Tính cân bằng nhiệt cho công trình

Từ ngàn xưa con người đã có ý thức tạo ra điều kiện không khí tiện nghi xung quanh mình, như mùa đông thì sưởi ấm, mùa hè thì thông giá tự nhiên,.,...

Lời cam đoan

Em xin cam đoan bản đồ án này do em tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu dới sự hớng dẫn của GS.TS Phạm Văn Tuỳ

Để hoàn thành đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không đ-

ợc ghi

Nếu sai, em xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Sinh viên thực hiện

(ký tên)

1

Mục lục

Nội Dung

lời nói đầu

Chơng 1 Vai trò điều hoà không khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam

5

1 Vai trò điều hoà không khí trong đời sống 5

Chơng 2 Phân tích và lựa chọn hệ thống điều hoà không khí

9

4.1.2 Nhiệt toả từ các thiết bị chiếu sáng Q2 36

4.1.5 Nhiệt toả ra từ các thiết bị Trao đổi nhiệt Q5 394.1.6 Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6 394.1.7 Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua lớp bao che Q7 414.1.8 Nhiệt toả do rò lọt không khí qua cửa hay qua các khe cửa Q8 43

4.1.12 Nhiệt bổ sung do gió và hớng vách Qbs 52

2

7.2 tính toán thiết kế hệ thống đờng ống gió 74

lời nói đầuCuộc cách mạng khoa học công nghệ đang diễn ra vô cùng mạnh mẽ với quy mô rộng lớn cha từng thấy đã tác động đến mọi hoạt động của xã hội, tạo ra những thành quả to lớn, tạo tiền đề để con ngời hớng đến xã hội hiện đại hơn, văn minh hơn

Với xu thế phát triển của cuộc sống, lĩnh vực điều hoà không khí cũng đã

có những bớc phát triển, đã có những đóng góp đáng kể vào quá trình nâng cao chất lợng cuộc sống và sản xuất, từ những căn hộ, các khu công nghiệp, các ph-

ơng tiện giao thông, và nhiều lĩnh vực khác

Trong quá trình học tập và dới sự giảng dạy của các thầy cô giáo cùng với quá trình đợc làm quen học hỏi trong lĩnh vực chuyên môn em đã đợc giao thực hịên bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế hệ thống điều hoà không khí cho Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam

3

Trong bản đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cố gắng phấn đấu hết mình

để thực hiện nhng do còn hạn chế về chuyên môn và kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận đợc những ý kiến

đóng góp và sự giúp đỡ của thầy cô để em có thể hoàn thành tốt hơn nữa và tạo cho em những hành trang khi bớc vào đời

Để hoàn thành bản đồ án này, em xin chân thành cảm ơn các thầy trong

bộ môn Kỹ thuật lạnh và Điều hoà không khí cùng toàn thể các thầy cô trong Viện KH & CN Nhiệt Lạnh đã tạo điều kiện để em hoàn thành tốt bản đồ án tốt nghiệp của mình Và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS Phạm Văn Tuỳ luôn tận tình giúp đỡ và chỉ bảo và tạo điều kiện em hoàn thành tốt bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Chơng 1: Vai trò của điều hoà không khí

trong điều kiện khí hậu việt nam

Từ ngàn xa, con ngời đã có ý thức tạo ra điều kiện không khí tiện nghi chung quanh mình: mùa đông thì sởi ấm, mùa hè thì thông gió tự nhiên hoặc c-ỡng bức Nhng nói đến kỹ thuật điều hoà không khí thì phải kể đến hệ thống

điều hoà không khí đầu tiên của tiến sĩ W H Carrier (1876 - 1950) xây dựng vào năm 1902 ở một nhà máy giấy Năm 1905 Carrier xây dựng một hệ thống khống chế độ ẩm, năm 1911 ông công bố kết quả nghiên cứu về tính chất của không khí ẩm và năm 1919 ông đa ra đồ thị nhiệt ẩm của không khí ẩm Cùng với đồ thị h – x (entanpi - độ chứa hơi) của Mollier, đồ thị của Carrier vẫn giữ nguyên giá trị cho đến ngày nay

1.Vai trò của điều hoà không khí trong đời sống

Điều hoà không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn định các thông số trạng thái của không khí bên trong và các không gian kiến trúc theo một chơng trình

4

định sẵn phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng của con ngời, không phụ thuộc vào điều kiện khí tợng bên ngoài.

Trong công nghiệp, ngành điều hoà không khí đã có những bớc tiến nhanh chóng Ngành điều hoà không khí đã hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành kinh tế nh dệt, thuốc lá, chè, giấy in ấn, thông tin, vô tuyến điện, bu điện, điện

tử, máy tính quang học, phim ảnh, sinh học, cơ khí chính xác, khai thác mỏ, nông nghiệp, dợc liệu…

Ngày nay, mỗi ngành đều có những công trình riêng nghiên cứu về điều hoà không khí ứng dụng riêng cho ngành mình Ví dụ đối với ngành dệt, thuốc lá, bột giấy thì hai thông số nhiệt độ và độ ẩm là quan trọng nhất Nh… ng trong các xí nghiệp in ấn, hoá chất thì việc thải nhiệt và hơi độc lại quan trọng hơn Trong các ngành quang học, điện tử, vi điện tử, phim ảnh, cơ khí chính xác thì ngoài nhiệt độ và độ ẩm, độ sạch của không khí đợc đặc biệt chú ý

Điều hoà không khí tiện nghi càng ngày càng trở nên quen thuộc đặc biệt trong các ngành y tế, văn hoá, thể dục thể thao, vui chơi, giải trí…

Trong khi điều hoà kỹ thuật đòi hỏi một môi trờng không thay đổi so với bên ngoài thì ngợc lại, điều hoà tiện nghi lại thay đổi theo mùa và thậm trí cả theo giờ trong một ngày và đặc biệt thay đổi theo tập quán của từng vùng dân c

Yêu cầu tiện nghi đối với con ngời có thể chia làm hai nhóm chính:

Nhóm 1: Nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tốc độ không khí và nhiệt độ vách bao quanh

Nhóm 2: Độ trong sạch của không khí, độ ồn, trờng tĩnh điện Nhóm 1 đề cập chủ yếu đến cơ chế toả nhiệt của con ngời Cơ thể con ngời luôn toả nhiệt Lợng nhiệt toả phụ thuộc vào hoạt động của con ngời Nhiệt toả ra bằng ba cách:

- Đối lu và dẫn nhiệt qua da vào không khí

- Bức xạ từ da vào môi trờng

- Bay hơi nớc trên bề mặt da

5

Hai thành phần trên phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ giữa cơ thể với môi ờng Trời càng rét, đối lu và bức xạ càng mạnh Đến nhiệt độ khoảng 350C thì cơ thể nhận nhiệt từ môi trờng vào cơ thể Thành phần thứ 3 nhỏ khi nhiệt độ không khí thấp, tăng dần khi nhiệt độ không khí tăng Từ 350C trở lên thì cơ thể chỉ thải nhiệt qua đờng bay hơi nớc trên bề mặt da do đó mồ hôi đổ dữ dội Nếu

tr-độ ẩm không khí thấp và tốc tr-độ không khí lớn thì sự thải nhiệt còn dễ dàng hơn nhng nếu độ ẩm cao và tốc độ không khí nhỏ thì con ngời sẽ cảm thấy ngột ngạt khó chịu vì cơ thể không thải đợc nhiệt

Nhóm 2 đề cập đến độ ồn, độ sạch và trờng tĩnh điện vì chúng tác động mạnh lên tiện nghi con ngời Không khí bao giờ cũng lẫn tạp chất nh bụi, các khí lạ, vi khuẩn.Tuỳ theo yêu cầu có thể lắp đặt các thiết bị để khử bụi, khử hóa chất độc hại và vi khuẩn, tạp chất trong không khí Tiếng ồn cũng là tiêu chuẩn

đánh giá mức độ tiện nghi Tiếng ồn gây ra từ máy móc, thiết bị giao thông vận tải và chính từ thiết bị điều hoà không khí Cần phải nghiên cứu các phơng pháp

và các thiết bị giảm tiếng ồn xuống dới mức cho phép

2 Các yếu tố khí hậu ảnh hởng đến con ngời

Độ ẩm tơng đối là yếu tố quyết định đến sự toả mồ hôi vào không khí Sự bay hơi nớc chỉ diễn ra khi ϕ < 100% Nếu không khí có độ ẩm vừa phải thì khi

có nhiệt độ cao, cơ thể đổ mồ hôi và mồ hôi bay và không khí nhiều sẽ gây cho cơ thể con ngời cảm giác thoải mái Khi cơ thể bay hơi đợc 1 gram mồ hôi, cơ thể thải đợc nhiệt lợng khoảng 2500 J, nhiệt lợng này tơng đơng với nhiệt lợng của 1 m3 không khí giảm nhiệt độ đi 20 C Nếu độ ẩm ϕ càng lớn thì sự bay hơi càng giảm

6

Hình 1.1 Giới hạn miền có mồ hôi trên daNgoài hai yếu tố nh nhiệt độ và độ ẩm đã nêu ở trên, ảnh hởng trực tiếp

đến đời sống của con ngời phải kể đến tốc độ lu chuyển không khí

Tốc độ không khí tác động trực tiếp tới khả năng toả nhiệt và trao đổi nhiệt của cơ thể đối với môi trờng xung quanh Khi tăng tốc độ chuyển động của không khí (ωk) sẽ làm tăng cờng độ toả nhiệt và cờng độ toả chất Do đó, về mùa đông , khi (ωk) lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể làm cho con ngời có cảm giác lạnh, ngợc lại về mùa hè sự lu chuyển không khí lại làm cho con ngời

có cảm giác mát mẻ dễ chịu Đặc biệt trong điều kiện độ ẩm ϕ lớn thì (ωk) tăng

sẽ làm tăng nhanh quá trình bay hơi mồ hôi trên da

Tốc độ không khí đối với sản xuất chủ yếu liên quan đến tiết kiệm năng lợng quạt gió Tốc độ lớn quá định mức cần thiết ngoài việc gây cảm giác khó chịu với cơ thể con ngời còn làm tăng tiêu hao công suất động cơ kéo quạt Riêng đối với một số ngành sản xuất, không cho phép tốc độ gió ở vùng làm việc lớn quá nh ngành sợi dệt, nếu tốc độ lớn quá sẽ ảnh hởng đến quá trình sản xuất

7

Điều hoà không khí còn tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của bơm nhiệt, một loại máy dùng để sởi ấm mùa đông Bơm nhiệt thực ra là một loại máy lạnh chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng Gọi là máy lạnh khi ngời ta sử dụng hiệu ứng lạnh ở thiết bị bay hơi còn gọi là bơm nhiệt khi sử dụng nguồn nhiệt lấy từ thiết bị ngng tụ.

8

Chơng2: Phân tích và lựa chọn hệ thống

điều hoà không khí

Hệ thống điều hoà không khí là tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ

để tiến hành các quá trình xử lý không khí nh sởi ấm, làm lạnh, khử ẩm, gia

ẩm Điều chỉnh và khống chế các thông số vi khí hậu trong nhà nh… nhiệt độ, độ

ẩm, độ sạch, khí tơi và sự tuần hoàn không khí trong phòng đáp ứng nhu cầu tiện nghi hoặc công nghệ

2.1 Hệ thống ĐHKK cục bộ

Hệ thống điều hoà không khí cục bộ gồm 2 loại chính là máy điều hoà cửa sổ và máy điều hoà tách năng suất lạnh đến 7 kW (24.000 Btu/h) Đây là các loại máy nhỏ, hoạt động hoàn toàn tự động, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dỡng sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ trung bình, độ tin cậy lớn, giá thành rẻ, rất thích hợp với các phòng và các căn hộ nhỏ

Nhợc điểm cơ bản của hệ thống điều hoà cục bộ là rất khó áp dụng cho các phòng lớn, hội trờng, phân xởng, nhà hàng, cửa hàng, các toà nhà cao tầng

nh các khách sạn, văn phòng vì khi lắp đặt các cụm dàn nóng ngoài nhà làm ảnh hởng đến thẩm mỹ của công trình

2.1.1 Máy điều hoà cửa sổ

Máy điều hoà cửa sổ là loại máy điều hoà không khí nhỏ nhất cả về công suất lạnh và kích thớc cũng nh khối lợng Toàn bộ các thiết bị chính nh máy nén, dàn ngng, dàn bay hơi, quạt giải nhiệt, quạt gió lạnh, các thiết bị điều khiển, điều chỉnh tự động, phin lọc gió, khử mùi của gió tơi cũng nh các thiết bị phụ khác đợc lắp đặt trong một vỏ gọn nhẹ Năng suất lạnh không quá 7 kW (24.000 Btu/h) và thờng chia ra 5 loại: 6, 9,12, 18, và 24 nghìn Btu/h

9

Hình 2.1 Nguyên tắc cấu tạo của một máy điều hoà cửa sổ.

1 Quạt hớng trục; 2 động cơ quạt; 3 cửa lấy gió tơi; 4 quạt ly tâm; 5 dàn bay hơi; 6 phin lọc không khí; 7 tấm ngăn cách nhiệt; 8 bảng điều khiển; 9 ống mao; 10 phin sấy lọc; 11 bầu giãn nở, tách lỏng, tiêu âm đờng hút; 12 máy nén roto; 13 dàn ngng; 14 phin lọc không khí; A và B không khí lạnh trong phòng vào và ra; C và D gió giải nhiệt vào và ra

Máy điều hoà hai chiều là thiết bị đợc lắp đặt thêm van đảo chiều số 2

nh hình vẽ Van đảo chiều số 2 chức năng chính là có thể đổi chiều làm việc, dàn nóng thành dàn lạnh và dàn lạnh trong nhà thành dàn nóng

b) sởi ấm mùa đông

10

a) Làm lạnh mùa hè

Hình 2.2 Máy điều hoà hai chiều có van đảo chiều

1 máy nén; 2 van đảo chiều; 3 ống mao

ở chế độ làm lạnh, dòng môi chất đi vào dàn nóng phía ngoài nhà và đi qua ống mao để vào dàn lạnh trong nhà ở chế độ sởi ấm, van đảo chiều 2 hoạt

động làm đổi chiều dòng môi chất từ máy nén

2.1.2 Máy điều hoà tách

+) Máy điều hoà hai cụm

Là loại máy điều hoà gồm có hai cụm là cụm trong nhà và cụm ngoài nhà Cụm trong nhà gồm dàn lạnh, bộ điều khiển và quạt ly tâm kiểu trục cán Cụm ngoài trời gồm block, động cơ và quạt hớng trục Hai cụm đợc nối với nhau bằng các đờng ống Gas đi và về

u điểm của loại máy này là dễ lắp đặt, dễ bố trí dàn lạnh và dàn nóng, ít phụ thuộc vào kết cấu toà nhà, khi lắp đặt tốn ít diện tích Hơn nữa khi vận hành tiếng ồn giảm rõ rệt nên đợc sử dụng rất rộng rãi

Nhợc điểm chủ yếu là không lấy đợc gió tơi nên cần có quạt lấy gió tơi, lắp đặt tốn nhiều đờng ống gas và cụm ngoài nhà khi vận hành có tiếng ồn nên

ảnh hởng ít nhiều đến những hộ gia đình bên cạnh

11

Hình a) cụm trong nhà hình b) Cụm ngoài nhà

Hình 2.3 Máy điều hoà hai cụm+) Máy điều hoà nhiều cụm

Là hệ thống máy điều hoà gồm có 1 cụm dàn nóng ngoài nhà với từ 2 đến 7 cụm dàn lạnh trong nhà

Loại máy này thích hợp với những hộ gia đình có nhiều phòng, có năng suất lạnh từ 2,5 đến 6,0 thậm chí 7,0 kW, điều chỉnh bằng máy biến tần

Hình 2.4 Máy điều hoà nhiều cụm

2.2 Hệ thống điều hoà (tổ hợp) gọn

2.2.1 Máy điều hoà tách

+) Máy điều hoà tách không ống gió

Máy điều hoà tách của hệ thống điều hoà tổ hợp gọn và của hệ thống

điều hoà cục bộ chỉ khác nhau về cỡ máy hay năng suất lạnh Do năng suất lạnh lớn hơn nên kết cấu của cụm dàn nóng và cụm dàn lạnh đôi khi cũng có nhiều kiểu dáng hơn Cụm dàn nóng có kiểu quạt hớng trục thổi lên trên với 3 mặt dàn Cụm dàn lạnh cũng đa dạng hơn rất nhiều, ngoài loại treo tờng còn có loại treo trần, giấu trần, kê sàn, dấu tờng

12

• Dàn lạnh (Indoor unit)

a) dàn lạnh kiểu Cassette b) dàn lạnh kiểu âm trần

âm trần 4 hớng thổi (FHC35- 60F) (FHB35 – 60Hz)

• Dàn nóng (Outdoor unit)

a) R125F b) R60E

Hình 2.5: Hình dáng dàn lạnh và dàn nóng máy điều hoà hai cụm, hai chiều

+) máy điều hoà tách có ống gió

Máy điều hoà tách có ống gió thờng đợc gọi là máy điều hoà thơng nghiệp kiểu tách, có năng suất lạnh từ 12.000 đến 24.000 Btu/ h Dàn lạnh đợc

bố trí quạt ly tâm cột áp cao nên có thể lắp đặt thêm ống gió để phân phối đều gió trong phòng rộng hoặc đa gió đi xa phân phối cho nhiều phòng khác nhau

13

• Dàn lạnh (Indoor unit)

FD(Y) M FD(Y)

• Dàn nóng (Outdoor unit)

Hình 2.6: Hình dáng một số máy điều hoà 2 cụm có ống gió của DAIKIN

+) Máy điều hoà dàn ngng đặt xa

Máy điều hoà có dàn ngng đặt xa có sự khác biệt hẳn so với các loại máy

điều hoà khác vì có máy nén đợc bố trí bên trong dàn lạnh

Máy điều hoà có dàn ngng đặt xa cũng có chung các u nhợc điểm với các loại máy điều hoà tách Tuy nhiên do đặc điểm máy nén bố trí ở cụm dàn lạnh nên khi vận hành độ ồn phía trong nhà cao nên loại này không thích hợp cho

điều hoà tiện nghi Chỉ nên sử dụng máy này cho điều hoà công nghệ hoặc

th-ơng nghiệp trong các phân xởng hoặc cửa hàng, những nơi chấp nhận đợc tiếng

ồn cao

14

2.2.2 Máy điều hoà nguyên cụm

+) Máy điều hoà lắp mái

Máy điều hoà lắp mái là máy điều hoà nguyên cụm có năng suất lạnh trung bình và lớn, chủ yếu dùng trong thơng nghiệp và công nghiệp Cụm dàn nóng và cụm dàn lạnh đợc gắn liền với nhau thành một khối duy nhất

Hình 2.7 Máy điều hoà lắp mái

+) Máy ĐH nguyên cụm giải nhiệt nớc

Do bình ngng giải nhiệt nớc rất gọn nhẹ không tốn diện tích nên thờng lắp đặt cùng với máy nén để tạo thành một tổ hợp hoàn chỉnh

Toàn bộ máy và thiết bị lạnh nh máy nén, bình ngng, dàn bay hơi và các thiết bị khác đợc bố trí gọn vào một vỏ tủ Do bình ngng làm mát bằng nớc nên máy thờng đi kèm với tháp giải nhiệt và bơm nớc Máy có năng suất lạnh tới

370 kW và chủ yếu dùng cho điều hoà công nghệ và thơng nghiệp

15

Hình 2.8 Máy điều hoà nguyên cụm giải nhiệt nớc của Carrier

• Máy điều hoà VRV giải nhiệt gió

Do những hệ thống điều hoà trung tâm nớc lạnh với các hệ thống ống

n-ớc, gió cồng kềnh, tốn nhiều không gian và diện tích lắp đặt, tốn nhiên vật liệu làm đờng ống nên hãng Daikin của Nhật năm 1982 đã cho ra đời hệ VRV để lắp đặt cho các toà nhà cao tầng nh khách sạn, các toà nhà văn phòng, chung ccao tầng mà tr… ớc đây chỉ do hệ thống trung tâm nớc đảm nhận Daikin cũng

đã đa ra VRV cải tiến gọi là VRVII có nhiều tính năng vợt trội Hiện nay nhiều hãng sản xuất các sản phẩm tơng tự nhng lấy tên VRF (Variable Rerigerant Flow)

• Máy điều hoà VRV giải nhiệt nớc

Vừa qua, Daikin đa ra hệ thống VRV II giải nhiệt nớc Cấu tạo hệ thống cũng giống nh VRV II giải nhịêt gió nhng các dàn nóng giải nhiệt bằng nớc Cụm dàn nóng đợc lắp ngay cùng tầng với dàn lạnh nên đờng ống gas sẽ rất ngắn Các cụm dàn nóng cũng có thể đợc gom thành 1 phòng máy nhng vẫn

đảm bảo đợc chiều dài của các đờng ống gas và độ cao chênh lệch giữa các cụm dàn lạnh là đợc Đờng ống nớc làm mát sẽ đợc đa từ tháp giải nhiệt tầng thợng

đến từng cụm dàn nóng áp lực nớc cho phép là 1,96 Mpa tơng đơng chiều cao

toà nhà gần 200 m Với giải pháp này hệ VRV có thể lắp đặt cho các toà nhà

16

cao tới 56 tầng x 3,6 m/ 1 tầng Do làm mát bằng nớc nên sởi ấm mùa đông phải thông qua 1 bình đun nớc nóng bằng điện, đợc hệ điều hoà hấp thụ qua chu trình bơm nhiệt để chuyển đến các phòng.

Máy điều hoà VRV chủ yếu phục vụ cho điều hoà tiện nghi chất lợng cao nhng nhợc điểm của VRV là không lấy đợc gió tơi nên Daikin đã thiết kế thiết

bị thu hồi nhiệt lấy gió tơi đi kèm rất hiệu quả Thiết bị thu hồi nhiệt HRS (Heat Recovery System) có khả năng điều chỉnh ở các chế độ khác nhau Chế độ mùa

hè làm lạnh 100%, mùa đông sởi ấm 100% nhng các mùa chuyển tiếp có thể là 75% lạnh và 25% sởi, 50% lạnh và 50% sởi hay 25% lạnh và 75% sởi ở chế độ 50/ 50 cụm ngoài trời không thu và thải nhiệt

Thiết bị thu hồi nhiệt không những hạ đợc nhiệt độ mà còn hạ đợc cả độ

ẩm của gió tơi đa vào phòng

2.3 Hệ thống điều hoà trung tâm nớc

Hệ thống điều hoà trung tâm nớc là hệ thống sử dụng nớc lạnh 70 C để làm lạnh không khí qua các dàn trao đổi nhiệt FCU và AHU

Hệ thống điều hoà trung tâm nớc có các u điểm cơ bản là:

- Có vòng tuần hoàn là nớc nên không sợ ngộ độc hoặc tai nạn do rò rỉ môi chất lạnh ra ngoài, vì nớc hoàn toàn không ngộ độc

- Có thể khống chế nhiệt ẩm trong không gian điều hoà theo từng phòng riêng

rẽ, ổn định và duy trì các điều kiện vi khí hậu tốt nhất

- Thích hợp cho các toà nhà nh khách sạn, văn phòng với mọi chiều cao và mọi kiến trúc, không làm phá vỡ cảnh quan

- ống nớc so với ống gió nhỏ hơn nhiều nên tiết kiệm đợc vật liệu xây dựng

- Đạt đợc độ trong sạch không khí rất cao vì có cả các thiết bị lọc khí, lọc bụi

và các hoá chất độc hại…

- Năng suất lạnh gần nh không bị hạn chế …

Nhợc điểm:

17

- Vì dùng nớc làm chất tải lạnh nên về mặt nhiệt động, tổn thất exergy lớn hơn…

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

- Lắp đặt khó khăn

- Đòi hỏi công nhân vận hành lành nghề

- Cần định kỳ sửa chữa bảo dỡng máy lạnh và các dàn FCU

2.3.1 Máy làm lạnh nớc (Water Chiller)

Máy làm lạnh nớc là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống điều hoà trung tâm nớc Máy làm lạnh nớc gồm hai loại là máy làm lạnh nớc giải nhiệt n-

ớc và máy làm lạnh nớc giải nhiệt gió Máy làm lạnh nớc giải nhiệt gió chỉ khác máy làm lạnh nớc giải nhiệt nớc là có dàn ngng làm mát bằng không khí nên diện tích của dàn lớn cồng kềnh làm cho năng suất lạnh của một tổ máy nhỏ hơn so với máy giải nhiệt nớc

Hình 2.5 Máy làm lạnh nớc giải nhiệt nớc, máynén pittong

18

Hình 2.6 Máy làm lạnh nớc gải nhiệt gió của CarrierNhng với kiểu giải nhiệt gió có u điểm là không cần nớc làm mát nên làm giảm toàn bộ hệ thống nớc làm mát nh bơm, đờng ống và tháp giải nhiệt Máy đặt trên mái nên cũng tiết kiệm đợc diện tích sử dụng nhng vì trao đổi nhiệt ở dàn ngng kém nên nhiệt độ ngng tụ cao hơn dẫn đến công nén cao hơn

và điện năng tiêu thụ cao hơn cho một đơn vị lạnh so với máy làm lạnh nớc giải nhiệt nớc

Hệ thống này có u điểm là đơn giản, rẻ tiền có thể áp dụng tốt với các công trình lớn Nhng nhợc điểm lại là khó cân bằng áp suất nên cần lắp thêm các van điều chỉnh để chia đều nớc cho các dàn

19

Hình 2.7 Các hệ thống ống nớc và FCU

a) Hệ 2 ống; b) Hệ hồi ngợc; c) Hệ 3 ống; d) Hệ 4 ống

ML – Máy làm lạnh nớc; NH – nồi hơi đun nớc nóng sởi mùa

đông; FCU – dàn trao đổi nhiệt; BNL – bơm nớc lạnh;

BNN – bơm nớc nóng; BDN – bình dãn nở

- Do khó cân bằng áp suất nên đã cải tiến hệ 2 ống thành hệ hồi ngợc ở đây bố trí thêm một ống hồi ngợc nên đảm bảo cân bằng áp suất tự nhiên trong toàn bộ

20

các dàn vì tổng chiều dài đờng ống qua các dàn là bằng nhau Tuy nhiên nhợc

điểm của hệ thống này là tốn thêm đờng ống, giá thành cao hơn

- Ngoài ra còn có hệ 3 đờng ống và hệ 4 đờng ống nhằm mục đích sử dụng lạnh

và sởi đồng thời ở các mùa giao thời cho các khách sạn sang trọng hay các công trình quan trọng trong một thời gian phòng này cần làm lạnh nhng phòng kia lại cần sởi ấm So với hệ 2 đờng ống và hệ hồi ngợc thì hệ 3 đờng ống tiết kiệm hơn khi lắp đặt vì chỉ có 1 đờng hồi nên tổn thất năng lợng vận hành lớn Hệ 4

đờng ống tiêu tốn nhiều vật liệu hơn khi lắp đặt nhng loại trừ đợc nhợc điểm vận hành của hệ 3 ống vì có hai đờng ống hồi riêng biệt

Với các vùng không có mùa đông hoặc mùa đông ngắn thì ngời ta chỉ sử dụng hệ 2 ống hoặc hệ hồi ngợc và sử dụng điện trở mắc trong FCU và AHU để sởi cho mùa đông nếu cần thiết Thực tế khi toà nhà cao từ 6 đến 7 tầng trở lên thì nên sử dụng hệ hồi ngợc

b) FCU

Các FCU là các dàn trao đổi nhiệt ống xoắn có quạt, nớc lạnh (hoặc nớc nóng) chảy phía trong ống xoắn, không khí đi phía ngoài Để tăng cờng trao đổi nhiệt phía không khí, ngời ta bố trí cánh tản nhiệt bằng nhôm với bớc cánh khoảng 0,8 đến 3 mm

Giống nh dàn bay hơi, FCU cũng có rất nhiều loại nh treo tờng, tủ tờng,

đặt sàn, giấu tờng, treo trần

21

c) Các buồng xử lý không khí AHU (Air Handling Unit)

Các buồng xử lý không khí AHU cũng là các dàn trao đổi nhiệt giống nhcác FCU nhng có năng suất lạnh lớn hơn và có cửa lấy gió tơi thờng sử dụng cho các phòng có không gian rộng lớn AHU có các bộ phận lọc khí, gia nhiệt

để có thể điều chỉnh và khống chế chính xác nhiệt độ cũng nh độ ẩm tơng đối của không khí thổi vào phòng AHU có quạt ly tâm cột áp cao để có thể lắp với

hệ thống ống gió lớn

AHU có loại kiểu khô nh các FCU và có loại ớt và loại có dàn phun nớc lạnh trực tiếp vào không khí (còn gọi là kiểu hở ) để làm lạnh và rửa khí Hệ

điều hoà dùng FCU và AHU kiểu khô còn đợc gọi là hệ nớc kín có bình dãn nở

Hệ điều hoà dùng AHU kiểu ớt còn đợc gọi là hệ nớc hở không có bình dãn nở

22

Hình 2.9 Cấu tạo của một AHU

1 phin lọc gió; 2 dàn lạnh kiểu khô; 3 dàn sởi; 4 quạt ly tâm;9 vỏ cách nhiệt kiểu tủ; 13 van điều chỉnh gió hồi; 14 van điều chỉnh gió tơi

- Tiết kiệm đợc nớc tới mức tối đa mà tháp giải nhiệt có khả năng tiết kiệm nớc cao

- Kích thớc của máy gọn nhẹ, hình thức đẹp, chịu đợc thời tiết khắc nghiệt, có độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn, rất thích hợp với việc đặt máy trên tầng thợng toà nhà

23

24

Chơng 3: giới thiệu công trình và lựa chọn cấp

điều hoà không khí 3.1 Giới thiệu công trình

Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt nam đợc xây dựng

từ tháng 3 năm 2003 tại Gia Lâm Hà Nội, là một công trình lớn gồm 5 tầng Toà nhà đợc xây dựng trên nền đất rộng 552,24 m2 có mặt tiền quay hớng nam, xây dựng với mục đích chính là trụ sở làm việc và tiếp khách Phía trớc toà nhà

có một tiền sảnh, hai bên là hai dãy hoa tạo mỹ quan cho công trình

Tầng 1 của toà nhà gồm các phòng làm việc, phòng khách và một sảnh chính, một quầy lễ tân và phòng bảo vệ

Tầng 2 có cùng diện tích nh tầng 1, đợc bố trí 3 phòng chủ tịch và phó chủ tịch và một phòng họp

Tầng 3 có cấu trúc khác so với các tầng, có ban công phía nam của phòng làm việc Đoàn thanh niên và phòng Phó bí th Ngoài ra còn có phòng truyền thống…

Tầng 4 bao gồm các phòng nghỉ và phòng khách

Tầng 5 có hội trờng 100 chỗ và hai phòng hội thảo

Hệ thống điều hoà không khí cần phải phục vụ toàn bộ diện tích các phòng từ tầng 1 đến tầng 5 trừ các phòng kho và phòng vệ sinh Các nhà kho phải có quạt thông gió, còn các phòng vệ sinh phải có đờng thông thải gió lên mái Các cầu thang cần bố trí các quạt áp dơng đề phòng các trờng hợp hoả hoạn để có thể thoát nạn dễ dàng

Hệ thống điều hoà không khí phải đảm bảo tiện nghi, thoả mãn yêu cầu

vi khí hậu nhng không làm ảnh hởng đến kết cấu xây dựng và trang trí nội thất bên trong toà nhà cũng nh các cảnh quan hay khuôn viên của toà nhà

25

3.2 Lựa chọn hệ thống điều hoà không khí

Căn cứ vào mức độ quan trọng của công trình, ta có thể chọn cấp điều hoà không khí cho công trình theo các cấp nh sau:

- Hệ thống điều hoà không khí cấp 1 duy trì đợc các thông số trong nhà ở mọi phạm vi biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời cả về mùa hè (cực đại) và mùa đông (cực tiểu) Hệ thống điều hoà không khí cấp 1 đợc sử dụng cho các công trình cần có độ chính xác cao về nhiệt độ nh trong các bệnh viện, phòng sản xuất

điện tử …

- Hệ thống điều hoà không khí cấp 2 duy trì đợc các thông số trong nhà ở một phạm vi cho phép với độ sai lệch cho phép không quá 200h một năm khi có biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời cực đại và cực tiểu

- Hệ thống điều hoà không khí cấp 3 đạt đợc độ tin cậy không cao nên chủ yếu sử dụng trong các rạp hát hay các phân xởng…

Trong từng điều kiện cụ thể mà ta có thể chọn các sơ đồ: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp, tuần hoàn không khí 2 cấp hay sơ đồ có phun ẩm bổ sung Chọn và thành lập sơ đồ điều hoà không khí là một bài toán kỹ thuật , kinh tế Mỗi sơ đồ đều có u nhợc điểm đặc trng, tuy nhiên dựa vào đặc điểm của công trình và tầm quan trọng của hệ thống điều hoà không khí mà ta quyết định lựa chọn cho phù hợp

Sơ đồ thẳng hay còn gọi là sơ đồ một chiều hay sơ đồ không tuần hoàn Không khí bên ngoài đợc đa qua thiết bị xử lý không khí rồi thổi vào phòng, sau

đó toàn bộ lợng không khí đợc xả thẳng ra ngoài Sơ đồ thẳng đợc sử dụng cho các phòng có nguồn nhiệt phát sinh các chất độc, các phân xởng độc hại…

26

Hình 3.1 Sơ đồ thẳngTrạng thái không khí: N – ngoài trời; O - sau khi xử lý không khí; V -

điểm thổi vào (nếu bỏ qua tổn thất nhiệt qua quạt và ống gió cấp O ≡ V); T – trong nhà; AHU – bộ xử lý không khí (Air Hading Unit ): 1 – cửa lấy gió tơi;

2 – bộ lọc không khí; 3 – dàn lạnh; 4 – dàn sởi; 5 – dàn phun ẩm bổ sung;

6 – quạt ly tâm; 7 – miệng thổi; 8 – không gian điều hoà không khí; 9 – quạt gió

Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp là loại sơ đồ đợc sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống tơng đối đơn giản, đảm bảo đợc các yêu cầu vệ sinh lại kinh tế, vận hành không phức tạp

Hình 3.2 Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp

H – điểm hoà trộn của không khí; V – trạng thái không khí thổi vào; T – trạng thái không khí trong nhà; N- trạng thái không khí ngoài nhà; 1 – phòng điều không; 2 – quạt; 3 – không gian điều hoà; 4 – các ống dẫn không khí; 5 – các clapê điều chỉnh lu lợng gió; 6 – miệng thổi; 7 – miệng hút

27

Nguyên lý làm việc của hệ thống điều hoà không khí một cấp nh sau: không khí ngoài trời (gió tơi) với lu lợng GN, kg/ s, trạng thái N đợc quạt gió hút vào qua cửa chớp (van gió tơi) vào buồng hoà trộn H ở đây diễn ra quá trình hoà trộn với gió hồi có trạng thái T và lu lợng GT Sau khi hoà trộn, hỗn hợp không khí có lu lợng là GN + GT đợc đa qua các thiết bị xử lý không khí để đạt

đợc trạng thái không khí O sau đó đợc quạt đa vào phòng điều hoà qua các miệng thổi không khí Trạng thái không khí thổi vào là V, trong phòng ĐHKK

sẽ tự biến đổi trạng thái không khí từ V đến T do nhận nhiệt thừa và ẩm thừa trong không gian điều hoà theo hệ số góc của tia quá trình εt = Qt/ Wt, đã xác

định trớc Sau đó không khí ở trạng thái T đợc quạt gió hút qua các miệng hút

và thải một phần ra ngoài theo đờng xả và đa một phần về phòng hoà trộn theo

đờng hồi

Sơ đồ tuần hoàn không khí hai cấp đợc sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp công nghiệp nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả kinh tế, tiết kiệm năng l-ợng Sơ đồ điều hoà không khí 2 cấp sử dụng rất có hiệu quả trong trờng hợp cần khử ẩm trong phòng máy

Hình 3.3 Sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp

H – Điểm hoà trộn của không khí; V – trạng thái không khí thổi vào; T – trạng thái không khí trong nhà; N- trạng thái không khí ngoài nhà; 1 – phòng điều không; 2 – quạt; 3 – không gian điều hoà; 4 – các ống dẫn không khí; 5 – các clapê điều chỉnh lu lợng gió; 6 – miệng thổi; 7 – miệng hút

28

Để điều hoà không khí cho công trình: Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam em chọn sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp để tính toán cho công trình Vì hệ thống điều hoà không khí một cấp tơng đối đơn giản,

đảm bảo đợc các yêu cầu vệ sinh, vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế cao Sơ đồ điều hoà không khí một cấp sử dụng cả ở lĩnh vực điều hoà tiện nghi

và điều hoà công nghệ yêu cầu xử lý không khí kiểu trung tâm nh hội trờng, phòng họp và siêu thị…

29

Chơng 4: tính cân bằng nhiệt - ẩm cho công trình

Khi tính cân bằng nhiệt ẩm cho công trình ta có thể tính theo phơng pháp truyền thống hoặc theo phơng pháp Carrier

Cả hai phơng pháp đều chung các bớc nh:

1 Xác định các nguồn nhiệt toả vào phòng từ các nguồn nhiệt nh: Nhiệt toả

ra do ngời, máy móc, bức xạ, qua các kết cấu bao che…

2 Xác định các nguồn ẩm thừa trong phòng điều hoà nh:

- ẩm do ngời toả vào phòng, lợng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm, lợng ẩm bay hơi từ sàn ẩm, lợng ẩm do hơi nớc nóng toả vào phòng

3 Xác định hệ số góc tia quá trình ε , là tỷ số của lợng nhiệt thừa và lợng

ẩm thừa

4 Xác định sơ đồ ĐHKK

5 Xác định năng suất gió của hệ thống

6 Xác định công suất lạnh của hệ thống

7 Lợng ẩm ngng tụ trên dàn bay hơi

Với công trình Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam Em chọn phơng pháp tính nhiệt thừa và ẩm thừa theo phơng pháp truyền thống

30

4.1 Tính cân bằng nhiệt

Xác định diện tích của các cửa và diện tích của tờng bao che để tính toán tổn

thất nhiệt

Gọi F là diện tích của kính

Bảng 4.1 Diện tích các cửa sổ của các Phòng.

F = l.h = 4,2 3,2 = 13,44 m2

B¶ng 4.2 DiÖn tÝch têng bao che

lang

Ban c«ng

PhÝa phô1

Khi tính toán nhiệt cho Công trình Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam em tính các tổn thất nhiệt theo các bớc:

Phơng trình cân bằng nhiệt tổng quát có dạng:

Q1 = Qtoả + Qtt ; W (4.1)

Qt – Nhiệt thừa trong phòng

Qtoả - Nhiệt toả ra trong phòng

Qtt – Nhiệt truyền từ ngoài vào qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt

độ

Qtoả = Q1+ Q2+ Q3 + Q4 + Q5+ Q6+ Q7 + Q8 (4.2)

Q1 – Nhiệt toả từ máy móc

Q2 – Nhiệt toả từ đèn chiếu sáng

Q3 – Nhiệt toả từ ngời

Q4 – Nhiệt toả từ bán thành phẩm

Q5 – Nhiệt toả từ bề mặt Thiết bị trao đổi nhiệt

Q6 – Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua kính

Q7 – Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua lớp bao che

Q8 – Nhiệt toả do rò lọt không khí qua cửa:

Qtt = Q9+ Q10+ Q11+ Qbs ; W (4.3)

Q9 – Nhiệt truyền qua vách

Q10 – Nhiệt truyền qua trần

Q11 – Nhiệt truyền qua nền

Qbs – Nhiệt tổn thất bổ sung do gió và hớng vách

1 Nhiệt toả từ máy móc Q 1

Kđt – Hệ số đồng thời

KT – Hệ số thải nhiệt

Công thức trên có thể đợc tính gần đúng theo công thức

Q = ΣNi ; W (4.5)Vì trong văn phòng làm việc có các dụng cụ tiêu thụ điện nh: Tivi, máy tính, máy in, máy FAX và máy Photocoppy

Ni – Công suất ghi trên dụng cụ W

Tầng 1:

Có 3 phòng làm việc, 1 phòng văn th Tổng diện tích là 226,8 m2 Số ngời làm việc trong các phòng làm việc là 25 ngời 1 phòng, phòng văn th 3 ngời 1 phòng Vậy tổng số ngời làm việc trong không gian là 40 ngời Có 40 Máy tính, mỗi máy tính có công suất 350 W, 20 máy in mỗi máy có công suất 100 W, 3 máy Photocoppy mỗi máy khoảng 600 W, và 8 máy FAX mỗi máy có 50 W, 1 tivi có công suất là 100W

Vậy:

Q1 = 40.350 + 3.600 + 20.100 +8.50 + 1.100= 18300 W

Bảng 4.3 Nhiệt toả từ máy móc của các phòng

Tầng Máy tính Máy in Máy

Ncs - Tổng công suất của tất cả các đèn chiếu sáng

35

Theo cách tính toán trong tài liệu [1] thì ta áp dụng cho các văn phòng, hay các phòng làm việc thì tính công suất chiếu sáng theo m2 sàn Theo tiêu chuẩn chiếu sáng 10 đến 12 W/m2 sàn.

Với các phòng họp hay các sảnh chờ thì ta tính tổng công suất của đèn chiếu sáng

Bảng 4.4 Nhiệt toả do đèn chiếu sáng

tích

Công suất chiếu sángW/m2

(hay công suất của

3 Nhiệt do ngời toả ra Q3

Nhiệt toả từ ngời thay đổi theo điều kiện vi khi hậu, cờng độ lao động và thể trạng cũng nh giới tính Nhiệt độ không khí xung quanh càng thấp thì nhiệt toả càng nhiều Nhiệt toả từ nam giới khác nhiệt toả từ nữ giới

Nhiệt toả từ ngời gồm 3 thành phần chủ yếu:

+ Đối lu trực tiếp với không khí

+ Bức xạ vào không khí

+ Bay hơi nớc từ phổi và bề mặt da

Ta có thể tính gộp đối lu trực tiếp với không khí và bức xạ theo thành phần nhiệt hiện qh, còn nhiệt toả bằng bay hơi bề mặt da theo thành phần nhiệt

ẩn qâ

q= qh + qâ ; WTheo (3.15) tài liệu [1] Nhiệt toả từ ngời tính theo biểu thức

Q = n.q ; WTrong đó:

37

n - số ngời trong không gian điều hoà

q – nhiệt toả từ một ngời ; W

Theo bảng 3.1 [1] đối với nữ giới nhân với hệ số 0,85 trẻ em nhân với hệ số 0,75

Công trình Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam

em không phân biệt rõ lợng đàn ông và phụ nữ trong phòng vì luôn có sự thay

đổi nhân viên làm việc và khách hàng đến giao dịch

Lợng nhiệt toả ra giữa trẻ em và ngời lớn có sự khác nhau rõ rệt nên ta tính theo công thức sau:

Q3 = n1.q + 0,75 n2 q W (4.7)

n1- số ngời lớn trong không gian điều hoà;

q – lợng nhiệt lấy theo của ngời lớn; W

n2 – số trẻ em có trong không gian điều hoà;

Theo cách tính chọn nhiệt độ trong nhà lấy nhiệt độ trong nhà là 250 C, với các phòng làm việc và phòng khách vì là lao động nhẹ nên nhiệt toả ra là

125 W/ ngời

Tầng 1:

Có 3 phòng làm việc số ngời luôn có mặt trong phòng khoảng 50 ngời, phòng khách rộng 80,48 m2 lợng ngời trong phòng lên đến 30 ngời và trẻ em có thể đến 10 ngời Đại sảnh là nơi đón tiếp nhiều ngời, số lợng ngời có thể cao nhất là 100 ngời trong đó trẻ em có thể lên đến 20 ngời

Vậy lợng nhiệt toả ra:

5 Nhiệt toả ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt (Q5 )

Trong các phòng làm việc và các phòng họp, hội trờng không đặt các thiết bị TĐN do vậy không có lợng nhiệt toả ra nên Q5 = 0

6 Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua cửa kính (Q 6 )

Chọn kết cấu cửa kính cho công trình là kính 1 lớp và có khung kim loại.Việc xác định nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố nh:

- Trực xạ hay tán xạ bầu trời sơng mù bụi khói và mây

- Cờng độ bức xạ mặt trời tại địa phơng

- Thời gian quan sát để tính toán (góc làm bởi trực xạ và mặt kính)

- Kiểu cửa sổ vật liệu làm cửa sổ, trạng thái đóng hay mở

- Vật liệu làm kính và các lớp phủ chống nắng

- Diện tích kính, độ dầy kính và các tính chất khác

- Các lớp che chắc ánh nắng mặt trời nh: rèm, ô văng che nắng…

Theo công thức (3.18) tài liệu [1] ta có thể tính nhiệt theo biểu thức sau:

Q = Isđ Fk τ1 τ2 τ3 τ4 ; W (4.8)Trong đó:

Isđ - Cờng độ bức xạ, W/m2

Fk – Diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán , m2

39

τ1 – Hệ số trong suốt của kính

Công trình tại Hà Nội có cửa sổ hớng bắc nên tính theo bảng 3.3 còn các cửa sổ quay hớng nam theo mặt thẳng đứng đều có giá trị bằng không

Vậy nhiệt toả do bức xạ mặt trời:

Q6 = 417,41 5 = 2087,05 W

7 Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua lớp bao che Q 7

Thành phần nhiệt toả vào phòng do bức xạ mặt trời làm cho kết cấu bao che nóng lên hơn mức bình thờng, chủ yếu tính cho mái Nhiệt toả do chênh lệch nhiệt độ không khí trong và ngoài nhà theo Qtt

40