ĐIỀU KHIỂN bền VỮNG hệ THỐNG điều hòa KHÔNG KHÍ TRÊN cơ sở ỨNG DỤNG BIẾN tần

Đặc biệt trong điều kiện của thế kỷ XXI, khi các nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng trong khi các nguồn năng lượng cổ truyền ngày càng trở nên khan hiếm, cộng với yêu cầu gắt gao về bả

NGÔ VĂN DUYÊN

ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG BIẾN TÀN

Chuyên ngành : KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin cảm ơn các thầy, cô tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các cán bộ quản lý vận hành nhà máy của công ty TNHH Nam Dược đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tôi tìm hiểu và lấy số liệu thực tế tại công trình

Em xin chân thành cảm ơn!

Tôi xin cam đoan rằng, Bản luận văn dưới đây là do chính tôi tính toán, thiết

kế và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác không được ghi Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

NGÔ VĂN DUYÊN

Mục lục……….4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt………5

Danh mục các hình vẽ , đồ thị……… 7

LỜI NÓI ĐẦU……… 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG VI KHÍ HẬU 1.1 Vi khí hậu và điều hòa không khí……… 12

1.1.1 Vi khí hậu………12

1.1.2 Điều hòa không khí……….12

1.1.3 Tính chất nhiệt động của không khí ẩm……….….13

1.1.4 Đồ thị trạng thái của không khí ẩm……….14

1.2 Các quá trình nhiệt ẩm không khí……… 15

1.2.1 Các quá trình nhiệt ẩm………15

1.2.2 Các phương pháp và thiết bị xử lý không khí ………17

1.3 Giới thiệu về phòng sạch được sử dụng trong nhà máy dược……… 24

1.3.1 Áp suất phòng (Room Pressurization)……… 26

1.3.2 Độ sạch (Cleanliness):……… 27

1.3.3 Nhiễm chéo (Cross-Contamination):………27

1.4.Kết luận……….………28

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VKH VÀ CÔNG NGHỆ BIẾN TẦN 2.1 Giới thiệu chung……… ………30

2.2 Các hệ thống điều khiển vi khí hậu thường gặp……… 33

2.2.1 Điều khiển quá trình đốt nóng không khí………33

2.2.2 Điều khiển quá trình đốt nóng sơ bộ không khí……….34

2.2.3 Điều khiển quá trình phun ẩm……….36

2.2.5 Điều khiển quá trình hút ẩm……… …39

2.2.6 Điều khiển quá trình đốt nóng, làm lạnh, tăng ẩm, hút ẩm……… 41

2.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ máy nén……….42

2.3.1 Phân loại động cơ máy nén……….…42

2.3.2.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ……… ……46

2.4 Nguyên lý và quy luật điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số…… ……….46

2.5 Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ máy nén…… ……….47

2.6 Sơ đồ khối bộ biến tần và nguyên lý làm việc.………48

2.6.1.Sơ đồ khối 48

2.6.2.Nguyên lý làm việc 48

2.6.3.Chức năng cơ bản của biến tần……… ……… 50

2.6.4 Quy luật tỷ lệ - tích phân - vi phân ứng dụng trong biến tần 51

2.7 Hệ thống điều khiển trong ĐHKK nhà máy Nam Dược……….….52

2.7.1 Khái niệm hệ thống điều khiển vi khí hậu nhiều chiều 52

2.7.2 Mô tả chung hệ thống điều khiển……….………52

2.7.3 Nguyên lý hoạt động hệ CHILLER……….54

2.7.4 Nguyên lý hoạt động hệ AHU……… 54

2.7.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển………….……… 57

2.8 Kết luận………58

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ THỐNG THEO QUAN ĐIỂM BỀN VỮNG 3.1 Các chỉ tiêu chất lượng điều khiển……… …59

3.1.1 Khái niệm chất lượng quá trình điều khiển……….…59

3.1.2 Các chỉ tiêu chất lượng trực tiếp……….59

3.1.3 Đánh giá chất lượng điều chỉnh theo chỉ tiêu tích phân……… 63

3.2 Khái niệm chung về tổng hợp bền vững tối ưu……… …64

3.4.1 Cấu trúc tựa bền vững của bộ điều chỉnh và hệ thống………68

3.4.2 Chỉ số dao động mềm……….…69

3.4.3 Xác định tham số θ tối ưu của bộ điều chỉnh bền vững…….….…70

3.4.4 Tăng cường khả năng kháng nhiễu cho bộ điều khiển………… 71

3.5.Kết luận……….72

CHƯƠG 4: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH BỀN VỮNG VKH 4.1 Đặc điểm và ý nghĩa của bài toán điều khiển VKH……….……76

4.2 Mô hình hóa đối tượng điều khiển VKH……….……77

4.2.1 Xây dựng mô hình bằng phương pháp giải tích……….……77

4.2.2 Xây dựng mô hình đối tượng trên cơ sở phương pháp nhận dạng số liệu……… 78

4.3 Tổng hợp bộ điều chỉnh VKH theo quan điểm bền vững ………78

4.3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển……… 78

4.3.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế CASCAD……… 79

4.3.3 Xử lý số liệu vận hành trên CASCAD……… 80

4.3.3.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ……… ………80

4.3.3.2 Hệ thống điều khiển độ ẩm……… 89

4.4 Kết luận………97

KẾT LUẬN……….98

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 99

PHỤ LỤC……… …100

hiệu, chữ

ϕ độ ẩm tương đối, %

Gh lượng hơi nước có chứa trong khối không khí ẩm,

Gbh lượng hơi nước cực đại chứa được trong khối không khí ở cùng

O(S) Hàm truyền của đối tượng theo kênh điều chỉnh

L(S) Hàm truyền của đối tượng theo kênh nhiễu

1.7 Hệ thống van đảo chiều

1.8 Thanh điện trở và cách lắp trên đường ống

1.9 Hộp phun hơi ẩm bão hòa

1.10 Các thông số yêu cầu về phòng sạch

1.11 Bộ lọc HEPA

1.12 Các nguyên nhân gây nhiễm chéo

2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điều hòa không khí

2.2 Đồ thị sóng so sánh giữa hệ Inverter và Non Inverter

2.3 Mô tả mức điều chỉnh năng lương

2.4 Điều khiển đốt nóng không khí từ tín hiệu không khí cấp

2.5 Điều khiển dàn nóng từ nhiệt độ không khí cấp có thay đổi giá trị điểm

đặt2.6 Điều khiển đốt sơ bộ không khí từ tín hiệu nhiệt độ sau bộ đốt sơ bộ2.7 Điều khiển đốt sơ bộ và cửa gió hỗn hợp

2.8 Điều khiển phun ẩm

2.9 Điều khiển van nước lạnh 3 ngả

2.10 Điều khiển 2 vị trí van tiết lưu

2.11 Điều khiển 2 vị trí dàn bay hơi hoặc dàn nước

2.12 Điều khiển tỷ lệ van nước

2.13 Điều khiển đốt nóng, làm lạnh, tăng ẩm, giảm ẩm

2.14 Động cơ roto lồng sóc

2.15 Đặc tính khởi động của động cơ roto lồng sóc

2.16 Đặc tính dòng khởi động

2.17 Động cơ roto dây quấn

2.18 Đặc tính khởi động của động cơ roto dây quấn

2.19 Cấu tạo động cơ DC

2.20 Hiệu suất của động cơ DC

2.21 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ

2.22 Cấu trúc bộ biến tần gián tiếp a) và trực tiếp b)

2.23 Sơ đồ khối của biến tần

2.27 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển

3.1 Đặc tính quá độ của hệ thống thay đổi giá trị đặt và khi có nhiễu bậc thang3.2 Các dạng đặc tính quá độ

3.3 Dạng sai số điều chỉnh và khả năng áp dụng chỉ tiêu tích phân tuyến tính3.4 Sai số điều chỉnh bình phương của hệ thống theo kênh đặt và kênh nhiễu3.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển điển hình

3.6 Sự phân bố các nghiệm của phương trình đặc tính hệ thống

3.7 Cấu trúc của bộ điều chỉnh bền vững lý tưởng

3.8 Đường biên mềm trên mặt phẳng nghiệm

3.9 Đặc tính mềm của hệ hở với hàm truyền H(s)=e−τs θs

3.10 Đồ thị sai số điều chỉnh bình phương của hệ thống xét theo kênh điều

khiển

3.11 Đặc tính mềm của hệ hở với bộ điều chỉnh bền vững khi thay đổi thành phần

tích phân

4.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển vi khí hậu

4.2 Đường cong đặc tính vận hành của đối tượng nhiệt độ

4.3 Đối tượng nhiệt độ O1 sau khi đã mô hình hóa

4.4 Đặc tính tần số của đối tượng nhiệt độ O1

4.5 Mô hình nhân bất định của đối tượng nhiệt độ O1

4.6 Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ

4.7 Đặc tính mềm của hệ hở

4.8 Đặc tính mềm của hệ hở với các trường hợp xấu nhất

4.9 Đặc tính mềm của hệ hở với các trường hợp cơ sở, xấu nhất,

ngẫu

4.10 Mô hình vòng tròn bất định của đối tượng nhiệt độ

4.11 Đặc tính quá độ của hệ thống kín theo kênh đặt

4.12 Đặc tính quá độ của hệ thống kín theo kênh nhiễu

4.13 Đường cong đặc tính vận hành của đối tượng độ ẩm

4.14 Đối tượng độ ẩm O22 sau khi đã mô hình hóa

4.15 Đặc tính tần số của đối tượng độ ẩm O22

4.16 Mô hình nhân bất định của đối tượng độ ẩm O22

4.17 Sơ đồ hệ thống điều khiển độ ẩm

Mô hình vòng tròn bất định của đối tượng độ ẩm

4.22 Đặc tính quá độ của hệ thống kín theo kênh đặt

nhiễu)

Trong những năm qua, ngành điều hòa không khí đã có những bước phát triển nhảy vọt do nhanh chóng tiếp thu được những thành quả của kỹ thuật điện tử, thông tin cũng như các ngành khoa học khác Các trang thiết bị và dụng cụ điều khiển tự động ngày càng phát triển và hoàn thiện Việc vận hành bằng tay nhanh chóng được thay thế bằng vận hành tự động Nhờ có tự động điều khiển mà hệ thống điều hòa không khí có thể vận hành một cách tự động, an toàn, kinh tế và hiệu quả tối ưu Đặc biệt trong điều kiện của thế kỷ XXI, khi các nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng trong khi các nguồn năng lượng cổ truyền ngày càng trở nên khan hiếm, cộng với yêu cầu gắt gao về bảo vệ môi trường, môi sinh, dẫn tới phải tiết kiệm năng lượng giảm phát thải cho công nghiệp.

Tự động điều khiển quá trình làm việc của hệ thống điều hòa không khí ứng dụng biến tần có ưu điểm so với điều chỉnh ON-OFF là giữ ổn định liên tục chế độ làm việc hợp lý Ưu điểm này kéo theo một loạt các ưu điểm khác như: nâng cao chất lượng điều khiển, giảm tiêu hao điện năng, tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy và thiết

bị, giảm chi phí vận hành

Cùng với việc phát triển của khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp của nước ta cũng có những bước tiến lớn Trong các ngành công nghiệp hiện đại, ngành công nghiệp điện tử, quang học, sinh học hoặc các ngành y tế như dược phẩm, trong phòng mổ bệnh viện và một số ngành khác có đòi hỏi phòng vi khí hậu sạch, trong đó các điều kiện khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch… phải được đảm bảo một cách khắt khe, điều khiển khống chế trong một khoảng hẹp

Yêu cầu đặt ra là phải thực hiện tối ưu hóa quá trình điều khiển điều hòa không khí duy trì các tham số công nghệ ở mức độ chính xác cao Với bộ điều chỉnh chuẩn công nghiệp, được sử dụng chủ yếu hiện nay, ta có thể thực hiện việc điều khiển này thông qua vi xử lý Các phương pháp tổng hợp bộ điều chỉnh hiện nay như phương pháp tổng hợp trực tiếp, phương pháp mô hình nội IMC hay các phương pháp của Ziergler – Nichols [1] tuy khá thông dụng và hiệu quả nhưng tồn tại nhược điểm là khó áp dụng hoặc không áp dụng được cho các đối tượng có quán tính lớn, không thay

phương pháp này chỉ quan tâm đến tính ổn định của hệ thống mà ít quan tâm đến yếu

tố nhiễu, do đó chất lượng điều chỉnh theo kênh giá trị đặt là đáng tin cậy nhưng đáp ứng theo kênh nhiễu kéo dài và hội tụ chậm

Trong khuôn khổ luận văn này sẽ trình bày các vấn đề liên quan tới hệ thống biến tần dùng trong ĐHKK, đánh giá tổng quan về các phương pháp và phân tích tổng hợp hệ thống đã có Tiếp theo trên cơ sở khái niệm chỉ số dao động mềm và phương pháp tối ưu hóa bằng thuật toán vượt khe do tác giả PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh

đề xuất Từ cơ sở lý thuyết nêu trên và các số liệu thu thập được trên thực tế, luận văn tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh bền vững cho hệ hai chiều với mục đích cùng một lúc điều khiển, duy trì hai thông số đặc trưng cho trạng thái không khí là nhiệt độ và

độ ẩm Đây là bài toán Nhiệt khá phổ biến, cho tói nay vẫn chưa được giải quyết triệt

để Toàn bộ quá trình tính toán và mô phỏng được thực hiện dựa trên phần mềm Cascasd của tác giả PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG VI KHÍ HẬU 1.1 Vi khí hậu và điều hòa không khí

1.1.1 Vi khí hậu

Vi khí hậu là một vùng khí quyển xác định trong phạm vi hẹp (một buồng nhỏ hoặc là một vùng không gian lớn ) có những tính chất đặc trưng Vi khí hậu được thể hiện qua các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, áp suất không khí, vận tốc không khí, nồng độ các hạt bụi lơ lửng , trong đó thì hai yếu tố đặc trưng chính là nhiệt độ và độ ẩm

Để tạo ra và duy trì ổn định một vùng vi khí hậu theo một chương trình định trước, không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài thì ta cần một hệ thống máy móc thiết bị xử lý vi khí hậu hay là hệ thống điều không xử lý vi khí hậu Hệ thống điều không xử lý vi khí hậu là một hệ thống phức tạp bao gồm những hệ thống chính như sau: hệ thống làm lạnh hoặc sưởi ấm không khí (hệ thống điều hòa không khí), hệ thống máy hút ẩm (phun ẩm), hệ thống quạt thông gió, hệ thống lọc bụi Các quá trình mà hệ thống xử lý vi khí hậu thực hiện được gọi là quá trình công nghệ điều không xử lý vi khí hậu

1.1.2 Điều hòa không khí

Điều hòa không khí được hiểu là quá trình duy trì nhiệt độ, độ ẩm trong không gian cần điều hòa ở một mức quy định nào đó Bên cạnh đó, cần phải chú ý đến vấn đề bảo đảm độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và sự lưu thông hợp lý của dòng không khí

Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian điều hòa ở trong vùng qui định nào đó, nó không thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hoặc sự biến đổi của phụ tải bên trong

Về mặt thiết bị, hệ thống điều hòa không khí là một tổ hợp bao gồm các thành phần như sau:

− Máy lạnh: là bộ phận cơ bản của hệ thống, đóng vai trò chủ yếu trong việc khống chế trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở trong vùng qui định.

− Bộ gia nhiệt: là bộ phận hỗ trợ với máy lạnh trong việc điều chỉnh các thông

số của không khí

− Hệ thống vận chuyển chất tải lạnh: là hệ thống dùng để vận chuyển chất tải lạnh từ nguồn sinh lạnh (dàn lạnh hoặc bình bốc hơi của máy lạnh) đến không gian cần thực hiện kỹ thuật điều hòa không khí Chất tải lạnh trong trường hợp này có thể là nước hoặc không khí Ở các hệ thống cỡ nhỏ, chất tải lạnh thường là chính bản thân tác nhân lạnh

− Hệ thống phun ẩm: thường được dùng cho những nơi có yêu cầu gia tăng độ chứa hơi của không khí trong không gian cần điều hòa

− Hệ thống phân phối không khí

Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa lượng hơi nước hiện có trong khối không khí

ẩm so với lượng hơi nước cực đại chứa được trong khối không khí đó ở cùng trạng thái

%,100.100

kg g p p

p d

kg kg G

G d

h h k h

/,

622

/,

t

I = + (2500+1,84 ), /

6 Nhiệt độ đọng sương

Nếu làm lạnh không khí trong điều kiện giữ nguyên độ chứa hơi d (hoặc phân

áp suất hơi nước ph thì tới một nhiệt độ ts nào đó, hơi nước trong không khí sẽ ngưng

tụ thành nước bão hòa Nhiệt độ ts được gọi là nhiệt độ đọng sương Như vậy nhiệt độ đọng sương của không khí ẩm được là nhiệt độ của không khí ẩm bão hòa có cùng phân áp suất hơi nước với không khí ẩm đang khảo sát

7 Nhiệt độ nhiệt kế ướt

Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư là nhiệt độ ứng với trạng thái không khí ẩm bão hòa ở trị số entanpi đã cho (hay chính xác là nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt)

1.1.4 Đồ thị trạng thái của không khí ẩm

khô, nhiệt độ nhiệt kế ướt, nhiệt độ đọng sương, entanpi, độ ẩm tương đối, độ chứa hơi, phân áp suất hơi nước có trong không khí ẩm

2 Ẩm đồ t – d

I=const 1 ϕ=1 ϕ=con

Có thể gọi quá trình này là quá trình làm lạnh, làm khô Để xử lý không khí theo quá trình A1 có thể sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt hoặc ở thiết bị buồng phun

có nhiệt độ bề mặt và nước phun thấp hơn nhiệt độ đọng sương ts của trạng thái A Khi không khí tiếp xúc với dàn lạnh hoặc các giọt nước lạnh, nó sẽ nhả nhiệt, đồng thời các giọt hơi ẩm trong không khí ngưng kết lại trên bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt hoặc trên bề mặt giọt nước Kết quả lượng ẩm trong không khí giảm

− Quá trình A2: Quá trình A2 có dung ẩm không đổi, nhiệt độ và entanpi giảm, Δd = dA - d2 = 0, ΔI < 0 và Δt < 0 Nó được gọi là quá trình làm lạnh đẳng dung

ẩm Quá trình này có thể thực hiện ở dàn trao đổi nhiệt kiểu bề mặt có nhiệt độ bề mặt lớn hơn nhiệt độ đọng sương ts nhưng nhỏ hơn nhiệt độ trạng thái A: tS < tw < tA

− Quá trình A3: Dung ẩm tăng, nhiệt độ và entanpi giảm, Δd > 0, ΔI < 0 và

Δt < 0 Quá trình A3 gọi là quá trình tăng ẩm, giảm nhiệt Nó chỉ có thể thực hiện ở thiết bị buồng phun, nếu thiết bị làm lạnh kiểu bề mặt thì phải tiến hành phun ẩm bổ sung

− Quá trình A4 : Dung ẩm tăng, entanpi không đổi và nhiệt độ giảm, Δd>0, ΔI=0 và Δt <0 Quá trình gọi là tăng ẩm đoạn nhiệt (bay hơi đoạn nhiệt) Để xử lý không khí theo quá trình này chỉ cần cho bay hơi nước vào không khí là được

− Quá trình A5 : Dung ẩm tăng, entanpi tăng và nhiệt độ vẫn giảm, Δd > 0, ΔI>

0, Δt < 0 Quá trình A5 gọi là quá trình tăng ẩm, tăng nhiệt, nhiệt độ giảm Quá trình này cũng được xử lý bằng nước phun có nhiệt độ cao

− Quá trình A6 : Dung ẩm tăng, entanpi tăng và nhiệt độ không đổi Δd > 0, ΔI

> 0, Δt = 0 Quá trình A6 gọi là quá trình tăng ẩm, tăng nhiệt, đẳng nhiệt

− Quá trình A7 : Dung ẩm, entanpi và nhiệt độ đều tăng, Δd > 0, ΔI > 0, Δt > 0

Đó là quá trình tăng ẩm, tăng nhiệt, nhiệt độ tăng

− Quá trình A8 : Dung ẩm không đổi, nhiệt độ và entanpi tăng, Δd = 0, ΔI > 0,

Δt > 0 Đó là quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm Quá trình này có thể thực hiện ở thiết

bị gia nhiệt kiểu bề mặt

− Quá trình A9 : Dung ẩm giảm, nhiệt độ và entanpi tăng, Δd < 0, ΔI > 0, Δt >

0 Đó là quá trình tăng nhiệt giảm ẩm

Cần chú ý là các quá trình A1, A3, A5 và A7 chỉ vẽ tượng trưng, thực ra mỗi quá trình như vậy có thể quét trên một miền khá rộng Chẳng hạn quá trình A3 quét từ tia A2 đến tia A4.

Trong đó ta cần lưu ý:

• Các quá trình từ A1 - A7 thực hiện ở thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hổn hợp (giữa nước và không khí)

• Quá trình A1, A2 thực hiện ở thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt nhiệt độ thấp

• Quá trình A8 thực hiện ở thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt nhiệt độ cao

• Quá trình A9 thực hiện trong điều kiện đặc biệt khi dùng hóa chất hút ẩm kèm thiết bị gia nhiệt

Tất cả các quá trình trên đây đều đã được lý tưởng hoá, thực tế các quá trình xử

lý không khí thực tế có thể không biến đổi theo dạng đường thẳng mà thường thay đổi theo những đường cong nhất định tuỳ thuộc nhiều yếu tố, chẳng hạn như chiều chuyển động tương đối giữa không khí và tác nhân xử lý lạnh

1.2.2 Các phương pháp và thiết bị xử lý không khí

ẩm Hầu hết các máy điều hoà trong đời sống sử dụng thiết bị làm lạnh kiểu bề mặt

Hình 1.4 Các loại dàn lạnh không khí

2 Làm lạnh bằng nước phun đã xử lý.

Người ta có thể làm lạnh không khí thông qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp, trong đó người ta cho phun nước lạnh đã xử lý tiếp xúc trực tiếp với không khí để làm lạnh Thiết bị này còn được gọi là thiết bị buồng phun Không khí khi qua buồng phun nhiệt độ giảm còn dung ẩm có thể tăng, không đổi hoặc giảm tùy thuộc vào nhiệt

độ của nước phun Khi nhiệt độ nước phun nhỏ hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ trên bề mặt các giọt nước và làm giảm dung ẩm Như vậy có thể điều chỉnh dung ẩm của không khí thông qua điều chỉnh nhiệt độ nước phun

Trong thiết bị buồng phun, nước được phun thành những giọt nhỏ li ti nhờ các vòi phun Do các giọt nước rất nhỏ nên diện tích tiếp xúc cực kỳ lớn, tuy nhiên ở trong buồng phun thời gian tiếp xúc giữa không khí với nước rất nhỏ, nên hiệu qủa trao đổi nhiệt ẩm ít nhiều cũng bị hạn chế Để tăng diện tích tiếp xúc, người ta có thể tạo màng nước trên các bề mặt rắn Hiệu qủa của phương pháp này cũng tương tự kiểu phun Thiết bị buồng phun được sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt và nhiều ngành khác, đòi hỏi khống chế độ ẩm theo những chương trình khắt khe

Hình 1.5 Thiết bị buồng phun

3 Làm lạnh bằng nước tự nhiên

Làm mát bằng nước lạnh chi phí khá cao cho việc làm lạnh nước Trong những trường hợp khi yêu cầu nhiệt độ không khí cần làm lạnh không thấp quá, có thể dùng nước tự nhiên, chưa qua làm lạnh và cho bay hơi vào trong không khí để giảm nhiệt độ của nó Mức độ làm lạnh không khí phụ thuộc độ ẩm của nó và nhiệt độ của nước

Hiện nay ở thị trường có bán rất nhiều loại quạt nước, các loại quạt này đều có nguyên lý làm việc tương tự nhau là cho nước bay hơi vào không khí khi chuyển động qua quạt Trên hình 1.6 là một kiểu quạt nước Nước được một bơm nhỏ bơm lên phía trên và cho chảy qua một lớp vật liệu xốp mao dẫn Không khí chuyển động qua lớp mao dẫn được thấm ướt, nước sẽ bay hơi đoạn nhiệt vào không khí làm cho nhiệt độ không khí giảm xuống theo đường đoạn nhiệt A4

Trong công nghiệp, chẳng hạn ở các xí nghiệp dệt sử dụng các thiết bị buồng phun với nước đã được làm lạnh rất tốn kém Vì vậy những ngày trời ít nắng và những lúc phụ tải không quá lớn người ta không sử dụng nước lạnh, mà sử dụng nước thường

để xử lý không khí Quá trình xử lý trong trường hợp này cũng diễn ra theo đường A4 Nhiệt độ không khí được xử lý theo nước thường hạ xuống thấp nhất có thể là bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt

Hình 1.6 Quạt nước

1- Lớp vật liệu xốp mao dẫn; 2- Quạt gió; 3- Bơm nước;

4,5- Mặt trước; 6 Máng hứng nước; 7- Van phao khống chế mức nước

1.2.2.2 Gia nhiệt không khí.

1 Gia nhiệt bằng dàn ống có cánh sử dụng nước nóng (calorifer)

Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta có thể thực hiện gia nhiệt cho không khí bằng thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt sử dụng nước hoặc hơi nước nóng Thường đó là dàn ống có cánh, không khí chuyển động cưỡng bức bên ngoài ngang qua dàn ống, nước hoặc hơi nước chuyển động bên trong

Ở các nước về mùa đông nhiệt độ không quá lạnh, chẳng hạn như nước ta thì việc sưởi ấm chỉ thực hiện ở các công trình đặc biệt, mà không phải bắt buộc đối với toàn dân Việc sưởi ấm thực hiện từ các nguồn cấp nhiệt cục bộ.Thiết bị gia nhiệt sử dụng nước nóng hoặc hơi từ nguồn cấp nước nóng cục bộ Ví dụ một số khách sạn cao cấp ở nước ta có trang bị các lò hơi cấp hơi nóng cho các bộ gia nhiệt kiểu bề mặt đặt ở các phòng để sưởi ấm về mùa đông Ở đây bộ xử lý không khí của hệ thống thường có 2 dàn trao đổi nhiệt : một dàn sử dụng nước nóng,

dàn kia nước lạnh và chúng làm việc không đồng thời

2 Gia nhiệt bằng dàn ống có cánh sử dụng gas nóng

Một biện pháp khác cũng hay được sử dụng là dùng các máy lạnh 2 chiều Trong các máy này về mùa đông nhờ hệ thống van đảo chiều hoán đổi chức năng của dàn nóng và dàn lạnh, nhờ vậy không khí thổi vào phòng là không khí nóng của dàn

nóng Như vậy trong trường hợp này không khí cũng được gia nhiệt bằng dàn ống có cánh sử dụng gas nóng của hệ thống máy lạnh.

Trên hình 1.7 là sơ đồ nguyên lý làm việc của máy lạnh 2 chiều Van đảo chiều

RV có nhiệm vụ hoán đổi chức năng của các dàn trao đổi nhiệt bên ngoài và bên trong phòng Về mùa đông dàn trao đổi nhiệt bên trong IC là dàn nóng Quá trình thay đổi trạng thái của không khí theo đường A8

Hình 1.7 Hệ thống van đảo chiều

3 Gia nhiệt bằng thanh điện trở.

Người ta có thể thực hiện việc sấy không khí bằng các điện trở thay cho các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt Thường các dây điện trở được bố trí trên các dàn lạnh của máy điều hòa Về mùa đông máy dừng chạy lạnh, chỉ có quạt và thanh điện trở làm việc Không khí sau khi chuyển động qua thanh điện trở sẽ được sưởi ấm theo quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm A8

Việc sử dụng dây điện trở có ưu điểm là gọn nhẹ và chi phí đầu tư thấp Tuy nhiên chi phí tiền điện (chi phí vận hành) khá lớn và dễ gây cháy, chập điện do các dàn lạnh thường được lắp đặt trên trần giả của các công trình, có nhiều vật liệu dễ cháy, nguy hiểm

Cấu tạo của các thanh điện trở thường gồm 3 lớp, bên trong cùng là dây kim loại có điện trở suất lớn, dây được cách nhiệt bằng lớp vật liệu cách nhiệt dạng bột

Ngoài cùng là lớp vỏ kim loại có cánh tản nhiệt lớn Thanh điện trở thường được lắp đặt trên các đoạn đường ống.

Hình 1.8 Thanh điện trở và cách lắp trên đường ống

1.2.2.3 Tăng ẩm cho không khí

Trong công nghiệp đặc biệt trong công nghiệp dệt, đòi hỏi độ ẩm không khí khá cao Những mùa hanh khô độ ẩm không khí không đảm bảo yêu cầu, cần phải tăng ẩm cho không khí Để làm điều đó cần cho bay hơi nước vào trong không khí Có nhiều biện pháp khác nhau, dưới đây là các biện pháp thường được sử dụng

1 Tăng ẩm bằng thiết bị buồng phun

Buồng phun thường được sử dụng để tăng ẩm cho không khí trong công nghiệp

vì lưu lượng đòi hỏi lớn Khi phun hơi nước vào trong không khí, thường người ta sử dụng nước tự nhiên (trừ trường hợp cần kết hợp gia nhiệt) Khi phun nước, quá trình xảy ra gần với quá trình bay hơi đoạn nhiệt, trạng thái không khí thay đổi theo đường A4 hoặc A5

Đặc điểm cơ bản của quá trình này là :

- Lượng hơi ẩm bay hơi vào không khí rất ít so với lượng nước phun

- Sự thay đổi trạng thái của không khí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nước phun

2 Tăng ẩm bằng thiết bị phun ẩm bổ sung

Tăng ẩm bổ sung là hình thức đưa hơi nước trực tiếp vào không gian bên trong gian máy với lượng hơi nước đưa vào thường không lớn lắm Có nhiều biện pháp tăng

ẩm bổ sung cho không khí nhưng có chung đặc điểm là:

- Lượng hơi ẩm đưa vào không lớn lắm

- Làm ẩm cho không khí trong một khoảng không gian hạn chế

- Khi phun hơi ẩm tuyệt đối không được dư thừa, toàn bộ hơi ẩm phải được khuyếch tán vào trong không khí

Thường người ta sử dụng các thiết bị phun ẩm sau: Hộp hơi phun hơi ẩm bão hoà, thiết bị kiểu kim phun, đĩa quay hoặc khí nén Trên hình 1.9 là cấu tạo của hộp hơi phun hơi ẩm bão hoà nhờ điện trở Thiết bị gồm hộp sinh hơi 4, bên trong có các sợi dây điện trở 3 Khi đốt nóng hơi nước bốc ra theo ống 1 rồi khuyếch tán vào không khí Nước bổ sung được cấp vào ống 2 và chứa trong thùng 5 thông với thùng 4 Ống

xả 6 nhằm duy trì mức nước trong các thùng 4 và 5 Như vậy trạng thái không khí sẽ thay đổi theo đường đẳng nhiệt A6, nghĩa là nhiệt độ không khí sẽ không thay đổi

Hình 1.9 Hộp phun hơi ẩm bão hoà

1.2.2.4 Làm khô (giảm ẩm) cho không khí.

Trong đời sống và công nghiệp, nhiều lúc đòi hỏi giảm độ ẩm của không khí, chẳng hạn trong một số phân xưởng chế tạo các thiết bị đặc biệt đòi hỏi độ ẩm nhỏ như chế tạo máy biến áp, linh kiện điện tử… Giảm ẩm cho không khí là quá trình rút một phần hơi ẩm trong không khí nhằm giảm độ ẩm cho nó Quá trình đó thường được

thực hiện bằng cách ngưng kết hơi nước trên các bề mặt nhiệt độ thấp hoặc nhờ các loại hoá chất đặc biệt.

1 Làm khô bằng dàn lạnh.

Quá trình làm lạnh không khí thường kèm theo làm khô nó, do hơi ẩm trong không khí ngưng kết lại trên bề mặt của thiết bị Tuy nhiên không phải bao giờ làm lạnh cũng kèm theo làm khô, điều kiện để diễn ra ngưng kết hơi ẩm là nhiệt độ bề mặt của dàn lạnh phải nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của không khí Thông thường điều kiện đó luôn luôn thoả mãn do nhiệt độ của các tác nhân lạnh bên trong rất thấp Quá trình làm khô bằng dàn dàn lạnh diễn ra theo quá trình A1 Thường nhu cầu giảm ẩm ít

có nhu cầu trên thực tế , quá trình này thường được diễn ra kèm theo quá trình làm lạnh

2 Làm khô bằng thiết bị buồng phun.

Trong công nghiệp ta có thể thực hiện việc giảm ẩm bằng thiết bị buồng phun Khi phun nước lạnh có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ điểm sương của không khí thì một phần hơi ẩm trong không khí sẽ ngưng tụ lại trên bề mặt của các giọt nước Như vậy một giọt nước phun đóng vai trò như những bề mặt ngưng kết làm tích tụ nước và tăng khối lượng các giọt nước Tuy nhiên đây là một quá trình phức tạp nên rất khó khống chế và điều khiển

3 Làm khô bằng hóa chất.

Trong một số trường hợp nhất định người ta có thể sử dụng các hóa chất có khả năng hút ẩm tốt như: silicagen, vôi sống, zeolit để giảm ẩm cho không khí Nhưng phương pháp này rất hạn chế vì khả năng hút ẩm rất hạn chế, các chất đó nhanh chóng bão hòa và thường tỏa nhiệt và ảnh hưởng nhất định đến không gian điều hòa

Trên đồ thị I-d quá trình hút ẩm bằng hoá chất diễn ra theo đường A9

1.3 Giới thiệu về phòng sạch được sử dụng trong nhà máy dược:

Trong những năm gần đây nhu cầu cho thiết kế phòng sạch ngày càng tăng Do yêu cầu của sản phẩm công nghệ cao như sản xuất máy tính, sản xuất chíp, các bo mạch, công nghệ chất bán dẫn…hay những loại thuốc trong dược phẩm, các thiết bị y

tế, phòng mổ trong bệnh viện Tất cả những phòng này đòi hỏi phải kiểm soát nồng độ hạt bụi, các loại chất ô nhiễm ở một mức cho phép

Như vậy đối với phòng sạch thường giải quyết năm vấn đề chính là nhiệt độ (temperature), độ ẩm (humidity), áp suất phòng (Room Pressurization), độ sạch (Cleanliness) và vấn đề nhiễm chéo (cross-contamination) Trong thiết kế điều hòa không khí bình thường chỉ giải quyết hai vấn đề chính là nhiệt độ và độ ẩm, thực tế thì vấn đề độ ẩm thường không đạt theo như yêu cầu thiết kế Nhưng trong phòng sạch thì ngoài nhiệt độ thì độ ẩm trong phòng yêu cầu khắt khe hơn rất nhiều.

Hình 1.10 Các thông số yêu cầu về phòng sạch Bảng 1.1: So sánh các tiêu chuẩn phòng sạch

Bảng 1.2: Phân loại phòng sạch theo tiêu chuẩn ISO

Những điểm khác nhau chính giữa phòng sạch và ĐHKK thông thường là:

1.3.1 Áp suất phòng (Room Pressurization):

Nhiệm vụ chủ yếu là ngăn ngừa không cho không khí, hạt bụi, chất nhiễm trùng…từ phòng, khu vực dơ hơn sang phòng, khu vực sạch hơn Nguyên tắc di chuyển căn bản của không khí là từ nơi có áp suất cao tới nơi có áp suất thấp Như vậy phòng có cấp độ sạch hơn thì có áp cao hơn và ngược lại Để kiểm soát áp suất phòng thì thường có đồng hồ đo áp suất, khi áp phòng vượt quá sẽ tự động tràn ra ngoài thông qua cửa gió xì (Pass-Through Grilles) Thường thì những phòng nào có yêu cầu cao mới gắn miệng gió xì

Việc tạo áp trong phòng khi thiết kế phải quan tâm tới cột áp của quạt và chênh lệch giữa lương gió cấp và hồi trong phòng sạch Trong thiết kế nhà máy dược phẩm theo tiêu chuẩn WHO-GMP (World Health Organization-Good Manufacturing Practice) thì cấp áp suất lần lượt là +(15Pa), ++(30Pa), +++(45Pa)

1.3.2 Độ sạch (Cleanliness):

Độ sạch của phòng đường quyết định bởi hai yếu tố là số lần trao đổi gió hay bội số tuần hoàn (Air Changes per Hour) và Phin lọc

Thông thường đối với điều hòa không khí cho cao ốc văn phòng có thể từ 2 tới

10 lần Nhưng trong phòng sạch thì số lần trao đổi gió lên tới 20 lần, đặc biệt trong

phòng sạch cho sản xuất chíp lên tới 100 lần Tăng số lần trao đổi gió để làm giảm nồng độ hạt bụi, chất ô nhiễm sinh ra trong phòng Do vậy kết cấu phòng sạch khác với những cao ốc văn phòng Với các phòng có yêu cầu cấp độ sạch khác nhau thì số lần trao đổi gió cũng khác nhau Ví dụ trong nhà máy sản xuất dược phẩm khu vực thay đồ có cấp độ sạch E có áp phòng là +(15Pa), số lần trao đổi gió là 10, trong khi phòng pha chế có cấp độ sạch C có áp phòng ++(30Pa), số lần trao đổi gió là 20, phin lọc cấp H12 Phin lọc có nhiệm vụ là lọc bỏ những hạt bụi của không khí trước khi vào phòng Tùy theo yêu cầu của các loại phòng sạch mà sử dụng phin lọc cho phù hợp Thông thường với các phòng trong nhà máy dược thì sử dụng loại lọc hiệu suất cao HEPA (High Efficiency Particle Air) Vị trí bộ lọc có thể gắn ngay tại AHU hoặc từng phòng.

Hình 1.11 Bộ lọc HEPA

1.3.3 Nhiễm chéo (Cross-Contamination):

Để hiểu rõ về nhiễm chéo ta định nghĩa về tạp nhiễm Tạp nhiễm là sự nhiễm (đưa vào) không mong muốn các tạp chất có bản chất hóa học hoặc vi sinh vật, hoặc tiểu phân lạ vào trong hoặc lên trên một nguyên liệu ban đầu hoặc thành phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, lấy mẫu, đóng gói, bảo quản và vận chuyển Như vậy nhiễm chéo là việc tạp nhiễm của một nguyên liệu ban đầu, sản phẩm trung gian, hoặc thành phẩm với một nguyên liệu ban đầu hay sản phẩm khác trong quá trình sản xuất Việc nhiễm chéo có cả nguyên nhân bên ngoài và bên trong Dưới đây là tổng hợp các nhân tố chính nhiễm chéo trong nhà máy dược

Hình 1.12 Các nguyên nhân gây nhiễm chéo

Vấn đề nhiễm chéo khá phức tạp đối với các phòng trong nhà máy dược cũng như phòng mổ trong bệnh viện Các phòng sạch cho công nghệ cao thì ít hơn rất nhiều

do chỉ sản xuất 1 loại sản phẩm trong một khu lớn Thực tế thì các nhà máy dược Việt Nam sản xuất quá nhiều loại thuốc khác nhau trong cùng một phòng nên yêu cầu cấp

độ sạch rất cao và vấn đề nhiễm chéo trở nên khó kiểm soát Việc giải quyết nhiễm chéo là giải quyết 10 vấn đề trên, cộng thêm việc tạo áp trong phòng

1.4 Kết luận.

Đối tượng vi khí hậu có hai yếu tố đặc trưng là nhiệt độ và độ ẩm Vấn đề xử lý

vi khí hậu chính là xử lý, điều khiển hai yếu tố đó thông qua việc thực hiện các quá trình nhiệt ẩm để tạo ra và duy trì một vùng vi khí hậu theo một chương trình định trước Vấn đề điều khiển vùng vi khí hậu nhằm tự động hóa quá trình công nghệ, duy trì tối ưu tham số vi khí hậu, giảm lao động chân tay, tiết kiệm năng lượng và nâng cao

độ an toàn, tuổi thọ cho thiết bị

Hệ thống điều khiển vi khí hậu có chức năng chính là điều khiển nhiệt độ và độ

ẩm vùng vi khí hậu duy trì ổn định theo một giá trị đã định trước Việc điều khiển nhiệt độ hoặc độ ẩm là riêng rẽ, tuy nhiên do đây là hai đối tượng có ảnh hưởng qua lại

10 nguyên nhân gây ra nhiễm chéo

Đường đi công nhân không đúng

Đường đi nguyên liệu không đúng

Các cấp lọc không phù hợp

Lắp chung hệ thống ĐHKK

Phân cấp vùng sạch không đúng

Hồ sơ tài liệu không

hoàn chỉnh

Bố trí khu vực không đúng

nên việc điều khiển một trong hai đối tượng sẽ gây tác động nhiễu thay đổi lên đối tượng còn lại Theo thực tế, việc thay đổi nhiệt độ có tác động mạnh đến độ ẩm còn nếu độ ẩm thay đổi thì tác động không đáng kể lên nhiệt độ (yếu tố này có thể bỏ qua)

Như vậy việc điều khiển một hệ thống vi khí hậu hai chiều có thể đưa về việc điều khiển hai đối tượng một chiều là nhiệt độ, độ ẩm, trong đó kênh điều khiển độ ẩm

sẽ chịu nhiễu là tác động thay đổi nhiệt độ lên độ ẩm

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VKH VÀ CÔNG NGHỆ BIẾN TẦN

2.1 Giới thiệu chung.

Như chúng ta đã biết, vi khí hậu là một vùng đặc trưng với các thông số nhiệt

độ, độ ẩm, áp suất… xác định Để duy trì ổn định các thông số đó thì cần có một hệ thống điều khiển vi khí hậu Hệ thống này là mối liên hệ thông tin giữa nhu cầu năng lượng thay đổi và nhu cầu đối với điều kiện vùng vi khí hậu Nếu không có một hệ thống điều khiển được thiết kế đúng và hoạt động có hiệu quả thì thiết bị điều hòa không khí cũng không thể hoạt động tốt được

Bài toán xử lý vi khí hậu là bài toán phức tạp do cùng phải đồng thời tạo ra và duy trì nhiều tham số có liên quan chặt chẽ và ảnh hưởng qua lại Với các hệ thống điều khiển 1 chiều thì thông số cần điều khiển thường là nhiệt độ hoặc độ ẩm Trường hợp này thường gặp trong hệ thống điều hòa tiện nghi, dân dụng hoặc thương mại… Với hệ thống điều khiển 2 chiều thì thường được sử dụng trong lĩnh vực điều hòa công nghệ, các bài toán cần xử lý cả 2 thông số nhiệt độ và độ ẩm như trong phòng vi khí hậu, các phòng sạch cho y tế, bệnh viện, các buồng bảo quản sinh học, các phòng sản xuất thiết bị điện tử, quang học… Ngoài ra các phòng sạch còn có các yêu cầu khắt khe về áp suất phòng, độ sạch và vấn đề nhiễm chéo Trong các bài toán điều khiển hiện tại thường chỉ xử lý đến bài toán 2 chiều hoặc 3 chiều ở dạng đơn giản Các hệ thống 3 chiều phức tạp được gặp trong hệ thống điều không trên máy bay hoặc tàu vũ trụ…

Hình 2.1 thể hiện sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển điều hòa không khí điển hình Phần tử cảm biến lấy tín hiệu từ biến điều khiển, phản hồi về bộ điều khiển

Bộ điều khiển so sánh tín hiệu phản hồi và tín hiệu đặt trước, đưa ra lệnh điều khiển đến phẩn tử bị điều khiển để thực hiện quá trình

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điều hòa không khí

Ngày này cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật vi xử lý hệ thống điều hòa không khí đã được áp dụng các công nghệ tiến tiến để đảm bảo quá trình điều khiển đạt giá trị tối ưu và tiết kiệm năng lượng như công nghệ biến tần.

Khảo sát cho thấy ngoài hệ thống điều hòa không khí truyền thống có thể cung

cấp cùng công suất cho tất cả các Dàn bên trong, trong khi đó hệ Inverter trung HRV có thể cung cấp chính xác công suất làm lạnh hoặc sưởi cho từng Dàn bên trong riêng biệt Cải tiền công nghệ bằng việc sử dụng máy nén DC Inverter và motor quạt

tâm-DC, tăng vận tốc gió phân phối bằng sự thay đổi thiết kế của bộ trao đổi nhiệt Đó là điểm khác biệt của hệ HRV so với các hệ thống trung tâm truyền thống khác

• Do đó nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong hệ thống điều hòa không khí với lợi nhuận to lớn thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ

Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm, quạt và máy nén

• Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm, quạt và máy nén

Hình 2.2: Đồ thị sóng so sánh giữa hệ Inverter và Non Inverter

• Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van

• Giảm tiếng ồn công nghiệp

• Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ

• Giúp tiết kiệm điện năng tối đa

Hình 2.3: Mô tả mức điều chỉnh năng lương.

2.2 Các quá trình điều khiển vi khí hậu thường gặp

2.2.1 Điều khiển quá trình đốt nóng không khí.

1 Điều khiển quá trình đốt nóng không khí từ tín hiệu không khí cấp

Hình 1.10 thể hiện sơ đồ điều khiển dàn ống nóng (ví dụ dàn nước nóng) để đốt nóng không khí sau hòa trộn lấy tín hiệu từ không khí cấp cho không gian điều hòa

Hình 2.4 Điều khiển đốt nóng không khí từ tín hiệu không khí cấp

SA – không khí cấp; MA – không khí hỗn hợp (sau hòa trộn)

V – van; H – dàn ống nóng; T – bộ điều khiển nhiệt độ;

LT – bộ điều khiển nhiệt độ giới hạn

Ở đây: 1- bộ điều khiển tỷ lệ van để duy trì nhiệt độ không khí cấp không đổi

2- Bộ điều khiển giới hạn bắt đầu trình tự cho hoạt động giới hạn nhiệt

độ thấp khi nhiệt độ không khí ra khỏi dàn nóng xuống thấp tới điểm đặt của bộ điều khiển

Ví dụ về mùa đông cần sưởi nhiệt độ không khí cấp cho không gian điều hòa duy trì ở 22°C Lúc này nếu nhiệt độ không khí hòa trộn nhỏ hơn 22°C, bộ điều khiển

sẽ điều khiển van nước nóng để giữ cho nhiệt độ không khí cấp ở 22°C

Nếu nhiệt độ không khí hòa trộn ≥ 22°C, bộ điều khiển sẽ tác động để đóng hoàn toàn van, sẽ không có nhiệt cấp cho không khí

2 Điều khiển quá trình đốt nóng không khí từ nhiệt độ không khí cấp có thay đổi điểm đặt nhờ tín hiệu từ nhiệt độ không khí ngoài trời

Trong hệ thống điều hòa không khí, có hai phương pháp điều khiển năng suất sưởi hay lạnh là:

- Giữ nhiệt độ không khí cấp không đổi, thay đổi lưu lượng không khí cấp vào (VAV)

- Giữ lưu lượng không khí cấp vào không đổi nhưng thay đổi nhiệt độ không khí cấp vào (CAV)

Ở phương pháp trên ta dùng phương pháp giữ nhiệt độ không khí cấp không đổi đồng thời thay đổi lưu lượng không khí cấp Ở đây ta kết hợp cả 2 phương pháp điều khiển năng suất nói trên, nghĩa là vừa thay đổi nhiệt độ không khí cấp (bằng cách thay đổi giá trị điểm đặt của bộ điều khiển nhiệt độ không khí cấp lấy tín hiệu từ nhiệt độ không khí ngoài trời) lại vừa thay đổi lưu lượng không khí cấp (ở mỗi giá trị nhiệt độ không khí cấp thay đổi) Sơ đồ hình 1.11 thể hiện hệ điều khiển này

Ở đây: 1- bộ điều khiển lấy tín hiệu từ nhiệt độ không khí cấp điều chỉnh van dàn nóng để giữ nhiệt độ không khí cấp không đổi

2- Bộ điều khiển lấy tín hiệu từ nhiệt độ không khí ngoài trời để đặt lại điểm đặt của bộ điều khiển nhiệt độ không khí cấp khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi

3- Bộ điều khiển nhiệt độ giới hạn hoạt động khi nhiệt độ không khí cấp xuống thấp tới giá trị điểm đặt của nó

Hình 2.5 Điều khiển dàn nóng từ nhiệt độ không khí cấp có thay đổi giá trị điểm đặt

SA – không khí cấp; MA – không khí hỗn hợp (sau hòa trộn)

V – van; H – dàn ống nóng; T1 – bộ điều khiển nhiệt độ từ không khí cấp

T2 – bộ điều khiển nhiệt độ; LT – bộ điều khiển nhiệt độ giới hạn

2.2.2 Điều khiển quá trình đốt nóng sơ bộ không khí.

1 Điều khiển quá trình đốt nóng sơ bộ từ nhiệt độ không khí ra khỏi bộ đốt cấp cho hệ thống

Hình 1.12 thể hiện hệ điều khiển bộ đốt sơ bộ không khí lấy tín hiệu từ nhiệt

độ không khí ra khỏi bộ đốt

Ở đây: 1- hệ điều khiển được cung cấp năng lượng khi quạt chạy

2- Bộ điều khiển nhiệt độ điều khiển van của bộ đốt sơ bộ để tạo ra nhiệt độ không khí ra khỏi bộ đốt sơ bộ không đổi

3- Bộ điều khiển nhiệt độ giới hạn

Ngoài ra khi quạt ngưng hoạt động mô tơ sẽ đóng cửa gió ngoài trời, van bộ đốt

sơ bộ cũng đóng Khi quạt chạy, cửa gió ngoài trời sẽ mở

Hình 2.6 Điều khiển đốt sơ bộ không khí từ tín hiệu nhiệt độ sau bộ đốt sơ bộ

SA – không khí cấp; RA – không khí hồi; OA – không khí ngoài trời

NC – thường đóng; T – bộ điều khiển nhiệt độ; H – bộ đốt sơ bộ

V – van ; M – mô tơ cửa gió ngoài trời ; LT – bộ điều khiển nhiệt độ giới hạn

2 Điều khiển đốt nóng sơ bộ từ nhiệt độ không khí và cửa gió hỗn hợp

Hình 2.7 Điều khiển đốt sơ bộ và cửa gió hỗn hợp

SA – không khí cấp; RA – không khí hồi; OA – không khí ngoài trời

NC – thường đóng; NO – thường mở; M – môtơ cửa gió; T – bộ điều khiển nhiệt độ;

V – van nước nóng; LT – bộ điều khiển nhiệt độ giới hạn; S – công tắc điều khiển tay

Ở đây: 1- hệ điều khiển được cung cấp năng lượng khi quạt chạy

2- Công tắc điều khiển tay xác định vị trí cửa gió ngoài trời tối thiểu3- Bộ điều khiển nhiệt độ lấy tín hiệu từ không khí cấp điều khiển cửa gió hỗn hợp (cửa gió ngoài trời và cửa gió hối) và van nước nóng của bộ đốt sơ bộ để duy trì nhiệt độ không khí cấp Khi nhiệt độ không khí cấp ở giá trị nhỏ nhất của vi sai hoạt động cửa gió ngoài trời ở vị trí nhỏ nhất và van nước nóng mở, khi nhiệt độ không khí cấp ở giá trị trung bình của vi sai hoạt động, cửa gió ngoài trời ở vị trí nhỏ nhất, van nước nóng đóng Khi nhiệt độ ở giá trị cao nhất của vi sai hoạt động, van sẽ đóng và cửa gió ngoài trời mở toàn bộ

2.2.3 Điều khiển quá trình phun ẩm

Các quá trình phun ẩm thường gặp trong các nhà máy sợi dệt, ở đó thường yêu cầu độ ẩm không khí trong gian máy cao trong khi độ ẩm ngoài trời bé (mùa hanh khô) Khi cần tăng độ ẩm không khí ta phải đưa thêm hơi nước vào không khí

Hình 2.8 Điều khiển phun ẩm

SA – không khí cấp; RA – không khí hồi; OA – không khí ngoài trời

H – bộ điều khiển độ ẩm; V – van hơi nước

Ở đây:

1- hệ điều khiển được cung cấp năng lượng khi quạt chạy

2- Bộ điều khiển độ ẩm lấy tín hiệu từ không gian điều hòa điều khiển van hơi nước để duy trì độ ẩm tương đối của không gian điều hòa

3- Van hơi nước sẽ đóng khi quạt ngừng

4- Bộ điều khiển độ ẩm giới hạn cao sẽ đóng van hơi nước khi độ ẩm không khí cấp tăng trên giá trị điểm đặt của bộ điều khiển độ ẩm

Ở quá trình phun ẩm này, áp suất hơi phải duy trì ở giá trị không đổi p = 34-83 kPa; không khí chuyển động qua bộ phun ẩm phải đủ nóng để có thể hấp thụ tốt lượng hơi (do đó bộ phun ẩm thường đặt sau dàn nóng)

2.2.4 Điều khiển quá trình làm lạnh không khí

1 Điều khiển van ba ngả của dàn nước lạnh FCU

Trong hệ thống điều hòa dùng nước lạnh để duy trì nhiệt độ không khí trong không gian điều hòa ở giá trị không đổi ta sử dụng phương pháp giữ nguyên lượng không khí cấp không đổi và thay đổi nhiệt độ không khí cấp vào Để thay đổi nhiệt độ không khí cấp ta giữ nhiệt độ nước lạnh vào dàn ống không đổi (nghĩa là giữ nguyên nhiệt độ nước lạnh ra khỏi bình bốc hơi của máy lạnh không đổi), thay đổi lượng nước lạnh qua dàn ống bằng cách sử dụng van 2 ngả: có thể cho toàn bộ nước lạnh qua dàn

ống hoặc cho một phần, phần còn lại để vòng qua van Hình 1.15 thể hiện sơ đồ điều khiển van 3 ngả nước lạnh lấy tín hiệu từ nhiệt độ không gian điều hòa [3].

Hình 2.9 Điều khiển van nước lạnh 3 ngả

SA – không khí cấp; MA – không khí sau hòa trộn;

T – bộ điều khiển nhiệt độ; V – van 3 ngả; C – dàn ống

Ở đây: 1- bộ điều khiển nhiệt độ lấy tín hiệu nhiệt độ không gian điều hòa điều khiển van 3 ngả, để dòng nước lạnh chảy qua hoặc vòng quanh dàn ống để cung cấp lượng nhiệt lạnh cho dàn, qua đó làm lạnh không khí Khi không gian điều hòa cần ít nhiệt lạnh, van 3 ngả sẽ giảm lượng nước lạnh qua dàn (tăng lượng nước lạnh đi vòng qua dàn) nên nhiệt độ không khí cấp cho không gian sẽ tăng lên và ngược lại

2 Điều khiển hai vị trí van tiết lưu điện tử của dàn bốc hơi

Trong hệ thống điều hòa không khí trực tiếp làm lạnh không khí bằng dàn bay hơi, không khí được làm lạnh chuyển động qua dàn Để điều khiển nhiệt độ không khí qua dàn (là phương pháp giữ nguyên lưu lượng, thay đổi nhiệt độ không khí cấp vào) cấp cho không gian điều hòa người ta dùng cách điều chỉnh van tiết lưu điện tử ở hai

vị trí đóng-mở Khi van tiết lưu mở, dòng môi chất lạnh tiết lưu qua van vào dàn để làm lạnh không khí sau hòa trộn Khi van tiết lưu đóng, không có dòng môi chất tiết lưu qua van vào dàn và không khí không được làm lạnh, lúc này không khí cấp cho không gian điều hòa chỉ là không khí sau hòa trộn giữa không khí ngoài trời và không khí hồi Hình 1.16 thể hiện sơ đồ điều khiển hai vị trí van tiết lưu của dàn bốc hơi này