Thiết kế hệ thống điều hòa không khí tàu hàng 14500 tấn

Để đảm bảo cho cuộc sống của thuyền viên có sức khỏe tốt nhất, làm việc trong môi trường phù hợp, thì hệ thống điều hòa không khí là không thể thiếu: + Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực

Chương Tên chương mục Trang Chương 1 Nhiệm vụ hệ thống điều hòa không khí 3

2.4 Xác định lượng nhiệt và ẩm do các nguồn khác gây ra 42

Chương 6 Tính chọn quạt thông gió 76

CHƯƠNG 1 NHIỆM VỤ HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG

KHÍ TÀU HÀNG 14.500T

1.1 Nhu cầu điều hòa không khí trên tàu

Trong các hệ thống phục vụ trên tàu thủy thì hệ thống điều hòa không khí có một vai trò quan trọng Để đảm bảo cho cuộc sống của thuyền viên có sức khỏe tốt nhất, làm việc trong môi trường phù hợp, thì hệ thống điều hòa không khí là không thể thiếu:

+ Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến con người là yếu tố làm thay

đổi tình trạng sức khỏe của thuyền viên trên tàu Nhiệt độ ngoài trời thay đổi theo mùa như mùa hè thì nhiệt độ cao, mùa đông thì nhiệt độ thấp điều này ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của thuyền viên Do đó, việc lắp đặt hệ thống điều hòa không khí

là để duy trì trạng thái nhiệt độ môi trường phù hợp với nhiệt độ cơ thể con người Nhiệt độ thích hợp với con người là t = 220C-270C

+ Độ ẩm cũng là một yếu tố ảnh hưởng tới sức khỏe thuyền viên, khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ thay đổi thì quá trình bay hơi trong không khí cũng diễn ra là không giống nhau theo các mùa, độ ẩm thấp thì khả năng thoát mồ hôi cao, tạo cảm giác dễ chịu Độ ẩm thích hợp nhất với con người là  = 50%-70%

+ Độ sạch của không khí cũng phần nào ảnh hưởng tới sức khỏe của thuyền viên Khi nồng độ CO2, lưu huỳnh, nito…vượt quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới thuyền viên

+ Các yêu cầu về vệ sinh phòng ở, phòng làm việc là vô cùng quan trọng Khi làm việc ở môi trường sạch không hợp vệ sinh sẽ dẫn tới các bệnh về hô hấp

do ô nhiễm không khí, độ ẩm trong không khí thay đổi, phát sinh các mầm bệnh khác…

1.2 Các đặc điểm riêng của HTĐH không khí cho tàu 14.500 tấn

1 Giới thiệu chung về tàu

- Tàu hoạt động ở vùng biển Đông Á

- Tàu được thiết kế để chở hang hạt, hang tổng hợp, thép cuộn…

- Số lượng thuyền viên N = 28 người

2 Chọn thông số hoạt động

Tàu hoạt động ở vùng biển Cấp không hạn chế, vì thế ta chọn các

thông số môi trường như sau:

Chế độ mùa hè:

+ Nhiệt độ không khí ngoài trời: tN = 35 0C

+ Độ ẩm không khí ngoài trời: N = 80 %

+ Nhiệt độ không khí trong phòng: tT = 25 0C

+ Độ ẩm không khí trong phòng: T = 60 %

Chế độ mùa đông:

+ Nhiệt độ không khí ngoài trời: tN = 0 0C

+ Độ ẩm không khí ngoài trời: N = 50 %

+ Nhiệt độ không khí trong phòng: tT = 25 0C

+ Độ ẩm không khí trong phòng: T = 50 %

Nhiệt độ nước làm mát: t = 30 0C

3.Bố trí chung trên mặt boong

Sàn boong chính cao 10,7 m so với đường chuẩn, trên mặt boong chính có bố trí các kho hang, phòng ở thuyền viên, phòng làm việc, phòng họp… cụ thể như sau: + Trên boong chính gồm: là nơi gần khu vực máy chính và các trang thiết bị động lực Do đó, nhiệt độ các phòng cao, thông gió kém và là nơi làm việc do đó chế độ làm việc của hệ thống điều hòa ở đây sẽ cao hơn và ít khi thay đổi, nhiệt độ làm mát sẽ thấp…

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí phòng ở boong chính Bảng 1.1: Danh sách phòng ở boong chính

Hình 1.2: Sơ đồ bố trí phòng ở boong dâng lái

Bảng 1.2: Danh sách phòng ở boong dâng lái

6 Buồng hút thuốc sỹ quan 23,09 m3

7 Buồng ăn sỹ quan 42,81 m3

9 Buồng ăn thuỷ thủ 56,64 m3

10 Buồng vệ sinh 14,39 m3 + Trên boong A gồm: Các phòng trên boong A chịu tác động trực tiếp từ môi trường bên ngoài, khả năng thông gió tốt, nhiệt độ ở mức trung bình, chế độ làm việc của hệ thống dễ thay đổi sao cho phù hợp với môi trường

Hình 1.4: Sơ đồ bố trí phòng ở boong B Bảng 1.4: Danh sách phòng ở boong B

2 Buồng làm việc máy trưởng 15,95 m3

4 Buồng làm việc thuyền trưởng 15,95 m3

5 Buồng ngủ thuyền trưởng 12,34 m3

7 Buồng vệ sinh của thuyền trưởng, máy trưởng

+ Trên boong lái gồm: Ở vị trí cao nhất do đó khả năng thông gió rất cao, nhiệt độ dễ dàng thay đổi Chế độ làm việc của hệ thống về mùa đông nặng hơn mùa hè

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí phòng ở boong lái Bảng 1.5: Danh sách phòng ở boong lái

- Tổng diện tích kết cấu cách nhiệt hành lang là: 109,93 m2

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế

1 Các hệ thống điều hòa không khí phổ biến trên tàu thủy

a Hệ thống điều hòa không khí cục bộ

Hệ thống này chỉ sản xuất lạnh và nóng tập trung, còn không khí được xử lý ở từng phòng riêng hoặc ở một điểm cho một nhóm phòng cạnh nhau Mỗi chất lạnh hoặc

nóng được đưa từ hệ thống trung tâm theo các đường ống đến các thiết bị điều hòa cục bộ

Ưu điểm:

- Lắp đặt đơn giản

- Khí hậu trong phòng được giữ ổn định

- Tự động hóa điều khiển đơn giản

- Chi phí thấp

Nhược điểm:

- Số lượng trang bị lớn

- Khó quản lý, vận hành sửa chữa

Hệ thống này ít được sử dụng trên tàu thủy

Hệ thống này chỉ được sử dụng trong các tàu nhỏ ít phòng, tàu cứu hộ… khi mà các phòng không cần điều kiện nhiệt độ khác nhau

b Hệ thống điều hòa không khí độc lập

Ở hệ thống này việc sản xuất lạnh hoặc nóng và xử lý không khí đươc thực hiện trong các bộ điều hòa riêng biệt bố trí trực tiếp tại các buồng được điều hòa Hệ thống này được xử dụng cho các buồng cần có yêu cầu khí hậu ổn định, như các phòng y tế, phòng trực buồng máy

Hệ thống này được sử dụng trên các con tàu lớn như tùa khách, tàu du

lịch…khi mà các phòng cần các điều kiện nhiệt độ hoàn toàn khác nhau

c Hệ thống điều hòa không khí trung tâm

Đối với hệ thống này việc sản xuất lạnh(nóng) và xử lý không khí được tập trung Nó được dùng để phục vụ môt số buồng có nhiệt độ giống nhau

Ưu điểm:

- Tiết kiệm được diện tích mặt bằng

- Vận hành và bảo dưỡng thuận tiện, tập trung sự quản lý

Nhược điểm:

- Đường ống dài, nhiều trở lực nên tiêu phí nhiều năng lượng

- Khi gặp sự cố về cháy nổ, nhiễm bẩn trong hệ thống thì có khả năng lây lan ra nhiều nơi trên tàu

Hệ thống này được sử dụng chủ yếu trên các tàu có kích cỡ vừa, tàu chở hàng khô, hàng rời…khi mà trên tàu có nhiều phòng cần sử dụng điều kiện nhiệt độ giống nhau

2 Phân tích chọn hệ thống điều hòa không khí

a, Lựa chọn phương án

Dựa và đặc điểm về bố trí, yều cầu thông gió điều hòa không khí trên tàu thủy

và phân tích các ưu nhược điểm giữa các hệ thống điều hòa không khí, ta thấy đối với tàu hàng 14.500 tấn có số phòng không nhiều, điều kiện nhiệt độ tại các phòng ít có sự thay đổi, vị trí tương quan giữa các phòng, tầng không quá xa nhau, điều kiện về thông gió của các phòng là gần như nhau Vì thế hệ

thống điều hòa không khí trung tâm là hợp lý nhất cho việc bố trí trên tàu thủy

b, Cách bố trí hệ thống

Trong thực tế có hai cách bố trí hệ thống điều hòa không khí trung tâm tàu thủy: + Bố trí tất cả các thiết bị nén, bầu ngưng, giàn bay hơi, quạt gió trong một phòng riêng Phòng này thường nằm ở boong trung gian, do đó làm cho trở lực của nước làm mát đi lên từ dưới buồng máy lên và trở lực của dòng khí đi từ phòng điều hòa trung tâm lên các boong ở trên bông dặt phòng điều hòa không ở mức quá cao Đồng thời việc vận hành, bảo trì và sửa chữa các thiết bị được tập trung Cách này thường bố trí cho các tàu có trọng tải lớn, có nhiều tầng boong

+ Bố trí máy nén, bầu ngưng dưới buồng máy, giàn bay hơi, quạt gió ở buồng điều hòa trung tâm Buồng điều hòa này thường được đặt ở tầng boong trên cao, nhằm hạn chế trở lực của chất khí tới các phòng Các bố trí này làm cho trở lực của dòng

nước làm mát bầu ngưng, máy nén là rất nhỏ, tuy nhiên khoongtaapj trung sự quản

lý và thường bố trí cho tàu trọng tải không cao

Dựa vào các yêu cầu về thao tác, vận hành,bảo dưỡng các thiết bị một cách thuận tiện nhất thì ta bố trí tất cả các thiết bị máy nén, bầu ngưng, giàn bay hơi và quạt gió ở phòng điều hòa trung tâm

1.4 Nội dung đề tài

- Tính cân bằng nhiệt ẩm: Tính cân bằng nhiệt ẩm là đi xác định chí phí lạnh của hệ thống chi phí lạnh của hệ thống được xác định qua việc tính toán nhiệt lượng truyền qua cách vách cách nhiệt và lượng nhiệt ẩm do các nguồn khác gây ra

+ Xác định vật liệu và kết cấu cách nhiệt

+ Tính toán lượng nhiệt trao đổi qua vách ngăn

+ Xác định lượng nhiệt và ẩm do các nguồn khác

+ Tính cân bằng nhiệt

- Tính chọn máy nén: là việc đi xác định, nghiệm ra loại máy nén phù hợp với tàu, thỏa mãn các điều kiện về sản lượng lạnh, công suất và hiệu quả làm việc của máy nén…

+ Vai trò, đặc điểm tính toán bầu ngưng + Tính chọn bầu ngưng

- Tính chọn dàn bay hơi: là việc đi xác định các thông số và chọn ra dàn bay hơi thỏa mãn điều kiện làm việc của hệ thống, thỏa mãn lượng hơi làm mát cần cung cấp cho các phòng

+ Xác định các thông số ban đầu

+ Chọn sơ bộ dàn bay hơi

+ Tính nghiệm bộ làm lạnh

- Tính chọn quạt gió: là việc đi xác định và chọn ra loại quạt gió phù hợp với điều kiện làm việc của hệ thống, sao cho đáp ứng được điều kiện về nhiệt độ cho các phòng

+ Chọn thông số quạt gió + Tính vận tốc gió vào các phòng + Tính vận tốc gió trên đường ống + Tính tổn thất áp lực trong kênh dẫn

CHƯƠNG 2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT ẨM

Tính cân bằng nhiệt ẩm là đi xác định chí phí lạnh của hệ thống chi phí lạnh của hệ thống được xác định qua việc tính toán nhiệt lượng truyền qua cách vách cách nhiệt

và lượng nhiệt ẩm do các nguồn khác gây ra

2.1 Nội dung

- Xác định vật liệu và kết cấu cách nhiệt

- Tính toán lượng nhiệt trao đổi qua vách ngăn

- Xác định lượng nhiệt và ẩm do các nguồn khác

nhiệt theo những yêu cầu dưới đây

- Phải có hệ số dẫn nhiệt nhỏ ( = 0,02  0,05 W/m.độ)

- Phải có độ hút ẩm nhỏ ( khả năng hút ẩm từ bên ngoài vào kết cấu của vật liệu cách nhiệt) Khi chứa ẩm trong vật liệu cách nhiệt sẽ làm tính dẫn nhiệt tăng, tính xốp của vật liệu cách nhiệt tăng, làm cho hệ thống nứt vỡ

- Không cháy hoặc khó cháy

- Không hấp thụ mùi cũng như không phát sinh mùi khó chịu

- Không có phản ứng và không ăn mòn kim loại

- Có độ bền cần thiết (độ bền cơ học, bền nhiệt)

- Không độc hại với môi trường và con người

- Trọng lượng riêng nhỏ

- Giá thành rẻ, tuổi thọ cao

- Không gây nấm mốc và phát sinh vi khuẩn, không hấp dẫn chuột và một số sinh vật khác

- Không độc hại với sản phẩm bảo quản hoặc làm biến chất các sản phẩm đó

Dưạ vào điều kiện khí hậu, độ ẩm, nhu cầu sinh hoạt của cong người, căn cứ vào hệ số dẫn nhiệt, tỷ trọng của một số loại vật liệu cách nhiệt được sử dụng nhiều trong kết cấu cách nhiệt tàu thủy ta chọn vật liệu cách nhiệt sau:

+ Polyurethan:

- Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,04 (W/m.K)

- Khối lượng riêng: ρ = 50 (kg/m3)

- Khả năng chịu nhiệt cao:

 Dưới -80oC: polyurethane rắn, cứng và ở trạng thái thủy tinh

 Từ -80 tới +20oC: các pha cứng của urethane bắt đầu xoay

và chuyển động

 Từ 20 tới 130oC: đây là khoảng nhiệt độ sử dụng của vật liệu polyurethane

 Từ 130 tới 180oC: polyurethane trở nên mềm

 Trên 180oC: polyurethane bắt đầu phân hủy

- Độ bền: có độ bền nén và độ bền biến dạng cao, kết hợp với vật liệu phủ lên bề mặt (mặt nhựa, thép ) sẽ cho độ bền lớn hơn gấp nhiều lần, phù hợp cho từng ứng dụng

b Kết cấu cách nhiệt vách ngăn phía không có kết cấu xà:

Các tấm gỗ dán được liên kết với các tấm tôn, không gian giữa vách và lớp gỗ dán được phun đầy vật liệu cách nhiệt

1

2

4 3

Hình 2.2: Kết cấu cách nhiệt vách ngăn phía không có xà

1 Lớp gỗ dán bảo vệ

2 Lớp vật liệt cách nhiệt 3 Tấm tôn liên kết 4 Tôn vách c Kết cấu cách nhiệt sàn boong chính, boong dâng, booong A, boong B, Lái Có một lớp vật liệu cách nhiệt được phủ ở trên và được bảo vệ bằng lớp tấm nhựa Emution và một lớp thảm trải phòng Hình 2.3 Kết cấu cách nhiệt sàn boong chính, boong dâng, booong A, boong B, lái 1 Lớp thảm trải sàn

2 Vật liệu cách nhiệt

3 Tôn sàn

4 Tấm nhựa Emution

3 2

1

 a



h

3

4 2

1

 a



 i

 e

2.3 Tính toán lượng nhiệt trao đổi qua cách vách

1 Xác định hệ số truyền nhiệt qua kết cấu cách nhiệt

Có nhiều phương pháp dùng để xác định hệ số truyền nhiệt qua kết cấu cách nhiệt tàu thủy trong số đó phương pháp dòng nhiệt vòng cho kết quả tương đối chính xác

và đơn giản Phương pháp này dựa trên các giả thiết:

+ Không tính đến trở nhiệt từ hai phía của kết cấu cách nhiệt vì giá trị của chúng nhỏ so với nhiệt trở chung của cả hệ thống

+ Nhiệt độ trên tất cả kết cấu thép đều bằng nhau và bằng nhiệt độ môi trường bao quanh kết cấu

+ Các đường đẳng nhiệt song song với kết cấu thép ở những vùng phẳng

4

3 2

 a



1

5

+ Dòng nhiệt sườn đi theo đường vòng tròn có tâm nằm tại đỉnh mép của sườn

a Hệ số truyền nhiệt qua vách mạn

Hình 2.5: Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt vách mạn Bảng 2.1: Tính hệ số truyền nhiệt qua vách mạn

9 Dòng nhiệt q2 được tạo

ra từ hai phía của sườn

b Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu cách nhiệt hành lang, vách ngăn phòng

Hình 2.6: Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt vách hành lang, vách ngăn phòng Bảng 2.2: Tính hệ số truyền nhiệt qua kết cấu cách nhiệt hành lang, ngăn phòng

q 3

b

9 Dòng nhiệt q2 được tạo

ra từ hai phía của sườn

Bảng 2.3: Tính hệ số truyền nhiệt qua vách ngăn phía không có kết cấu sườn

2 Chiều dày tương

đương của buồng

S

 Hệ số truyền nhiệt qua vách trung gian phòng ở boong chính

Bảng 2.5: Tính hệ số truyền nhiệt qua vách ngăn trung gian phòng ở booong chính

2 Chiều dày tương

đương của buồng

 Hệ số truyền nhiệt sàn boong dâng, boong A, boong B:

Bảng 2.6: Tính hệ số truyền nhiệt sàn boong dâng, boong A, boong B

 Hệ số truyền nhiệt sàn boong chính

Bảng 2.7: Tính hệ số truyền nhiệt sàn boong chính

f Hệ số truyền nhiệt trung gian giữa boong chính – boong dâng, boong boong A, boong A – boong B

dâng-Hình 2.10 Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt trung gian Bảng 2.9: Tính hệ số truyền nhiệt trung gian

2 Chiều dày tương

đương của buồng

Vậy hệ số truyền nhiệt các vách là:

Bảng 2.10: Hệ số truyền nhiệt các vách

1 Hệ số truyền nhiệt qua vách mạn K1 W/m2.K 0,3669

2 Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu cách

nhiệt hành lang

K2 W/m2.K 0,4377

3 Hệ số truyền nhiệt sàn boong A,

boong B, boong dâng

7 Hệ số truyền nhiệt vách trung gian

boong A, boong B, boong dâng

K12 W/m2.K 0,7495

8 Hệ số truyền nhiệt trung gian giữa

boong chính – boong dâng, boong

dâng-boong A, boong A – boong B

K13 W/m2.K 0,7146

Khi tính toán ta đã bỏ qua dòng nhiệt truyền qua các đinh vít, các tấm tôn liên kết

nên hệ số truyền nhiệt được cộng thêm 5%

Bảng 2.11: Hệ số truyền nhiệt các vách

1 Hệ số truyền nhiệt qua vách mạn K1 W/m2.K 0,3852

2 Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu cách

nhiệt hành lang

K2 W/m2.K 0,4595

3 Hệ số truyền nhiệt sàn boong A,

boong B, boong dâng

7 Hệ số truyền nhiệt vách trung gian

boong A, boong B, boong dâng

K12 W/m2.K 0,787

8 Hệ số truyền nhiệt trung gian giữa

boong chính – boong dâng, boong

dâng-boong A, boong A – boong B

K13 W/m2.K 0,7504

2 Tính toán lượng nhiệt trao đổi qua các vách

a Các thông số ban đầu

Chọn cấp thiết kế hệ thống cấp 3 theo tiêu chuẩn Việt Nam

Dựa vào vùng hoạt động của tàu và bảng thống kê các thông số khí quyển ta chọn các thông số của khí quyển như sau:

Không khí ngoài tàu:

qs: nhiệt lượng bức xạ

Với sơn màu ghi qs = 250 ( W/m2 )

q1: Nhiệt lượng truyền qua kết cấu cách nhiệt vào phòng

- 250 0,3852.25 31,31.35

42, 76 31,31 0,38 2

bức xạ )

Q1 K1.F.t i 0,3852 30,8 18 213,57

Vách mạn( phía không bức xạ )

Q2 K1.F.t i 0,3852 34,1 10 131,36

Vách Trước, vách

sau, vách hành lang

Q3 K2.F.t i 0,4595 103,9 4 190,98

Sàn Q4 Ks1.F.t i 0,4941 89,8 17 754,32 Vách trung gian

STT Vách Kí

Hiệu

Công Thức

Vách Trước Q3 K2.F.t i 0,4595 38,7 18 320,11 Vách hành lang Q4 K2.F.t i 0,4595 38,7 10 177,84 Vách ngăn Q5 K12.L.t i 0,7868 12,9 18 182,74 Boong trung gian

Q1 K1.F.t i 0,3852 30,8 18 213,57

Vách mạn( phía không bức xạ )

Vách Trước, vách

sau, vách hành lang

Q3 K2.F.t i 0,4595 103,9 4 190,98

Sàn Q4 Ks1.F.t i 0,4941 89,8 17 754,32 Vách trung gian