Giáo trình cơ sở kỹ thuật nhiệt và điều hòa không khí - ĐH Cơ điện Hà Nội

• Tác giả: Vương Toàn Tân
• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Điện Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt và điều hòa không khí
• Đề tài: Cơ sở kỹ thuật nhiệt và điều hòa không khí
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình cơ sở kỹ thuật nhiệt và điều hòa không khí

Giáo trình cơ sở kỹ thuật nhiệt và điều hòa không khí là tài liệu đào tạo quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật lạnh và nhiệt. Tài liệu này cung cấp nền tảng lý thuyết về nhiệt động học, truyền nhiệt và nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh. Giáo trình được biên soạn bởi Th.S Vương Toàn Tân và K.S Nguyễn Tiến Huy, thuộc trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội. Nội dung bao gồm các chương trình học từ cơ bản đến nâng cao. Người học tiếp cận được kiến thức về chu trình nhiệt động, môi chất lạnh và thiết bị trao đổi nhiệt. Giáo trình cũng trình bày nguyên lý làm việc của máy nén, bình ngưng và thiết bị bay hơi. Kiến thức này phục vụ cho việc thiết kế, vận hành và bảo trì hệ thống điều hòa không khí. Đây là tài liệu tham khảo không thể thiếu cho sinh viên và kỹ sư ngành cơ điện lạnh.

1.1. Cấu trúc và phạm vi nội dung giáo trình

Giáo trình được chia thành hai phần chính rõ ràng. Phần đầu tiên trình bày cơ sở kỹ thuật nhiệt động và truyền nhiệt. Nội dung bao gồm các khái niệm về chất môi giới, thông số trạng thái và chu trình nhiệt động. Phần thứ hai tập trung vào cơ sở kỹ thuật lạnh. Người học tìm hiểu về môi chất lạnh, chất tải lạnh và các hệ thống lạnh thông dụng. Giáo trình cũng giới thiệu về máy nén lạnh và các thiết bị trao đổi nhiệt. Cấu trúc này đảm bảo tính hệ thống và logic trong quá trình học tập.

1.2. Vai trò của giáo trình trong đào tạo kỹ thuật lạnh

Giáo trình đóng vai trò nền tảng cho việc đào tạo nhân lực kỹ thuật lạnh. Sinh viên nắm vững nguyên lý nhiệt động học trước khi tiếp cận thiết bị thực tế. Kiến thức về truyền nhiệt giúp hiểu rõ quá trình trao đổi nhiệt trong hệ thống. Giáo trình cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tính toán và thiết kế hệ thống lạnh. Học viên được trang bị kỹ năng phân tích chu trình nhiệt động của máy lạnh. Đây là bước đệm quan trọng để tiếp cận các môn học chuyên ngành nâng cao hơn.

II. Phân tích nội dung cơ sở kỹ thuật nhiệt động và truyền nhiệt

Chương đầu tiên của giáo trình tập trung vào cơ sở kỹ thuật nhiệt động. Nội dung bao gồm các khái niệm về chất môi giới và các thông số trạng thái. Người học tìm hiểu về nhiệt dung riêng và cách tính nhiệt lượng. Giáo trình trình bày chi tiết về hơi nước và các thể pha của vật chất. Quá trình hóa hơi đẳng áp được giải thích rõ ràng với đồ thị minh họa. Các đường giới hạn và miền trạng thái của nước cũng được phân tích kỹ lưỡng. Phần truyền nhiệt giới thiệu ba phương thức truyền nhiệt chính. Dòng nhiệt dẫn được trình bày qua vách phẳng và vách trụ. Trao đổi nhiệt đối lưu được phân tích với các nhân tố ảnh hưởng. Giáo trình cũng đề cập đến trao đổi nhiệt bức xạ và ảnh hưởng của mặt trời. Thiết bị trao đổi nhiệt là phần quan trọng giúp liên kết lý thuyết với thực hành. Nội dung này tạo nền tảng vững chắc cho việc hiểu hệ thống lạnh.

2.1. Nhiệt động học và chu trình nhiệt động cơ bản

Nhiệt động học kỹ thuật là nền tảng của ngành kỹ thuật lạnh. Giáo trình trình bày các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi nước. Quá trình lưu động và tiết lưu được giải thích chi tiết. Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt là nội dung trọng tâm. Hệ số làm lạnh của chu trình Carno ngược chiều được phân tích. Công thức tính hệ số làm lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn nóng và lạnh. Định luật nhiệt động thứ hai được trình bày qua phát biểu Clausius và Kenvil Planck.

2.2. Nguyên lý truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

Truyền nhiệt tổng hợp là quá trình kết hợp nhiều phương thức truyền nhiệt. Giáo trình phân tích truyền nhiệt qua vách phẳng và vách có cánh tản nhiệt. Tỏa nhiệt khi sôi và ngưng hơi được trình bày chi tiết. Hệ số trao đổi nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật lý. Ảnh hưởng của khí không ngưng lẫn trong hơi làm giảm hiệu suất ngưng tụ. Bề mặt vật liệu cũng tác động đến quá trình trao đổi nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt bao gồm bình ngưng và thiết bị bay hơi.

III. Phương pháp và nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh

Phần cơ sở kỹ thuật lạnh trình bày các phương pháp làm lạnh nhân tạo. Hệ thống lạnh với một cấp nén là sơ đồ đơn giản và phổ biến nhất. Giáo trình mô tả sơ đồ có quá nhiệt hơi hút và quá lạnh lỏng. Hệ thống hai cấp nén được sử dụng cho nhiệt độ bay hơi thấp. Máy nén lạnh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống. Máy nén piston được phân tích chi tiết về cấu tạo và chuyển động. Đồ thị P-V minh họa các hành trình nén của máy. Không gian thừa ảnh hưởng đến năng suất nén thực tế. Máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian mang lại nhiều lợi ích. Tỉ số nén ở mỗi cấp được tối ưu hóa để tăng hiệu suất. Giáo trình cũng giới thiệu máy nén rô to và các chủng loại khác. Bình ngưng và thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu. Van tiết lưu điều khiển lưu lượng môi chất vào thiết bị bay hơi. Hệ thống điều hòa không khí ứng dụng nguyên lý làm lạnh để kiểm soát nhiệt độ.

3.1. Môi chất lạnh và chất tải lạnh trong kỹ thuật lạnh

Môi chất lạnh là chất mang nhiệt trong chu trình lạnh. Các môi chất lạnh thường dùng bao gồm R-22, R-134a và R-410A. Mỗi loại môi chất có tính chất nhiệt động riêng biệt. Giáo trình trình bày bảng và đồ thị lgp-h để xác định thông số. Chất tải lạnh vận chuyển nhiệt từ nơi cần làm lạnh đến hệ thống. Nước muối và glycol là chất tải lạnh phổ biến. Việc chọn môi chất và chất tải phù hợp ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống.

3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc máy nén lạnh

Máy nén lạnh là trái tim của hệ thống lạnh nén hơi. Máy nén piston hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Quá trình hút, nén, xả và dãn nở tạo thành chu trình làm việc. Đồ thị P-V thể hiện công nén và lưu lượng thực tế. Không gian thừa làm giảm năng suất nén do khí còn lại giãn nở. Máy nén nhiều cấp giảm tỉ số nén ở mỗi cấp. Làm mát trung gian giữa các cấp nâng cao hiệu quả nén.

IV. Ứng dụng thực tiễn và tầm quan trọng của kỹ thuật nhiệt lạnh

Kỹ thuật nhiệt lạnh có vai trò quan trọng trong đời sống hiện đại. Ứng dụng phổ biến nhất là hệ thống điều hòa không khí trong tòa nhà. Công nghiệp thực phẩm sử dụng kỹ thuật lạnh để bảo quản và chế biến. Ngành y tế cần hệ thống lạnh để lưu trữ vaccine và dược phẩm. Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng để thiết kế hệ thống hiệu quả. Việc hiểu chu trình nhiệt động giúp tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ. Bảo trì hệ thống lạnh đòi hỏi kiến thức về nguyên lý hoạt động. Kỹ sư cần nắm vững về môi chất lạnh và ảnh hưởng môi trường. Công nghệ mới hướng đến sử dụng môi chất thân thiện với môi trường. Hệ thống bơm nhiệt ứng dụng nguyên lý ngược chiều để sưởi ấm. Giáo trình là cầu nối giữa lý thuyết và ứng dụng thực tế. Nền tảng kiến thức này giúp đáp ứng nhu cầu nhân lực kỹ thuật ngày càng tăng.

4.1. Vai trò của kỹ thuật lạnh trong đời sống và công nghiệp

Kỹ thuật lạnh phục vụ đa dạng lĩnh vực trong xã hội hiện đại. Hệ thống điều hòa không khí tạo môi trường thoải mái trong sinh hoạt. Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm phụ thuộc vào hệ thống lạnh. Bảo quản vaccine và dược phẩm yêu cầu nhiệt độ chính xác. Kỹ thuật lạnh còn ứng dụng trong sản xuất công nghiệp và nông nghiệp. Hiểu biết về cơ sở kỹ thuật giúp vận hành hệ thống an toàn và hiệu quả. Đào tạo nhân lực kỹ thuật lạnh là nhu cầu cấp thiết hiện nay.

4.2. Xu hướng phát triển và tối ưu hóa hệ thống lạnh

Xu hướng hiện nay tập trung vào tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Môi chất lạnh thế hệ mới có chỉ số ODP và GWP thấp hơn. Hệ thống biến tần giúp điều chỉnh công suất theo nhu cầu thực tế. Bơm nhiệt là giải pháp hiệu quả cho sưởi ấm và làm nóng nước. Thiết bị trao đổi nhiệt cải tiến nâng cao hiệu suất truyền nhiệt. Công nghệ điều khiển thông minh tối ưu hóa vận hành hệ thống. Giáo trình cung cấp nền tảng để tiếp cận các công nghệ mới này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI ****************** GIÁO TRÌNH CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ( Lưu hành nội bộ ) Tác giả : Th.S Vương Toàn Tân (chủ biên) K.S Nguyễn Tiến Huy 1 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU . 3 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 7 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT . NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT………………………………………………. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới . Các khái niệm và định nghĩa . Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới . Nhiệt dung riêng và tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng . Hơi và các thông số trạng thái của hơi . Các thể (pha) của vật chất . Quá trình hoá hơi đẳng áp . Các đường giới hạn và các miền trạng thái của nước và hơi . Cách xác định các thông số của hơi bằng bảng và đồ thị lgp-h . Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi . Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi trên đồ thị lgp-h. Quá trình lưu động và tiết lưu . Quá trình lưu động . Quá trình tiết lưu . Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt . Khái niệm và định nghĩa chu trình nhiệt động . Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt . Chu trình máy lạnh hấp thụ . Các khái niệm và định nghĩa . Dòng nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng và vách trụ . Nhiệt trở của vách phẳng và vách trụ mỏng . Trao đổi nhiệt đối lưu . Các khái niệm và định nghĩa . Các nhân tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt đối lưu . Một số hình thức trao đổi nhiệt đối lưu thường gặp . Tỏa nhiệt khi sôi và khi ngưng hơi . Trao đổi nhiệt bức xạ . Các khái niệm và định nghĩa . Dòng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa các vật . Bức xạ của mặt trời (nắng) . Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt . Truyền nhiệt tổng hợp . Truyền nhiệt qua vách . Truyền nhiệt qua vách phẳng và vách trụ . Truyền nhiệt qua vách có cánh. Tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt . Thiết bị trao đổi nhiệt . 60 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH . KHÁI NIỆM CHUNG…………………………………………. Ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong đời sống và kỹ thuật . Các phương pháp làm lạnh nhân tạo . MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH………………………… 70 2. Các môi chất lạnh thường dùng trong kỹ thuật lạnh . Chất tải lạnh . Bài tập về môi chất lạnh và chất tải lạnh . CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG…………………………… 75 3. Hệ thống lạnh với một cấp nén . Sơ đồ 1 cấp nén đơn giản . Sơ đồ có quá nhiệt hơi hút, quá lạnh lỏng và hồi nhiệt . Sơ đồ 2 cấp nén có làm mát trung gian . Vai trò của máy nén lạnh . Phân loại máy nén lạnh . Các thông số đặc trưng của máy nén lạnh . Máy nén lí tưởng một cấp nén (không có không gian thừa) . Cấu tạo và chuyển vận . Các hành trình và đồ thị P-V . Máy nén có không gian thừa . Năng suất nén V khi có không gian thừa . Máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian . Cấu tạo và nguyên lý làm việc . Tỉ số nén ở mỗi cấp . Lợi ích của máy nén nhiều cấp. Bài tập tính toán máy nén piston . Giới thiệu một số chủng loại máy nén khác . Máy nén rô to . CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG LẠNH…………………. Các thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu . Thiết bị ngưng tụ . Vai trò của thiết bị trong hệ thống lạnh . Các kiểu thiết bị ngưng tụ thường gặp . Tháp giải nhiệt . Thiết bị bay hơi . Vai trò của thiết bị trong hệ thống lạnh . Các kiểu thiết bị bay hơi thường gặp . Thiết bị tiết lưu (giảm áp) . Giảm áp bằng ống mao . Thiết bị phụ, dụng cụ và đường ống của hệ thống lạnh . Thiết bị phụ của hệ thống lạnh . Dụng cụ của hệ thống lạnh . Đường ống của hệ thống lạnh . 122 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ . KHÔNG KHÍ ẨM………………………………………………………… 126 1. Các thông số trạng thái của không khí ẩm . Thành phần của không khí ẩm . Các thông số trạng thái của không khí ẩm . Đồ thị I - d và d - t của không khí ẩm . Một số quá trình của không khí ẩm khi ĐHKK . Bài tập về sử dụng đồ thị. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ………………………. Khái niệm về thông gió và ĐHKK . Thông gió là gì?. Khái niệm về ĐHKK . Khái niệm về nhiệt thừa và tải lạnh cần thiết của công trình . Bài tập về tính toán tải lạnh đơn giản . Các hệ thống ĐHKK . Các khâu của hệ thống ĐHKK . Phân loại hệ thống ĐHKK . Các phương pháp và thiết bị xử lý không khí . Làm lạnh không khí . Lọc bụi và tiêu âm . HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ………. Trao đổi không khí trong phòng. Các dòng không khí tham gia trao đổi không khí trong phòng . Các hình thức cấp gió và thải gió . Các kiểu miệng cấp và miệng hồi . Đường ống gió. Cấu trúc của hệ thống . Các loại trở kháng thủy lực của đường ống . Phân loại quạt gió . Đường đặc tính của quạt và điểm làm việc trong mạng đường ống . Bài tập về quạt gió và trở kháng đường ống . CÁC PHẦN TỬ KHÁC CỦA HỆ THỐNG ĐHKK……………… 163 4. Khâu tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong phòng . Tự động điều chỉnh nhiệt độ . Tự động điều chỉnh độ ẩm trong một số hệ thống ĐHKK công nghệ . Lọc bụi và tiêu âm trong ĐHKK . Tác dụng của lọc bụi . Tiếng ồn khi có ĐHKK- nguyên nhân và tác hại. Cung cấp nước cho ĐHKK . Các sơ đồ cung cấp nước lạnh cho hệ thống Water Chiller . Cung cấp nước cho các buồng phun . 170 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 175 5 TÊN MÔN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Mã môn học: MH 10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: Là môn học cơ sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị các kiến thức cần thiết cho các phần học kỹ thuật chuyên môn tiếp theo. Là môn học bắt buộc. Môn học thiên về lý thuyết có kết hợp với tra bảng biểu. Mục tiêu của môn học: - Trình bày được kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh và điều hòa không khí, cụ thể là: Các hiểu biết về chất môi giới trong hệ thống máy lạnh và ĐHKK, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy lạnh, cấu trúc cơ bản của hệ thống máy lạnh và ĐHKK; - Tra bảng được các thông số trạng thái của môi chất, sử dụng được đồ thị, biết chuyển đổi một số đơn vị đo và giải được một số bài tập đơn giản; - Rèn luyện khả năng tư duy logic của sinh viên; các ứng dụng trong thực tế vận dụng để tiếp thu các kiến thức chuyên ngành. Nội dung của môn học: Thời gian Thực Kiểm STT Tên chương, mục Tổng Lý hành tra* số thuyết bài tập (LT hoặc TH) Mở đầu 1 1 I Cơ sở nhiệt động kỹ thuật và 54 32 20 2 truyền nhiệt 1. Nhiệt động kỹ thuật 29 17 11 1 2. Truyền nhiệt 25 15 9 1 II Cơ sở kỹ thuật lạnh: 35 29 5 1 1. Khái niệm chung 3 3 2. Môi chất lạnh và chất tải 3 2 1 lạnh 3. Các hệ thống lạnh dân 6 4 2 dụng II 4. Các thiết bị khác của hệ 10 10 thống lạnh. Kiểm tra 1 1 6 III Cơ sở kỹ thuật điều hoà 30 13 15 2 không khí 1. Không khí ẩm 6 2 4 2. Khái niệm về điều hòa 8 4 4 không khí 3. Hệ thống vận chuyển và 8 4 4 phân phối không khí. Các phần tử khác của hệ 6 3 3 thống điều hòa không khí Kiểm tra 2 2 Cộng 120 75 40 5 7 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT Mã chương: MH10 - 01 Giới thiệu: Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban đầu về cơ sở nhiệt động và truyền nhiệt: các khái niệm nhiệt động cơ bản, thông số của hơi, các chu trình nhiệt động cũng như quy luật của các hình thức truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt Mục tiêu: - Trình bày được các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh. - Phân tích được các khái niệm về nhiệt động lực học. - Trình bày được các kiến thức về hơi và thông số trạng thái hơi. - Trình bày được các quá trình nhiệt động của hơi. - Trình bày được các chu trình nhiệt động. - Trình bày được các quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt. - Phân tích được các quá trình, nguyên lý làm việc của máy lạnh và các quy luật truyền nhiệt nói chung; - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV. Nội dung chính: 1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT: Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về nhiệt động lực học. - Hơi và thông số trạng thái hơi, Các quá trình nhiệt động của hơi. - Các chu trình nhiệt động. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới: 1. Các khái niệm và định nghĩa: a) Thiết bị nhiệt: Là loại thiết bị có chức năng chuyển đổi giữa nhiệt năng và cơ năng. Thiết bị nhiệt được chia thành 2 nhóm: động cơ nhiệt và máy lạnh. * Động cơ nhiệt: Có chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng như động cơ hơi nước, turbine khí, động cơ xăng, động cơ phản lực, v. * Máy lạnh: Có chức năng chuyển nhiệt năng từ nguồn lạnh đến nguồn nóng. b) Hệ nhiệt động (HNĐ): Là hệ gồm một hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng. Tất cả những vật ngoài HNĐ được gọi là môi trường xung quanh.1: Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt Vật thực hoặc tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung quanh được gọi là ranh giới của HNĐ. Hệ nhiệt động được phân loại như sau : Hình 1.2: Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích không đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở * Hệ nhiệt động kín: HNĐ trong đó không có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh.