TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ NHAVIET PLAZA

- Ở phần kế tiếp của đề tài, chúng tôi đã tra cứu tài liệu, sách báo để tổng quát về các hệ thống điều hòa không khí và tiến hành lập ra cơ sở tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ NHAVIET PLAZA

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRẦN PHÚ

NGUYỄN THANH NHÀN

Niên khóa: 2005 – 2009

Tháng 07/2009

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO

TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ NHAVIET PLAZA

Tác giả

NGUYỄN TRẦN PHÚ NGUYỄN THANH NHÀN

Đề tài được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kĩ sư ngành

CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Giáo viên hướng dẫn:

Th.s Nguyễn Hùng Tâm

Ks Vương Đình Bằng

LỜI CẢM TẠ

Chúng con xin cảm ơn gia đình thân yêu đã động viên, chia sẻ giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh thần trong những năm tháng con học tập trên giảng đường Đại học, cũng như trong suốt quá trình con làm đề tài tốt nghiệp

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Ban Giám hiệuTrường Đại học Nông Lâm TP.HCM

Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ cùng toàn thể quý thầy cô trong Khoa đã tận tâm, tận lực dạy bảo, giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức khoa học quí giá cho tôi trong những năm học tập vừa qua

Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Hùng Tâm và thầy Vương Đình Bằng đã rất quan tâm, tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài này

Cảm ơn những người bạn thân yêu trong lớp DH05NL đã cùng chúng tôi chia

sẻ những năm tháng học tập quí báu và đã giúp đỡ, góp ý cho đề tài của chúng tôi được hoàn chỉnh hơn

Do có những hạn chế về mặt thời gian và trang thiết bị, cũng như chưa có kinh nghiệm nhiều, nên đề tài của chúng tôi không thể nào tránh những sai sót và khuyết điểm, rất mong nhận được sự lượng thứ của quý thầy cô

TÓM TẮT

Đề tài tốt nghiệp “Tính toán và thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho văn phòng cho thuê NHAVIET PLAZA” được tiến hành tại tòa cao ốc văn phòng cho thuê Nhaviet Plaza, số 27 Đinh Bộ Lĩnh, phường 24, quận Bình Thạnh, TP.HCM Trong khoảng thời gian từ ngày 15/03/2009 đến 29/06/2009, chúng tôi đã tiến hành tính toán

và thiết kế hệ thống điều hòa không khí dựa trên các thông số, điều kiện thực tế của cao ốc mà chúng tôi đã khảo sát Nội dung chính của đề tài bao gồm 5 phần:

- Trong phần đầu tiên của đề tài, chúng tôi sẽ giới thiệu về điều hòa không khí, mà cụ thể là mục đích, ý nghĩa, tính cấp thiết của điều hòa không khí ở TP.HCM hiện nay Phần này cũng nêu lên đối tượng nghiên cứu, mục tiêu và yêu cầu cụ thể của

đề tài

- Ở phần kế tiếp của đề tài, chúng tôi đã tra cứu tài liệu, sách báo để tổng quát về các hệ thống điều hòa không khí và tiến hành lập ra cơ sở tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho công trình, cụ thể là tính toán phụ tải lạnh, thành lập sơ

đồ điều hòa không khí, tính và chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí, tính toán thiết kế hệ thống ống gió và ống nước

- Nội dung phương pháp nghiên cứu và phương tiện thực hiện đề tài được tóm tắt khái quát trong phần tiếp theo của đề tài

- Trong phần tiếp theo của đề tài, dựa trên cơ sở lý thuyết đã được lập ra ở trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài Đầu tiên chúng tôi mô tả đặc điểm công trình, chính là đối tượng nghiên cứu của đề tài Sau đó, chúng tôi tiến hành phân tích chọn phương án điều hòa không khí, tính toán phụ tải lạnh, thành lập sơ đồ, tính và chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí, tính toán hệ thống ống gió và ống nước

để chọn bơm và tháp giải nhiệt

- Phần cuối cùng của đề tài là kết luận và đề nghị về nội dung đề tài đã làm

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt viii

Danh sách các hình ix

Danh sách các bảng x

Danh sách các phụ lục xi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 01

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 02

2.1 Giới thiệu một số phương pháp điều hòa không khí .02

2.1.1 Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải lạnh 02

2.1.2 Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí 02

2.1.3 Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước 03

2.1.4 Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh 04

2.2 Tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier 05

2.2.1 Nhiệt hiện bức xạ qua kính 05

2.2.2 Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ không khí giữa bên ngoài và bên trong .07

2.2.3 Nhiệt hiện truyền qua vách 07

2.2.4 Nhiệt hiện truyền qua nền .09

2.2.5 Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng 09

2.2.6 Nhiệt hiện tỏa do máy móc 10

2.2.7 Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa .11

2.2.8 Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào .11

2.2.9 Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt .11

2.2.10 Các nguồn nhiệt khác .12

2.2.11 Xác định phụ tải lạnh 13

2.3 Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí 13

2.4 Tính toán và chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí 16

2.4.1 Chu trình nhiệt hệ thống 16

2.4.2 Phương pháp xác định nhiệt độ sôi, nhiệt độ ngưng tụ 17

2.4.3 Chọn thiết bị cho hệ thống 18

2.5 Tác nhân lạnh 18

2.5.1 Yêu cầu đối với tác nhân lạnh 18

2.5.1.1 Hóa học 18

2.5.1.2 Tính an toàn cháy nổ 18

2.5.1.3 Tính chất vật lí 18

2.5.1.4 Tính chất nhiệt động 19

2.5.1.5 Tính chất sinh lí 19

2.5.1.6 Tính kinh tế 19

2.5.2 Tác nhân lạnh và môi trường 19

2.5.2.1 Tổng quát 19

2.5.2.2 Tầng Ozon và hiện tượng suy giảm tầng Ozon 20

2.5.2.3 Hiệu ứng nhà kính và hiện tượng gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển 21

2.5.3 Tác nhân lạnh 21

2.5.3.1 Tác nhân lạnh CFC 21

2.5.3.2 Tác nhân lạnh loại HCFC 22

2.5.3.3 Tác nhân lạnh HFC 22

2.6 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống gió tươi 24

2.6.1 Khái niệm 24

2.6.2 Các thiết bị của hệ thống .24

2.6.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt AHU và FCU 24

2.6.2.2 Chớp gió 25

2.6.2.3 Phin lọc gió 25

2.6.2.4 Van gió 25

2.6.2.5 Van chặn lửa 25

2.6.2.6 Bộ sưởi không khí 26

2.6.2.7 Hộp điều chỉnh lưu lượng 26

2.6.2.8 Hộp tiêu âm 26

2.6.2.9 Miệng thổi, miệng hút 26

2.6.3 Phương pháp thiết kế đường ống gió 27

2.6.3.1 Phương pháp giảm dần tốc độ 28

2.6.3.2 Phương pháp ma sát đồng đều 28

2.6.4 Tính toán hệ thống ống gió bằng phương pháp đồ thị 29

2.6.4.1 Khái niệm chung 29

2.6.4.2 Lựa chọn tốc độ gió đi trong ống 30

2.6.4.3 Đường kính tương đương 30

2.6.5 Xác định tổn thất áp suất ống gió bằng phương pháp đồ thị 30

2.6.5.1 Tổn áp suất ma sát 31

2.6.5.2 Tổn thất áp suất cục bộ 31

2.7 Hệ thống gió hồi 31

2.8 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống nước 32

2.8.1 Chọn nhiệt độ của nước ra vào thiết bị 32

2.8.2 Tổn thất áp suất của đường ống dẫn nước 33

2.8.2.1 Phương pháp dựa theo việc xác định hệ số trở kháng 33

2.8.2.2 Xác định tổn thất áp suất theo phương pháp đồ thị 34

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .35

3.1 Phương pháp 35

3.2 Phương tiện 36

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .37

4.1 Mô tả đặc điểm công trình .37

4.2 Phân tích chọn phương án điều hòa không khí 39

4.3 Tính toán phụ tải lạnh 41

4.3.1 Nhiệt hiện bức xạ qua kính 41

4.3.2 Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ không khí giữa bên ngoài và bên trong .43

4.3.3 Nhiệt hiện truyền qua vách 43

4.3.4 Nhiệt hiện truyền qua nền .45

4.3.5 Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng 45

4.3.6 Nhiệt hiện tỏa do máy móc 45

4.3.7 Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa .46

4.3.8 Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào .46

4.3.9 Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt .47

4.3.10 Các nguồn nhiệt khác .47

4.3.11 Xác định phụ tải lạnh 47

4.4 Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí 48

4.5 Tính toán và chọn các thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí .48

4.6 Tính toán thiết kế hệ thống phân phối gió lạnh 50

4.6.1 Phương pháp thiết kế: 50

4.6.2 Chọn thiết bị cho đường ống gió tầng 1 50

4.6.3 Tính toán tổn thất áp suất 50

4.6.3.1 Xác định tiết diện của các đoạn ống: 51

4.6.3.2 Tổn thất áp suất 52

4.7 Hệ thống gió hồi 54

4.8 Tính toán thiết kế hệ thống nước lạnh 54

4.8.1 Chọn sơ đồ hệ thống ống dẫn nước 54

4.8.2 Xác định đường kính ống dẫn nước lạnh 56

4.8.2.1 Đường kính ống nước qua AHU tầng 1 56

4.8.2.2 Đường kính ống chính qua bình bốc hơi 56

4.8.3 Đường kính ống nước qua bình ngưng 57

4.8.4 Xác định tổn thất áp suất trong hệ thống ống dẫn nước lạnh 58

4.8.4.1 Tổn thất áp suất do ma sát 58

4.8.4.2 Tổn thất áp suất cục bộ 58

4.8.4.3 Tổn thất áp suất trên các thiết bị Water Chiller và bình bay hơi 62

4.8.5 Xác định tổn thất áp suất trong hệ thống ống nước tháp giải nhiệt 62

4.9 Chọn bơm 64

4.9.1 Cho hệ thống nước lạnh 64

4.9.2 Cho hệ thống nước giải nhiệt 64

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AHU Air Handling Unit, Buồng xử lý không khí

BF Bypass factor, Hệ số đi vòng

CFC Chlorofluorocarbons

ESHF Effective Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng FCU Fan Coil Unit, Dàn trao đổi nhiệt

GSHF Grand Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện tổng

GWP Global Warming Potential, Hệ số đánh giá khả năng gây

hiệu ứng nhà kính HCFC Hydrochlorofluorocarbons

HFC Hydroflourocarbons

ODP Ozone Depletion Potential, Hệ số đánh giá khả năng phá

hủy tầng Ozon RSHF Room Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện phòng

SHF Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện

VAV Variable Air Volume, Điều chỉnh lưu lượng không khí

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí 3

Hình 2 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước kết hợp không khí 4

Hình 3 – Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp và các hệ số 13

Hình 4 – Chu trình máy lạnh 1 cấp 17

Hình 5 – Đồ thị logp-i của chu trình máy lạnh một cấp 17

Hình 6 – ODP và GWP của một số tác nhân lạnh 23

Hình 7 – Hiệu suất và thời gian tồn tại của một số tác nhân lạnh 23

Hình 8 – Các thiết bị lắp trên đường ống gió 27

Hình 9 – Sơ đồ ống nước loại quay về trực tiếp (trái) và không trực tiếp (phải) 32

Hình 10 – Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier 36

Hình 11 – Mô hình tòa nhà 37

Hình 12 – Sơ đồ miệng gió tầng 1 – 12 51

Hình 13 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa không khí có hệ nước lạnh loại quay về không trực tiếp và giải nhiệt bằng nước 55

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1 – Tổng kết sơ bộ phụ tải lạnh 40

Bảng 2 – Thông số các điểm nút chu trình 49

Bảng 3 – Tiết diện ống nhánh và cỡ ống 52

Bảng 4 – Chiều dài tương đương hệ thống gió tươi tầng 1 53

Bảng 5 – Tổn áp cục bộ của hệ thống gió tươi tầng 1 – 12 53

Bảng 6 – Tổng kết phụ tải lạnh và chọn AHU 65

DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 1.1 – Lượng nhiệt bức xạ tức thời

Phụ lục 1.2 – Lượng nhiệt bức xạ qua kính Q11

Phụ lục 2 – Nhiệt hiện truyền qua vách Q22

Phụ lục 3.1 – Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q31

Phụ lục 3.2 – Nhiệt hiện tỏa do máy móc Q32

Phụ lục 4 – Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q4

Phụ lục 5 – Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt Q5h và Q5â

Phụ lục 6 – Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi QhN và QâN

Phụ lục 7 – Kết quả tính toán phụ tải lạnh

Phụ lục 8 – Các hệ số của sơ đồ điều hòa không khí

Phụ lục 9 – Lưu lượng, nhiệt độ không khí vào và ra khỏi coil Phụ lục 10.1 – Sơ đồ bố trí miệng phân phối gió tầng trệt

Phụ lục 10.2 – Sơ đồ bố trí miệng phân phối gió tầng lửng

Phụ lục 10.3 – Sơ đồ bố trí miệng phân phối gió tầng thượng

Phụ lục 11.1 – Tiết diện ống nhánh và cỡ ống gió tươi tầng trệt Phụ lục 11.2 – iết diện ống nhánh và cỡ ống gió tươi tầng lửng Phụ lục 11.3 – Tiết diện ống nhánh và cỡ ống gió tươi tầng thượng Phụ lục 12.1 – Chiều dài tương đương ống gió tươi tầng trệt

Phụ lục 12.2 – Chiều dài tương đương ống gió tươi tầng lửng

Phụ lục 12.3 – Chiều dài tương đương ống gió tươi tầng thượng Phụ lục 13.1 – Tổn thất áp suất cục bộ hệ thống gió tươi tầng trệt Phụ lục 13.2 – Tổn thất áp suất cục bộ hệ thống gió tươi tầng lửng Phụ lục 13.3 – Tổn thất áp suất cục bộ hệ thống gió tươi tầng thượng Phụ lục 14 – Tổng kết tổn thất áp suất hệ thống gió tươi

Phụ lục 15 – Tổn thất áp suất hệ thống gió hồi

Phụ lục 16 – Đường kính ống nước lạnh qua AHU

Phụ lục 17 – Đường kính các đoạn ống dẫn nước lạnh chính

Phụ lục 18 – Tổn thất áp suất do ma sát của ống nước lạnh

Phụ lục 19 – Catalogue AHU của Trane

Phụ lục 20 – Catalogue Water chiller của Reetech

Phụ lục 21.1 – Catalogue tháp giải nhiệt của Liang Chi (thông số cơ bản)

Phụ lục 21.2 – Catalogue tháp giải nhiệt của Liang Chi (yêu cầu của nền bê tông) Phụ lục 21.3 – Catalogue tháp giải nhiệt của Liang Chi (dòng chảy và sơ đồ lựa chọn

nhiệt độ)

Chương 1

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu về kỹ thuật lạnh

nói chung và điều hòa không khí nói riêng đang gia tăng mạnh mẽ Có thể nói, hầu

như trong tất cả các cao ốc văn phòng, khách sạn, bệnh viện, phân xưởng sản xuất,…

đã và đang được xây dựng đều có trang bị hệ thống điều hòa không khí nhằm tạo ra

môi trường dễ chịu và tiện nghi cho người sử dụng

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế lớn nhất của nước ta Cùng với sự

mở cửa liên doanh liên kết với nước ngoài, các dịch vụ thương mại và du lịch phát

triển mạnh với sự hình thành hàng loạt các trung tâm văn hóa và giao dịch quốc tế, đòi

hỏi sử dụng rất nhiều kỹ thuật điều hòa không khí Việc thiết kế hệ thống điều hòa

không khí của các tòa cao ốc là một việc làm phức tạp, đòi hỏi phải phối hợp với nhiều

hạng mục khác, phải đáp ứng đầy đủ những yêu cầu về kỹ thuật, thẩm mỹ, tiện nghi,

kinh tế và môi trường

Nhằm tổng hợp kiến thức đã học, so sánh, kiểm nghiệm với thực tế chúng tôi

thực hiện đề tài : “Tính toán và thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho văn phòng

cho thuê NHAVIET PLAZA”, tại 27 Đinh Bộ Lĩnh, phường 24, quận Bình Thạnh,

TP.HCM Do kiến thức còn ít và thời gian có hạn chúng tôi đặt ra mục tiêu cụ thể sau:

1 Tổng quan: cơ sở lí thuyết, mô tả đặc điểm công trình (chung)

2 Xác định phụ tải lạnh (chung)

3 Tính toán và chọn thiết bị cho hệ thống (chung)

4 Tính toán thiết kế hệ thống phân phối gió (Nhàn)

5 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn nước (Phú)

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu một số phương pháp điều hòa không khí (Chương 2 [5])

Có nhiều cách khác nhau để phân loại hệ thống điều hòa không khí, dưới đây chúng tôi giới thiệu cách phân loại theo chất tải lạnh

2.1.1 Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải lạnh gồm các loại sau:

− Máy điều hòa loại cửa sổ

− Máy điều hòa kiểu 2 mảng rời (Slip Type)

− Máy điều hòa nguyên cụm (Packaged Unit)

− Máy điều hòa loại VRV

Hệ thống điều hòa không khí này thường dùng cho các không gian điều hòa có kích thước vừa và nhỏ, phụ tải nhỏ và yêu cầu kỹ thuật không cao lắm, vì vậy không thích hợp cho tòa cao ốc có quy mô lớn như NHAVIET PLAZA

2.1.2 Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí

Hệ thống này hoàn toàn dùng chất tải lạnh là không khí làm chất trung gian để chuyển tải lạnh Hệ thống bao gồm một máy lạnh trung tâm có năng suất lớn, dẫn gió lạnh đến không gian điều hòa bằng hệ thống ống dẫn Không khí tươi ngoài trời được hòa trộn với không khí hồi theo một tỷ lệ yêu cầu, qua bộ lọc, coil lạnh và đi vào đường cấp gió

1 2 3

4 6

7

9

10 11 12

5 8

Hình 1 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí

1 – Không gian cần điều hòa

8 – Thiết bị cung cấp môi chất nóng

9 – Đường hút gió tươi

10 – Điều chỉnh lượng gió hồi

11 – Đường gió hồi

12 – Điều chỉnh lượng gió thải

− Ưu điểm:

Thích hợp cho không gian điều hòa có phụ tải lớn

Khả năng cải thiện điều kiện môi trường trong không gian cần điều hòa, độ ô nhiễm của không khí giảm đáng kể, khả năng khử mùi tốt

− Nhược điểm:

Hệ thống ống dẫn không khí choán chỗ khá lớn

Không thích hợp cho gian điều hòa bao gồm nhiều không gian riêng biệt khác nhau, có mức độ cấu trúc phức tạp, độ cao và độ xa khá lớn

2.1.3 Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước

Trong hệ thống này, nước đóng vai trò làm chất tải lạnh, AHU được đặt ngay trong không gian điều hòa với kích thước tương đối nhỏ

− Ưu điểm:

Tiết kiệm không gian, giảm khó khăn trong lắp đặt

Thích hợp cho những tòa nhà cao tầng có nhiều không gian riêng biệt, có cấu trúc phức tạp và có các yêu cầu kỹ thuật không thống nhất

− Nhược điểm:

Hoàn toàn không có khả năng thực hiện các yêu cầu về thông gió

Không khử được mùi và hạ thấp mức độ ô nhiễm của không khí

2.1.4 Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh

Phương án này thường được các nhà thiết kế sử dụng nhằm phát huy ưu điểm của từng phương án riêng biệt và hạn chế nhược điểm của chúng

4

6 7

1 - Điều chỉnh lưu lượng gió thải;

2 - Quạt đường gió hồi và thải;

3 - Đường gió hồi;

4 - Không gian cần điều hòa;

5 - FCU (Fan Coil Unit);

6 - Tháp giải nhiệt;

7 - Cụm máy lạnh (Water chiller);

8 - Thiết bị cấp môi chất nóng;

9 - Đường hút gió tươi;

10 - Điều chỉnh lưu lượng gió tươi;

11 - Bộ lọc (Filter);

12 - Coil lạnh

13 - Quạt cấp;

=> Tóm lại, với đặc điểm của không gian điều hòa đang khảo sát, ta chọn phương án thiết kế là hệ thống điều hòa không khí sử dụng chất tải lạnh là không khí, giải nhiệt bằng nước

2.2 Tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier (Chương 4 [8])

Phụ tải lạnh bao gồm các phụ tải lạnh thành phần sau:

Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11

Nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài và bên trong không gian điều hòa Q2

− Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ Q21

− Nhiệt hiện truyền qua vách Q22

− Nhiệt hiện truyền qua nền Q23

Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng và các loại máy móc khác Q3

− Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q31

− Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q32

Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q4

Nhiệt do gió tươi mang vào QN

− Nhiệt hiện do gió tươi mang vào QhN

− Nhiệt ẩn do gió tươi mang vào QâN

Nhiệt do gió lọt Q5

− Nhiệt hiện do gió lọt Q5h

− Nhiệt ẩn do gió lọt Q5â

Các nguồn nhiệt khác Q6

2.2.1 Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q 11

Bức xạ qua kính là rất phức tạp, không đồng thời và khó xác định chính xác Biểu thức sau đây chỉ để xác định gần đúng theo kinh nghiệm nhiệt bức xạ qua kính:

' 11

11 n Q

nt – hệ số tác dụng tức thời (xem bảng 4.6 – 4.8), nt = f(gs) trong đó gs là mật độ (khối lượng riêng) diện tích trung bình của toàn bộ kết cấu bao che vách, tầng, sàn Giá trị gs được xác định như sau:

s s

F

G G

g

'' '+0,5

G’ – khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn

nằm trên mặt đất, kg

G” – khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và

của sàn không nằm trên mặt đất, kg

Fs – diện tích sàn, m2

- lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng

r m kh mm đs c T

R F

Q' ε ε ε ε ε ε

F – diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung kim loại, m2

RT – nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng, W/m2 (xem bảng

4.2)

εc – hệ số ảnh hưởng độ cao so với mặt nước biển, tính theo công thức:

023,0.1000

c = +

εds – hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sương

của không khí quan sát so với nhiệt độ đọng sương của không khí ở trên mặt nước biển là 200C, xác định bởi công thức:

13,0.10

)20(

εr – hệ số mặt trời, kể dến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên

trong kính (xem bảng 4.4), khi không có màng che εr = 1

Nếu khác kính cơ bản và có màn che bên trong, nhiệt bức xạ mặt trời vẫn được

tính theo công thức (2.3), nhưng εr = 1 và RT được thay bằng nhiệt bức xạ vào phòng

khác kính cơ bản RK:

' 11

Q

m kh mm đs c K

R F

Q' ε ε ε ε ε

Với:

N m k m

k m m k k

R =[0,4.α +τ (α +τ +ρ ρ +0,4.α α )] , W/m2 (2.7)

88,0

T N

R

RN – bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính, W.m2

αk, τk, ρk, αm, τm, ρm – hệ số hấp thụ, xuyên qua, phản xạ của kính và màn

che (bảng 4.3)

2.2.2 Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ Q 21

Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, mái dần dần nóng lên do hấp thụ nhiệt Một

phần lượng nhiệt hấp thụ tỏa ngay vào không khí ngoài trời bằng đối lưu và bức xạ

Một phần truyền qua kết cấu mái vào trong không gian điều hòa và tỏa vào lớp không

khí trong phòng cũng bằng đối lưu và dẫn nhiệt

Việc xác định chính xác lượng nhiệt này cũng như việc xác định độ trễ, cường

độ, thời diểm đạt cực đại là khá phức tạp Trong kỹ thuật điều hòa không khí, người ta

tính toán gần đúng theo biểu thức quen thuộc:

tđ

t F k

Q21 – dòng nhiệt đi vào không gian điều hòa do sự tích nhiệt của các kết cấu

mái và do độ chênh lệch nhiệt độ của không khí giữa bên ngoài và bên trong

k – hệ số truyền nhiệt qua mái, phụ thuộc vào kết cấu và vật liệu làm mái,

tra theo bảng 4.9

Δttđ – hiệu nhiệt độ tương đương

N

N s T N tđ

R t

t t

α

ε )

=

88,0

T N

Nhiệt truyền qua vách cũng gồm hai thành phần:

− Do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài trời và trong nhà

− Do bức xạ mặt trời vào tường, tuy nhiên phần này coi như bằng không

k

Q22i – nhiệt truyền qua tường, cửa ra vào, cửa sổ …

ki – hệ số truyền nhiệt tương ứng của tường, cửa, kính, W/m2K

Fi – diện tích tường, cửa, kính tương ứng, m2

2.2.3.1 Hệ số truyền nhiệt qua tường

Hệ số nhiệt truyền qua tường được xác định bằng biểu thức:

∑ + +

=

T i

i N

k

αλ

δα

1 1

1

αN = 20 W/m2K – hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp với

không khí bên ngoài αN = 10 W/m2K khi tường tiếp xúc gián tiếp với không khí bên ngoài

αT = 10 W/m2K – hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà

δi – độ dày lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, m

λi – hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, W/mK (bảng

4.11)

2.2.3.2 Nhiệt truyền qua cửa ra vào

F – diện tích cửa, m2

Δt – hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà tN – tT, K

k – hệ số truyền nhiệt qua cửa, W/m2K (bảng 4.12)

2.2.3.3 Nhiệt truyền qua kính cửa sổ

Q22k = k.F.Δt, W (2.15)

F – diện tích cửa sổ, m2

K – hệ số truyền nhiệt qua kính, W/m2K (bảng 4.13)

2.2.4 Nhiệt hiện truyền qua nền Q 23

Nhiệt truyền qua nền cũng được tính theo công thức:

F – diện tích sàn, m2

Δt = tN – tT: hiệu nhiệt độ bên ngoài và bên trong

k – hệ số truyền nhiệt qua sàn hoặc nền, W/m2K (xem bảng 4.15)

Có thể xảy ra 3 trường hợp:

− Sàn đặt ngay trên mặt đất: lấy k của sàn bê tông dày 300mm, Δt = tN – tT

− Sàn đặt trên tầng hầm hoặc phòng không điều hòa: Δt =0,5( tN – tT), nghĩa là tầng hầm hoặc phòng không điều hòa có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình giữa bên ngoài và bên trong

− Sàn giữa 2 phòng điều hòa Q23 = 0

2.2.5 Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q 31

Có hai loại đèn dùng để chiếu sáng là đèn dây tóc và đèn huỳnh quang

Đối với đèn dây tóc:

Đối với đèn huỳnh quang (đèn ống) phải nhân thêm hệ số 1,25 với công suất ghi trên đèn:

N – tổng công suất ghi trên bóng đèn

Nhiệt tỏa do chiếu sáng cũng gồm 2 thành phần: bức xạ và đối lưu Phần bức xạ cũng bị kết cấu bao che hấp thụ nên nhiệt tác động lên tải lạnh cũng nhỏ hơn trị số tính toán được:

Q – tổng nhiệt tỏa do chiếu sáng

nt – hệ số tác dụng tức thời của đèn chiếu sáng (xem bảng 4.8)

nđ – hệ số tác dụng đồng thời, chỉ dùng cho các tòa nhà và các công trình điều hòa không khí lớn, các công trình khác nđ = 1

− Đối với công sở: nđ = 0,7 ÷ 0,85

− Đối với nhà cao tầng, khách sạn: nđ = 0,3 ÷ 0,5

− Đối với cửa hàng bách hóa: nđ = 0,9 ÷ 1

2.2.6 Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q 32

Nhiệt hiện tỏa ra do máy và các dụng cụ dùng điện như tivi, radio, máy tính, máy sấy tóc, bàn là … trong gia đình hoặc văn phòng là các loại không dùng động cơ điện có thể tính như nguồn nhiệt của đèn chiếu sáng:

Ni – công suất ghi trên dụng cụ, W

Nhiệt tỏa ra do máy móc dùng động cơ điện như quạt gió trong hệ thống ống gió hoặc trong các phân xưởng sản xuất như máy dệt, máy kéo sợi, máy in, máy cuốn thuốc lá, máy chế biến chè… sẽ được chia ra 3 trường hợp để tính toán như sau:

Động cơ điện và máy móc nằm trong không gian điều hòa với công suất định mức N, và hiệu suất động cơ η đầy tải, thì toàn bộ điện năng cung cấp cho động cơ đều biến thành nhiệt nên:

2.2.7 Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q 4

Nhiệt hiện do người tỏa vào phòng chủ yếu bằng đối lưu và bức xạ, được xác định theo biểu thức:

n – số người ở trong phòng điều hòa (bảng 4.17)

qh – nhiệt hiện tỏa ra từ một người, W/người (bảng 4.18)

Ngoài ra trường hợp quá đông đúc như vũ trường, hội trường, rạp hát, rạp chiếu bóng, …phải nhân thêm hệ số tác động tức thời nt (bảng 4.8)

Đối với các tòa nhà lớn cần nhân thêm hệ số tác dụng không đồng thời nđ:

n – số người trong phòng điều hòa

qâ – nhiệt ẩn tỏa ra từ một người, W/người (bảng 4.18)

2.2.8 Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào Q hN và Q âN

Phòng điều hòa luôn phải được cung cấp một lượng gió tươi để đảm bảo đủ oxy cần thiết cho người ở trong phòng Do gió tươi có trạng thái ngoài trời N với enthalpy

IN, nhiệt độ tN và ẩm dung dN lớn hơn không khí trong nhà, nên khi đưa vào phòng , gió tươi sẽ tỏa ra một lượng nhiệt hiện QhN và nhiệt ẩn QâN, được tính bởi biểu thức sau:

QhN = 1,2.n.l.(tN – tT) , W (2.26) QâN = 3,0.n.l.(dN – dT) , W (2.27)

dN, dT - ẩm dung của gió ở trạng thái ngoài trời và trong phòng

n – số người trong phòng điều hòa

l – lượng không khí tươi cần cho một người trong 1 giây, L/s ( bảng 4.19)

2.2.9 Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt Q 5h và Q 5â

Không gian điều hòa được làm kín để chủ động kiểm soát được lượng gió tươi

cấp vào nhằm tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn có hiện tượng rò lọt không khí qua khe

cửa sổ, cửa ra vào và khi mở cửa cho người ra vào Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt được

xác định theo biểu thức:

Q5h = 0,39.ξ.V.(tN – tT) , W (2.28) Q5â = 0,84.ξ.V.(dN – dT) , W (2.29)

V – thể tích phòng, m3

ξ – hệ số kinh nghiệm, xác định theo bảng 4.20

2.2.10 Các nguồn nhiệt khác Q 6

Ngoài các nhiệt đã nêu ở trên, còn có các nguồn nhiệt khác ảnh hưởng tới phụ

tải lạnh: hàng hóa bán thành phẩm; nhiệt tỏa ra từ quạt và các đường ống gió…Ở đây,

chúng tôi chỉ tính nhiệt do quạt và tổn thất do độ chênh lệch nhiệt độ của đường ống

gió

2.2.10.1 Lượng nhiệt không khí hấp thụ khi đi qua quạt

Khi đi qua quạt, không khí bị nóng lên do hấp thụ lượng nhiệt tỏa ra từ quạt

Lượng nhiệt này chính là một phần năng lượng điện cung cấp cho quạt biến đổi thành

Độ tăng nhiệt độ Δt của dòng không khí được xác định gần đúng theo biểu thức:

K H

H – cột áp của quạt gió, mm H2O

η – hiệu suất của quạt

2.2.10.2 Nhiệt tổn thất qua ống gió

Ống gió được cách nhiệt và cách ẩm, tuy nhiên có sự chênh lệch nhiệt độ giữa

bên trong và bên ngoài ống nên phải có tổn thất nhiệt Lượng nhiệt tổn thất Q được

tính theo biểu thức:

k – hệ số truyền nhiệt, W/m2K, được tính theo biểu thức:

∑ ++

=

i

k

αλ

δα

11

1

αN – hệ số tỏa nhiệt phía ngoài ống, αN = 10 W/m2K

αT – hệ số tỏa nhiệt phía trong ống, phụ thuộc vào tốc độ chuyển động không khí, chọn αT = 32 ÷ 45 W/m2K

δi, λi – bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu kết cấu ống gió, chủ yếu là lớp cách nhiệt, có thể bỏ qua các lớp khác như tôn, kẽm, cách âm …

F – diện tích trao đổi nhiệt, m2

Khi ống gió đặt trong không gian điều hòa thì không phải tính toán lượng nhiệt này vì tN và tT được coi là bằng nhau

2.2.11 Xác định phụ tải lạnh

Phụ tải lạnh chính là tổng các phụ tải lạnh thành phần đã tính ở trên:

Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + QN

2.3 Tính toán và thành lập sơ đồ điều hòa không khí (Chương 3 [8])

Hình 3 – Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp và các hệ số

Điểm gốc và hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible Heat Factor)

Ẩm đồ lấy điểm G (240C; 50%) làm điểm gốc cho các tia quá trình Thang chia

hệ số nhiệt hiện (SHF) đặt ở bên phải ẩm đồ

Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (Room Sensible Heat Factor)

Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF là tỉ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng nhiệt

hiện và ẩn của phòng chưa tính tới thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi, gió

lọt QhN và QâN đem vào không gian điều hòa, được tính theo biểu thức:

âf hf

hf

Q Q

Q RSHF

+

Qhf – tổng nhiệt hiện của phòng (không có nhiệt hiện của gió tươi), W

Qâf – tổng nhiệt ẩn của phòng (không có nhiệt ẩn của gió tươi), W

Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (Grand Sensible Heat Factor)

t

h âN âf hN

hf

hN hf â

h

h

Q

Q Q

Q Q

Q

Q Q Q

Q

Q

+++

+

=+

=

)

()

Qt – tổng nhiệt thừa dùng để tính năng suất lạnh Q0 = Qt, W

Hệ số nhiệt hiện tổng chính là độ nghiêng của tia quá trình từ điểm hòa trộn đến

điểm thổi vào Đây chính là quá trình làm lạnh và khử ẩm của không khí trong dàn

lạnh sau khi hòa trộn gió tươi và gió tái tuần hoàn

Hệ số đi vòng BF (Bypass factor):

Hệ số đi vòng BF là tỉ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không

trao đổi nhiệt ẩm với dàn với tổng lượng không khí thổi qua dàn, được tính theo biểu

thức sau:

G

G G G

G

O H

G – tổng lưu lượng không khí đi qua dàn, kg/s

Hệ số đi vòng BF phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó quan trọng nhất là bề

mặt trao đổi nhiệt của dàn, cách sắp xếp bố trí bề mặt trao đổi nhiệt ẩm, số hàng ống,

tốc độ không khí Bảng 4.22 giới thiệu giá trị hệ số đi vòng của một số loại dàn lạnh

ứng dụng trong các trường hợp khác nhau

Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (Effective Sensible Heat Factor)

Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF tỷ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng của phòng và

nhiệt tổng hiệu dụng của phòng:

ef

hef âef

hef

hef

Q

Q Q

Qâef = Qâf + BF.QâN (2.38)

BF – hệ số đi vòng (Bypass Factor)

QhN – nhiệt hiện do gió tươi mang vào, W

QâN – nhiệt ẩn do gió tươi mang vào, W

Nhiệt độ đọng sương của thiết bị

Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi ta tiếp tục làm lạnh hỗn hợp

không khí tái tuần hoàn và không khí tươi (có trạng thái hòa trộn H) qua điểm V theo

đường GSHF thì không khí đạt trạng thái bão hòa φ = 100% tại điểm S Điểm S chính

là điểm đọng sương và nhiệt độ tS là nhiệt độ đọng sương của thiết bị

Nhiệt độ không khí sau dàn lạnh t0 = tV được xác định bởi biểu thức:

t0 = tS + BF(tH – tS) (2.39) Nhiệt độ điểm hòa trộn tH có thể được xác định bởi biểu thức:

G

t G t G

t N N T T H

+

tN, tT – nhiệt độ ngoài nhà và trong nhà, 0C

GN, GT, G – lưu lượng không khí tươi, không khí tái tuần hoàn và tổng:

G = GN + GT, kg/s

 Các bước tính toán sơ đồ tuần hoàn một cấp

− Xác định toàn bộ nhiệt thừa hiện và ẩn của không gian điều hòa Q1h, Q2h,

Q3h, Q4h, Q4â, Q5h, Q5â, Q6h, Q6â và QhN, QâN do gió tươi mang vào

− Xác định tổng nhiệt hiện Qh bằng tổng 7 thành phần nhiệt hiện nêu trên

− Xác định tổng nhiệt ẩn Qâ bằng tổng 4 thành phần nhiệt ẩn nêu trên

− Xác định Q0 bằng tổng 11 thành phần nhiệt hiện và ẩn nêu trên

− Kiểm tra nhiệt độ phòng và nhiệt độ thổi vào: ΔtVT = tT – tV

Nếu đạt tiêu chuẩn vệ sinh ΔtTV ≤ 10 K thì tính lưu lượng gió Nếu không đạt yêu cầu vệ sinh (ΔtVT > 10 K) cần thiết phải sử dụng các biện pháp khác để giảm hiệu nhiệt độ thổi vào (như dùng sơ đồ tuần hoàn 2 cấp hoặc sưởi bổ sung) vì nhiệt độ thổi vào quá thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Nếu thỏa mãn yêu cầu hiệu nhiệt độ thổi vào, tiến hành tính toán lưu lượng không khí qua dàn lạnh bằng biểu thức:

)1).(

.(

2,

Q L

S T

hef

−

−

L – lưu lượng không khí, L/s

Qhef – nhiệt hiện hiệu dụng của phòng, W

tT, tS – nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ đọng sương, 0C

BF – hệ số đi vòng

Lưu lượng không khí L cần thiết để dập nhiệt thừa hiện và ẩn của phòng điều hòa cũng chính là lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh (hoặc AHU) sau khi được hòa trộn

2.4 Tính toán và chọn thiết bị hệ thống (Chương 5 [8])

2.4.1 Chu trình nhiệt hệ thống

Trong các hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng tác nhân lạnh R22 người ta thường chọn van tiết lưu nhiệt để khống chế lưu lượng tác nhân lạnh vào thiết bị bay hơi sao cho phù hợp với phụ tải thời điểm đĩ, đồng thời cũng bảo vệ được máy nén

Bình ngưng

Bình bay hơi

Van tiết lưu Máy nén

1' 2 3

4

1

Hình 4 – Chu trình máy lạnh 1 cấp

1' 4

1 logp

i Hình 5 – Đồ thị logp-i của chu trình máy lạnh một cấp

Hơi R22 sau khi qua khỏi bình bay hơi ở trạng thái 1 được quá nhiệt lên 50C ở trạng thái 1’ được hút vào máy nén, sau đĩ R22 ra khỏi máy nén lên trạng thái 2 rồi vào bình ngưng Tại đây, hơi R22 ngưng tụ lại ở trạng thái 3 rồi qua van tiết lưu ở trạng thái 4 Cuối cùng, R22 vào bình hơi rồi thực hiện chu trình mới

2.4.2 Phương pháp xác định nhiệt độ sơi, nhiệt độ ngưng tụ

Nhiệt độ sơi của tác nhân lạnh t0 trong máy điều hịa nhiệt độ được chọn từ 2 ÷

100C Ta chọn nhiệt độ sơi trong máy điều hịa phải lớn hơn 00C để tránh hiện tượng nước lạnh đĩng băng trong ống gây vỡ ống (hệ thống sản xuất nước lạnh – Water

Chiller); nước ngưng tụ đóng băng bên ngoài dàn ống làm tắt đường chuyển động của

không khí qua dàn (hệ thống trực tiếp làm lạnh không khí)

Nhiệt độ ngưng tụ tN của tác nhân lạnh phụ thuộc vào chất làm mát

Dùng không khí làm mát dàn ngưng:

C t

tk – nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng

Dùng nước làm mát bình ngưng:

C t

Tác nhân lạnh (còn gọi là môi chất lạnh, gas lạnh) là chất môi giới sử dụng

trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thụ nhiệt của môi trường cần làm lạnh

và thải nhiệt ra môi trường ngoài

2.5.1 Yêu cầu đối với tác nhân lạnh [9]

Do những đặc điểm của chu trình lạnh, hệ thống thiết bị và điều kiện vận hành

tác nhân lạnh cần có những đặc tính sau:

2.5.1.1 Hóa học

− Phải bên vững trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được

phân hủy, không được polyme hóa

− Phả trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầu

bôi trơn, oxy trong không khí, hơi ẩm và tạp chất có trong máy lạnh

2.5.1.2 Tính an toàn cháy nổ

− Phải an toàn, không dễ cháy và dễ nổ

2.5.1.3 Tính chất vật lí

− Áp suất ngưng tụ không được quá cao (<15÷20 bar)

− Nhiệt độ cuối tầm nén phải thấp

− Áp suất bay hơi không quá thấp (>1 bar)

− Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều

− Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn, máy càng gọn nhẹ

− Độ nhớt càng nhỏ, tổn thất áp suất trên đường ống càng nhỏ

− Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt

− Dầu bôi trơn càng hòa tan nhiều tác nhân càng dễ bôi trơn

− Càng hòa tan nước nhiều càng đỡ tách ẩm van tiết lưu

− Không dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín

2.5.1.4 Tính chất nhiệt động

− Phải có hiệu suất năng lượng cao trong chu trình lạnh

2.5.1.5 Tính chất sinh lí

− Không được độc hại đối với con người và cơ thể sống

− Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản

− Cần có mùi đặc biệt để dễ phát hiện rò rỉ Nếu không có mùi có thể pha thêm chất có mùi nếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình lạnh

2.5.1.6 Tính kinh tế

− Cần rẻ tiền, dễ kiếm

− Sản xuất, vận chuyển bảo quản dễ dàng

2.5.2 Tác nhân lạnh và môi trường [5]

2.5.2.1 Tổng quát

Máy nén hơi đã và đang được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực Đặc biệt trong kỹ thuật điều hòa không khí, là thành phần chủ yếu và giữ vai trò quan trọng trong việc thực hiện các nhiệm vụ của hệ thống Bên cạnh những ưu điểm đã được nhiều người nhìn nhận, người ta càng ngày càng thấy rõ hơn một số nhược điểm của máy lạnh có máy nén hơi Một trong những nhược điểm đó là ảnh hưởng xấu của tác

nhân lạnh đối với môi trường như: hủy hoại tầng Ozon và làm gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển (hiệu ứng nhà kính)

Trước những tác hại đó các nhà khoa học và sản xuất thấy cần thiết phải nghiêng cứu mạnh mẽ hơn về tác nhân lạnh để có thể loại trừ càng nhiều càng tốt những yếu tố gây hại môi trường Không những thế, về mặt pháp lí, đã có những văn bản quy định một cách chặt chẽ các biện pháp nhằm loại trừ dần các tác nhân lạnh có

độ nguy hại cao Xuất phát từ tình hình đó, việc hiểu biết những vấn đề có liên quan đến tác nhân lạnh xét dưới góc độ môi trường là vấn đề hết sức cần thiết

2.5.2.2 Tầng Ozon và hiện tượng suy giảm tầng ozon

Ozon (O3) là một chất khí thành phần của bầu khí quyển, có mùi hơi không dễ chịu và ở một độ dày nhất định nào đó thì có thể có màu xanh rất nhạt Trong điều kiện

tự nhiên, luôn diễn ra quá trình hình thành và phân hủy tầng ozon Ở điều kiện cân bằng sinh thái, trong bầu khí quyển luôn tồn tại một lượng ozon nào đó Chính nhờ lượng ozon này các tia bức xạ độc hại đã bị loại bớt, làm cho các tia bức xạ mặt trời đến bề mặt Trái Đất trở nên trong lành hơn, có ích hơn cho sự phát triển của sinh vật nói chung và của con người nói riêng

Thành phần ozon chủ yếu thường tập trung trong bầu khí quyển ở độ cao khoảng từ hơn 10 km đến 60 km Đặc biệt, trong vùng có độ cao từ 19km đến 25km thì mật độ ozon trở nên dày đặc Ở vùng này, nguyên nhân hình thành cơ bản là do tác động của các tia bức xạ mặt trời đến các phân tử oxy Trong bầu khí quyển, các nguyên tử oxy có khả năng kết hợp với các phân tử oxy để tạo thành ozon Đặc điểm của ozon là kém bền vững do đó lại bị phân hủy

Sự gia tăng các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người, trong bầu khí quyển dần dần xuất hiện một số khí lạ có chứa clo, hydro, nitro (CFC, NOx, CH4…) Các thành phần này khi trở thành các nguyên tử tự do lại có khả năng kết hợp với các nguyên tử oxy tự do, làm giảm lượng ozon hình thành Chính điều này, sự cân bằng giữa lượng ozon hình thành và phân hủy mất đi, làm lượng ozon tồn tại trong bầu khí quyển có xu hướng càng ngày càng giảm bớt Người ta gọi đó là hiện tượng suy giảm tầng Ozon và dùng chỉ số ODP (Ozone Depletion Potential) để đánh giả khả năng phá hủy tầng Ozon của một chất nào đó

2.5.2.3 Hiệu ứng nhà kính và hiện tượng gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển

Theo cách hiểu thông thường, hiệu ứng nhà kính được xem như bẫy nhiệt Nhiệt lượng có thể được cho đi vào dễ dàng nhưng khi đi ra thì bị ngăn chặn đáng kể Đặc điểm chung của các vật liệu trong suốt là có khả năng ngăn cản sự xuyên qua của các tia bức xạ sóng dài, nhưng lại cho các tia bức xạ sóng ngắn đi qua dễ dàng Ở trái đất, một số chất khí có trong bầu khí quyển giữ vai trò tương tự như tấm trong suốt đã nói trên Chính do hiện tượng này, các tia bức xạ từ mặt trời đi đến Trái Đất được cho

đi qua dễ dàng Trong khi đó, các tia bức xạ phát ra từ bề mặt của Trái Đất hầu hết đều

bị lớp khí này ngăn chặn Nhờ hiệu ứng nhà kính mà Trái Đất có khí hậu ấm áp, phù hợp với sự phát triển của sinh vật Các chất khí gây ra hiệu ứng nhà kính bao gồm CO2

và một số khí lạ khác không có sẵn trong thiên nhiên, ví dụ như các tác nhân lạnh sử dụng trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí Như vậy, ở điều kiện cân bằng sinh thái, hiệu ứng nhà kính cũng là hiện tượng có lợi Tuy nhiên, do sự phát triển của các hoạt động sản xuất và sinh hoạt, con người ngày càng thải vào bầu trời nhiều CO2

và các khí lạ khác Chính điều này làm mất đi sự cân bằng sinh thái, làm gia tăng nhiều hơn hiệu quả của hiệu ứng nhà kính, và do đó gây ra hiện tượng nóng dần của bầu khí quyển Người ta dùng hệ số GWP (Global Warming Potential) để đánh giá khả năng của một chất nào đó tham gia vào việc gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển

2.5.3 Tác nhân lạnh

Một cách tổng quát, có thể chia các loại tác nhân lạnh đã và đang được sử dụng trong các máy nén lạnh có máy nén hơi ra thành hai loại cơ bản sau:

− Tác nhân lạnh được sản xuất bằng các biện pháp tổng hợp hóa học

− Tác nhân lạnh có nguồn gốc thiên nhiên

Nói chung, các tác nhân lạnh có nguồn gốc thiên nhiên không trực tiếp tham gia vào việc phá hủy tầng Ozon và không gây ảnh hưởng đáng kể đến hiện tượng nóng dần của bầu khí quyển Dưới góc độ môi trường, cần lưu ý đến các tác nhân lạnh được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học Chúng được chia thành một số nhóm dựa trên chủng loại các nguyên tố hóa học tạo nên các chất đó

2.5.3.1 Tác nhân lạnh CFC

Về mặt hóa học, CFC (Chlorofluorocarbons) là những chất được sản xuất từ các hydro-carbon Trong trường hợp này, tất cả các nguyên tử hydro trong hydrocarbon đều được thay thế bằng clo hoặc flo Do có chứa clo cho nên chỉ số ODP của các chất CFC rất cao, khoảng từ 0,6 đến 1 Bên cạnh đó chất này còn tham gia làm tăng hiệu ứng nhà kính, CFC chỉ chiếm khoảng 0,0000001% thể tích của bầu khí quyển nhưng chiếm 21% so với hậu quả của tất cả các chất khí có thể gây ra hiệu ứng nhà kính Hội nghị Montréal năm 1987 đã quyết định chấm dứt việc tiêu thụ các chất CFC vào ngày 01/01/2010

2.5.3.2 Tác nhân lạnh loại HCFC

Tác nhân lạnh HCFC (Hydrochlorofluorocarbons) chỉ có một số nguyên tử hydro trong hydrocarbon được thay thế nguyên tử clo hoặc flo Do đó mức độ hủy hoại tầng ozon của các chất HCFC thấp hơn nhiều so với CFC Khi xem xét khả năng làm tăng hiệu ứng nhà kính, cũng dễ dàng nhận ra rằng các chất HCFC không ảnh hưởng nhiều đến việc làm nóng bầu khí quyển như CFC Mặc dù vậy, các thỏa thuận quốc tế vẫn quy định một số giới hạn về thời gian cho việc sản xuất và sử dụng các chất HCFC Theo Clean Air Act Amendment, việc sản xuất HCFC-22 phải chấm dứt hoàn toàn vào năm 2020

2.5.3.3 Tác nhân lạnh HFC

Các chất HFC (Hydrofluorocarbons) chỉ chứa các nguyên tử hydro, flo và carbon Do không chứa clo cho nên chỉ số ODP của các chất HFC bằng không, có nghĩa chất này không tham gia phá hủy tầng Ozon Theo đánh giá của các chuyên gia, các chất HFC sẽ được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí

để thay thế cho các chất bị cấm sử dụng Tuy nhiên, do các chất HFC vẫn tham gia ở một mức nào đó vào việc gia tăng nhiệt độ của bầu khí quyển, nên một số nhà nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng các tác nhân lạnh loại thiên nhiên thay thế cho HFC

Dưới dây là hai đồ thị so sánh một số đặc điểm của tác nhân lạnh:

Hình 6 – ODP và GWP của một số tác nhân lạnh

Hình 7 – Hiệu suất và thời gian tồn tại của một số tác nhân lạnh

Ngoài ba loại cơ bản trên, người ta còn sử dụng tác nhân lạnh loại hòa trộn và tác nhân lạnh loại Halon Tất cả đều có những ưu nhược điểm riêng nhưng vẫn chưa

có tác nhân lạnh nào được xem là hoàn hảo

2.6 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống gió tươi (Chương 7 [8])

2.6.1 Khái niệm

Khi thiết kế, những người nắm được quy luật thông gió và điều hòa không khí

tự nhiên sẽ xây dựng được một công trình đáp ứng tiện nghi về mọi mặt, nếu như không nắm được quy luật đó sẽ phải trả giá cao cho những bất hợp lí của công trình Ngoài ra, đối với hệ thống điều hòa không khí nhân tạo, cần nắm kỹ thuật phân phối gió, luân chuyển không khí trong phòng, cần kết hợp tốt thông gió cưỡng bức và tự nhiên để có thể đạt hiệu quả cao nhất cho hệ thống

Ta biết rằng, hệ thống điều hòa không khí là sự kết hợp của nhiều khâu khác nhau như: thông gió, xử lý không khí (làm lạnh, sưởi ấm, hút ẩm, gia nhiệt, làm sạch …) ở các thiết bị chuyên dùng sau đó không khí được quạt vận chuyển qua đường ống gió, phân phối vào không gian điều hòa qua miệng thổi, miệng khuếch tán rồi quay về ống gió hồi trở lại buồng xử lý không khí Nếu tất cả các khâu khác làm tốt, riêng khâu vận chuyển và phân phối gió, hồi gió làm không tốt thì toàn bộ hệ thống điều hòa sẽ không hiệu quả

Khi thiết kế hệ thống thông gió hoặc tổ chức trao đổi nhiệt ẩm trong phòng, người ta còn phải nghiên cứu cụ thể các yêu cầu cho từng vị trí phát nhiệt, phát ẩm để

có giải pháp đúng đắn, tiết kiệm năng lượng

2.6.2 Các thiết bị của hệ thống

2.6.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt AHU và FCU

Trong hệ thống điều hòa không khí gián tiếp, đầu tiên máy lạnh (Water chiller) làm lạnh nước trong bình bốc hơi, sau đó nước lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt AHU và FCU làm lạnh không khí

Cấu tạo và quá trình truyền nhiệt từ không khí tới nước lạnh của AHU hay FCU

là giống nhau AHU, FCU là thiết bị gồm các dàn ống có cánh ở bên ngoài (các ống có thể đặt thẳng đứng hoặc nằm ngang), nước lạnh chảy trong ống, không khí nhờ quạt

(thường là li tâm) thổi ngang qua dàn ống Ở đây không khí tỏa nhiệt cho nước lạnh và nhiệt độ không khí giảm xuống

Sự khác nhau giữa AHU và FCU là việc sử dụng: AHU được sử dụng làm lạnh không khí sau quá trình hòa trộn giữa không khí tươi từ ngoài trời và không khí tái tuần hoàn rồi mới thổi vào phòng cần điều hòa (các phòng đông người như phòng ăn, phòng hợp…) Còn FCU làm lạnh không khí ngay trong phòng, bình thường ở đây không đưa không khí tươi từ ngoài phòng vào nên FCU sử dụng cho phòng có ít người như phòng ngủ, phòng làm việc…

2.6.2.2 Chớp gió

Chớp gió (louvre) là cửa lấy gió tươi từ ngoài hoặc thải gió xả ra ngoài trời Chớp gió thường có các cánh chớp nằm ngang có độ nghiêng phù hợp tránh mưa hắt vào ảnh hưởng đến đường ống gió và có lưới bảo vệ chuột bọ hoặc chim chóc lọt vào đường ống gió từ bên ngoài Cánh chớp thường là loại cố định không điều chỉnh được

Do phải chịu mưa gió ngoài trời nên cánh chớp thường làm bằng vật liệu chịu được ảnh hưởng của thời tiết

2.6.2.3 Phin lọc gió

Phin lọc gió (air filter) còn gọi là phin lọc bụi hoặc bộ lọc bụi sử dụng để lọc bụi cho hệ thống điều hòa không khí, trong các hệ thống điều hòa trung tâm thường dùng loại túi vải Với các yêu cầu cao hơn có thể sử dụng bộ lọc tĩnh điện, bộ lọc tưới tẩm đầu

2.6.2.4 Van gió

Van gió (damper) dùng điều chỉnh lưu lượng gió kể cả đóng mở đường ống gió Van gió có nhiều loại khác nhau Theo hình dáng có loại vuông, chữ nhật, tròn Theo cách vận hành có loại điều chỉnh bằng tay, bằng động cơ điện, thủy lực, khí nén Theo

số lượng lá có thể là loại một lá, hai lá hoặc nhiều lá

2.6.2.5 Van chặn lửa

Van chặn lửa là thiết bị có cấu tạo gần giống như một van gió nhưng có khả năng tự động đóng chặt đường ống gió vào và ra, cô lập phòng có hỏa hoạn ra khỏi hệ thống gió để có thể tránh lây lan hỏa hoạn

2.6.2.7 Hộp điều chỉnh lưu lượng

Hộp điều chỉnh lưu lượng (VAV – assembly) đôi khi còn gọi là hộp gió cuối (air – terminal boxes) thường được lắp trước các miệng thổi khuếch tán để điều chỉnh lưu lượng gió vào phòng trong các hệ thống có điều chỉnh lưu lượng gió

2.6.2.8 Hộp tiêu âm

Hộp tiêu âm (attenuator) lắp trên đường ống gió dùng giảm âm cho luồng gió thải vào phòng Hộp gồm các khung và các tấm tiêu âm làm bằng vật liệu hấp thụ âm thanh đặt song song theo hướng chuyển động của không khí

2.6.2.9 Miệng thổi, miệng hút

Miệng thổi là thiết bị cuối cùng trên đường ống gió có nhiệm vụ cung cấp và khuếch tán gió vào phòng, phân phối đều không khí điều hòa trong phòng, sau đó không khí được đưa qua miệng hút tái tuần hoàn về thiết bị xử lý không khí

Miệng thổi và miệng hút cũng được phân ra nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào hình dáng, vị trí lắp đặt, công dụng, vận tốc không khí …

− Miệng thổi gắn trần

− Ghi gió gắn tường

− Mũi phun

− Miệng gió sàn và cầu thang

− Miệng thổi khe

− Miệng thổi xoáy

Hình 8 – Các thiết bị lắp trên đường ống gió

2.6.3 Phương pháp thiết kế đường ống gió

Yêu cầu chung để thiết kế đường ống gió là đường ống phải đơn giản nhất và nên đối xứng Các miệng gió thổi cần bố trí sao cho đạt được sự phân bố không khí đồng đều Hệ thống đường ống phải tránh được các kết cấu xây dựng, kiến trúc và các thiết bị

Có thể thiết kế đường ống áp suất dựa theo 3 phương pháp chủ yếu sau:

− Phương pháp giảm dần tốc độ (velocity reduction)

− Phương pháp ma sát đồng đều (equal friction)

− Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh (static regain)…

Ngoài 3 phương pháp nói trên, nên lưu ý các phương pháp dưới đây để tham khảo khi cần thiết:

− Phương pháp T (T – method)

− Phương tốc độ không đổi (constant velocity)

− Phương pháp áp suất tổng (total pressure)

Mỗi phương pháp tính cho ra một kết quả khác nhau về kích thước đường ống, giá thành tổng thể, quạt gió, không gian lắp đặt, độ ồn và toàn bộ các phụ kiện như Tê,