NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG KIỂU ỐNG NHIỆT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Ống nhiệt là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, còn được gọi là thiết bị siêu dẫn nhiệt với các ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, truyền tải nhiệt từ vùng nóng tới vùng lạnh không cần chi tiết chuyển động cơ khí. Có khả năng trao đổi nhiệt lớn trong điều kiện độ chênh nhiệt độ nhỏ (nên còn được gọi là vật siêu dẫn). So với dẫn nhiệt bằng thanh kim loại cùng kích thước, khả năng truyền nhiệt từ nguồn nhiệt đến nơi tiêu thụ của ống nhiệt lớn hơn hàng chục lần Trên thực tế ống nhiệt thường được lắp đặt thành dàn hoặc thành cụm ống. Trong quá trình làm việc giả sử có một vài ống nhiệt bị hỏng thì hệ thống vẫn làm việc được. Mặt khác có thể thay thế ống nhiệt bị hỏng ngay cả khi hệ thống đang hoạt động Trong hệ thống điều hoà trung tâm, theo yêu cầu của tiêu chuẩn vệ sinh, luôn luôn cần bổ sung tối thiểu 20% gió tươi (không khí ngoài trời có nhiệt độ, độ ẩm cao) vào hệ thống, điều này đồng nghĩa với việc cần phải thải bỏ ít nhất 20% lưu lượng gió tuần hoàn (có nhiệt độ thấp).

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

TRẦN VĂN TIẾN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ TIẾT KIỆM

NĂNG LƯỢNG KIỂU ỐNG NHIỆT

TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Chuyên ngành: Quản lý Năng lượng

“Nghiên cứu thiết bị tiết kiệm năng lượng kiểu ống nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí”

Để hoàn thành được đề tài này em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn giúp

đỡ tận tình của TS Bùi Mạnh Tú là giảng viên trực tiếp hướng dẫn, cùng các thầy

cô giáo của Trường Đại học Điện lực đã giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 4 năm 2014

Học viên cao học

Trần Văn Tiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Mạnh Tú Em cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, 28 tháng 4 năm 2014

Học viên cao học

Trần Văn Tiến

Trên thực tế ống nhiệt thường được lắp đặt thành dàn hoặc thành cụm ống Trong quá trình làm việc giả sử có một vài ống nhiệt bị hỏng thì hệ thống vẫn làm việc được Mặt khác có thể thay thế ống nhiệt bị hỏng ngay cả khi hệ thống đang hoạt động

Trong hệ thống điều hoà trung tâm, theo yêu cầu của tiêu chuẩn vệ sinh, luôn luôn cần bổ sung tối thiểu 20% gió tươi (không khí ngoài trời có nhiệt độ, độ

ẩm cao) vào hệ thống, điều này đồng nghĩa với việc cần phải thải bỏ ít nhất 20% lưu lượng gió tuần hoàn (có nhiệt độ thấp)

Từ những lý do trên, ý tưởng của đề tài là chế tạo một thiết bị tiết kiệm năng lượng kiểu ống nhiệt để tận dụng lượng nhiệt lạnh của gió thải để làm mát sơ bộ gió tươi cấp vào trong hệ thống điều hoà không khí

B,Mục đích nghiên cứu:

Đề xuất một giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống điều hoà không khí trung tâm bằng việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới – Kiểu ống nhiệt

C, Nhiệm vụ nghiên cứu:

Nghiên cứu hoạt động của hệ thống điều hoà không khí trung tâm, tính toán, thiết kế một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới áp dụng cho việc tiết kiệm năng lượng

trong hệ thống điều hoà trung tâm Tính toán, đánh giá khả năng tiết kiệm năng lượng khi sử dụng thiết bị này

D, Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: thiết bị tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hoà trung tâm

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các thiết bị trong phòng thí nghiệm, đánh giá thông số vận hành, tiêu hao điện năng, và khả năng tiết kiệm năng lượng khi sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng kiểu mới, khảo sát đánh giá tại một công trình

cụ thể tại Hà Nội

E, Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết, tham khảo kết quả của các công trình khoa học đã

công bố, đo đạc, khảo sát thực tế tại một công trình cụ thể, nghiên cứu khả năng

làm việc của thiết bị trong phòng thí nghiệm

F, Dự kiến đóng góp mới:

Giới thiệu một phương pháp, thiết bị tiết kiệm kiểu mới sử dụng trong hệ thống điều hoà trung tâm

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

MỤC LỤC 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 12

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 12

1.1.1 Khái niệm 12

1.1.2 Vai trò điều hòa không khí đối với sinh họat, công nghệ và sản xuất 12

1.2 KHÔNG KHÍ, MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 14

1.2.1 Giới thiệu chung về không khí 14

1.2.2 Các thông số trạng thái cơ bản của không khí 15

1.2.3 Biểu đồ I-d không khí ẩm 20

1.2.3 Môi trường không khí 23

1.2.4 Những ảnh hưởng của môi trường không khí đối với sinh hoạt của con người 24

1.3 QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÔNG KHÍ 30

1.3.1 Định nghĩa về công nghệ xử lý không khí 30

1.3.2 Các quá trình công nghệ xử lý không khí cơ bản 30

1.4 HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 43

1.4.1 Khái niệm và phân loại 43

1.4.2 Máy điều hoà cục bộ: 44

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM 57

2.1 TIÊU HAO NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM 57

2.1.1 CÁC CHU TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ĐIỂN HÌNH TRONG HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM 57

2.1.2 CÁC KHÂU TIÊU HAO NĂNG LƯỢNG VÀ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐHKK TRUNG TÂM 59

2.2 NHÓM CÁC GIẢI PHÁP VỀ QUẢN LÝ 61

2.2.1 CHỌN CHẾ ĐỘ SỬ DỤNG HỢP LÝ 61

2.2.2 SỬ DỤNG BỒN TRỮ LẠNH 62

2.2.3 TỐI ƯU HOÁ HOẠT ĐỘNG CỦA THÁP GIẢI NHIỆT 63

2.3 NHÓM CÁC GIẢI PHÁP VỀ KỸ THUẬT 68

2.3.1 DÙNG BIẾN TẦN CHO BƠM, QUẠT 68

2.3.2 PHƯƠNG PHÁP THU HỒI NHIỆT THẢI 72

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG 75

CHO VIỆC TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM 75

3.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 75

3.1.1 CẤU TẠO CỦA ỐNG NHIỆT 75

3.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ÔNG NHIỆT 76

3.2 PHÂN LOẠI ỐNG NHIỆT 77

3.2.1 THEO LỰC TÁC DỤNG ĐỂ ĐƯA CHẤT LỎNG NGƯNG QUAY TRỞ VỀ PHẦN SÔI 78

3.2.2.THEO PHẠM VI NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG 80

3.2.3 THEO MÔI CHẤT NẠP 81

3.2.4 THEO MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT 81

3.2.5 THEO HÌNH DẠNG ỐNG 81

3.3 ƯU ĐIỂM CỦA ỐNG NHIỆT 81

3.4 ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NHIỆT 82

3.5 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM 86

3.5.1 SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT ĐỂ GIẢM CÔNG SUẤT DÀN LẠNH, GIẢM CÔNG SUẤT SẤY TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM 87

3.5.2 SỬ DỤNG ỐNG NHIỆT NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM 89

3.5.3 CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 94

3.5.4 THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 96CHƯƠNG 4 TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM KHI SỬ DỤNG THIẾT BỊ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG KIỂU ỐNG NHIỆT 1004.1 KHÁCH SẠN SHERATON HÀ NỘI 1004.2 HỆ THỐNG LẠNH VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TẠI KHÁCH SẠN SHERATON HÀ NỘI 1014.2.1 Các tổ hơp thiết bị trong hệ thống lạnh và điều hoà không khí 1014.2.2 Hệ thống điều hoà trung tâm AC1, AC2 1034.2 TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH

VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TẠI KHÁCH SẠN SHERATON HÀ NỘI 109KẾT LUẬN 112KẾT LUẬN 116TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Xác định các thông số của trạng thái không khí trên biểu đồ I-d 21

Hình 1.2: Các quá trình thay đổi trạng thái không khí trên biểu đồ I-d 22

Hình 1.3: Các vùng thay đổi trạng thái không khí 22

Hình 1.4: Nhiệt độ hiệu quả tương đương 26

Hình 1.5: Quá trình sấy không khí 31

Hình 1.6: Quá trình làm lạnh không khí 32

Hình 1.7: Quá trình hoà trộn không khí 33

Hình 1.8: Biểu diễn các quá trình công nghệ không khí bằng nước lạnh trong buồng phun máy điều hòa 35

Hình 1.9: Quá trình công nghệ không khí bằng nước quá nhiệt 37

Hình 1.10: Quá trình công nghệ không khí khi qua buồng phun hơi 38

Hình 1.11: Quá trình làm khô không khí bằng dung dịch hút ẩm 39

Hình 1.12: Làm khô không khí bằng silicoghen 39

Hình 1.13: Quá trình thay đổi trạng thái không khí trong phòng điều hoà 40

Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý thiết bị điều hoà với nhiều công đoạn xử lý không khí 41

Hình 1.15: Qúa trình công nghệ xử lý không khí vào mùa hè 42

Hình 1.16: Hỗn hợp các quá trình công nghệ không khí - mùa đông 43

Hình 1.17: Máy điều hòa cục bộ loại 2 cục 45

Hình 1.18: Máy điều hòa cục bộ dạng tủ 46

Hình 1.19: Máy điều hòa cục bộ loại 1 dàn nóng – nhiều dàn lạnh 46

Hình 1.20: Máy điều hòa VRV 47

Hình 1.21: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa bán cục bộ 48

Hình 1.22: Sơ đồ máy điều hoà kiểu lắp ghép có sử dụng tuần hoàn 49

Hình 1.23: Giàn sấy bề mặt trao đổi nhiệt- sử dụng nước nóng 51

Hình 1.24: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo buồng phun 52

Hình 1.25: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo các tấm tách giọt nước 52

Hình 1.26: Sơ đồ xử lý không khí tại buồng phun 53

Hình 1.27: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hoà trung tâm cấp thẳng 55

Hình 1.28: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa trung tâm có sử dụng không khí tuần hoàn 56

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa không khí trung tâm điển hình 57

Hình 2.2: Cấu tạo một loại AHU 59

Hình 2.3: Máy lạnh (Water Chiller) giải nhiệt nước 60

Hình 2.4: Cấu tạo của tháp giải nhiệt 63

Hình 2.5: Bảo ôn đường ống gió 67

Hình 2.6: Làm sạch bề mặt bình ngưng 67

Hình 2.7: Đồ thị đường đặc tính của bơm 70

Hình 2.8: Đường đặc tính của bơm ở tốc độ 1480 v/p khi sử dụng van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng 70

Hình 2.9: Đường đặc tính của bơm ở tốc độ 1480 v/p khi sử dụng biến tần thay đổi tốc độ bơm 71

Hình 2.10: Sơ đồ tuần hoàn của hệ thống điều hoà không khí 73

Hình 2.11: Biểu diễn quá trình hoà trộn của không khí tuần hoàn và không khí ngoài trời 73

Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động của thiết bị thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt trong hệ thống điều hoà không khí trung tâm 74

Hình 3.1: Ống nhiệt 75

Hình 3.2 Quá trình hoạt động của ống nhiệt trên biển đồ T-s 77

Hình 3.3: Ống nhiệt trọng trường 78

Hình 3.4: Ống nhiệt mao dẫn 79

Hình 3.5: Ống nhiệt ly tâm làm mát động cơ điện 80

Hình 3.6: Sử dụng ống nhiệt làm mát các thiết bị điện tử 83

Hình 3.7: Hệ thống chân đỡ bằng ống nhiệt để làm mát đường ống 84

Hình 3.8: Sử dụng ống nhiệt làm bộ thu năng lượng mặt trời cho bình nước nóng 84

Hình 3.9: Sử dụng ống nhiệt trong ngành công nghiệp ô tô dùng để làm mát động cơ, làm mát đèn pha chiếu sáng, sưởi ấm ca bin… 85

Hình 3.10: Ứng dụng của ống nhiệt cho việc tiết kiệm năng lượng trong hệ thống

điều hoà không khí trung tâm 86

Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt trong khối xử lý không khí trung tâm (AHU) 87

Hình 3.12: Nguyên lý lắp đặt thiết bị tiết kiệm năng lượng kiểu ống nhiệt trong khối xử lý không khí trung tâm (AHU) 88

Hình 3.13: Công suất của các thiết bị trong các quá trình xử lý không khí khi không và có sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng kiểu ống nhiệt 88

Hình 3.14: Sơ đồ mô hình thiết bị thí nghiệm 89

Hình 3.15: Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt trọng trường và mô hình thí nghiệm thiết bị thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt trong hệ thống điều hoà không khí trung tâm 90 Hình 3.16: Ống nhiệt sau khi được hàn đầu nạp ga các thông số chính phần thân và cánh tản nhiệt ống nhiệt 92

Hình 3.17: Cụm ống nhiệt trước và sau khi lắp cánh tản nhiệt 93

Hình 3.18: Nạp môi chất vào ống nhiệt 93

Hình 3.19: Bộ đo xa nhiệt độ FOX 2002 94

Hình 3.20: Sơ đồ thực tế bố trí mô hình thực nghiệm 95

Hình 3.21: Ống hơi kênh gió tươi và cửa gắn phần sôi ống nhiệt 95

Hình 3.22: Mô hinh thực nghiệm 96

Hình 3.23: Bảng hiển thị nhiệt độ các điểm đo 98

Hình 3.24: Kết quả đo nhiệt độ không khí ngoài trời trước và sau khi qua phần bay hơi của thiết bị thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt 98

Hình 4.1a: Sơ đồ nguyên lý máy điều hoà AC1, AC2 104

Hình 4.1b: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy điều hoà AC1, AC2 105

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1- Lượng nhiệt do quá trình sinh lý 25

Bảng 1.2: Trị số giới hạn các mức cảm giác nhiệt 27

Bảng 1.3- Nồng độ cho phép của một số chất độc hại 29

Bảng 1.4- Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động 29

Bảng 1.5: Giới hạn về nhiệt, ẩm, tốc độ không khí với từng loại hình vi khí hậu 30 Bảng 4.1: Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hoà trung tâm khi sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng kiểu ống nhiệt 111

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

1.1.1 Khái niệm

Quá trình tạo ra và tự động duy trì thông số không khí trong một không gian nhất định theo yêu cầu đặt ra gọi là quá trình điều hòa không khí Với hệ thống điều hòa không khí, các thông số vi khí hậu được duy trì ổn định theo yêu cầu của các quá trình công nghệ hay dân dụng mà hoàn toàn không phụ thuộc vào thông số không khí ngoài trời (nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch v.v…), nguồn gốc và mức độ gây độc hại trong nhà (như nhiệt ẩm, khí độc, bụi, …)

Trong một số trường hợp đặc biệt hệ thống điều hòa không khí có thể tạo ra môi trường không khí trong phòng, ngoài các thông số cơ bản như nhiệt, ẩm, độ sạch cơ học, với độ sạch về vi khuẩn, nấm mốc, thành phần không khí, lượng ion theo yêu cầu đề ra

Căn cứ vào đối tượng phục vụ người ta chia hệ thống điều hòa không khí thành 02 loại:

- Điều hòa tiện nghi: tạo ra môi trường vi khí hậu tiện nghi trong phòng phục vụ sinh hoạt hàng ngày của con người

- Hệ thống điều hòa công nghệ: tức duy trì các thông số không khí trong phòng theo yêu cầu của quá trình công nghệ, sản xuất

1.1.2 Vai trò điều hòa không khí đối với sinh họat, công nghệ và sản xuất

a) Đối với sinh hoạt

Con người trong quá trình sinh hoạt hàng ngày thải ra môi trường xung quanh lượng nhiệt và ẩm thông qua bài tiết mồ hôi và hô hấp, đồng thời thải ra lượng khí cacbonic, thông thường tùy thuộc vào cường độ làm việc mỗi người thải ra từ 30  280 kCal/h nhiệt và 40  415g hơi nước, 18  36 lít khí các bon níc,

ngoài ra trong quá trình sinh hoạt từ cơ thể con người còn thải ra môi trường chung quanh lượng khí độc hại như amoniac và một số hợp chất khác gây nên mùi hôi trong phòng Những chất độc, nhiệt, ẩm trong nhà càng nhiều khi lượng người trong phòng càng tăng, thời gian liên tục sinh hoạt của con người càng lâu Các chất độc hại cần phải được hút từ phòng thải ra ngoài, đồng thời lượng khí sạch ngoài trời phải được thường xuyên thay thế lượng khí bẩn để đảm bảo cho môi trường không khí trong nhà nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ các chất độc hại nằm trong giới hạn cho phép

Theo tính toán nếu giới hạn cho phép khí cacbonic trong nhà từ 1  2 lít/m3, thông thường nồng độ khí cacbonic ngoài trời 0,3 lít/m3, thì mỗi giờ một người cần có từ 23  33 m3 không khí tươi ngoài trời cấp vào phòng Hệ thống điều hòa không khí tạo ra môi trường không khí trong nhà với nhiệt độ độ ẩm, tốc

độ lưu thông không khí nằm trong giới hạn cho phép sẽ tạo ra quá trình trao đổi nhiệt, ẩm giữa con người và môi trường tối ưu, mùa hè thoát nhiệt nhanh, mùa đông hạn chế mất nhiệt, lúc đó con người sẽ cảm thấy dễ chịu nhất

Như trình bày phần trên, hệ thống điều hòa không khí tạo ra và duy trì môi trường không khí trong nhà có nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch phù hợp với tiêu chuẩn vệ sinh sẽ tăng cường bảo vệ sức khoẻ, tăng năng suất và hiệu quả làm việc cũng như tăng chất lượng cuộc sống của con người

b) Đối với công nghệ sản xuất

Khoa học kỹ thuật và công nghệ phát triển với tốc độ cao, đặc biệt trong nhiều lĩnh vực như chế tạo vật liệu, linh kiện điện tử, bán dẫn, chế tạo máy, công nghiệp hóa chất, công nghệ dệt, trong y học… và trong công nghệ bảo quản vật tư, vật liệu công nghiệp cũng như các sản phẩm nông nghiệp đòi hỏi phải có môi trường không khí với nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch với những yêu cầu khắt khe, xuất phát từ yêu cầu tạo ra môi trường khí hậu phục vụ công nghệ nói trên, kỹ thuật điều hòa không khí phục vụ công nghệ và sản xuất ra đời

Trong công nghệ chế tạo máy, chế tạo các mạch bán dẫn, vi mạch, IC đòi hỏi duy trì nhiệt độ, độ ẩm rất ổn định với độ chính xác cao, nhiệt độ ổn định với

sai số  0,10C, đặc biệt có những lĩnh vực yêu cầu nhiệt độ chính xác cực cao với

độ chính xác  0,010C Để tạo ra và duy trì được nhiệt độ ngặt nghèo như trên phải

có hệ thống điều hòa chuyên dụng với những thiết bị đặc biệt để công nghệ không khí

- Đối với công nghiệp dệt, kéo sợi yêu cầu có nhiệt độ và độ ẩm không khí theo tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc Trong quá trình kéo sợi, dệt vải do ma sát giữa các sợi vải tạo ra tĩnh điện, đa số mang diện tích dương, giữa các sợi vải sẽ tạo ra lực đẩy gây nên khuyết tật trong tấm vải, vì vậy độ ẩm, nhiệt độ theo yêu cầu đề ra

sẽ hạn chế tối đa sự hình thành tĩnh điện giữa các sợi vải

- Trong công nghiệp hóa đặc biệt là những hóa chất dễ gây cháy, nổ, nhiệt

độ, độ ẩm không khí tại nơi sản xuất sẽ bảo đảm an toàn cho quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm

- Trong công nghệ in ấn đòi hỏi cao về nhiệt độ, độ ẩm, đặc biệt đối với những lĩnh vực in đòi hỏi độ chính xác cao như in tiền đòi hỏi phải tạo ra môi trường vi khí hậu ổn định 24/24 giờ với độ ẩm từ 55  60%, nhiệt độ 20  240C, với môi trường trên giấy in không biến dạng và chất lương hút mực tốt nhất

- Trong lĩnh vực y học, hệ thống điều hòa đóng vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra môi trường sạch cả về bụi và nấm mốc và vi khuẩn đặc biệt đối với phòng mổ, hậu phẫu và phòng bảo quản các trang bị, dụng cụ phục vụ công tác phẫu thuật cũng như cất giữ bảo quản các mẫu phẩm y tế v.v

Như vậy, hệ thống điều hoà không khí công nghệ góp phần quan trọng vào việc chế tạo ra được những sản phẩm, thiết bị, máy móc, vật tư với độ chính xác và hàm lượng công nghệ cao

1.2 KHÔNG KHÍ, MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

1.2.1 Giới thiệu chung về không khí

Không khí đóng vai trò quan trọng, mang tính sống còn đối với sự sống của con người Xuất phát từ vị trí quan trọng của không khí nên chất lượng không khí luôn là một vấn đề luôn được quan tâm, chất lượng không khí sẽ ảnh hưởng trực

tiếp tới chất lượng cuộc sống, tới trạng thái sức khoẻ, tới tuổi thọ con người, và một cách gián tiếp tác động tới năng suất lao động, khả năng tạo ra của cải vật chất cho xã hội

Chất lượng không khí được xác định thông qua các chỉ số về thành phần hoá học, tính chất vật lý của chúng cũng như các tạp chất có trong không khí như bụi bẩn vv Không khí trong khí quyển bao gồm phần khí khô và một phần rất nhỏ hơi nước, nếu tính theo khối lượng phần khí khô bao gồm khoảng 78% khí ni tơ (N2); 20,9% khí ô xy (O2); 0,93% khí trơ; 0,03% khí cacbonic (CO2) và một phần rất nhỏ khí Hêli, Nêon v.v…

Không khí không có hơi nước gọi là không khí khô, không khí có hơi nước gọi là không khí ẩm Trong tự nhiên không tồn tại không khí khô tuyệt đối Không khí khô được gọi là không khí lý tưởng, tuy nhiên lượng hơi nước chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong không khí nên trong phạm vi kỹ thuật điều hoà không khí và thông gió ta

có thể coi không khí ẩm là không khí lý tưởng khi tính toán các thông số trạng thái của nó

Trạng thái không khí được thể hiện bằng những thông số nhiệt động cơ bản sau: áp suất, nhiệt độ, độ ẩm tương đối, độ ẩm tuyệt đối, dung ẩm, khối lượng riêng, Entanpi (hàm nhiệt, nhiệt dung)

1.2.2 Các thông số trạng thái cơ bản của không khí

P - khí áp ( áp suất) của không khí ẩm; mm Hg

Pkk- là áp suất phần khô của không khí; mm Hg

Phn- là áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm; mm Hg

Áp suất không khí ẩm trên bề mặt nước biển là 760 mm Hg (điều kiện tiêu chuẩn) Ngoài đơn vị đo áp suất không khí bằng mm Hg, trong hệ SI là Pascan (Pa), 1 Pa = 1 N/m2, ngoài ra còn gặp đơn vị đo áp suất khác như bar, 1 bar = 105

N /m2 = 750 mm Hg hoặc đơn vị đo là atmốtphe kỹ thuật at, 1 at = 0,98 bar = 735,5

mm Hg = 10 mm H2O Trong hệ đo lường của Anh, Mỹ còn sử dụng đơn vị đo áp suất là psi, 1 psi = 6.895 Pa = 0,07 at;

b) Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của không khí ẩm là khối lượng của không khí tính bằng

kg của một đơn vị thể tích không khí, ký hiệu khối lượng riêng của không khí là

KK, đơn vị là kg/m3 Khối lượng riêng của không khí thay đổi theo nhiệt độ và áp suất Khối lượng riêng của không khí ẩm bằng tổng của khối lượng riêng phần khô của không khí và khối lượng riêng phần hơi nước của không khí

Khối lượng riêng phần khô của không khí được xác định theo công thức sau:

T

P kk

ka  0,176

 ; (1-5)

Trong kỹ thuật, khi tính toán phần khối lượng riêng của hơi nước rất nhỏ so với khối lượng riêng của khí khô nên ta có thể bỏ qua phần khối lượng riêng phần hơi nước của không khí ẩm, lúc đó khối lượng riêng của không khí ẩm bằng:

T ka

353



 (1-7)

c) Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối D của không khí ẩm là lượng hơi nước tính bằng gam hoặc

kilôgam có trong một đơn vị thể tích không khí ẩm và cũng bằng khối lượng riêng

của hơi nước trong không khí ẩm h.n

Hơi nước có trong không khí ẩm thông thường ở trạng thái quá nhiệt trộn

lẫn hoàn toàn vào không khí ẩm, khi tăng dần lượng hơi nước cho không khí ẩm,

tức tăng dần độ ẩm tuyệt đối và sẽ đạt tới thời điểm không khí bão hoà hơi nước,

nếu ta tiếp tục tăng hơi nước vào không khí ẩm mà không tăng nhiệt độ không khí,

hơi nước sẽ ngưng tụ

Áp suất riêng phần của hơi nước khi đạt bão hoà gọi là áp suất riêng phần

hơi nước bão hoà, lượng hơi nước ứng với trường hợp không khí ẩm bão hoà gọi là

lượng hơi nước bão hoà Dhn b. (khối lượng riêng hơi nước cực đại tức bão hoà

h.n.b)

d) Độ ẩm tương đối, dung ẩm

Tỷ số giữa lượng hơi nước trong không khí ẩm và lượng hơi nước cực đại

của không khí ẩm ở cùng trạng thái (cùng nhiệt độ) gọi là độ ẩm tương đối, ký hiệu

là 

%100

hnb D

hnb

hn p

p



 ; (1-9)

Không khí ẩm có  = 100% hay = 1 gọi là không khí ẩm bão hoà, trong

trường hợp này không thể đưa thêm hơi nước vào không khí Không khí có

100% gọi là không khí ẩm chưa bão hoà, khi đó hơi nước ở trạng thái quá nhiệt,

ta có thể thêm lượng hơi nước vào không khí cho đến khi không khí đạt trạng thái

bão hoà hơi nước  = 100%

Dung ẩm (ký hiệu là d, đơn vị là kg/kg hoặc g/kg) là lượng hơi nước tính bằng gam hoặc kg có trong không khí ẩm mà phần khô là 1 kg

kk

hn p

p

d 0,622 , kg/kg (1-10)

hn kq

hn p p

p d

I kk = ckkt (1-12)

ở đây ckk là nhiệt dung riêng của không khí khô

ckk = 0,24 kCal/kg oC; (1-13)

I hn = 597,3 + 0,46t (1-14)

ở đây 0,46 kCal/kg oC là nhiệt dung riêng của hơi nước

597,3 là nhiệt hoá hơi của 1 kg hơi

Công thức tính Entanpi không khí ẩm như sau

I = 0,24 t + (597,3 + 0,46 t)0,01d (1-15) Công thức 2-14 áp dụng khi dung ẩm d tính bằng g/kg không khí khô

f) Nhiệt độ

Trong kỹ thuật thông gió và điều hoà không khí, nhiệt độ không khí thường được đo bằng nhiệt độ bách phân ký hiệu t, đơn vị oC, hoặc nhiệt độ tuyệt đối ký hiệu T, đơn vị oK, hoặc nhiệt độ Faraday oF

Công thức chuyển đổi các thang nhiệt độ như sau:

toC  T - 273  ( to F - 32)

95

(1-16 )

Đối với không khí có 3 khái niệm về nhiệt độ đó là nhiệt độ khô, nhiệt độ ướt và nhiệt độ điểm sương

- Nhiệt độ khô (tK): Nhiệt độ của không khí được đo bằng nhiệt kế thuỷ ngân khi bầu thuỷ ngân của nhiệt kế để khô tiếp xúc với không khí ở trạng thái khí ẩm hiện trạng (không nhúng hoặc làm ướt bầu nhiệt kế)

- Nhiệt kế ướt (tư): Nhiệt độ ướt của không khí là nhiệt độ không khí đo được bằng nhiệt kế thuỷ ngân khi bầu thuỷ ngân của nhiệt kế được quấn bông hoặc vải làm cho bầu luôn ở trạng thái ướt Khi nước ở bông hoặc vải bọc bầu nhiệt kế bay hơi (lấy nhiệt của không khí chung quanh để bay hơi) làm cho nhiệt độ không khí giảm dần, trong khi đó độ ẩm tương đối  tăng lên còn Entanpi I không đổi Khi không khí có  bằng 100% thì quá trình bay hơi vào không khí chấm dứt, không khí giảm nhiệt độ tới tư nào đó, nhiệt độ tư này gọi là nhiệt độ ướt của không khí Vậy nhiệt độ ướt của không khí tư là nhiệt độ không khí ứng với trạng thái bão hoà hơi nước (=100%) khi trạng thái không khí biến đổi đoạn nhiệt ( I = const)

- Nhiệt độ điểm sương tđs: Nếu hạ nhiệt độ không khí với điều kiện giữ nguyên dung ẩm d = const) tới thời điểm không khí sẽ có độ ẩm tương đối  bằng 100%, nhiệt độ ứng với trạng thái không khí đạt bão hoà gọi là nhiệt độ điểm sương, ký hiệu là tĐS Nếu ta hạ nhiệt độ không khí xuống thấp hơn nhiệt độ điểm sương thì hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ tức sẽ động sương Trong thực tế

ta thường thấy vào buổi sáng mùa đông thường có sương mù, hay vào thời điểm mùa chuyển tiếp từ đông sang hè nền nhà thường bị ướt (đổ mồ hôi) Hiện tượng sương mù xảy ra khi nhiệt độ không khí tkk  tđS , còn hiện tượng đổ mồ hôi nền nhà xảy ra khi nhiệt độ bề mặt nền t b m  t đ s Vậy nhiệt độ điểm sương chính là nhiệt độ trạng thái không khí khi hạ nhiệt độ xuống trạng thái bão hoà ( = 100%)

mà dung ẩm d không thay đổi thường gọi là đoạn ẩm (d = const)

Qua nghiên cứu thông số trạng thái của không khí ta thấy trạng thái không khí được đặc trưng bởi các thông số cơ bản là p, t, , , d, I, trong đó có 2 thông số trong kỹ thuật thông gió điều hoà được quy chuẩn hoá trong tính toán là p = pk q=

p0 = 760 mm Hg và  = 1,2 kg/m3 Như vậy trạng thái không khí ẩm có thể được

xác định nếu biết 2 trong số các thông số p, t, , , d, I, ngược lại nếu trạng thái không khí đã xác định thì các thông số nói trên hoàn toàn xác định

1.2.3 Biểu đồ I-d không khí ẩm

a) Cấu tạo biểu đồ I-d

Bốn thông số cơ bản t, , d, I của không khí ẩm có mối quan hệ mật thiết với nhau là cơ sở để xác định trạng thái của không khí Để thuận tiện cho việc xác định trạng thái và các thông số không khí, dựa trên cơ sở toán học của các phương trình trạng thái khí ẩm: 1-8; 1-9; 1-10; 1-11; 1-12; 1-13; 1-14 vào năm 1918, giáo sư người Nga L.K Ramdin đã thiết lập biểu đồ I-d khí ẩm với áp suất tiêu chuẩn là

760 mm Hg

Đồ thị I- d chọn trục toạ độ là 2 thông số Entanpi và dung ẩm d đặt lệch nhau một góc 135o, các thông số còn lại như t, , t đS , tƯ được xem là các tham

số

Trên biểu đồ I-d thể hiện các thông số sau:

- Nhiệt độ không khí t: các đường t = const (oC) nằm ngang lệch hướng lên trên, các giá trị của t được ghi trên trục đứng bên trái biểu đồ;

- Hàm nhiệt I: các đường I = const (kcal/kg khí khô) là các đường chéo lệch góc 135o so với trục d, các giá trị của hàm nhiệt được ghi trên mỗi đường biểu diễn I;

- Dung ẩm d: Các đường d = const (g/kg khí khô) là các đường thẳng đứng, các giá trị của d được ghi trên trục ngang phía dưới biểu đồ

- Độ ẩm tương đối của không khí : các đường cong  = const, % giá trị của

 được ghi trên đường cong của biểu đồ;

- Áp lực riêng phần của hơi nước trong không khí (e) mm Hg, được thể hiện bằng đường dóng thẳng đứng d = const xuống đường chéo áp lực riêng của hơi nước rồi dóng ngang sang bên phải, giá trị e được ghi trên trục đứng bên phải biểu đồ;

- Hệ số góc : tia quá trình biến đổi trạng thái không khí I/d (kCal/kg) là các đường gạch chéo xuyên qua góc toạ độ 0; các đường  có cùng trị số thì song song với nhau

Hình 1.1: Xác định các thông số của trạng thái không khí trên biểu đồ I-d b) Biểu diễn các quá trình thay đổi trạng thái không khí trên biểu đồ I-d

Quá trình thay đổi trạng thái không khí ẩm trên biểu đồ I-d từ trạng thái ban đầu điểm A (tA, A) tới trạng thái mới điểm B (tB, B) được thể hiện bằng đoạn thẳng nối 2 điểm A và B, mũi tên chỉ chiều quá trình biến đổi Đoạn AB với mũi tên chỉ chiều quá trình được gọi là tia quá trình thay đổi không khí từ trạng thái A sang trạng thái B Từ trạng thái A sang trạng thái B không khí có hàm nhiệt thay đổi I = IB - IA và dung ẩm thay đổi d = dB - dA; hệ số góc tia quá trình AB sẽ bằng: AB = I/d Giả sử ta có quá trình thay đổi trạng thái không khí bất kỳ khác mà trên biểu đồ I- d có tia quá trình song song với tia quá trình

AB như CD, (hình 1.2) thì đều có ICD = I AB, = const; dCD = dKH = dAB = const,

vì vậy  =I/d=const Góc  được tạo bởi tia các quá trình song song với nhau

AB // CD và đường I = const là bằng nhau = const

Hình 1.2: Các quá trình thay đổi trạng thái không khí trên biểu đồ I-d

Trên biểu đồ I- d nếu chọn điểm trạng thái ban đầu bất kỳ nào đó, ví dụ điểm

O, gióng đường hàm nhiệt I O = const của điểm O và gióng đường dung ẩm dO = const (hình 1.3) Các đường thẳng IO và dO cắt nhau qua điểm O chia các hướng tia quá trình thành 4 vùng I, II, III, IV khác nhau Phụ thuộc vào hướng thay đổi trạng thái không khí từ trạng thái ban đầu điểm O đến trạng thái tiếp theo bất kỳ trong 4 vùng ta thấy giá trị  có thể lớn hơn hoặc bằng 0, nhỏ hơn hoặc bằng 0, hoặc  

tuỳ thuộc vào hướng quá trình thay đổi trạng thái không khí

Hình 1.3: Các vùng thay đổi trạng thái không khí

1.2.3 Môi trường không khí

Trong kỹ thuật điều hoà không khí, môi trường không khí được phân chia thành hai khái niệm: môi trường không khí bên trong và môi trường không khí bên ngoài

Môi trường không khí bên ngoài được hiểu thông thường là môi trường

không khí bao quanh phía ngoài kết cấu bao che của không gian cần điều hoà (nhà, phía nhà máy, phân xưởng sản xuất, nhà ga, rạp hát…), trong kỹ thuật thường gọi

là không khí tự nhiên ngoài trời Phụ thuộc vào vị trí địa lý, vào điều kiện sinh hoạt, sản xuất mà môi trường không khí ngoài nhà ở các vùng khác nhau có thông

số kỹ thuật khác nhau, chất lượng khác nhau

Môi trường không khí ngoài nhà đối với từng nơi, từng vùng được thể hiện qua các thông số cơ bản sau: nhiệt độ, độ ẩm tương đối, nồng độ các hoá chất độc hại, nồng độ bụi , tốc độ lưu thông không khí, các yếu tố khí tượng thuỷ văn khác

có ảnh hưởng tới chất lượng môi trường không khí như mưa, nắng, gió v.v Đối với ngành kỹ thuật thông gió, điều hoà không khí, việc có số liệu chính xác thông

số kỹ thuật của môi trường không khí ngoài nhà sẽ giúp cho việc tính chọn tối ưu các phương án kỹ thuật thông gió, điều hoà trong nhà, tính chọn công suất thiết bị

để tạo ra môi trường khí hậu trong nhà đáp ứng được các tiêu chuẩn đề ra

Môi trường không khí bên trong: Môi trường không khí trong không gian

điều hoà được hiểu là môi trường không khí ở bên trong kết cấu bao che của không gian cần điều hoà (nhà, nhà máy, phân xưởng sản xuất, nhà ga, rạp hát…), các thông số kỹ thuật cơ bản của môi trường không khí bên trong gồm: nhiệt độ, độ ẩm

tương đối, nồng độ bụi, tốc độ di chuyển không khí, độ ồn

Môi trường không khí bên trong có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người, đến năng suất lao động, đến độ bền của nguyên vật liệu cũng như kiến trúc công trình Căn cứ vào nhu cầu, mục đích sử dụng của từng không gian cần được điều hoà, từng vùng sẽ có những tiêu chuẩn cụ thể về thông số không khí trong nhà

1.2.4 Những ảnh hưởng của môi trường không khí đối với sinh hoạt của con người

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ không khí có ảnh hưởng rất lớn tới cuộc sống con người và quá trình sản xuất Như ta đã biết con người có thân nhiệt không đổi là 370C, để giữ được thân nhiệt ổn định con người luôn có sự trao đổi nhiệt với môi trường không khí bao quanh dưới 2 hình thức chính là truyền nhiệt và toả ẩm Truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt da diễn ra khi có chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường

và bề mặt da Khi môi trường không khí bao quanh có nhiệt độ thấp hơn 370C, con người sẽ thải nhiệt vào môi trường bằng truyền nhiệt, khi nhiệt độ chênh lệch giữa môi trường và cơ thể càng cao, lượng nhiệt từ cơ thể thải ra càng nhiều, khi mất nhiệt quá nhiều con người sẽ có cảm giác lạnh Ngược lại khi môi trường không khí có nhiệt độ lớn hơn 370C, cơ thể nhận một phần nhiệt từ môi trường đồng thời làm mất khả năng thải nhiệt bằng truyền nhiệt từ cơ thể nên con người có cảm giác nóng Khi môi trường bao quanh có nhiệt độ lớn hơn 370C, để đảm bảo cho cơ thể giữ ổn định 370C, con người bắt buộc phải thải nhiệt vào môi trường bằng hình thức toả ẩm như thở, thải mồ hôi Lượng bay hơi mồ hôi từ cơ thể phụ thuộc cường

độ lao động, nhiệt độ môi trường, tốc độ lưu thông và độ ẩm tương đối của không khí bao quanh

Cơ thể con người luôn luôn tạo ra nhiệt năng có trị số M do các quá trình sinh lý trong cơ thể con người, phụ thuộc vào những yếu tố như đặc điểm sinh lý

cơ thể, tuổi tác, mức độ lao động nặng, nhẹ (xem bảng 1.1) và để luôn giữ được ổn định thân nhiệt trung bình là 370C, con người luôn thải nhiệt ra môi trường xung quanh

Dạng công việc Lượng nhiệt M (kCal/h)

Trạng thái yên tĩnh

Dạng công việc Lượng nhiệt M (kCal/h)

Lao động chân tay

May máy, sắp chữ (nghề in) và

những công việc tương tự

Làm việc trong phòng thí nghiệm 120 - 140

Bảng 1.1- Lượng nhiệt do quá trình sinh lý

trong cơ thể người sinh ra (M)

Cảm giác nhiệt của con người phụ thuộc chính vào 3 yếu tố là nhiệt độ, độ

ẩm và tốc độ chuyển động của không khí, có nhiều cách đánh giá tác động tổng hợp của 3 yếu tố trên để tìm ra miền trạng thái vi khí hậu thích hợp với đời sống con người (điều kiện tiện nghi) Tuy nhiên miền tiện nghi cũng chỉ có tính tương đối vì nó còn phụ thuộc vào cường độ lao động, thói quen của từng người Trong điều kiện lao động nhẹ hoặc tĩnh tại người ta đưa ra khái niệm nhiệt độ hiệu quả tương đương để đánh giá điều kiện tiện nghi

k u

k

t 0,5(  )1,94  (1-17)

Trong đó tK nhiệt độ khô của không khí; 0C

tƯ - nhiệt độ ướt của không khí ; 0C

K - tốc độ lưu thông của không khí; m/giây

Trên hình 1.4, trục tung là nhiệt độ khô, bên trái là nhiệt độ ướt của không khí, tốc độ không khí bằng các đường cong Các đường kẻ nghiêng cho nhiệt độ hiệu quả tương đương

Hình 1.4: Nhiệt độ hiệu quả tương đương

Cảm giác nhiệt của con người phụ thuộcvào trạng thái vi khí hậu, mức độ lao động nặng nhẹ ngoài ra còn phụ thuộc vào quần áo mặc và khả năng thích ứng với điều kiện sống Để xác định được mức cảm giác nhiệt tiện nghi phải tiến hành nhiều thực nghiệm đối với nhiều người, nhiều vùng khí hậu và với nhiều độ tuổi khác nhau Giáo sư Phạm Ngọc Đăng đã tiến hành thực nghiệm từ năm 1966 đối

với lao động nhẹ ở khu vực Hà Nội, mức cảm giác nhiệt được xác định bằng nhiệt

độ hiệu quả tương đương (xem bảng 1.2)

Trạng

thái vi

khí hậu

Mức cảm giác nhiệt của con người

Nhiệt độ hiệu quả tương đương O C

Dễ chịu Giới hạn trên

20,0

23,3 26,5

24,4 27,0

21,5

24,5

29

25,5 29,5

Nóng Hơi nóng

Nóng

28,5

Bảng 1.2: Trị số giới hạn các mức cảm giác nhiệt

của người Việt Nam xác định bằng nhiệt độ hiệu quả tương đương

b) Ảnh hưởng của độ ẩm

Độ ẩm tương đối của không khí bao quanh có ảnh hưởng rất lớn tới điều kiện bay hơi mồ hôi vào không khí Ta biết không khí bão hoà khi độ ẩm tương đối bằng 100%, vì vậy sự bay hơi mồ hôi chỉ xảy ra khi độ ẩm không khí   100% Với không khí có độ ẩm vừa phải, khi nhiệt độ cơ thể cao, cơ thể sẽ đổ mồ hôi và lượng mồ hôi bay vào không khí càng nhiều, tức cơ thể thải nhiệt được nhiều thì con người sẽ có cảm giác dễ chịu Nếu độ ẩm  của không khí quá lớn, mồ hôi thoát ra ngoài da không bay hơi kém hoặc bay hơi không được, trên da sẽ có mồ hôi ướt át, nhớp nháp, cơ thể thải nhiệt kém sẽ dẫn tới cảm giác mệt mỏi, trong một số trường hợp tháo mồ hôi dẫn tới rối loạn điện dịch trong cơ thể, rất mệt mỏi, nhiều khi dẫn tới bị ngất

c) Ảnh hưởng của tốc độ lưu thông không khí

Khi tăng tốc độ lưu thông không khí (k) sẽ làm tăng cường độ toả nhiệt từ

cơ thể Vì vậy về mùa đông khi k lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể nên gây

ra cảm giác lạnh, về mùa hè khi tốc độ k lớn sẽ làm tăng qúa trình bay hơi mồ hôi, cơ thể có cảm giác mát mẻ

d) Ảnh hưởng của nồng độ các chất độc hại

Ngoài 3 yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ lưu thông không khí thì độ sạch không khí, đặc trưng bằng nồng độ các chất độc hại, ký hiệu là z có ảnh hưởng rất lớn tới sinh hoạt của con người Chất lượng môi trường không khí được đặc trưng bằng bằng các chỉ tiêu nồng độ các chất ô nhiễm môi trường không khí Không khí càng ít chất ô nhiễm và nồng độ chất ô nhiễm càng nhỏ thì chất lượng môi trường không khí càng cao Các chất độc hại thông thường được phân thành 3 dạng sau:

- Bụi bẩn - là các hạt vật chất có kích thước rất bé (bé hơn 10 m) bay lơ lửng trong không khí và dễ dàng thâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp gây nên các bệnh hô hấp, hoặc bay vào mắt gây các bệnh viêm loét mắt ảnh hưởng tới thị giác vv

- Khí CO2, hơi nước, tuy không độc hại nhưng với nồng độ lớn sẽ làm giảm lượng O2 trong không khí Lượng CO2 phát sinh do hô hấp của động thực vật hoặc

do đốt cháy các chất hữu cơ hoặc do các phản ứng hoá học khác

- Các hoá chất độc hại: Các hoá chất độc hại dưới dạng khí, hơi phát sinh trong quá trình sản xuất hoặc các phản ứng hoá học Mức độ độc hại phụ thuộc vào nồng độ, vào cấu tạo hoá học từng chất, có loại chỉ gây cảm giác khó chịu như gây mùi hôi thối, có loại độc gây chết người khi nồng độ đủ lớn, có loại gây bệnh nghề nghiệp vv Để đảm bảo điều kiện sinh hoạt bình thường cho con người, người ta đặt ra nồng độ cho phép trong không khí đối với bụi, CO2 và các chất độc hại khác như CO, SO2, HC, NO2, Ô zôn O3 ở Việt Nam tiêu chuẩn về nồng độ các chất độc hại khi có người làm việc hoặc sinh hoạt trong thời gian kéo dài 1 giờ, 24 giờ, đơn

vị đo thường sử dụng mg/ m3 không khí Ta có thể tham khảo chỉ tiêu các chất độc hại ở bảng 1.3 dưới đây

Bảng 1.3- Nồng độ cho phép của một số chất độc hại

đối với môi trường không khí trong nhà

1.2.5 Tiêu chuẩn vệ sinh đối với môi trường không khí trong nhà

Môi trường không khí trong nhà nơi mà con người tiễp xúc với thời gian dài nhất và con người tiếp nhận và hô hấp lượng không khí nhiều nhất, vì vậy việc đặt ra tiêu chuẩn vệ sinh đối với môi trường không khí trong nhà là hết sức cần thiết Dựa vào tiêu chuẩn này các nhà quy hoạch, nhà xây dựng cũng như nhà thiết kế hệ thống thông gió bắt buộc phải đảm bảo môi trường để sinh hoạt, lao động của con người được diễn ra bình thường Tiêu chuẩn vệ sinh đối với môi trường không khí trong nhà bao gồm tiêu chuẩn về nhiệt độ, độ ẩm không khí, tốc độ lưu thông không khí, nồng

độ bụi và nồng độ các chất độc hại cho phép Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5678 : 1992 thông số vi khí hậu tối ưu trong nhà như bảng 1.4 dưới đây

Trạng thái lao

động

Nhiệt độ không khí t O C

Độ ẩm không khí

Tốc độ lưu thông không khí

V m/giây

Nhiệt độ không

kh

t O C

Độ ẩm không khí

Tốc độ lưu thông không khí

V m/giây

Nghỉ ngơi 22-24 60-65 0,1-0,3 24-27 60-75 0,3-0,5 Lao động nhẹ 22-24 60-75 0,3-0,5 24-27 60-75 0,5-0,7 Lao động vừa 20-22 60-75 0,3-0,5 23-26 60-75 0,7-1,0 Lao động nặng 18-20 60-75 0,3-0,5 22-25 60-75 0,7-1,5

Bảng 1.4- Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng

với các trạng thái lao động

Ngoài chế độ tối ưu, theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5678: 1992) không khí trong nhà bắt buộc phải đảm bảo chế độ tối thiểu tức giới hạn cho phép về nhiệt, ẩm, tốc độ không khí theo bảng 1.5

Độ ẩm

Tôc độ không khí m/giây

Nhiệt mđộ không khí t O C

Độ ẩm

Tôc độ không khí m/giây

Bảng 1.5: Giới hạn về nhiệt, ẩm, tốc độ không khí với từng loại hình vi khí hậu

1.3 QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÔNG KHÍ

1.3.1 Định nghĩa về công nghệ xử lý không khí

Công nghệ không khí được hiểu là quá trình xử lý không khí đầu vào như làm sạch bụi bẩn, sưởi nóng, làm lạnh, tăng ẩm hoặc giảm ẩm, tiêu diệt nấm mốc,

vi khuẩn v.v để tạo ra không khí đầu ra có các thông số kỹ thuật cần thiết để tạo ra

và duy trì không khí trong phòng, trong nhà, trong phân xưởng v.v theo ý muốn của con người

1.3.2 Các quá trình công nghệ xử lý không khí cơ bản

a) Sưởi nóng không khí

Không khí khi qua thiết bị sấy, có thông số ban đầu nhiệt độ t1, độ ẩm

1(điểm 1) trên biểu đồ I-d, ra khỏi buồng sấy có nhiệt độ t2, 2 (điểm 2) trên biểu đồ I-d Quá trình sấy không khí nếu sử dụng bộ sấy điện, hoặc sấy dán tiếp qua dàn sấy sử dụng nước nóng hoặc hơi nóng đi bên trong ống (calorifer) thì

không khí khi ra khỏi buồng có nhiệt độ t2 > t1, dung ẩm d2 = d1 = const (hình 1.5), trên biểu đồ I - d, ta thể hiện điểm 1 (t1, 1), điểm 2 (t2, 2), đường thẳng nối điểm 1

và 2 là tia công nghệ không khí khi qua buồng sấy

Thay đổi nhiệt độ khi qua bộ sấy t = t2 - t1, thay đổi Entanpi I = I2 - I1, thay đổi dung ẩm d2 = d1d = 0, độ ẩm 2 < 1 , vì

max 1

1 max

2

2

d

d d

d  ; d2max > d1max

Công suất bộ sấy là:

Qs = G (I2 - I1); kCal/h (1-18)

Ở đây G là khối lượng không khí qua bộ sấy; kg/h

I1 và I2 là Entanpi (nhiệt dung) của không khí trước và sau khi qua bộ sấy; kcal/kg, giá trị I1, I2 được xác định trên biểu đồ I-d

Hình 1.5: Quá trình sấy không khí b) Làm lạnh không khí qua dàn lạnh bề mặt

Không khí đi qua dàn lạnh gián tiếp (chất tải lạnh gián tiếp trao đổi nhiệt qua bề mặt dàn lạnh), không khí có nhiệt độ ban đầu t1, độ ẩm 1, khi qua dàn lạnh nhiệt độ hạ xuống t2, độ ẩm 2, phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt dàn lạnh, quá trình làm lạnh có thể xảy ra làm lạnh ướt và làm lạnh khô Quá trình làm lạnh không khí

có ngưng tụ nước gọi là làm lạnh ướt, quá trình làm lạnh không ngưng tụ không

khí gọi là làm lạnh khô (hình 1.6) biểu thị quá trình làm lạnh không khí khô và ướt Không khí ban đầu có thông số t1, d1, 1, sau khi qua dàn lạnh không khí có t2, d2,

2, quá trình làm lạnh 1 - 2 là quá trình làm lạnh khô, nên d2 = d1 = conts; 2 > 1

vì d1max < d2max Công suất dàn lạnh được tính theo công thức sau

Qlạnh = G(I1 - I2); kcal/h (1-19)

Trong đó: Qlạnh - công suất lạnh dàn lạnh; kcal/h

G - khối lượng không khí đi qua dàn lạnh; kg/h

I1, I2- Entanpi không khí trước và sau dàn lạnh kcal/kg

Đối với quá trình làm lạnh ướt, không khí ban đầu có t1, d1, 1 sau khi qua dàn lạnh không khí có t2, d2, 2 trong đó t2 < t1; d2 < d1;

Công suất dàn lạnh là: Qlạnh = G(I1 - I2)

Lượng nước ngưng tụ của không khí khi qua dàn lạnh là:

GW = G(d1 - d2); g/h (1-20)

Hình 1.6: Quá trình làm lạnh không khí c) Hòa trộn không khí

Để tiết kiệm năng lượng, khi điều kiện vệ sinh cho phép, hệ thống điều hòa không khí có sử dụng tuần hoàn một lượng không khí lấy từ phòng điều hòa Không khí ngoài trời có nhiệt độ t1, độ ẩm 1, khi hòa trộn với không khí tuần

hoàn có nhiệt độ t3, 3 ta được hỗn hợp khí có nhiệt độ t2, độ ẩm 2, lưu lượng bằng tổng lưu lượng không khí ngoài trời và không khí tuần hoàn G2 = G1 + G3

Trên hình 1 7 biểu thị quá trình công nghệ không khí khi hòa trộn không khí tuần hoàn và không khí ngoài trời

Điểm 3 là trạng thái không khí ngoài trời (t3, 3), điểm 1 là trạng thái không khí tuần hoàn (t1, 1), không khí sau khi hòa trộn có thông số t2, 2 nằm trên đường công nghệ 1 - 3 (điểm 2); điểm hòa trộn 2 nằm trên đường 1 - 3 chia đường 1 - 3 ra

2 phần có độ dài tỷ lệ nghịch với khối lượng không khí tuần hoàn và khí ngoài trời

3 1 2

3 2

1   L 

G

G

L ; (1-21)

Hình 1.7: Quá trình hoà trộn không khí

1.3.3 Một số phương pháp kỹ thuật xử lý không khí

a) Xử lý không khí bằng phương pháp trực tiếp phun nước lạnh vào không khí

Máy điều hòa không khí sử dụng nước lạnh thông qua bơm và hệ thống vòi phun bố trí trong buồng phun Khi sử dụng nước cấp vào buồng phun có nhiệt độ khác nhau, cấu tạo vòi phun khác nhau ta thu được không khí sau khi phun có thông số khác nhau Hình 1.8 biểu thị các quá trình công nghệ không khí có khả năng xảy ra khi xử lý không khí bằng nước có nhiệt độ khác nhau

- Quá trình công nghệ không khí trước khi phun và sau khi phun có thể đoạn nhiệt I = const, giảm nhiệt Quá trình này xẩy ra khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ ướt của không khí Điểm A biểu thị trạng thái không khí trước khi qua buồng phun, sau khi phun không khí có t1 , 1 nằm trên đường IA = I1 = const, độ ẩm cực đại 1 là 100%, thông thường độ ẩm đạt 9095%, nhiệt độ thấp nhất của không khí

là t = tư Các quá trình công nghệ không khí khác phụ thuộc vào nhiệt độ nước và kích thước lỗ vòi phun có thể xảy ra khác nhau, hàm nhiệt I có thể thay đổi I 

const Quá trình trên gọi là quá trình xử lý không khí đa dạng có thể tăng nhiệt độ không khí, có thể giảm nhiệt độ không khí, có thể tăng dung ẩm hoặc giảm dung

ẩm, nhưng tất cả các quá trình trên đều có giới hạn độ ẩm cao nhất sau khi qua buồng phun là  = 100%, nhiệt độ không khí sau khi công nghệ tối đa bằng nhiệt

độ nước trong buồng phun

Trên hình 1.8, biểu diễn các quá trình công nghệ không khí có thể xảy ra tại buồng phun Ta thấy tất cả các quá trình xử lý không khí bằng nước nằm trong giới hạn tam giác ABC trên biểu đồ I - d hình 1.8, ở đây 2 cạnh AB và AC là tiếp tuyến với 2 phía đường cong  = 100% được kẻ từ điểm A trạng thái ban đầu của không khí, sau khi qua buồng phun, nếu nhiệt độ nước bằng nhiệt độ ướt của không khí tN

= tƯ.KK thì quá trình công nghệ xảy ra theo đường A-1 đến điểm  = 100% và IA =

I1 = const là quá trình đoạn nhiệt - nhiệt độ không khí sau buồng phun t1 tối đa bằng nhiệt độ nước và bằng nhiệt độ ướt của không khí

Hình 1.8: Biểu diễn các quá trình công nghệ không khí bằng nước

lạnh trong buồng phun máy điều hòa

- Khi nhiệt độ nước công nghệ bằng nhiệt độ điểm sương của không khí tN =

tĐS quá trình công nghệ không khí theo đường A-2 có dA=d2= const, quá trình có dung ẩm không đổi, max = 100%

- Khi nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ điểm sương tĐS, quá trình công nghệ theo đường A-3, ta có I3<IA, d3<dA

- Khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ không khí quá trình công nghệ xảy ra theo đường A - 5, không khí có tA = t5 = const, 5 max = 100%

- Khi nhiệt độ nước lớn hơn nhiệt độ điểm sương, quá trình công nghệ theo đường A-4, ta có IA>I4, d4>d3

- Khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ không khí tại 2 điểm tiếp tuyến đường cong  = 100% ta có đường công nghệ là A - B và A - C lượng nhiệt và lạnh (công suất sấy làm lạnh) của buồng phun được tính theo công thức sau:

Q = G(I1 - I2); kcal/h (1-22)

ở đây G - khối lượng không khí qua buồng phun kg/h

I1, I2 là hàm nhiệt của không khí trước và sau buồng phun kcal/kg Lượng nước ngưng tụ hoặc bay hơi trong buồng phun được tính theo công thức sau: QW

= G(d1 - d2); g/h (1-23)

Trong đó:

d1, d2 - dung ẩm của không khí trước và sau buồng phun; g/kg

b) Xử lý không khí bằng nước nóng quá nhiệt t N > 100 0 C và hơi nước

- Xử lý không khí bằng nước qúa nhiệt t N > 100 0 C

Làm lạnh không khí khi cho không khí đi qua buồng phun với nhiệt độ nước cao hơn 1000C, ta có cảm tưởng như không khí có nhiệt độ thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độ nước quá nhiệt, khi qua buồng phun nhiệt độ không khí sẽ tăng, nhưng thực tế ngược lại, nhiệt độ không khí sẽ giảm xuống, nguyên nhân hạ nhiệt độ không khí khi qua buồng phun tiếp xúc với nước quá nhiệt (nhiệt độ nước lớn hơn 100%, thông thường nhiệt độ nước từ 120 - 1300C) là do lượng nước quá nhiệt khi được phun vào buồng không khí, một phần lấy nhiệt từ không khí và bay hơi vào buồng không khí Ta biết với 1 kg nước quá nhiệt với nhiệt độ 1300C có Entanpi là 130,6 kcal/kg còn nhiệt hóa hơi (tức làm bay hơi 1 kg nước qua nhiệt) gấp 4,5 lần hàm nhiệt của nước qúa nhiệt

Nước lấy nhiệt từ không khí để hóa hơi, chính vì vậy không khí giảm nhiệt

độ, thông thường lượng nước quá nhiệt bay hơi vào không khí bằng một nửa lượng nước cấp cho buồng phun Lượng nhiệt mà nước quá nhiệt với tN = 1300C lấy từ 1

kg không khí được xác định theo công thức sau:

Q = 585 0,5 - (130 - t2.K) = 162,5 + t2.K; kcal/kg (1-24)

Trong đó: 585kcal/kg là nhiệt hóa hơi 1 kg nước với nhiệt độ không khí

200C

t2.K - nhiệt độ không khí sau khi qua buồng phun; 0C

Không khí khi qua buồng phun có độ ẩm cao nhất là  = 100% tức không khí đạt bão hòa, lúc đó không khí có nhiệt độ thấp nhất, nếu tiếp tục phun nước, nhiệt độ không khí sẽ tăng, vì vậy lượng nước cấp vào buồng phun phải tính sao

cho vừa đủ để hiệu quả hạ nhiệt trong buồng phun cao nhất - quá trình công nghệ không khí khi phun nước quá nhiệt được thể hiện trên biểu đồ I - d (hình 1.9) dưới đây:

Hình 1.9: Quá trình công nghệ không khí bằng nước quá nhiệt

Qua điểm 1 trạng thái không khí trước khi qua buồng phun có t1, 1, kẻ đường hệ số góc 1 //

t1N + t2.K (1 - m)

m

m t

t1N  2K(1 )



 ; (1-25)

Trong đó t1N - nhiệt độ của nước cấp vào buồng phun

t2.K - nhiệt độ không khí khi ra khỏi buồng phum; oC

m -là tỉ số giữa lượng nước bay hơi và lượng nước phun vào buồng phun; m

= 0,5

Trạng thái không khí sau khi qua buồng phun là điểm 2 trên biểu đồ I-d, là giao điểm đường 1 và đường đẳng nhiệt t2.K - nhiệt độ không khí sau khi qua buồng phun thông thường với những buồng phun tốt, độ ẩm sau khi qua buồng phun đạt từ 90  95%

- Xử lý không khí bằng hơi nước

Để tăng ẩm không khí, người ta có thể phun hơi nước trực tiếp vào không khí Hơi nước có thể lấy từ máy tạo hơi cục bộ, trong trường hợp hệ thống điều hòa lớn, lượng hơi cần nhiều, hơi nước có thể lấy từ thiết bị nồi hơi

Khi hơi nước được cấp vào buồng phun, không khí sẽ hấp thụ hơi, nhiệt độ khô không khí thay đổi rất ít t2 t4 (điểm 2), độ ẩm của không khí cực đại sẽ đạt 

= 100% (điểm 3), nhiệt độ không khí gần như không đổi t2  t1  t3 , d3 > d2 > d1 Nếu ta tiếp tục phun hơi khi  đã đạt 100% sẽ dư hơi, nhiệt độ không khí tăng rất nhanh (điểm 4) Vì vậy khi xử lý không khí bằng phun hơi ta cần lưu ý lượng hơi phải tính vừa đủ để ta có dung ẩm theo yêu cầu đề ra Nếu thông số ban đầu là điểm 1 có d1, thì sau khi phun lượng hơi d thì thông số không khí điểm hai sẽ là

d2=d1+d và nằm trên đường  gần trùng với đường nhiệt độ t1 (nếu độ ẩm không khí 2100%)

Hình 1.10: Quá trình công nghệ không khí khi qua buồng phun hơi

c) Làm khô không khí bằng vật liệu hút ẩm (Silicoghen và dung dịch hút ẩm)

Để hút ẩm không khí người ta cho không khí đi qua buồng chứa vật liệu hút

ẩm (siliconghen) kết quả một lượng nước từ không khí sẽ được vật liệu hút ẩm giữ lại, kết quả không khí sẽ giảm ẩm, vật liệu hút ẩm (siliconghen) là vật liệu có khả năng lấy đáng kể lượng hơi nước từ không khí bao quanh nó, vật liệu siliconghen thông dụng là Si0 , Al 0 Dung dịch hút ẩm được sử dụng rộng rãi là clocanxi và

cloliti, với dung dịch cloliti có thể giảm độ ẩm không khí  từ 14  20%, với dung dịch clocanxi giảm độ ẩm từ 45  48%

Hình 1.11: Quá trình làm khô không khí bằng dung dịch hút ẩm

Không khí ban đầu có nhiệt độ t1, độ ẩm 1 (điểm 1) Quá trình 1 - 3 làm tăng nhiệt độ không khí khi dung dịch có nhiệt độ trong suốt thời gian làm khô lớn hơn nhiệt độ không khí Quá trình 1 - 2, nhiệt độ không khí không thay đổi khi nhiệt độ dung dịch trong suốt quá trình bằng nhiệt độ không khí Quá trình 1 - 4, không khí giảm nhiệt độ khi dung dịch có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ không khí

Hình 1.12: Làm khô không khí bằng silicoghen