khảo sát hệ thống đhkk của khách sạn plaza nha trang. tính toán thiết kế hệ thống đường ống nước lạnh cho công trình

Phân tích các hệ thống ĐHKK thông dụng Hệ thống điều hòa không khí là tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ…để tiến hành các quá trình xử lý không khí như làm lạnh, sưởi ấm, khử ẩm, gi

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1Tổng quan về điều hòa không khí 3

1.1.1 Lịch sử phát triển điều hoà không khí trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.1.2 Mục đích – ý nghĩa của điều hòa không khí 6

1.1.3 Ứng dụng của kỹ thuật điều hòa không khí 7

1.2 Tổng quan về công trình 8

1.2.1 Vị trí của công trình 8

1.2.2 Đặc điểm của công trình 8

Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ BỒN TRỮ LẠNH 10

2.1 Phân tích các hệ thống ĐHKK thông dụng 10

2.1.1 Hệ thống ĐHKK cục bộ 10

2.1.2 Hệ thống điều hòa hai cục 11

2.1.3 Hệ thống điều hòa tổ gọn 12

2.1.4 Hệ thống điều hòa nguyên cụm 13

2.1.5 Hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV 14

2.1.6 Hệ thống điều hòa trung tâm nước 16

2.2 Khảo sát công nghệ tích trữ lạnh (COOL STORAGE) cho hệ thống ĐHKK Water Chiller 20

2.2.1 Nguyên lý chung của công nghệ tích trữ lạnh 21

2.2.2 Phân tích và lựa chọn sơ đồ tích trữ lạnh dạng băng 22

2.2.3 Các thiết bị chính của hệ thống tích trữ lạnh .30

2.2.4 Vận hành chiller để điều chỉnh công suất trữ lạnh 32

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế cho công trình 36

2.3.1 Yêu cầu thiết kế của công trình 36

2.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế 38

2.3.3 Chọn cấp điều hòa 38

2.3.4 Chọn thống số thiết kế 39

Chương 3 TÍNH NHIỆT TẢI CHO CÔNG TRÌNH, CHỌN MÁY VÀ THIẾT BỊ 42

3.1 Tính toán nhiệt tải 42

3.1.1 Lượng nhiệt tổn thất qua kính do bức xạ mặt trời 43

3.1.2 Nhiệt hiện truyền qua mái 54

3.1.3 Nhiệt hiện truyền qua vách 54

3.1.4 Nhiệt truyền qua nền 57

3.1.5 Nhiệt tỏa ra do bóng đèn chiếu sáng Q32 58

3.1.6 Nhiệt hiện toả ra do máy móc 59

3.1.7 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa 61

3.1.8 Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi đem vào 62

3.1.9 Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt 64

3.2 Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí 65

3.2.1 Thành lập sơ đồ điều hòa không khí 65

3.2.2 Xác định các điểm trên ẩm đồ 68

3.3 Tính chọn máy và thiết bị 71

3.3.1 Chọn máy làm lạnh nước Water Chiller 71

3.3.2 Tính chọn FCU, AHU, PAU 74

3.3.3 Tính chọn tháp giải nhiệt 75

3.3.4 Chọn hệ thống xử lý nước (Water softener) 76

3.3.5 Bình dãn nở 77

Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC 79

4.1 Tổng quan 79

4.2 Lựu chọn sơ đồ hệ thống đường ống nước lạnh 79

4.3 Vật liệu làm ống nước 81

4.4 Giá đỡ đường ống 81

4.5 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống nước 82

4.5.1 Tính toán đường ống dẫn nước lạnh 82

4.5.2 Tính toán đường kính ống giải nhiêt 87

4.6 Xác định tổn thất áp suất 88

4.6.1 Cách xác định tổn thất áp lực trên đường ống 88

4.6.2 Tính tổn thất áp suất dựa theo phương pháp đồ thị 89

4.7 Các thiết bị phụ của hệ thống đường ống nước 92

4.7.1 Van cổng 92

4.7.2 Van cầu 93

4.7.3 Van bướm 93

4.7.4 Van cân bằng 93

4.7.5 Van an toàn 94

4.7.6 Van bi 94

4.7.7 Bộ lọc 94

Chương 5 TRANG BỊ ĐIỂU KHIỂN HỆ THỐNG 95

5.1 Chức năng nhiệm vụ của hệ thống điều khiển 95

5.2 Điều khiển hệ thống Chiller 95

5.2.1 Điều khiển máy chiller 95

5.2.2 Điều khiển hệ thống tháp giải nhiệt 95

5.3 Nguyên lý điều khiển FCU 96

5.4 Nguyên lý điểu khiển AHU 98

5.5 Nguyên lý điều khiển PAU 99

Chương 6 LẮP ĐẶT VẬN HÀNH, SỰ CỐ VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG 101

6.1 Lắp đặt cụm Chiler, bơm và hệ thống đường ống nước 101

6.1.1 Công tác lắp đặt cụm chiller 101

6.1.2 Lắp đặt bơm nước 102

6.1.3 Công tác lắp đặt hệ thống đường ống nước 102

6.2 Vận hành và bảo dưỡng hệ thống điều hòa không khí 106

6.2.1 Vận hành hệ thống 106

6.2.2 Bảo dưỡng hệ thống 112

6.3.Sự cố, hư hỏng thường gặp trong hệ thống 113

KẾT LUẬN 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: So sánh đặc tính các phương pháp trữ lạnh [9] 21

Bảng 2.2 Thông số của các Nodule của Cristopia Energy System 27

Bảng 2.3 Bề mặt trao đổi nhiệt và số lượng /m3 cuả các Nodule 29

Bảng 2.4: Thông số tính toán trong nhà 40

Bảng 2.5 Thông số tính toán ngoài nhà 41

Bảng 3.1 Thông số diện tích kính các phòng tầng 12 46

Bảng 3.2 Kết cấu sàn tầng mái 54

Bảng 3.3 Thông số các vật liệu xây dựng 56

Bảng 3.4 Mật độ phân bố người cho từng không gian điều hòa 61

Bảng 3.5 Dung ẩm ứng với các nhiệt độ trên 63

Bảng 3.6 Tổng hợp nhiệt tải toàn bộ tòa nhà 65

Bảng 3.7 Thông số các điểm nút tra được trên đồ thị 71

Bảng 3.8 Phần trăm giãn nở của nước theo nhiệt độ [1,309] 78

Bảng 4.1 Vật liệu ống dẫn nước TL [2] 81

Bảng 4.2 Khẩu độ hợp lý của giá đỡ ống thép TL [2] 81

Bảng 4.3 Khẩu độ hợp lý của giá đỡ ống đồng TL [2] 82

Bảng 4.4 Tổn thất áp suất trên đường ống cấp nước lạnh 90

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật của bơm nước lạnh 91

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật của bơm nước nước giải nhiệt 92

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Hình ảnh tổng quan công trình Nha Trang Plaza Hotel 8

Hình 2.1 Cấu tạo ĐHKK một cục 10

Hình 2.2 Sơ đồ máy ĐHKK 2 cục 11

Hình 2.3 Máy điều hòa không khí loại tổ hợp gọn 12

Hình 2.4 Sơ đồ điều hòa không khí VRV 14

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống trung tâm với chiller giải nhiệt nước 17

Hình 2.6 Cụm máy chiller giải nhiệt gió 18

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Water Chiller dùng tank trữ lạnh 20

Hình 2.8 Tank trữ lạnh .23

Hình 2.9 Quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống 23

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống làm lạnh trực tiếp bằng tác nhân lạnh .25

Hình 2.11: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống 25

Hình 2.12 Sự hình thành quả cấu băng 26

Hình 2.13 Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng (Nodule) .27

Hình 2.14 Quá trình nạp và xả tải trong Nodule 28

Hình 2.15 Nodule trong bình chứa 28

Hình 2.16 Bình chứa kiểu nằm ngang của Cristopia 31

Hình 2.17 Bồn tích trữ lạnh bằng ống thép hoặc ống đồng chịu lực 32

Hình 2.18 Chế độ nạp tải của tích trữ một phần 33

Hình 2.19 Chế độ xả tải của tích trữ một phần 33

Hình 2.20 Chế độ nạp tải của tích trữ toàn phần 34

Hình 2.21 Chế độ xả tải của tích trữ toàn phần 34

Hình 2.22 Sơ đồ phụ tải giờ cao điểm với tích trữ một phần 35

Hình 2.23 Sơ đồ phụ tải tạo băng ở giờ cao điểm với tích trữ toàn phần 35

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán nhiệt tải theo phương pháp Carrier 42

Hình 3.2 Sơ đồ mặt bằng tầng 12 46

Hình 3.3 Sự thay đổi nhiệt bức xạ tại các tháng khác nhau của phòng khách

sạn C1 49

Hình 3.4 Sự thay đổi nhiệt bức xạ tại các thời điểm khác nhau của phòng khách sạn C1 trong tháng 3 50

Hình 3.5 Sự thay đổi nhiệt bức xạ tại các tháng khác nhau của phòng C2 51

Hình 3.6 Sự thay đổi nhiệt bức xạ tại các thời điểm khác nhau của phòng khách sạn C2 trong tháng 6 51

Hình 3.7 Sự thay đổi nhiệt bức xạ tại các thời điểm khác nhau của tầng 12 .53

Hình 3.8 Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp 66

Hình 3.9 Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp trên ẩm đồ Carrrier 67

Hình 3.10 Các điểm N, N’, T, H, C, O, V và các hệ số nhiệt hiện trên ẩm đồ không khí 70

Hình 3.11 Máy làm lạnh nước giải nhiệt bằng nước Model: FOCSWATER.C 73

của hãng CLIMAVENETA 73

Hình 3.12 FCU, AHU của hãng CLIMAVENETA 74

Hình 3.13 Tháp giải nhiệt CLIMAVENETA 76

Hình 3.14 Hệ thống sử lý nước cấp 77

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí đường ống nước 80

Hình 4.2 Sơ đồ bố trí FCU của tầng 25 84

Hình 4.3 Sơ đồ lắp đặt, kích thước ống thông tầng tầng 2 của tòa nhà .87

Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển FCU 96

Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển AHU 98

Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển PAU 99

Hình 6.1 Chi tiết lắp đặt cụm chiller trên giá gỗ 102

Hình 6.2 Sơ đồ lắp đặt đường ống nước 104

LỜI MỞ ĐẦU

Những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, đất nước bước vào thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu đời sống của nhân dân không ngừng được củng cố thì ngành điều hòa không khí cũng vì thế mà ngày càng phát triển và trở nên quen thuộc trong đời sống cũng như sản xuất

Ngành điều hòa không khí bao gồm nhiều lĩnh vực trong đó điều hòa tiện nghi có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của con người Hệ thống điều hòa có tác dụng tạo ra môi trường thoải mái, dễ chịu nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, đặc biệt đối với nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm thì vai trò của điều hòa không khí là rất quan trọng Ngày nay điều hòa tiện nghi thường không thể thiếu trong các tòa nhà văn phòng, khách sạn, nhà hàng, chung cư cao cấp

Chính bởi những điều nêu ở trên nên em được phân công đề tài: “Khảo sát

hệ thống ĐHKK của khách sạn Plaza Nha Trang Tính toán thiết kế hệ thống đường ống nước lạnh cho công trình” để thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học của mình

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ nhà trường, thầy cô và các anh chị trong ban quản lý dự án khách sạn Nha Trang Plaza, công ty Cổ Phần Phát Triển Công Nghệ Bắc Băng Dương

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn tới ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí cùng các thầy cô trong bộ môn Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong 4 năm học qua

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Trần Đại Tiến, thầy KS.Khổng Minh Trưởng đã trực tiếp tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới công ty cổ phần HAVANA và công ty Cổ Phần Phát Triển Công Nghệ Bắc Băng Dương đã tạo điều kiện tốt cho em được khảo sát và thực tập tại công trình khách sạn Nha Trang Plaza

Việc nghiên cứu đồ án giúp em củng cố kiến thức đã được học để phục vụ cho công việc sau này

Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô tận tình chỉ bảo để cho đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2012 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Bình

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về điều hòa không khí

1.1.1 Lịch sử phát triển điều hoà không khí trên thế giới và ở Việt Nam

Để cân bằng, điều chỉnh không khí trong môi trường sống, từ xa xưa con người đã biết sử dụng các biện pháp để tác động vào nó như đốt lửa sưởi ấm mùa đông, dùng quạt gió để làm mát, hay tìm các hang động mát mẻ, ấm cúng để ở…Tuy nhiên vẫn chưa hề có khái niệm và hiểu biết về thông gió và điều hòa không khí

Năm 1845 bác sĩ người Mỹ là John Gorrie đã chế tạo máy lạnh nén khí đầu tiên để điều hòa không khí (ĐHKK) cho bệnh viện tư của ông Chính sự kiện này đã làm cho ông nổi tiếng thế giới và đi vào lịch sử của kỹ thuật điều hoà không khí

Năm 1850 nhà thiên văn học Piuzzi Smith người Scotland lần đầu tiên đưa ra

dự án ĐHKK bằng máy lạnh nén khí Sự tham gia của nhà bác học nổi tiếng Rankine đã làm cho đề tài không những trở nên nghiêm túc mà còn được đông đảo người quan tâm theo dõi Bắt đầu từ những năm 1860 ở Pháp, FCarré đã đưa ra ý tưởng về ĐHKK cho các phòng ở và đặc biệt cho các nhà hát

Theo C.Linde, ngay cả vào thời điểm những năm 1890 và sau đó, người ta vẫn chưa hiểu được những yêu cầu vệ sinh của không khí đối với con người cũng như khả năng kinh tế mà ngành kỹ thuật này có thể tạo ra, tuy rằng không có khó khăn gì về mặt kỹ thuật

Năm 1894, công ty Lind xây dựng một hệ thống ĐHKK bằng máy lạnh amoniac dùng làm lạnh và khử ẩm không khí mùa hè, dàn lạnh đặt trên trần nhà, không khí đối lưu tự nhiên, không khí lạnh đi từ từ xuống phía dưới do mật độ lớn hơn, máy lạnh đặt dưới tầng hầm

Năm 1901, một công trình khống chế nhiệt độ dưới 280C với độ ẩm thích hợp cho phòng hòa nhạc ở Monte Carlo được khánh thành Không khí được đưa qua buồng phun nước với nhiệt độ 100C rồi cấp vào phòng Năm 1904, trạm điện thoại ở Hamburg được duy trì nhiệt độ mùa hè dưới 230C và độ ẩm 70% Năm 1910 Cty

Borsig xây dựng các hệ thống ĐHKK ở Koeln và RiodeJaneiro Các công trình này chủ yếu mới là khống chế nhiệt độ, chưa đạt được sự hoàn thiện và đấp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết Nhưng cũng từ lúc náy đã bắt đầu hình thành hai xu hướng

cơ bản là điều hòa tiện nghi cho các phòng ở và điều hòa công nghệ phục vụ cho các nhu cầu sản xuất

Đúng vào thời điểm này thì xuất hiện một nhân vật quan trọng đã đưa ngành ĐHKK của Mỹ cũng như của thế giới đến một bước phát triển vượt bậc, đó chính là Willis H.Carrier Chính ông là người đưa ra định nghĩa ĐHKK là kết hợp sưởi ấm, làm lạnh, gia ẩm, hút ẩm, lọc và rửa không khí, tự động duy trì khống chế trạng thái không khí không đổi phục vụ mọi yêu cầu tiện nghi hoặc công nghệ

Năm 1911, Carrier lần đầu tiên xây dựng ẩm đồ của không khí ẩm và cắt nghĩa tính chất nhiệt của không khí ẩm và các phương pháp xử lý để đạt được các trạng thái không khí yêu cầu, ông là người đi đầu trong việc xây dựng cơ sở lý thuyết cũng như phát minh, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị và hệ thống ĐHKK

Môi chất lạnh được sử dụng trong hệ thống rất quan trọng và được lựa chọn cẩn thận: ammoniac, dioxit sunfua độc, CO2 có áp suất ngưng quá cao và độc hại…Đến năm 1930 hãng DuPontde Nemours và Co (Mỹ) đã sản xuất ra môi chất lạnh Freon Từ đó ĐHKK mới có những tiến bộ nhảy vọt và cho đến nay thì ĐHKK

đã thực sự trở thành không thể thiếu trong cuộc sống của con người cũng như các ngành nghề kinh tế khác của xã hội

Ngoài việc điều hòa tiện nghi cho các phòng có người như nhà ở, nhà hàng, nhà hát, rạp chiếu phim, hội trường, phòng họp, khách sạn,trường học, văn phòng…mà khi đó ở Châu Âu vẫn coi là xa xỉ và sang trọng thì việc điều hòa công nghệ cũng đã được công nhận Điều hòa công nghệ bao gồm nhiều lĩnh vực công nghệ sản xuất khác nhau trong đó có sợi dệt, thuốc lá, in ấn, phim ảnh, dược liệu, đồ

da, quang học, điện tử, cơ khí chính xác và một loạt các phòng thí nghiệm khác nhau

Ngoài ra ĐHKK còn được sử dụng nhiều trong lĩnh vực giao thông vận tải

Ở Mỹ, từ năm 1945 ĐHKK trong ngành đường sắt phát triển đến mức không còn một toa xe lửa chở người nào mà không được điều hòa Việc điều hòa không khí

trên máy bay cũng trở lên hết sức quan trọng, vì vậy nó được chú trọng phát triển ngày càng hiện đại, đáp ứng nhu cầu sử dụng tiện nghi cho con người ngày càng cao

ĐHKK còn tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của bơm nhiệt, một loại máy lạnh dùng để sưởi ấm trong mùa đông Năm 1852 bơm nhiệt đầu tiên đã được Wiliam Thomson sáng chế Trải qua thời gian dài phát triển, người ta đã kết hợp cả điều hòa làm lạnh và sưởi ấm thành loại máy điều hòa hai chiều mà ngày nay được

sử dụng rất phổ biến Tuy nhiên giá thành cũng như chi phí vận hành của loại máy điều hòa hai chiều này là khá cao

Đối với Việt Nam: là nước có khí hậu nóng và ẩm, đặc biệt miền Nam hầu

như chỉ có mùa mưa và mùa nắng Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế nước ta Kỹ thuật lạnh đã xâm nhập hơn 60 ngành kinh

tế, đặt biệt là ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, công nghiệp nhẹ, điều hòa không khí

Nhược điểm chủ yếu của ngành lạnh ở nước ta hiện nay là quá nhỏ, non yếu

và lạc hậu, chỉ chế tạo được các loại máy lạnh Amoniac loại nhỏ, chưa chế tạo được các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy lạnh Freón, các thiết bị tự động Ngành lạnh nước ta chưa được quan tâm đầu tư và phát triển đúng mức, cho nên việc các đơn vị sử dụng lạnh ở các ngành thường trang bị tự phát đôi khi dẫn tới thiệt hại và lãng phí tiền vốn

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước trong khoảng trên 10 năm nay, ở các thành phố lớn phát triển lên hàng loạt các cao ốc, nhà hàng, khách sạn, các rạp chiếu phim, các biệt thự sang trọng, nhu cầu tiện nghi của con người ở thành phố tăng cao, đặt biệt ở các thành phố phía Nam, ngành điều hòa không khí đã bắt đầu

có vị trí quan trọng và có nhiều hứa hẹn cho tương lai ở các thành phố phía Nam Điều đáng lưu ý nhất là sự phát triển mạnh mẽ của ngành điều hòa không khí tại thành phố Hồ Chí Minh, hầu như khá nhiều máy điều hòa không khí độc lập được trang bị ở các khu dân cư có mức sống trung bình trở lên Các hệ thống điều hòa không khí trung tâm hầu như đã chiếm lĩnh tất cả các cao ốc văn phòng, nhà hàng khách sạn, nhà hát

Sự chiếm lĩnh của ngành điều hòa không khí minh chứng một hiện tại rõ ràng vị trí quan trọng của ngành điều hòa không khí trong sinh hoạt và mọi hoạt động, cho thấy ngành lạnh ở Việt Nam đang ngày càng phát triển mạnh mẽ phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng

1.1.2 Mục đích – ý nghĩa của điều hòa không khí

Nước ta có khí hậu tương đối phức tạp, ở miền Bắc từ đèo Hải Vân trở ra có

2 mùa rõ rệt, mùa hè nóng ẩm, mùa đông lại giá rét có khi còn có tuyết ở một số nơi Ở miền Trung và miền Nam lại nóng ẩm quanh năm Chính vì vậy luôn làm cho con người mất cảm giác thỏa mái khi làm việc và nghỉ ngơi kèm theo đó là sự mệt mỏi, dễ mắc các bệnh về đường hô hấp ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người Kỹ thuật điều hòa không khí có thể giải quyết tốt được vấn đề trên Điều hòa không khí là ngành kỹ thuật có khả năng tạo ra trong không gian điều hòa một môi trường không khí trong sạch, có nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió nằm trong phạm

vi ổn định phù hợp với sự thích nghi của cơ thể con người trong từng điều kiện sinh hoạt làm việc cụ thể khác nhau Nó tạo ra cảm giác thỏa mái sảng khoái cho con người, không nóng bức về mùa hè, không lạnh giá về mùa đông, cung cấp đủ dưỡng khí trong lành, bảo vệ sức khỏe, phát huy năng suất lao động của con người Hiện nay trong các công trình xây dựng như: Các công sở, khách sạn, nhà hàng, siêu thị, nhà hát, các trung tâm vui chơi giải trí, nhà ở…đều được trang bị hệ thống điều hòa không khí

Cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, các ngành nghề ngày càng được phát triển và mở rộng và kéo theo đó là sự phát triển của kỹ thuật điều hòa không khí Một số ngành sản xuất có công nghệ đặc biệt nó đòi hỏi phải có một chế độ nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch của không khí phù hợp Điều này chỉ có kỹ thuật điều hòa không khí mới có khả năng đáp ứng được Ngành công nghiệp sợi đòi hỏi độ ẩm phải thật thích hợp Ngành cơ khí chính xác chế tạo dụng cụ đo lường, dụng cụ quang học…thì yêu cầu về nhiệt độ độ ẩm, độ sạch của không khí Ngành công nghiệp sản xuất thuốc lá cũng đòi hỏi có một môi truờng sản xuất có

nhiệt độ và độ ẩm thích hợp…Còn rất nhiều qui trình công nghệ đòi hỏi phải áp dụng kỹ thuật điều hòa không khí mới có thể sản xuất hiệu quả được

Như vậy kỹ thuật điều hòa không khí không chỉ là một công cụ đắc lực phục

vụ cho nhu cầu thiết yếu cuộc sống của con người mà nó còn có mặt trong mọi lĩnh vực kinh tế Nó đóng một phần không nhỏ vào việc nâng cao chất lựong cuộc sống của con người, nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm của các ngành sản xuất công nghiệp Tuy nhiên, vốn đầu tư và chi phí vận hành một hệ thống điều hòa là không nhỏ Và để đảm bảo tính kỹ thuật, tính kinh tế, thì nhiệm vụ đạt ra đối với người kỹ sư thiết kế là phải tính toán chính xác tải nhiệt, chọn được phương án thiết kế hợp lý vừa đảm bảo đáp ứng được tuổi thọ, các thông số yêu cầu, vừa tiết kiệm được vốn đầu tư ban đầu mà lại vận hành đơn giản và tiết kiệm năng lượng

1.1.3 Ứng dụng của kỹ thuật điều hòa không khí

- Điều hoà trong sinh hoạt, đời sống: nhà ở, nhà hàng, nhà hát, rạp chiếu

phim, hội trường, phòng họp, khách sạn, văn phòng…đặc biệt trong các ngành: y tế, văn hoá, thể thao, du lịch…điều hoà không khí thay đổi theo mùa, thậm chí cả theo giờ trong một ngày, thay đổi theo tuỳ vùng dân cư

- Điều hoà trong công nghiệp: được ứng dụng vào việc điều hoà công nghệ

như trong lĩnh vực sản xuất: sợi dệt, thuốc lá, in ấn, phim ảnh, dược liệu, rượu bia

…nhằm bảo đảm chất lượng sản phẩm

- Điều hoà không khí gắn liền với các ngành sản xuất: cơ khí chính xác, kỹ

thuật điện tử vi điện tử, máy tính điện tử, quang học, vi phẫu thuật, kỹ thuật quốc phòng, kỹ thuật vũ trụ…bởi vì những máy móc và thiết bị hiện đại chỉ có thể làm việc tin cậy, an toàn, đạt hiệu quả cao ở nhiệt độ thích hợp

1.2 Tổng quan về công trình

1.2.1 Vị trí của công trình

Hình 1.1 Hình ảnh tổng quan công trình Nha Trang Plaza Hotel

Khu đất được lựa chọn để xây dựng công trình khách sạn Nha Trang Plaza thuộc khu vực trung tâm thành phố Nha Trang Toạ lạc tại số 38 đường Trần Phú, phường Lộc Thọ, Thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà Nằm trên con đường lớn ven biển, là tuyến phố trung tâm giải trí và du lịch của thành phố, với tầm nhìn rộng lớn ra bãi biển Nha Trang nên khu đất hội tụ đủ các yếu tố thuận lợi để xây dựng một công trình khách sạn qui mô lớn

1.2.2 Đặc điểm của công trình

- Diện tích: 4891,60 m2

- Phía Bắc: Giáp Nhà khách Học viện Lục Quân – 36 Trần Phú

- Phía Nam: Giáp khách sạn Hải Yến

- Phía Đông: Giáp đường Trần Phú hướng ra biển

- Phía Tây: Giáp khách sạn Hữu Nghị

Công trình thuộc khu vực phía Nam Trung Bộ, nằm sát biển có khí hậu nhiệt đới gió mùa, có hai mùa rõ rệt, độ ẩm và nhiệt độ rất cao Nhưng so với các thành phố khác thì thành phố Nha Trang – Khánh Hòa khí hậu ôn hòa mát mẻ hơn Công trình được xây theo tiêu chuẩn năm sao, dùng làm khách sạn, nhà hàng, quán bar, spa và nhiều dịch vụ khác

Chương 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, KHẢO

SÁT CÔNG NGHỆ BỒN TRỮ LẠNH

2.1 Phân tích các hệ thống ĐHKK thông dụng

Hệ thống điều hòa không khí là tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ…để tiến hành các quá trình xử lý không khí như làm lạnh, sưởi ấm, khử ẩm, gia ẩm, điều chỉnh và khống chế và duy trì các thông số của không khí trong không gian điều hòa như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, độ sạch, khí tươi, sự tuần hoàn và phân phối không khí trong phòng nhằm đáp ứng nhu cầu tiện nghi và công nghệ

2.1.1 Hệ thống ĐHKK cục bộ

Hình 2.1 Cấu tạo ĐHKK một cục

1- Dàn nóng 4- Quạt dàn lạnh 7- Cửa hút gió lạnh

2- Máy nén 5- Dàn lạnh 8- Cửa thổi gió

3- Môtơ quạt 6- Lưới lọc 9- Tường nhà

Điều hòa không khí một cục hay còn gọi là loại máy điều hòa dạng một khối hay là điều hòa kiểu cửa sổ, điều hòa không khí một độc lập Máy có thể có các loại công suất khác nhau Máy điều hòa cửa sổ là loại máy điều hòa không khí nhỏ nhất

cả năng suất lạnh và kích thước cũng như khối lượng Toàn bộ các thiết bị chính như máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, quạt giải nhiệt, quạt dàn lạnh và các thiết bị

K2 Ra

K2 Vào

K2 Vào

K2 Ra

điều khiển, điều chỉnh tự động, phin lọc gió, khử mùi của gió tươi và các thiết bị phụ khác được lắp đặt trong một vỏ hộp gọn nhẹ Năng suất lạnh không quá 7 kW/h (24000 BTU/h), thường chia ra 5 loại: loại 6 ngàn BTU/h, 9 ngàn BTU/h, 12 ngàn

BTU/h, 18 ngàn BTU/h, 24 ngàn BTU/h

* Ưu, nhược điểm:

- Giá thành rẻ, lắp đặt và vận hành đơn giản

- Có sưởi mùa đông bằng bơm nhiệt

- Có thể lấy gió tươi

- Nhiệt độ phòng được điều chỉnh nhờ thermostat với độ dao động khá lớn, độ

ẩm tự biến đổi theo nên không khống chế được độ ẩm, điều chỉnh theo kiểu on – off

- Độ ồn cao, khả năng làm sạch không khí kém

- Giá thành cao, lắp đặt phức tạp (đòi hỏi thợ lắp đặt phải có chuyên môn)

- Không lấy được gió tươi do đó phải có phương án lấy gió tươi

- Gây ồn ở phía ngoài nhà, có thể làm ảnh hưởng đến các hộ bên cạnh

2.1.3 Hệ thống điều hòa tổ gọn

Là hệ thống có năng suất lạnh trung bình và lớn (lớn hơn 7kW), làm lạnh không khí trực tiếp ở dàn bay hơi, có ống gió hoặc không có ống gió, thường dùng quạt ly tâm Nếu có lắp thêm ống gió thì thường dùng quạt cao áp với áp suất khá lớn Dàn ngưng giải nhiệt gió hoặc bình ngưng giải nhiệt nước Các máy điều hòa không khí cục bộ thường chỉ có chức năng làm lạnh (hoặc cả thiết bị sưởi ấm) mà không có chức năng tăng ẩm Hệ thống được bố trí trong cùng một vỏ rất gọn nhẹ, một số máy được tách ra riêng thành hai mảng:

+ Phần lắp trong không gian điều hòa về cơ bản gồm dàn lạnh và ống tiết lưu + Phần lắp ở ngoài trời gồm máy nén, dàn nóng và quạt dàn nóng

Máy điều hòa tách không có ống gió Máy điều hòa loại tách có ống gió

Hình 2.3 Máy điều hòa không khí loại tổ hợp gọn

2.1.4 Hệ thống điều hòa nguyên cụm

Gồm có hai loại là máy điều hòa lắp mái và máy điều hòa nguyên cụm giải nhiệt nước, máy điều hòa nguyên cụm là máy có năng suất lạnh trung bình và lớn Dàn bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp Máy được bố trí phân phối gió và ống gió hồi

Đặc điểm của máy điều hòa lắp mái là máy được lắp trên mái nhà cao, thông thoáng nên dàn ngưng làm mát bằng gió và cụm dàn lạnh, cụm dàn nóng được gắn liền với nhau thành một khối duy nhất

Đặc điểm của máy điều hòa nguyên cụm giải nhiệt nước là bình ngưng rất gọn nhẹ, không chiếm diện tích và thể tích lắp đặt lớn như dàn ngưng giải nhiệt gió nên bình ngưng, máy nén và dàn bay hơi được bố trí thành một tổ hợp hoàn chỉnh

Loại máy này có công suất tới 370 kW và chủ yếu dùng cho điều hòa thương nghiệp và công nghiệp

* Ưu điểm:

- Máy điều hòa lắp mái và máy điều hòa nguyên cụm giải nhiệt nước được sản xuất hàng loạt và lắp ráp hoàn chỉnh tại nhà máy nên có độ tin cậy, tuổi thọ và mức độ tự động cao

- Giá thành rẻ, máy gọn nhẹ chỉ cần lắp đặt với hệ thống ống gió (nếu cần) và

hệ thống nước làm mát là máy sẵn sàng hoạt động được

- Lắp đặt nhanh chóng, không cần thợ chuyên ngành lạnh, vận hành bảo dưỡng và vận chuyển dễ dàng

- Có cửa lấy gió tươi

ồn cao Nếu dùng cho điều hòa tiện nghi thì phải có buồng cách âm cho cả ống gió cấp và gió hồi, ống gió thải

2.1.5 Hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV

Các hệ thống điều hòa không khí thông thường đều phải tuân theo những qui định nghiêm ngặt về độ cao đặt máy, do đó bị hạn chế nhiều về khả năng bố trí máy trên nóc các nhà cao tầng Mặt khác, việc lắp đặt các máy cục bộ với số lượng lớn các dàn để ngoài sẽ gây ảnh hưởng tới cảnh quan kiến trúc và khó khăn khi bảo trì sửa chữa Do vậy việc xuất hiện chủng loại máy cho phép bố trí dàn nóng ngoài và

dàn lạnh trong đặt cách xa nhau

Hình 2.4 Sơ đồ điều hòa không khí VRV

Do các hệ thống ống gió CAV (Constant Air Volume) và VAV (Variable Air Volume) (hệ thống ống gió lưu lượng thay đổi và hệ thống ống gió lưu lượng không đổi) sử dụng ống gió điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm phòng quá cồng kềnh, tốn nhiều không gian, diện tích lắp đặt và vật liệu làm đường ống Nên người ta đã đưa ra giải pháp VRV (Variable Refrigerant Volume) là điều chỉnh năng suất lạnh qua việc điều chỉnh lưu lượng môi chất Máy điều hòa VRV chủ yếu sử dụng cho điều hòa tiện nghi, sau đây là đặc điểm của máy điều hòa VRV để so sánh với các hệ thống khác

- Tổ ngưng tụ có hai hoặc nhiều máy nén trong đó có máy nén điều chỉnh năng suất lạnh theo kiểu on – off còn máy khác điều chỉnh bậc theo kiểu biến tần nên số

bậc điều chỉnh từ 0 đến 100% gồm 21 bậc, đảm bảo tiết kiệm năng lượng hiệu quả kinh tế cao

- Các thông số vi khí hậu được khống chế phù hợp với từng nhu cầu, từng vùng, kết nối trong mạng điều khiển trung tâm

- Các máy VRV có các dãy công suất hợp lý lắp ghép với nhau thành các mạng đáp ứng nhu cầu năng suất lạnh khác nhau nhỏ từ 7 kW đến hàng ngàn kW, thích hợp cho các tòa nhà cao tầng hàng trăm mét với hàng ngàn phòng đa chức năng

- VRV đã giải quyết tốt vấn đề hồi dầu về máy nén do đó cụm dàn nóng có thể đặt cao hơn dàn lạnh đến 50m và các dàn lạnh có thể đặt cách nhau cao tới 15m, đường ống dẫn môi chất lạnh từ cụm dàn nóng đến cụm dàn lạnh xa nhất tới 100 m tạo điều kiện cho việc bố trí máy dễ dàng trong các tòa nhà cao tầng văn phòng khách sạn mà trước đây chỉ có hệ thống trung tâm nước đảm nhiệm

- Do đường ống dẫn gas dài, năng suất lạnh giảm nên người ta đã dùng máy biến tần để điều chỉnh năng suất lạnh, làm cho hệ thống không những được cải thiện

mà còn vượt nhiều hệ máy thông dụng

- Độ tin cậy cao: do các chi tiết lắp ráp được chế tạo tại nhà máy chất lượng cao

- Khả năng bảo dưỡng và sửa chữa rất năng động và nhanh chóng nhờ các thiết bị tự phát hiện hư hỏng chuyên dung, cũng như sự kết nối để phát hiện hư hỏng tại trung tâm qua internet

- So với hệ thống trung tâm nước, hệ VRV rất gọn nhẹ vì cụm giàn nóng bố trí trên tầng thượng hoặc bên sườn tòa nhà, còn đường ống dẫn môi chất lạnh có kích thước nhỏ hơn nhiều so với đường ống nước lạnh và đường ống gió

- Hệ VRV có nhiều kiểu dàn lạnh khác nhau (loại đặt sàn, tủ tường, treo tường, giấu trần cassette, giấu trần cassette một - hai và nhiều cửa thổi giấu trần có ống gió) rất đa dạng và phong phú nên dễ dàng thích hợp với các kiểu khác nhau, đáp ứng thẩm mỹ đa dạng với các kiểu kiến trúc công trình khác nhau

- Có thể kết hợp làm lạnh và sưởi ấm cùng một hệ thống kiểu bơm nhiệt hoặc thu hồi nhiệt hiệu suất cao

- Giống như máy điều hòa 02 cụm, máy VRV có nhược điểm là không lấy được gió tươi nên người ta đã thiết kế thiết bị hồi nhiệt lấy gió tươi đi kèm rất hiệu quả Thiết bị hồi nhiệt này không những hạ nhiệt độ mà còn hạ được độ ẩm của gió tươi đưa vào

* Ưu điểm:

- Khả năng điều chỉnh công suất lớn dựa trên cơ sở điều chỉnh bằng biến tần

- Hệ thống VRV sử dụng việc thay đổi lưu lượng môi chất trong hệ thống thông qua điều chỉnh tần số điện của máy nén do đó đạt được hiệu quả cao khi hoạt động

- Hệ cho phép điều khiển riêng biệt từng cụm máy trong hệ thống, do đó giảm được chi phí vận hành

- Hệ thống VRV không cần máy dự trữ, hệ thống vẫn làm việc bình thường trong các trường hợp một trong các cụm máy bị hỏng, do đó giảm một phần chi phí đầu tư

- Vận hành ở khoảng nhiệt độ rất rộng

- Một số loại có thể khởi động tuần tự

- Hệ thống ống REFNET đơn giản cho phép giảm công việc nối ống và làm tăng độ tin cậy của hệ thống Do có nhiều cách thức phân nhánh ống khác nhau nên

hệ thống có khả năng đáp ứng được những thiết kế rất khác nhau

- Nhờ việc sử dụng hệ thống tập trung nên giảm được chi phí thiết bị cũng như chi phí lắp đặt, đồng thời việc kiểm tra giám sát, vận hành được dễ dàng hơn

*Nhược điểm:

- Hệ thống VRV thi công lắp đặt đòi hỏi công nhân có trình độ kỹ thuật

- Vốn đầu tư ban đầu cao nên chủ yếu phục vụ cho điều hòa tiện nghi yêu cầu chất lượng cao

- Do sử dụng môi chất lạnh Freon nên khả năng đảm bảo cho con người và môi trường không cao

2.1.6 Hệ thống điều hòa trung tâm nước

Là một dạng của hệ thống điều hòa không khí gián tiếp, trong đó đầu tiên môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi của máy lạnh làm lạnh nước (chất tải lạnh), sau

đó nước sẽ làm lạnh không khí trong phòng cần điều hòa bằng các thiết bị trao đổi nhiệt như AHU (Air Handing Unit), FCU (Fan Coil Unit) hoặc là buồng phun Vậy

ở đây môi chất lạnh không làm lạnh trực tiếp không khí như hệ trực tiếp mà thông qua chất tải lạnh là nước

Hệ thống điều hòa trung tâm nước sử dụng nước lạnh 70C để làm lạnh không khí gián tiếp qua các dàn trao đổi nhiệt FCU, AHU, PAU

Hệ thống điều hòa trung tâm nước chủ yếu gồm:

- Máy làm lạnh nước (Warter Chiller) hay máy sản xuất nước lạnh thường

từ 120C xuống 70C

- Hệ thống ống dẫn nước lạnh

- Hệ thống nước giải nhiệt

- Nguồn nhiệt được sưởi ấm dùng để điều chỉnh độ ẩm và sưởi ấm mùa đông

thường do nồi hơi nước nóng hoặc thanh điện trở ở các FCU cung cấp

- Các dàn trao đổi nhiệt để làm lạnh hoặc sưởi ấm không khí bằng nước nóng FCU (Fan Coil Unit) hoặc AHU (Air Handling Unit)

- Hệ thống gió tươi, gió hồi, vận chuyển và phân phối không khí

- Hệ thống tiêu âm và giảm âm

- Hệ thống lọc bụi, thanh trùng và triệt khuẩn cho không khí

- Bộ xử lý không khí

- Hệ thống tự điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm phòng, điều chỉnh gió tươi, gió hồi

và phân phối không khí, điều chỉnh năng suất lạnh, điều khiển cũng như báo hiệu và bảo vệ toàn bộ hệ thống

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống trung tâm với chiller giải nhiệt nước

Trong hệ thống chiller thì cụm máy chiller gồm 2 loại là giải nhiệt bằng nước

và giải nhiệt bằng không khí (gió):

Máy làm lạnh nước giải nước cùng hệ thống bơm thường được bố trí ở

dưới tầng hầm hoặc tầng trệt, tháp giải nhiệt đặt trên tầng thượng Với hệ thống trung tâm nước giải nhiệt nước thì hệ thống có thêm bơm, tháp giải nhiệt, đường ống nước Với loại này, lưu lượng nước cần cho giải nhiệt lớn, để tiết kiệm ta sử dụng nước tuần hoàn

Máy làm lạnh giải nhiệt gió thường được đặt trên tầng thượng Loại này,

có dàn ngưng làm mát bằng không khí Do khả năng trao đổi nhiệt của dàn ngưng giải nhiệt gió kém nên diện tích của dàn lớn Với loại này không cần nước làm mát nên giảm được toàn bộ hệ thống làm mát: bơm, đường ống, tháp giải nhiệt Diện tích lắp đặt máy ít, nhưng vì giải nhiệt kém nên nhiệt độ ngưng tụ cao dẫn đến công nén cao và tiêu tốn điện năng cao

Hình 2.6 Cụm máy chiller giải nhiệt gió

Nước được làm lạnh trong bình bay hơi xuống 70C rồi được bơm nước lạnh đưa đến các dàn trao đổi nhiệt FCU hoặc AHU Ở đây nước thu nhiệt của không khí nóng trong phòng nóng lên đến 120C và lại được bơm hút đẩy về bình bay hơi để tái làm lạnh xuống 70C khép kín vòng tuần hoàn nước lạnh Đối với hệ thống lạnh kín (không có giàn phun) cần phải có thêm bình giãn nở khi thay đổi nhiệt độ

Tất cả mọi công tác lắp ráp, thử bền thử kín, nạp gas được tiến hành tại nhà máy chế tạo nên chất lượng rất cao Người sử dụng chỉ cần nối với hệ thống nước giải nhiệt và hệ thống nước làm lạnh là máy có thể vận hành được ngay

Để tiết kiệm nước giải nhiệt người ta sử dụng nước tuần hoàn với bơm và tháp giải nhiệt nước Trong một số tổ máy thường có 3 đến 4 máy nén, việc lắp ráp nhiều máy nén trong một cụm có nhiều ưu điểm:

+ Dễ dàng điều chỉnh năng suất lạnh theo từng bậc

+ Trường hợp hỏng một máy vẫn có thể cho các máy khác hoạt động trong khi tiến hành sửa chữa máy hỏng

*Ưu điểm:

+ Có vòng tuần hoàn an toàn là nước nên không sợ ngộ độc hoặc tai nạn do

dò rỉ môi chất lạnh ra ngoài, vì nước hoàn toàn không độc hại

+ Có thể khống chế nhiệt ẩm trong không gian điều hòa theo từng phòng riêng rẽ, ổn định và duy trì các điều kiện vi khí hậu tốt nhất

+ Thích hợp cho các tòa nhà như khách sạn, văn phòng với mọi chiều cao và mọi kiến trúc không phá vỡ cảnh quan

+ Ống nước so với ống gió nhỏ hơn nhiều nên tiết kiệm được vật liệu làm ống

+ Có khả năng xử lý không khí với độ sạch cao, đáp ứng mọi yêu cầu đề ra

cả về độ sạch bụi bẩn, tạp chất hóa chất và mùi

+ Năng suất lạnh gần như không bị hạn chế

So với hệ thống VRV, vòng tuần hoàn nước lạnh đơn giản hơn nên rất dễ kiểm soát

* Nhược điểm:

- Vì dùng nước làm chất tải lạnh nên bị tổn thất nhiệt lớn hơn

- Cần phải bố trí hệ thống lấy gió tươi cho các FCU

- Vấn đề cách nhiệt đường ống nước lạnh khá phức tạp

- Lắp đặt khó khăn

- Đòi hỏi công nhân lành nghề

- Cần định kỳ sửa chữa, bảo dưỡng máy lạnh và các dàn FCU, AHU…

2.2 Khảo sát công nghệ tích trữ lạnh (COOL STORAGE) cho hệ thống ĐHKK Water Chiller, (Công nghệ này được ứng dụng tại công trình Nha Trang Plaza Hotel)

Hiện nay các hệ thống lạnh như hệ thống điều hòa không khí, theo thống kê trong một cao ốc văn phòng hay một khách sạn thì lượng điện cấp cho hệ thống điều hòa không khí có thể chiếm đến 70% tổng năng lượng sử dụng trong các tòa nhà Để giảm phụ tải điện vào giờ cao điểm và nâng cao hiệu quả kinh tế cho các

hệ thống điều hòa không khí nói riêng và hệ thống lạnh nói chung, việc ứng dụng công nghệ tích trữ lạnh vào việc cấp lạnh là rất hợp lý và cần thiết

Hiện tượng quá tải của lưới điện trong giờ cao điểm và giá điện giờ cao điểm cao hơn gấp 3 giờ thấp điểm cho nên việc áp dụng hệ thống này mang lại hiệu quả rất cao.

Như vậy làm thế nào để giảm thiểu được chi phí điện năng tiêu thụ cho hệ thống điều hòa không khí là một trong những vấn đề đang được nhiều người quan tâm nhất hiện nay

Trên thế giới công nghệ trữ lạnh đã được nghiên cứu và ứng dụng từ khá lâu, còn tại Việt Nam thì đây là một công nghệ mới và đã bắt đầu đưa vào với mục đích tiết kiệm năng lượng, ví dụ như Siêu thị BigC Hải Phòng, nhà máy Dược OPV – Bình Dương, VTV Center và gần đây nhất là công trình Nha Trang Plaza Hotel

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Water Chiller dùng tank trữ lạnh

2.2.1 Nguyên lý chung của công nghệ tích trữ lạnh

Hệ thống trữ lạnh được hợp thành từ bốn thành tố- khác với hệ thống Water Chiller gồm: Bình trữ lạnh, máy làm lạnh, lưu chất truyền nhiệt (Secondary Coolant) và bơm

Nguyên lý chung của hệ thống tích trữ lạnh là gián tiếp qua tank trữ lạnh: máy chiller sẽ làm lạnh môi chất chạy qua bình bay hơi: hỗn hợp nước - Etylence Glycol, hay nước-Propylence Glycol, môi chất này sẽ nhả nhiệt (một phần hay hoàn toàn tùy thuộc vào thời điểm) cho các chất trữ lạnh hoặc nhả lạnh trực tiếp cho nước thông qua thiết bị trao đổi nhiệt tại tank trữ lạnh, nước 120C sẽ trao đổi nhiệt tại tank trữ lạnh xuống 70C và đưa tới các thiết bị trao đổi nhiệt: FCU, AHU… Tại tank trữ lạnh thì lạnh được tích trữ lạnh dưới dạng nước, băng, hoặc muối Eutectic (hỗn hợp gồm 60% NaNO3 và 40% KNO3) hay PCM (Phase change Materials), có điểm nóng chảy ở nhiệt độ thấp Tích trữ lạnh lúc hệ thống ở chế độ phụ tải thấp, giá điện rẻ và sử dụng lượng lạnh này giải phóng lạnh cung cấp cho hệ thống ở chế độ phụ tải cao, giá điện cao

PCM là chất chuyển pha có khả năng nóng chảy hoặc đông đặc ở một nhiệt

độ nhất định nào đó và trong quá trình đó thì nó có khả năng tích trữ hoặc giải phóng một lượng lớn năng lượng Các loại PCM phải đáp ứng được các yêu cầu về: đặc tính lý nhiệt, hoá học và kinh tế

Nhiệt độ xả tải ( oC )

Nhiệt độ biến đổi pha ( oC )

Dung tích tank

( m3/kWh)

Giá thành thiết bị

Theo so sánh từ bảng 2.1, ta thấy tích trữ lạnh bằng nước và băng phù hợp cho hệ thống điều hòa không khí do nhiệt độ của quá trình xả tải không quá cao vì khi xả nhiệt cho nước tuần hoàn đến 70C thì băng còn nhiệt độ 1 20C, nhiệt độ này không lớn sẽ giúp quá trình nạp tải nhanh và không tốn nhiều thời gian và năng lượng Tuy nhiên tích trữ lạnh bằng nước là tích trữ dạng nhiệt hiện nên thể tích bồn tích trữ rất lớn không phù hợp với điều kiện mặt bằng cho phép tại các thành phố lớn, nên phương pháp tích trữ băng là phù hợp nhất

Ở điều kiện Việt Nam, tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống (external melt ice-on-coil) là biện pháp hợp lý vì giá thành thiết bị thấp, độ tin cậy cao và trên hết là việc chế tạo thiết bị trong nước là hoàn toàn có thể

2.2.2 Phân tích và lựa chọn sơ đồ tích trữ lạnh dạng băng

Băng tan chảy bên ngoài ống (External melt ice – on –coil)

Băng tan chảy bên trong ống (Internal melt ice – on – coil)

Tích trữ băng dạng quả cầu băng (Ball Ice)

Hệ thống tích trữ băng tan chảy bên trong ống và hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống có thiết kế gần giống nhau, nhưng ở hệ thống tích trữ băng tan chảy bên trong ống sử dụng môi chất làm việc là Glycol, có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng nếu bị rò rỉ

Người ta thường sử dụng nước muối hoặc ethylen glycol (nồng độ từ 40%) làm chất tải lạnh trung gian vì nước muối và glycol có nhiệt độ -40C ÷ -50C, phù hợp với hệ thống ĐHKK tại Việt Nam Tuy nhiên, khi sử dụng nước muối làm chất tải lạnh dễ gây rỉ sét hệ thống đường ống nên hiện nay người ta chủ yếu sử dụng Glycol làm chất tải lạnh trung gian

25-Etylence Glycol không ăn mòn, nên an toàn cho đường ống, các bộ phận trong hệ thống Chiller

a Phương pháp tích trữ lạnh dạng băng tan chảy bên ngoài ống (externalmelt ice-on-coil)

Hình 2.8 Tank trữ lạnh

Bồn tích trữ lạnh dạng này gồm một dàn lạnh đặt chìm trong bể nước, chất

tải lạnh nhiệt độ thấp chảy trong ống

Hình 2.9 trình bày quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống Chất tải lạnh thường được sử dụng là ethylen glycol, nồng độ từ 25-40%

Hình 2.9 Quá trình hình thành và tan băng trên bề mặt ống

Glycol sau khi ra khỏi chiller được tách làm 2 nhánh, một nhánh đi vào bồn tích trữ lạnh để tạo băng và nhánh còn lại đi đến cấp lạnh trực tiếp cho phụ tải Để

sử dụng cho các hệ thống điều hòa không khí thông thường ta phải dùng thêm thiết

bị trao đổi nhiệt glycol-nước do nhiệt độ glycol thấp

Ở chế độ nạp tải (sản xuất băng): glycol được chiller làm lạnh xuống đến nhiệt độ khoảng -70C, lúc này glycol chỉ đi vào dàn lạnh của bồn tích trữ , băng bắt đầu hình thành trên bề mặt ống và dày lên dần

Ở chế độ xả tải (làm tan băng): nước nóng (khoảng 120C) hồi về từ các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ được làm lạnh tùy vào phương thức vận hành, nước lạnh ra khỏi bồn tích trữ có nhiệt độ khoảng 1-50C được đưa đến cấp lạnh cho các thiết bị trao đổi nhiệt

Nếu hệ thống vận hành theo chế độ ưu tiên cho chiller thì chiller sẽ luôn luôn hoạt động ở chế độ đầy tải để cấp lạnh, khi yêu cầu phụ tải cao hơn năng suất lạnh của chiller, bồn tích trữ lạnh sẽ bù vào khoảng thiếu hụt này

Nếu hệ thống vận hành theo chế độ ưu tiên cho bồn tích trữ thì bồn tích trữ

sẽ cấp lạnh chủ yếu, khi yêu cầu phụ tải cao hơn khả năng cấp lạnh của bồn tích trữ chiller mới vận hành cấp lạnh bổ sung Phương thức này không hiệu quả so với phương thức trên do chiller thường xuyên không vận hành ở chế độ đầy tải nên hiệu quả không cao

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tích trữ băng tan chảy bên ngoài ống làm

lạnh trực tiếp bằng tác nhân lạnh

b Phương pháp trữ lạnh kiểu băng tan chảy bên trong ống (Internal melt ice –

on – coil)

Hình 2.11: Quá trình hình thành và tan băng bên trong ống

Lúc nạp tải thì chất tải lạnh (thường Etylen Glycol) chảy bên trong ống và làm lạnh các ống đó Bên ngoài các ống đó chứa nước, nước sẽ bị làm lạnh cho tới khi đóng băng hoàn toàn

Lúc xả tải thì chất tải lạnh chảy bên trong ống (lúc đó chất tải lạnh có nhiệt

độ cao) và làm tan băng, sau đó chất tải lạnh được làm lạnh và nhiệt độ thấp xuống, chảy ra ngoài và đi tới bộ trao đổi nhiệt trung gian hoặc chảy thẳng tới hộ tiêu thụ

để cung cấp tải lạnh

c Phương pháp trữ lạnh dạng quả cầu băng (Ball Ice)

Tích trữ dạng này được thực hiện qua thiết bị STL, STL là một thuật ngữ của Cristopia Energy System, đó chính là một bình chứa đầy quả cầu băng (Nodule)

Trong chế độ nạp tải thì chất tải lạnh đi qua bình chứa và trao đổi nhiệt với các Nodule và làm hình thành băng trong các Nodule Khi xả tải thì chất tải lạnh có

nhiệt độ cao đi vào bồn chứa và làm tan băng trong các Nodule

STL được xác định bởi nhiệt độ chuyển pha và thể tích (nghĩa là từ công suất tích trữ và tốc độ trao đổi nhiệt)

Ví dụ:

STL – AC.00 - 15

15: Thể tích

00: Nhiệt độ chuyển pha

AC: Đường kính của Nodule (98mm)

Hầu hết các giải pháp PCM phù hợp cho HVAC và hệ thống lạnh đều có tính

ăn mòn, cho nên một giải pháp để tránh nhiễm bẩn môi chất và ăn mòn hệ thống thì quả cầu băng (Nodule) là một giải pháp

Sự hình thành quả cầu băng (Nodule) được mô phỏng dưới đây:

Hình 2.12 Sự hình thành quả cấu băng

Trên thị trường hiện nay, sản phẩm này được chế tạo và cung cấp với thị phần lớn nhất bởi Cristopia Energy Systems

Hình 2.13 Thành phần và cấu tạo của quả cầu băng (Nodule)

* Vật liệu: Hỗn hợp của Polyolefin, dày khoảng 1.00mm

* Bên trong chứa PCM (Phase Change Material)

* Tùy theo loại Nodule mà có nhiệt độ chuyển pha, khối lượng và nhiệt ẩn…khác nhau

* Nodule được sản xuất với ba loại có đường kính: 77mm (loại SN), 78mm (Loại IN) và loại 98mm (Loại AC.00) Tất cả nodule được sản xuất chịu áp suất cao- trên 10bar

Bảng 2.2 Thông số của các Nodule của Cristopia Energy System

- Tùy theo loại Nodule có đường kính bao nhiêu mà nó có thời gian tạo băng

và xả băng khác nhau quan hệ tuyến tính với nhiệt độ của chất tải lạnh

- Số lượng Nodule trong hệ thống xác định tốc độ trao đổi nhiệt giữa PCM

và lưu chất truyền nhiệt

- Tích trữ băng dạng này thì các Nodule này sẽ được chứa trong bình lớn (Tank) Trong chế độ nạp tải thì chất tải lạnh đi qua bình chứa và trao đổi nhiệt với các Nodule và hình thành băng trong Nodule và chế xả tải thì chất tải lạnh có nhiệt

độ cao đi vào bình chứa làm tan băng Hai quá trình này được mô tả như hình dưới dưới:

Hình 2.14 Quá trình nạp và xả tải trong Nodule

Hình 2.15 Nodule trong bình chứa

- Cristopia Energy System đã đưa ra bề mặt trao đổi nhiệt và số lượng Nodule /m3

cho từng loại Nodule

Bảng 2.3 Bề mặt trao đổi nhiệt và số lượng /m 3 cuả các Nodule

Loại Nodule với đường

Băng tan ngoài ống

+Có thể chế tạo trong nước

do cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

Băng tan trong ống

+Có thể chế tạo trong nước

do cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

Quả cầu băng

+Không gây ra hiện tượng ứng suất nhiệt

+Không gây ăn mòn đường ống và thiết bị

+Phạm vi ứng dụng rộng với các nhiệt độ khác nhau

tùy loại cầu băng

+Đòi hỏi công nghệ cao +Giá thành đắt

+Phải nhập ngoại

 Đánh giá: Sau khi phân tích 3 phương pháp trữ lạnh dạng băng trên em thấy phương pháp trữ lạnh dùng tank trữ lạnh dạng cầu nhiệt là hợp lý nhất Nha

Trang Plaza là công trình 5 sao với vốn đầu tư nước ngoài, đòi hỏi công nghệ cao và tiết kiệm điện

 Do vậy hiện nay tại công trình Nha Trang Plaza cũng đã lựa chọn hệ thống tích trữ băng dạng quả cầu băng, glycol làm chất tải lạnh trung gian cho hệ thống water chiller

2.2.3 Các thiết bị chính của hệ thống tích trữ lạnh

a Máy làm lạnh trung tâm

Bao gồm hai loại Chiller trong hệ thống là Water Chiller và Glycol Chiller Tùy phương pháp và tùy công nghệ mà trong hệ thống được bố trí các loại Chiller khác nhau như chỉ Water Chiller, Glycol Chiller hay cả hai loại này trong một hệ thống để miễn sao chúng được làm việc hợp lý và tốt nhất là được

Hệ thống Water Chiller: Thường ứng dụng cho hệ thống công nghệ tích

tích trữ lạnh dùng nước, và một số hệ thống công nghệ tích trữ lạnh dùng băng dạng tĩnh, dạng động…

Hệ thống Glycol Chiller: Thường ứng dụng cho hệ thống công nghệ tích

trữ lạnh dùng băng dạng bột băng, dạng tĩnh, dạng nỗi

Hệ thống kết hợp bởi Water Chiller và Glycol Chiller: Với sự kết hợp

như thế này thì đa số đều sử dụng được cho các hệ thống công nghệ tích trữ kể trên Nhưng tỷ lệ hoạt động, ưu tiên hoạt động của các loại Chiller còn phụ thuộc vào công nghệ và phương pháp tích trữ của hệ thống phụ tải

b Bơm

Với một hệ thống trữ băng lớn thì cơ hội để tối ưu hóa năng lượng bơm là thường hợp lý Nó được hình thành bởi ba loại bơm riêng biệt, mỗi bơm có một nhiệm vụ riêng

Bơm Chiller: Bơm có thể tích không đổi, cung cấp tốc độ dòng của hệ

thống, nhưng một mình nó thì không thể thắng được cột áp của hệ thống

Bơm cấp tải (Load pump): Bơm chất tải lạnh đi vào dàn lạnh (AHU,

FCU), là bơm có thể tích thay đổi

Bơm nước đá (Ice pump): Đây là bơm có thể tích thay đổi Thay đổi

lượng nước lạnh tuần hoàn trong hệ thống trữ băng

c Bình tích trữ

Có thể chứa những quả cầu trữ lạnh, nước và chúng được làm lạnh nhờ chất tải lạnh Chất tải lạnh có thể là hỗn hợp nước, Etylence Glycol hay nước - Propylence Glycol

• Bồn tích trữ băng dạng chứa các quả cầu băng (Nodule – STL)

Chế tạo bằng thép đen với áp suất thử bền từ 4,5 đến 10bar

Đặt nằm, đặt đứng hoặc có thể được chôn dưới đất

Với mỗi loại bình chứa thì có kích thước, thể tích, lượng chất tải lạnh khác nhau

Hình 2.16 Bình chứa kiểu nằm ngang của Cristopia

• Bồn tích trữ băng dạng chứa các ống thép (hoặc ống đồng chịu lực)

Bồn tích trữ lạnh dạng chứa các ống thép này hiện chưa phổ biến ở Việt Nam cũng như tại một số các nước khác Nhưng ở Đài Loan thì bồn tích trữ lạnh loại này lại rất phổ biến, loại bồn này ứng dụng trong hệ thống tích trữ lạnh dạng: băng tan bên ngoài ống, bên trong ống

Hình 2.17 Bồn tích trữ lạnh bằng ống thép hoặc ống đồng chịu lực 2.2.4 Vận hành chiller để điều chỉnh công suất trữ lạnh

Hệ thống tích trữ lạnh được vận hành thành 02 giai đoạn:

*Giai đoạn thứ nhất: là giai đoạn nạp tải vào trong hệ thống tích trữ lạnh:

Hệ thống gồm 02 vòng tuần hoàn tương đương: Vòng tuần hoàn thứ nhất nối với chiller với hệ thống tích trữ lạnh, vòng thứ 2 nối chiller với hộ tiêu thụ lạnh

Hai vòng này đặt song song với nhau trong hệ thống Ở trường hợp thứ nhất khi hộ tiêu thụ lạnh ít tải (ví dụ ban đêm), ứng với chiller hoạt động hết công suất, một phần tác nhân lạnh trung gian sẽ đi vào hệ thống tích trữ lạnh Tại đây, hệ thống tích trữ lạnh sẽ hấp thụ năng lượng lạnh này

*Giai đoạn thứ hai: là giai đoạn xả tải từ hệ thống tích trữ lạnh:

Trường hợp này khi tải của hộ tiêu thụ lạnh lớn hơn tải của máy nén cần thiết khi hoạt động hết công suất, hệ thống tích trữ lạnh sẽ được xả tải thông qua tác nhân lạnh trung gian trong hệ thống để bù vào tải của chiller để đáp ứng đầy đủ tải lạnh cho hộ tiêu thụ

Trường hợp này cũng được sử dụng để ngưng vận hành máy lạnh vào giờ cao điểm, khi đó tải lạnh của hộ tiêu thụ sẽ được cung cấp từ hệ thống tích trữ lạnh, nhờ đó chi phí điện cho hệ thống lạnh sẽ được giảm đáng kể

Có 2 phương pháp vận hành hệ thống là tích trữ 1 phần và tích trữ toàn phần

 Tích trữ 1 phần

Là phương pháp vận hành hệ thống chiller để tích trữ lạnh trong suốt giờ thấp điểm, vào giờ cao điểm máy lạnh cung cấp một phần tải lạnh cho hệ thống, phần còn lại do bồn tích trữ lạnh cung cấp Vì vậy máy lạnh phải hoạt động liên tục

để vừa cung cấp lạnh đáp ứng phụ tải vừa tích trữ lạnh

Hình 2.18 Chế độ nạp tải của tích trữ một phần

Hình 2.19 Chế độ xả tải của tích trữ một phần