Đánh giá, mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân phối gió trong hệ thống điều hòa không khí vùng không gian nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐÁNH GIÁ, MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÂN PHỐI GIÓ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ VÙNG KHÔNG GIAN NHỎ HẸP TẠI XƯỞNG NHIỆT TP.. HCM C

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

ĐÁNH GIÁ, MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

ĐẾN PHÂN PHỐI GIÓ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU

HOÀ KHÔNG KHÍ VÙNG KHÔNG GIAN NHỎ HẸP

TẠI XƯỞNG NHIỆT

TP Hồ Chí Minh, tháng 01, năm 2021

SVTH: NGUYỄN NHẬT TÂN MSSV: 16147191

SVTH: HỒ THANH TUẤN MSSV: 16147215

SVTH: NGUYỄN KHOA DUY THỨC MSSV: 16147204

SVTH: PHẠM THANH CA MSSV: 16147123

GVHD: TS ĐẶNG HÙNG SƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

TẠI XƯỞNG NHIỆT

TP Hồ Chí Minh, tháng 01, năm 2021

SVTH: NGUYỄN NHẬT TÂN MSSV: 16147191

SVTH: HỒ THANH TUẤN MSSV: 16147215

SVTH: NGUYỄN KHOA DUY THỨC MSSV: 16147204

SVTH: PHẠM THANH CA MSSV: 16147123

GVHD: TS ĐẶNG HÙNG SƠN

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Thông tin sinh viên

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Nhật Tân MSSV: 16147191

Hồ Thanh Tuấn MSSV: 16147215 Nguyễn Khoa Duy Thức MSSV: 16147204 Phạm Thanh Ca MSSV: 16147123 Chuyên ngành: Công Nghệ kỹ thuật Nhiệt

Mã ngành: 147

Hệ: Đại học chính quy

2 Thông tin đề tài

- Tên của đề tài: Đánh giá, mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối gió

trong hệ thống điều hòa không khí vùng không gian nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt

- Mục đích của đề tài: Nghiên cứu, thực nghiệm hệ thống điều hòa không khí

cho phòng họp

- Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ Môn Công Nghệ Kĩ Thuật Nhiệt,

Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: Từ ngày 14/12/2020 đến 01/02/2021

3 Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài

- Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu, tính toán về điều hòa không khí cho vùng không gian

nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt

- Nhiệm vụ 2: Thiết kế hệ thống trên phần mềm INVENTOR

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

- Nhiệm vụ 3: Mô phỏng trên phần mềm ANSYS

- Nhiệm vụ 4: Thi công mô hình thực tế

4 Lời cam đoan của sinh viên

- Chúng tôi cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi

dưới sự hướng dẫn của tiến sĩ Đặng Hùng Sơn

- Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ

công trình nào khác

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

Xác nhận của Bộ Môn Tp.HCM, ngày tháng năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Tên đề tài: Đánh giá, mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối gió trong hệ

thống điều hòa không khí vùng không gian nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt

Họ tên sinh viên :

Nguyễn Nhật Tân MSSV: 16147191 Hồ Thanh Tuấn MSSV: 16147215 Nguyễn Khoa Duy Thức MSSV: 16147204 Phạm Thanh Ca MSSV: 16147123 Chuyên nghành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Họ và tên GV hướng dẫn: TS Đặng Hùng Sơn Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy) 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án:

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên

cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,

khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực

tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Tên đề tài: Đánh giá, mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối gió trong hệ thống điều hòa không khí vùng không gian nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt

Họ tên sinh viên:

Nguyễn Nhật Tân MSSV: 16147191

Hồ Thanh Tuấn MSSV: 16147215 Nguyễn Khoa Duy Thức MSSV: 16147204 Phạm Thanh Ca MSSV: 16147123 Chuyên nghành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt

Họ và tên GV phản biện: TS Lê Minh Nhựt

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các

mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần,

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng

buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Đánh giá, mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối gió trong hệ

thống điều hòa không khí vùng không gian nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt

Họ tên sinh viên:

Nguyễn Nhật Tân MSSV: 16147191

Hồ Thanh Tuấn MSSV: 16147215 Nguyễn Khoa Duy Thức MSSV: 16147204 Phạm Thanh Ca MSSV: 16147123 Chuyên Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên

phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU i

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

LỜI CẢM ƠN vii

TÓM TẮT viii

MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 1

1.2 Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 1

1.3 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN CON NGƯỜI 1

1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 1

1.3.2 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối 2

1.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ các chất độc hại 2

1.4 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA PHỔ BIẾN 3

1.4.1 Hệ thống điều hòa trung tâm giải nhiệt bằng nước (Water Chiller) 3

1.4.2 Hệ thống điều hòa VRV (Variable Refrigerant Volume): 4

1.4.3 Hệ thống điều hòa cục bộ 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 8

2.1.1 Lựa chọn tốc độ không khí đi trong ống 8

2.1.2 Tính chọn đường ống chính 8

2.1.5 Tính chọn miệng gió 10

2.1.6 Chọn quạt 10

2.1.7 Tính lại các thông số đường ống 10

2.1.8 Tính tổn thất áp suất 11

2.2 CHỌN VẬT LIỆU 13

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊM CỨU THỰC NGHIỆM 14

2.4 XÂY DỰNG MODEL 18

2.4.1 Giới thiệu về phần mềm Autodesk Inventor 18

2.4.2 Xây dựng mô hình trên phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020 18

2.4.3 Chi tiết mô hình 19

2.4.4 Mô hình ống phân phối gió 22

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 24

3.1 MÔ PHỎNG VỚI ANSYS WORKBENCH 14.0 24

3.1.1 Giới Thiệu Ansys 24

3.1.2 Mô hình dòng chảy k – ε 24

3.1.3 Xử lý số liệu ban đầu 25

3.1.4 Bắt đầu với Project – Model 1 28

3.1.5 Edit Geometry 29

3.1.6 Xây dựng Mesh 30

3.1.7 Tạo và thiết lập FLUENT 36

3.2 THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM 41

3.2.1 Khảo sát phòng và chọn vị trí lắp đặt cho đường ống 42

3.2.2 Tiến hành lập bảng thống kê vật tư và lập phương án lắp đặt 42

3.2.3 Tiến hành lắp đặt mô hình thực nghiệm 43

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 49

4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 49

4.1.1 Kết quả mô phỏng trước khi lắp đặt đường ống gió 49

4.1.2 Kết quả mô phỏng khi lắp đặt đường ống gió 52

4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 55

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

5.1 KẾT LUẬN 58

5.2 KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

α1 (w/m2độ) hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà

α2 (w/m2độ) hệ số tỏa nhiệt phía ngoài nhà

F: diện tích nhận bức xạ của bao che, m2

ɛ : hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời của vật liệu

Is : cường độ bức xạ mặt trời, w/m2

ω : tốc độ gió, m/s

Q : Lưu lượng trao đổi không khí, m3/h

AC/h : bội số trao đổi gió

ii

Chữ viết tắt

ĐHKK: Điều hòa không khí

AHU: air handing unit

FCU: Fan coil unit

VRV: Variable Refrigerant Volume

PVC: Poly Vinyl Clorua

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Tổng hợp kết quả tính toán cho đường ống gió 13

Bảng 3 1 Các vật thể trong phòng 20

Bảng 3 2 Bảng số liệu nhiệt độ bề mặt 28

Bảng 3 3 Danh sách thống kê vật tư 42

Bảng 4 1 Số liệu thực nghiệm trước khi lắp đặt đường ống gió………55

Bảng 4 2 Bảng kết quả nhiệt độ giữa mô phỏng và thực tế ……… 56

Bảng 4 3 Số liệu thực nghiệm sau trước khi lắp đặt đường ống gió……….57

Bảng 4 4 Bảng kết quả nhiệt độ giữa mô phỏng và thực tế……… 57

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1 Hệ thống Water Chiller 4

Hình 1 2 Hệ thống VRV 4

Hình 1 3 Sơ đồ cấu tạo điều hòa của sổ cục bộ 7

Hình 1 4 Điều hòa của sổ cục bộ hai chiều 7

Hình 1 5 hệ thống điều hòa cục bộ kiểu multi 7

Hình 2 1 Ống nhựa PVC 14

Hình 2 2 Mô hình phòng Lab được xây dựng trên phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020 19

Hình 2 3 Mô hình Room được dựng trên phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020 20

Hình 2 4 Mô hình các đồ vật trong Room 21

Hình 2 5 Mô hình trần nhà được dựng trên phần mềm Autodesk Inventor

Professional 2020 21

Hình 2 6 Mô hình Room Air được dựng trên phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020 22

Hình 2 7 Mô hình đường ống phần phối gió được dựng trên Autodesk Inventor Professional 2020 22

Hình 2 8 Mô hình ống phân phối gió trong không gian Room 23

Hình 2 9 Mô hình ống phân phối gió nhìn từ trên xuống 23

Hình 3 1 Phần mềm ANSYS WORKBENCH 14.0 24

Hình 3 2 Import Geometry > Assembly 1.igs 29

Hình 3 3 Đặt tên cho Bodies 30

Hình 3 4 Khởi tạo Mesh 31

Hình 3 5 Tạo Named Selections cho mặt Wall 31

Hình 3 6 Tạo Named Selections cho mặt Glass 32

Hình 3 7 Chọn các mặt để tạo bàn 32

Hình 3 8 Thiết lập các thông số trong bảng tùy chọn chia lưới 33

Hình 3 9 Sau khi chia lưới và mặt cắt của lưới 33

Hình 3 10 Hệ số chất lượng cho từng phần tử của mô hình 34

Hình 3 11 Thông số Skewness và bảng phân loại chất lượng lưới.[8] 35

Hình 3 12 Tỉ lệ khung là 1 và 20 của biên dạng hình tam giác và hình vuông 35

v

Hình 3 13 Thông số Aspect Ratio 36

Hình 3 14 Các bước khởi tạo Fluid Flow (FLUENT) 36

Hình 3 15 Giao diện cài đặt của FLUENT 37

Hình 3 16 Setup thông số cho General 37

Hình 3 17 Setup thông số cho Models 38

Hình 3 18 Setup thông số cho Materials 38

Hình 3 19 Setup thông số cho Cell Zone Conditions 39

Hình 3 20 Setup thông số cho glass 39

Hình 3 21 Setup thông số cho Inletcoolair 40

Hình 3 22 Setup thông số cho inletcoolair 40

Hình 3 23 Thiết lập thuộc tính Hybrid Initialization 41

Hình 3 24 Setup giá trị cho Run Calculation 41

Hình 3 25 Thiết kế sơ bộ 42

Hình 3 26 Bản vẽ trên CAD 43

Hình 3 27 Đo đạc và tiến hành cắt ống thành từng đoạn 44

Hình 3 28 Đo vị trí đặt ti 44

Hình 3 29 Ước lượng vị trí đặt ống 45

Hình 3 30 Khoan ti đặt ống tại các điểm đã đánh dấu 45

Hình 3 31 Khoan ti đặt quạt Bắt ti lên trần 46

Hình 3 32 Bắt Tacke sắt để nối ti 47

Hình 3 33 Đo và lắp đặt quạt 47

Hình 3 34 Lắp đặt và cố định đường ống 48

Hình 3 35 Mô hình đã hoàn thiện 48

Hình 4 1 Trường nhiệt độ của mặt cắt 1 (trục YZ ) 49

Hình 4 2 Trường nhiệt độ của mặt cắt 2 (trục YZ ) 49

Hình 4 3 Trường nhiệt độ mặt cắt XZ 50

Hình 4 4 Trường vận tốc mặt cắt YZ 50

Hình 4 5 Luồng không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh 51

Hình 4 6 không khí chuyển động theo hướng vector 51

Hình 4 7 Trường nhiệt độ của mặt cắt (trục YX ) 52

Hình 4 8 Trường nhiệt độ của mặt cắt 1 (trục YZ ) 52

Hình 4 9 Trường vận tốc mặt cắt YX 53

vi

Hình 4 10 Trường vận tốc mặt cắt YZ 53 Hình 4 11 Luồng không khí sau khi ra khỏi ống gió 54 Hình 4 12 không khí chuyển động theo hướng vecto 54

Hình 5 1 Vị trí đặt cảm biến trên mặt cắt YZ Error! Bookmark not defined Hình 5 2 Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng và thực tế Error! Bookmark not defined Hình 5 3 Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng và thực tế Error! Bookmark not defined

Toàn thể giáo viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã dạy dỗ, giúp

đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập

Toàn thể Thầy Cô bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh đã cung cấp cho chúng

em những kiến thưc bổ ích trong suốt quá trình học tập

Gia đình, bạn bè đã cổ vũ, động viên chúng em trong suốt quá trình ngồi trên giảng đường đại học

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Đặng Hùng Sơn

đã tận tình truyền đạt kiến thức chuyên môn kỹ thuật như INVENTOR, ANSYS, Ngoài vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập và làm đồ án, thầy còn truyền tin thần, lòng nhiệt huyết trong công việc, vượt qua mọi áp lực để có thể hoàn thành đồ án

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các Thầy, các Cô để chúng

em có thể cải thiện cả về mặt kiến thức chuyên môn cũng như thái độ học tập và làm việc sau này

viii

TÓM TẮT

Đồ án “Đánh giá, mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối gió trong hệ thống điều hòa không khí vùng không gian nhỏ hẹp tại xưởng nhiệt” là đồ án cuối khoá dành cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật Nhiệt, trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật TP.HCM Đồ án sẽ bao gồm 3 nội dung chính là tính toán, thiết kế hệ thống điều hoà không khí phòng họp tại xưởng nhiệt; mô phỏng phân bố vấn tốc và nhiệt

độ của không khí trong phòng bằng phần mềm ANSYS; dựng mô hình thực tế Tính toán là phần kiểm tra lại kiến thức, phương pháp tính toán hệ thống điều hoà không khí Nội dung tính toán ở đây có nghĩa là trên cơ sở thực tế chúng em sẽ tính toán bằng kiến thức của mình, tham khảo các tiêu chuẩn về điều hoà không khí

để tính toán, sau đó thiết kế trên phần mềm INVENTOR

Mô phỏng phân bố vấn tốc và nhiệt độ của không khí trong phòng bằng phần mềm ANSYS

Dựng mô hình thực tế, dựa vào thiết kế trên chúng em sẽ mua thiết bị dụng cụ

để thi công lắp ráp thực tế trên phòng họp

ix

MỞ ĐẦU

Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh là ngành học nghiên cứu về các hệ thống nhiệt và

hệ thống lạnh, ứng dụng khoa học kỹ thuật để thiết kế, vận hành các hệ thống, trang thiết bị nhiệt - lạnh, phục vụ cho nhu cầu cuộc sống con người cũng như sản xuất công nghiệp Kỹ sư Kỹ thuật Nhiệt có khả năng thiết kế, chế tạo, lặp đặt, sửa chữa, vận hành, bảo trì các thiết bị có liên quan đến ngành như: Kỹ thuật nhiệt, kỹ thuật lạnh, kỹ thuật điều hoà không khí, kỹ thuật tiết kiệm năng lượng, năng lượng tái tạo… Sinh viên chuyên ngành Nhiệt - Điện lạnh cần phải trang bị những kiến thức nền tảng về nguyên lý làm việc và cấu tạo của các thiết bị trong các hệ thống điều hoà không khí, hệ thống lạnh công nghiệp, hệ thống nhiệt công nghiệp, nhà máy nhiệt điện, cũng như các hệ thống năng lượng tái tạo, thu hồi nhiệt tải, vấn đề tiết kiệm và

sử dụng hiệu quả năng lượng và những kiến thức chuyên ngành ở mức độ phù hợp để

có thể hiểu được tầm ảnh hưởng của các giải pháp kỹ thuật trong các vấn đề kinh tế, môi trường và xã hội

Trong nhiều năm qua trước sự phát triển vượt bậc nền công nghiệp nước ta đã cho ra các sản phẩm chất lượng, giá thành hợp lý, linh hoạt trong các chi tiết kĩ thuật

và thân thiện với môi trường Trong đó có thiết kế hệ thống điều hòa không khí là một hướng đi mới, ứng dụng công nghệ cao, đầy tiềm năng đang được đầu tư phát triển

Trang 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Mục đích của hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) và thông gió là tạo ra sự tiện nghi và môi trường không khí trong lành cho người sử dụng cũng như giải nhiệt cho các thiết bị cơ điện Tạo ra môi trường không khí trong lành theo các thông số về nhiệt độ, độ

ẩm, đối lưu không khí, lọc bụi và kiểm soát các chất gây ô nhiễm là quan trọng hàng đầu Song song với các điều trên, việc lắp đặt hệ thống ĐHKK phải đảm bảo không tạo ra độ

ồn và rung động lớn bên trong tòa nhà Đặc biệt chú ý đến việc kiểm soát độ ồn và rung động của hệ thống ĐHKK và những khu vực yêu cầu độ ồn thấp

Hệ thống ĐHKK sẽ được cung cấp đến các khu vực sau: văn phòng, cửa hàng, dịch

vụ công cộng Hệ thống thông gió sẽ được cung cấp đến các khu vực sau: tầng hầm, nhà

vệ sinh, bếp, phòng kỹ thuật Hệ thống ĐHKK tại khu vực văn phòng sử dụng máy lạnh trung tâm sẽ được kiểm soát nhiệt độ bằng bộ cảm biến nhiệt độ đặt tại khu vực đó, trong khi hệ thống máy lạnh dạng hai mảnh sẽ được sử dụng cho phòng riêng biệt như phòng bảo vệ, khu căn hộ, Tại đây nhiệt độ được điều khiển bằng remote từ xa hoặc có dây

Phát triển kinh tế luôn gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Ngày nay kỹ thuật điều hoà không khí liên tục phát triển để đáp ứng yêu cầu cuộc sống của con người trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất

Các thông số cơ bản của môi trường có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt giữa môi trường và con người là:

- Nhiệt độ của không khí

- Độ ẩm tương đối của không khí

- Tốc độ chuyển động của dòng không khí

- Nồng độ các chất độc hại trong môi trường không khí

1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ bên trong cơ thể của con người luôn ổn định ở 37oC Trong suốt quá trình vận động và làm việc con người luôn thải một lượng nhiệt lượng nhất định vào môi trường

Trang 2

không khí xung quanh Lượng nhiệt này truyền vào không khí bằng đối lưu, bức xạ Do vậy khi nhiệt độ không khí của môi trường xung quanh thay đổi sẽ ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt từ cơ thể con người vào môi trường Khi nhiệt độ môi trường quá cao hoặc quá thấp sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho con người và ảnh hưởng đến sinh hoạt, lao động của con người

Điều hoà không khí có thể khắc phục được điều này, đối với từng trường hợp cụ thể

hệ thống điều hoà không khí là phương tiện có thể tạo ra môi trường có nhiệt độ từ 24oC dến 28oC là môi trường tiện nghi, thoải mái cho các hoạt động của con người

1.3.2 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối của không khí là yếu tố quyết định tới mức độ bay hơi, thoát ẩm từ

cơ thể con người ra môi trường (dưới hình thức đổ mồ hôi)

Nếu độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh giảm xuống lượng ẩm thoát ra từ cơ thể con người dễ dàng bay hơi vào không khí, điều này có nghĩa là cơ thể thải nhiệt ra môi trường không khí xung quanh nhiều hơn Trái lại nếu độ ẩm tương đối lớn quá sẽ hạn chế quá trình thoát ẩm của cơ thể, mồ hôi toát ra, bay hơi kém sẽ bám lại trên

da gây cảm giác khó chịu Thông thường khi nhiệt độ ở vào khoảng 24oC đến 27oC, để con người có cảm giác thoải mái dễ chịu thì độ ẩm tương đối của không khí vào khoảng 60% đến 65%

1.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ các chất độc hại

Không gian điều hoà không khí là một không gian tương đối kín, trong đó con người

có thể sống hay lao động sản xuất

Ngoài sự ô nhiễm do các yếu tố khách quan như bụi bặm, các chất độc hại có sẵn trong không khí con người và các hoạt động của mình cũng là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra sự ô nhiễm không khí trong không gian cần điều hoà Những nguyên nhân gây ô nhiễm do con người tạo ra: Do hô hấp, do hút thuốc lá, do những loại mùi khác nhau toả ra từ cơ thể con người phát sinh trong quá trình sinh hoạt, sản suất Đây cũng chính là nguyên nhân, nguồn gốc làm giảm lượng O2, gia tăng lượng CO2 gây ra cho con người một cảm giác ngột ngạt, khó chịu

Trang 3

1.4 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA PHỔ BIẾN

1.4.1 Hệ thống điều hòa trung tâm giải nhiệt bằng nước (Water Chiller)

Dùng máy lạnh trung tâm (Chiller) đặt tại gian máy cung cấp nước lạnh cho toàn công trình bằng hệ thống bơm nước lạnh tới các AHU, FCU Phương án điều hòa không khí trung tâm còn bao gồm rất nhiều loại khác nhau:

- Điều hoà trung tâm với chất tải lạnh nước: Máy lạnh trung tâm chỉ sản xuất

ra nước lạnh và cung cấp tới các thiết bị trao đổi nhiệt đặt tại các phòng bằng hệ thống bơm

- Điều hoà trung tâm với chất tải lạnh không khí: Máy lạnh trung tâm sản xuất

ra không khí lạnh cung cấp tới các phòng chức năng bằng hệ thống đường ống gió Ngoài ra điều hoà không khí trung tâm còn được phân loại theo hai cách giải nhiệt cho máy lạnh chính: giải nhiệt bằng nước và giải nhiệt bằng không khí

• Ưu điểm:

- Tiết kiệm năng lượng

- Thích hợp với các công trình có hệ số sử dụng đồng thời lớn, mặt bằng cần điều hoà rộng, nhiệt độ điều hòa cần xuống thấp

- Đảm bảo được các thông số về nhiệt độ, độ ẩm, khí sạch

- Đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tiện nghi nhiệt cho con người: nhiệt độ, lưu lượng gió tươi

- Hệ thống điều khiển công suất lạnh linh hoạt nhờ bảng điều khiển đặt tại từng phòng

- Với các công trình, khi thết kế kiến trúc, đã bố trí các khu vực đặt máy, sẽ không gây ảnh hưởng xấu tới kiến trúc công trình

• Nhược điểm:

- Phải có không gian đặt các thiết bị: máy lạnh trung tâm, bơm nước lạnh

- Giá thành đầu tư ban đầu khá lớn

- Hệ thống lớn tương đối cồng kềnh, cần khoảng không gian trên trần giả nhiều

để đi ống

- Không phù hợp đối với công trình có tần suất hoạt động không liên tục

Trang 4

1.4.2 Hệ thống điều hòa VRV (Variable Refrigerant Volume):

Về cấu tạo hệ thống VRV giống như máy loại tách rời nghĩa là gồm hai mảng: mảng ngoài trời và mảng trong nhà, gồm nhiều khối trong có dàn bay hơi và quạt Sự khác nhau giữa VRV và tách rời là với VRV chiều dài và chiều cao giữa khối ngoài trời và trong nhà cho phép rất lớn (khoảng 100m chiều dài và 50m chiều cao), chiều cao giữa các khối trong nhà có thể tới 15m Vì vậy khối ngoài trời có thể đặt trên nóc nhà cao tầng để tiết kiệm không gian và điều kiện làm mát dàn ngưng bằng không khí tốt hơn

Hình 1 2 Hệ thống VRV Hình 1 1 Hệ thống Water Chiller

Trang 5

• Ưu điểm:

- Khả năng lớn trong việc thay đổi công suất lạnh bằng cách thay đổi tần số điện cấp cho máy nén, nên tốc độ quay của máy nén thay đổi và lưu lượng môi chất lạnh cũng thay đổi

- Tiết kiệm được hệ thống đường ống

- Tiết kiệm được nhân lực và thời gian thi công lắp đặt so với hệ thống Water chiller

- Khả năng tiết kiệm năng lượng cao vì được trang bị máy nén biến tần và khả năng điều chỉnh năng suất lạnh gần như vô cấp

- Tiết kiệm chi phí vận hành: hệ VRV không cần nhân công vận hành trong khi hệ chiller cần đội ngũ vận hành chuyên nghiệp

- Khả năng tự động hoá cao vì thiết bị đơn giản

- Khả năng sửa chữa bảo dưỡng rất năng động và nhanh chóng nhờ thiết bị chuẩn đoán đã được lập trình và cài đặt sẵn trong máy

• Nhược điểm:

- Giá thành hệ thống ĐHKK VRV còn khá cao, do được đánh giá là một trong những hệ thống thiết bị "thông minh vận hành tối ưu nhất trong các hệ thống ĐHKK trung tâm’’

- Chưa có máy ở dải công suất cao để lựa chọn

1.4.3 Hệ thống điều hòa cục bộ

Hệ thống điều hòa không khí cục bộ gồm các máy cục bộ đơn chiếc được lắp đặt cho các khu vực điều hoà đơn lẻ Có 2 loại máy điều hòa dùng cho các gia đình, văn phòng : Điều hòa một chiều và điều hòa 2 chiều

Ưu điểm của máy điều hòa cục bộ

- Lắp đặt nhanh, dễ dàng

- Sử dụng đơn giản, không bị ảnh hưởng của các máy khác trong hệ thống

- Bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản và độc lập từng máy

- Nhược điểm của máy điều hòa cục bộ

- - Việc lắp đặt các khối nóng ở trên tường các tòa nhà làm ảnh hưởng đến kiến trúc mỹ quan của toàn bộ toà nhà

- - Do dàn lạnh và dàn nóng nối với nhau bằng ống GAS trong trường hợp máy

Trang 6

bị dò GAS gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người và ảnh hưởng đến môi trường

- Đối với hệ thống máy cục bộ việc cung cấp khí tươi cho phòng thường là cấp trực tiếp bằng quạt gió, do vậy không khí không được sử lý bụi, ẩm và thường tạo lên sự chênh lệch nhiệt độ cao giữa luồng khí cấp bổ xung và luồng khí cấp lạnh của dàn lạnh, gây cảm giác khó chịu cho con người trong phòng điều hòa

- Làm lạnh không đồng đều

- Hiệu suất hoạt động của máy ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ bên ngoài đặc biệt khi nhiệt độ không khí bên ngoài cao thì hiệu suất làm việc của máy giảm đáng kể nhiệt độ ngoài trời cao khả năng trao đổi nhiệt của dàn nóng thấp, dàn lạnh phát ra công suất lạnh thấp, máy ở tình trạng quá tải

- Hệ số tiêu thụ điện năng lớn, chi phí vận hành cao

- Độ bền và tuổi thọ sử dụng không cao (khoảng 5 6 năm)

- Thường áp dụng cho những công trình nhỏ, đơn giản không yêu cầu các thông số môi trường đặc biệt

Áp dụng điều hòa không khí cục bộ trong thực tế :

Hệ thống điều hòa cục bộ thường áp dụng cho những căn hộ, văn phòng làm việc, quá ăn, quán café

Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ các loại điều hòa tiết kiệm năng lượng, chi phí, mang giá trị thẩm mỹ xuất hiện nhiều trên các thị trường, đặc biệt là Hệ thống điều hòa Multi gồm 1 dàn nóng có thể kết nối với nhiều dàn lạnh tại nhiều phòng khác nhau, giúp tiết kiệm diện tích không gian lắp đặt đồng thời tiết kiệm điện năng sử dụng và làm mát nhanh hơn đang rất được ưu chuộng

Trang 7

a Sơ đồ cấu tạo điều hòa của sổ cục bộ

b Điều hòa của sổ cục bộ hai chiều

Hình 1 4 Điều hòa của sổ cục bộ hai chiều

c Hệ thống điều hòa cục bộ kiểu multi

Hình 1 5 hệ thống điều hòa cục bộ kiểu multi Hình 1 3 Sơ đồ cấu tạo điều hòa của sổ cục bộ

Trang 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG

2.1.1 Lựa chọn tốc độ không khí đi trong ống

Tốc độ không khí đi trong ống gió là đại lượng quan trọng được nghiên cứu nhiều Tốc độ không khí cao, công suất quạt lớn thì mang lại ưu điểm sẽ tiết kiệm tiết diện của ống gió và ngược lại Từ đó, sẽ có nhiều lý do để cân nhắc lựa chọn tốc độ không khí sao cho phù hợp với kinh tế và độ ồn

Theo TL[1] trang 368 đưa ra một vài lời khuyên dùng về tốc độ không khí Riêng tốc

độ ở các miệng thổi, miệng hút lấy định hướng như sau: Miệng thổi đặt ở vùng làm việc thì tốc độ gió ra khỏi miệng thổi là ω = 0,3÷0,75 m/s; nếu miệng thổi đặt trên cao 2÷3 mét thì tốc độ gió ra khỏi miệng gió là ω = 1,5÷3 m/s; nếu miệng thổi đặt cao trên 3m thì lấy tốc độ gió ra khỏi miệng thổi là ω = 3÷4 m/s

Đối với phòng trong nghiên cứu này, nhóm chọn ra hai tốc độ gió:

- Từ bảng 7.1 và 7.2/ TL [1]/trang 368 chọn tốc độ gió trên đường ống chính

Trang 9

Phương pháp tính toán đường ống gió: Phương pháp ma sát đồng đều

Nội dung của phương pháp ma sát đồng đều là thiết kế xác định kích thước đường ống gió sao cho tổn thất áp suất trên 1 m chiều dài đường ống bằng nhau trên toàn tuyến ống

Phương pháp ma sát đồng đều cũng đảm bảo vận tốc gió trên đường ống giảm dần theo chiều dài ống gió và do đó một phần áp suất động biến dổi thành áp suất tĩnh vì vậy đảm bảo được gió phân bố đồng đều

Phương pháp ma sát đồng đều có ưu điểm là thiết kế rất nhanh, người thiết kế không bắt buộc phải tính toán tuần tự từ đầu tuyến ống đến cuối mà có thể tính bất cứ đoạn ống nào tuỳ ý, điều này có ý nghĩa trên thực tế thi công ở công trường

Phương pháp ma sát đồng đều cũng đảm bảo tốc độ giảm dần dọc theo chiều chuyển động, có độ tin cậy cao hơn phương pháp giảm dần tốc độ

Nhóm nghiên cứu chia đoạn ống thành 2 phần để tính bao gồm ống chính 1 và ống chính 2 Dựa vào chiều dài phòng đã xác định trước, nhóm chọn chiều dài đường đường ống phân phối gió cho phù hợp là 2,9m và 2m

2.1.2.1 Tính chọn đường ống chính 1

- Độ dài ống chính 2,9m

- Tổng tiết diện đường ống chính 1:

𝑆𝑐1 = 2523600∗6= 7

- Suy ra đường kính ống chính 2 là: 0,086 m = 8,6 cm = 86mm

Trang 10

2.1.5 Tính chọn miệng gió

Chọn tốc độ gió ra khỏi miệng gió là 1,5 m/s,

- Tổng tiết diện miệng gió:

𝑆 = 𝑄

𝑣 𝑚𝑔 = 252

1.5∗3600 = 7

- Chọn đường kính mỗi miệng: d = 114 mm

- Số lượng miệng gió:

- Công suất điện: 40W

2.1.7 Tính lại các thông số đường ống

Sau khi chọn được quạt, nhóm đã tính lại các thông số kích thước đường ống và được liệt kê bên dưới:

a Tính chọn miệng gió

Chọn tốc độ gió ban đầu ra khỏi miệng gió là 1,5 m/s,

- Tổng tiết diện miệng gió:

𝑆 =𝑣𝑄

- Chọn đường kính mỗi miệng gió là: d = 114 mm

Với 4 miệng gió ta có:

- Lưu lượng từng miệng gió:

=> Từ đó ta tính lại được tốc độ gió ra là: vmg= 1,97 (m/s)

- Tra trên đồ thị hình 7.24/ TL [1]/trang 373, dựa theo lưu lượng là 290 m3/h

và tốc độ gió là 6 m/s suy ra được tổn thất áp suất trên 1m ống là ∆p1=2.1 Pa/m

Chọn ống nhựa PVC có kích thước 140 mm cho đoạn ống chính 1

Khi đó, tiết diện đường ống chính 1 sẽ là: S c1 =0.0154 (m 2 )

Chọn ống nhựa PVC có kích thước 90 mm cho đoạn ống chính 2

Khi đó, tiết diện đường ống chính 2 sẽ là: S c2 =0,0064 (m 2 )

Chiều dài

Tốc độ gió

Tiết diện ống

Trở kháng

ma sát

R ms

Trở kháng

ma sát của đoạn ống ∆P ms

= R ms l

Tổng trở kháng cục bộ

Áp suất động

Trở kháng cục bộ

∆P cb

Tổn thất

áp suất tổng ∆P

Nhựa PVC có khả năng chống axit tuyệt vời, kháng kiềm, chống ăn mòn nên không

bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và pH đất Có đặc tính chống ăn mòn và kháng hóa chất tuyệt vời, ống PVC không cần xử lý chống ăn mòn khi lắp đặt đường ống

Ống nhựa PVC có điện trở suất lớn hơn 1013 Ω cm, có độ dẫn nhiệt 0.13 W/moC, nên có tính dẫn nhiệt, dẫn điện kém Yếu tố dẫn nhiệt thấp giúp chất lỏng vận chuyển qua đường ống PVC duy trì nhiệt độ đồng đều hơn Ống nhựa PVC còn đảm bảo an toàn vì

Vì các đặc tính nêu trên, ta có thể thấy ống nhựa có độ nhám bề mặt, hệ số ma sát

bề mặt trong ống là rất nhỏ, kích thước phù hợp với không gian điều hòa nhỏ hẹp nên nhóm

đã chọn ống nhựa làm vật liệu làm đường ống gió

Thực nghiệm là một phương pháp thu thập thông tin được thực hiện bởi những quan sát trong điều kiện gây biến đổi đối tượng khảo sát và môi trường xung quanh đối tượng khảo sát một cách có chủ định Sử dụng phổ biến trong nghiên cứu tự nhiên, kỹ thuật, y học và nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác

Đặc điểm: Thực nghiệm cho phép tác động lên đối tượng nghiên cứu một cách chủ động, can thiệp có ý thức vào quá trình diễn ra theo mong muốn của người nghiên cứu Đặc trưng của phương pháp thực nghiệm là tham số bị khống chế bởi người nghiên cứu

* Phân loại nghiên cứu thực nghiệm

Theo nơi thực nghiệm:

- Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm: Người nghiên cứu hoàn toàn chủ động

Phân loại theo mực đích quan sát:

- Thực nghiệm thăm dò: Thực nghiệm này được sử dụng để nhận dạng vẫn đề

và xây dựng giả thiết

- Thực nghiệm kiểm tra: Thực nghiệm được tiến hành để kiểm chứng những giả thiết

- Thực nghiệm song hành: Thực nghiệm tiến hành trên những đối thượng khác nhau trong những điều kiện được khống chế giống nhau, nhằm rút ra kết luận về ảnh hưởng của thực nghiệm trên các đối tượng khác

- Thực nghiệm đối nghịch: Thực nghiệm tiến hành trên hai đối tượng giống nhau với điều kiện ngược nhau, nhằm quan sát kết quả của các phương thức tác động đến thông số của đối tượng nghiên cứu

- Thực nghiệm so sánh (đồi chứng): Thực nghiệm tiến hành trên hai đối tượng khác nhau, trong đó một trong hai được chọn làm đối chứng nhằm tìm chỗ khác biệt giữa các phương pháp, giữa các hậu quả so với đối chứng

* Các phương pháp tiến hành thực nghiệm

- Phương pháp thử và sai: Là phương pháp bắt đầu bằng việc thử, thấy sai thử lại, sai lại thử lại cho đến khi đạt được kết quả cuối cùng hoàn toàn đúng hoàn toàn sai so với giả thuyết thực nghiệm

- Phương pháp Heuristie: Bản chất chính là phương pháp thử và sai được cải tiến, được chia theo nhiều bước, mỗi nước chỉ thực nghiệm trên một mục tiêu Mục đích là để công việc thực nghiệm trở nên dễ dàng hơn

- Thực nghiệm trên mô hình: Thực nghiệm phổ biến nhất trong các nghiên cứu

xã hội Mục đích là làm thử ở quy mô nhỏ, vừa dễ thực hiện vừa giảm thiểu rỉu ro

đó của môi trường

- Có khả năng đi sâu vào quan hệ bản chất, xác định được các quy luật, phát hiện ra các thành phần và cơ chế

- Có thể lặp đi lặp lại nhiều lần thực hiện với những kết quả giống nhau, chứng

tỏ một mối quan hệ có tính quy luật và đảm bảo được tính tin cậy của đề tài

- Nhà nghiên cứu không thụ động chờ đợi sự xuất hiện các hiện tượng mà tự mình tạo ra các điều kiện, nên có khả năng tính đến một cách đầy đủ hơn các điều kiện đó, cũng như những ảnh hưởng mà các điều kiện ấy gây ra cho đối tượng

* Nguyên tắc cơ bản của nghiên cứu thực nghiệm

- Xây dựng giả thuyết thực nghiệm

- Ước lượng các biến thiên

- Khống chế những điều kiện chủ quan của đối tượng được thực nghiệm để nó cân bằng và ổn định

- Khống chế những tác động không thực nghiệm

- Mẫu được lựa chọn trong thực nghiệm phải tiêu biểu, mang tính phổ biến để kết quả thực nghiệm được khách quan

- Đề ra những chuẩn đánh giá, phương thức đánh giá kết quả

- Ghi biên bản thực nghiệm

Trang 17

* Yêu cầu

- Không sử dụng thực nghiệm một cách tràn lan, phải chọn vấn đề then chốt, nhất thiết để thực hiện, khi đã chọn đề tài thực nghiệm thì cần phải thực hiện đến mức cao nhất các nguyên tắc của thực nghiệm

- Cần nắm chắc những ưu điểm và nhược điểm của mỗi loại thực nghiệm để

sử dụng phù hợp với vấn đề thực nghiệm

- Chỉ được tiến hành thực nghiệm khi có đầy đủ luận cứ về: mục đích, điều kiện (cơ sở lý luận, giả thuyết khoa học, đối tượng tác động, địa bàn thực nghiệm, lực lượng tham gia thực nghiệm,…), các bước thực nghiệm, việc xử lí kết quả, phân tích lý luận và khái quát hoá để hình thành tri thức mới

* Các bước tiến hành

Chuẩn bị:

- Xác định mục tiêu thực nghiệm

- Xác định đối tượng, địa điểm, quy mô thực nghiệm

- Xác định hệ chuẩn đánh giá và phương pháp đánh giá kết quả

- Xây dựng kế hoạch triển khai thực nghiệm

- Khảo sát thực trạng các vấn đề có liên quan đến việc thực nghiệm

- Triển khai thực nghiệm theo kế hoạch

* Ý nghĩa của phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp thực nghiệm khoa học là một trong các phương pháp cơ bản nghiên cứu khoa học

- Phương pháp thực nghiệm mang tính chủ động và sáng tạo rất cao trong việc cải tạo thực tiễn và có ý nghĩa rất quan trọng trong lịch sử phát triển khoa học.[7]