Đồ án tốt nghiệp: Điều hoà không khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam

Tham khảo đồ án tốt nghiệp Điều hoà không khí chi tiết. Nội dung gồm tính toán cân bằng nhiệt, lựa chọn hệ thống chiller, FCU và thiết kế ống gió.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Nguyệt
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Văn Tuỳ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật lạnh và Điều hoà không khí
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điều hoà không khí cho Trụ sở làm việc Công đoàn hàng không dân dụng Việt Nam
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Vai trò của Điều hoà không khí trong Điều kiện Khí hậu Việt Nam

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc điểm là nóng ẩm quanh năm. Điều hoà không khí đã trở thành một yếu tố không thể thiếu trong đời sống và sản xuất của người dân. Hệ thống điều hoà không khí không chỉ giúp điều chỉnh nhiệt độ mà còn kiểm soát độ ẩm, cải thiện chất lượng không khí trong môi trường sống và làm việc. Trong bối cảnh hiện đại, công nghệ điều hoà đóng vai trò quan trọng trong các công trình dân dụng, nhà máy, trụ sở làm việc, bệnh viện và các khu công nghiệp. Sự phát triển của ngành điều hoà không khí tại Việt Nam phản ánh nhu cầu ngày càng tăng của xã hội đối với môi trường làm việc và sinh sống chất lượng cao, góp phần nâng cao năng suất lao động và sức khỏe con người.

1.1. Ảnh hưởng của khí hậu Việt Nam đến nhu cầu điều hoà

Khí hậu Việt Nam có đặc điểm nóng ẩm với nhiệt độ trung bình 20-30°C quanh năm. Độ ẩm tương đối thường dao động từ 70-85%, tạo ra điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc. Hệ thống điều hoà không khí hiện đại giúp kiểm soát chính xác nhiệt độ và độ ẩm, bảo vệ sức khỏe con người và bảo quản tài sản. Ngoài ra, công nghệ thông gió kết hợp với điều hoà tạo ra môi trường thoáng mát, tăng hiệu suất làm việc lên 15-20% so với không có điều hoà.

1.2. Lợi ích sức khỏe và hiệu quả kinh tế

Điều hoà không khí chất lượng giúp giảm tỷ lệ mắc các bệnh về hô hấp, cảm cúm theo mùa, và các bệnh liên quan đến thay đổi nhiệt độ đột ngột. Trong các môi trường công nghiệp và y tế, hệ thống điều hoà tập trung đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, an toàn sản xuất. Về mặt kinh tế, mỗi công trình điều hoà không khí được thiết kế tối ưu giúp tiết kiệm năng lượng 25-30%, giảm chi phí vận hành hàng năm cho doanh nghiệp.

II. Các Yếu tố Khí hậu Ảnh hưởng đến Con người

Các yếu tố khí hậu chính bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió và bức xạ mặt trời. Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác thoải mái của con người mà còn tác động đến sức khỏe, năng suất lao động và chất lượng cuộc sống. Nhiệt độ không khí ở Việt Nam thường vượt quá 35°C vào mùa hè, gây ra các bệnh liên quan đến nóng như sốc nhiệt, kiệt sức. Độ ẩm cao kết hợp với nhiệt độ cao tạo ra cảm giác ngột ngạt, khó chịu, ảnh hưởng đến tập trung và hiệu suất làm việc. Hơn nữa, bức xạ mặt trời mạnh làm tăng nhiệt độ bên trong các công trình, đòi hỏi phải sử dụng hệ thống điều hoà không khí có công suất lớn để đảm bảo thoải mái.

2.1. Nhiệt độ và Độ ẩm Hai yếu tố chính

Vùng thoải mái nhiệt đối với con người là khoảng 22-26°C với độ ẩm tương đối 40-60%. Ở Việt Nam, khi nhiệt độ vượt quá 30°C kết hợp với độ ẩm trên 70%, con người cảm thấy khó chịu, dễ mệt mỏi. Hệ thống điều hoà không khí tại Việt Nam phải được thiết kế để duy trì điều kiện thoải mái này, đặc biệt là trong các công trình có yêu cầu khắt khe như bệnh viện, phòng sạch công nghiệp.

2.2. Tác động của bức xạ mặt trời và gió

Bức xạ mặt trời ở Việt Nam đạt 4-6 kWh/m²/ngày, làm tăng phụ tải nhiệt lên 30-40% so với các nước ôn đới. Cửa kính và bao che bề mặt cần được thiết kế phù hợp để giảm gain nhiệt từ bức xạ. Vận tốc gió tại Việt Nam dao động 1-3 m/s, giúp thông gió tự nhiên một phần nhưng không đủ để đảm bảo điều kiện thoải mái trong những ngày nóng nhất.

III. Phân tích và Lựa chọn Hệ thống Điều hoà không khí

Tại Việt Nam, có nhiều loại hệ thống điều hoà không khí khác nhau, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Máy điều hoà cửa sổ thích hợp cho các căn hộ nhỏ, máy điều hoà tách phù hợp cho nhà ở và văn phòng nhỏ, hệ thống điều hoà trung tâm được sử dụng cho các công trình lớn như bệnh viện, khách sạn, trụ sở làm việc. Hệ thống nước lạnh FCU và AHU là giải pháp phổ biến nhất cho các tòa nhà văn phòng và công nghiệp tại Việt Nam. Việc chọn đúng loại hệ thống điều hoà phụ thuộc vào quy mô công trình, mục đích sử dụng, điều kiện khí hậu địa phương, và yêu cầu về chất lượng không khí trong.

3.1. Hệ thống điều hoà cục bộ và tách

Máy điều hoà tách (split air conditioner) bao gồm một dàn nóng ngoài trời và một hoặc nhiều dàn lạnh trong nhà. Hệ thống này tiết kiệm năng lượng tốt hơn so với máy điều hoà cửa sổ vì có thể điều khiển nhiệt độ từng phòng riêng. Công suất thường từ 1-5 HP, phù hợp cho gia đình, văn phòng nhỏ tại Việt Nam. Dù rẻ và dễ lắp đặt, nhưng không thích hợp cho các công trình có yêu cầu quản lý chất lượng không khí cao.

3.2. Hệ thống điều hoà trung tâm với nước lạnh

Hệ thống water chiller FCU AHU sử dụng nước lạnh làm chất mang nhiệt, với máy làm lạnh nước tập trung cung cấp. Hệ thống này cho phép kiểm soát tập trung nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí cho toàn bộ công trình. Hiệu suất năng lượng cao hơn, dễ bảo trì, phù hợp cho các tòa nhà văn phòng, bệnh viện, khu công nghiệp lớn tại Việt Nam.

IV. Thiết kế Hệ thống Điều hoà không khí Tối ưu cho Việt Nam

Thiết kế hệ thống điều hoà không khí cho các công trình tại Việt Nam đòi hỏi phải tính toán chi tiết phụ tải nhiệt, cân bằng độ ẩm, và lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm. Quá trình thiết kế bao gồm: tính cân bằng nhiệt từ các nguồn như máy móc, chiếu sáng, con người, bức xạ mặt trời; xác định công suất lạnh cần thiết; lựa chọn máy và thiết bị; tính toán hệ thống phân phối khí; thiết kế hệ thống điện điều khiển. Một hệ thống điều hoà tối ưu không chỉ đảm bảo thoải mái nhiệt độ, độ ẩm mà còn tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành, dễ bảo trì và nâng cao tuổi thọ thiết bị.

4.1. Tính toán Phụ tải Nhiệt và Cân bằng Ẩm

Phụ tải nhiệt tổng cộng bao gồm: nhiệt từ máy móc Q1, nhiệt từ chiếu sáng Q2, nhiệt từ con người Q3, nhiệt từ bức xạ mặt trời qua cửa kính (Q6) và bao che (Q7), nhiệt truyền qua bề mặt (vách, trần, nền), nhiệt từ rò lọt và infiltration. Cân bằng ẩm bao gồm: độ ẩm từ con người và quá trình sản xuất, được loại bỏ bằng độ khô của không khí được cung cấp từ hệ thống điều hoà. Tính toán chính xác phụ tải nhiệt là cơ sở để chọn công suất máy lạnh phù hợp.

4.2. Lựa chọn Thiết bị và Hệ thống Phân phối Khí

Sau khi xác định công suất lạnh cần thiết, tiến hành lựa chọn máy chiller, FCU, AHU phù hợp. Hệ thống ống gió phải được thiết kế để phân phối khí đều khắp công trình, với vận tốc gió thích hợp 2-4 m/s. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động giúp duy trì nhiệt độ, độ ẩm ổn định, tiết kiệm năng lượng tối đa trong điều kiện khí hậu Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: VAI TRÒ CỦA ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM Từ ngàn xưa, con người đã có ý thức tạo ra điều kiện không khí tiện nghi chung quanh mình: mùa đông thì sưởi Êm, mùa hè thì thông gió tự nhiên hoặc cưỡng bức. Nhưng nói đến kỹ thuật điều hoà không khí thì phải kể đến hệ thống điều hoà không khí đầu tiên của tiến sĩ W. Carrier (1876 - 1950) xây dựng vào năm 1902 ở một nhà máy giấy. Năm 1905 Carrier xây dựng một hệ thống khống chế độ Èm, năm 1911 ông công bố kết quả nghiên cứu về tính chất của không khí Èm và năm 1919 ông đưa ra đồ thị nhiệt Èm của không khí Èm.

Cùng với đồ thị h – x (entanpi - độ chứa hơi) của Mollier, đồ thị của Carrier vẫn giữ nguyên giá trị cho đến ngày nay.Vai trò của điều hoà không khí trong đời sống Điều hoà không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn định các thông số trạng thái của không khí bên trong và các không gian kiến trúc theo một chương trình định sẵn phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng của con người, không phụ thuộc vào điều kiện khí tượng bên ngoài. Trong công nghiệp, ngành điều hoà không khí đã có những bước tiến nhanh chóng. Ngành điều hoà không khí đã hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành kinh tế nh dệt, thuốc lá, chè, giấy in Ên, thông tin, vô tuyến điện, bưu điện, điện tử, máy tính quang học, phim ảnh, sinh học, cơ khí chính xác, khai thác mỏ, nông nghiệp, dược liệu… 5 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Ngày nay, mỗi ngành đều có những công trình riêng nghiên cứu về điều hoà không khí ứng dụng riêng cho ngành mình. Ví dụ đối với ngành dệt, thuốc lá, bột giấy…thì hai thông số nhiệt độ và độ Èm là quan trọng nhất.

Nhưng trong các xí nghiệp in Ên, hoá chất thì việc thải nhiệt và hơi độc lại quan trọng hơn. Trong các ngành quang học, điện tử, vi điện tử, phim ảnh, cơ khí chính xác thì ngoài nhiệt độ và độ Èm, độ sạch của không khí được đặc biệt chú ý. Điều hoà không khí tiện nghi càng ngày càng trở nên quen thuộc đặc biệt trong các ngành y tế, văn hoá, thể dục thể thao, vui chơi, giải trí… Trong khi điều hoà kỹ thuật đòi hỏi một môi trường không thay đổi so với bên ngoài thì ngược lại, điều hoà tiện nghi lại thay đổi theo mùa và thậm trí cả theo giê trong một ngày và đặc biệt thay đổi theo tập quán của từng vùng dân cư. Yêu cầu tiện nghi đối với con người có thể chia làm hai nhóm chính: Nhóm 1: Nhiệt độ không khí, độ Èm không khí, tốc độ không khí và nhiệt độ vách bao quanh.

Nhóm 2: Độ trong sạch của không khí, độ ồn, trường tĩnh điện. Nhóm 1 đề cập chủ yếu đến cơ chế toả nhiệt của con người. Cơ thể con người luôn toả nhiệt. Lượng nhiệt toả phụ thuộc vào hoạt động của con người.

Nhiệt toả ra bằng ba cách: - Đối lưu và dẫn nhiệt qua da vào không khí - Bức xạ từ da vào môi trường - Bay hơi nước trên bề mặt da. Hai thành phần trên phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ giữa cơ thể với môi trường. Trời càng rét, đối lưu và bức xạ càng mạnh. Đến nhiệt độ khoảng 350C thì cơ thể nhận nhiệt từ môi trường vào cơ thể.

Thành phần thứ 3 nhá 6 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt khi nhiệt độ không khí thấp, tăng dần khi nhiệt độ không khí tăng. Từ 35 0C trở lên thì cơ thể chỉ thải nhiệt qua đường bay hơi nước trên bề mặt da do đó mồ hôi đổ dữ dội. Nếu độ Èm không khí thấp và tốc độ không khí lớn thì sự thải nhiệt còn dễ dàng hơn nhưng nếu độ Èm cao và tốc độ không khí nhỏ thì con người sẽ cảm thấy ngột ngạt khó chịu vì cơ thể không thải được nhiệt. Nhóm 2 đề cập đến độ ồn, độ sạch và trường tĩnh điện vì chúng tác động mạnh lên tiện nghi con người.

Không khí bao giờ cũng lẫn tạp chất nh bụi, các khí lạ, vi khuẩn.Tuỳ theo yêu cầu có thể lắp đặt các thiết bị để khử bụi, khử hóa chất độc hại và vi khuẩn, tạp chất trong không khí. Tiếng ồn cũng là tiêu chuẩn đánh giá mức độ tiện nghi. Tiếng ồn gây ra từ máy móc, thiết bị giao thông vận tải và chính từ thiết bị điều hoà không khí. Cần phải nghiên cứu các phương pháp và các thiết bị giảm tiếng ồn xuống dưới mức cho phép.

Các yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến con người Độ Èm tương đối là yếu tố quyết định đến sự toả mồ hôi vào không khí. Sự bay hơi nước chỉ diễn ra khi  < 100%. Nếu không khí có độ Èm vừa phải thì khi có nhiệt độ cao, cơ thể đổ mồ hôi và mồ hôi bay và không khí nhiều sẽ gây cho cơ thể con người cảm giác thoải mái. Khi cơ thể bay hơi được 1 gram mồ hôi, cơ thể thải được nhiệt lượng khoảng 2500 J, nhiệt lượng này tương đương với nhiệt lượng của 1 m3 không khí giảm nhiệt độ đi 20 C.

Nếu độ Èm  càng lớn thì sự bay hơi càng giảm. 7 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hình 1. Giới hạn miền có mồ hôi trên da Ngoài hai yếu tố nh nhiệt độ và độ Èm đã nêu ở trên, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người phải kể đến tốc độ lưu chuyển không khí Tốc độ không khí tác động trực tiếp tới khả năng toả nhiệt và trao đổi nhiệt của cơ thể đối với môi trường xung quanh. Khi tăng tốc độ chuyển động của không khí (k) sẽ làm tăng cường độ toả nhiệt và cường độ toả chất.

Do đó, về mùa đông , khi (k) lớn sẽ làm tăng sự mất nhiệt của cơ thể làm cho con người có cảm giác lạnh, ngược lại về mùa hè sự lưu chuyển không khí lại làm cho con người có cảm giác mát mẻ dễ chịu. Đặc biệt trong điều kiện độ Èm  lớn thì (k) tăng sẽ làm tăng nhanh quá trình bay hơi mồ hôi trên da. Tốc độ không khí đối với sản xuất chủ yếu liên quan đến tiết kiệm năng lượng quạt gió. Tốc độ lớn quá định mức cần thiết ngoài việc gây cảm giác khó chịu với cơ thể con người còn làm tăng tiêu hao công suất động cơ kéo quạt.

Riêng đối với một số ngành sản xuất, không cho phép tốc độ gió ở vùng làm việc lớn quá nh ngành sợi dệt, nếu tốc độ lớn quá sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất. Điều hoà không khí còn tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của bơm nhiệt, một loại máy dùng để sưởi Êm mùa đông. Bơm nhiệt thực ra là một loại 8 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt máy lạnh chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng. Gọi là máy lạnh khi người ta sử dụng hiệu ứng lạnh ở thiết bị bay hơi còn gọi là bơm nhiệt khi sử dụng nguồn nhiệt lấy từ thiết bị ngưng tụ.

9 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt CHƯƠNG2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ Hệ thống điều hoà không khí là tập hợp các máy móc, thiết bị, dụng cụ để tiến hành các quá trình xử lý không khí như sưởi Êm, làm lạnh, khử Èm, gia Èm…§iÒu chỉnh và khống chế các thông số vi khí hậu trong nhà như nhiệt độ, độ Èm, độ sạch, khí tươi và sự tuần hoàn không khí trong phòng đáp ứng nhu cầu tiện nghi hoặc công nghệ. Hệ thống ĐHKK cục bộ Hệ thống điều hoà không khí cục bộ gồm 2 loại chính là máy điều hoà cửa sổ và máy điều hoà tách năng suất lạnh đến 7 kW (24. Đây là các loại máy nhỏ, hoạt động hoàn toàn tự động, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ trung bình, độ tin cậy lớn, giá thành rẻ, rất thích hợp với các phòng và các căn hộ nhỏ. Nhược điểm cơ bản của hệ thống điều hoà cục bộ là rất khó áp dụng cho các phòng lớn, hội trường, phân xưởng, nhà hàng, cửa hàng, các toà nhà cao tầng như các khách sạn, văn phòng vì khi lắp đặt các cụm dàn nóng ngoài nhà làm ảnh hưởng đến thẩm mỹ của công trình.

Máy điều hoà cửa sổ Máy điều hoà cửa sổ là loại máy điều hoà không khí nhỏ nhất cả về công suất lạnh và kích thước cũng nh 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 phụ khác được lắp đặt trong một vỏ gọn nhẹ. Năng suất lạnh không quá 7 kW (24.000 Btu/h) và thường chia ra 5 loại: 6, 9,12, 18, và 24 nghìn Btu/h 10 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Hình 2. Nguyên tắc cấu tạo của một máy điều hoà cửa sổ.

Quạt hướng trục; 2. cửa lấy gió tươi; 4. quạt ly tâm; 5. phin lọc không khí; 7.

tấm ngăn cách nhiệt; 8. bảng điều khiển; 9. phin sấy lọc; 11. bầu giãn nở, tách lỏng, tiêu âm đường hút; 12.

dàn ngưng; 14. phin lọc không khí; A và B. không khí lạnh trong phòng vào và ra; C và D. gió giải nhiệt vào và ra.

Máy điều hoà hai chiều là thiết bị được lắp đặt thêm van đảo chiều số 2 nh hình vẽ. Van đảo chiều số 2 chức năng chính là có thể đổi chiều làm việc, dàn nóng thành dàn lạnh và dàn lạnh trong nhà thành dàn nóng. b) sưởi Êm mùa đông 11 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt a) Làm lạnh mùa hè Hình 2. Máy điều hoà hai chiều có van đảo chiều 1.

van đảo chiều; 3. ống mao Ở chế độ làm lạnh, dòng môi chất đi vào dàn nóng phía ngoài nhà và đi qua ống mao để vào dàn lạnh trong nhà. Ở chế độ sưởi Êm, van đảo chiều 2 hoạt động làm đổi chiều dòng môi chất từ máy nén 2.2 Máy điều hoà tách +) Máy điều hoà hai côm Là loại máy điều hoà gồm có hai cụm là cụm trong nhà và cụm ngoài nhà. Cụm trong nhà gồm dàn lạnh, bộ điều khiển và quạt ly tâm kiểu trục cán.

12 Đồ án tốt nghiệp sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Nguyệt Cụm ngoài trời gồm block, động cơ và quạt hướng trục.