Nghiên cứu ứng dụng chất hút ẩm rắn để xử lý không khí phục vụ bảo quản khí tài quân sự trong thể tích lớn

ƒ Rất bị động do gặp trở ngại tại Hà nội mùa đông nhiệt độ xuống thấp hơn 5-100C, nước bị đóng băng tại giàn lạnh giảm rất nhanh hiệu quả làm lạnh ƒ Độ tin cậy kém, chu trình vận hành và

MỤC LỤC Trang

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU -5

1.1 Yêu cầu thực tiễn cần thiết của đề tài -5

1.1.1 Sử dụng chất hút ẩm rắn dạng hạt đóng gói bỏ vào kho bảo quản -6

1.1.2 Sử dụng máy hút ẩm hoạt động theo nguyên tắc làm lạnh -7

1.1.3 Phương pháp dùng máy hút ẩm rô to vật liệu hút ẩm rắn -9

1.2 Nội dung nghiên cứu - 13

1.3 Phương pháp nghiên cứu - 14

1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài - 14

CHƯƠNG II ĐẶC TÍNH VÀ CÁC QUÁ TRÌNH KHÔNG KHÍ ẨM – ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ĐỐI VỚI CÔNG NGHIỆP QUỐC PHÒNG - 16

2.1 Đặc tính không khí ẩm và biểu đồ không khí ẩm - 16

2.1.1 Thành phần của không khí ẩm - 16

2.2 Các quá trình điển hình của điều hòa không khí - 29

2.2.1 Quá trình sưởi ấm và làm lạnh không khí - 29

2.2.2 Quá trình thu nhiệt và tăng ẩm - 30

2.2.3 Quá trình làm mát và tách ẩm - 33

2.2.4 Quá trình làm lạnh bay hơi - 34

2.2.5 Quá trình hút ẩm bằng hóa chất (chemical dehydration) - 35

2.2.6 Quá trình hòa trộn đoạn nhiệt của hai dòng không khí ẩm - 35

2.3 Đặc điểm khí hậu Hà Nội - 36

2.4 Ảnh hưởng của độ ẩm đối với các trang thiết bị quốc phòng - 38

2.4.1 Rỉ sét các chi tiết bằng kim loại - 38

2.4.2 Ảnh hưởng của độ ẩm lên đạn dược - 40

2.4.3 Kết luận - 40

2.4.4 Các giá trị độ ẩm cần duy trì trong quá trình bảo quản - 40

2.5 Các sơ đồ ứng dụng rôto hút ẩm bảo quản khí tài trong quân đội - 41

2.5.1 Sơ đồ hệ thống hở - 41

2.5.2 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn: - 42

2.5.3 Sơ đồ hệ thống bán tuần hoàn - 42

2.6 Một số đối tượng bảo quản tiêu biểu trong quân đội và việc lựa chọn hệ thống bảo quản thích hợp - 43

CHƯƠNG III - 46

LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT HÚT ẨM RẮN DÙNG TRONG RÔTO TỔ ONG - 46

3.1 Các thông số thiết kế cơ bản máy hút ẩm rôto trong các hệ thống làm lạnh desiccant và hệ thống làm khô không khí - 46

3.1.1 Tóm lược - 46

3.1.2 Giới thiệu chung - 46

3.1.3 Mô hình máy roto hút ẩm thí nghiệm - 47

3.1.4 Phương pháp ε-NTU cho roto hút ẩm - 54

3.1.5 Rôto hút ẩm lý tưởng - 55

3.1.6 Thiết kế các thông số hoạt động tối ưu cho máy hút ẩm desiccant - 55

3.1.7 Phân tích các biến đổi nhạy cảm của máy hút ẩm - 60

3.1.8 So sánh với kết quả thực tế - 64

3.1.9 Những phương án kiểm soát hoạt động hệ thống desiccant - 66

3.1.10 Kết luận - 67

3.2 Một số thực nghiệm mới nhất đánh giá các tác động ảnh hưởng đến hoạt động của rôto hút ẩm - 68

3.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ không khí xử lý - 69

3.2.2 Ảnh hưởng của độ chứa hơi không khí vào - 70

3.2.1 Aûnh hưởng của nhiệt độ không khí hoàn nguyên - 70

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí xử lý ra khỏi rôto - 71

3.2.3 Quan hệ giữa nhiệt độ không khí xử lý ra khỏi rôto và độ chứa hơi không khí đầu vào - 71

3.2.4 Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ không khí hoàn nguyên đối với nhiệt độ không khí ra khỏi rôto - 72

3.2.5 Ảnh hưởng của tốc độ quay rôto - 72

3.3 Giới thiệu rôto tổ ong Munters với một số chất hút ẩm rắn điển hình: - 73

3.3.1 Các đặc tính thấm hút bề mặt - 74

3.3.2 Khả năng khử ẩm - 76

3.3.3 Dung lượng hút ẩm (sorption capacity) - 78

3.3.4 Các đặc tính thấm hút các chất hữu cơ - 78

3.3.5 Các đặc tính vật lý & sinh học - 79

3.3.6 Sức bền hóa học - 80

3.3.7 Sự tạo bụi trong rôto - 81

3.3.8 Sức bền cơ học: - 81

3.3.9 An toàn cháy nổ - 82

3.3.10 Cấu trúc phân tử chất hút ẩm rắn - 82

3.4 Giới thiệu rôto desiccant DRI, các sơ đồ hệ thống và chế độ hoàn nguyên 83

3.4.1 Chất hút ẩm desiccants dùng trong rôto DRI - 83

3.4.2 Sự hấp phụ nước (adsorption) - 83

3.4.3 Giới thiệu Rôto hút ẩm Eco-Dry - 84

3.4.4 Các cơ chế hoàn nguyên - 87

3.4.5 Các biểu đồ làm việc của rôto DRI - 90

CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN LÀM KHÔ KHÔNG KHÍ BẢO QUẢN KHÍ TÀI QUÂN SỰ TRONG THỂ TÍCH LỚN - 92

4.1 Thiết kế cấu trúc kho bảo quản thể tích lớn - 92

4.2 Đánh giá và lựa chọn sơ đồ bảo quản - 94

4.3 Tính tóan tải ẩm cho kho tàng trữ ngầm 9000m3 - 95

4.3.1 Tính áp suất bão hoà của hơi nước, độ chứa hơi theo nhiệt độ và %RH- 95 4.3.2 Tính toán các tải ẩm khác nhau cho kho bảo quản - 95

4.4 Nhận xét định lượng ảnh hưởng của kết cấu kho đến tải ẩm tính toán thông qua các hệ số tính toán tải ẩm k -108

4.4.1 Ảnh hưởng của k1 - hệ số về độ kín không gian cần xử lý -108

4.4.2 Ảnh hưởng của k4 - hệ số đặc tính ngăn ẩm khuếch tán của kết cấu xây dựng -109

4.5 Tính toán cân bằng nhiệt của môi trường bên trong kho -109

4.6 Tính toán các phương án làm khô không khí kho bảo quản 9000m3 -113

4.6.1 Phương án 1 Máy lạnh hút ẩm làm lạnh HD – 100B -113

4.6.2 Phương án 2 Máy hút ẩm Munters MX hoàn nguyên bằng điện -114

4.6.3 Phương án 3 Rôto DRI chế tạo tại chỗ hoàn nguyên bằng gas LPG 115

4.6.4 Phương án 4: Rôto DRI hoàn nguyên bằng LPG gas có bộ thu hồi nhiệt

-120

4.7 Bảng tổng kết kết quả tính toán các phương án -124

4.8 Hệ thống phân phối không khí trong không gian bảo quản -125

4.9 Hệ thống điều khiển tự động -127

4.10 Thiết kế hệ thống chiếu sáng kho ( theo phương pháp hệ số sử dụng) -129

4.11 Xây dựng biểu đồ tỉ lệ năng suất hút ẩm trên kW công suất điện tiêu thụ của máy hút ẩm làm lạnh HD-100B và rôto hút ẩm desiccant 3:1 -130

4.12 Tính toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành các phương án -134

4.13 Nhận xét và kết luận -140

4.13.1 Ưu điểm của máy hút ẩm rôto desiccant so với máy hút ẩm làm lạnh 140 4.13.2 So sánh chỉ tiêu năng suất hút ẩm trên công suất tiêu thụ -141

4.13.3 So sánh đánh giá chỉ tiêu giá thành đầu tư -142

4.13.4 So sánh đánh giá chỉ tiêu chi phí vận hành hàng năm -143

4.13.5 Kết luận chung -143

CHƯƠNG V KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN -145

TÀI LIỆU THAM KHẢO -147

PHỤ LỤC 1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHI TIẾT RÔTO ECO-DRY -150

PHỤ LỤC 2 TÍNH TOÁN ĐÈN CHIẾU SÁNG -158

PHỤ LỤC 3 MÃ LỆNH CỦA GIAO DIỆN TÍNH TẢI ẨM -VISUAL BASIC-163 PHỤ LỤC 4 BẢN VẼ MẶT BẰNG BỐ TRÍ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG GIÓ, CÁC BẢNG THÔNG SỐ -202

PHỤ LỤC 5 HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN LOẠI RÔTO DESICCANT CỦA MUNTERS -206

LÝ LỊCH HỌC VIÊN -209

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1.1 Yêu cầu thực tiễn cần thiết của đề tài

Những tiến bộ kỹ thuật của nghành nhiệt lạnh và điều hòa không khí ngày nay đã và đang mang lại những hiệu quả kinh tế kỹ thuật lớn lao trong đời sống sinh hoạt và phục vụ lợi ích kinh tế xã hội Con người là đối tượng tiêu dùng chủ yếu của mọi nền kinh tế Đánh giá được điều đó, các nhà chế tạo, thiết kế không ngừng nghiên cứu chế tạo các hệ thống tiện nghi tinh vi hơn, phục vụ tốt hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và sạch hơn.Tuy nhiên, một lĩnh vực quan trọng ở Việt nam chúng ta, với đặc thù của nó, và do nhiều lý do bảo mật, chỉ phát triển trong phạm vi hạn hẹp các nghiên cứu có kinh phí hạn hẹp của quân đội và ít được chú

ý là các đề tài nghiên cứu cải thiện môi trường bảo quản vũ khí, khí tài, trang bị kỹ thuật quân sự trong quân đội ta, đặc biệt là bảo quản trong thể tích lớn

Quân đội Việt nam với trang bị tương đối hiện đại khá nhiều các khí tài cơ học và điện tử như máy bay chiến đấu, xe tăng, tên lửa, đạn dược, thuốc nổ, quân trang, quân dụng đặc biệt các khí tài chiến lược như máy bay, tên lửa, rađa, là các thiết

bị đắt tiền cần được bảo quản hợp lý để chống ăn mòn, đảm bảo hiệu suất khi làm việc và khả năng hoạt động bình thường của các vi mạch điện tử điều khiển Hầu hết vũ khí, khí tài, trang bị kỹ thuật của quân đội ta chủ yếu được nhập từ các nước Đông Âu chưa được nhiệt đới hóa trong khi độ ẩm ở nước ta rất cao, trung bình hơn 80% nên dễ ngưng tụ ẩm gây hư hỏng nhanh chóng Để giảm hoặc hạn chế tác hại của độ ẩm các nước trên thế giới cũng như ở nước ta đã ứng dụng các biện pháp giảm độ ẩm trong không gian bảo quản đến vùng tối ưu, thông thường là 40 ÷ 60%

Địa điểm bảo quản tàng trữ dự phòng nước ta được thiên nhiên ưu đãi có rất nhiều hang động đã từng hỗ trợ quân và dân ta trong hầu hết các cuộc chiến tranh giữ nước của lịch sử dân tộc.Việc xử lý ẩm các hang động có thể tích lớn đến cỡ hàng nghìn m3 biến các nơi này thành kho bảo quản đã và đang rất được chú ý nghiên cứu nhằm đạt được hiệu quả kinh tế quốc phòng, đảm bảo tính sẵn sàng chiến đấu của vũ khí, khí tài, trang bị kỹ thuật quân sự là nhu cầu cấp bách để giữ gìn chúng phòng tránh chiến tranh hiện đại, chiến tranh công nghệ cao

Các biện pháp xử lý không khí khô đang sử dụng trong quân đội Việt Nam hiện còn bị giới hạn về thể tích, phổ biến ở dạng túi, hòm nhỏ hơn 10m3, sử dụng các thiết bị nhập ngoại theo hai hướng giải pháp chính:

Sử dụng chất hút ẩm rắn silicagel dạng hạt bỏ vào hòm khí tài

Sử dụng máy hút ẩm nguyên tắc làm lạnh

Sau đây là phần giới thiệu tổng quát các phương án trên

1.1.1 Sử dụng chất hút ẩm rắn dạng hạt đóng gói bỏ vào kho bảo quản

Chất hút ẩm rắn (desiccant) dạng hạt là vật liệu có khả năng hút ẩm Khi tiếp xúc

không khí ẩm, desiccant có thể hấp thu lượng hơi ẩm bằng với 20-40% khối lượng khô của chúng Thực tế, desiccant có thể hút nhiều lên đến 6-

Hình 1.1 Khả năng hút ẩm bề mặt

của silicagel & zeolite dạng hạt

Hình 1.2 Khả năng hút ẩm bề mặt của chất hút ẩm rắn

Hình 1.3 Chất hút ẩm rắn dạng hạt

20% khối lượng khô của chúng khi độ ẩm là 10% RH, là phương pháp chủ yếu hiện đang sử dụng bảo quản vũ khí ở Việt nam

ƒ Độ ổn định độ ẩm khá thấp do sự biến động liên tục của nhiệt độ môi trường ngoài và môi trường trong kho

ƒ Silica gel dạng hạt được định kỳ mang ra sấy mỗi khi bão hòa, làm giảm chất lượng hút ẩm Silica gel hỏng được thay thế mà không có biện pháp kỹ thuật khả dĩ nào bổ trợ

ƒ Chất lượng bảo quản kém, chỉ phù hợp bảo quản trong không gian nhỏ

Trong những ngày mưa bão không sấy khô được silicagel thì việc bảo quản hầu như không thực hiện được

1.1.2 Sử dụng máy hút ẩm hoạt động theo nguyên tắc làm lạnh

a.Cấu tạo

Máy có cấu tạo giống hệt một máy điều hòa nhiệt độ thông thường gồm các bộ

phận chính như: dàn lạnh (dàn bay hơi), dàn nóng (dàn ngưng tụ), máy nén, bình ga, v.v…Tuy nhiên

ở máy hút ẩm dàn lạnh được bố trí ngay cạnh dàn nóng

Hình 1.4 Máy hút ẩm theo nguyên tắc làm lạnh

b Nguyên lý vận hành

Không khí ẩm trong phòng được hút qua dàn lạnh, do nhiệt độ giảm xuống, một phần hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ và rơi xuống bình chứa ở dưới, không khí sau đó sẽ tiếp tục đi qua dàn nóng được sấy lại và thổi vào phòng Dòng không khí khô này sẽ có khả năng hút một lượng ẩm nhất định trong phòng do đã ngưng bớt hơi nước ở dàn lạnh Máy sẽ hoạt động bình thường cho đến nhiệt

độ220C và 45% RH Để đạt đến điều kiện này, dàn lạnh phải được làm lạnh đến dưới 60C, khi đó tuyết có thể đóng băng trên thành giàn lạnh

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy hút ẩm dân dụng làm lạnh

Máy hoạt động theo nguyên lý này có ưu điểm lớn khi hoạt động ở vùng khu vực độ ẩm từ 40% trở lên và nhiệt độ khoảng 200C

ƒ Rất bị động do gặp trở ngại tại Hà nội mùa đông nhiệt độ xuống thấp hơn 5-100C, nước bị đóng băng tại giàn lạnh giảm rất nhanh hiệu quả làm lạnh

ƒ Độ tin cậy kém, chu trình vận hành và điều khiển cũng như bảo dưỡng khá phức tạp do phải xả tuyết dàn lạnh thường xuyên

ƒ Do máy được đặt trong không gian bảo quản nên choán chỗ, nước ngưng có thể đọng trong kho bảo quản

ƒ Phụ thuộc vào năng lượng điện mà không có thể dùng dạng năng lượng nào khác Do đó thường gặp sự cố nếu thường xuyên mất nguồn hay chất lượng nguồn điện kém

ƒ Tuổi thọ thấp do máy nén piston có nhiều chi tiết chuyển động

ƒ Do áp suất quạt gió kém, nếu đặt trực tiếp trong kho khả năng hút ẩm rất không đồng đều trong toàn kho

Để giảm bớt các nhược điểm của các phương pháp trên, những năm gần đây trên thế giới, quân đội các nước hiện đã sử dụng phổ biến một phương pháp xử lý không khí khô thứ ba là

Sử dụng máy hút ẩm rô to tổ ong sử dụng vật liệu hút ẩm rắn

Phương pháp này hội đủ các ưu điểm cần có trong yêu cầu chất lượng bảo quản trang bị kỹ thuật quân sự ngày càng tăng Một số nhà cung cấp nước ngoài như Seibu_Ginken( Nhật), Aggreko (Anh Quốc), Munters (Thuỵ Điển), Bry-Air (Mỹ / Ấn Độ) đang cố gắng tiếp cận các nhu cầu này của quân đội Tuy nhiên, không đơn vị nào ở Việt nam có khả năng kinh phí trang bị, cả trong phương án xử lý không khí khô toàn kho bảo quản hay xử lý khô cục bộ thiết bị bọc trong áo bảo quản bằng các thiết bị nhỏ xách tay do giá thành nhập ngoại rất đắt

Sau đây là giới thiệu chung về phương pháp này:

1.1.3 Phương pháp dùng máy hút ẩm rô to vật liệu hút ẩm rắn

a Cấu tạo

Bộ phận chính của máy hút ẩm rôto tổ ong là một rôto được làm bằng chất nền vải thủy tinh hay gốm nung kết được tẩm chất hút ẩm rắn rất bền ở nhiệt độ cao Cấu trúc rôto có dạng ma trận “tổ ong” gồm nhiều khe xốp đồng

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý máy hút ẩm rô to

nhất,với kích thước nhỏ gọn rôto tạo ra một bề mặt trao đổi nhiệt rất lớn.Có 2 quạt ly tâm dùng để thổi khí khô vào môi trường bảo quản và thải khí ẩm ra ngoài Một động cơ nhỏ dùng curoa để quay rôto Bộ gia nhiệt không khí hoàn nguyên sử dụng điện trở, bộ trao đổi nhiệt dùng hơi nước hay gas LPG

Hình 1.7 Cấu trúc khe xốp tổ ong

b Nguyên lý hoạt động

Rôto hút ẩm sẽ quay chậm (từ 8 - 15 vòng /giờ) để thực hiện đồng thời hai chức năng lấy ẩm từ môi trường cần giữ khô và đưa lượng ẩm này ra ngoài Để thực hiện được điều này, luôn có 2 dòng khí thổi đồng thời qua 2 phần diện tích xử lý và hoàn nguyên trên rôto được ngăn cách với nhau nhờ các vách ngăn kín Dòng khí xử lý sẽ được thổi dọc qua các khe hẹp ở phần rôto hoàn nguyên lớn hơn, do áp suất hơi nước trong vật liệu rôto thấp hơn của không khí hơi nước sẽ chuyển từ dòng khí qua rôto và dòng khí được làm khô sẽ đi vào kho bảo quản Ở mặt kia, trong chu trình hoàn nguyên, không khí bên ngoài sẽ được gia nhiệt trước khi thổi qua phần rôto hoàn nguyên nhỏ hơn, khi đi ngang qua các khe hẹp ở rôto, áp suất hơi nước trong dòng khí nóng sẽ thấp hơn rất nhiều so với áp suất hơi nước trong phần rôto vừa hút nước, hơi nước sẽ vận chuyển từ rôto sang dòng khí nóng và sẽ được thải ra bên ngoài Phần rôto vừa được làm khô sẽ lại tiếp tục quay từ từ lên thực hiện chu trình công tác và tiếp tục cả hai chu trình xử lý và hoàn nguyên hoàn tất sau mỗi vòng quay của rôto

c Ưu và nhược điểm

Trong công nghệ bảo quản khí tài và trang thiết bị quân sự quốc phòng, phương pháp này đem lại những hiệu quả chính như:

ƒ Hiệu quả bảo quản cao Độ ẩm không khí được khống chế một cách tự động không lệ thuộc vào bất cứ chế độ thời tiết bên ngoài

ƒ Đáp ứng linh hoạt với nhiều loại sơ đồ hệ thống hở, tuần hoàn hay bán tuần hoàn tuỳ theo các yêu cầu bảo quản đặc biệt Độ tin cậy và tuổi thọ cao

ƒ Giá thành rất cao do phải nhập ngoại toàn bộ thiết bị

Ta thấy mỗi một phương pháp đều có ưu nhược điểm của riêng nó, khả năng ứng dụng từng phương pháp xử lý ẩm vào thực tế sử dụng các hang động bảo quản còn rất hạn chế về nhiều mặt kỹ thuật hoặc do kinh phí đầu tư còn rất lớn Cho đến nay chưa có thiết kế tổng thể riêng kết hợp xử lý ẩm và thông gió với chi phí năng lượng thấp nhất cho không gian bảo quản lớn như kho bảo quản yêu cầu

Yêu cầu đặt ra là cần có phương án khắc phục các nhược điểm chủ yếu như độ tin cậy và độ bền, có vùng xử lý ẩm hiệu quả không phụ thuộc điều kiện môi trường ngoài, thích hợp được khí hậu nóng ẩm cao nhưng lại có nhiều tháng lạnh tại Hà Nội, có khả năng xử lý độ ẩm thấp khi cần, có khả năng cung cấp nhiều mức kiểm soát độ ẩm khác nhau khi cần thiết trong kho bảo quản và đặc biệt có giá thành thấp khi nhu cầu bảo quản trong kho có thể tích rất lớn

Hình vẽ dưới đây là hình chụp một kho (hang) bảo quản thể tích lớn của quân độ hoàn tất năm 2004 tại Hà Nội Các máy hút ẩm trong kho là máy hút ẩm dân dụng hoạt động theo nguyên tắc làm lạnh hiệu Harrison (Mỹ – sản xuất tại Malaysia) đặt ngay bên trong kho bảo quản

Hình 1.8: Hang 9000m3 của quân đội sử dụng máy hút ẩm làm lạnh (2004)

Hình 1.9 : Độ ẩm sau khi lắp máy hút ẩm làm lạnh kho 9000m3 năm ( 2004 )

Mục tiêu đề tài: theo nhu cầu xây dựng kho thứ hai ngoài kho 9000m3 nêu trên tại Hà Nội, mục tiêu đề tài là Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ thống tạo không khí khô cho kho tàng trữ trong hang thể tích 9000m3 tàng trữ máy bay, tên lửa và các trang thiết bị quân sự ( không phải hóa chất và thuốc nổ), địa điểm kho trong vùng Hà nội:

- Nhiệt độ môi trường ngoài cao 33 C, tuy nhiên có thể làm việc hiệu quả cả khi nhiệt độ bằng hay thấp hơn 200C vào mùa thu và mùa đông

- Độ ẩm tương đối cao trung bình 82%

- Đạt độ ẩm yêu cầu trong khoảng 40%-60%, nhiệt độ trong kho trung bình thấp hơn 300C

- Thiết bị ra vào kho trung bình một tháng một lần, cửa người vào trong vài phút, một ngày 2 lần

- Số người làm việc trung bình 5 người trong hai giờ

- Có hiệu suất sử dụng năng lượng cao, có khả năng thích ứng với các dạng năng lượng khác nhau ngoài năng lượng điện

- Có gía thành đầu tư, chi phí vận hành, bảo dưỡng thấp bằng hay rẻ hơn phương án hiện hữu, có thể chế tạo trong nước thay thế máy nguyên cụm nhập ngoại

1.2.1 Không khí ẩm và các quá trình điển hình của điều hòa không khí.Vẽ một

số đồ thị không khí ẩm (bằng Excel) từ các phương trình toán của Hyland và Wexler Đặc điểm thời tiết khí hậu, môi trường vùng bảo quản (Hà Nội) 1.2.2 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm các tác động ảnh hưởng đến hoạt

động của rôto hút ẩm và hệ thống hút ẩm Các kiểm soát lưu lượng hoàn nguyên so với lưu lượng không khí xử lý, nhiệt độ và độ chứa hơi đầu vào không khí xử lý, nhiệt độ hoàn nguyên, tốc độ không khí đi qua bề mặt rôto, tốc độ quay rôto, chiều dày rôto và các quan hệ đặc tính nhằm định

ra chế độ xử lý ẩm tối ưu Một số rôto hút ẩm có khả năng mua đơn lẻ được trên thị trường dự tính ứng dụng trong phương án

1.2.3 Tính toán áp suất hơi bão hòa, độ chứa hơi không khí ẩm từ đó tính tải ẩm

cần xử lý, định hướng vật liệu ngăn ẩm và kết cấu kho bảo quản Xây dựng giao diện chương trình tính tải ẩm bằng Excel và Visual Basic 6.0 1.2.4 Nghiên cứu các phương án làm khô không khí kho thể tích lớn 9000m3 Đề

xuất phương án làm khô không khí trên cơ sở chế tạo tại Việt nam sử dụng rôto chất hút ẩm rắn nhập ngoại, hệ thống phân phối, gia nhiệt hoàn nguyên bằng gas LPG, hệ thống điều chỉnh công suất hút ẩm, hệ thống hồi nhiệt

1.2.5 Vẽ biểu đồ so sánh tỷ lệ năng suất hút ẩm trên 1 kW công suất điện tiêu

thụ của máy hút ẩm desiccant rôto 3:1 và máy hút ẩm làm lạnh Harison HD-100B

1.2.6 Đánh giá hiệu quả kinh tế của biện pháp theo 4 chỉ tiêu chính (i) ưu nhược

điểm, (ii) tỷ số năng suất hút ẩm/ kW điện tiêu thụ, (iii) kinh phí đầu tư và (iiii) chi phí vận hành

1.3.1 Bằng các phương trình toán, vẽ đồ thị không khí ẩm bằng Excel Cũng từ

các phương trình toán này cộng với các hệ số tính toán thực nghiệm, tính toán tải ẩm của quá trình bằng Excel và Visual Basic

1.3.2 Nghiên cứu tác động ảnh hưởng đến hoạt động của rôto hút ẩm và hệ

thống hút ẩm theo lý thuyết và các kiểm chứng thực nghiệm

1.3.3 Từ kết quả tính toán, tổng kết số liệu,vẽ biểu đồ Excel tỷ lệ năng suất

hút ẩm/kW điện tiêu thụ làm cơ sở đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng

1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

1.4.1 Vẽ một số đồ thị không khí ẩm từ các phương trình toán của Hyland và

Wexler, xây dựng phương pháp tính toán tải ẩm và giao diện dữ liệu, đề xuất các phương án làm khô không khí kho thể tích lớn

1.4.2 Dù phạm vi đề tài chỉ là một bước nghiên cứu ứng dụng cho một kho bảo

quản thể tích lớn tại khu vực Hà Nội,việc phân tích các phương án khả thi máy hút ẩm làm lạnh, rôto hút ẩm desiccant hoàn nguyên bằng gas LPG có hay không có bộ hồi nhiệt có thể chế tạo tại chổ góp phần hiện thực hóa việc giảm chi phí đầu tư, nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của công tác bảo quản đồng bộ trong thể tích lớn cho vũ khí, thiết bị, khí tài quân sự đòi hỏi khống chế độ ẩm ngày càng cao một cách đồng đều và chuẩn xác

1.4.3 Việc ứng dụng kết quả đề tài góp phần hướng đến tăng cường hiểu biết

về ảnh hưởng của độ ẩm trên ăn mòn khí tài kim loại, lý thuyết và thực nghiệm cơ chế của các tác động lên sự hoạt động của rôto desiccant, xác định hiệu quả kinh tế việc hoàn nguyên chất hút ẩm bằng gas LPG và hồi nhiệt, mở ra khả năng sử dụng nhiệt thải hay nhiệt từ collector mặt trời hoàn nguyên góp phần làm phong phú hơn các nguồn năng lượng, giải quyết nhu cầu quan trọng là cải thiện điều kiện bảo quản khí tài quân sự ở các vùng trung tâm thành phố có giá điện cao hay tại các vùng

xa, hải đảo, nơi không có nguồn điện sẵn

1.4.4 Đề tài khẳng định hướng nghiên cứu các hệ thống kiểm soát ẩm bằng rô

to desiccant hỗ trợ cho hệ thống điều hòa không khí nhằm khống chế độ ẩm các cấp độ ẩm thấp không phụ thuộc môi trường ngoài, cho các yêu cầu thông gió khí tươi ngày càng phổ biến, có tổng hiệu suất sử dụng năng lượng cao phù hợp các vùng có giá bán điện cao

CHƯƠNG II ĐẶC TÍNH VÀ CÁC QUÁ TRÌNH KHÔNG KHÍ ẨM – ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ĐỐI VỚI CÔNG NGHIỆP QUỐC PHÒNG

2.1 Đặc tính không khí ẩm và biểu đồ không khí ẩm

2.1.1 Thành phần của không khí ẩm

Không khí trời bao gồm nhiều chất khí khác nhau trong đó có hơi nước và một

lượng nhỏ các chất nhiễm bẩn như khói, phấn hoa, và chất gây ô nhiễm Các chất này thường không xuất hiện nhiều khi ở xa các nguồn ô nhiễm

Không khí khô là không khí đã bị lấy sạch toàn bộ hơi nước và các chất ô nhiễm

Thành phần không khí khô khá ổn định, chỉ thay đổi rất ít tuỳ theo lượng khí thành phần theo những thời điểm khác nhau, tại các vị trí địa lý và ở các cao độ

so với mực nước biển khác nhau.Dựa theo thang cacbon -12, khối lượng phân tử tương đối của toàn bộ thành phần này của không khí khô là 28,9645 Hằng số chất khí của không khí khô dựa theo thang nói trên là:

Ra = 8.314,41/28,9645 = 287,055J/(kg.K) (2.1)

Không khí ẩm là hỗn hợp của hai thành phần không khí khô và hơi nước Khối

lượng hơi nước trong không khí ẩm dao động từ 0 (không khí khô) đến một giá trị tối đa tuỳ thuộc vào nhiệt độ và áp suất và trạng thái bão hòa của không khí ẩm Trạng thái bão hòa là trạng thái cân bằng giữa không khí ẩm và hơi nước ngưng tụ(lỏng hay rắn) Khối lượng phân tử của nước là 18.01528 trên thang cacbon -12 Hằng số chất khí của hơi nước là:

tiêu chuẩn có thể tính toán các đặc tính không khí ẩm ở các cao độ khác nhau

Điểm tiêu chuẩn là điểm tại nhiệt độ tiêu chuẩn 150C, áp suất tiêu chuẩn

101,325kPa Giả thiết nhiệt độ bầu khí quyển giảm tuyến tính khi càng lên cao

trong tầng đối lưu (khoảng 7km từ mặt đất đi lên), và không đổi khi đến tầng bình

lưu Lớp không khí xung quanh chúng ta do phân áp suất của hơi nước trong

không khí ẩm nhỏ nên có những đặc tính tương tự của khí lý tưởng Gia tốc trọng

trường cũng được cho là hằng số ở điều kiện tiêu chuẩn, bằng 9,80665 =

9,81m/s2 Bảng sau đây cho giá trị nhiệt độ và áp suất không khí đến độ cao

10000m

Bảng 2.1 Dữ liệu khí quyển tiêu chuẩn cho cao độ đến 1000m

Z : cao độ so với mặt nước biển, m

P : áp suất khí quyển, kPa

T : nhiệt độ, 0C

Lưu ý rằng kết quả tính toán từ phương trình này rất chính xác khi độ cao từ

5000m đến 11000m Ở các độ cao cao hơn, có thể tham khảo từ đặc tính khí

quyển NASA 1976 U.S Standard Atmosphere

Tính chất nhiệt động của nước và hơi nước bão hòa

Những thông số trạng thái của nước ở trạng thái bão hòa (từ -60 đến 2000C) có

thể tra từ bảng hoặc tính toán từ công thức của Hyland và Wexler (1983)

Entanpy và entropy của nước ở trạng thái lỏng bão hòa cả hai có giá trị bằng 0 tại

điểm ba thể (0,010C) Ơû giữa nhiệt độ điểm tới hạn của nước và điểm ba thể, cả

hai trạng thái lỏng và hơi có thể cùng tồn tại trong trạng thái cân bằng Những

trạng thái này gọi là trạng thái nước lỏng bão hòa và hơi nước bão hòa

Để xác định các thông số của không khí ẩm, cần xác định áp suất hơi nước bão

hòa Giá trị áp suất hơi bão hòa có thể tra bảng nước và hơi nước bão hòa hoặc

tính toán Aùp suất bão hòa tại trạng thái đóng băng trong khoảng nhiệt độ từ -100 đến 00C được tính bằng công thức:

TlnCTCTCTCTCCT

C)

p

6

3 5

2 4 3

C)p

12

2 11 10

Các thông số biểu diễn trạng thái không khí ẩm

Độ chứa hơi d của một mẫu không khí khảo sát được định nghĩa là tỉ lệ khối lượng hơi nước và khối lượng không khí khô có trong mẫu không khí ẩm đang khảo sát:

01528

k

hx

x62198,0

G q

+

Dựa vào khái niệm tỉ lệ ẩm nêu trên ta có:

)1( d

d q

+

Độ ẩm tuyệt đối (hoặc là tỷ trọng của hơi nước) dh là tỉ số của khối lượng của hơi nước có chứa trong không khí ẩm (kg) vời tổng thể tích của khối không khí ẩm khảo sát (m3):

3/,kg m V

d v V

Các thông số không khí ẩm liên quan đến trạng thái bão hòa

Những định nghĩa về các thông số độ ẩm dưới đây liên quan đến khái không khí ẩm bão hòa Độ chứa hơi bão hòa dbh(t,p) là độ chứa hơi của không khí ẩm bão hòa ở cùng nhiệt độ t và áp suất p

Mức độ bão hòa µ được định nghĩa là tỉ số giữa độ chứa hơi d của không khí ẩm đang khảo sát so với độ chứa hơi dbh của không khí ẩm bão hòa ở cùng nhiệt độ và áp suất:

p t bh

,%

, p

t bh

62198,0

d)1(

dbh(p,tds) = d (2.15)

Nhiệt độ nhiệt động nhiệt kế ướt tư là nhiệt độ tại đó nước ( ở thể lỏng hoặc đông thành đá) từ miếng giẻ ướt bao bọc bầu nhiệt kế bay hơi vào trong không khí ẩm tại nhiệt độ nhiệt kế khô tkhô và độ chứa hơi d, làm cho không khí đến trạng thái

bão hòa đoạn nhiệt tại cùng nhiệt độ tư không đổi trong điều kiện áp suất duy trì không đổi

Quan hệ của không khí khô và hơi nước khi xem không khí ẩm là hỗn hợp của các khí lý tưởng

Khi không khí ẩm được xem như là một hỗn hợp của các khí lý tưởng độc lập, không khí khô và hơi nước, có thể áp dụng các quan hệ tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng:

Không khí khô pkV = nkRT (2.16) Hơi nước phV = nhRT (2.17) Hỗn hợp không khí ẩm cũng tuân thủ theo phương trình khí lý tưởng:

hoặc là: (pk + ph )V = (nk + nh )RT (2.19)

Ơû đây p = pk +ph là áp suất tổng của hỗn hợp và n = nk + nh là phân tử gam tổng của hỗn hợp Từ công thức (2.16) đến (2.19), ta có phân số phân tử gam của không khí khô và hơi nước thì tương ứng với:

p

p p p

p n

n

n

h k

k h

=

)(

p n

n

n

h k

h h

=

) (

p62198,0d

−

Độ bão hòa µ thì được xác định bỡi công thức (12):

p t bh

p p

p d

−

Thuật ngữ pbh là phân áp suất của hơi nước khi không khí đó đạt trạng thái bão

hòa ở điều kiện nhiệt độ đã cho t không đổi Aùp suất pbh là một hàm (duy nhất)

của nhiệt độ và hơi khác một chút với áp suất của hơi nước trong không khí ẩm

bão hòa Độ ẩm tương đối φ được xác định bởi công thức (2.13) ,%

,p t bh

h

x

x

=φ

Thay phương trình (2.21) đối với xh và xbh rồi thế vào ta có:

,%

,p t bh

1(

µφ

−

−

cả µ và φ đều bằng 0 đối với không khí khô và bằng 1 khi không khí ẩm bão

hòa.Tại những trạng thái trung gian chúng có những giá trị khác nhau, và khác

nhau nhiều ở những nhiệt độ cao hơn

Thể tích riêng v của hỗn hợp không khí ẩm được biểu diễn bằng đơn vị khối

lượng của không khí khô:

k

V G

V v

964.28

=

ở đây V là thể tích tổng của hổn hợp, Gk là tổng khối lượng của không khí khô, và

nk là số phân tử gam của không khí khô Từ công thức (2.16) và (2.26), và quan

hệ p = pk + ph:

(2.27) Sử dụng công thức (2.22):

(2.28) p

1,6078W)T(1

R28,964p

- (p

TR )

p

- (p

Phương trình (2.28) còn có thể được thể hiện như sau:

i = 1,006t + d( 2501 + 1,805t ) (kJ/kg) (2.32) = (1,006+1,805d)t + 2501d

ik : entanpy của không khí khô có trong không khí ẩm, kJ/kg không khí khô

ih : entanpy của hơi nước ở trạng thái quá nhiệt ( hay bão hòa khô) có trong không khí ẩm, kJ/kg hơi nước

i : entanpy của không khí ẩm, kJ/kg không khí khô

Trong kỹ thuật điều hòa không khí, có thể xem tổng (1,006+1,805 x d) = cp = 1,024 kJ/kg.độ

I = 1,024 x t + 2500,77 x d

Nhiệt độ nhiệt kế ướt và nhiệt độ đọng sương

Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư là nhiệt độ chỉ bởi một nhiệt kế thông thường nhưng bầu nhiệt kế được bao bọc bằng một miếng giẻ ướt Đối với bất kỳ trạng thái nào của không khí ẩm chưa bão hòa, tồn tại một nhiệt độ mà ở đó nước ở trạng thái lỏng (hoặc đá) bay hơi vào không khí mang nó đến trạng thái bão hòa ở cùng nhiệt độ và áp suất không đổi Trong suốt quá trình, có thể coi là quá trình đoạn nhiệt do nhiệt lượng cấp cho quá trình bay hơi sẽ chuyển qua trong khối không khí bao

quanh bầu nhiệt kế Trong quá trình áp suất không đổi này, độ chứa hơi gia tăng từ một giá trị ban đầu d đến giá trị *

Trên máy đo ẩm kế sẽ có hai thang đo nhiệt độ, một nhiệt kế khô và một nhiệt kế ướt Một bầu của thang đo nhiệt độ được bao bằng bấc (tim đèn dầu hoặc nến, hoặc là bông y tế) được thấm ướt hòan toàn bằng nước Khi bầu ướt được đặt vào dòng không khí, nước bay hơi từ bấc, cuối cùng là đạt được một nhiệt độ cân bằng được gọi là nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt Quá trình này không phải là quá trình bão hòa đoạn nhiệt khi định nghĩa nhiệt độ nhiệt động nhiệt kế bầu ướt, nhưng nó là một trong các quá trình chuyển đổi đồng thời nhiệt và khối lượng ẩm từ bầu ướt Chỉ cần một điều chỉnh nhỏ khi đọc thang đo nhiệt kế bầu ướt để có được nhiệt độ nhiệt động nhiệt kế bầu ướt chính xác

Phương trình (2.33) định nghĩa chính xác xác định nhiệt độ nhiệt động nhiệt kế ướt t* Thay thế giá trị I gần đúng cho khí lý tưởng công thức (2.32), và tương ứng cho *

*

* bh

*

t186,4t805,12501

)tt(d)t381,22501(d

−+

−

−

−

Ơû đây t và t* = tư (0C)

Nhiệt độ điểm đọng sương t đs của không khí ẩm với độ chứa hơi d và áp suất p đã được định nghĩa là nhiệt độ của không khí ẩm bão hòa có cùng phân áp suất hơi nước với không khí ẩm đang khảo sát, có nghĩa là nhiệt độ t đs(p,d) tại dbh(p,tđs) Đối với khí lý tưởng, điều này được rút gọn như sau:

d62198,0

pdp

)t(

ƒ Đối với nhiệt độ nhiệt kế bầu ướt tư trong khoảng từ 0 đến 930C :

tđs = C14 + C15 α + C16 α3 + C17 α3 + C18 (pw)0,1984 (2.37)

ƒ và với nhiệt độ dưới 00C :

tđs = 6,09 + 12,608α + 0,4959α2 (2.38), trong đó

Tđs: nhiệt độ đọng sương, 0C

α = ln(ph) ; ph: áp suất hơi nước riêng phần, (kPa)

C14 = 6,54 ; C15 = 14,526 ; C16 = 0,7389 ;C17 = 0,09486 ;C18 = 0,4569

2.1.2 Biểu diễn đặc tính nhiệt động không khí ẩm trên biểu đồ không khí ẩm

Biểu đồ không khí ẩm biểu diễn toàn bộ các đặc tính nhiệt động lực học của không khí ẩm có độ chứa hơi từ 0 (không khí khô) đến 30g ẩm/kg không khí khô Đường độ ẩm tương đối (%)

Đường đẳng entanpy, (kJ/kg không khí khô)

Đường thể tích riêng (m /kg không khí khô) Đường đẳng entanpy (màu đỏ) là những đường chéo từ bên này qua bên kia ẩm đồ song song nhau một cách chính xác

Đường nhiệt độ nhiệt kế khô là những đường thẳng hơi nghiêng một chút so với đường thẳng đứng,vẽ thẳng nhưng không thật song song với nhau

Đường nhiệt độ nhiệt kế ướt (nét đứt màu xanh) cũng là các đường chéo nhưng khác với hướng của đường entanpy một chút Chúng đều thẳng khá tương tự nhau nhưng không song song một cách chính xác với nhau

ĐỒ THỊ KHÔNG KHÍ ẨM (Aùp suất khí quyển 101,325 kPa từ phương trình Hyland and Wexler 1983)

RH 80%

RH 100

%

i = 100

i i

Hình 2.1: Đồ thị không khí ẩm t-d

Đường đường độ ẩm tương đối (nét liên tục màu đen) với bước nhảy 10% Đường cong bão hòa là đường có 100% RH, còn đường nằm ngang là đường không khí khô 0% RH Đường thể tích riêng (màu xanh chuối) là những đường thẳng nhưng không song song một cách chính xác với nhau

Vùng bên trên của đường bão hòa là vùng không khí ẩm quá bão hòa (sương mù) Miền hai pha này mô tả hỗn hợp cơ học của không khí ẩm bão hòa và nước lỏng

ở trạng thái cân bằng nhiệt Đường đẳng nhiệt trong vùng quá bão hòa trùng với đường nối dài của nhiệt độ nhiệt kế ướt Ngoài ra nếu ẩm đồ xây dựng bởi ASHRAE còn có thêm một thước góc bán nguyệt phía trên bên trái hiển thị hai độ chia - một là tỷ số nhiệt hiện/tổng nhiệt tải, và một là tỷ số chênh lệch entanpy chia cho chênh lệch độ chứa hơi Thước này dùng để vẽ hướng đường điều tiết không khí trên ẩm đồ

Các ví dụ tìm các đặc tính không khí ẩm từ ẩm đồ:

Ví dụ 2.1: Tìm các đặc tính không khí ẩm biết nhiệt độ nhiệt kế ướt tkhô = 350C, nhiệt độ nhiệt kế ướt tướt = 320C?

Xác định trên ẩm đồ điểm giao của đường đứng nhiệt độ nhiệt kế khô tkhô = 350C và đường nghiêng nhiệt độ nhiệt kế ướt tướtâ = 320C Nội suy đường độ ẩm tương đối qua điểm này ta có RH= 81,1%

Từ điểm này vẽ đường ngang cắt đường bão hòa cho trị số nhiệt độ điểm đọng sương t ds=29,340C Tương tự vẽ đường ngang từ điểm này cắt trục tung đọc được độ chứa hơi 29,34g hơi nước/kg không khí khô Đường nghiêng entanpy đi qua điểm này cho giá trị entanpy 111kJ/kg không khí khô

Ví dụ 2.2 : Tìm các đặc tính không khí ẩm biết RH= 50%, nhiệt độ nhiệt kế ướt tướt =15,50C?

Xác định trên ẩm đồ điểm giao của đường nghiêng nhiệt độ nhiệt kế ướt tướt

=15,50C và đường cong độ ẩm tương đối 50%.Gióng theo đường thẳng đứng xuống trục hoành ta đọc được điểm nhiệt độ nhiệt kế khô tkhô = 220C Theo đường ngang từ điểm này cắt đường bão hòa cho trị số nhiệt độ điểm đọng sương tds=11,20C Vẽ đường ngang từ điểm này cắt trục tung đọc được độ chứa hơi d=

8,3g hơi nước/kg không khí khô Đường nghiêng entanpy ngang qua điểm trị entanpy 44kJ/kg không khí khô

2.2 Các quá trình điển hình của điều hòa không khí

Trên ẩm đồ t-d quá trình tăng ẩm đơn thuần nói chung được biểu diễn bằng đường thẳng hướng lên và và khử ẩm bằng đường thẳng đứng hướng xuống với

Hình 2.2: Các quá trình điều hòa không khí

trục hoành

2.2.1 Quá trình sưởi ấm và làm lạnh không khí

Quá trình sưởi ấm và làm lạnh nhiệt hiện không khí không có thay đổi độ chứa hơi mà chỉ có thay đổi nhiệt hiện biểu diễn bằng đường nằm ngang, hướng sang phải hay sang trái tương ứng Các thông số thay đổi là tkhô,,

ĐỒ THỊ KHÔNG KHÍ ẨM

RH 8

0%

RH 85%

Quá trình tăng ẩm

Quá trình hút ẩm

Quá trình sưởi ấm và tăng ẩm

Quá trình làm lạnh và hút ẩm

Quá trình làm lạnh bay hơi

Quá trình hút ẩm bằng hoá chấtù

t ướt, ϕ và I thay đổi trong khi d và tđs không thay đổi Hình 2.3 mô hình thiết bị gia nhiệt vào dòng không khí ẩm Xem như dòng ổn định, nhiệt lượng cần thêm vào: Q12 = G (I 2 – I 1), kW

Ví dụ 2.3:không khí ẩm bão hòa

Hình 2.3: Sơ đồ quá trình sưởi ẩm không khí

ở nhiệt độ 20C, đi vào một coil nung nóng với lưu lượng 10m3/s Không khí rời coil có nhiệt độ 400C Tìm lượng nhiệt không khí nhận được?

Giải:

Trạng thái 1 xác định trên đường bão hòa ở 20C, ta có I 1

= 12,5 kJ/kg kkkhô, d1 = 4,5g/kg kkkhô, v1 = 0.785m3/kg kkkhô

Trạng thái 2 xác định bằng điểm giao của đường t = 400C và d2= d1 = 4,5g/kg kkkhô

Hình 2.4 : Quá trình sưởi ấm không khí Ví dụ 2.3

Ta có I 2 =51,4kJ/kg Kkkhô, G = 10/ 0,785 = 12,74 kg/s, Q = 12,74(51,4-12,5) = 496kW

2.2.2 Quá trình thu nhiệt và tăng ẩm

Trong quá trình này, nhiệt hiện và độ chứa hơi đều tăng hiển thị bằng đường nghiêng đi lên về phía bên phải tkhô,, t ướt, t đs và I thay đổi Chênh lệch độ ẩm tương đối nhiều hay ít tuỳ theo độ dốc của đường thẳng Đây là quá trình đặc

trưng của không khí qua không gian điều hòa Dòng không khí lạnh đi qua không gian điều hòa thu nhiệt hiện và nhiệt ẩn Bài toán đặt ra đối với điều hòa không khí trong không gian nói trên xác định bởi (1) khối lượng không khí ẩm được cung cấp, (2) điều kiện không khí cần thiết để lấy đi được lượng nhiệt và hơi nước từ không gian điều hòa và sau đó được hút về ở một điều kiện xác định Hình 2.5 mô tả không gian điều hòa với các tải nhiệt và tải ẩm cần thiết Qs là tổng tải nhiệt của không gian điều hòa bao gồm nhiệt truyền qua vách và các nguồn nhiệt khác trong không gian điều hòa

Lượng nhiệt đơn thuần không bao gồm năng lượng do nước hoặc hơi nước, thường được gọi là nhiệt hiện Khối lượng ∑G n là tổng lượng ẩm trên phạm vi không gian điều hòa từ tải ẩm thấm qua tường, vách và từ các nguồn khác bên trong

Hình 2.5 : Sơ đồ quá trình thu nhiệt tăng ẩm

không gian điều hòa Giả thiết quá trình diễn ra ở các điều kiện ổn định, ta có các phương trình cân bằng sau:

Q s+∑ n n = kk −

) (d2 d1G

∑)

G

I G Q

d d

I

1 2

1 2

Q s Không gian điều hòa

Như vậy theo trên, với trạng thái biết trước của không khí hồi về từ không gian điều hòa, toàn bộ trạng thái có thể của không khí cấp vào phải nằm trên đường thẳng vẽ xuất phát từ điểm hồi về, có phương đường thẳng xác định bởi giá trị

Đường thẳng này chính là đường biểu diễn trạng thái của quá trình nêu trên

Ví dụ 2.4 : Không khí ẩm hồi

về từ một phòng có tkhô,t ướt lần lượt là 250C và 190C Tải nhiệt hiện của không gian điều hòa là 9kW

Một lượng ẩm 0,0015kg/s thoát ra từ số người trong phòng Giả thiết lượng ẩm

Hình 2.6 : Sơ đồ tính toán Ví dụ 2.4 trên ẩm đồ

này là hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 300C Không khí lạnh cấp vào phòng có tkhô

150C Tìm t ướt và lưu lượng của không khí lạnh cấp vào phòng

Giải : Hình 2.6 mô tả sơ đồ tính toán.Trạng thái 2(tkhô=250C, tướt = 190C) được xác định trên ẩm đồ Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ ở 300C ta có entanpy của hơi nước thêm vào In =2555,52kJ/kg

Từ phương trình trên ta có :

( nước) Trên thước ∆∆ d I , vẽ đường thẳng có 8555 kJ /kg

d I =

∆

∆ (nước) Đường song song

với đường này qua điểm 2 cắt đường nhiệt độ nhiệt kế khô tại điểm 1, tướt1

, 0

52 , 2555 x 0015 , 0 9

Cũng có thể sử dụng thước trên với thang chia tỷ số nhiệt hiện / tổng nhiệt tải

thay vì sử dụng thang chia ∆i/∆d để xác định đường làm việc quá trình trên Giá

trị ∆ih/∆itc là tỷ số tải nhiệt hiện Ih và tải nhiệt tổng cộng của không gian điều hòa

Theo định nghĩa trên ta có :

Lưu ý là giá trị ∆ih/∆itc=0,701 trên thước trùng hợp với đường ∆i/∆d

=8555kJ/kg(nước)

Lưu lượng không khí cấp vào không gian điều hòa có thể được tính từ cả hai công

thức nêu trên Ta có:

Ở trạng thái 1, ta có v1=0,828m3/kg (không khí), do đó lưu lượng không khí cung

cấp Gkk * v1= 0,856 x 0,828 = 0,7087m3/s

2.2.3 Quá trình làm mát và tách ẩm

Cả hai thông số nhiệt hiện và độ chứa hơi đều giảm hiển thị bằng đường nghiêng

xuống về phía bên phải t khô,t ướt ,t đs và i thay đổi Chênh lệch độ ẩm tương đối

nhiều hay ít tuỳ theo độ dốc của đường thẳng Sự tách ẩm xảy ra khi không khí

ẩm được làm lạnh đến nhiệt độ thấp hơn t đs ban đầu của nó

Hình bên mô tả sơ đồ không khí

đi qua một coil lạnh Giả thiết không khí qua coil là đồng nhất

Mặc dù nước có thể được tách ra tại các điểm nhiệt độ khác nhau

Hình 2.7: Sơ đồ thiết bị làm mát tách ẩm không khí ẩm

701 , 0 ) 52 2555 x 0015 0 ( 9

9 I

G ( Q

Q i

i

) n n s

s tc

+

= +

) 52 , 2555 x 0015 , 0 ( 9 ) i i(

) i G ( Q

G

Í 2

n n s

từ t đs ban đầu của nó đến nhiệt độ bão hòa cuối cùng, ta sẽ giả thiết rằng nước ngưng tụ được làm lạnh đến nhịêt độ cuối t2 và từ đó được xả khỏi hệ thống

Viết phương trình cân bằng năng lượng và cân bằng chất dòng ổn định như sau:

Gkk i 1 = Gkki2 + Q12 + Gnnginng,2 Gkk d 1 = Gkkd2 + Gnng , từ đó ta có Gnng = Gkk(d1 – d2 )

Q12 = Gkk[(i1 – i2)–(d1 – d2)inng,2]

Ví dụ 2.5: Không khí ẩm ở t khô 300C, ϕ 50% đi vào một coil lạnh với lưu lượng

5m3/s và được làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa ở 100C Tìm năng suất lạnh kW yêu cầu?

Giải:

Trạng thái 1 xác định bằng giao điểm t=300C, 50% RH.Ta có i1 = 64,3kJ/kgkkkhô,

Hình 2.8: Quá trình làm mát tách ẩm Ví dụ 2.5

d1= 13,3g/kgkkkhô, v1 = 0,877m3/kg kkkhô Trạng thái 2 xác định trên đường bão hòa tại t=100C Từ Bảng nước và hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 100C, inng,2= 42,01kJ/kg (nước) Lưu lượng dòng không khí:

Gkk = 5 / 0,877= 5.7kg/s Q12 = 5,7[(64,3-29,5)-(0,0133-0,00766)*42,01]=197kW

2.2.4 Quá trình làm lạnh bay hơi

Không khí tiếp xúc với hơi nước được phun sương có nhiệt độ bằng t ướt của không khí ẩm Quá trình diễn ra dọc theo đường hướng lên dọc theo đường nhiệt độ nhiệt kế ướt Do nhiệt hiện của không khí làm bay hơi nước, t khoâ của không khí giảm Lượng nhiệt hiện này được chuyển đổi thành nhiệt ẩn hóa hơi của hơi nước

thêm vào, do đó quá trình không có nhiệt thêm vào hay lấy đi t ướt được giữ không đổi t đs , ϕ, d và entanpy tăng lên

2.2.5 Quá trình hút ẩm bằng hóa chất (chemical dehydration)

Đây là quá trình liên quan đến đề tài Không khí tiếp xúc với hoá chất sẽ hấp thụ (adsorption) hoặc hấp phụ (absorption) hơi ẩm từ không khí ẩm Trong quá trình hấp thụ, một phần hơi ẩm trong không khí bị chất hấp thụ hút vào, tính chất hóa lý của chất hấp thụ thay đổi (điển hình là lithium chloride thể lỏng) Còn trong quá trình hấp phụ, chất hấp phụ thường là silica gel (dạng rắn) diễn ra mà không có bất kỳ sự thay đổi tính chất hóa lý nào Trong quá trình này, nhiệt giải phóng từ quá trình sẽ thêm vào không khí, cân bằng với nhiệt ẩn hóa hơi của lượng ẩm lấy đi Đường biểu diễn là đường dốc xuống phía bên phải gần trùng với đường

tướt Đường hút ẩm bằng hóa chất có thể dốc hơn hoặc ít dốc hơn một ít so với đường nhiệt độ nhiệt kế ướt, tuỳ theo trong quá trình năng lượng nhiệt được bảo toàn, giải phóng hay hấp thu Các quá trình này đều có d giảm và nhiệt độ tăng

2.2.6 Quá trình hòa trộn đoạn nhiệt của hai dòng không khí ẩm

Một quá trình phổ biến trong các hệ thống điều hòa không khí là quá trình hòa trộn đoạn nhiệt của hai dòng không khí ẩm (xem hình 2.9)

Giả thiết quá trình hòa trộn là đoạn nhiệt ta có các phương trình cân bằng sau:

G1I 1+ G2I2 = G3I3 G1+G2 =G3

G1d1+G2d2 =G3d3 Loại đi G3 ta có :

2

1 1 3

3 2 1 3

3 2I

G

G d d

d d I I

2

Trên ẩm đồ, điểm hòa trộn nằm trên đường thẳng nối liền hai điểm trạng thái của hai dòng không khí hòa trộn, và chia đường thẳng này thành hai phần có tỷ số bằng với tỷ

Số lưu lượng khối lượng của hai dòng không khí

Ví dụ 2.6 :Một dòng không khí lưu

lượng 2m3/s ở nhiệt độ nhiệt kế khô 40C, nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ướt 20C được cho hòa trộn với dòng không khí hồi 6.25m3/s có nhiệt độ nhiệt kế khô 250C, 50% RH Tìm nhiệt

Hình 2.10 : Sơ đồ quá trình hòa trộn trên ẩm đồ

độ nhiệt kế khô và nhiệt độ nhiệt kế ướt của dòng khí sau hòa trộn

v1=0,789m3/kg, và v2=0,858m3/kg Do vậy :

G1 = 2/0,789 = 2,535kg/s G2 = 6,25/0,858 = 7,284kg/s Từ phương trình trên ta có:

Do đó chiều dài đoạn 1-3 bằng 0,742 lần chiều dài đoạn 1-2 Dùng một thước kẻ xác định điểm 3, từ đó ta có giá trị t3khô=19,50C và t3ướt = 14,60C

2.3 Đặc điểm khí hậu Hà Nội

(Tài liệu tham khảo 18,20,23)

2 0,74 9,819

7,284 G

G 2 Đoạn1

3 Đoạn1 hay G

G 3 Đoạn1

2 - 3 Đoạn

3

2 2

T 3uot =14.6 0 C

Hà Nội là thủ đô của nước Việt Nam được xây dựng kể từ năm 1010 Diện tích 918,46Km2, dân số 2,2 triệu người Giáp Thái nguyên ở phía Bắc, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía đông, Vĩnh Phúc ở phía tây và Hà Tây ở phía nam

Khí hậu Hà Nội bị ảnh hưởng bởi khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa, và nhận rất nhiều ánh sáng mặt trời Bức xạ trung bình hàng năm khoảng 120Kcal/cm2 Nhiệt độ trung bình hằng năm là 240C Độ ẩm trung bình từ 80 đến 82% Lượng mưa hàng năm 1660mm nước Khí hậu Hà Nội phân làm bốn mùa rõ rệt xuân, hạ, thu, đông Sự khác biệt giữa thời tiết nóng và lạnh là điểm đặc trưng chính của khí hậu Hà Nội

Nhiệt độ khi nóng nhất rơi vào tháng 6,7,8 sẽ là từ 26 đến 330C Bảng dưới đây mô tả diễn biến nhiệt độ Hà Nội trung bình trong năm( độ C):

Bảng 2.2: Thống kê thời tiết trong năm tại Hà nội

Tháng

Một Hai Ba Tư Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười

Mười Một Mười Hai

Lượng mưa 18 25 46 84 193 239 295 310 257 127 46 20

Tuy nhiên, nhiệt độ trên chỉ trong các điều kiện không có các đợt nóng hay gió lạnh bất thường Khi đó nhiệt độ có thể rất nóng đến 380C hay lạnh xuống đến

80C Nhiệt độ cao trung bình hàng năm 27,22 0C Nhiệt độ thấp trung bình hàng năm 20,58 0C

2.4 Ảnh hưởng của độ ẩm đối với các trang thiết bị quốc phòng

(Tài liệu tham khảo 7,13,14)

Hình 2.11: Một số ảnh hưởng thực tế của độ ẩm

Nguyên nhân gây phá hủy lớn nhất đa số vật liệu chính là độ ẩm tương đối Độ ẩm cao là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra các phá hủy vật liệu

Bảng 2.3: Ảnh hưởng của độ ẩm đối với một số vật liệu

Đối với vật liệu

cách điện

Làm giảm điện trở khối, độ ẩm tăng lớp bọc cách điện hấp thụ hơi ẩm, tạo ra các đường dẫn làm giảm hoặc mất điện trở của vật liệu Tăng tổn hao điện môi (tg δ)

Dây dẫn Phá hủy lớp men cách điện ở dây đồng, gây hiện tượng

chập mạch Dây đồng bị rỉ, dần dần bị ăn mòn rồi đứt Cuộn dây cao tần Phẩm chất giảm, độ nhạy giảm

Biến áp lõi sắt Giảm độ cách điện, gây hiện tượng đánh thủng Giảm cách

điện lớp men, gây hiện tượng chập mạch giữa các vòng dâyTụ điện Giảm cách điện, có thể gây đánh thủng tụ

2.4.1 Rỉ sét các chi tiết bằng kim loại

Rỉ sét là hệ quả của tương tác giữa kim loại và hợp kim với môi trường bên ngoài để tạo thành các hợp chất hóa học Do có bản chất là một phản ứng điện hóa để

xảy ra được cần có sự có mặt của hơi nước và oxy, và không khí chứa cả hai chất này Độ ẩm và các ảnh hưởng lên một số chi tiết và vật liệu điện:

a Nấm mốc

Hình 2.12 Ảnh hưởng của nấm mốc

Mốc là một dạng nấm phát triển trên các vật liệu và môi trường ẩmø tạo ra các mùi khó chịu,ăn mòn vật liệu và có thể dẫn đến phá hủy hoàn toàn vật liệu Không khí xung quanh chúng ta luôn chứa một số lượng rất lớn các mầm nấm, chúng sẽ bám lên và phát triển khi rớt xuống các bề mặt ẩm và nhiệt độ thích hợp Đồng phục, dù, vải bạt và các loại vật liệu khác đều rất dễ bị phá hủy bởi nấm mốc làm giảm tuổi thọ sử dụng đáng kể Nấm mốc phát triển mạnh khi vật liệu ở môi trường có độ ẩm lớn hơn 65%

b Sự hồi ẩm Hầu hết các loại vật liệu đều có tính hút nước, ngay cả nylon cũng có thể hấp thụ được từ 6-10% hơi ẩm so với khối lượng khô của chúng Đa số các vật liệu đạt được các tính chất tốt nhất ở giá trị độ ẩmkhông khí 50% Độ ẩm

tương đối cao quá mức làm giảm độ bền cơ học của nhiều loại vật liệu Ví dụ đối với giấy và gỗ hàm lượng nước cao còn ảnh hưởng đến kích

Hình 2.13: Minh họa sự hồi ẩm

thước củachúng, tương tự như giãn nở nhiệt.Đối với các kho chứa thuốc nổ và các

hợp chất hóa học độ bền và độ ổn định giảm khi độ ẩm cao, và do đó giảm tuổi thọ một cách đáng kể

2.4.2 Ảnh hưởng của độ ẩm lên đạn dược

Thuốc phóng và thuốc nổ là các hợp chất và sẽ bị phân hủy từ từ trong quá trình bảo quản

2.4.3 Kết luận

Tổn thất do độ ẩm gây ra cho trang thiết bị quốc phòng là rất lớn Vào năm 1981, phòng kế toán bộ quốc phòng Mỹ đã kiểm tra đánh giá toàn bộ đạn dược được cất giữ tại các đơn vị Hàng năm lực lượng hải quân phải chi ra hơn 2 triệu đô la để thay thế đạn dược hư hỏng do rỉ sét, còn không quân Mỹ phải chi ra hơn 25 triệu đô la mỗi năm để thay thế đạn dược tên lửa hư hỏng do ẩm Ngày nay vũ khí đạn dược còn phụ thuộc rất nhiều vào các bộ phận điện tử Trong thực tế, ở các máy bay chiến đấu hiện đại, tên lửa giá thành của các thiết bị điện tử và các phần mềm đi kèm còn đắt hơn cả giá thành của cả thân máy bay và động cơ cộng lại

Do vậy quân đội Mỹ và Châu Aâu đã áp dụng toàn bộ các phương pháp này để bảo quản toàn bộ tên lửa và nhiều loại vũ khí khác

Ở Việt nam, chưa có đánh giá một cách chi tiết định lượng tác hại do không được bảo quản tốt hàng năm Tuy nhiên, chắc chắn đó sẽ là một con số rất lớn

2.4.4 Các giá trị độ ẩm cần duy trì trong quá trình bảo quản

Trong đa số các trường hợp, khi mua máy móc thiết bị,nhà sản xuất sẽ yêu cầu một chế độ nhiệt độ và độ ẩm thích hợp để đảm bảo máy móc thiết bị hoạt động tốt Trong trường hợp khác ta có thể tham khảo các giá trị độ ẩm bảo quản sau:

Bảng 2.4: Một số giá trị độ ẩm yêu cầu(Tài liệu tham khảo 14)