THIẾT BỊ NHIỆT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Từ khi hình thành và phát triển con người luôn cải tạo tự nhiên để phục vụ cho nhu cầu sống của mình. Khi đạt được nhu cầu này thì con người lại phát sinh những nhu cầu mới cao hơn. Nếu giả sử con người ban đầu sưởi ấm bằng lửa thì ngày nay con người cần một môi trường ấm áp vào mùa đông nhưng lại mát mẻ vào mùa hè. Không chủ có nhu cầu về nhiệt độ mà còn độ ẩm, độ ồn, nồng độ các chất độc hại sẽ của không khí cũng được quan tâm. Để đạt được những nhu cầu đó thì hàng loạt phương pháp, các dự án và công nghệ ngày càng tân tiến hơn ra đời. Chúng có thể khác nhau hoàn toàn hay giống nhau ở một số vấn đề nhưng đều gọi chung là điều hòa không khí.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Chủ đề THIẾT BỊ NHIỆT TRONG HỆ THỐNG

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Ng Xn Vh

1714 17147

Trước tiên với tình cảm sâu sắc và chân thành nhất, cho phép em được bày tỏlòng biết ơn đến tất cả các cá nhân và tổ chức đã tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ em trongsuốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài này Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu họctập tại trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý các Thầy ở Khoa cơkhí động lực đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thờigian học tập tại trường Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo của các thầy cônên đề tài nghiên cứu của em mới có thể hoàn thiện tốt đẹp

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn– người đã tin tưởng giao cho

em, hướng dẫn em hoàn thành tốt bài báo cáo này trong thời gian qua

Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy

để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn đồng thời có điềukiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

GIỚI THIỆU CHUNG

Từ khi hình thành và phát triển con người luôn cải tạo tự nhiên để phục vụcho nhu cầu sống của mình Khi đạt được nhu cầu này thì con người lại phátsinh những nhu cầu mới cao hơn Nếu giả sử con người ban đầu sưởi ấm bằnglửa thì ngày nay con người cần một môi trường ấm áp vào mùa đông nhưng lạimát mẻ vào mùa hè Không chủ có nhu cầu về nhiệt độ mà còn độ ẩm, độ ồn,nồng độ các chất độc hại sẽ của không khí cũng được quan tâm Để đạt đượcnhững nhu cầu đó thì hàng loạt phương pháp, các dự án và công nghệ ngàycàng tân tiến hơn ra đời Chúng có thể khác nhau hoàn toàn hay giống nhau ởmột số vấn đề nhưng đều gọi chung là điều hòa không khí

MỤC LỤC

Chương 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

I.Khái niệm về điều hòa không khí

1.Hệ thống điều hòa không khí Water Chiller

2.Các thiết bị trong hệ thống Water CHILLER

2.1.Cụm chiller

2.2.Tháp giải nhiệt

2.3.Bình trữ lạnh

2.4.Bơm nước

2.5 Hệ Thống tải sử dụng Trực Tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE

Chương 2: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ WATER CHILLER

1.Phân loại

2.Tính toán thiết bị ngưng tụ

2.1.Tính toán phương trình truyền nhiệt

2.2.Chiều dài ống trao đổi nhiệt

Chương 3: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG WATER CHILLER

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NHIỆT TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

I Khái niệm điều hòa không khí:

Điều hòa không khí hay điều hòa nhiệt độ là thiết bị giúp duy trì

không khí trong phòng ổn định về nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch

Điều hòa không khí cưỡng bức thông qua thiết bị làm lạnh hoặc làmnóng, quạt gió, phun ẩm, hút ẩm làm khô

Thường thiết bị điều hòa không khí chủ yếu phục vụ cho con người làchính, nhưng ngày nay thiết bị được sử dụng rộng rãi hơn như cho độngvật, thực vật, máy móc, trang thiết bị y tế, thuốc men dược phẩm,

Có một số loại hệ thống điều hòa không khí như hệ thống ĐHKK làm

lạnh bằng không khí (ĐHKK trung tâm, multi, treo tường, ) , làm lạnh nước (Hệ thống Water Chiller), hệ thống ĐHKK cục bộ, VRV sử dụng

biến tầng,

Hình 1.1 Hệ thống ĐHKK kiểu trung tâm VRV (6)

Hình 1.2 Hệ thống ĐHKK cục bộ (6)

Hình 1.3 Hệ thống Water Chiller (3)

Hiện nay, các sản phẩm làm lạnh nước đang được ứng dụng nhiềutrong nhiều doanh nghiệp để phục vụ cho hoạt động sản xuất, kinh doanhdiễn ra ổn định Và để sử dụng hiệu quả, chúng ta cần phải hiểu rõ cấu tạo

và nguyên lý hoạt động của hệ thống WATER CHILLER

1 Hệ thống điều hòa Water Chiller:

Hình 1.4 Hệ thống điều hòa không khí Water Chiller (4)

Là hệ thống điều hòa không khí trung tâm có môi chất tải lạnh là nước.Nước được làm lạnh ở cụm chiller sau đó qua các hệ thống đường ống tới các

AHU hoặc FCU nhận nhiệt và làm lạnh không khí cần điều hòa.

2 Các thiết bị trong hệ thống Water CHILLER:

Hình 1.5 Hệ thống Water Chiller (9)

2.1 Cụm Chiller

Là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống WATER CHILLER Nó được

ở tầng mái hay trong phòng kỹ thuật của tầng hầm

Được sử dụng để làm lạnh nước ( môi chất tải lạnh ) tới 6 độ C

Hình 1.6 Cụm Chiller (4)

Cụm chiller bao gồm các thiết bị sau:

a Máy nén: thường sử dụng các loại như

 Máy nén Piston:

Dùng cho loại chiller có công suất nhỏ hơn 200tons.

Tuy nhiên loại này ít dùng cho hệ thống chiller do các đặc điểm của máy nénpiston có không gian chết, độ ổn cao, hiệu suất kém, khó điều khiển năng suất lạnhtheo yêu cầu

Hình 1.7 Máy nén Piston (9)

 Máy nén xoắn ốc:

Dùng cho công suất nhỏ hơn 200tons nhưng loại này hiệu suất cao hơn,

có ít chi tiết và hoạt động êm hơn loại piston

Hình 1.8 Máy nén xoắn ốc (9)

 Máy nén trục vít:

Dùng cho công suất từ 50RT  100RT Ít chi tiết chuyển động, hoạt động êm,tuổi thọ cao.

Có khả năng điểu chỉnh tải vô cấp thông quá van trượt Công suất tiêu thụ điệnnhỏ hơn nhiều so với chiller sử dụng máy nén piston

Hình 1.9 MN trục vít nằm ngang (9) Hình 1.10 MN trục vít đặt đứng (9)

 Máy nén ly tâm:

Dùng cho công suất từ 550RT  3000RT, dành cho những công trình lớn.Hiệu suất và độ tin cậy cao Kích thước nhỏ gọn và đặc tính truyền nhiệtcao

Tuy nhiên kích thước lớn do vấn dfed hồi dầu máy nén ly tâm

Hình 1.11 Máy nén ly tâm (9)

b Thiết bị ngưng tụ:

Thiết bị dùng để ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnhtrạng thái lỏng Thiết bị ngưng tụ chia làm 2 nhóm:

 Chiller giải nhiệt bằng không khí là không sử dụng tháp giải nhiệt mà trao

đổi trực tiếp từ gas nóng áp suất cao với không khí

Loại này có hiệu suất lạnh kém hơn rất nhiều ( nhỏ hơn gấp 1,5 lần ) so vớiloại chiller giải nhiệt bằng nước Nhưng do một số điều kiện người ta vẫn dùng

hệ chiller giải nhiệt bằng không khí

 Chiller giải nhiệt bằng nước là không sử dụng bình ngưng ống chùm mà là

dàn ống đồng cánh nhôm Lí do:

- Đồng truyền nhiệt tốt hơn nhôm, nhưng tản nhiệt vào không khí kém hơn

- Đồng giá cao và nặng hơn nhôm

- Đồng dẫn nhiệt qua cánh tản nhiệt đông thì nhiệt trên cánh tản nhiệt đồng sẽ cao, khíđặt trong xưởng sẽ dễ gây ra nguy cơ cháy nổ

- Ống đồng cánh nhôm sẽ tạo ra lượng nhiệt không đều trên toàn bộ dàn coil từ đố dẫnđến sự đối lưu tốt hơn toàn bộ dàn coil

Hình 1.12 Chiller giải nhiệt bằng KK (3) Hình 1.13 Chiller giải nhiệt bằng nước

(9)

b Thiết bị bay hơi:

Là thiết bị chính và quan trọng trong hệ thống, dùng để làm lạnh chất tảilạnh hay làm bay hơi môi chất lạnh, giúp môi chất lạnh từ trạng thái khác (lỏnghoặc bảo hòa ẩm) chuyển thành hơi trước khi vào máy nén Có 3 loại thiết bịbay hơi:

Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng:

Hình 1.14 Thiết bị bay hơi kiểu ngập lỏng (9)

Môi chất dạng lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt

Môi chất dạng lỏng cấp từ phía dưới của thiết bị

Chất tải lạnh bên trong ống còn môi chất lạnh dạng lỏng bên ngoài ống

Hệ số truyền nhiệt cao

Thiết bị bay hơi kiểu ngập nữa lỏng:

Hình 1.15 Thiết bị bay hơi kiểu ngập nữa lỏng (3)

Môi chất lạnh bao phủ một bề mặt của thiết bị trao đổi nhiệt, phần còn lạidùng để quá trình nhiệt hút về máy nén

Môi chất dạng lỏng bên ngoài ống và được cấp từ phía trên của thiết bị cònchất tải nhiệt bên trong ống.Hệ số truyền nhiệt cao

Thiết bị bay hơi kiểu trực tiếp:

Hình 1.16 Thiết bị bay hơi kiểu trực tiếp (9)

Môi chất lạnh dạng lỏng chuyển động trong ống còn chất tải lạnh chạyngoài ống

Tổn thất áp suất về phía đường nước nhỏ

Lượng tác nhân lạnh nạp vào hệ thống tương đối ít

Hệ số truyền nhiệt không cao

c Van tiết lưu:

Môi chất lạnh sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ qua van tiết lưu, sau khí qua van tiết lưu

áp suất và nhiệt độ của môi chất sẽ giảm xuống trước khi vào thiết bị bay hơi

Có 2 loại van tiết lưu chính:

Hình 1.17 Van tiết lưu cân bằng ngoài (1)

Thường dùng cho các hệthống có công suất lớn và có

sự tổn thất áp suất lớn

Hình 1.18 Van tiết lưu cân bằng trong (1)

Thường dùng cho các hệthống có công suất nhỏ, có

độ chệnh lệch áp suất giữađầu ra thiết bị bay hơi và đầuvào thiết bị ngưng tụ

Nếu tổn thất áp suất của dàn bay hơi lớn, cần thiết phải lựa chọn van cânbằng ngoài thay thế cho van cân bằng trong

sẻ chuyển sang thể lỏng áp suất cao hơn ban đầu), nếu không được giải nhiệttốt, thì quá trình sẻ khó chuyểntrạng thái sang lỏng và áp suất tiếp tục tăng lêngây quá tải ở máy nén

Lưu lượng nước từ bơm qua chiller luôn phải được giử ổn định, không tăng hay giảm công suất lưu lượng bơm bằng biến tần nếu không có sự kết hợp có khoa học của hệ thống.

2.5 Hệ Thống tái sử dụng Trực Tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE :

Là thiết bị trao đổi nhiệt trung gian giữa nước lạnh hoặc nước nóng với không khí cần được điều hòa

AHU: là bộ xử lý nhiệt ẩm hệ thống ống gió trung tâm và chia ra làm nhiều

ống gió phụ đi vào không gian điều hòa Như vậy một AHU có thể có nhiều lớplọc bụi, nhiều dàn coil ống đồng (nước nóng hoặc lạnh) theo điều kiện xử lý yêu cầu và dùng cho một không gian lớn

FCU: thì dùng cho nhiều phòng nhỏ hay khu vực nhỏ nơi mà hệ thống ống

gió của AHU không thể tới được, hay với yêu cầu một vài phòng nằm trong khuvực với yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm khác với AHU đang lắp sử dụng FCU không xử lí nhiệt ẩm tốt bằng AHU (do kích thước sản xuất hạn chế) Nên với yêu cầu đòi hỏi cao ta bắt buột sử dụng thêm bộ xử lý PAU (lọc, làm lạnh,gia nhiệt, tách ẩm hay tạo ẩm) được lắp bên ngoài và nối ống gió cho nhiều FCU bên trong

PAU: Luôn cấp gió khô hơn không khí trong không gian điều hòa Khô ở

đây nói đến độ chứa hơi ( hay độ khô), không phải độ ẩm tương đối ( vì gió sao khi ra coil FCU thì có độ ẩm tương đối cao 85~95%).Luôn cấp gió nhiệt độ càng thấp ( >9 nếu dùng VAV, > 11 nếu dùng CAV) khi có thể, khi này sẽ giảm được size của FCU hay Indoor Unit

Hình 1.20 Mô hình AHU (4)

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ WATER CHILLER:

1 Phân loại:

Nhóm chiller giải nhiệt bằng nước chia làm 2 loại:

a Bình ngưng ống vỏ nằm ngang:

Môi chất lạnh có thể sử dụng là amoniac (các ống trao đổi nhiệt là ống thép

áp lực ) hay freon ( các óng trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh về phía môi chấtlạnh )

 Ưu nhược điểm:

- Hiểu quả trao đổi nhiệt cao, ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường

- Cấu tạo chắc chắn, nhỏ gọn, dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh, tuổi thọ cao và bển bỉ

- Không dùng với hệ thống quá lớn

- Nhanh bám bẩn, phải vệ sinh thường xuyèn.

- Sử dụng bình ngưng phải có thêm hệ thống nước giải nhiệt  chi phí đầu tư cao

b Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng:

Để tiết kiệm diện tích đặt người ta sử dụng bình ngưng ống vỏ thẳng đứng

 Cấu tạo:

Cấu tạo tương tự như bình ngưng ống vỏ nằm ngang

Vỏ bình hình trụ, bên trong là các ống trao đổi nhiệt được hàn vào 2 mặt sàn

ở hai đầu bình

 Nguyên lý làm việc:

Về nguyên lý làm việc cũng gần như là tương tự Nước giải nhiệt chảy từtrên xuống, hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên, trao đổi nhiệtvới nước ngưng lại thành lỏng và chảy xuống phía dưới của bình

Hình 2.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng (7)

1- Ống cân bằng, 2- Xả khí không ngưng, 3- Bộ phân phối nước, 4- Van an toàn; 5- ỐngTĐN, 6- áp kế, 7- Ống thuỷ, 8- Bể nước, 9- Bình chứa cao áp

 Ưu nhược điểm:

- Hiệu quả trao đổi nhiệt lớn

- Tiết kiệm không gian lắp đặt, thích hợp cho hệ hống vừa và lớn

- Ít bám bẩn, dễ hồi dầu về máy nén

- Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp

- Lương nước tiêu hao lớn

2 Tính toán thiết bị ngưng tụ:

2.1 Tính toán phương trình truyền nhiệt

 Hệ số truyền nhiệt từ vách trong ống trao đổi nhiệt đến nước

- Hệ số truyền nhiệt khi môi chất ngưng tụ trên bề mặt cụm ống là màng mỏng được tính theo công thức:

Trong đó:

 r: Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg

 : Khối lượng riêng môi chất pha lỏng; kg/m3

 : Hệ số nhiệt pha lỏng; W/m

 : Độ nhớt động lực học pha lỏng; Pa.s

 , - nhiệt độ vách mặt ngoài ống

 n: số ống theo chiều thẳng đứng

- Hệ số truyền nhiệt khi chảy rối được tính theo công thức:

Các thông số lấy cho nhiệt độ trung bình của nước

- Tính theo phương trình

Thay giá trị vào, ta có:

Sau khi giản ước:

d) Sau khí xác định xong , ta tính diện tích trao đổi nhiệt:

2.2 Chiều dài ống trao đổi nhiệt l:

Chọn l và z sao cho phù hợp chiều dài ống chuẩn có sẵn, bố trí mặt sàng ống; kiểm tra số ống n theo chiều thẳng đứng với vị trí số nhận ban đầu; nếu có sai số thì tính lại

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG

là quá trình tỏa nhiệt

- Hệ thống làm lạnh chiller thường áp dụng quá trình lỏng sang khí (hay còn gọi là quá trình bay hơi nước) để thu nhiệt xung quanh và làm lạnh đi (gas lạnh lỏng bay hơi,thu nhiệt từ nước làm mước bị mất nhiệt, lạnh đi theo yêu cầu sử dụng)

- Ở quá trình ngược lại: gas trạng thái hơi áp suất được nên gas lạnh Qua máy nén thì gas trạng thái hơi áp suất cao, được giải nhiệt sẽ chuyển hoàn toàn sang lỏng trở thành một chu trình kín Giữa 2 trạng thái lỏng và gas hơi được điều chỉnh bằng van tự động

KẾT LUẬN

Thiết bị ngưng tụ là một trong những thiết bị nhiệt vô cùng quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí Không có thiết bị ngưng tụ thì hệ thống không thể làm vệc được Chính vì thế nên từng loại hệ thống khác nhau mà sẽ

có cách tính toán thiết bị ngưng tụ khác nhau Tóm lại, phân loại, ứng dụng và tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ là rất quan trọng nên người kỹ sư cần trang

bị đầy đủ kiếm thức để có thể chọn được một thiết bị ngưng tụ tối ưu nhất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ LẠNH – tác giả: thầy Lê Xuân Hòa

2. www.researchgate.net

3.

http://vothanhhai.weebly.com/maacutey-l7841nh-trung-tacircm chiller/post-title-click-and-type-to-edit1

4. he-thong-dhh-trung-tam-chiller

https://sites.google.com/site/nhietlanhcn/Water-Chiller-iu-Ha/gioi-thieu-5. https://www.youtube.com/watch?v=peVAaLIJJ6c&t=257s

6. khi.html

http://giangchau.com.vn/vi/documents/tong-quan-ve-dieu-hoa-khong-7. https://voer.edu.vn/m/thiet-bi-ngung-tu/b8516919

9. https://tailieumienphi.vn/doc/he-thong-water-chiller-l5v1tq.html