Mô phỏng số điều hòa không khí phòng khách sạn bằng Ansys Workbench 19.2

Đồ án mô phỏng số điều hòa không khí phòng khách sạn bằng Ansys Workbench 19.2. Nghiên cứu và phân tích hiệu quả làm mát, tối ưu hóa thiết kế hệ thống HVAC.

• Tác giả: Phạm Thành Chí
• Người hướng dẫn: Ts. Trần Thanh Tình
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
• Đề tài: Mô Phỏng Số Điều Hòa Không Khí Trong Phòng Khách Sạn Bằng Phần Mềm Ansys Workbench 19.2
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Tổng quan về điều hòa không khí
• 1.4.1. Lịch sử phát triển về điều hòa không khí
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
• 2.1. Phân loại các loại điều hòa không khí
• 2.2. Định nghĩa của khách sạn đặc trưng, kích thước và sự tiện nghi nhiệt
• 2.2.1. Định nghĩa khách sạn đặc trưng, kích thước tiêu chuẩn
• 2.2.2. Định nghĩa về sự tiện nghi nhiệt
• 2.3. Giới thiệu về các bài báo khoa học và thông số ban đầu
• 2.3.1. Giới thiệu bài báo khoa học số [1]
• 2.3.2. Giới thiệu bài báo khoa học số [2]
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÔ PHỎNG CFD
• 3.1. Khái niệm về mô phỏng CFD
• 3.2. Khái quát qui trình mô phỏng CFD
• 3.2.1. Qui trình cơ bản cho người dùng
• 3.2.2. Qui trình nâng cao cho các kĩ sư
• 3.3. Các ứng dụng thực tiễn của CFD
• 3.4. Ứng dụng và lợi ích của việc mô phỏng CFD vào HVAC
• 3.4.1. Mô phỏng đánh giá các chỉ số tiện nghi trong HVAC
• 3.4.2. Mô phỏng và phân tích dòng chảy trong HVAC
• 3.4.3. Mô phỏng tối ưu hóa thiết bị HVAC
• 3.4.4. Mô phỏng tối ưu hóa năng lượng
• 3.5. Giới thiệu phần mềm hỗ trợ mô phỏng
• 3.6. Các bước thực hiện mô phỏng
• 3.6.1. Qui trình xác định mục tiêu của bài toán mô phỏng
• 3.6.2. Qui trình chuẩn bị hình học
• 3.6.3. Qui trình xử lý hình học
• 3.6.4. Qui trình chia lưới
• 3.6.5. Qui trình mô phỏng sử dụng Ansys Fluent
• 3.6.6. Phân tích kết quả
• 3.7. Phương pháp chia lưới
• 3.7.1. Mục đích của việc chia lưới
• 3.7.2. Định nghĩa về lưới có cấu trúc và lưới không có cấu trúc
• 3.8. Các phương trình chủ đạo
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH
• 4.1. Tạo hình - Geomergy
• 4.2. Chia lưới - Mesh
• 4.2.1. Kiểu lưới và không gian chia lưới
• 4.2.2. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới
• 4.2.3. Xuất kết quả và so sánh chất lượng lưới
• 4.2.4. Thiết lập các thông số vật lý
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Sự ảnh hưởng của thông số vận tốc, nhiệt độ, áp suất đến chất lượng không khí trong phòng
• 5.2. Sự ảnh hưởng của số lượng máy điều hòa đến chất lượng không khí trong phòng
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng dẫn tổng quan mô phỏng điều hòa không khí bằng Ansys

Mô phỏng điều hòa không khí bằng Ansys Workbench là một phương pháp kỹ thuật số hiện đại, cho phép các kỹ sư và nhà nghiên cứu phân tích chi tiết các hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC). Công cụ này sử dụng động lực học chất lưu tính toán (CFD) để giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến dòng chảy không khí và truyền nhiệt trong một không gian xác định. Thay vì dựa vào các công thức kinh nghiệm hoặc thử nghiệm thực tế tốn kém, việc áp dụng Ansys Fluent hoặc Ansys CFX mang lại cái nhìn trực quan và chính xác về sự phân bố nhiệt độ, áp suất và vận tốc không khí. Nền tảng Ansys Workbench tích hợp toàn bộ quy trình, từ khâu xây dựng mô hình hóa 3D, chia lưới (meshing), thiết lập bài toán, đến hậu xử lý kết quả (post-processing). Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống HVAC, đảm bảo tiện nghi nhiệt cho người sử dụng và nâng cao hiệu suất năng lượng của công trình. Theo nghiên cứu của Phạm Thành Chí và Nguyễn Hoàng Chinh Nhân (2023), việc sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng điều hòa không khí trong phòng khách sạn đã cho thấy độ tin cậy và chính xác cao khi so sánh với lý thuyết. Phương pháp này dựa trên việc giải các phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng, cung cấp một bộ dữ liệu toàn diện để đánh giá và cải tiến thiết kế. Việc mô phỏng cho phép khảo sát nhiều kịch bản khác nhau, như thay đổi vị trí lắp đặt, số lượng máy điều hòa, hoặc vận tốc gió, mà không cần can thiệp vào công trình thực tế. Đây là một bước tiến quan trọng trong ngành kỹ thuật nhiệt, giúp rút ngắn thời gian thiết kế và giảm thiểu chi phí vận hành.

1.1. Giới thiệu về động lực học chất lưu tính toán CFD

Động lực học chất lưu tính toán (CFD) là một nhánh của cơ học chất lưu, sử dụng các thuật toán và phương pháp số để phân tích các vấn đề liên quan đến dòng chảy của chất lỏng và chất khí. Về bản chất, CFD giải quyết các phương trình Navier-Stokes, mô tả chuyển động của các hạt chất lưu. Trong lĩnh vực mô phỏng HVAC, CFD trở thành công cụ không thể thiếu để dự đoán dòng chảy không khí trong phòng, sự lan tỏa nhiệt từ các nguồn khác nhau, và hiệu quả của hệ thống thông gió. Nó cho phép hình dung các hiện tượng vô hình như luồng khí đối lưu, vùng tù đọng, hay sự phân tầng nhiệt độ. Bằng cách rời rạc hóa không gian tính toán thành một lưới các ô (cell) nhỏ, CFD tính toán các biến số như áp suất, vận tốc và nhiệt độ tại mỗi ô, từ đó xây dựng một bức tranh toàn cảnh về môi trường không khí bên trong công trình.

1.2. Vai trò của Ansys Workbench trong mô phỏng HVAC

Ansys Workbench là một nền tảng mô phỏng tích hợp, đóng vai trò trung tâm trong việc thực hiện các bài toán phân tích CFD cho hệ thống HVAC. Nền tảng này liên kết các mô-đun chuyên dụng như DesignModeler (dựng hình), Meshing (chia lưới), Fluent (bộ giải), và CFD-Post (hậu xử lý). Ưu điểm của Ansys Workbench là quy trình làm việc liền mạch, cho phép người dùng dễ dàng chuyển đổi giữa các bước mà không mất dữ liệu. Đối với mô phỏng HVAC, nó giúp các kỹ sư kiểm tra nhiều phương án thiết kế, từ việc bố trí miệng gió, lựa chọn công suất thiết bị, đến việc đánh giá tác động của bức xạ mặt trời qua cửa kính. Kết quả trực quan giúp xác định các khu vực chưa đạt tiện nghi nhiệt hoặc các vị trí có vận tốc gió gây khó chịu, từ đó đưa ra giải pháp cải tiến kịp thời trước khi thi công.

II. Thách thức trong việc tối ưu hóa thiết kế hệ thống HVAC

Thiết kế hệ thống HVAC truyền thống thường đối mặt với nhiều thách thức cố hữu, chủ yếu xuất phát từ sự phức tạp của các hiện tượng vật lý và sự phụ thuộc vào các giả định đơn giản hóa. Việc tính toán thủ công hoặc dựa trên các sổ tay kỹ thuật không thể mô tả chính xác sự tương tác động giữa dòng chảy không khí và sự truyền nhiệt trong một không gian ba chiều. Một trong những vấn đề lớn nhất là làm thế nào để cân bằng giữa tiện nghi nhiệt và hiệu suất năng lượng. Một hệ thống cung cấp sự thoải mái tối đa có thể tiêu thụ một lượng năng lượng khổng lồ, làm tăng chi phí vận hành và tác động tiêu cực đến môi trường. Ngược lại, việc quá tập trung vào tiết kiệm năng lượng có thể dẫn đến các điều kiện không khí không mong muốn như phòng quá nóng, quá lạnh, hoặc có những vùng không khí tù đọng. Hơn nữa, các yếu tố như tải nhiệt từ con người, thiết bị điện tử, và bức xạ mặt trời thay đổi liên tục, khiến việc thiết kế một hệ thống tối ưu cho mọi điều kiện trở nên vô cùng khó khăn. Đây là lúc mô phỏng điều hòa không khí bằng Ansys Workbench phát huy vai trò, cung cấp một phương pháp khoa học để dự báo và giải quyết các thách thức này trước khi triển khai thực tế. Việc thiếu các công cụ dự báo chính xác thường dẫn đến việc thiết kế quá mức (over-design), gây lãng phí chi phí đầu tư và năng lượng.

2.1. Hạn chế của các phương pháp tính toán truyền thống

Các phương pháp tính toán truyền thống trong thiết kế HVAC thường dựa trên các công thức kinh nghiệm và các giá trị trung bình. Chúng xem không gian phòng như một khối đồng nhất, bỏ qua sự phân bố nhiệt độ và vận tốc không khí không đồng đều trên thực tế. Ví dụ, việc tính toán tải lạnh chỉ cho ra một con số tổng thể mà không chỉ ra được khu vực nào trong phòng sẽ nóng hơn hoặc lạnh hơn. Điều này dẫn đến việc bố trí miệng gió không hợp lý, tạo ra các luồng gió thổi thẳng vào người ngồi hoặc các vùng có nhiệt độ chênh lệch lớn. Các phương pháp này cũng không thể dự đoán được các hiện tượng phức tạp như dòng đối lưu tự nhiên hay sự ảnh hưởng của các vật cản (đồ nội thất) đến dòng chảy không khí. Do đó, kết quả thiết kế thường mang tính ước lượng và cần được hiệu chỉnh nhiều lần sau khi lắp đặt.

2.2. Vấn đề cân bằng giữa tiện nghi nhiệt và hiệu suất năng lượng

Cân bằng giữa tiện nghi nhiệt và hiệu suất năng lượng là bài toán cốt lõi trong thiết kế HVAC. Tiện nghi nhiệt, được đánh giá qua các chỉ số như PMV (Predicted Mean Vote) và PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied), phụ thuộc vào sáu yếu tố chính, bao gồm nhiệt độ không khí, độ ẩm, vận tốc gió, nhiệt độ bức xạ, mức độ hoạt động và trang phục của con người. Việc đạt được các chỉ số tiện nghi lý tưởng đòi hỏi hệ thống HVAC phải hoạt động liên tục và chính xác, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao. Phân tích CFD giúp giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép các kỹ sư thử nghiệm các chiến lược vận hành khác nhau. Ví dụ, mô phỏng có thể chỉ ra rằng việc thay đổi góc của miệng gió hoặc giảm nhẹ vận tốc quạt vẫn đảm bảo tiện nghi nhưng lại giảm đáng kể mức tiêu thụ điện, góp phần vào việc tối ưu hóa thiết kế.

III. Quy trình thiết lập mô hình 3D và chia lưới meshing tối ưu

Bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quy trình mô phỏng điều hòa không khí bằng Ansys Workbench là xây dựng một mô hình hình học chính xác và tạo ra một lưới tính toán chất lượng cao. Quá trình này bắt đầu bằng việc mô hình hóa 3D không gian cần phân tích, chẳng hạn như một phòng khách sạn, bao gồm tất cả các chi tiết quan trọng như cửa ra vào, cửa sổ, đồ nội thất, và vị trí các miệng cấp và hồi gió. Mô hình này có thể được dựng trực tiếp trong Ansys DesignModeler hoặc nhập từ các phần mềm CAD khác. Sau khi có mô hình hình học, bước tiếp theo là chia lưới (meshing). Đây là quá trình rời rạc hóa miền hình học thành hàng triệu phần tử nhỏ (lưới). Chất lượng của lưới ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và thời gian tính toán của bài toán phân tích CFD. Một lưới quá thô có thể bỏ qua các chi tiết dòng chảy quan trọng, trong khi một lưới quá mịn sẽ đòi hỏi tài nguyên máy tính khổng lồ. Do đó, cần áp dụng các kỹ thuật chia lưới nâng cao, làm mịn lưới ở những khu vực có gradient lớn (như gần miệng gió) và để lưới thô hơn ở những vùng ít biến động. Các chỉ số như Skewness và Orthogonal Quality được sử dụng để đánh giá chất lượng lưới. Việc thiết lập các điều kiện biên chính xác trên các bề mặt của mô hình cũng là một yếu tố quyết định sự thành công của mô phỏng.

3.1. Các bước xây dựng mô hình hóa 3D cho không gian phòng

Việc xây dựng mô hình hóa 3D bắt đầu bằng việc xác định kích thước chính xác của không gian, dựa trên bản vẽ kiến trúc hoặc đo đạc thực tế. Trong đồ án của Phạm Thành Chí và Nguyễn Hoàng Chinh Nhân (2023), mô hình phòng khách sạn được dựng với kích thước dài 6m, rộng 4m và cao 3,65m. Các đối tượng quan trọng như giường, bàn, ghế, và vị trí máy điều hòa phải được mô hình hóa cẩn thận vì chúng đóng vai trò là vật cản ảnh hưởng đến dòng chảy không khí. Các bề mặt quan trọng như miệng cấp gió (inlet), miệng hồi gió (outlet), tường, cửa sổ, và các nguồn nhiệt (người, thiết bị điện tử) cần được đặt tên riêng biệt (Named Selections). Việc đặt tên này rất cần thiết cho các bước thiết lập điều kiện biên và hậu xử lý kết quả sau này.

3.2. Tầm quan trọng của chất lượng chia lưới meshing

Chia lưới (meshing) là nghệ thuật và khoa học của việc rời rạc hóa một miền tính toán. Một lưới chất lượng cao phải đảm bảo các phần tử có hình dạng tốt (gần với khối lập phương hoặc tứ diện đều) và sự chuyển tiếp mượt mà từ vùng lưới mịn sang vùng lưới thô. Trong mô phỏng HVAC, cần tạo các lớp lạm phát (inflation layers) gần các bề mặt tường để nắm bắt chính xác lớp biên, nơi diễn ra quá trình truyền nhiệt đối lưu. Đồ án tham khảo đã thực hiện kiểm tra sự độc lập của lưới (mesh-independent test) bằng cách chạy mô phỏng với ba cấp độ mịn lưới khác nhau (1,2 triệu, 2 triệu, và 2,3 triệu phần tử) để đảm bảo kết quả không bị ảnh hưởng bởi mật độ lưới. Đây là một quy trình chuẩn để xác thực độ tin cậy của mô phỏng.

IV. Cách thực hiện phân tích CFD trong Ansys Fluent cho HVAC

Sau khi hoàn tất quá trình chuẩn bị hình học và chia lưới, bước tiếp theo là thực hiện phân tích CFD bằng bộ giải Ansys Fluent. Giai đoạn này bao gồm việc thiết lập các mô hình vật lý, định nghĩa thuộc tính vật liệu, áp đặt các điều kiện biên, và tiến hành giải bài toán. Việc lựa chọn mô hình rối (turbulence model) là một quyết định quan trọng, vì dòng chảy trong hầu hết các ứng dụng HVAC đều là dòng chảy rối. Các mô hình phổ biến như k-epsilon hoặc k-omega thường được sử dụng để mô phỏng sự hỗn loạn và khuếch tán của dòng không khí. Tiếp theo, các thuộc tính của không khí (khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt dung riêng) được định nghĩa. Phương trình năng lượng cũng phải được kích hoạt để tính toán sự truyền nhiệt và phân bố nhiệt độ. Các điều kiện biên được áp đặt tại các bề mặt đã đặt tên trước đó. Ví dụ, tại miệng cấp gió, người dùng sẽ nhập giá trị vận tốc và nhiệt độ của luồng không khí lạnh. Tại các bề mặt tường hoặc cửa sổ, có thể thiết lập điều kiện nhiệt độ không đổi hoặc dòng nhiệt. Cuối cùng, quá trình lặp tính toán được khởi chạy. Bộ giải sẽ lặp đi lặp lại việc giải các phương trình cho đến khi các giá trị thặng dư (residuals) giảm xuống dưới một ngưỡng chấp nhận được, báo hiệu rằng bài toán đã hội tụ và cho ra một kết quả ổn định.

4.1. Lựa chọn mô hình rối turbulence model phù hợp

Dòng chảy không khí từ máy điều hòa có vận tốc cao và tương tác với không khí trong phòng, tạo ra các xoáy và sự hỗn loạn. Do đó, việc chọn một mô hình rối (turbulence model) phù hợp là rất cần thiết. Mô hình Standard k-epsilon là một lựa chọn phổ biến cho các bài toán dòng chảy bên trong như mô phỏng HVAC vì nó cân bằng tốt giữa độ chính xác và chi phí tính toán. Mô hình này sử dụng hai phương trình vận chuyển bổ sung để tính toán năng lượng động học rối (k) và tốc độ tiêu tán năng lượng rối (epsilon). Việc lựa chọn đúng mô hình sẽ quyết định độ chính xác của việc dự đoán sự khuếch tán của luồng khí lạnh và sự trộn lẫn với không khí ấm trong phòng.

4.2. Thiết lập điều kiện biên Boundary Conditions chính xác

Điều kiện biên là các giá trị được gán cho các biến số tại biên của miền tính toán, đóng vai trò là đầu vào cho bài toán mô phỏng. Trong mô phỏng điều hòa không khí, các điều kiện biên quan trọng bao gồm: vận tốc và nhiệt độ tại miệng cấp gió (velocity inlet), áp suất tại miệng hồi gió (pressure outlet), và điều kiện nhiệt tại các bề mặt tường, sàn, trần, và cửa sổ. Dựa trên tài liệu tham khảo, các thông số đầu vào có thể là vận tốc 2 m/s và nhiệt độ 291 K (~18°C) tại miệng gió, trong khi nhiệt độ ban đầu của phòng là 313 K (~40°C). Sự chính xác của các điều kiện này sẽ quyết định độ tin cậy của kết quả phân bố nhiệt độ và tiện nghi nhiệt.

V. Phân tích kết quả Phân bố nhiệt độ và tiện nghi nhiệt

Giai đoạn cuối cùng của quy trình mô phỏng điều hòa không khí bằng Ansys Workbench là hậu xử lý kết quả (post-processing). Đây là bước chuyển đổi hàng triệu điểm dữ liệu số thành các hình ảnh và biểu đồ trực quan, dễ hiểu. Sử dụng mô-đun CFD-Post, các kỹ sư có thể tạo ra các mặt cắt (contours) thể hiện sự phân bố nhiệt độ trong phòng, các vector vận tốc cho thấy hướng và cường độ của dòng chảy không khí, và các đường dòng (streamlines) mô tả quỹ đạo của các hạt không khí. Những hình ảnh này cung cấp một cái nhìn sâu sắc về hiệu suất của hệ thống HVAC. Ví dụ, một mặt cắt nhiệt độ có thể cho thấy các vùng 'điểm nóng' hoặc 'điểm lạnh', chỉ ra sự phân phối không khí không đồng đều. Các biểu đồ vector có thể xác định các khu vực có vận tốc gió cao gây khó chịu cho người sử dụng. Dựa trên những phân tích này, các kỹ sư có thể đánh giá mức độ tiện nghi nhiệt trong phòng. Như trong nghiên cứu của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, kết quả mô phỏng cho thấy việc tăng số lượng máy điều hòa giúp độ đồng đều về chất lượng không khí tốt hơn. Bằng cách so sánh các kịch bản thiết kế khác nhau, có thể đưa ra quyết định tối ưu hóa thiết kế để cải thiện sự thoải mái và tăng hiệu suất năng lượng.

5.1. Kỹ thuật hậu xử lý kết quả post processing hiệu quả

Hậu xử lý kết quả (post-processing) không chỉ là việc hiển thị hình ảnh. Nó bao gồm việc trích xuất các dữ liệu định lượng quan trọng. Các kỹ thuật hiệu quả bao gồm tạo các mặt phẳng cắt tại các vị trí quan tâm (ví dụ, ngang tầm người ngồi) để kiểm tra nhiệt độ và vận tốc. Việc vẽ biểu đồ (chart) sự thay đổi của một biến số dọc theo một đường thẳng cũng rất hữu ích. Ví dụ, có thể vẽ biểu đồ nhiệt độ từ sàn đến trần để kiểm tra sự phân tầng nhiệt. Sử dụng các công cụ tính toán tích hợp, có thể tính toán nhiệt độ trung bình trong toàn bộ không gian hoặc tại một vùng cụ thể, cung cấp các số liệu cụ thể để so sánh và đánh giá.

5.2. Đánh giá dòng chảy không khí và phân bố áp suất

Việc phân tích dòng chảy không khí giúp hiểu rõ cách không khí lạnh được phân phối khắp phòng. Các đường dòng cho thấy luồng không khí từ máy điều hòa có xu hướng bám vào trần trước khi đi xuống, một hiện tượng được gọi là hiệu ứng Coandă. Việc xác định các vùng có vận tốc thấp (vùng tù đọng) rất quan trọng, vì đây là nơi không khí ít được trao đổi, có thể gây tích tụ CO2 và cảm giác ngột ngạt. Bên cạnh đó, phân bố áp suất cũng cung cấp thông tin hữu ích. Mặc dù chênh lệch áp suất trong phòng thường nhỏ, nó là động lực chính gây ra chuyển động của không khí. Biểu đồ phân bố áp suất giúp xác nhận rằng không khí đang di chuyển từ vùng áp suất cao (miệng cấp) đến vùng áp suất thấp (miệng hồi) một cách chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lí do chọn đề tài. Điều hòa không khí là một lĩnh vực rất quan trọng trong cuộc sống ngày nay. Bất cứ một công trình nào khi xây dựng thì cũng được thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa không khí để tạo được môi trường không khí phù hợp với công nghệ sản xuất, chế biến hoặc nghỉ dưỡng và đạt tiện nghi nhất đối với cơ thể con người. Để có cơ hội vận dụng những kiến thức về điều hòa không khí và thông gió đã được học trong suốt 4 năm học đại học cũng như tìm hiểu về một phần mềm mô phỏng nên nhóm em đã chọn đề tài thực hiện đồ án tốt nghiệp là “Mô phỏng số điều hòa không khí trong phòng khách sạn bằng phần mềm Ansys Workbench 19.2 Mục tiêu của đề tài.

Với việc chọn đề tài này, nhóm em sẽ xác nhận được mục tiêu là mô phỏng để biết rõ hơn về sự ảnh hưởng của các thông số đối với điều hòa không khí trong một phòng khách sạn đặc trưng. Từ đó xác định sự phân bố về các thông số như nhiệt độ, áp suất, vận tốc…để so sánh kết quả với các tiêu chuẩn của Việt Nam cũng như tham khảo thêm ở các bài báo khoa học rồi lựa chọn mô hình thích hợp nhất nhằm đáp ứng được yêu cầu về sự thoải mái của con người. Học và ứng dụng phần mềm Ansys Fluent để phục vụ cho công việc sau này.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. - Đối tượng nghiên cứu: phòng khách sạn đặc trưng - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu sự thay đổi về áp suất, nhiệt độ, vận tốc của không khí trong phòng; thay đổi vị trí lắp đặt, số lượng máy điều hòa.

+ So sánh với kết quả một số bài báo khoa học, với các tiêu chuẩn hiện hành. + Từ đó đưa ra kết luận, đánh giá và đưa ra giải pháp tối ưu để tăng cường sự tiên nghi nhiệt, độ thoải mái cho con người trong phòng khách sạn.4 Tổng quan về điều hòa không khí 1.1 Lịch sử phát triển điều hòa không khí Từ xa xưa, con người đã biết sử nhiều phương pháp để đối phó với sự khắc nghiệt của thời tiết cho việc bảo vệ cơ thể cũng như đồ ăn thức uống, điển hình là: sưởi ấm cho cơ thể bằng cách đốt lửavào mùa đông và tránh nóng vào mùa hè trong các hang động mát mẻ có nhiệt độ thấp. Cách đây 2500 ÷ 3000 năm, trong các kim tự tháp Ai Cập đã xuất hiện các tranh vẽ trên tường mô tả lại khung cảnh các bình gốm xốp được các nô lệ Ai Cập quạt cho hơi nước bốc hơi để làm mát không khí. Bên cạnh đó, con người đã biết tạo ra nhiệt độ thấp hơn bằng cách trộn muối vào nước cách đây 2000 năm.

Trải qua khoảng thời gian rất dài từ xa xưa mà lịch sử của điều hòa không khí đã được hình thành và phát triển, cho tới nay đã đánh dấu ấn với vô số các cột mốc nổi bật, điển hình phải kể đến như sau : Năm 1834, trên thế giới lần đầu tiên đã xuất hiện máy lạnh nén hơi chạy bằng este được phát minh bởi Perkins. Năm 1845, John Gorrie là một bác sĩ sinh ra tại Mỹ đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy lạnh nén khí đầu tiên nhằm hoạt động trong việc điều hòa không khí cho bệnh viện tư của ông và cũng nhờ sự kiện này mà cho ông đã ghi tên tuổi của mình vào lịch sử thế giới của khoa học và kỹ thuật điều hòa không khí. Năm 1859, máy lạnh hấp thụ NH3/ H2O lần đầu tiên ra đời và cha đẻ của nó là Carré. Năm 1884, điều hòa không khí lần đầu tiên áp dụng vào trong tàu hỏa được khánh thành chạy trên tuyến đường Baltimore-Ohio.

Loại máy lạnh ammoniac lần đầu được sử dụng cho hệ thống điều hòa không khí với vai trò được dùng để khử ẩm cho không khí và làm lạnh vào mùa hè, đã được công ty Line đặt nền móng quan trọng cho việc xây dựng và phát triển vào năm 1894. Một năm sau đó, công ty Line tiếp tục cho ra mắt máy hóa lỏng không khí đầu tiên trên thế giới. Năm 1901, đã xuất hiện công trình mang tính đột phá khi có thể khống chế được o nhiệt độ dưới 28 C mà vẫn đảm bảo độ ẩm thích hợp, công trình này đã được khánh thành tạị Monte Carlo trong một phòng hòa nhạc. Năm 1911 đã đánh dấu một cột mốc quan trong trong kỹ thuật điều hòa không khí và Carrier chính là người đã đặt nền móng đầu tiên.

Định nghĩa về điều hòa không khí cùng với ẩm đồ của không khí ẩm đã được Carrier lần đầu xây dựng và cắt nghĩa, đặc biệt 2 hơn cả là việc xây dựng cơ sở lý thuyết vô cùng chặt chẽ cho các phát minh, thiết kế và chế tạo các loại thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí. Qua đó, ta nhận thấy điều hòa không khí đã hình thành và phát triển cùng với lịch sử rất lâu đời mà cho đến ngày nay lại càng tiến bộ, phát triển vượt trội. Cùng với nhu cầu sử dụng của con người trong các nhà hàng, khách sạn, nhà trường, văn phòng… và vai trò quan trọng không kém của điều hòa không khí là phát triển các ngành kinh tế khác. Như vậy, thông qua việc điều hòa không khí ngày một phát triển mà đời sống của con người trong thời đại công nghiệp hóa luôn được đảm bảo tốt nhất và hiệu quả nhất về nhu cầu sử dụng ngoài ra nó còn đóng một vai trò quan trọng cho các ngành công nghiệp cũng như nông nhiệp, dịch vụ….

3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 2.1 Định nghĩa và phân loại điều hòa không khí. Điều hoà không khí là một ngành khoa học kỹ thuật đang có xu hướng phát triển lớn mạnh không ngừng. Thông qua việc nghiên cứu, chế tạo ra các phương pháp làm mát bằng cách sử dụng công nghệ, thiết bị nhằm tạo ra và duy trì môi trường không khí phù hợp để đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người cũng như với công nghệ sản xuất… Ngoài nhiệm vụ duy trì nhiệt độ trong không gian điều hoà ở mức độ yêu cầu, hệ thống điều hoà không khí còn phải giữ độ ẩm trong không khí trong không gian đó ổn định ở một mức quy định nào đó. Bên cạnh đó, cần phải chú ý đến vấn đề bảo vệ độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và sự lưu thông hợp lý của dòng không khí.

Điều hoà không khí còn gọi là điều tiết không khí - hay còn được hiểu quá trình loại bỏ lượng nhiệt và độ ẩm trong không gian trong nhà mà vẫn duy trì được các thông số trạng thái không khí một cách ổn định để cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng. Ta có thể phân loại hệ thống điều hòa không khí theo chức năng như sau: A. HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA CỤC BỘ [4] * Máy điều hoà cửa sổ Máy điều hoà cửa sổ là loại nhỏ nhất khi xét về năng suất lạnh cũng như kích thước và khối lượng của máy. Tất cả các thiết bị đặc trưng như máy nén, dàn bay hơi, dàn ngưng, van tiết lưu, quạt giải nhiệt, phin lọc, cùng với các thiết bị điều khiển, biến tần, dễ dàng được lắp gọn bên trong lốc vỏ của máy.

Năng suất lạnh của máy đạt giá trị không quá 7 kW (24.000 Btu/h) và thường được chia thành 5 loại: 6000, 9000, 12000, 18000 và 24000 Btu/h. Máy điều hòa cửa sổ 4 * Máy điều hoà hai cụm Máy điều hoà hai cụm gồm: cụm đặt bên trong nhà (indoor unit) và cụm đặt bên ngoài nhà (outdoor unit) được lắp đặt và bố trí tách biệt với nhau. Cụm đặt bên trong nhà sẽ gồm có dàn lạnh, quạt ly tâm kiểu trục cán và bộ điều khiển máy. Cụm đặt bên ngoài nhà gồm bộ vỏ máy chứa máy nén, động cơ thiết bị ngưng tụ và quạt hướng trục.

Hai cụm máy được nối liên tiếp với nhau bằng các đường ống đồng (hay còn gọi là ống gas) và dây điện kết nối với máy. Với ưu điểm nổi bật là dễ lắp đặt, dễ bố trí dàn lạnh và dàn nóng, ít phụ thuộc hơn vào kết cấu nhà, chỉ phải đục tường một lỗ nhỏ đường kính khoảng 70mm để đi đường ống gas, đặc biệt là đảm bảo được tính thẩm mỹ cao. Nhược điểm chủ yếu là cần có quạt hút gió vì không lấy được gió tươi, dây điện kết nối và ống dẫn gas khá dài. Khi bố trí dàn lạnh và dàn nóng thường phải đặt dàn lạnh cao hơn dàn nóng nhưng không nên cao quá 3m và chiều dài đường ống gas không nên dài quá 10m.

Ngoài ra còn có nhược điểm khó thể khắc phục là dàn nóng sẽ gây ra độ ồn phía ngoài nhà, có thể làm ảnh hưởng hang xóm bên cạnh. Máy điều hòa 2 cụm * Máy điều hoà nhiều cụm Tân tiến hơn loại máy điều hòa hai cụm thì máy điều hoà nhiều cụm gồm có một dàn nóng nhưng kết nối với nhiều dàn lạnh, được lắp đặt ở nhiều phòng khác nhau. Máy điều hoà nhiều cụm có rất nhiều loại dàn lạnh đa dạng và phổ biến từ loại treo tường đến loại treo trần, âm trần, có hoặc không có ống gió và năng suất lạnh đạt được thông thường từ 2,5 đến 6 thậm chí 7 kW. Máy điều hòa nhiều cụm B.

HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ (TỔ HỢP) GỌN [4] * Máy điều hoà hai cụm không ống gió Với đặc điểm nổi bật nhất của máy điều hòa hai cụm không ống gió là không cần phải lắp thêm ống gió vì quạt dàn lạnh có cột áp khá nhỏ. Có thể phân biệt loại máy điều hoà hai cụm của hệ thống điều hoà gọn và của hệ thống điều hoà cục bộ bằng cách so sánh về năng suất lạnh hoặc cỡ máy hay kiểu dáng của hai máy. Loại máy điều hòa hai cụm không ống gió thường sử dụng cho các phòng khách sạn, giảng đường hoặc nhà hàng hay các văn phòng có diện tích tương đối rộng. Dàn lạnh có năng suất lạnh lạnh đạt đến 14 kW (48000 Btu/h) với đặc điểm chung là không có ống gió và quạt gió chạy ở chế độ thổi tự do.

* Máy điều hoà hai cụm có ống gió Khác với máy điều hoà hai cụm không ống gió thì loại máy này có dàn lạnh chạy với năng suất lạnh từ 36000 đến 240000 Btu/h.