Đồ án hcmute 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

Đồ án nghiên cứu hcmute đánh giá mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối gió trong hệ thống điều hòa không khí, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài

• Tác giả: Võ Trường Vũ
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Hùng Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
• 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
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
• 1.2. Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
• 1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN CON NGƯỜI
• 1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 1.3.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối
• 1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ các chất độc hại
• 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)
• 1.4.2. Hệ thống điều hòa VRV (Variable Refrigerant Volume)
• 1.4.3. Hệ thống điều hòa cục bộ
• 2. 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
• 2.1.2. Tính chọn đường ống chính
• 2.1.2.1. Tính chọn đường ống chính 1
• 2.1.2.2. Tính chọn đường ống chính 2
• 2.1.3. Tính chọn miệng gió
• 2.1.4. Tính lại các thông số đường ống
• 2.1.5. Tính tổn thất áp suất
• 2.2. CHỌN VẬT LIỆU
• 2.2.1. Ống nhựa PVC
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊM CỨU THỰC NGHIỆM
• 2.4. XÂY DỰNG MODEL
• 2.4.1. Giới thiệu về phần mềm Autodesk Inventor
• 2.4.2. Xây dựng mô hình trên phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020
• 2.4.3. Chi tiết mô hình
• 2.4.4. Mô hình ống phân phối gió
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 3.1. MÔ PHỎNG VỚI ANSYS WORKBENCH
• 3.1.1. Giới Thiệu Ansys
• 3.1.2. Mô hình dòng chảy k – ε
• 3.1.3. Xử lý số liệu ban đầu
• 3.1.4. Bắt đầu với Project – Model 1
• 3.1.6. Xây dựng Mesh
• 3.1.7. Tạo và thiết lập FLUENT
• 3.2. THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM
• 3.2.1. Khảo sát phòng và chọn vị trí lắp đặt cho đường ống
• 3.2.2. Tiến hành lập bảng thống kê vật tư và lập phương án lắp đặt
• 3.2.3. Tiến hành lắp đặt mô hình thực nghiệm
• 3.2.4. Kiểm tra và đánh giá độ hoàn thiện của mô hình thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 4.1. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1.1. Kết quả mô phỏng trước khi lắp đặt đường ống gió
• 4.1.2. Kết quả mô phỏng khi lắp đặt đường ống gió
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mô phỏng phân phối gió

Mô phỏng phân phối gió trong hệ thống điều hòa không khí là một phần quan trọng trong việc thiết kế và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống này. Việc mô phỏng phân phối gió giúp xác định cách thức không khí được phân phối trong không gian nhỏ hẹp, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu quả làm mát và thông gió. Trong bối cảnh xưởng nhỏ hẹp, việc này càng trở nên cần thiết do không gian hạn chế có thể dẫn đến sự phân phối không đồng đều của không khí, ảnh hưởng đến sự thoải mái và hiệu suất làm việc của con người. Các yếu tố như tốc độ gió, nhiệt độ và độ ẩm cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng không khí được phân phối một cách hiệu quả và đồng đều.

1.1. Tầm quan trọng của mô phỏng

Mô phỏng phân phối gió không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống điều hòa không khí mà còn giúp tiết kiệm năng lượng. Bằng cách sử dụng phần mềm như ANSYS, các kỹ sư có thể mô phỏng các điều kiện khác nhau và đánh giá hiệu quả của các thiết kế khác nhau. Điều này cho phép họ tối ưu hóa hệ thống trước khi thực hiện lắp đặt thực tế, từ đó giảm thiểu chi phí và thời gian. Hơn nữa, việc mô phỏng cũng giúp phát hiện sớm các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình vận hành, từ đó có thể đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.

II. Phân tích hệ thống thông gió trong xưởng nhỏ hẹp

Hệ thống thông gió trong xưởng nhỏ hẹp cần được thiết kế sao cho đảm bảo không khí được lưu thông tốt nhất. Việc đánh giá hiệu suất của hệ thống thông gió là rất quan trọng để đảm bảo rằng không khí trong xưởng luôn trong lành và thoải mái cho người lao động. Các yếu tố như vị trí lắp đặt miệng gió, kích thước ống dẫn và tốc độ gió đều ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống. Một hệ thống thông gió hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu nồng độ các chất độc hại trong không khí, đồng thời duy trì nhiệt độ và độ ẩm ở mức lý tưởng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến phân phối không khí

Các yếu tố như điều kiện môi trường, tốc độ gió, và chất lượng không khí đều có ảnh hưởng lớn đến phân phối không khí trong xưởng. Nhiệt độ và độ ẩm không khí cũng cần được kiểm soát để đảm bảo rằng không khí được phân phối một cách đồng đều. Việc sử dụng các thiết bị cảm biến để theo dõi các thông số này là rất cần thiết. Hệ thống thông gió cần được thiết kế sao cho có thể điều chỉnh được các thông số này một cách linh hoạt, nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế của người sử dụng.

III. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc lắp đặt hệ thống điều hòa không khí một cách hợp lý có thể cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng và sự thoải mái cho người lao động. Mô phỏng cho thấy sự phân phối không khí đồng đều hơn khi sử dụng các thiết kế ống dẫn gió tối ưu. Các kết quả thực nghiệm cũng xác nhận rằng việc điều chỉnh vị trí và kích thước của miệng gió có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong việc phân phối không khí. Điều này cho thấy rằng việc phân tích dữ liệu và mô phỏng là rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống thông gió hiệu quả.

3.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống thông gió được thiết kế theo mô phỏng đã hoạt động hiệu quả hơn so với các thiết kế truyền thống. Sự cải thiện trong việc phân phối không khí đã được ghi nhận, với nhiệt độ và độ ẩm trong không gian làm việc được duy trì ở mức lý tưởng. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng không khí mà còn cải thiện năng suất làm việc của nhân viên. Việc áp dụng công nghệ mô phỏng trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí đã chứng minh được giá trị thực tiễn của nó trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.2 Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 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.3 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN CON NGƯỜI 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ bên trong cơ thể của con người luôn ổn định ở 37 ͦ C. Trong suốt quá trình Trang 1 do an vận động và làm việc con người luôn thải một lượng nhiệt lượng nhất định vào môi trường 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 24 ͦ C dến 28oC là môi trường tiện nghi, thoải mái cho các hoạt động của con người.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 24 ͦ C đến 27 ͦ C, để con người có cảm giác thoải mái dễ chịu thì độ ẩm tương đối của không khí vào khoảng 60% đến 65%.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 2 do an 1.4 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA PHỔ BIẾN 1.1 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 3 do an Hình 1. 1 Hệ thống Water Chiller 1.2 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.

2 Hệ thống VRV Trang 4 do an • 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.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 Trang 5 do an máy 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.

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