giáo trình kỹ thuật điều hòa không khí

Nguy n Quang àm đã giúp đ tác gi cho vi c hoàn ch nh giáo trình này... H TH NG HÖT PHÂN PH I KHÔNG KHÍ AIR.

Giáo trình i u hòa không khí đ c biên so n d a trên đ c ng

chi ti t h c ph n i u hòa không khí th i l ng 30 ti t gi ng d y cho

sinh viên chuyên ngành Công ngh Nhi t - i n l nh, Tr ng i h c

S ph m K thu t thành ph H Chí Minh Giáo trình này c ng có th làm tài li u tham kh o cho các cán b k thu t thu c các ngành k thu t

Ch ng 5: Thành l p và tính toán s đ đi u hòa không khí

Ch ng 6: Các h th ng đi u hòa không khí

Ch ng 7: i u hòa không khí ki u bay h i

Ch ng 8: Các h th ng thông gió

Ch ng 9: Tính toán thi t k ng gió

Trong quá trình biên so n giáo trình này, chúng tôi đã tham kh o nhi u tài li u c a nhi u tác gi trong và ngoài n c, nhân đây cho chúng tôi g i l i chân thành c m n đ n các tác gi Xin chân thành c m n KS

Nguy n Ng c Yên, KS Nguy n Quang àm đã giúp đ tác gi cho vi c hoàn ch nh giáo trình này

L n đ u tiên xu t b n nên giáo trình này không tránh kh i các sai sót, mong ban đ c góp ý cho các tác gi

Xin chân thành c m n

Các tác gi

U

1.4 CÁC H TH NG I U HÕA KHÔNG KHÍ TOÀN

2.5 QUÁ TRÌNH HÒA TR N C A CÁC DÒNG KHÔNG KHÍ(

Ch ng 6: CÁC H TH NG I U HÕA KHÔNG KHÍ 287

8.6 H TH NG HÖT PHÂN PH I KHÔNG KHÍ (AIR

Ch ng 1

PH M VI S D NG I U HÒA KHÔNG KHÍ

Vào th i ti n s , con ng i đã bi t s d ng l a đ làm m ngôi nhà

và dùng n c l nh đ gi m nhi t đ c a nó.Cho đ n hàng tri u n m sau

v n ch a có nh ng c i thi n đáng k nào L a đ c đ ttrong các lâu đài

th i trung đ i ChâuÂu vànó gia nhi t không xung quanh ngay l p t c

Nh ng b c tranh theo th i gian cho th y các v vua và n hoàng m c

nh ng b da lông thú và mang g ng tay trong nhà vào mùa đông

ã có m t vài ti n b xu t hi n, ng i Roma c đ i đã bi t làm mkhông khí trong các tòa nhà b ng b c x m t tr i c c kì hi u qu và sau đó l u thông không khí đó trong các sàn r ng ho c t ng r ng.Trong

đi u ki n khí h u khô ráo vùng Trung ông, con ng i đã treo các mái

gi đ c làm t tr c c a và t đó đã cho th yhình th c ban đ u v

s làm mát không khí bay h i ChâuÂu, Leonardo da Vinci đã thi t k

m t b làm mát bay h i kích th c l n (hình 1.1)

Hình 1.1 Phát minh thi t b làm l nh và thông gió c a Leonardo

da Vinci trong th k 15

B làm mát và thông gió đ c ch t o b i Leonardo da Vinci vào

th k 15 ây là b đi u hòa không khí cho phòng the c a Beatrice d’Este (v c a ng i đ đ u da Vinci), công t c c a Milan Bánh xe

đ c đ t bên ngoài t ng c a lâu đài và đ c quay b i s c n c (th y

l c)v i s h tr t nh ng ng i nô l Các van đ c m và đóng t

12

đ ng, đ a không khí đi vào thùng quay, n i không khí đ c làm s ch và

đ y ra thông qua tr c r ng tâm và đ ng ng vào phòng

Tuy nhiên, s phát tri n c agia nhi t, thông gió và đi u hòa không khí (HVAC) th c t đ c nghiên c u ch m i kho ng 100 n m tr c

Nh ng h th ng gia nhi t trung tâm đã đ c phát tri n trong th k 19 và

đi u hòa không khí mùa hè s d ng ki u làm l nh c h c đã đ c phát tri n thành m t ngành công nghi p chínhch sau trong60 n m sau đó

Nh ng mãi đ n n m 2000, các h th ng HVAC n c M đã thu v 50 t

đô la hàng n m trong vi c l p đ t h th ng, v i g n 20 tri u đô la trong

vi c bán các thi t b

Con ng i trong m t xã h i hi n đ i có th dành t i 90% th i gian trong nhà i u này không quá ng c nhiên Chính vì v y, vi c t o ra m t môi tr ng trong nhà tho i mái và đ m b o s c kh e đã tr thành m t

v n đ chính trong n n kinh t c a chúng ta

M C TIÊU

Sau khi nghiên c u ch ng này, b n s có th :

1 Li t kê các đi u ki n môi tr ng mà m t h th ng đi u hòa không khí có th ki m soát

2 Mô t nh ng n i mà đi u hòa không khí đ c s d ng

3 V phác h a s đ các b ph n chính c a m t h th ng đi u hòa không khí

4 V phác h a s đ các b ph n chính c a m t h th ng làm mát

và gia nhi t th y nhi t

5 Mô t các đi u ki n môi tr ng bên trong mà cung c p m t s

i u hòa không khí là quá trình x lý không khí trong m t môi

tr ng đ thi t l p và duy trì các tiêu chu n v nhi t đ , đ m, đ s ch

và s chuy n đ ng không khính mong mu n

Chúng ta s cùng khám phá nh ng đi u ki n này đ c đi u ch nh

nh th nào:

1 Nhi t đ : Nhi t đ c a không khí đ c đi u ch nh b i s gia nhi t

ho c làm mát không khí

2 m: m không khí (h i n c ch a trong không khí) đ c

đi u ch nh b ng vi c thêm ho c lo i b h i n c kh i không khí

(s gia m hay s kh m)

3 s ch: s ch c a không khí hay ch t l ng không khí đ c

đi u ch nh b ng vi c l c,kh ch t gây ô nhi m không mong mu n

b ng phin l c ho c các thi t b khác, ho c b ng s thông gió,

thêm không khí bên ngoài vào đ làm gi m các ch t gây ô nhi m.Thông th ng, khi l p đ t ng i ta đ u s d ng c l c khí

và thông gió

4 S chuy n đ ng: S chuy n đ ng c a không khí d a vào v n t c

không khí và không gian không khí đ c phân ph i Vi c này

đ c đi u ch nh b i các thi t b phân ph i không khí thích h p

i u ch nh âm thanh là m t ch c n ng ph c a m t h th ng đi u hòa không khí m c dù h th ng này có th gây ra m t s v n đ ph c

t p.Thi t b đi u hòa không khí có th t o ra ti ng n quá m c, do đó c n

có các thi t b tiêu âm trong h th ng

M t h th ng n c nóng ho c m t h th ng gia nhi t h i n c,

g m m t lò h i, h th ng đ ng ng và các thi t b b c x đi u ch nh nhi t đ không khí đ s i m vào mùa đông Các lo i h th ng th ng

đ c s d ng ph bi n trong các nhà riêng (khu dân c ), nhà chung c , tòa nhà công nghi p

H th ng không khí nóngbao g m m t bu ng đ t và các đ ng ng

s đi u ch nh nhi t đ không khí ch trong mùa đông Tuy nhiên, vi c thêm đ m trong đ ng ng có th đi u ch nh đ m trong mùa đông

H th ng không khí nóng đ c dùng ph bi n trong khudân c

Nhi u khu nhà có s k t h p thi t b làm mát và gia nhi t không khí đ đi u ch nh nhi t đ và đ m trong c mùa đông và mùa hè Các

m c đ đi u khi n ch t l ng và s v n chuy n không khí đ c tích h p trong các h th ng làm mát và gia nhi t không khí

14

1.2 CÁC THÀNH PH N C A H TH NG I U HÒA KHÔNG KHÍ

Nhi t luôn luôn di chuy n t n i m h n sang n i l nh h n Trong mùa đông, có t n th t nhi t liên t c t các tòa nhà ra ngoài tr i N u không khí trong các tòa nhà đ c duy trì m t nhi t đ thích h p, nhi t

ph i đ c liên t c cung c p đ n không khí trong phòng Thi t b cung

c p nhi t yêu c u g i là m t h th ng gia nhi t

Hình 1.2 Hình nh đô th Manhattan v i Tháp đôi Trung tâm

M t h th ng đi u hòa không khí có th cung c p nhi t, làm mát

ho c c hai Kích th c c ng nh tính ph c t p c a nó ph thu c vào quy mô c a không gian s d ng Ví d , có th s d ng m t thi t b c a

s cho m t phòng nh và v i m t tòa nhà ph c t p ta s d ng m t h

th ng l n, nh là Trung tâm Th ng m i Th gi i (hình 1.2) d a trên cùng m t nguyên lí c b n H u h t các h th ng làm mát và gia nhi t có các thành ph n c b n sau:

1 M t ngu n nhi tđ b sung nhi t l ng cho m t dòng ch t l u

4 Các thi t b (qu t ho c b m) đ v n chuy n không khí ho c n c

5 Các thi t b ph đ truy n nhi t gi a dòng ch t l u và phòng

Chúng ta s gi i thi u ng n g n v ch c n ng và s đ các thành

ph n chính Các thành ph n này bao g m đi u khi n t đ ng hóa, các thi t b an toàn, các van, các b gi m âm, s l p đ t và các thi t b tiêu

âm và gi m ch n s đ c th o lu n chi ti t h n các ch ng sau Các h

th ng đi u hòa không khí s d ng n c đ gia nhi t ho c làm mát dòng

ch t l u đ c g i là h th ng toàn n c ho c là h th ng th y nhi t;

nh ng h th ng khác s d ng không khí g i là toàn không khí M t h

th ng s d ng c n c và không khí đ c g i là h th ng k t h p ho c

h th ng n c – không khí

1.3 H TH NG I U HÒA KHÔNG KHÍ TOÀN N C

M t h th ng gia nhi t th y nhi t đi n hình đ c trình bày hình

1.3 N c đ c gia nhi t ngu n nhi t (1), th ng là m t lò h i n c nóng N c sau khi gia nhi t đ c l u thông b ng b m (2) và đ a đ n

m i phòng thông qua h th ng ng d n (3) và đi vào m t thi t b đ u

cu i (4) Không khí trong phòng đ c gia nhi t b ng cách mang nó đ n

ti p xúc v i thi t b đ u cu i T đó n c m t m t l ng nhi t c a nó cho phòng, nó ph i h i v ngu n nhi t (1) đ đ c gia nhi t l i

N u h i n c đ c dùng trong h th ng gia nhi t, các b ph n làm

vi c v i cùng m t hình th c, ngo i tr b m thì không c n thi t đ v n chuy n h i; áp su t c a h i s có đ c đi u này Tuy nhiên, khi h i n c

làm mát thi t b đ u cu i, nó ng ng thành n c và có th c n m t b m

n c ng ng đ đ a n c tr l i lò h i.Nguyên lý c a m t h th ng làm mát th y nhi t cóhình th c t ng t v i m t h th ng gia nhi t th y

nhi t N c đ c làm l nh trong thi t b làm l nh đ c g i là máy làm

16

Không khí trong phòng m h n s m t m t l ng nhi t c a nó cho

n c l nh thi t b đ u cu i Khi n c đ c gia nhi t, nó ph i tr v máy làm l nh n c đ đ c làm l nh l i Các h th ng th y nhi t th ng

đ c s d ng ph bi n cho các h th ng HVAC v i yêu c u c gia nhi t

1.4 CÁC H TH NG I U HÒA KHÔNG KHÍ TOÀN KHÔNG KHÍ

Các h th ngtoàn không khís d ng không khí đ gia nhi t ho c

làm mát các phòng Chúng còn có kh n ng đi u ch nh đ m và cung

c p s thông khí ngoài tr i, đi u mà h th ng th y nhi t không th làm

đ c

Hình 1.6 S đ các thành ph n c b n c a m t h th ng làm l nh

và gia nhi t toàn khí

M t h th ng gia nhi t và làm mát toàn không khí đ c th hi n hình 1.6 Không khí đ c gia nhi t ngu n nhi t (1), ví d nh m t

bu ng đ t (Nó có th là m t b trao đ i nhi t tu n hoàn n c nóng,

đ c gia nhi t b ng m t lò h i riêng bi t).Không khí sau khi đ c gia nhi t s đ c v n chuy n b ng qu t (2) và đ a t i m i phòng thông qua các đ u ra g i là mi ng th i khí ho c van đi u ti t khí (4) đ c thi t k

đ phân ph i không khí thích h p trong phòng Khi không khí c p đ c gia nhi t đi vào phòng, phòng s đ c gia nhi t

Vào mùa đông, có th m t máy đi u m đ duy trì đ m trong phòng phù h p

Vào mùa hè, không khí đ c làm l nh khi nó l u thông qua m t ngu n l nh (5) th ng là m t dàn các ng ch a môi ch t làm l nh b i các thi t b làm l nh Khi không khí c p đi vào phòng, phòng s đ c làm l nh

Vì kích th c c a t ng phòng là c đ nh, th tích không khí đi vào phòng ph i b ng th tích không khíthoát ra i u này th ng đ c th c

hi n b i các ng gió h i (6) Không khí đ c gia nhi t ho c làm l nh tr

l i và đ c v n chuy n l i.H th ng ng gió l y không khí ngoài tr i đ cung c p không khí t i cho ch t l ng không khí t ng lên.Th tích không khí th i ra (8) b ng v i th tích c a không khí t i c p vào Ch t

l ng và đ m có th đ c đi u ch nh b i b l c khí (9), máy đi u m khí (10)

18

Hình 1.7 S đ các b ph n c a thi t b đi u hòa không khí c n m cho

khu dân c (bình ng ng máy l nh tách r i)

M t ví d v b thi t b h th ng toàn khí đ c th hi n hình 1.7

S đ này phù h p cho đi u hòa không khí th ng m i và dân d ng

Các h th ng k t h p

H th ng k t h p n c và không khí luôn đ c a chu ng Ví d ,

m t h th ng th y nhi t trong làm l nh trung tâm có th t o ra n c l nh

ho c n c nóng sau đó nó đ c v n chuy n qua các b trao đ i nhi t làm

l nh ho c gia nhi t trong các h th ng toàn khí l n đ n các không gian khác c a tòa nhà

Các h th ng đi u hòa không khí đ n nh t và trung tâm

M t h th ng đi u hòa không khí đ n ho c m t kh i (nguyên c m)

s d ng các thi t b mà t t c ho c h u h t các b ph n chính đã đ c l p ráp s n trong nhà máy (ví d phòng đi u hòa không khí) Ví d ,l p đ t thi t b đ n toàn khí trên mái (m t b trên mái), nh s d ng trong các siêu th , đ c th hi n hình 1.8

Hình 1.8: Thi t b đi u hòa không khí lo i đ t trên mái

M t h th ng đi u hòa không khí trung tâm ho c l p ghép th ng

s d ng các thi t b trung tâm đ t các phòng thi t b c khí M iph n

c a thi t b đ c l p đ t riêng bi t và đ c k t n i công tr ng, đúng

T m c đích chung c a h u h t các h th ng đi u hòa không khí là

đ t o ra m t môi tr ng ti n nghi, ng i thi t k h th ng và ng i v n hành ph i hi u rõ v các y u t nh h ng đ n s ti n nghi c a con

ng i

S t n th t nhi t c th

C th ng i t o ra nhi t khi chuy n hóa th c n Nhi t c th này

ti p t c t n th t đ n không gian l nh h n xung quanh nó ây là y u t

xác đ nh c m giác nóng ho c l nh hay còn g i làm c đ t n th t nhi t c

th Khi m c đ t n th t nhi t c th n m trong gi i h n cho phép s đ m

b o c m giác tho i mái cho con ng i.N u m c đ t n th t nhi t c th quá l n thì s có c m giác l nh, n u m c đ t n th t nhi t c th quá th p thì s có c m giác nóng

Các quá trình t n th t nhi t đ n không gian xung quanh: đ i l u,

b c x , bay h i S trao đ i gi a c th v i môi tr ng đ c th hi n

trong hình 1.9(b)

20

Trong quá trình đ i l u, không khí xung quanh c th ngay l p t c

s nh n nhi t t c th Không khí đ c gia nhi t ti p t c di chuy n ra

xa, do s đ i l u t nhiên qua không khí l nh h n g n nó ho c c ng

b c đ th i ra xa Không khí l nh xung quanh s ti p t c nh n nhi t

Trong quá trình b c x , nhi t c th đ c truy n tr c ti p qua

không gian xung quanh đ n các đ i t ng có nhi t đ th p h n nhi t đ

c th g n đó (ví d : vách t ng) ây là lí do t i sao chúng ta th ng

c m th y không tho i mái khi ng i g n c a s ho c vách t ng vào th i thi t l nh, th m chí trong m t c n phòng m Tuy nhiên, ngu n gia nhi t

m h n c th có th b c x nhi t v phía c th , nó s t o ra m t c m giác m ngay c khi nhi t đ không khí xung quanh th p ây là lí do t i sao ta có c m giác m khi đ ng tr c m t ng n l a ngay c vào ngày

l nh Hi n này, nhi u nhà hàng và quán cà phê có g n kính v i các t m panel gia nhi t b c x đ duy trì s tho i mái cho khách hàng trong mùa

C th c ng đ c làm l nh b ng s bay h i: n c trên da (m

hôi) s h p th nhi t t c th sau đó bay h i vào không khí xung quanh

và mang theo l ng nhi t đó

M c đ t n th t nhi t c th ch u nh h ng b i 5 đi u ki n sau:

Ng i thi t k và v n hành h th ng có th đi u ch nh s ti n nghi

c b n b ng vi c đi u ch nh ba đi u ki n: nhi t đ , đ m và s chuy n

đ ng không khí.V y chúng đ c đi u ch nh nh th nào đ c i thi n s

S chuy n đ ng không khí có th t ng lên đ t ng t n th t nhi t c

th (vào mùa hè) và h th p đ gi m t n th t nhi t c th (vào mùa đông)

b ng s đ i l u

D nhiên, nh ng ng i s ng trong các tòa nhà có nhi u s đi u

ch nhcá nhân cho s ti n nghi c a chính h Ví d , h có th đi u ch nh

ch t h p th có th đ c dùng đ lo i b các ch t khí không mong mu n Chúng ta có th làm loãng n ng đ các ch t gây ô nhi mkhông khí trong phòng b ng vi c b sung không khí ngoài tr i vào tòa nhà.Ph ng pháp

này g i là s thông gió (thông khí)

V n đ v ch t l ng không khí trong nhà (IAQ) đã tr thành m i quan tâm chính và quan tr ng trong nhi u n m g n đây ã có nhi u

b ng ch ng cho th y r ng các ch t gây ô nhi m không khí trong phòng là

nguyên nhân nh h ng đ n s c kh e c a con ng i C m t h i ch ng

b nh t tòa nhà và các b nh liên quan đ n tòa nhà đ c đ a ra nh m ám

ch đ n nh ng tác đ ng này Nh ng n l c c i thi n và nghiên c u m nh

m đang đ c th c hi n trong trong ngành HVAC

Rõ ràng ch t l ng không khí kém s góp ph n gây nên nh ng v n

đ v s c kh e con ng i Khi con ng i s d ng lên đ n 90% th i gian

c a h trong nhà, đây là m t v n đ đáng đ c quan tâm H th ng HVAC liên quan v i ch t l ng khí trong nhà (IAQ), th ng có nh ng

v n đ và có nh ng gi i pháp ti m n ng cho nh ng v n đ y

S ô nhi m không khí t các ngu n bên trong tòa nhà là nguyên nhân chính gây ra IAQ kém, nh ng ch t l ng không khí ngoài tr i đi vào tòa nhà c ng là m t ph n t o nên v n đ này