Đồ án tốt nghiệp: Tính toán hệ thống thông gió và ĐHKK cho khu sản xuất công nghệ cao Nghệ An

Tìm hiểu đồ án thông gió, điều hòa cho nhà máy công nghệ cao với các giải pháp kỹ thuật hiện đại, đảm bảo môi trường sản xuất tối ưu.

• Tác giả: Lê Nhật Nam
• Người hướng dẫn: Nguyễn Thành Luân
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống thông gió và điều hoà không khí cho khu tổ hợp sản xuất công nghệ cao Nghệ An
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống thông gió và điều hòa cho nhà máy công nghệ cao

Hệ thống thông gió và điều hòa không khí là yếu tố quan trọng trong các nhà máy công nghệ cao, đặc biệt là những cơ sở sản xuất yêu cầu môi trường kiểm soát nghiêm ngặt. Các nhà máy công nghệ cao cần duy trì nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí ở mức chuẩn để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu suất lao động. Điều hòa không khí không chỉ cải thiện điều kiện làm việc mà còn bảo vệ thiết bị sản xuất khỏi các tác động của thay đổi nhiệt độ và độ ẩm. Việc thiết kế và lắp đặt hệ thống này đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về công nghệ nhiệt lạnh, khí động lực học và các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế.

1.1. Vai trò của điều hòa không khí trong sản xuất công nghệ cao

Trong các nhà máy công nghệ cao, môi trường không khí được kiểm soát giúp ổn định quy trình sản xuất, giảm lỗi sản phẩm và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Nhiệt độ thích hợp giúp các linh kiện điện tử hoạt động tối ưu, trong khi độ ẩm kiểm soát ngăn chặn tĩnh điện và ăn mòn. Hệ thống này còn loại bỏ chất ô nhiễm từ không khí, bảo vệ sức khỏe công nhân và đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn vệ sinh.

1.2. Lịch sử phát triển công nghệ điều hòa không khí

Từ những năm 1950, công nghệ điều hòa không khí đã phát triển từ các hệ thống đơn giản đến những giải pháp hiện đại, phức tạp. Các hệ thống thông gió trung tâm ngày nay sử dụng công nghệ tiên tiến như quản lý năng lượng thông minh, cảm biến tự động và điều khiển PLC để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí vận hành.

II. Ảnh hưởng của môi trường không khí đến con người và sản xuất

Môi trường không khí có tác động trực tiếp đến sức khỏe, năng suất lao động và chất lượng sản phẩm trong các nhà máy công nghệ cao. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp gây mệt mỏi, giảm tập trung và tăng tỷ lệ lỗi trong công việc. Độ ẩm không phù hợp có thể dẫn đến các vấn đề về sức khỏe như hô hấp khó khăn, căng thẳng da và làm hư hại các linh kiện điện tử nhạy cảm. Chất lượng không khí kém với nồng độ bụi cao và chất ô nhiễm sẽ ảnh hưởng lên chất lượng sản phẩm và tăng chi phí bảo dưỡng thiết bị.

2.1. Ảnh hưởng đến con người

Một môi trường công việc có điều hòa tốt tăng năng suất lên 15-20%, giảm bệnh tật liên quan đến hô hấp và nâng cao tinh thần làm việc. Nhiệt độ tối ưu thường nằm trong khoảng 22-26°C, còn độ ẩm tương đối từ 40-60%. Khi các thông số này được kiểm soát, công nhân cảm thấy thoải mái, tập trung cao và ít bị bệnh tật.

2.2. Ảnh hưởng đến sản xuất và chất lượng sản phẩm

Trong các nhà máy sản xuất công nghệ cao, đặc biệt là chế tạo vi điện tử, quang học hay sinh phẩm, sự ổn định của nhiệt độ và độ ẩm quyết định chất lượng cuối cùng. Các dao động nhỏ về nhiệt độ có thể gây ra lỗi kỹ thuật, làm giảm độ chính xác và tăng tỷ lệ hư hỏng sản phẩm, dẫn đến tổn thất kinh tế lớn.

III. Phân loại hệ thống thông gió và điều hòa không khí

Có ba loại hệ thống điều hòa không khí chính được sử dụng trong các nhà máy công nghệ cao: hệ thống cục bộ, hệ thống gọn (compact) và hệ thống trung tâm. Mỗi loại có ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng riêng tùy thuộc vào quy mô công trình, đặc thù sản xuất và ngân sách đầu tư. Hệ thống trung tâm nước là lựa chọn phổ biến nhất cho các nhà máy công nghệ cao vì khả năng kiểm soát tập trung, hiệu suất cao và chi phí vận hành tiết kiệm.

3.1. Hệ thống điều hòa cục bộ

Hệ thống cục bộ bao gồm các máy điều hòa cửa sổ hay máy điều hòa tách đơn/đa cụm. Phù hợp cho những công trình nhỏ lẻ, phòng riêng biệt. Ưu điểm là lắp đặt nhanh, chi phí khởi động thấp. Nhược điểm là không kiểm soát tập trung, khó duy trì độ ẩm, hiệu suất năng lượng kém và ồn ào.

3.2. Hệ thống điều hòa trung tâm nước

Hệ thống trung tâm nước sử dụng máy làm lạnh chính cấp nước lạnh đến các giàn lạnh trong các phòng, kết hợp với tháp giải nhiệt để thoát nhiệt. Được kiểm soát bởi hệ thống đường ống nước và hệ thống thông gió. Đây là lựa chọn tối ưu cho nhà máy công nghệ cao vì kiểm soát chính xác, hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và có thể mở rộng dễ dàng.

IV. Quy trình thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa cho nhà máy công nghệ cao

Thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa cho nhà máy công nghệ cao là một quá trình kỹ thuật phức tạp bao gồm nhiều bước từ khảo sát, tính toán đến lựa chọn thiết bị. Đầu tiên, phải tính toán cân bằng nhiệt ẩm dựa trên các yếu tố như số lượng người, máy móc, bức xạ mặt trời và độ thẩm thấu kết cấu. Tiếp theo là xác định lưu lượng không khí và thiết kế sơ đồ điều hòa phù hợp, cuối cùng là chọn lựa máy và thiết bị như máy lạnh trung tâm, bơm nước, quạt gió, và hệ thống ống dẫn.

4.1. Tính toán cân bằng nhiệt ẩm

Tính toán nhiệt thừa bao gồm nhiệt từ máy móc, đèn chiếu sáng, con người, bức xạ mặt trời và rò lọt qua cửa. Tính toán ẩm thừa xét đến ẩm từ người, bán thành phẩm và sàn ẩm. Các thông số này được tính chi tiết cho từng phòng để xác định tải trọng nhiệt ẩm chính xác, là cơ sở cho việc chọn loại máy lạnh và dung tích thiết bị.

4.2. Lựa chọn thiết bị và thiết kế mạng lưới ống

Sau khi xác định tải trọng, bước tiếp theo là chọn máy làm lạnh trung tâm, tháp giải nhiệt, bơm nước phù hợp. Sau đó thiết kế hệ thống đường ống nước và hệ thống ống gió, tính toán đường kính ống, lưu tốc dòng chảy và tổn thất áp suất. Cuối cùng, lựa chọn quạt để đảm bảo lưu lượng không khí đủ cung cấp cho toàn bộ công trình theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ Từ thời xưa con người đã biết nhiều cách để thích nghi với sự thay đổi của thời tiết để bảo vệ cơ thể, như đốt lửa hoặc sử dụng lông thú để giữ ấm cơ thể vào mùa đông hay là vào các hang động, bóng cây mát mẻ để tránh nóng vào mùa hè. Đến ngày nay khi công nghệ kỹ thuật phát triển mạnh mẽ thì nhu cầu về một môi trường sống có nhiệt độ thích hợp để hoạt động sản xuất cũng càng được tăng cao và hơn thế nữa con người còn muốn kiểm soát được sự tăng hoặc giảm nhiệt độ của không gian sinh hoạt một cách chính sát nhất. Từ đó ngành Điều Hoà Không Khí được ra đời.

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 1859, Carré phát minh ra máy lạnh hấp thụ NH3/ H2O đầu tiên. Bắt đầu từ những năm 1860 ở Pháp F.Carré đã đưa ra những ý tưởng về điều hòa không khí cho các phòng ở và đặc biệt cho các nhà hát.

Năm 1884, tầu hỏa sử dụng điều hòa không khí đầu tiên khánh thành chạy trên tuyến đường Baltimore-Ohio. Năm 1911, Carrier đã đặt nền móng đầu tiên cho kỹ thuật điều hòa không khí. Ông là người đã đưa ra định nghĩa điều hòa không khí là sự kết hợp sưởi ấm, 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 và công nghệ. Ông đã lần đầu tiên xây dựng ẩm đồ của không khí ẩm và cắt nghĩa tính chất nhiệt của không khí ẩm và các phương pháp xử lý để đạt được các trạng thái không khí yêu cầu.

Ông là người đi đầu trong việc 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. Có thể nói điều hoà không khí có 2 vài trò chính như sau: ❖ Thiết lập môi trường thích hợp với việc bảo quản máy móc, thiết bị và đáp ứng yêu cầu của những công nghệ sản xuất, chế biến cụ thể. 8 ❖ Tạo ra các môi trường tiện nghi cho các sinh hoạt của con người. Ngày nay, lĩnh vực điều hòa không khí, ngoài việc điều hòa tiện nghi cho các phòng có người như nhà ở, nhà hàng, hội trường, khách sạn, văn phòng mà điều hòa không khí còn đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển các nghành kinh tế khác như bảo quản thuốc, dụng cụ y tế, bảo quản các vi mạch điện tử,… 1.

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ ĐẾN CON NGƯỜI VÀ SẢN XUẤT 1. Ảnh hưởng của môi trường không khí tới con người a. Nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đối với con người. Con người có nhiệt độ cơ thể không đổi (37oC) và luôn trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh dưới hai hình thức truyền nhiệt và tỏa ẩm.

Truyền nhiệt từ cơ thể con người vào trong môi trường xung quanh phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường xung quanh. Khi nhiệt độ môi trường nhỏ hơn thân nhiệt, cơ thể thải nhiệt cho môi trường; khi nhiệt độ môi trường lớn hơn thân nhiệt, cơ thể nhận nhiệt từ môi trường. Nếu mất nhiều nhiệt cơ thể sẽ có cảm giác lạnh và ngược lại. Ngay cả khi nhiệt độ môi trường lớn hơn 37oC cơ thể con người vẫn thải được nhiệt ra môi trường thông qua hình thức tỏa ẩm, đó là thoát mồ hôi.

Môi trường có nhiệt độ càng cao, độ ẩm càng thấp thì mức độ thoát mồ hôi càng nhiều. Tổng nhiệt lượng truyền nhiệt và tỏa ẩm phải đảm bảo luôn bằng lượng nhiệt do cơ thể sản sinh ra. Nếu vì một lý do gì đó để xảy ra mất cân bằng nhiệt thì sẽ gây ra rối loạn và sinh đau ốm. Nhiệt độ thích hợp nhất đối với con người nằm trong khoảng 22 - 27oC b.

Độ ẩm tương đối  Độ ẩm tương đối của không khí là yếu tố quyết định tới khả năng thoát mồ hôi vào môi trường. Quá trình này chỉ xảy ra khi φ < 100%. Khi không khí có độ ẩm vừa phải thì khi nhiệt độ cao, hơi nước từ mồ hôi bay hơi vào không khí dễ dàng làm cơ thể có cảm giác dễ chịu hơn. Khi độ ẩm quá lớn, khả năng thoát mồ hôi kém, trên da sẽ có mồ hôi 9 nhớp nháp, cơ thể cảm thấy nặng nề và mệt mỏi.

Khi độ ẩm quá thấp, mồ hôi sẽ bay hơi nhanh làm da khô, gây nứt nẻ da chân, tay,… Độ ẩm thích hợp đối với cơ thể con người nằm trong khoảng φ = 60 - 70%. Tốc độ lưu chuyển không khí  k Khi tăng tốc độ chuyển động của không khí sẽ làm tăng cường độ tỏa nhiệt và cường độ tỏa chất, khi đó lượng nhiệt toả ra từ người bằng đối lưu và bằng bay hơi đều tăng và ngược lại. Trong điều kiện độ ẩm  lớn thì  k tăng sẽ làm tăng nhanh quá trình bay mồ hôi trên da, sẽ gây cảm giác dễ chịu về mùa hè. Về mùa đông khi  k lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể gây cảm giác lạnh.

Để đảm bảo về chất lượng không khí cung cấp cho con người chúng ta không thể bỏ qua nồng độ các chất độc hại. Nồng độ khí độc hại Khi trong không khí có các chất độc hại chiếm một tỷ lệ lớn nó sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Mức độ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất chất độc hại, nồng độ của nó trong không khí, thời gian tiếp xúc của con người, tình trạng sức khoẻ của con người… Các chất độc hại như: bụi, khí CO2, SO2, NH3, Cl2,. Nồng độ các chất độc hại phải ở mức độ cho phép để không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.

Độ ồn Độ ồn là yếu tố quan trọng không thể bỏ qua khi thiết kế một hệ thống điều hòa không khí. Độ ồn tác động nhiều đến hệ thần kinh, gây mất tập trung vào công việc, gây sự khó chịu cho con người. Vì vậy, khi thiết kế hệ thống điều hoà không khí phải đảm bảo độ ồn nằm trong giới hạn cho phép. Ảnh hưởng của môi trường không khí đối với sản xuất.

Nhiệt độ Một số ngành sản xuất như bánh kẹo cao cấp đòi hỏi nhiệt độ không khí khá thấp nhằm tránh làm hư hỏng sản phẩm. Các trung tâm điều khiển tự động, trung tâm đo lường chính xác cũng cần duy trì nhiệt độ ổn định và khá thấp tránh làm máy móc, dụng 10 cụ kém chính xác hoặc làm giảm độ bền. Với ngành sản xuất thực phẩm thịt, sữa,. nhiệt độ cao dễ làm ôi thiu sản phẩm.

Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối là yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất nhiều hơn nhiệt độ. Hầu hết các quá trình sản xuất thực phẩm đều cần duy trì độ ẩm vừa phải. Nếu độ ẩm thấp quá sẽ làm tăng nhanh sự thoát hơi nước trên bề mặt thực phẩm, do đó làm hao hụt trọng lượng sản phẩm hoặc làm giảm chất lượng sản phẩm (gây nứt nẻ, gây vỡ do sản phẩm bị giòn). Nhưng nếu độ ẩm quá lớn cũng làm sản phẩm dễ phát sinh nấm mốc, làm giảm cách điện của các thiết bị điện, điện tử,.

Độ trong sạch của không khí Có nhiều ngành sản xuất, độ sạch của không khí phải được thực hiện nghiêm ngặt như sản xuất hàng điện tử bán dẫn, tráng phim ảnh, quang học,. Một số ngành thực phẩm cũng đòi hỏi cao về độ trong sạch của không khí, tránh làm bẩn các thực phẩm. Tốc độ không khí Tốc độ không khí quá lớn không những gây cảm giác khó chịu đối với con người mà còn làm tăng tiêu hao năng lượng quạt gió, trong một số trường hợp làm sản phẩm nhẹ bay khắp phòng hoặc làm rối sợi,. Vì vậy, trong một số xí nghiệp sản xuất người ta cũng qui định tốc độ không khí không được vượt quá mức cho phép.

PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ. Hệ thống điều hòa không khí là một tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ để tiến hành các quá trình xử lý không khí nhằm đáp ứng nhu cầu tiện nghi và công nghệ. Việc phân loại các hệ thống điều hòa không khí là rất phức tạp vì chúng quá đa dạng và phong phú đáp ứng mọi nhu cầu của đời sống và sản xuất. Có thể phân loại theo mục đích ứng dụng, theo tính chất quan trọng hay theo tính tập trung.

Dưới đây đồ án sẽ giới thiệu một số loại điều hòa không khí điển hình. Hệ thống điều hòa cục bộ a. Máy điều hoà cửa sổ 11 Máy điều hoà cửa sổ là loại máy điều hoà không khí nhỏ nhất cả về năng suất lạnh và kích thức cũng như khối lượng. Toàn bộ các thiết bị chính như máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, quạt giải nhiệt, quạt gió lạnh, các thiết bị điều khiển, điều chỉnh tự động, phin lọc gió, khử mùi của gió tươi cũng như các thiết bị khác được lắp gọn trong một vỏ hộp gọn nhẹ.

Năng suất lạnh không quá 7 kW (24.000 Btu/h) và thường chia ra 5 loại 6000, 9000, 12000, 18000 và 24000 Btu/h. Máy điều hòa cửa sổ thường được chế tạo có hình dạng như hình 1. Máy điều hòa cửa sổ b. Máy điều hoà tách * Máy điều hoà hai cụm Máy điều hoà 2 cụm gồm: cụm trong nhà (indoor unit) và cụm ngoài nhà (outdoor unit) được bố trí tách rời nhau.

Cụm trong nhà gồm dàn lạnh, bộ điều khiển và quạt ly tâm kiểu trục cán. Cụm ngoài nhà gồm lốc (máy nén), động cơ và quạt hướng trục. Hai cụm được nối với nhau bằng các đường ống gas và dây điện điều khiển. Máy điều hoà hai cụm có ưu điểm là dễ lắp đặt, dễ bố trí dàn lạnh và dàn nóng, ít phụ thuộc hơn vào kết cấu nhà, đỡ tốn diện tích lắp đặt, chỉ phải đục tường một lỗ nhỏ đường kính khoảng 70mm, đảm bảo thẩm mỹ cao.

Nhược điểm chủ yếu là không lấy được gió tươi nên cần có quạt lấy gió tươi, ống dẫn gas dài hơn, dây điện tốn nhiều hơn, giá thành đắt hơn. Khi lắp đặt, thường dàn lạnh cao 12 hơn dàn ngưng nhưng chiều cao không nên quá 3m và chiều dài đường ống gas không nên quá 10m. Một nhược điểm nữa là độ ồn phía ngoài nhà, có thể làm ảnh hưởng đến hộ bên cạnh.