Giáo trình Điều hòa không khí BỘCÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC Đại học Công nghiệp Quảng Ninh -1- Giáo trình Điều hòa không khí LỜI NÓI ĐẦU Nƣớc ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè tƣơng đối nóng nực và có độ ẩm khá cao. Cùng với sự phát triển của đất nƣớc, đời sống con ngƣời ngày càng đƣợc cải thiện và nâng cao, do đó nhu cầu về việc tạo ra điều kiện vi khí hậu thích hợp cho con ngƣời ở các công sở, văn phòng, xí nghiệp và nhà ở, phƣơng tiện đã trở nên rất cấp thiết. Hiện nay hầu hết các cơ quan, xí nghiệp, văn phòng công sở đều sử dụng các hệ thống điều hoà không khí từ công suất nhỏ, trung bình đến lớn và rất lớn. Có thể nói thiết bị điều hoà không khí đã trở thành một trong những thiết bị quan trọng hàng ngày mà mọi ngƣời tiếp xúc và sử dụng.
Giáo trình này đƣợc biên soạn nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên chuyên ngành điện lạnh, và có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các trƣờng đại học kỹ thuật , cao đẳng, các kỹ sƣ và công nhân kỹ thuật học các ngành tƣơng đƣơng những kiến thức cơ bản về điều hoà không khí và thông gió hiện đại. Cuốn sách cũng có thể làm tài liệu tham khảo tốt khi tính toán thiết kế và lắp đặt các hệ thống điều hoà không khí. Đại học Công nghiệp Quảng Ninh -2- Giáo trình Điều hòa không khí Chƣơng 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ KHÔNG KHÍ ẨM 1. Không khí ẩm 1.
Các khái niệm Không khí xung quanh chúng ta là hỗn hợp của nhiều chất khí, chủ yếu là N 2 và O2. Ngoài ra còn một lƣợng nhỏ các khí trơ, CO2, hơi nƣớc. Không khí không chứa hơi nƣớc gọi là không khí khô.Trong các tính toán thƣờng không khí khô đƣợc coi là khí lý tƣởng. Thành phần của các chất trong không khí khô đƣợc phân theo tỷ lệ sau : Thành phần Theo khối lƣợng (%) Theo thể tích (%) Ni tơ : N2 75,5 78,084 Ôxi : O2 23,1 20,948 Argon - A 1,3 0,934 Carbon-Dioxide : CO2 0.1 0,0314 Chất khí khác: Neon, heli, 0,05 0,004 krypton, ozon, radon Bảng 1-1 : Tỷ lệ các chất khí trong không khí khô Không khí có chứa hơi nƣớc gọi là không khí ẩm.
Trong tự nhiên chỉ có không khí ẩm và trạng thái của nó đƣợc chia ra các dạng sau: - Không khí ẩm chưa bão hòa : Là trạng thái mà hơi nƣớc còn có thể bay hơi thêm vào đƣợc trong không khí. - Không khí ẩm bão hòa : Là trạng thái mà hơi nƣớc trong không khí đã đạt tối đa và không thể bay hơi thêm vào đó đƣợc. Nếu bay hơi thêm vào bao nhiêu thì có bấy nhiêu hơi ẩm ngƣng tụ lại. - Không khí ẩm quá bão hòa : Là không khí ẩm bão hòa và còn chứa thêm một lƣợng hơi nƣớc nhất định.
Tuy nhiên trạng thái quá bão hoà là trạng thái không ổn định mà có xu hƣớng biến đổi đến trạng thái bão hoà do lƣợng hơi nƣớc dƣ bị tách dần ra khỏi không khí Ví dụ nhƣ sƣơng mù là không khí quá bão hòa, không khí đã đạt trạng thái bão hòa và trong không khí đó còn có những giọt hơi nƣớc bay lơ lửng. Những giọt hơi nƣớc đó tách dần ra khỏi không khí và rơi xuống dƣới tác dụng của trọng lực. Các tính chất vật lý và mức độ ảnh hƣởng của không khí đến cảm giác của con ngƣời phụ thuộc nhiều vào lƣợng hơi nƣớc tồn tại trong không khí, hay nói cách khác là phụ thuộc vào độ ẩm của không khí. Các thông số vật lý 1.
Áp suất không khí Áp suất không khí thƣờng đƣợc gọi là khí áp, ký hiệu là B. Nói chung giá trị B thay đổi theo không gian và thời gian. Tuy nhiên trong kỹ thuật điều hòa không khí thì giá trị chênh lệch không lớn có thể bỏ qua và ngƣời ta coi B không đổi. Trong tính toán ngƣời ta lấy ở trạng thái tiêu chuẩn Bo = 760 mmHg.
Đồ thị I-d của không khí ẩm thƣờng đƣợc xây dựng ở áp suất B = 745mmHg và Bo = 760mmHg. Nhiệt độ Nhiệt độ là đại lƣợng biểu thị mức độ nóng lạnh. Đây là yếu tố ảnh hƣởng lớn nhất đến cảm giác của con ngƣời. Trong kỹ thuật điều hòa không khí ngƣời ta thƣờng sử dụng hai thang nhiệt độ là độ C và độ F.
Đối với một trạng thái không khí nhất định nào đó ngoài nhiệt độ thực của nó trong kỹ thuật còn có hai giá trị nhiệt độ có ảnh hƣởng nhiều đến các hệ thống và thiết bị là nhiệt độ điểm sƣơng và nhiệt độ nhiệt kế ƣớt. Đại học Công nghiệp Quảng Ninh -3- Giáo trình Điều hòa không khí A B I kJ/kg A t A- Nhiệt kế khô tæ B – Nhiệt kế ướt C C- Lớp vải thấm ướt B C d, kg/kg A= dB Hình 1. Các loại nhiệt kế Hình 1. Nhiệt độ đọng sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí Nhiệt độ điểm sương: Khi làm lạnh không khí nhƣng giữ nguyên dung ẩm d (hoặc phân áp suất ph) tới nhiệt độ ts nào đó hơi nƣớc trong không khí bắt đầu ngƣng tụ thành nƣớc bão hòa.
Nhiệt độ ts đó gọi là nhiệt độ điểm sƣơng ( hình 1. Nhƣ vậy nhiệt độ điểm sƣơng ts của một trạng thái bất kỳ nào đó là nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa và có dung ẩm bằng dung ẩm của trạng thái đã cho. Hay nói cách khác nhiệt độ điểm sƣơng là nhiệt độ bão hòa của hơi nƣớc ứng với phân áp suất p h đã cho.Từ đây ta thấy giữa ts và d có mối quan hệ phụ thuộc. Nhiệt độ nhiệt kế ướt : Khi cho hơi nƣớc bay hơi đoạn nhiệt vào không khí chƣa bão hòa (I=const).
Nhiệt độ của không khí sẽ giảm dần trong khi độ ẩm tƣơng đối tăng lên. Tới trạng thái bão hòa φ = 100% thì quá trình bay hơi chấm dứt. Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà cuối cùng này gọi là nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ƣớt và ký hiệu là t ƣ. Ngƣời ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ƣớt là vì nó đƣợc xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ƣớt nƣớc ( hình 1.1) Nhƣ vậy nhiệt độ nhiệt kế ƣớt của một trạng thái là nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa và có entanpi I bằng entanpi của trạng thái đã cho.
Giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ƣớt tƣ có mối quan hệ phụ thuộc. Trên thực tế ta có thể đo đƣợc nhiệt độ nhiệt kế ƣớt của trạng thái không khí hiện thời là nhiệt độ trên bề mặt thoáng của nƣớc. Độ ẩm a, Độ ẩm tuyệt đối Là khối lƣợng hơi ẩm trong 1 m3 không khí ẩm. Giả sử trong V (m3) không khí ẩm có chứa Gh (kg) hơi nƣớc thì độ ẩm tuyệt đối ký hiệu là ρh đƣợc tính nhƣ sau : Gh h , kg / m3 (1-1) V Vì hơi nƣớc trong không khí có thể coi là lý tƣởng nên: 1 p h h , kg / m3 (1-2) vh Rh .T Trong đó: Ph - Phân áp suất của hơi nƣớc trong không khí chƣa bão hoà, N/m2 Rh - Hằng số của hơi nƣớc Rh = 462 J/kg.oK Đại học Công nghiệp Quảng Ninh -4- Giáo trình Điều hòa không khí T - Nhiệt độ tuyệt đối của không khí ẩm, tức cũng là nhiệt độ của hơi nƣớc , oK b, Độ ẩm tƣơng đối Độ ẩm tƣơng đối của không khí ẩm , ký hiệu là φ (%) là tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối ρh của không khí với độ ẩm bão hòa ρmax ở cùng nhiệt độ với trạng thái đã cho: h .100% (1-3) max hay : ph .100% (1-4) pmax Độ ẩm tƣơng đối biểu thị mức độ chứa hơi nƣớc trong không khí ẩm so với không khí ẩm bão hòa ở cùng nhiệt độ.
Khi φ = 0 đó là trạng thái không khí khô. 0 < φ < 100 đó là trạng thái không khí ẩm chƣa bão hoà. φ = 100 đó là trạng thái không khí ẩm bão hòa. Độ ẩm φ là đại lƣợng rất quan trọng của không khí ẩm có ảnh hƣởng nhiều đến cảm giác của con ngƣời và khả năng sử dụng không khí để sấy các vật phẩm.
Độ ẩm tƣơng đối φ có thể xác định bằng công thức hoặc đo bằng ẩm kế. Ẩm kế là thiết bị đo gồm hai nhiệt kế: một nhiệt kế khô và một nhiệt kế ƣớt. Nhiệt kế ƣớt có bầu bọc vải thấm nƣớc ở đó hơi nƣớc thấm ở vải bọc xung quanh bầu nhiệt kế khi bốc hơi vào không khí sẽ lấy nhiệt của bầu nhiệt kế nên nhiệt độ bầu giảm xuống bằng nhiệt độ nhiệt kế ƣớt tƣ ứng với trạng thái không khí bên ngoài. Khi độ ẩm tƣơng đối bé, cƣờng độ bốc hơi càng mạnh, độ chênh nhiệt độ giữa hai nhiệt kế càng cao.
Do đó độ chênh nhiệt độ giữa hai nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm tƣơng đối và nó đƣợc sử dụng để làm cơ sở xác định độ ẩm tƣơng đối φ. Khi φ =100%, quá trình bốc hơi ngừng và nhiệt độ của hai nhiệt kế bằng nhau 1. Khối lƣợng riêng và thể tích riêng Khối lƣợng riêng của không khí là khối lƣợng của một đơn vị thể tích không khí. Ký hiệu là ρ, đơn vị kg/m3.
G (1-5) V Đại lƣợng nghịch đảo của khối lƣợng riêng là thể tích riêng. Ký hiệu là v (1-6) Khối lƣợng riêng và thể tích riêng là hai thông số phụ thuộc. Khối lƣợng riêng thay đổi theo nhiệt độ và khí áp. Tuy nhiên cũng nhƣ áp suất sự thay đổi của khối lƣợng riêng của không khí trong thực tế kỹ thuật không lớn nên ngƣời ta lấy không đổi ở điều kiện tiêu chuẩn : to = 20oC và B = Bo = 760mmHg : ρ = 1,2 kg/m3 1.
Dung ẩm ( độ chứa hơi) Dung ẩm hay còn gọi là độ chứa hơi, đƣợc ký hiệu là d là lƣợng hơi ẩm chứa trong một kg không khí khô. Gh d (1-7) Gk Gh : Khối lƣợng hơi nƣớc chứa trong không khí, kg Đại học Công nghiệp Quảng Ninh -5- Giáo trình Điều hòa không khí Gk : Khối lƣợng không khí khô, kg Ta có quan hệ: Gh h ph Rk d . (1-8) Gk k pk Rh Sau khi thay R = 8314/µ ( tƣơng ứng với Rk = 287 J/kg.K và Rh = 462 J/kg.K ) ta có: ph ph d 0,622. Entanpi Entanpi của không khí ẩm bằng entanpi của không khí khô và của hơi nƣớc chứa trong nó.
Entanpi của không khí ẩm đƣợc tính cho 1 kg không khí khô.