Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong quy trình sản xuất các sản phẩm công nghệ cao, đặc biệt là vi mạch và linh kiện điện tử, yêu cầu về độ sạch của môi trường làm việc đóng vai trò quyết định đến tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn và độ tin cậy của thiết bị. Các tạp chất bụi lơ lửng trong không khí có kích thước từ 0,5 đến 50 µm nếu bám vào bề mặt bảng mạch bán dẫn có thể gây ra hiện tượng đoản mạch, biến dạng mối hàn hoặc hư hỏng linh kiện. Do đó, việc ứng dụng phòng sạch nhằm khống chế nồng độ hạt bụi, kiểm soát ổn định các thông số nhiệt độ, độ ẩm, áp suất vi sai và ngăn ngừa hiện tượng phóng tĩnh điện là yêu cầu kỹ thuật bắt buộc trong các nhà máy sản xuất điện tử hiện đại.
Công trình nhà máy Công ty K-WON VINA (chủ sở hữu: Kim Wooshik) đặt tại Khu công nghiệp Quế Võ (khu vực mở rộng), Xã Phương Liễu, Huyện Quế Võ, Tỉnh Bắc Ninh, hoạt động trong lĩnh vực sản xuất linh kiện điện tử với quy mô nhân lực 100 người. Đề tài khóa luận tốt nghiệp kỹ sư ngành Công nghệ kỹ thuật nhiệt của tác giả Vũ Cao Đạt, dưới sự hướng dẫn của Th.S Phạm Thế Văn tại Trường Đại học Công nghệ Đông Á (năm 2022), tập trung vào nhiệm vụ thiết kế hoàn chỉnh hệ thống điều hòa không khí và xử lý phòng sạch cho nhà máy này.
Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể trong đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về phòng sạch và hệ thống tiêu chuẩn kiểm soát độ sạch không khí.
- Khảo sát hiện trạng công trình, phân tích đặc điểm khí hậu địa phương tại Bắc Ninh để lựa chọn cấp điều hòa không khí và xác lập thông số tính toán vi khí hậu.
- Tính toán cân bằng nhiệt thừa, ẩm thừa của các phân xưởng và kiểm tra điều kiện chống đọng sương trên bề mặt kết cấu bao che.
- Xây dựng và tính toán sơ đồ xử lý nhiệt ẩm của không khí (sơ đồ điều hòa không khí).
- Tính toán, lựa chọn máy lạnh và các thiết bị phụ trợ trong hệ thống điều hòa không khí.
- Tính toán thiết kế mạng lưới đường ống gió và bộ tải lọc khí đầu cuối (Fan Filter Unit - FFU).
- Tính chọn thiết bị buồng tắm khí (Air Shower) tại các cửa phân cách khu vực sạch.
- Lập bảng tổng hợp vật tư thiết bị phục vụ đánh giá kinh tế kỹ thuật.
- Thiết lập hệ thống bản vẽ kỹ thuật thi công (mặt bằng bố trí thiết bị, mặt bằng đường ống gió và mặt bằng thu gom nước ngưng).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều hòa không khí kết hợp lọc sạch không khí cấp độ sạch ISO 6 phục vụ xưởng sản xuất linh kiện điện tử.
- Phạm vi không gian: Mặt bằng công trình tại KCN Quế Võ có kích thước tổng thể 48 m x 47 m (2.256 m²), trong đó không gian phòng sạch được thiết kế có diện tích 31 m x 47 m (1.457 m²), bao gồm phân xưởng sản xuất chính (diện tích 1.121 m²) và phòng kiểm tra chất lượng (diện tích 225,675 m²).
- Phạm vi thời gian và chế độ vận hành: Phân tích các chế độ tải nhiệt ẩm cực hạn trong điều kiện khí hậu mùa hè và mùa đông tại tỉnh Bắc Ninh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn xây dựng được áp dụng trong đề tài:
- Hệ thống phân loại phòng sạch: Tiêu chuẩn Federal Standard 209 (1963), Federal Standard 209E (1992) và Tiêu chuẩn quốc tế ISO 14644-1.
- Tiêu chuẩn phòng sạch vi điện tử: TCVN 8664-4:2011 (Bảng B.1 và B.2) dùng để xác định cấp độ sạch ISO 6 và lựa chọn bội số trao đổi không khí (80 lần/giờ).
- Tiêu chuẩn điều hòa không khí: TCVN 5687:1992 về lựa chọn cấp điều hòa (hệ thống cấp II với hệ số bảo đảm Kbđ = 0,996, số giờ không đảm bảo từ 150 đến 200 giờ/năm) và phương pháp xác định thông số tính toán ngoài trời.
- Quy chuẩn vật liệu xây dựng: QCVN 09:2013/BXD về các thông số nhiệt vật lý của vật liệu xây dựng và tấm panel cách nhiệt EPS.
- Phương pháp cân bằng nhiệt ẩm Carrier: Ứng dụng ẩm đồ không khí ẩm (đồ thị t-d / i-d) của Carrier để tách biệt các thành phần nhiệt hiện thừa ($Q_{ht}$) và nhiệt ẩn thừa ($Q_{ât}$), tính toán các quá trình hòa trộn, làm lạnh, khử ẩm và thổi gió.
Phương pháp nghiên cứu thực hiện:
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Hệ thống hóa tài liệu chuyên ngành nhiệt - điện lạnh, nguyên lý khí động học phòng sạch và công nghệ màng lọc HEPA.
- Phương pháp tính toán kỹ thuật nhiệt công trình: Xác định tải nhiệt bức xạ qua kính ($Q_{11} = 0$ do phòng nằm trong không gian đệm), nhiệt truyền qua kết cấu mái và vách ($Q_{21}, Q_{22}$), nhiệt truyền qua 4 dải nền theo phương pháp Carrier ($Q_{23}$), nhiệt tỏa từ nguồn sáng ($Q_{31}$ tính theo độ rọi tiêu chuẩn 800 lux), nhiệt tỏa do động cơ và thiết bị máy móc ($Q_{32}$), nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người phát thải ($Q_4$), nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_{hn}, Q_{ân}$) và nhiệt do gió rò lọt qua khe cửa sổ, cửa đi ($Q_{5h}, Q_{5a}$).
- Phương pháp tính toán thủy lực: Xác định tổn thất áp suất ma sát dọc đường và tổn thất áp suất cục bộ qua các chi tiết cút nối, côn thu, nhánh rẽ của mạng đường ống cấp và hồi gió.
Nguồn dữ liệu tính toán: Bản vẽ mặt bằng kiến trúc nhà máy K-WON VINA, chuỗi số liệu khí tượng thủy văn của tỉnh Bắc Ninh theo TCVN 5687:1992, catalog thông số kỹ thuật của hãng máy lạnh Daikin, tiêu chuẩn dây dẫn điện CADIVI và tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí.
Thiết kế và tính toán kỹ thuật hệ thống
Hệ thống điều hòa không khí phòng sạch nhà máy K-WON VINA được tính toán dựa trên các thông số vi khí hậu trong nhà và ngoài trời được tổng hợp tại bảng sau:
| Thông số thiết kế | Giá trị phòng sản xuất | Giá trị phòng kiểm tra | Thông số khí hậu ngoài trời (Mùa hè - Cấp II) |
|---|---|---|---|
| Diện tích mặt bằng | 1.121,00 m² | 225,68 m² | — |
| Nhiệt độ không khí ($t$) | 21,0 °C | 21,0 °C | 37,0 °C |
| Độ ẩm tương đối ($\varphi$) | 45 % | 45 % | 67 % |
| Nhiệt độ đọng sương ($t_s$) | 9,0 °C | 9,0 °C | 30,0 °C |
| Cấp độ sạch | ISO 6 | ISO 6 | — |
| Số lần trao đổi không khí | 80 lần/h | 80 lần/h | — |
| Tiêu chuẩn độ ồn | 55 ÷ 65 dB | 55 ÷ 65 dB | — |
| Áp suất chênh lệch | 5 Pa (giữa các cấp sạch), 12 ÷ 14 Pa (với khu vực không sạch) | 5 Pa (giữa các cấp sạch), 12 ÷ 14 Pa (với khu vực không sạch) | — |
Tác giả lựa chọn kiểu phòng sạch thông hơi hỗn loạn (turbulent flow) thay vì phòng sạch định hướng hoàn toàn (laminar flow) nhằm tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu, tiết kiệm diện tích trần kỹ thuật và phù hợp với đặc thù mật độ máy móc gia công linh kiện dày đặc trên sàn xưởng.
Kết cấu bao che của công trình được cách nhiệt bằng các tấm panel EPS (polystyrene) dày 50 mm, hệ số dẫn nhiệt $\lambda = 0,035\text{ W/mK}$, tường đôi gạch kết hợp vữa trát và panel EPS cho hệ số truyền nhiệt tổng thể $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K}$. Cửa sổ sử dụng kính 2 lớp cách nhiệt với hệ số truyền nhiệt $k_k = 3,28\text{ W/m}^2\text{K}$. Trần phòng sạch treo panel EPS cách mái tôn 2 m với khoảng đệm không khí có hệ số truyền nhiệt qua mái $k_m = 0,022\text{ W/m}^2\text{K}$.
Kiểm tra điều kiện chống đọng sương trên vách:
- Hệ số truyền nhiệt cực đại mùa hè: $k_{\max} = 8,75\text{ W/m}^2\text{K}$.
- Hệ số truyền nhiệt cực đại mùa đông: $k_{\max} = 12,00\text{ W/m}^2\text{K}$.
- Hệ số truyền nhiệt thực tế của vách: $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K} < k_{\max}$. Kết luận: Kết cấu vách bao che đảm bảo an toàn nhiệt ẩm, không xảy ra hiện tượng đọng sương trong cả mùa hè và mùa đông.
Trong quá trình lập sơ đồ nhiệt ẩm, hiệu nhiệt độ giữa phòng và nhiệt độ không khí sau dàn lạnh $\Delta t = t_T - t_0 = 21 - 9,43 = 11,57\text{ K} > 10\text{ K}$. Nhằm đảm bảo cảm giác tiện nghi nhiệt và tránh thổi gió quá lạnh trực tiếp vào khu vực thao tác của công nhân, tác giả thiết lập sơ đồ điều hòa không khí tuần hoàn hai cấp:
- Lượng không khí sau khi xử lý qua dàn lạnh ở trạng thái $O$ ($t_0 = 9,28\text{ }^\circ\text{C}$ đối với phòng sản xuất và $8,51\text{ }^\circ\text{C}$ đối với phòng kiểm tra) được hòa trộn với một phần không khí tái tuần hoàn cấp 2 (ở trạng thái phòng $T$, nhiệt độ $21\text{ }^\circ\text{C}$) để đạt trạng thái thổi vào $V$ có nhiệt độ $t_V = 11\text{ }^\circ\text{C}$, tương ứng với độ chênh lệch nhiệt độ thổi vào $\Delta t_{VT} = t_T - t_V = 10\text{ K}$.
- Lưu lượng không khí qua dàn lạnh phòng sản xuất là $L = 6.580\text{ l/s}$ (trong đó lưu lượng gió tuần hoàn cấp 1 là $L_1 = 5.776\text{ l/s}$, cấp 2 là $L_2 = 804\text{ l/s}$; lưu lượng gió tươi $L_N = 525\text{ l/s}$, lưu lượng gió hồi $L_T = 6.055\text{ l/s}$).
- Lưu lượng không khí qua dàn lạnh phòng kiểm tra là $L = 795\text{ l/s}$ (trong đó $L_1 = 635\text{ l/s}$, $L_2 = 160\text{ l/s}$; lưu lượng gió tươi $L_N = 75\text{ l/s}$, lưu lượng gió hồi $L_T = 720\text{ l/s}$).
Về cấu hình thiết bị chính:
- Hệ thống sử dụng dòng máy điều hòa không khí cục bộ thương mại âm trần nối ống gió hãng Daikin, môi chất lạnh R410A, nguồn điện 3 pha 380V/50Hz.
- Khu vực sản xuất (tổng công suất lạnh yêu cầu $\sum Q_0 = 170\text{ kW} \approx 579.366\text{ BTU/h}$): Sử dụng 12 tổ máy lạnh Daikin model dàn lạnh FXMQ125PVE kết hợp dàn nóng RXMQ5BVM, công suất danh định $14\text{ kW}$ ($47.800\text{ BTU/h}$) mỗi tổ máy, điện năng tiêu thụ dàn nóng $6,22\text{ kW}$, dòng điện định mức $11,82\text{ A}$, sử dụng cáp điện CADIVI CV 3x6 mm² + 2.5E và dây tín hiệu 2x1 mm².
- Khu vực kiểm tra (tổng công suất lạnh $Q_0 \approx 141.175\text{ BTU/h}$): Sử dụng 3 tổ máy lạnh âm trần nối ống gió Daikin công suất $14\text{ kW}$ ($48.000\text{ BTU/h}$).
- Xử lý cấp sạch và áp suất: Không khí từ dàn lạnh được phân phối qua đường ống gió tôn tráng kẽm bọc cách nhiệt, cấp vào các hộp quạt lọc trần FFU (Fan Filter Unit) tích hợp màng lọc siêu tinh HEPA để lọc hạt bụi trước khi đưa vào phòng sạch; bố trí buồng tắm khí Air Shower tự động thổi khí vận tốc cao tại các cửa ra vào để loại bỏ bụi bám trên trang phục nhân viên.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về phòng sạch
Chương 1 trình bày lịch sử hình thành phòng sạch từ các ứng dụng y tế ban đầu của Joseph Lister tại Viện xá Hoàng Gia Glasgow vào thập niên 1860, bước phát triển trong sản xuất vũ khí thời Thế chiến II và ứng dụng công nghiệp đầu tiên tại Western Electric Company nhằm giải quyết vấn đề lỗi linh kiện. Tác giả tổng hợp các tiêu chuẩn phòng sạch bao gồm Federal Standard 209 (1963), Federal Standard 209E (1992) và ISO 14644-1, phân loại nồng độ hạt bụi từ $\ge 0,1\text{ }\mu\text{m}$ đến $\ge 5,0\text{ }\mu\text{m}$ trên một đơn vị thể tích.
Chương 2: Giới thiệu về công trình
Chương 2 mô tả vị trí địa lý, điều kiện địa hình và khí hậu của tỉnh Bắc Ninh (nhiệt độ trung bình năm $23,3\text{ }^\circ\text{C}$, biên độ nhiệt mùa hè - mùa đông từ 15 đến $16\text{ }^\circ\text{C}$, lượng mưa $1.700\text{ mm/năm}$, số giờ nắng $1.776\text{ giờ/năm}$). Tác giả xác định thông số công trình K-WON VINA tại KCN Quế Võ: quy mô 100 công nhân, diện tích sàn phòng sạch $1.457\text{ m}^2$, chọn điều hòa không khí cấp II ($K_{bđ} = 0,996$), tiêu chuẩn độ sạch ISO 6 với bội số tuần hoàn không khí 80 lần/giờ, độ ồn cho phép 55 - 65 dB, chênh áp 5 - 14 Pa và chọn kiểu phân phối gió thông hơi hỗn loạn.
Chương 3: Tính cân bằng nhiệt ẩm cho công trình
Chương 3 triển khai chi tiết phương pháp tính toán tải nhiệt ẩm Carrier. Tác giả tính toán từng nguồn phát sinh nhiệt hiện và nhiệt ẩn cho hai không gian điều hòa:
- Phòng sản xuất: Tải nhiệt vách tường hướng Đông ($473,9\text{ W}$), hướng Nam ($523,8\text{ W}$); nhiệt truyền qua mái panel ($193\text{ W}$); nhiệt truyền qua kính 2 lớp ($367\text{ W}$); nhiệt truyền qua 4 dải nền ($3.137,1\text{ W}$); nhiệt tỏa từ đèn LED 18Wx2 độ rọi 800 lux ($8.289,8\text{ W}$); nhiệt tỏa do máy móc ($2.647,8\text{ W}$); nhiệt và ẩm do người ($q_h = 108\text{ W/người}, q_a = 103\text{ W/người}$); nhiệt gió tươi ($8,3\text{ l/s/người}$) và nhiệt gió lọt.
- Phòng kiểm tra: Nhiệt truyền qua nền ($1.098,9\text{ W}$), nhiệt đèn ($1.668,87\text{ W}$), nhiệt máy móc ($2.647,7\text{ W}$).
- Kiểm tra hiện tượng đọng sương: Xác định hệ số truyền nhiệt thực tế $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K}$ nhỏ hơn ngưỡng đọng sương mùa hè ($8,75\text{ W/m}^2\text{K}$) và mùa đông ($12,00\text{ W/m}^2\text{K}$).
Chương 4: Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí
Chương 4 tính toán các hệ số nhiệt hiện phòng ($\varepsilon_{hf} = 0,90$ cho phòng sản xuất và $0,92$ cho phòng kiểm tra), hệ số nhiệt hiện tổng ($\varepsilon_{ht}$), hệ số đi vòng của dàn lạnh ($\varepsilon_{BF}$) và hệ số nhiệt hiệu dụng ($\varepsilon_{hef}$). Tác giả xác định nhiệt độ đọng sương thiết bị ($t_s = 8\text{ }^\circ\text{C}$ cho sản xuất, $6,5\text{ }^\circ\text{C}$ cho kiểm tra) và thiết lập sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp nhằm điều chỉnh nhiệt độ gió thổi vào cố định ở mức $11\text{ }^\circ\text{C}$, khống chế độ chênh nhiệt độ thổi vào $\Delta t_{VT} = 10\text{ K}$.
Chương 5: Tính chọn máy và thiết bị của hệ thống điều hòa không khí
Chương 5 so sánh 4 giải pháp hệ thống: máy cục bộ RAC, máy tổ hợp nhỏ gọn, hệ thống trung tâm Water Chiller và hệ thống VRV/VRF. Tác giả lựa chọn hệ thống máy lạnh cục bộ âm trần nối ống gió Daikin 1 chiều sử dụng gas R410A:
- Phòng sản xuất: 12 máy Daikin dàn lạnh FXMQ125PVE / dàn nóng RXMQ5BVM, công suất lạnh $14\text{ kW}$/máy.
- Phòng kiểm tra: 3 máy Daikin công suất $14\text{ kW}$/máy.
- Tính toán điện động lực: Xác định dòng điện định mức, chọn tiết diện dây dẫn cấp nguồn CV 3x6 mm² + 2.5E và dây điều khiển tín hiệu 2x1 mm².
Chương 6: Tính toán thiết kế bộ tải ống gió
Chương 6 trình bày cấu tạo, nguyên lý và thông số kỹ thuật của hộp quạt lọc trần FFU (Fan Filter Unit) trang bị màng lọc HEPA. Tác giả thực hiện tính toán thiết kế thủy lực hai tuyến ống cấp gió tươi (hệ thống cấp gió tươi 1 và hệ thống cấp gió tươi 2), bao gồm vận tốc gió kinh tế, kích thước tiết diện ống dẫn, tổn thất áp suất ma sát dọc đường ống và tổn thất áp suất cục bộ qua các chi tiết côn thu, tê chia nhánh và miệng cấp gió.
Chương 7: Air Shower
Chương 7 phân tích cấu tạo, nguyên lý vận hành tự động và thông số kỹ thuật của buồng tắm khí (Air Shower). Thiết bị sử dụng hệ thống vòi phun khí vận tốc cao kết hợp màng lọc thô và màng lọc tinh HEPA để thổi sạch bụi bẩn trên quần áo bảo hộ của nhân sự trước khi bước qua cửa Airlock vào phân xưởng sản xuất.
Chương 8: Tính kinh tế kỹ thuật
Chương 8 tổng hợp bảng thống kê chi tiết số lượng, quy cách kỹ thuật của toàn bộ vật tư, thiết bị thuộc hệ thống phòng sạch bao gồm: máy điều hòa không khí Daikin, cụm FFU, buồng thổi khí Air Shower, hệ thống ống gió tôn tráng kẽm, van gió, miệng gió khuếch tán, vật liệu bọc cách nhiệt, hệ thống đường ống đồng dẫn gas, hệ thống ống thoát nước ngưng và phụ kiện điện động lực.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã hoàn thành toàn bộ các nội dung tính toán kỹ thuật và thiết kế hệ thống cơ điện lạnh phòng sạch cho nhà máy công nghiệp:
| Hạng mục kỹ thuật | Kết quả tại phòng sản xuất | Kết quả tại phòng kiểm tra |
|---|---|---|
| Tải nhiệt lạnh thiết kế ($Q_0$) | 170 kW (~579.366 BTU/h) | ~41,4 kW (~141.175 BTU/h) |
| Số lượng tổ máy lạnh Daikin 14 kW | 12 tổ máy (FXMQ125PVE / RXMQ5BVM) | 3 tổ máy (công suất 14 kW) |
| Tổng lưu lượng gió qua dàn ($L$) | 6.580 l/s | 795 l/s |
| Lưu lượng gió tuần hoàn cấp 1 ($L_1$) | 5.776 l/s | 635 l/s |
| Lưu lượng gió tuần hoàn cấp 2 ($L_2$) | 804 l/s | 160 l/s |
| Lưu lượng khí tươi ($L_N$) | 525 l/s | 75 l/s |
| Nhiệt độ gió thổi vào ($t_V$) | 11,0 °C ($\Delta t_{VT} = 10\text{ K}$) | 11,0 °C ($\Delta t_{VT} = 10\text{ K}$) |
| Khả năng chống đọng sương | $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K} < 8,75\text{ W/m}^2\text{K}$ (An toàn) | $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K} < 8,75\text{ W/m}^2\text{K}$ (An toàn) |
Các giải pháp kỹ thuật đề xuất:
- Ứng dụng giải pháp kết cấu bao che bằng panel EPS dày 50 mm kết hợp tường đôi giúp giảm thiểu tổn thất nhiệt truyền qua vách và triệt tiêu nguy cơ đọng sương trên bề mặt.
- Áp dụng sơ đồ xử lý không khí tuần hoàn 2 cấp giúp kiểm soát nhiệt độ thổi vào phòng ở mức $11\text{ }^\circ\text{C}$, tránh hiện tượng sốc nhiệt cho công nhân và đảm bảo độ ẩm ổn định ở mức 45%.
- Kết hợp dàn máy lạnh cục bộ nối ống gió với các khối FFU màng lọc HEPA và buồng tắm khí Air Shower, đáp ứng đồng thời yêu cầu làm lạnh và tiêu chuẩn phòng sạch ISO 6.
Đóng góp của đồ án:
- Xây dựng quy trình tính toán nhiệt ẩm và khí động hoàn chỉnh, bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN 5687:1992, TCVN 8664-4:2011, QCVN 09:2013) cho một nhà máy sản xuất linh kiện điện tử cụ thể tại Bắc Ninh.
- Cung cấp phương án thiết kế có tính thực tiễn cao, cân bằng giữa yêu cầu công nghệ phòng sạch nghiêm ngặt và chi phí đầu tư thiết bị.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài:
- Thiết kế lựa chọn giải pháp thông hơi hỗn loạn và hệ máy lạnh cục bộ thương mại âm trần nối ống gió, chỉ tối ưu cho cấp độ sạch trung bình (ISO 6), chưa đáp ứng được các phân xưởng vi điện tử yêu cầu cấp sạch siêu cao (ISO 1 đến ISO 5 - vốn đòi hỏi dòng chảy tầng định hướng hoàn toàn).
- Đề tài chưa ứng dụng các công cụ mô phỏng động lực học chất lưu (CFD) để kiểm tra chi tiết trường vận tốc, nhiệt độ và quỹ đạo phân tán hạt bụi trong không gian 3D của nhà xưởng.
- Phần kinh tế kỹ thuật dừng lại ở mức lập bảng thống kê khối lượng vật tư thiết bị, chưa phân tích chi tiết chi phí vòng đời (LCC) và phương án thu hồi vốn.
Hướng phát triển tiếp theo:
- Nghiên cứu so sánh hiệu quả năng lượng khi chuyển đổi sang hệ thống điều hòa trung tâm Chiller giải nhiệt nước kết hợp khối xử lý không khí AHU chuyên dụng khi nhà máy mở rộng quy mô sản xuất.
- Ứng dụng phần mềm mô phỏng CFD (như ANSYS Fluent) để tối ưu hóa vị trí lắp đặt FFU và miệng hút gió hồi.
- Tích hợp hệ thống điều khiển tự động BMS nhằm giám sát áp suất vi sai và tự động điều chỉnh tốc độ quạt FFU theo thời gian thực.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật nhiệt, Kỹ thuật nhiệt - Điện lạnh và Kỹ thuật công trình xây dựng (HVAC) làm tài liệu mẫu về các bước tính toán tải nhiệt ẩm theo Carrier, lập sơ đồ tuần hoàn 2 cấp và thiết kế mạng ống gió.
- Kỹ sư cơ điện (MEP), kỹ sư thiết kế phòng sạch và cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy điện tử đang tìm kiếm tài liệu tính toán thực tế về kết cấu bao che panel EPS, tính chọn máy lạnh Daikin nối ống gió, khối FFU và buồng tắm khí Air Shower.
Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:
- Quy trình tính toán chi tiết 9 thành phần tải nhiệt và kiểm tra đọng sương vách trong Chương 3.
- Phương pháp giải hệ phương trình xác định lưu lượng hòa trộn gió cấp 1 và cấp 2 trong sơ đồ tuần hoàn hai cấp tại Chương 4.
- Phương pháp tính toán thủy lực và tổn thất áp suất đường ống gió tại Chương 6.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình K-WON VINA áp dụng cấp độ sạch nào và yêu cầu số lần trao đổi không khí là bao nhiêu?
Công trình được thiết kế đạt cấp độ sạch ISO 6 theo tiêu chuẩn TCVN 8664-4:2011 (tương đương chuẩn Class 1.000 theo Federal Standard 209E). Dựa trên bảng tra tiêu chuẩn cho phòng sạch sản xuất vi điện tử, số lần trao đổi không khí được lựa chọn là 80 lần/giờ.
2. Vì sao tác giả phải sử dụng sơ đồ điều hòa không khí tuần hoàn 2 cấp thay vì tuần hoàn 1 cấp?
Khi tính toán sơ đồ 1 cấp, nhiệt độ không khí sau dàn lạnh đạt $t_0 = 9,43\text{ }^\circ\text{C}$, dẫn đến độ chênh lệch nhiệt độ giữa trong phòng ($21\text{ }^\circ\text{C}$) và nhiệt độ thổi vào là $\Delta t = 11,57\text{ K}$ (vượt quá giới hạn cho phép $\Delta t \le 10\text{ K}$). Do đó, tác giả sử dụng sơ đồ tuần hoàn 2 cấp để lấy một phần gió hồi trong phòng (ở $21\text{ }^\circ\text{C}$) hòa trộn với không khí sau dàn lạnh, nâng nhiệt độ gió thổi vào lên $t_V = 11\text{ }^\circ\text{C}$ ($\Delta t_{VT} = 10\text{ K}$), tránh gây sốc nhiệt và đảm bảo phân bố nhiệt ẩm đồng đều.
3. Kết cấu tường và mái của phòng sạch được cấu tạo như thế nào và có bị đọng sương không?
Tường bao sử dụng tường đôi gạch kết hợp vữa và ốp tấm panel EPS dày 50 mm ($\lambda = 0,035\text{ W/mK}$), đạt hệ số truyền nhiệt $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K}$. Mái tôn có trần treo panel EPS cách 2 m đạt $k_m = 0,022\text{ W/m}^2\text{K}$. Kết quả kiểm tra cho thấy $k_t = 0,62\text{ W/m}^2\text{K}$ nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số truyền nhiệt giới hạn chống đọng sương mùa hè ($8,75\text{ W/m}^2\text{K}$) và mùa đông ($12,00\text{ W/m}^2\text{K}$), đảm bảo tuyệt đối không đọng sương.
4. Cấu hình máy điều hòa không khí Daikin được lựa chọn cho phân xưởng sản xuất có thông số kỹ thuật như thế nào?
Phân xưởng sản xuất có tổng tải nhiệt lạnh $170\text{ kW}$ ($\approx 579.366\text{ BTU/h}$), được chia cho 12 tổ máy lạnh cục bộ âm trần nối ống gió Daikin 1 chiều, môi chất R410A. Mỗi máy gồm dàn lạnh FXMQ125PVE và dàn nóng RXMQ5BVM, công suất lạnh định mức $14\text{ kW}$ ($47.800\text{ BTU/h}$), điện năng tiêu thụ dàn nóng $6,22\text{ kW}$, nguồn điện 3 pha 380V/50Hz, dòng định mức $11,82\text{ A}$, sử dụng cáp điện CADIVI CV 3x6 mm² + 2.5E.
5. Tiêu chuẩn áp suất vi sai và độ ồn được thiết lập cho phòng sạch K-WON VINA là bao nhiêu?
Độ ồn cho phép trong phòng sạch dao động từ 55 dB đến 65 dB. Áp suất vi sai duy trì tối thiểu 5 Pa giữa các khu vực có cấp độ sạch khác nhau và từ 12 đến 14 Pa giữa khu vực sạch với khu vực không sạch liền kề nhằm ngăn chặn bụi bẩn xâm nhập từ môi trường bên ngoài.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Vũ Cao Đạt đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí và xử lý phòng sạch ISO 6 cho nhà máy sản xuất linh kiện điện tử K-WON VINA tại Bắc Ninh. Bằng việc kết hợp phương pháp cân bằng nhiệt ẩm Carrier, sơ đồ tuần hoàn không khí hai cấp và hệ thống máy lạnh Daikin nối ống gió cùng các bộ lọc FFU, công trình đảm bảo duy trì ổn định nhiệt độ $21\text{ }^\circ\text{C}$, độ ẩm $45%$ và áp suất dương theo đúng quy chuẩn kỹ thuật. Kết quả tính toán và hệ thống bản vẽ đi kèm cung cấp một tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng thực tế cao cho lĩnh vực kỹ thuật nhiệt - điện lạnh công nghiệp.