Đồ án: Tính toán và thiết kế hệ thống điều hòa không khí VRV cho văn phòng loại 2

Tham khảo đồ án tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí VRV cho văn phòng. Tài liệu đầy đủ file word, bản vẽ, thuyết minh chi tiết.

• Tác giả: Hồ Thanh Thiên
• Người hướng dẫn: Hoàng Văn Viết
• Trường học: Trường Cao đẳng Lý Tự Trọng Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Nhiệt Lạnh
• Đề tài: Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí VRV Cho Văn Phòng Loại 2 (Phương Án 2)
• Loại tài liệu: Đồ án chuyên ngành
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Điều Hòa VRV Cho Văn Phòng

Hệ thống điều hòa VRV (Variable Refrigerant Volume) là giải pháp hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà văn phòng. Công nghệ này cho phép điều chỉnh lượng môi chất lạnh theo nhu cầu thực tế, giúp tiết kiệm năng lượng tối ưu. Đồ án thiết kế VRV cho văn phòng cần xem xét các yếu tố như diện tích không gian, số lượng người sử dụng, độ cách nhiệt và các yêu cầu về chất lượng không khí trong nhà. Với ưu điểm về hiệu suất cao, điều khiển linh hoạt và tiếp kiệm chi phí vận hành, hệ thống VRV đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho các dự án văn phòng hiện nay.

1.1. Khái Niệm Và Nguyên Lý Hoạt Động

Hệ thống VRV hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi lưu lượng môi chất lạnh để điều chỉnh nhiệt độ. Khác với các hệ thống truyền thống, VRV có khả năng cung cấp sức lạnh khác nhau cho từng khu vực. Điều này cho phép kiểm soát nhiệt độ độc lập tại các phòng khác nhau, đảm bảo sự thoải mái cao nhất cho người sử dụng.

1.2. Ưu Điểm Của Công Nghệ VRV

Công nghệ VRV mang lại nhiều lợi ích vượt trội: tiết kiệm điện năng 30-40% so với hệ thống truyền thống, điều khiển nhiệt độ chính xác, không gian lắp đặt linh hoạt, hạn chế tiếng ồn, tuổi thọ bộ máy kéo dài. Ngoài ra, hệ thống VRV có thể làm nóng và làm lạnh cùng lúc ở các khu vực khác nhau, phù hợp cho các tòa nhà văn phòng đa chức năng.

II. Quy Trình Thiết Kế Hệ Thống VRV Cho Văn Phòng

Quy trình thiết kế hệ thống điều hòa VRV cho văn phòng bao gồm các bước từ khảo sát thực địa đến lựa chọn thiết bị và tính toán năng lực. Việc thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế và quy định địa phương. Đầu tiên, kỹ sư cần tiến hành khảo sát chi tiết về kiến trúc, hướng gió, vị trí cửa sổ, và mục đích sử dụng của mỗi phòng. Sau đó, tính toán tải lạnh cần thiết dựa trên diện tích, số người, thiết bị điện tử, và độ cách nhiệt của công trình. Bước tiếp theo là lựa chọn máy ngoài trời phù hợp và xác định số lượng máy trong phòng cho từng khu vực.

2.1. Khảo Sát Và Tính Toán Tải Lạnh

Khảo sát thực địa là bước quan trọng nhất trong thiết kế. Kỹ sư cần đo lường kích thước phòng, xác định nguồn phát nhiệt (thiết bị, máy tính, đèn), số lượng người làm việc, và tính chất công việc. Tính toán tải lạnh dựa trên công thức tiêu chuẩn ASHRAE, xem xét nhiệt độ ngoài, độ ẩm, và chu kỳ vận hành. Kết quả tính toán này quyết định kích thước máy ngoài trời và số lượng máy trong phòng cần thiết.

2.2. Chọn Lựa Thiết Bị Và Bố Trí Máy

Lựa chọn máy ngoài trời VRV phải đảm bảo công suất đủ để cấp lạnh cho toàn bộ công trình với dự phòng 10-15%. Bố trí vị trí máy ngoài cần tránh tia nắng trực tiếp, gió mạnh, và ở nơi dễ thoát nước. Đối với máy trong phòng, cần chọn vị trí cao, không bị che chắn gió, và đảm bảo thẩm mỹ. Nên sử dụng ống đồng chất lượng cao để kết nối giữa các máy.

III. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống VRV

Hệ thống điều hòa VRV bao gồm các thành phần chính được thiết kế để hoạt động liên hoạt. Máy ngoài trời là trái tim của hệ thống, chứa động cơ, máy nén, và bộ phân phối môi chất lạnh. Máy trong phòng (indoor unit) có nhiều loại khác nhau như máy lạnh tường, máy âm trần, máy nối ống gió tùy theo nhu cầu. Ống đồng kết nối các máy với độ dài có thể lên đến 100m, giúp linh hoạt trong thiết kế. Hệ thống điều khiển thông minh cho phép điều chỉnh qua app hoặc bảng điều khiển tập trung, tối ưu hóa vận hành theo thời gian thực.

3.1. Máy Ngoài Trời Outdoor Unit

Máy ngoài trời là bộ phận chính chứa máy nén, tổ trao đổi nhiệt, và van điều khiển. Nó có nhiệm vụ nén môi chất lạnh và phân phối cho các máy trong phòng. Công suất máy ngoài thường được đánh giá từ 10kW đến 80kW trở lên. Để đảm bảo hiệu suất, cần vệ sinh định kỳ, kiểm tra áp suất, và thay dầu máy nén theo khuyến cáo của nhà sản xuất.

3.2. Máy Trong Phòng Indoor Unit Và Hệ Thống Điều Khiển

Máy trong có nhiều loại: máy lạnh tường (wall-mounted), máy âm trần (cassette), máy nối ống gió (ducted), phù hợp với nhu cầu thiết kế kiến trúc khác nhau. Hệ thống điều khiển hiện đại cho phép cài đặt nhiệt độ khác nhau cho từng phòng, tiết kiệm năng lượng thông qua lập trình theo giờ. Cảm biến độ ẩm và chất lượng không khí giúp điều chỉnh tự động, tăng sự thoải mái cho người sử dụng.

IV. Hướng Dẫn Lắp Đặt Và Bảo Trì Hệ Thống VRV

Lắp đặt hệ thống VRV đòi hỏi các kỹ sư chuyên nghiệp có chứng chỉ. Quá trình lắp đặt bao gồm: kiểm tra vật liệu, lắp đặt máy ngoài, kéo ống đồng, lắp máy trong, hàn nối, hút chân không, và nạp môi chất lạnh. Sau lắp đặt, cần kiểm tra rò rỉ, kiểm tra hoạt động toàn hệ thống, và đào tạo người sử dụng. Bảo trì định kỳ hàng tháng và hàng năm rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ và hiệu suất máy. Vệ sinh bộ lọc, kiểm tra áp suất, và kiểm tra mối nối là các công việc bảo trì chính.

4.1. Các Bước Lắp Đặt Chi Tiết

Bước đầu tiên là chuẩn bị kỹ lưỡng và kiểm tra chất lượng vật liệu. Tiếp theo, lắp đặt máy ngoài trời trên nền móng vững chắc, đảm bảo thông gió tốt. Kéo ống đồng từ máy ngoài đến máy trong, đảm bảo không bị lún cong quá mức. Lắp máy trong tường hoặc trần, kiểm tra độ thẳng và vị trí. Hàn nối ống bằng kỹ thuật bắn ni tơ, kiểm tra độ kín. Cuối cùng, hút chân không bằng máy bơm, nạp môi chất lạnh đúng liều, và chạy thử để kiểm tra hiệu suất.

4.2. Quy Trình Bảo Trì Định Kỳ

Bảo trì hàng tháng: kiểm tra bộ lọc, vệ sinh máy trong, kiểm tra độ ẩm, điều chỉnh nhiệt độ. Bảo trì hàng quý: vệ sinh máy ngoài, kiểm tra tổ trao đổi nhiệt, kiểm tra hoạt động quạt. Bảo trì hàng năm: kiểm tra áp suất môi chất, kiểm tra mối nối hàn, kiểm tra động cơ, thay dầu nếu cần. Ghi chép chi tiết các công việc bảo trì giúp theo dõi tình trạng máy và dự báo hỏng hóc sớm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐHKK VRV VÀ MẶT BẰNG VĂN PHÒNG LOẠI 2 1. Giới thiệu điều hòa không khí - vrv 1.1 Lịch sử hình thành, ý nghĩa và mục đích của điều hòa không khí 1.1 Lịch sử hình thành của điều hòa không khí Từ thời cổ đại xa xưa, con người đã biết đốt lửa sưởi ấm vào mùa đông và tìm vào các hang động mát mẻ vào mùa hè.1 - Hình vẽ trên tường diễn tả phương pháp làm mát bằng hơi ẩm của người Ai Cập cổ đại Hoàng đế thành Rôm Varius Avitus trị vì từ năm 218 – 222 đã cho đáp cả một núi tuyết trong vườn thượng uyển để mùa hè có thể thưởng ngoạn những ngọn núi mát thổi vào cung điện.Trong cuốn “The Origins of Air Conditioning” đã nhắc đến rất nhiều tài liệu tham khảo và giới thiệu nhiều hình vẽ mô tả những thử nghiệm về điều hòa không khí. Điển hình là Agricola đã mô tả một công trình bơm không khí xuống giếng mỏ để cung cấp khí tươi cũng như điều hòa nhiệt độ cho công nhân mỏ vào năm 1555. Nhà bác học thiên tài Leonardo de Vinci cũng đã thiết kế và chế tạo hệ thống thông gió cho một giếng mỏ.

Ở Anh, Humpherey Davy đã trình Quốc hội một dư án cải thiện không khí trong tòa nhà Quốc hội. Năm 1845, bác sĩ người Mỹ John Gorrie đã chế tạo máy lạnh nén khí đầu tiên để điều hòa không khí cho bệnh viện tư của ông. Chính sự kiện này đã làm cho ông nổi tiếng thế giới và đi vào lịch sử của kỹ thuật điều hòa không khí. Năm 1850, nhà thiên văn học Piuzzi Smith người Scotland đầu tiên đưa ra dự án điều hòa không khí phòng ở bằng máy lạnh nén khí.

Sự tham gia của nhà bác học nổi tiếng Rankine đã làm cho đề tài không những trở nên nghiêm túc mà còn được đông đảo mọi người quan tâm theo dõi. Năm 1894, Công ty Linde đã xây dựng một hệ thống điều hòa không khí bằng máy lạnh ammoniac dùng để làm lạnh và khử ẩm không khí mùa hè. Dàn lạnh đặt trên trần nhà, không khí đối lưu tự nhiện, không khí lạnh từ trên đi xuống dưới do mật độ lớn hơn máy lạnh đặt dười tầng hầm. Năm 1901, công trình khống chế nhiệt độ dưới 280C với độ ẩm thích hợp cho phòng hòa nhạc ở Monte Carlo được khánh thành, không khí được đưa qua buồng phun nước với nhiệt độ là 100C rồi cấp vào phòng.

Năm 1904, trạm điện thoại Hamburg được duy trì nhiệt độ mùa hè dưới 230C và độ ẩm 70%. Năm 1910, Công ty Borsig xây dựng các hệ thống điều hòa không khí ở Koeln và Rio de Janerio, các công trình này chủ yếu là không chế nhiệt độ, chưa đạt được sự hoàn thiện và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.  Từ lúc này đã hình thành hai xu hướng cơ bản: - Điều hòa tiện nghi cho các phòng ở - Điều hòa công nghệ phục vụ các nhu cầu sản xuất.  Carrier ông tổ của ngành điều hòa không khí Từ những sự kiện trên, một nhà kỹ sư và cũng là nhà sáng chế người Mỹ Willis Haviland Carrier (1875 - 1950) đã đưa ngành điều hòa không khí của Mỹ nói riêng và của toàn thế giới nói chung đến một bước phát triển rực rỡ.Chính ông là người đã định nghĩa điều hòa không khí “là kết hợp sưởi ấm, làm lạnh, gia ẩm, hút ẩm, lọc và rửa không khí, tự động duy trì khống chế trạng thái không khí không đổi phục vụ cho mọi yêu cầu tiện nghi hoặc công nghệ”.Năm 1911, ông đã lần đàu tiên xây dựng ẩm đồ của không khí ẩm và cắt nghĩa tính chất nhiệt của không khí ẩm với các phương pháo xử lí để đạt được các trạng thái không khí yêu cầu.

Carrier (1915) Trong thập niên 1930, ông chuyển công ty của mình tới Syracuse, New York và từ đây công ty của ông đã trở thành một trong số công ty sử dụng nhiều công nhân nhất ở miền Trung, tiểu bang New York.Năm 1930, ông bắt đầu mở hãng “Toyo Carrier and Samsung Applications” ở Hàn Quốc và Nhật Bản C arrier đã thiết kế máy lạnh với máy nén ly tâm, môi chất dicloetylen và diclometan.Ban đầu, hai môi chất này tạm thời đáp ứng được một số yêu cầu đề ra nhưng trong quá trình phát triển, kỹ thuật điều hòa không khí đã thúc đẩy các ngành khác phát triển, đặc biệt là ngành công nghiệp hóa chất tìm kiếm môi chất lạnh mới. Hãng Carrier còn phát triển máy lạnh Ejector để điều hòa không khí cho tàu hỏa vì nguồn hơi có thể lấy trực tiếp từ đầu tàu, nhưng chương trình này không đạt được kết quả vì càng ngày các đầu máy hơi nước càng bị thay thế bằng các đầu máy diesel và đầu máy chạy điện.  Từ đây, ông là người đi đầu cả trong xây dựng cơ sở lý thuyết cũng như trong phát minh, sáng chế, thiết kế và chế tạo các thiết bị và hệ thống điều hòa không khí. Ông đã cống hiến trọn đời mình cho ngành điều hòa không khí và cũng đã trở thành “ ông tổ vĩ đại nhất của ngành điều hòa không khí”.

Năm Nhân vật Sự kiện 1758 John Hedley Phát hiện quá trình làm lạnh từ sự bay hơi. & Franklin 1820 Michael Nén và hóa lỏng khí Amoniac. Faraday 1830 John Gorrie Thổi không khí lạnh để làm mát bệnh nhân, ý tưởng chế tạo máy điều hòa 1851 James Chế tạo thành công máy tạo băng Harrison 1881 Hải Quân Hoa Hệ thống dùng nước đá để làm mát tổng Kỳ thống James Garflield 1902 Willis Carrier Chế tạo máy điều hòa đầu tiên trên thế giới. 1906 Stuart Cramer Đặt tên quá trình “Điều hòa không khí”.

1914 Charles Gates Người đầu tiên sở hữu máy điều hòa tại nhà riêng. 1928 Thomas Chế tạo thành công chất sinh hàn Freon Midfley, Jr. Schultz Chế tạo máy điều hòa đầu tiên có kích thước & nhỏ gọn. Sherman 1939- Công nghệ làm lạnh phục vụ Chiến tranh thế 1945 giới thứ 2 1953 Hơn một triệu máy điều hòa dân dụng được bán ra khắp nơi trên nước Mỹ.

1957 Heinrich Chế tạo thành công máy nén khí ly tâm. Krigar 1969 Nell Đi bộ trên mặt trăng với bộ đồ có trang bị Armstrong & máy điều hòa. Buzz Aldrin 1987 Liên Hiệp Ban hành nghị định thư Montreal nhằm cắt Quốc giảm sử dụng CFC.1 – Tóm tắt những cột mốc lịch sử quan trọng trong sự phát triển của điều hòa không khí trên thế giới.2Ý nghĩa và mục đích của điều hòa không khí Ngoài việc điều hòa tiện nghi cho các phòng có người như nhà ở, nhà hàng, nhà hát, rạp chiếu phim, hội trường, phòng họp, khách sạn, trường học, văn phòng,…thì điều hòa công nghệ vẫn được công nhận bao gồm nhiều lĩnh vực như sợi dệt, thuốc lá, in ấn, phim ảnh, dược liệu, đồ da, quang học, điện tử, cơ khí và một loạt các phòng thí nghiệm khác nhau…Ví dụ như điều hòa trong các giếng mỏ đã phát triển mạnh nhờ đó mà đảm bảo sức khỏe và nâng cao hiệu suất lao động của công nhân trong mỏ. Không những có trong nông nghiệp và công nghiệp, điều hòa còn dần trở nên phổ biến hơn trong các ngành giao thông như đường bộ, đường thủy, đường sắt và hàng không, … Đối với ngành đường sắt:  Năm 1884, công ty đường sắt Baltimore – Ohio đã có những toa tàu điều hòa đầu tiên bằng nước đá.

 Đến năm 1929 các toa tàu được điều hòa bằng máy lạnh ammoniac.  Năm 1930, sử dụng máy lạnh metylclorid  24 – 5 – 1931, đoàn tàu điều hòa không khí toàn bộ chạy trên đoạn New York – Washington đi vào hoạt động.  Từ năm 1932, toàn bộ hệ thống điều hòa không khí đã chuyển sang sử dụng môi chất Freon R12.3 - Koan Maru là chiếc tàu thủy đầu tiên được trang bị hệ thống điều hòa không khí Việc điều hòa trên máy bay (buồng lái) cũng trở nên hết sức quan trọng.Tốc độ máy bay càng cao thì buồng lái càng nóng.Tuy ở độ cao lớn, không khí rất lạnh nhưng do không khí đập vào vỏ ngoài từ đó động năng biến thành nhiệt năng làm cho máy bay bị bao trùm vởi một lớp không khí nóng.Hơn nữa, phải đảm bảo áp suất trong khoang nên phải nén không khỉ loãng bên ngoài để cung cấp cho các khoang, vì vậy làm tăng nhiệt độ cho các khoang.Trên máy bay thường có hệ thống nén khí turbin để cung cấp khí nén cho công cơ phản lực nên chu trình lạnh nén khí để điều hòa không khí là phù hợp, chỉ cần trang bị thêm một máy giãn nở turbin.2 Đôi nét về hệ thống ĐHKK VRV 1.1Khái niệm chung về hệ thống ĐHKK VRV Hệ thống điều hòa không khí là một tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ, …để tiếng hành các quá trình xử lý không khí như sưởi ấm, làm lạnh, khử ẩm, gia ẩm,…điều chỉnh khống chế và duy trì các thông số khí hậu trong nhà như nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch, khí tươi, sự tuần hoàn phân khối không khí trong phòng nhằm đáp ứng nhu cầu tiện nghi công nghệ. VRV là kiểu máy điều hòa đặc biệt của Daikin, điều chỉnh năng suất lạnh bằng máy biến tần (tần số dòng điện).VRV air conditioner là máy điều hòa gồm một cụm dàn nóng và nhiều cụm dành lạnh (16 hoặc lớn nhất là 32) của hãng Daikin với các đặc điểm sau.Theo cách điều chỉnh năng suất lạnh bằng đóng ngắt máy nén hoặc điều chỉnh vô cấp tốc độ qua máy biến tần phân ra hệ thống lưu lượng môi chất không đổi hoặc hệ thống lưu lượng môi chất thay đổi (VRV – Variable Refrigerant Volume).

Tổ hợp ngưng tụ (dàn nóng) có 3 máy nén trong đó có một máy nén điều chỉnh năng suất lạnh theo kiểu ON – OF còn lại điều chỉnh bậc theo máy biến tần nên số bậc Hình 1.4: Máy điều hòa Casstle âm trần điều chỉnh từ 0 % (đóng) cho đến 100% (hoàn toàn mở) gồm 21 bậc, đảm bảo năng lượng tiết kiệm hiệu quả. Các thông số vi khí hậu được khống chế phù hợp với nhu cầu của từng vùng. Các máy VRV có các dãy công suất kết hợp lắp ghép với nhau thành các mạng đáp ứng nhu cầu năng suất lạnh khác nhau từ nhỏ (7KW) đến hàng ngàn KW cho các nhà cao tầng hàng trăm mét với hàng ngàn phòng đa chức năng.