi nước

Vì vậy, V as =d s V s… (2.10)

s

287 (273.15 ) d

Cả công thức (2.7) và (2.11) đều đưa ra kết quả đồng nhất Tuy

nhiên công thức (2.7) dựa trên giả thiết về giá trị của tính chất khí không

đổi Rv cho hơi Và giá trị này chỉ là xấp xỉ

6 Tỷ trọng hơi (v)

Là khối lượng của hơi nước (kg) chứa trong hỗn hợp không

khí-hơi (kg) tại áp suất toàn phần của nó

Giả sử Va là thể tích của không khí khô (m3/kg) tại áp suất riêng

phần của nó

Và Vv là thể tích của hơi tính theo m3/kg của không khí khô tại áp

suất riêng phần của nó

v v

  là tỷ trọng của hơi đọc được từ các bảng hơi nước theo kg/m3

tương ứng với pv và td