Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí trung tâm cho tàu HL05 sử dụng công chất r407c (chuyên ngành khai thác và bào trì tàu thủy)

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM
----*/*---HOÀNG NGHĨA THÔNG

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
HÒA KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM CHO TÀU
HL05 SỬ DỤNG CÔNG CHẤT R407C

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH - 2014


B GIO DC & O TO

B GIAO THễNG VN TI

TRệễỉNG ẹAẽI HOẽC GTVT TP HO CH MINH
----*/*---HONG NGHA THễNG

TNH TON THIT K H THNG IU
HềA KHễNG KH TRUNG TM CHO TU
HL05 S DNG CễNG CHT R407C
CHUYấN NGNH

: KHAI THC V BO TRè TU THY

M S

:60520116

LUN VN THC S K THUT

NGI HNG DN KHOA HC: PGS TS Lấ HU SN

TP H CH MINH - 2014


1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là: Hoàng Nghĩa Thông
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ này là công 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 tôi không hề sao chép bất kì một nội
dung nào khác của các công trình khoa học tƣơng tự. Các kết quả nghiên cứu
trong luận văn này chƣa đƣợc công bố trong bất kì một tài liệu hoặc bài báo
khoa học nào khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn 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

Hoàng Nghĩa Thông


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 quá
trình thực hiên công trình nghiên cứu và đƣa ra các ý kiến góp ý giúp tôi hoàn
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 cô trong
trƣờng Đại học Giao thông vận tải TPHCM nói chung đã truyền đạt cho tôi
những kiến thức chuyên môn bổ ích trong quá trình tôi 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 tôi
có động lực hoàn thành công việc nghiên cứu trong luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 10 năm 2014

Tác giả

Hoàng Nghĩa Thông


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 hòa không khí .................................................. 13
1.1.1. Hệ thống điều hòa không khí cục bộ ....................................................... 13
1.1.2. Hệ thống điều hòa không khí trung tâm .................................................. 14
1.2.Tổng quan về tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc và trong nƣớc .......................... 16
1.3.Đặt vấn đề chọn đề tài ......................................................................................... 16

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA
KHÔNG KHÍ TRUNG TÂM
2.1. Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm ........................................................ 17
2.1.1. Không khí ẩm .......................................................................................... 17
2.1.2. Các thông số của không 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 không 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 hòa không 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 HÒA KHÔNG
KHÍ TRUNG TÂM TRÊN TÀU HL05
3.1. Giới thiệu tàu HL05 .......................................................................................... 59
3.2.Tính toán phụ tải nhiệt cho các phòng trên tàu HL05 ......................................... 60

CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG HỆ
THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO TÀU HL05 SỬ DỤNG CÔNG
CHẤT R407C.................................................................................................. 76
4.1. Giới thiệu công chất R407C ............................................................................... 76
4.2. Tính chọn các thiết bị chính trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử
dụng công 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

Dòng 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

Công hữu ích

Nel

Công suất tiêu thụ

Ns

Công nén lý thuyết

n

Vòng quay (vòng/phút)

P

Công 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

Công 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 hòa không khí 1 cục ................................................................ 13
Hình 1. 2.Điều hòa không khí 2 cục ............................................................... 14
Hình 1. 3.Điều hòa không khí trung tâm......................................................... 15
Hình 2.1. Cách phân chia dãi nền …………………………………………. . 48
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống điều hòa không 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 không 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 không khí khô ....................................... 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 không khí Rkk ................................................ 44
Bảng 2. 8.Hệ số hiệu chỉnh nhiệt trở không khí ........................................... 44
Bảng 2. 9.Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu ................................................... 45
Bảng 2. 10.Các thông 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 không khí trong phòng ........................... 60
Bảng 3. 3.Chọn nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời ............................................... 61
Bảng 3. 4. Dòng 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 không 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. Thông 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 hòa không khí (HTĐHKK) thƣờng phục vụ phòng có

ngƣời ở, trong các khu vục dân cƣ đông đúc nhƣ thành phố, khu công nghiệp
và các phòng 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 không 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 quá trình phát triển, kỹ thuật điều hòa không khí đã thúc đẩy
các ngành công nghiệp khác phát triển. Đặc biệt thúc đẩy công nghiệp hóa
chất tìm tòi môi 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 hòa không khí. Chỉ từ khi đó, điều hòa không khí mới có
bƣớc nhảy vọt mới và nƣớc Mỹ đã trở thành nƣớc có ngành công nghiệp điều
hòa không 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 toán thiết kế hệ thống điều hoa không 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 toán thiết kế hệ thống điều hòa không
khí trung tâm cho tàu HL 05 sử dụng công chất R407 C” tác giả hƣớng tới
xây dựng tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không 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 công 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 toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí trung tâm cho tàu HL05 sử
dụng công chất R407C
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không 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 hòa không 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 hòa không 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 công chất thay thế các công chất hiện
tại đang sử dụng, cần phải tìm giải pháp cho vấn đề này. Công chất R407 C là

một trong những công chất có thể thay thế đƣợc các công 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 toán thiết kế sử dụng công chất
R407C vào hệ thống điều hòa không khí trung tâm trên tàu thủy thay thế các
công chất đang sử dụng hiện nay và sử dụng công chất R407C cho tính toán
thiết kế hệ thống điều hòa không 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 toán và
chọn các thiết bị trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử dụng công
chất R407C cho tàu HL05
Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không 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 hòa không khí
1.1.1. Hệ thống điều hòa không khí cục bộ


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

giống nhƣ các cửa sổ nên đƣợc gọi là máy điều hòa không 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 phòng, dàn nóng quay ra ngoài
Máy điều hoà dạng cửa sổ là máy điều hoà có công 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 hòa không khí 1 cục


Máy điều hòa không khí rời loại 2 cục
Máy điều hòa 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 thông qua bộ điều khiển có dây hoặc điều khiển từ xa.
Máy điều hoà kiểu rời có công 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 hòa không khí 2 cục.
1.1.2. Hệ thống điều hòa không khí trung tâm
Hệ thống điều hòa không khí trung tâm đƣợc sử dụng cho không gian
cần điều hòa có kích thƣớc lớn hoặc cho nhiều không gian cần điều hòa. Ở hệ
thống điều hòa không khí trung tâm thƣờng có thêm các thiết bị phun nƣớc
vào không khi để điều chỉnh độ ẩm của không khí và các thiết bị sƣởi không
khi về mua đông khi nhiệt độ không khí quá 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 không
gian điều hoà để làm lạnh không khí.
b/ Các dàn trao đổi nhiệt: Là các thiết bị đặt tại các khu vực cần điều
hoà (công 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 không khí trong phòng 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 không khí lạnh: Là hệ thống phân phối
không 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 hòa không khí trung tâm


16
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc và trong nƣớc
Hiện nay hầu hết các tàu trong nƣớc và nƣớc ngoài đều sử dụng điều
hòa không khí trung tâm cho tàu, thế nên có nhiều nhà nghiên cứu tính toán
thiết kế hệ thống điều hòa không 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 hòa không 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 toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí trung tâm sử dụng công
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 toán thiết
kế hệ thống điều hòa không 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 toán thiết kế hệ thống điều hòa không 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 TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG
KHÍ TRUNG TÂM
2.1. Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm
Điều hòa không khí là kỹ thuật tạo ra và duy trì điều kiện vi khí hậu
thích hợp với con
ngƣời và công nghệ của các quá trình sản xuất.
2.1.1. Không khí ẩm
Không khí xung quanh chúng ta là hỗn hợp của nhiều chất khí, chủ yếu
là N2 và O2 ngoài ra còn một lƣợng nhỏ các khí trơ, CO2, hơi nƣớc . . .
Không khí khô : 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 :
Bảng 2. 1. Tỷ lệ các chất khí trong không khí khô
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

Không khí ẩm : Không khí có chứa hơi nƣớc gọi là không khí ẩm. Trong
tự nhiên không có không khí khô tuyệt đối mà toàn là không khí ẩm.
Không khí ẩm đƣợc chia ra :
 Không khí ẩm chƣa bão hòa : Là trạng thái mà hơi nƣớc còn có thể bay
hơi thêm vào đƣợc trong không khí.


18
 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.
Tính chất vật lý và ảnh hƣởng của không khí đến cảm giác con ngƣời phụ
thuộc nhiều vào lƣợng hơi nƣớc tồn tại trong không khí.
2.1.2. Các thông số của không khí ẩm
2.1.2.1. Áp suất
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 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 .

2.1.2.2. Khối lượng 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
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 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 :  = 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)
không 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 không khí có thể coi là khí lý tƣởng nên:

Trong đó
h - 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
T - Nhiệt độ tuyệt đối của không khí ẩm, tức cũng là nhiệt độ của hơi nƣớc
,oK
2.1.3.2. Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tƣơng đối của không khí ẩm , ký hiệu là  (%) là tỉ số giữa độ
ẩm tuyệt đối h của không khí với độ ẩm bão hòa 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 không khí ẩm so với
không khí ẩm bão hòa ở cùng nhiệt độ.


20
Khi  = 0 đó là trạng thái không khí khô.


ph
,%
pmax

0 < < 100 đó là trạng thái không khí ẩm chƣa bão hoà.
= 100 đó là trạng thái không khí ẩm bão hòa.
Độ ẩm  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  có thể xác định bằng công 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 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 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 không khí khô.
d

Gh
, kg / kgkkk
Gk

- Gh : Khối lƣợng hơi nƣớc chứa trong không khí, kg
- Gk : Khối lƣợng không khí khô, 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 hòa không
khí ngƣời ta thƣờng sử dụng 2 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 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 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.
Nhƣ vậy nhiệt độ điểm sƣơng 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 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 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  = 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 không khí hiện thời là
nhiệt độ trên bề mặt thoáng của nƣớc.
2.1.3.5. 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. Ta có công
thức:
I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk
Trong đó :
Cpk - Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô 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 : Công 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 hòa
q: Nhiệt toàn 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 không có sản phẩm mang vào
2.2.6. Nhiệt toả ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt Q5
Q5= 0 do trong phòng không 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,