Chương 1 PHẠM VI SỬ DỤNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Vào thời tiền sử, con người đã biết sử dụng lửa để làm ấm ngôi nhà và dùng nước lạnh để giảm nhiệt độ của nó.Cho đến hàng triệu năm sau vẫn chưa có những cải thiện đáng kể nào. Lửa được đặttrong các lâu đài thời trung đại ở ChâuÂu vànó gia nhiệt không xung quanh ngay lập tức. Những bức tranh theo thời gian cho thấy các vị vua và nữ hoàng mặc những bộ da lông thú và mang găng tay trong nhà vào mùa đông. Đã có một vài tiến bộ xuất hiện, người Roma cổ đại đã biết làm ấmkhông khí trong các tòa nhà bằng bức xạ mặt trời cực kì hiệu quảvà sau đó lưu thông không khí đó trong các sàn rỗng hoặc tường rỗng.Trong điều kiện khí hậu khô ráo ở vùng Trung Đông, con người đã treo các mái giả được làm ướt ở trước cửa và từ đó đã cho thấyhình thức ban đầu về sự làm mát không khí bay hơi.
Ở ChâuÂu, Leonardo da Vinci đã thiết kế một bộ làm mát bay hơi kích thước lớn (hình 1.1 Phát minh thiết bị làm lạnh và thông gió của Leonardo da Vinci trong thế kỉ 15. Bộ làm mát và thông gió được chế tạo bởi Leonardo da Vinci vào thế kỉ 15. Đây là bộ điều hòa không khí cho phòng the của Beatrice d’Este (vợ của người đỡ đầu da Vinci), công tước của Milan. Bánh xe được đặt ở bên ngoài tường của lâu đài và được quay bởi sức nước (thủy lực)với sự hỗ trợ từ những người nô lệ.
Các van được mở và đóng tự 11 động, đưa không khí đi vào thùng quay, nơi không khí được làm sạch và đẩy ra thông qua trục rỗng tâm và đường ống vào phòng. Tuy nhiên, sự phát triển củagia nhiệt, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) thực tế được nghiên cứu chỉ mới khoảng 100 năm trước. Những hệ thống gia nhiệt trung tâm đã được phát triển trong thế kỉ 19 và điều hòa không khí mùa hè sử dụng kiểu làm lạnh cơ học đã được phát triển thành một ngành công nghiệp chínhchỉ sau trong60 năm sau đó. Nhưng mãi đến năm 2000, các hệ thống HVAC ở nước Mỹ đã thu về50 tỉ đô la hàng năm trong việc lắp đặt hệ thống, với gần 20 triệu đô la trong việc bán các thiết bị.
Con người trong một xã hội hiện đại có thể dành tới 90% thời gian trong nhà. Điều này không quá ngạc nhiên. Chính vì vậy, việc tạo ra một môi trường trong nhà thoải mái và đảm bảo sức khỏe đã trở thành một vấn đề chính trong nền kinh tế của chúng ta. MỤC TIÊU Sau khi nghiên cứu chương này, bạn sẽ có thể: 1.
Liệt kê các điều kiện môi trường mà một hệ thống điều hòa không khí có thể kiểm soát. Mô tả những nơi mà điều hòa không khí được sử dụng. Vẽphác họa sơ đồ các bộ phận chính của một hệ thống điều hòa không khí. Vẽ phác họa sơ đồ các bộ phận chính của một hệ thống làm mát và gia nhiệt thủy nhiệt.
Mô tả các điều kiện môi trường bên trong mà cung cấp một sự tiện nghi đầy đủ. Mô tả cấu trúc thương mại của hệ thống HVAC, bao gồm cơ hội nghề nghiệp. Mô tả sự tổ chức của các đội thi công và đội thiết kế trong các tòa cao ốc.1 PHẠM VI CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Điều hòa không khí là quá trình xử lý không khí trong một môi trường để thiết lập và duy trì các tiêu chuẩn về nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch và sự chuyển động không khínhư mong muốn. Chúng ta sẽ cùng khám phá những điều kiện này được điều chỉnh như thế nào: 1.
Nhiệt độ: Nhiệt độ của không khí được điều chỉnh bởi sự gia nhiệt hoặc làm mát không khí. Độ ẩm: Độ ẩm không khí (hơi nước chứa trong không khí) được điều chỉnh bằng việc thêm hoặc loại bỏ hơi nước khỏi không khí (sự gia ẩm hay sự khử ẩm). Độ sạch: Độ sạch của không khí hay chất lượng không khí được điều chỉnh bằng việc lọc,khử chất gây ô nhiễm không mong muốn bằng phin lọc hoặc các thiết bị khác, hoặc bằng sự thông gió, thêm không khí bên ngoài vào để làm giảm các chất gây ô nhiễm.Thông thường, khi lắp đặt người ta đều sử dụng cả lọc khí và thông gió. Sự chuyển động: Sự chuyển động của không khí dựa vào vận tốc không khí và không gian không khí được phân phối.
Việc này được điều chỉnh bởi các thiết bị phân phối không khí thích hợp. Điều chỉnh âm thanh là một chức năng phụ của một hệ thống điều hòa không khí mặc dù hệ thống này có thể gây ra một số vấn đề phức tạp.Thiết bị điều hòa không khí có thể tạo ra tiếng ồn quá mức, do đó cần có các thiết bị tiêu âm trong hệ thống. Một hệ thống nước nóng hoặc một hệ thống gia nhiệt hơi nước, gồm một lò hơi, hệ thống đường ống và các thiết bị bức xạ điều chỉnh nhiệt độ không khí để sưởi ấm vào mùa đông. Các loại hệ thống thường được sử dụng phổ biến trong các nhà riêng (khu dân cư), nhà chung cư, tòa nhà công nghiệp.
Hệ thống không khí nóngbao gồm một buồng đốt và các đường ống sẽ điều chỉnh nhiệt độ không khí chỉ trong mùa đông. Tuy nhiên, việc thêm độ ẩm trong đường ống có thể điểu chỉnh độ ẩm trong mùa đông. Hệ thống không khí nóng được dùng phổ biến trong khudân cư. Nhiều khu nhà ở có sự kết hợp thiết bị làm mát và gia nhiệt không khí để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong cả mùa đông và mùa hè.
Các mức độ điều khiển chất lượng và sự vận chuyển không khí được tích hợp trong các hệ thống làm mát và gia nhiệt không khí. CÁC ỨNG DỤNG Điều hòa không khí được dùng để cung cấp các điều kiện cho các quá trình được yêu cầu. Ví dụ, nguyên liệu dệt, in ấn và các chức năng xử lí nhiếp ảnh, cũng như các phòng máy vi tính và xí nghiệp thuốc tây, yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm chính xác để vận hành một cách hoàn hảo.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Nhiệt luôn luôn di chuyển từ nơi ấm hơn sang nơi lạnh hơn. Trong mùa đông, có tổn thất nhiệt liên tục từ các tòa nhà ra ngoài trời.
Nếu không khí trong các tòa nhà được duy trì ở một nhiệt độ thích hợp, nhiệt phải được liên tục cung cấp đến không khí trong phòng. Thiết bị cung cấp nhiệt yêu cầu gọi là một hệ thống gia nhiệt.2 Hình ảnh đô thị Manhattan với Tháp đôi Trung tâm Thương mại Thế giới. Trong mùa hè, nhiệt liên tục đi vào các tòa nhà từ bên ngoài. Để duy trì không khí trong phòng ở nhiệt độ phù hợp, lượng nhiệt thừa phải được loại bỏ khỏi phòng.
Các thiết bị loại bỏ nhiệt thừa này được gọi là hệ thống làm mát (làm lạnh). Một hệ thống điều hòa không khí có thể cung cấp nhiệt, làm mát hoặc cả hai. Kích thước cũng như tính phức tạp của nó phụ thuộc vào quy mô của không gian sử dụng. Ví dụ, có thể sử dụng một thiết bị cửa sổ cho một phòng nhỏ và với một tòa nhà phức tạp ta sử dụng một hệ thống lớn, như là Trung tâm Thương mại Thế giới (hình 1.2) dựa trên cùng một nguyên lí cơ bản.
Hầu hết các hệ thống làm mát và gia nhiệt có các thành phần cơ bản sau: 1. Một nguồn nhiệtđể bổ sung nhiệt lượng cho một dòng chất lưu (không khí, nước hoặc hơi). Nguồn làm lạnh để loại bỏ nhiệt lượng từ dòng chất lưu (không khí hoặc nước). Một hệ thống phân phối (mạng lưới các đường ống) để mang dòng chất lưu đến các phòng để gia nhiệt hoặc làm mát.
Các thiết bị (quạt hoặc bơm) để vận chuyển không khí hoặc nước. Các thiết bị phụ để truyền nhiệt giữa dòng chất lưu và phòng. 14 Chúng ta sẽ giới thiệu ngắn gọn về chức năng và sơ đồ các thành phần chính. Các thành phần này bao gồm điều khiển tự động hóa, các thiết bị an toàn, các van, các bộ giảm âm, sự lắp đặt và các thiết bị tiêu âm và giảm chấn sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở các chương sau.
Các hệ thống điều hòa không khí sử dụng nước để gia nhiệt hoặc làm mát dòng chất lưu được gọi là hệ thống toàn nƣớc hoặc là hệ thống thủy nhiệt; những hệ thống khác sử dụng không khí gọi là toàn không khí. Một hệ thống sử dụng cả nước và không khí được gọi là hệ thống kết hợp hoặc hệ thống nƣớc – không khí.3 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TOÀN NƢỚC Một hệ thống gia nhiệt thủy nhiệt điển hình được trình bày ở hình 1. Nước được gia nhiệt ở nguồn nhiệt (1), thường là một lò hơi nước nóng. Nước sau khi gia nhiệt được lưu thông bằng bơm (2) và đưa đến mỗi phòng thông qua hệ thống ống dẫn (3) và đi vào một thiết bị đầu cuối (4).
Không khí trong phòng được gia nhiệt bằng cách mang nó đến tiếp xúc với thiết bị đầu cuối. Từ đó nước mất một lượng nhiệt của nó cho phòng, nó phải hồi về nguồn nhiệt (1) để được gia nhiệt lại. Nếu hơi nước được dùng trong hệ thống gia nhiệt, các bộ phận làm việc với cùng một hình thức, ngoại trừ bơm thì không cần thiết để vận chuyển hơi; áp suất của hơi sẽ có được điều này. Tuy nhiên, khi hơi nước làm mát ở thiết bị đầu cuối, nó ngưng thành nước và có thể cần một bơm nước ngưng để đưa nước trở lại lò hơi.Nguyên lý của một hệ thống làm mát thủy nhiệt cóhình thức tương tự với một hệ thống gia nhiệt thủy nhiệt.
Nước được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh được gọi là máy làm lạnh nước (1). Máy làm lạnh nước được vận chuyển bằng bơm (2) và di chuyển tới mỗi phòng thông qua hệ thống ống dẫn (3) và đi vào thiết bị đầu cuối (4).3 Sơ đồ các thành phần cơ bản của một hệ thống gia nhiệt nước nóng (thủy nhiệt). 15 Không khí trong phòng ấm hơn sẽmất một lượng nhiệt của nó cho nước lạnh ở thiết bị đầu cuối. Khi nước được gia nhiệt, nó phải trở về máy làm lạnh nước để được làm lạnh lại.
Các hệ thống thủy nhiệt thường được sử dụng phổ biến cho các hệ thống HVAC với yêu cầu cả gia nhiệt và làm mát. Bởi vì nó có thể sử dụng hệ thống ống tương tự cho cả hai bằng việc kết nối song song một lò hơi nước nóng và máy làm lạnh nước (hình 1.5), sử dụng từng hệ thống khi cần.4Sơ đồ các thành phần cơ bản của một hệ thống làm lạnh nước.