Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí trung tâm cho tàu hl05 sử dụng công chất r407c

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HCM
----*/*---HỒNG NGHĨA THƠNG

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM CHO TÀU
HL05 SỬ DỤNG CÔNG CHẤT R407C

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH - 2014


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH
----*/*---HỒNG NGHĨA THƠNG

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
HỊA KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM CHO TÀU
HL05 SỬ DỤNG CÔNG CHẤT R407C
CHUYÊN NGÀNH

: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ TÀU THỦY

MÃ SỐ

:60520116

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ HỮU SƠN

TP HỒ CHÍ MINH - 2014


1
LỜI CAM ĐOAN
Tơi tên là: Hồng Nghĩa Thơng
Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ này là cơng trình khoa học của tôi thực
hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của thầy PGS. TS. MT. Lê Hữu Sơn.
Ngoài các nội dung tham khảo của các tác giả mà tôi đã liệt kê trong phần
“Các tài liệu tham khảo”, luận văn của tơi khơng hề sao chép bất kì một nội
dung nào khác của các cơng trình khoa học tƣơng tự. Các kết quả nghiên cứu
trong luận văn này chƣa đƣợc cơng bố trong bất kì một tài liệu hoặc bài báo
khoa học nào khác.
Tơi xin chịu hồn tồn mọi trách nhiệm trƣớc pháp luật về lời cam đoan
trên đây của mình.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 10 năm 2014

Tác giả

Hồng Nghĩa Thơng


2

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ này, cùng với sự nỗ lực cá
nhân thì tác giả cũng đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ rất nhiệt tình và quý
báu. Tác giả rất trân trọng và tri ân các sự giúp đỡ đó.
Trƣớc tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy PGS. TS.
MT. Lê Hữu Sơn – giảng viên của trƣờng Đại học Giao thông vận tải
TPHCM. Thầy đã hƣớng dẫn và cung cấp cho tôi rất nhiều kiến thức chuyên
môn, những tài liệu chuyên ngành hết sức quý báu trong suốt thời gian tôi
thực hiện đề tài. Thầy là ngƣời hƣớng dẫn tận tình và tâm huyết trong q
trình thực hiên cơng trình nghiên cứu và đƣa ra các ý kiến góp ý giúp tơi hồn
tất luận văn này.
Đồng thời, tác giả cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy, cô,
đồng nghiệp và bạn bè trong khoa Máy tàu thủy nói riêng và các thầy cơ trong
trƣờng Đại học Giao thơng vận tải TPHCM nói chung đã truyền đạt cho tôi
những kiến thức chuyên môn bổ ích trong q trình tơi học tại trƣờng.
Cảm ơn Ban Chủ nhiệm khoa Máy tàu thủy đã giúp đỡ tạo điều kiện về
thời gian và công việc để tôi hoàn thành luận văn này.
Cám ơn sự quan tâm, hỗ trợ và động viên của gia đình và bạn bè giúp tơi
có động lực hồn thành cơng việc nghiên cứu trong luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 10 năm 2014

Tác giả

Hồng Nghĩa Thơng


3
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 2
MỤC LỤC ......................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ..................................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................... 9
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 10
1.Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 10
2.Mục tiêu của đề tài ................................................................................................. 11
3.Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài ............................................................................ 12
4.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài................................................................... 12

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................... 13
1.1.Tổng quan về các hệ thống điều hịa khơng khí .................................................. 13
1.1.1. Hệ thống điều hịa khơng khí cục bộ ....................................................... 13
1.1.2. Hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm .................................................. 14
1.2.Tổng quan về tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc và trong nƣớc .......................... 16
1.3.Đặt vấn đề chọn đề tài ......................................................................................... 16

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA
KHƠNG KHÍ TRUNG TÂM
2.1. Những kiến thức cơ bản về khơng khí ẩm ........................................................ 17
2.1.1. Khơng khí ẩm .......................................................................................... 17
2.1.2. Các thơng số của khơng khí ẩm ................................................................ 18
2.1.3. Độ ẩm ....................................................................................................... 19
2.2. Tính phụ tải nhiệt ............................................................................................... 22
2.2.1. Phƣơng trình cân bằng nhiệt ..................................................................... 22
2.2.2. Nhiệt tỏa từ thiết bị máy móc Q1 .............................................................. 22


4

2.2.3. Nhiệt tỏa từ thiết bị chiếu sáng Q2 ............................................................ 23
2.2.4. Nhiệt độ do ngƣời tỏa ra Q3 ...................................................................... 23
2.2.5. Nhiệt do sản phẩm mang vào Q4 .............................................................. 23
2.2.6. Nhiệt toả ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt Q5 ............................................. 23
2.2.7. Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính ............................................... 23
2.2.8. Xác định nhiệt bức xạ mặt trời Q6 ............................................................ 24
2.2.9. Nhiệt tỏa do khơng khí lọt vào qua cửa Q7............................................... 41
2.2.10. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q8 ...................................................... 41
2.3. Tính chọn các thiết bị của hệ thống ................................................................... 48
2.3.1. Chọn sơ đồ hệ thống ................................................................................. 48
2.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống lạnh điều hịa khơng khí trung tâm ... 50
2.3.3. Tính chọn máy nén lạnh ........................................................................... 51
2.3.4 Tính chọn bình ngƣng............................................................................... 54
2.3.5. Tính chọn dàn bay hơi .............................................................................. 56

CHƢƠNG 3: TÍNH CÁC PHỤ TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG
KHÍ TRUNG TÂM TRÊN TÀU HL05
3.1. Giới thiệu tàu HL05 .......................................................................................... 59
3.2.Tính tốn phụ tải nhiệt cho các phòng trên tàu HL05 ......................................... 60

CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG HỆ
THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CHO TÀU HL05 SỬ DỤNG CƠNG
CHẤT R407C.................................................................................................. 76
4.1. Giới thiệu cơng chất R407C ............................................................................... 76
4.2. Tính chọn các thiết bị chính trong hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm sử
dụng cơng chất R407C ............................................................................................ 76
4.2.1. Tính chọn máy nén lạnh ........................................................................... 76
4.2.2. Tính chọn bình ngƣng ............................................................................. 82
4.2.3. Tính chọn van tiết lƣu ............................................................................... 84
4.2.4. Tính chọn dàn bay hơi ............................................................................. 85

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................... 87


5
1.Kết luận .................................................................................................................. 87
2.Kiến nghị hƣớng phát triển của luận văn ............................................................... 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 88


6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Ý nghĩa

C

Nhiệt dung riêng khối lƣợng (kJ/kg.K)

F

Diện tích (m2)

f

Tần số điện (Hz)

I

Dịng điện (A)

i

Entanpi (J/kg)

k

Hệ số truyền nhiệt (W/m2.K)

M

Mômen (N.m)

m

Lƣu lƣợng khối lƣợng (kg/s)

L

Cảm kháng điện

l

Công thực hiện đơn vị (J/kg)

lgP

Áp suất (N/m2)

N

Công suất (kW)

Nđc

Công suất lắp đặt

Ne

Cơng hữu ích

Nel

Cơng suất tiêu thụ

Ns

Cơng nén lý thuyết

n

Vịng quay (vịng/phút)

P

Cơng suất điện (kW)

p0

Áp suất bay hơi (N/m2)

pk

Áp suất ngƣng tụ

ptg

Áp suất trung gian

Q0

Năng suất lạnh, công suất lạnh (J)

q0

Năng suất lạnh đơn vị (J/kg)

R

Điện trở (Ω)


7

r

Nhiệt ẩn (J/kg)

S

Hệ số trƣợt

s

Entropi

t0

Nhiệt độ bay hơi của công chất

tb

Nhiệt độ buồng lạnh (0C)

th

Nhiệt độ công chất ở cửa hút

tk

Nhiệt độ ngƣng tụ của công chất

tw

Nhiệt độ nƣớc làm mát

U

Điện áp (V)

Vlt

Thể tích hút lý thuyết (m3)

Vtt

Thể tích hút thực tế (m3)

v

Thể tích riêng (m3/kg)

Wca

Cơng suất máy nén cao áp (kW)

Wmn

Công suất máy nén (kW)

Wta

Công suất máy nén thấp áp

ε

Hệ số làm lạnh

η

Hiệu suất

τ

Thời gian (giờ)

α

Hệ số tỏa nhiệt (W/m2.K)

λ

Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K)

ω

Tốc độ góc (Rad/s)

δ

Độ dày của vật liệu (m)

φ

Độ ẩm tƣơng đối (%)

ρ

Khối lƣợng riêng (kg/m3)


8
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 1.Điều hịa khơng khí 1 cục ................................................................ 13
Hình 1. 2.Điều hịa khơng khí 2 cục ............................................................... 14
Hình 1. 3.Điều hịa khơng khí trung tâm......................................................... 15
Hình 2.1. Cách phân chia dãi nền …………………………………………. . 48
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm…………………. . ..49
Hình 2.3. Chu trình hơi biểu diễn trên đồ thị T-S và lgP-i ……………… . ...50
Hình 2. 4 Đồ thị log P-I ................................................................................... 53
Hình 2. 5.Giao diện phần mềm chọn máy nén ................................................ 54
Hình 2. 6.Giao diện phần mềm chọn bình ngƣng tụ ....................................... 56
Hình 2. 7.Giao diện phần mềm chọn dàn bay hơi........................................... 58
Hình 3. 1.Kết cấu lớp cách nhiệt ……………………………………… . ….69
Hình 3.2. Cách phân chia dãi nền..…………………………………… . ……73
Hình 4. 1.Đồ thị log P-I của chu trình làm lạnh khơng khí..…………. … …79
Hình 4. 2.Kết cấu máy nén 1x 4GE-30Y-40P ................................................ 80
Hình 4. 3.Kết cấu bình ngứng K1973TB ........................................................ 82
Hình 4. 4.Kết cấu dàn bay hơi GACC.050.1J/27SA.E ................................... 86


9

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1. Tỷ lệ các chất khí trong khơng khí khơ ....................................... 17
Bảng 2. 2.Đặc tính bức xạ của các loại kính ................................................. 25
Bảng 2. 3. Đặc tính bức xạ của màn che ....................................................... 26

Bảng 2. 4. Dòng nhiệt bức xạ mặt trời xâm nhập vào phòng R, W/m2 ....... 26
Bảng 2. 5.Độ đen bề mặt kết cấu bao che ..................................................... 40
Bảng 2. 6.Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài và bên trong ................................. 43
Bảng 2. 7.Trị số nhiệt trở của khơng khí Rkk ................................................ 44
Bảng 2. 8.Hệ số hiệu chỉnh nhiệt trở khơng khí ........................................... 44
Bảng 2. 9.Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu ................................................... 45
Bảng 2. 10.Các thơng số cơ bản của bình ngƣng tụ ...................................... 56
Bảng 2. 11. Các thông số cơ bản của dàn bay hơi ........................................ 58
Bảng 3. 1.Các thông số cơ bản của tàu HL 05 ....................................................... 59

Bảng 3. 2. Nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí trong phòng ........................... 60
Bảng 3. 3.Chọn nhiệt độ và độ ẩm ngồi trời ............................................... 61
Bảng 3. 4. Dịng nhiệt bức xạ mặt trời xâm nhập vào phòng R, W/m2 ........ 64
Bảng 3. 5.Đặc tính bức xạ của các loại kính ................................................. 65
Bảng 3. 6.Đặc tính bức xạ của màn che ........................................................ 65
Bảng 3. 7. Nhiệt bức xạ qua của kính các hƣớng ......................................... 66
Bảng 3. 8.Hệ số màu của tƣờng .................................................................... 68
Bảng 3. 9. Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài và bên trong ................................ 69
Bảng 3. 10.Chọn hệ số theo kinh nghiệm ..................................................... 70
Bảng 3. 11.Diện tích phần khơng có kính các hƣơng ................................... 72
Bảng 3. 12.Tổng lƣợng nhiệt thừa ............................................................... 74
Bảng 3. 13. Phụ tải nhiệt các phòng .............................................................. 75
Bảng 4. 1. Thơng số các điểm nút chu trình………………………… ……..79
Bảng 4.2. Công suất van tiết lƣu tự động…………………………… ……..85


10
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Các hệ thống điều hịa khơng khí (HTĐHKK) thƣờng phục vụ phịng có

ngƣời ở, trong các khu vục dân cƣ đông đúc nhƣ thành phố, khu cơng nghiệp
và các phịng trên tàu thủy nên vấn đề sử dụng môi chất lạnh là rất quan trọng
và cần đƣợc lựa chọn cẩn thận. Amoniac và diôxit sunfua độc hại có mùi khó
chịu nên khơng sử dụng đƣợc. CO2 không độc nhƣng áp suất ngƣng quá cao.
Carrier đã thiết kế máy lạnh máy lạnh sử dụng môi chất dicloêtylen và
diclomêtan. Ban đầu, hai môi chất này đồng thời đáp ứng đƣợc một số yêu
cầu đề ra. Trong q trình phát triển, kỹ thuật điều hịa khơng khí đã thúc đẩy
các ngành công nghiệp khác phát triển. Đặc biệt thúc đẩy cơng nghiệp hóa
chất tìm tịi mơi chất lạnh mới. Năm 1930, lần đầu tiên hãng Du Pont de
Nemours và CO. (Kinec Chemical) ở Wilmington (Mỹ) đã sản xuất ra một
loạt các môi chất lạnh mới với tên thƣơng mại freon rất phù hợp với những
yêu cầu của điều hịa khơng khí. Chỉ từ khi đó, điều hịa khơng khí mới có
bƣớc nhảy vọt mới và nƣớc Mỹ đã trở thành nƣớc có ngành cơng nghiệp điều
hịa khơng khí lớn nhất thế giới.
Hiện nay ngành hàng hải phát triển rất mạnh trên thế giới, các nƣớc vận
chuyển hàng hóa chủ yểu qua ngành vận tải biển, tải trọng của các tàu thủy
ngày càng lớn, thời gian hành trình trên biển ngày càng dài, thế nên đời sống
thuyền viên đƣợc nâng cao, cuộc sống thuyền viên trên tàu cũng đƣợc cải
thiện, do đó cần tính tốn thiết kế hệ thống điều hoa khơng khí trung tâm cho
tàu thủy phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho thuyền viên
Có nhiều phƣơng pháp làm lạnh khác nhau, mỗi phƣơng pháp có
nguyên lý làm việc và sơ đồ thiết bị riêng phục vụ cho từng mục đích cụ thể.
Các thiết bị máy lạnh đƣợc ứng dụng sử dụng rộng rãi trong sản suất và đời


11
sống bao gồm một số loại nhƣ: máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh
ejector, máy lạnh khí nén, máy lạnh nhiệt điện
Môi chất lạnh trong máy lạnh nén hơi có biến đổi pha (bay hơi ở thiết
bị bay hơi và ngƣng tu ở thiết bị ngƣng tụ) trong chu trình lạnh. Năng lƣợng

cấp cho chu trình ở loại máy này là cơ năng. Máy có nhiều ƣu điểm nhƣ: hệ
số làm lạnh cao, kết cấu gon, làm việc tin cậy, giá thành thấp … Tuy nhiên,
máy lạnh nén hơi có nhƣợc điểm tiêu hao năng lƣợng lớn và các tác nhân lạnh
(chất CFC và HCFC) có tác hại phá hủy tầng ozone và gây hiệu ứng nhà kính
và hiện nay một số chất đã bị cấm sử dụng nhƣ R11, R12, R13..một số chất
cũng bị cấm trong tƣơng lai gần nhƣ R22, R123.., đây là hai vấn đề rất cấp
bách hiện nay
Trong đề tài của tác giả” Tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng
khí trung tâm cho tàu HL 05 sử dụng công chất R407 C” tác giả hƣớng tới
xây dựng tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm cho tàu
HL05 sử dụng công chất R407C thay thế cho các công chất R22,R2 , mục
đích của việc sử dụng cơng chất R407C là thân thiện với môi trƣờng theo
công ƣớc quốc tế và dần dần thay thế R22 trong tƣơng lai
Dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của PGS. TS. MT. Lê Hữu Sơn, em đã tìm hiểu.
tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm cho tàu HL05 sử
dụng công chất R407C
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung
tâm cho tàu HL 05 sử dụng công chất R407C, đảm bảo sức khỏe cho thuyền
viên trên tàu và thân thiện với môi trƣờng, đáp ứng các yêu cầu của công ƣớc
quốc tế


12
3. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
Điều hịa khơng khí là vấn đề cần thiết hiện nay, nó đặc biệt quan trọng
và không thể thiếu đối với các tàu biển, tuy nhiên điều hịa khơng khí hiện nay
ngƣời ta chủ yếu sử dụng các công chất phá hủy tầng ozon và tạo ra các hiệu
ứng nhà kính, do vậy cần phải tìm các cơng chất thay thế các cơng chất hiện
tại đang sử dụng, cần phải tìm giải pháp cho vấn đề này. Công chất R407 C là

một trong những cơng chất có thể thay thế đƣợc các cơng chất hiện tại đang
sử dụng (R22, R12…), công chất R407 C chỉ số phá hủy tầng ozon gần nhƣ
bằng 0 và đảm bảo sức khỏe. Việc tính tốn thiết kế sử dụng cơng chất
R407C vào hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm trên tàu thủy thay thế các
cơng chất đang sử dụng hiện nay và sử dụng công chất R407C cho tính tốn
thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm trên tàu thủy là đối tƣợng
nghiên cứu của đề tài
4. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Ứng dụng các tiến bộ khoa học, sử dụng các phần mềm để tính tốn và
chọn các thiết bị trong hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm sử dụng cơng
chất R407C cho tàu HL05
Tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm sử dụng công
chất R407C cho tàu HL05, đảm bảo sức khỏe cho thuyền viên thân thiện với
môi trƣờng, đáp ứng các yêu cầu công ƣớc quốc tế


13
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các hệ thống điều hịa khơng khí
1.1.1. Hệ thống điều hịa khơng khí cục bộ


Máy điều hịa khơng khí loại 1 cục
Máy điều hịa dạng cửa sổ thƣờng đƣợc lắp đặt trên các tƣờng trông

giống nhƣ các cửa sổ nên đƣợc gọi là máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ, tất
cả các thiết bị của máy đƣợc lắp trong một khối và đƣợc gắn trực tiếp vào
tƣờng (hoặc cửa sổ, dàn lạnh vào trong phịng, dàn nóng quay ra ngồi
Máy điều hồ dạng cửa sổ là máy điều hồ có cơng suất nhỏ nằm trong

khoảng 7.000 ÷ 24.000 Btu/h với các model chủ yếu sau 7.000, 9.000, 12.000,
18.000 và 24.000 Btu/h. Tuỳ theo hãng máy mà số model có thể nhiều hay ít.

Hình 1. 1. Điều hịa khơng khí 1 cục


Máy điều hịa khơng khí rời loại 2 cục
Máy điều hịa rời gồm 2 cụm dàn nóng và dàn lạnh đƣợc bố trí tách rời

nhau . Nối liên kết giữa 2 cụm là các ống đồng dẫn gas và dây điện điều


14
khiển. Máy nén thƣờng đặt ở bên trong cụm dàn nóng, điều khiển làm việc
của máy từ dàn lạnh thơng qua bộ điều khiển có dây hoặc điều khiển từ xa.
Máy điều hồ kiểu rời có cơng suất nhỏ từ 9.000 Btu/h ÷ 60.000 Btu/h,
bao gồm chủ yếu các model sau : 9.000, 12.000, 18.000, 24.000, 36.000,
48.000 và 60.000 Btu/h. Tuỳ theo từng hãng chế tạo máy mà số model mỗi
chủng loại có khác nhau.

Hình 1. 2 .Điều hịa khơng khí 2 cục.
1.1.2. Hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm
Hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm đƣợc sử dụng cho khơng gian
cần điều hịa có kích thƣớc lớn hoặc cho nhiều khơng gian cần điều hịa. Ở hệ
thống điều hịa khơng khí trung tâm thƣờng có thêm các thiết bị phun nƣớc
vào không khi để điều chỉnh độ ẩm của khơng khí và các thiết bị sƣởi khơng
khi về mua đơng khi nhiệt độ khơng khí q thấp
Hệ thống máy lạnh trung tâm bao gồm các phần chính :

15
a/ Máy lạnh trung tâm: Là thiết bị sản xuất ra nƣớc lạnh qua hệ thống
đƣờng ống dẫn cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt lắp đặt trong các khơng
gian điều hồ để làm lạnh khơng khí.
b/ Các dàn trao đổi nhiệt: Là các thiết bị đặt tại các khu vực cần điều
hồ (cơng suất các dàn trao đổi nhiệt đƣợc chọn dựa vào công suất lạnh yêu
cầu của phòng mà lắp các loại khác nhau), tại đây nƣớc lạnh từ máy lạnh đi
qua dàn lạnh để trao đổi nhiệt với khơng khí trong phịng và thực hiện chức
năng làm lạnh.
c/ Hệ thống đƣờng ống và bơm nƣớc cấp lạnh: Là hệ thống phân phối
nƣớc lạnh từ máy lạnh trung tâm đến các dàn trao đổi nhiệt FCU
d/ Hệ thống đƣờng ống phân phối khơng khí lạnh: Là hệ thống phân phối
khơng khí lạnh từ các FCU qua các miệng thổi tới các khu vực cần điều hoà.
e/ Hệ thống điện điều khiển: Là hệ thống điều khiển khống chế liên động các
thiết bị trong hệ thống (Máy lạnh, FCU, Bơm nƣớc)

Hình 1. 3. Điều hịa khơng khí trung tâm


16
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc và trong nƣớc
Hiện nay hầu hết các tàu trong nƣớc và nƣớc ngồi đều sử dụng điều
hịa khơng khí trung tâm cho tàu, thế nên có nhiều nhà nghiên cứu tính tốn
thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm trên tàu, nhằm mục đích nâng
cao cuộc sống thuyền viên, và cũng nhƣ những nhu cầu sinh hoạt trên tàu, và
tiết kiệm chi phí nhiên liệu
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước và thế giới
Hiện tại các nghiên cứu khoa hoc trong nƣớc chủ yếu tập trung nghiên
cứu và phát triển hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm sử dụng các công
chất lạnh nhƣ R22.R12… Các công chất lạnh này sử dụng lâu dài sẽ phá hủy

tầng ozon, và chƣa có các nghiên cứu khoa học nào sử dụng công chất R407C
thay thế cho các công chất đang sử dụng hiện tại, nhất là ngành công nghiệp
hàng hải, khi thời gian đi biển dài
Tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm sử dụng cơng
chất lạnh R407C thân thiện với môi trƣờng đã đƣợc thực hiện trên thế giới rất
nhiều và việt nam cho các mục đích khác nhau, nhƣng chƣa có tính tốn thiết
kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm cho tàu huấn luyện
1.3. Đặt vấn đề chọn đề tài
Thế nên xuất phát từ nhu cầu và sinh hoạt của thuyền viên trên tàu, nên
tác giả đã tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm cho tàu
HL05 sử dụng công chất R407C, thân thiện với môi trƣờng và theo công ƣớc
quốc tế


17
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG
KHÍ TRUNG TÂM
2.1. Những kiến thức cơ bản về khơng khí ẩm
Điều hịa khơng khí là kỹ thuật tạo ra và duy trì điều kiện vi khí hậu
thích hợp với con
ngƣời và cơng nghệ của các q trình sản xuất.
2.1.1. Khơng khí ẩm
Khơng khí xung quanh chúng ta là hỗn hợp của nhiều chất khí, chủ yếu
là N2 và O2 ngồi ra cịn một lƣợng nhỏ các khí trơ, CO2, hơi nƣớc . . .
Khơng khí khơ : Khơng khí khơng chứa hơi nƣớc gọi là khơng khí
khơ.Trong các tính tốn thƣờng khơng khí khơ đƣợc coi là khí lý tƣởng.
Thành phần của các chất trong khơng khí khơ đƣợc phân theo tỷ lệ sau :
Bảng 2. 1. Tỷ lệ các chất khí trong khơng khí khơ
Thành phần

Theo khối lƣợng

Theo thể tích

(%)

(%)

- Ni tơ : N2

75,5

78,084

- Ơxi : O2

23,1

20,948

- Argon - A

1,3

0,934

- Carbon-Dioxide : CO2

0.1

0,0314

Khơng khí ẩm : Khơng khí có chứa hơi nƣớc gọi là khơng khí ẩm. Trong
tự nhiên khơng có khơng khí khơ tuyệt đối mà tồn là khơng khí ẩm.
Khơng khí ẩm đƣợc chia ra :
 Khơng khí ẩm chƣa bão hịa : Là trạng thái mà hơi nƣớc cịn có thể bay
hơi thêm vào đƣợc trong khơng khí.


18
 Khơng khí ẩm bão hịa : Là trạng thái mà hơi nƣớc trong khơng khí đã
đạt tối đa và khơng thể bay hơi thêm vào đó đƣợc. Nếu bay hơi thêm
vào bao nhiêu thì có bấy nhiêu hơi ẩm ngƣng tụ lại.
 Khơng khí ẩm q bão hịa : Là khơng khí ẩm bão hịa và cịn chứa
thêm một lƣợng hơi nƣớc nhất định. Tuy nhiên trạng thái quá bão hồ
là trạng thái khơng ổn định mà có xu hƣớng biến đổi đến trạng thái bão
hoà do lƣợng hơi nƣớc dƣ bị tách dần ra khỏi khơng khí . Ví dụ nhƣ
sƣơng mù là khơng khí q bão hịa.
Tính chất vật lý và ảnh hƣởng của khơng khí đến cảm giác con ngƣời phụ
thuộc nhiều vào lƣợng hơi nƣớc tồn tại trong khơng khí.
2.1.2. Các thơng số của khơng khí ẩm
2.1.2.1. Áp suất
Áp suất khơng 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
hịa khơng khí giá trị chênh lệch khơng lớn có thể bỏ qua và ngƣời ta coi B
khơng đổi. Trong tính tốn ngƣời ta lấy ở trạng thái tiêu chuẩn Bo = 760
mmHg .
Đồ thị I-d của khơng khí ẩm thƣờng đƣợc xây dựng ở áp suất B = 745mmHg
và Bo =760mmHg .

2.1.2.2. Khối lượng riêng và thể tích riêng
Khối lƣợng riêng của khơng khí là khối lƣợng của một đơn vị thể tích
khơng khí . Ký hiệu là ρ, đơn vị kg/m3
Đại lƣợng nghịch đảo của khối lƣợng riêng là thể tích riêng. Ký hiệu là v

Khối lƣợng riêng và thể tích riêng là hai thông số phụ thuộc.


19
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 khơng 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 :  = 1,2 kg/m3
2.1.3. Độ ẩm
2.1.3.1. Độ ẩm tuyệt đối
Là khối lƣợng hơi ẩm trong 1m3 không khí ẩm. Giả sử trong V (m3)
khơng khí ẩm có
chứa Gh (kg) hơi nƣớc thì độ ẩm tuyệt đối ký hiệu là ρh đƣợc tính nhƣ sau :

Vì hơi nƣớc trong khơng khí có thể coi là khí lý tƣởng nên:

Trong đó
h - Phân áp suất của hơi nƣớc trong khơng khí chƣa bão hồ, N/m2
Rh - Hằng số của hơi nƣớc Rh = 462 J/kg.oK
T - Nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí ẩm, tức cũng là nhiệt độ của hơi nƣớc
,oK
2.1.3.2. Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tƣơng đối của khơng khí ẩm , ký hiệu là  (%) là tỉ số giữa độ
ẩm tuyệt đối h của không khí với độ ẩm bão hịa max ở cùng nhiệt độ với
trạng thái đã cho.



h
,%
 max

hay :
Độ ẩm tƣơng đối biểu thị mức độ chứa hơi nƣớc trong khơng khí ẩm so với
khơng khí ẩm bão hịa ở cùng nhiệt độ.


20
Khi  = 0 đó là trạng thái khơng khí khơ.


ph
,%
pmax

0 < < 100 đó là trạng thái khơng khí ẩm chƣa bão hồ.
= 100 đó là trạng thái khơng khí ẩm bão hịa.
Độ ẩm  là đại lƣợng rất quan trọng của khơng khí ẩm có ảnh hƣởng
nhiều đến cảm giác của con ngƣời và khả năng sử dụng khơng khí để sấy các
vật phẩm.
Độ ẩm tƣơng đối  có thể xác định bằng cơng thức, hoặc đo bằng ẩm
kế . Ẩm kế là thiết bị đo gồm 2 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 khơng 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 khơng khí bên ngồi. Khi độ ẩm tƣơng đối bé , cƣờng độ bốc hơi càng

mạnh, độ chênh nhiệt độ giữa 2 nhiệt kế càng cao. Do đó độ chênh nhiệt độ
giữa 2 nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm tƣơng đối và nó đƣợc sử dụng để làm cơ
sở xác định độ ẩm tƣơng đối . Khi  =100%, quá trình bốc hơi ngừng và
nhiệt độ của 2 nhiệt kế bằng nhau.
2.1.3.3. 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 1
kg khơng khí khơ.
d

Gh
, kg / kgkkk
Gk

- Gh : Khối lƣợng hơi nƣớc chứa trong khơng khí, kg
- Gk : Khối lƣợng khơng khí khơ, kg
Ta có quan hệ:


21

d

Gh  h ph Rk

 .
Gk  k pk Rh

Sau khi thay R = 8314/μ ta có:
d  0, 622

ph
ph

, kg / kgkkk
pk p  pk

2.1.3.4. 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 hịa khơng
khí ngƣời ta thƣờng sử dụng 2 thang nhiệt độ là độ C và độ F. Đối với một
trạng thái khơng khí nhất định nào đó ngồi nhiệt độ thực của nó trong kỹ
thuật cịn có 2 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.
Nhiệt độ điểm sƣơng: Khi làm lạnh khơng khí nhƣng giữ ngun dung
ẩm d (hoặc phân áp suất ph) tới nhiệt độ ts nào đó hơi nƣớc trong khơng khí
bắt đầu ngƣng tụ thành nƣớc bão hịa. Nhiệt độ ts đó gọi là nhiệt độ điểm
sƣơng.
Nhƣ vậy nhiệt độ điểm sƣơng của một trạng thái bất kỳ nào đó là nhiệt
độ ứng với trạng thái bão hịa 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 ph đã cho. Từ đây ta thấy giữa ts và d có mối quan hệ
phụ thuộc.
Nhiệt độ nhiệt kế ƣớt : Khi cho hơi nƣớc bay hơi đoạn nhiệt vào khơng
khí chƣa bão hịa (I=const) . Nhiệt độ của khơng khí sẽ giảm dần trong khi độ
ẩm tƣơng đối tăng lên. Tới trạng thái  = 100% 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 tƣ . Ngƣời ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ƣớt là vì nó đƣợc
xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ƣớt nƣớc.

22
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 khơng khí hiện thời là
nhiệt độ trên bề mặt thống của nƣớc.
2.1.3.5. Entanpi
Entanpi của khơng khí ẩm bằng entanpi của khơng khí khơ và của hơi
nƣớc chứa trong nó.
Entanpi của khơng khí ẩm đƣợc tính cho 1 kg khơng khí khơ. Ta có cơng
thức:
I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk
Trong đó :
Cpk - Nhiệt dung riêng đẳng áp của khơng khí khơ Cpk = 1,005 kJ/kg.oC
Cph - Nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nƣớc ở 0oC : Cph = 1,84 kJ/kg.oC
ro - Nhiệt ẩn hóa hơi của nƣớc ở 0oC : ro = 2500 kJ/kg
Nhƣ vậy:
I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk
2.2. Tính phụ tải nhiệt
2.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt
Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8

;W

2.2.2. Nhiệt tỏa từ thiết bị máy móc Q1
Q1= ΣNđc.kpt.kđt.( - 1+ kT ) ; w
Nđc: Công suất động cơ lắp đặt của máy , W
Kpt : Hệ số phụ tải
Kđt: Hệ số đồng thời

KT: Hệ số thải nhiệt
η : Hiệu suất động cơ

(2.1)


23
2.2.3. Nhiệt tỏa từ thiết bị chiếu sáng Q2
Q2 = Ndt+1,25 Nhq ; W

(2.2)

Ndt : Cơng suất đèn dây tóc ; w
Nhq : Công suất của đèn huỳnh quang ; W
2.2.4. Nhiệt độ do người tỏa ra Q3
Q3 = n.q ; W

(2.3)

n : Số ngƣời trong không gan cần điều hịa
q: Nhiệt tồn phần do một ngƣời thải ra (gồm hai thành phần là nhiệt hiện và
nhiệt ẩn; q phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài và cƣờng độ làm việc) ; W
2.2.5. Nhiệt do sản phẩm mang vào Q4
Q4= 0 khơng có sản phẩm mang vào
2.2.6. Nhiệt toả ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt Q5
Q5= 0 do trong phịng khơng bố trí thiết bị trao đổi nhiệt
2.2.7. Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính
2.2.7.1. Nhiệt bức xạ mặt trời
Có thể coi mặt trời là một quả cầu lửa khổng lồ với đƣờng kính trung
bình 1,39.106km và cách xa quả đất 150.106 km. Nhiệt độ bề mặt của mặt trời

khoảng 6000OK trong khi ở tâm đạt đến 8÷40.106 oK
Tuỳ thuộc vào thời điểm trong năm mà khoảng cách từ mặt trời đến trái
đất thay đổi, mức thay đổi xê dịch trong khoảng +1,7% so với khoảng cách
trung bình nói trên.
Do ảnh hƣởng của bầu khí quyển lƣợng bức xạ mặt trời giảm đi khá
nhiều. Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng tới bức xạ mặt trời nhƣ mức độ nhiễm bụi,
mây mù, thời điểm trong ngày và trong năm , địa điểm nơi lắp đặt công trình,