Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Water Chiller Cho Khu Văn Phòng (Kèm Bản Vẽ)

Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Mục lục
Chương 1: Tổng quan về điều hòa không khí
1.1 Vai trò của điều hòa không khí
1.2 Các hệ thống điều hòa không khí
1.3 Lựa chọn hệ thống điều hòa không khí
Chương 2: Tính phụ tải nhiệt
2.1 Giới thiệu công trình
2.1.1 Giới thiệu công trình
2.1.2 Các thông số tính toán và khảo sát
2.2 Tính phụ tải nhiệt
2.2.1 Các cơ sở lý thuyết
2.2.2 Kết quả
2.3 Tính phụ tải ẩm
2.3.1 Các cơ sở lý thuyết
2.3.2 Kết quả
Chương 3: Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí
3.1

Lựa chọn thông số
3.1.1 Lựa chọn các thông số bên trong – bên ngoài
3.1.2 Sơ đồ điều hòa không khí

3.2

Thành lập và tính toán
3.2.1 Giới thiệu sơ đồ

3.2.2 Cơ sở tính toán lý thuyết
3.2.3 Bảng tính toán cho toàn bộ công trình
3.3 Lựa chọn máy và thiết bị

3.3.1 Lựa chọn thiết bị các phòng
3.3.2 Lựa chọn điều hòa không khí
Chương 4: Tính toán lắp đặt máy và hệ thống cấp và vận chuyển không khí
4.1 Thiết kế lắp đặt máy
4.1.1 Thiết kế, bố trí thiết bị
4.1.2 Tính toán đường ống nước
Trang 1


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

4.2 Thiết kế hệ thống phân phối và vận chuyển không khí
4.2.1 Khái niệm chung
4.2.2 Thiết kế lắp đặt – Chọn quạt – Đường ống gió tưoi
4.2.3 Lựa chọn miệng thổi
Tài liệu tham khảo

Trang 2


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
1.1

Vai trò của điều hòa không khí
Điều hoà không khí là kỹ thuật tạo ra và duy trì điều kiện vi khí hậu thích hợp với

con người và công nghệ của quá trình sản xuất. Để có thể thấy được vai trò của việc điều
hoà không khí ta đi vào tìm hiểu ảnh hưởng của môi trường đến con người và sản xuất.

1.1.1 Ảnh hưởng của môi trường đến con người :
1. Nhiệt độ:
-Truyền nhiệt :truyền nhiệt từ cơ thể con người vào môi trường xung quanh theo 3
cách : dẫn nhiệt,đối lưu và bức xạ .Lượng nhiệt trao đổi này gọi là nhiệt hiện ,ký hiệu
qh .Nếu cường độ vận động của con người thay đổi thì lượng nhiệt hiện không thể căng
bằng với lượng nhiệt do cơ thể sinh ra .Để thải hết nhiệt do cơ thể sinh ra cần có hình
thức trao đổi thứ 2 đó là toả ẩm .
- Toả ẩm :ngoài hình thức truyền nhiệt cơ thể con người còn trao đổi nhiệt với môi
trường xung quanh thông qua toả ẩm, toả ẩm có thể xảy ra ở mọi phạm vi nhiệt độ và khi
nhiệt độ càng cao thì cường độ toả ẩm càng lớn. Nhiệt năng cơ thể toả ra ngoài cùng với
hơi nước dưới dạng nhiệt ẩn, nên lượng nhiệt này gọi là nhiệt ẩn, ký hiệu qw.
Nhiệt ẩn có giá trị càng cao khi hình thức giải nhiệt bằng truyền nhiệt không thuận lợi
.Tổng luợng nhiệt truyền nhiệt và toả ẩm phải luôn bằng lượng nhiệt do cơ thể sinh ra q toả
=qh+qw.Nếu vì một lý do nào đó mất cân bằng nhiệt thì sẽ gây rối loạn và sinh ra đau ốm.
Nhiệt độ thích hợp nhất đối với con người nằm trong khoảng 22 đến 270C.
2. Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng quyết định đến khả năng thoát mồ hôi vào môi

trường xung quanh.Quá trình này chỉ có thể xảy ra khi <100%. Độ ẩm quá cao hay
thấp đều không tốt đối với con người. Độ ẩm thích hợp đối với cơ thể con người nằm
trong khoảng tương đối rộng =50÷70%.
3. Tốc độ không khí
Trang 3


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Tốc độ không khí xung quanh có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt và trao đổi
chất giữa cơ thể với môi trường xung quanh. Khi nhiệt độ quá thấp, tốc độ quá lớn thì cơ
thể mất nhiệt gây cảm giác lạnh.Trong kỹ thuật điều hoà không khí người ta chỉ quan tâm
đến tốc độ gió trong vùng làm việc ,tức vùng dưới 2 m kể từ sàn nhà .
4. Nồng độ các chất độc hại
các chất độc hại bao gồm những chất chủ yếu sau :
-Bụi :bụi ảnh hưởng đến hệ hô hấp ,kích thước càng nhỏ thì càng có hại vì nó
tồn tại trong không khí lâu hơn và rất khó khử .Bụi có hai nguồn gốc hữu cơ và vô cơ
.Cho tới nay không có tiêu chuẩn chung để đánh giá mức độ ảnh hưởng tổng hợp của các
chất độc hại trong không khí .Tuy các chất độc hại có nhiều nhưng trên thực tế trong các
công trình dân dụng chất độc hại phổ biến nhất vẫn là khí CO 2 do con người thải ra trong
quá trình hô hấp .Vì thế trong kỹ thuật điều hoà không khí người ta chủ yếu quan tâm đến
nồng độ CO2 .Để dánh giá mức độ ô nhiễm người ta dựa vào nồng độ CO 2 trong không
khí .
5. Độ ồn :
Độ ồn có thể gây 1 số bệnh như : bồn chồn và gây các rối loạn gián tiếp khác ,độ ồn
tác động nhiều đến hệ thần kinh ,gây cho con người cảm giác khó chịu. Vì vậy độ ồn là 1
tiêu chuẩn rất quan trọng không thể bỏ qua khi thiết kê 1 hệ thống điều hoà không khí.

1.1.2 Ảnh hưởng của môi trường đến sản xuất :
1. Nhiệt độ :
Nhiệt độ ảnh hưởng đến nhiều loại sản phẩm. Một số quá trình sản xuất đòi hỏi
nhiệt độ phải nằm trong một giới hạn nhất định .
Ví dụ :

-Kẹo sôcôla :7-80C
-Kẹo cao su: 200C
-Bảo quản rau quả :100C

2. Độ ẩm tương đối:
Độ ẩm ảnh hưởng nhiều đến một số sản phẩm
Trang 4


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

-Khi độ ẩm cao có thể gây nấm mốc cho một số sản phẩm nông nghiệp và công
nghiệp nhẹ
-Khi độ ẩm thấp sản phẩm sẽ khô ,giòn không tốt hoặc bay hơi làm giảm chất
lượng sản phẩm hoặc hao hụt trọng lượng .
3. Vận tốc không khí :
Khi tốc độ lớn ,trong nhà máy dệt, sản xuất giấy ... sản phẩm nhẹ sẽ bay khắp phòng
hoặc làm rối sợi .Trong một số trường hợp sản phẩm bay hơi nứơc nhanh làm giảm chất
lượng. Vì vậy trong một số xí nghiệp sản xuất ngưòi ta cũng quy định tốc độ không khí
không vượt quá mức cho phép.

4. Độ trong sạch của không khí có nhiều ngành sản xuất bắt buộc phải thực hiện
trong phòng không khí cực kỳ như sản xuất hàng điện tử bán dẫn,tráng phim .. .một số
ngành thực phẩm cũng đòi hỏi cao về độ trong sạch của không khí ,tránh làm bẩn các
thực phẩm .

1.2 Các hệ thống điều hòa không khí
1.2.1 Hệ thống điều hòa cục bộ:
- Máy điều hoà cửa sổ: Tất cả các bộ phận của máy điều hoà đặt trong vỏ máy. Ưu
điểm là gọn, dễ lắp đặt. Nhược điểm là phải đục tường đặt máy mất mỹ quan, máy có
năng suất lạnh nhỏ, hình thức không đa dạng.
- Máy điều hoà tách rời: Máy được phân thành hai mảng:
+ Mảng trong nhà: (indoor unit) Gồm một hay nhiều khối trong có chứa dàn
bốc hơi (dàn lạnh) nên còn gọi là khối lạnh.
+ Mảng ngoài trời: (outdoor unit) Chỉ gồm một khối trong có chứa dàn ngưng
(dàn nóng)
Ưu điểm: Giá thành rẻ, đơn giản, dễ sử dụng, vận hành, lắp đặt.
Nhược điểm: Khoảng cách dàn nóng và dàn lạnh hạn chế (không quá 20 m),
chênh lệch nhiệt độ giữa dàn nóng và dàn lạnh không được quá lớn, công suất máy
hạn chế (max =60.000BTU/h).
- Máy điều hoà dạng tủ hai khối: Một khối trong nhà (khối lạnh) có thể đặt đứng
hoặc treo, một khối ngoài trời (khối nóng). Loại này có năng suất lạnh vừa và nhỏ.

1.2.2 Hệ thống điều hòa VRV:
Trang 5


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

- Máy điều hoà kiểu VRV (Variable Refrigerant Volume): Về cấu tạo máy VRV
giống như máy loại tách rời nghĩa là gồm hai mảng: mảng ngoài trời và mảng trong nhà
gồm nhiều khối trong có dàn bốc hơi và quạt. Sự khác nhau giữa VRV và tách rời là với
VRV chiều dài và chiều cao giữa khối ngoài trời và trong nhà cho phép rất lớn (100 m
chiều dài và 50 m chiều cao), chiều cao giữa các khối trong nhà có thể tới 15m. Vì vậy
khối ngoài trời có thể đặt trên nóc nhà cao tầng để tiết kiệm không gian và điều kiện làm
mát dàn ngưng bằng không khí tốt hơn.
Ngoài ra máy điều hoà kiểu VRV có ưu điểm là:
- Khả năng lớn trong việc thay đổi công suất lạnh bằng cách thay đổi tần số điện
cấp cho máy nén, nên tốc độ quay của máy nén thay đổi và lưu lượng môi chất
lạnh cũng thay đổi
- Tiết kiệm được hệ thống đường ống nước lạnh, nước giải nhiệt, có thể tiết kiệm
được rất nhiều nguyên vật liệu cho hệ thống điều hoà
- Tiết kiệm được nhân lực và thời gian thi công lắp đặt vì hệ VRV đơn giản hơn
nhiều so với hệ trung tâm nước.
- Khả năng tiết kiệm năng lượng cao vì được trang bị máy nén biến tầng và khả
năng điều chỉnh năng suất lạnh gần như vô cấp.
- Tiết kiệm chi phí vận hành: Hệ VRV không cần nhân công vận hành trong khi
hệ chiller cần đội ngũ vận hành chuyên nghiệp.
- Khả năng tự động hoá cao vì thiết bị đơn giản
- Khả năng sửa chữa bảo dưỡng rất năng động và nhanh chóng nhờ thiết bị
chuẩn đoán đã được lập trình và cài đặt sẵn trong máy
Các máy VRV có dãy công suất hợp lý, lắp ghép lại với nhau thành mạng đáp
ứng mọi nhu cầu về năng suất.

1.2.3 Hệ thống điều hòa Water Chiller:
- Hệ thống điều hoà Water Chiller: Là hệ thống điều hoà không khí gián tiếp,
trong đó đầu tiên môi chất lạnh trong bình bốc hơi của máy lạnh làm lạnh nước (là chất
tải lạnh) sau đó nước sẽ làm lạnh không khí trong phòng cần điều hoà bằng thiết bị trao

đổi nhiệt như FCU, AHU hoặc buồng phun.
Ưu điểm:
+ Hệ thống đường ống nước lạnh có thể dài tuỳ ý có thể đáp ứng được mọi
yêu cầu thực tế
+ Có nhiều cấp giảm tải 3 ÷ 5 cấp/cụm
+ Thường giải nhiệt bằng nước nên hoạt động bền, hiệu quả, ổn định.
Nhược điểm:
+ Phải có phòng máy riêng cho cụm Chiller
+ Phải có người phụ trách
+ Hệ thống lắp đặt, vận hành, sử dụng tương đối phức tạp.
Trang 6


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

+ Chi phí vận hành cao, đầu tư cao.

1.2.4 Hệ thống điều hòa trung tâm:
- Hệ thống điều hoà trung tâm: Là hệ thống mà ở đó xử lý nhiệt ẩm được tiến
hành ở một trung tâm và được dẫn theo các kênh gió đến các hộ tiêu thụ. Trên thực tế
máy điều hoà dạng tủ là máy điều hoà kiểu trung tâm. Ở trong hệ thống này không khí sẽ
được xử lý nhiệt ẩm trong một máy lạnh lớn, sau đó được dẫn theo hệ thống kênh dẫn
đến các hộ tiêu thụ.
Ưu điểm: Thích hợp cho đối tượng phòng lớn có nhiều người, hội trường,
nhà hát, rạp chiếu bóng.
Nhược điểm: Người sử dụng hầu như không can thiệp được nhiệt độ cũng
như lưu lượng gió trong phòng (trừ khi sử dụng van điều chỉnh dùng mô tơ), Hệ

thống đường ống gió có kích thước lớn cồng kềnh chiếm nhiều không gian, hệ
thống này khi hoạt động thì hoạt động với 100% tải.

1.3 Lựa chọn hệ thống điều hòa không khí
Qua tìm hiểu tính chất của công trình, phân tích ưu nhược điểm của từng hệ thống
điều hoà không khí, em nhận thấy rằng việc lắp đặt hệ thống điều hoà không khí tại Khu
văn phòng thuộc Vĩnh Yên nên dùng hệ thống điều hoà không khí Water chiller.

Trang 7


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Chương 2:

TÍNH PHỤ TẢI NHIỆT
2.1 Giới thiệu công trình
2.1.1 Giới thiệu công trình
Thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho khu văn phòng tại Vĩnh Yên với các đặc
điểm sau:
Khu văn phòng gồm có 21 phòng, 1 hội trường được bố trí như hình vẽ

-

Số lượng người : 25 người

-

Cấp gió tươi trực tiếp sử dụng hệ thống Water

PHO`NG

PHO`NG

4000
4000
4000

Kích thước
PHO`NG

PHO`NG

Hội trường
PHO`NG
Phòng
làm việc

Đơn vị

18x12

m2

6000

2000

6000

6000

Đèn

PHO`NG

Đơn vị

Kích thước

m3

40PHO`
x N26
G x 7,5

6000

Số lượng người

PHO`NG

kW

6000

Người

m2PHO`NG

PHO`NG

PHO`NG

HÔ?I TRUO`NG 216M2

KíchPHO`thước(dài
x rộng x cao)
NG
Công suất điện thiết bị

PHO`NG

lxb
6x4

Thông số công trình

2.1.2 Các thông số tính
PHO`NG
toán
và khảo sát

PHO`NG

SA?NH

Tên phòng, khu vực

PHO`NG

PHO`NG

12000

PHO`NG

PHO`NG

2000

PHO`NG

4500

chiller.

2000

6000

Người

25
1

12000

PHO`NG

2000

4000

-

4000

Diện tích :1040 m2

4000

-

Kết quả
7800
18
25

2.2 Tính phụ tải nhiệt
2.2.1 Các cơ sở lý thuyết
1. Nhiệt do máy móc thiết bị điện toả ra Q1
a. Nhiệt toả ra từ thiết bị dẫn động bằng động cơ điện: Q11
Do đây là khu văn phòng máy có sử dụng động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng
làm chuyển động kết cấu phần cơ khí hầu như là không có nên chọn Q11=0
Trang 8

3000


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

b. Nhiệt toả ra từ các thiết bị điện: Q12
Thiết bị điện là những thiết bị tiêu thụ điện năng dùng để sấy, sưởi hoặc duy trì hoạt động
của một hệ thống máy móc nào đó: ví dụ như máy vi tính, ti vi…
Ở đây ta ước lượng sơ bộ công suất các thiết bị trong các phòng như sau:
Số phòng

Nhiệt tỏa

Văn phòng

21

12,6

Hội trường

1

5,4

Tổng

18kW

2. Nhiệt toả ra từ các nguồn sáng nhân tạo Q2
Nguồn sáng ở đây là nguồn sáng từ các đèn điện.Do không biết bố trí đèn cụ thể trong
phòng như thế nào nên tổn thất do nguồn sáng nhân tạo trong trường hợp này được tính
theo công thức:
Q2=qS x F
qS : công suất chiếu sáng yêu cầu cho 1 m2 diện tích sàn theo bảng 3.2 trang 54 – Tài
liệu 1. Đối với phòng làm việc, phân xưởng sản xuất ,khách sạn, văn phòng…Lấy theo
tiêu chuẩn
qS =10÷12 w/m2
chọn : qS = 12 w/m2
F : diện tích sàn nhà
Tên

Diện tích

Số phòng

Kết quả

Văn phòng

4x6

21

6048

Hội trường

18x12

1

2592

Tổng

8640W

Q2 = (21.4.6+18.12)x12 = 8640 W
3. Nhiệt do người toả ra Q3
Nhiệt do người toả ra gồm 2 thành phần :
-Nhiệt hiện :do truyền nhiệt từ người ra môi trường thông qua đối lưu ,bức xạ
và dẫn nhiệt qh.
-Nhiệt ẩn :do toả ẩm (mồ hôi và nước mang theo)qw.
Trang 9


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

-Nhiệt toàn phần :nhiệt toàn phần bằng tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn :
q=qw+qh
Tổn thất do người tỏa ra được xác định theo công thức :
-Nhiệt hiện :
Q3h=n.qh.10-3 kW

-Nhiệt ẩn :
Q3w=n.qw.10-3 kW
-Nhiệt toàn phần :
Q3=n.q.10-3kW
n-tổng số người trong phòng.
qh,qw,q - nhiệt hiện ,nhiệt ẩn và nhiệt toàn phần do 1 người toả ra trong 1 đơn
vị thời gian.Xác định theo bảng 3.4 tài liệu 1 lấy nhiệt thừa trung bình, đối với không
gian Khu văn phòng, nhiệt độ 220C ta được :
qh = 78W ,qw=52W, từ đó ta được q=qw+qh=78+52=130W
Tên

Sô người/phòng

Số phòng

Kết quả

Văn phòng

1

21

2,73

Hội trường

4

1

0,52

Tổng

3,25kW

4. Nhiệt do sản phẩm mang vào Q4
Tổn thất nhiệt dạng này chỉ có trong các xí nghiệp, nhà máy, ở không gian thiết kế là khu
văn phòng này thì Q4=0.
5. Nhiệt toả ra từ bề mặt thiết bị nhiệt Q5
Trên thực tế ít xảy ra vì khi điều hòa thì các thiết bị này thường phải ngừng hoạt động
nên chọn Q5=0
6. Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng Q6
Trang 10


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

a. Nhiệt bức xạ mặt trời :
Có thể coi mặt trời là một quả cầu lửa khổng lồ với đường kính trung bình
1,39.106km và cách xa quả đất 150.106km. Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 6000K trong
khi ở tâm đạt đến 8÷40.106K. Tuỳ thuộc vào thời điểm trong năm mà khoảng cách từ Mặt
trời đến Trái đất thay đổi .
Do ảnh hưởng của bầu khí quyển lượng bức xạ mặt trời giảm đi khá nhiều. Có nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến bức xạ mặt trời như mức độ ô nhiễm bụi, mây mù, thời điểm trong
ngày và trong năm, địa điểm nơi lắp đặt công trình ...

Nhiệt bức xạ được chia ra thành 3 thành phần
-Thành phần trực xạ: nhận nhiệt trực tiếp từ mặt trời
-Thành phần tán xạ: nhiệt bức xạ chiếu lên các đối tượng xung quanh làm nóng
chúng và các vật đó bức xạ gián tiếp lên kết cấu .
-Thành phần phản chiếu từ mặt đất .
b. Nhiệt bức xạ mặt trời thực tế qua kính Q61:
Nhiệt bức xạ mặt trời khi bức xạ qua kính chỉ có 1 phần tác động tức thời tới không khí
trong phòng, phần còn lại tác động lên kết cấu bao che và bị hấp thụ 1 phần , chỉ sau 1
khoảng thời gian nhất định mới tác động tới không khí. Vì vậy thành phần nhiệt thừa do
các tia bức xạ xâm nhập qua cửa kính gây tác động tức thời đến phụ tải hệ thống điều hoà
không khí :
Theo thiết kế thì loại kính được dùng là loại kính thường (

ε
k

≠1) và có rèm che (

ε
m

≠1)

Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính được tính theo công thức:
ε ε ε
ε
Q61=Fk.R” c . ds . mm . kh [W]
Trong đó :
Fk-diện tích bề mặt kính, m2. Kính có khung kim loại Fk=F’, F’ diện tích phần kính và khung

Theo yêu cầu thiết kế ta biết tỷ lệ kính/tường các hướng= 30%
0,4.α k + τ k (α m + τ m + ρ k ρ m + 0,4.α k .ρ m )
0,88

R” = [

].R
Trang 11


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

-Trị số nhiệt bức xạ mặt trời qua kính cơ bản vào phòng R lấy theo bảng 3.10 tài liệu 1
α τ ρ
α τ ρ
-Các giá trị k, k , k lấy theo bảng 3.6 và m, m , m lấy theo bảng 3.8
Và ta có :

Loại kính

Hệ số
hấp thụ
αk

Hệ số
phản xạ
ρk

Hệ số
xuyên qua
τk

0,15

0,08

0,77

Kính trong dày 6mm, phẳng

Hệ số
hấp thụ
αm

Hệ số
phản xạ
ρm

Hệ số
xuyên qua
τm

0,09

0,77

0,14

Màn che Brella kiểu Hà Lan

Vậy R” =

 0,4.0,15 + 0,77(0,09 + 0,14 + 0,08.0,77 + 0,4.0,15.0,77) 


0,88



R = 0,36R

R : lượng nhiệt xâm nhập lớn nhất qua cửa kính loại cơ bản (W/m2). Lấy theo bảng 3.10
ε c -hệ số tính đến độ cao H(m) nơi đặt cửa kính so với mực nước biển .Lấy H = 5m
ε c = 1 + 0,023

H
5
1000 =1+0,023 1000 =1,00

ε ds -hệ số xét đến độ chênh lệch của nhiệt độ đọng sương:

ε ds = 1 − 0,13

Với

t s − 20
=

10

22 − 20

1- 0,13

10

= 0,974

ts = 220C

ε mm -Hệ số xét tới ảnh hưởng của mây mù, trời có không mây lấy ε mm = 1

ε kh -Hệ số xét tới ảnh hưởng của khung kính, với khung kim loại lấy ε kh= 1,17

Ta có bảng kết quả:
Diện tích tường
1 phòng F

Diện tích kính
1 phòng Fk

m2

Đông

R

Q61

Q61i

m2

Số
phòng
chịu BX

W/m2

W

W

4x4,5

3,6

6

520

4608

Tây

4x4,5

3,6

6

520

4608

Nam

6x4,5

8,1

3

82

1634

Bắc

6x4,5

10,8

4

44

780

Hướn
g

Văn
phòng

Trang 12

11630


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

Hội
trườn
g

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Đông

12x4,5

10,8

0

520

0

Tây

12x4,5

10,8

0

520

0

Nam

18x4,5

24,3

1

82

817

Bắc

18x4,5

32,4

0

44

0

Tổng nhiệt bức xạ qua cửa kính Q61

817

12447

c. Nhiệt bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che Q62
Ta bỏ qua lượng nhiệt bức xạ qua tường.Lượng nhiệt truyền qua mái do bức xạ và chênh
lệch nhiệt độ trong phòng và ngoài trời được xác định theo công thức
Q62=Fm.k.ϕm.t, W
Trong đó :
Fm : diện tích mái, m2 ta xem diện tích mái bằng diện tích trần(sàn)
k - hệ số truyền nhiệt qua mái ,ta bố trí mái tôn , có trần bằng gỗ .Theo 3-4tài liệu 2
ta có k = 1,59 W/m2 0C
ϕm hệ số màu của mái, với mái màu sáng ta chọn ϕm= 0,78
t =tTD-tT độ chênh nhiệt độ tương đương

-

εs Hệ số hấp thụ của mái và tường. Tra bảng 3.13 chọn vật liệu làm mái là tôn màu
sáng có εs =0,8

-

αN=20W/m2.K Hệ số tỏa nhiệt không khí đối lưu bên ngoài

Rxn=R/0,88 Nhiệt bức xạ đập vào mái hoặc tường W/m2
tra bảng 3.7 tài liệu 1 với mặt nằm ngang vào tháng 5 và R=792W/m2
Rxn=792/0,88=900W/m2
tN=32,90C,tT= 220C, t =tTD - tT=68,9-22=46,90C
Diện tích 1 phòng

Số phòng

Kết quả

Văn phòng

4x6

21

29315

Hội trường

18x12

1

12563

Tổng

41878 W
Trang 13


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Nhiệt bức xạ mặt trời vào phòng : Q6=Q61+Q62=41878+12447=54325W
7. Nhiệt do lọt không khí vào phòng Q7
Khi có độ chênh áp suất trong phòng và bên ngoài sẽ có hiện tượng rò rỉ không khí
và luôn kèm theo tổn thất nhiệt .Việc tính tổn thất nhiệt thường rất phức tạp do khó xác
định chính xác lượng không khí rò rỉ .Mặt khác các phòng có điều hoà thường đòi hỏi
phải kín. Phần không khí rò rỉ có thể coi là một phần khí tươi cung cấp cho hệ thống.
Q7=L7(IN-IT)
Tuy nhiên, lưu lượng không khí rò rỉ thường không theo quy luật và rất khó xác
định. Nó phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất, vận tốc gió, kết cấu khe hở cụ thể, số lần
đóng mở cửa … vì vậy trong trường hợp này có thể xác định theo kinh nghiệm
Q7h=0,335(tN-tT).V.ξ (W)
Q7w=0,84(dN-dT).V.ξ (W)

Trong đó

V: thể tích phòng ,m3

dT,dN: dung ẩm của không khí tính toán trong nhà và ngoài trời

Tra dT theo trạng thái có tT=220C T=75% ta được dT=12g/kgkkk
Tra dN theo trạng thái có tN= ttbmax= 32,9oC N=(ttbmax)= 81% dN=25g/kgkkk
ξ :hệ số kinh nghiệm tra bảng 3.14 tài liệu 1
từ các số liệu đã có ta tính được :
Thể tích 1 phòng

ξ

Số
phòng

Q7h

Q7w

Q7

Văn phòng

4x6x4,5

0,77

21

6377

19070

25447

Hội trường

18x12x4,5

0,55

1

1952

5838

7790

Tổng

Trang 14

33237 W


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Ở công trình này số lượt người qua lại không nhiều nên ta bỏ qua lượng nhiệt do trường
hợp lượt người qua lại gây nên.
8. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q8

a. Nhiệt truyền qua tường :gồm nhiệt truyền qua tường phần không có kính và phần kính
do độ chênh nhiệt độ .
* Nhiệt truyền qua tường phần không có kính :
ở kết cấu tường của công trình thì tường gồm lớp vữa ximăng 2 bên dày 10mm ở giữa là
lớp gạch dày 300mm
Q811=k.Fkk.t

Hệ số truyền nhiệt k=

1
δ
1
1
+∑ i +
αT
λi α N

W/m2K

Tra bảng 3.16 có αN , αT hệ số tỏa nhiệt bề mặt bên ngoài và bên trong kết cấu bao che
-

αT=11,6W/m2K , αN =23,3W/m2K

-

δi chiều dày của tường chọn δi =0,3m, chiều dày lớp vữa chọn δi =0,01m

-

λi hệ số dẫn nhiệt W/mK tra bảng 3.19 chọn vật liệu gạch nhiều lỗ xây vữa nặng
λi=0,45W/mK, vật liệu trát vữa xi măng λi=0,8W/mK

k=

1
δ
1
1
+∑ i +
αT
λi α N

1
1
0,3 0,01
1
+
+
+
11,6 0,45 0,8 23,3

=

=1,24 W/m2K

Tường tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài nên t=tN-tT=32,9-22=10,90C
Diện tích tường
1 phòng F

Diện tích kính
1 phòng Fk

m2

m2

Đông

4x4,5

3,6

14,4

6

1168

Tây

4x4,5

3,6

14,4

6

1168

Nam

6x4,5

8,1

18,9

3

766

Bắc

6x4,5

10,8

16,2

4

876

Đông

12x4,5

10,8

Trang 15

43,2

0

0

Hướn
g

Văn
phòng
Hội

Diện tích
Số
phần
không kính phòng

Q811

Q81i

W

W

3978

779


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

trường

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Tây

12x4,5

10,8

43,2

0

0

Nam

18x4,5

24,3

57,6

1

779

Bắc

18x4,5

32,4

48,6

0

0

Tổng nhiệt truyền qua cửa kính Q811

4757

* Nhiệt truyền vào ở phần có kính :
Q812=k.Fk.t
Tổng diện tích phần kính
Fk=Fkđ+Fkt+Fkn+Fkb=30,6+30,6+54+72=187,2m2
Độ chênh nhiệt độ : t=tN-tT=10,90C
-

δi chiều dày của kính δi =0,006m

-

λi hệ số dẫn nhiệt W/mK λi=0,65W/mK

Hệ số truyền nhiệt k=

Hội
trường

1
1
0,006
1
+
+
11,6 0,65 23,3

=

Diện tích tường 1
phòng F

Diện tích kính 1
phòng Fk

m2

m2

Đông

4x4,5

Tây

=7,23W/m2K

Số
phòng

Q812

Q812i

W

W

3,6

6

1702

4x4,5

3,6

6

1702

Nam

6x4,5

8,1

3

1915

Bắc

6x4,5

10,8

4

3404

Đông

12x4,5

10,8

0

0

Tây

12x4,5

10,8

0

0

Nam

18x4,5

24,3

1

1915

Bắc

18x4,5

32,4

0

0

Hướn
g

Văn
phòng

1
δ
1
1
+∑ i +
αT
λi α N

Tổng nhiệt truyền qua cửa kính Q812

Trang 16

8723

1915

10638


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Vậy Nhiệt truyền qua tường Q81= Q811+ Q812=4757+10638=15395W
b. Nhiệt truyền qua nền Q82:
Để tính nhiệt truyền qua nền đất người ta chia nền thành 4 dải,mỗi dải có bề rộng là 2m.
b
2m

D·y 3
2m

D·y 4

D·y 2
D·y 1

Theo cách chia này ta có các dải từ ngoài vào:I÷IV
Dải I: k1 = 0,5 W/m2 0C ; F1 = 4*(a + b) m2
Dải II: k2 = 0,2 W/m2 0C ; F2 = 4*(a + b) m2
Dải III: k3 = 0,1 W/m2 0C ; F3 = 4*(a + b) m2
Dải IV: k4 = 0,07 W/m2 0C ; F4 = (a -12)*(b -12) m2
• Phòng làm việc có F1=24m2 <48m2 nên coi toàn bộ là dãi I : F=40m2
• Hội trường F=18.12=216m2
Dãi I F2=4.(12+18)=120
Dãi II F3=4.(12+18)-48=72
Dãi III F4=4.(12+18)-80=40
Dãi IV F5=(12-12).(18-12)=0
Tổn thất nhiệt qua nền do truyền nhiệt:
Q82= (k1F1+k2F2+k3F3+k4F4)(tN-tT)
= (0,5.40.21 + 0,5.120 + 0,2.72+ 0,1.40).(32,9 – 22) = 5433 W
Số phòng

Trang 17

Q, W


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Văn phòng

21

4578

Hội trường

1

855

Tổng

5433

Như vậy tổng tổn thất do truyền nhiệt:
Q8 = Q81 + Q82 = 15395 + 5433 = 20828 W

2.2.2 Kết quả

1

∑Q

i

8

TỔNG LƯỢNG NHIỆT THỪA QT=

,kW

Tên

Kí hiệu

Kết quả tính(W)
Văn phòng

Hội trường

Nhiệt do máy móc thiết bị điện toả ra

Q1

12600

5400

Nhiệt toả ra từ các nguồn sáng nhân tạo

Q2

6048

2592

Nhiệt do người toả ra

Q3

2730

520

Nhiệt do sản phẩm mang vào

Q4

0

Nhiệt toả ra từ bề mặt thiết bị nhiệt

Q5

0

Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng

Q61

11630

817

Q62

41878

12447

Q7

25447

7790

Q81

12701

2694

Q82

4578

855

117612

33115

Nhiệt do lọt không khí vào phòng
Nhiệt truyền qua kết cấu bao che

Tổng
Tổng lượng nhiệt thừa QT

2.3 Tính phụ tải ẩm
2.3.1 Các cơ sở lý thuyết
1. Lượng ẩm do người toả ra W1

Trang 18

150727 W


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Trong đó :n=25-số người trong phòng
gn -lượng ẩm do1 người toả ra trong phòng trong 1 đơn vi thời gian ,kg/s tra
bảng 3.21tài liệu 1 với trạng thái lao động trung bình, tT=220C ta được gn= 158g/h.người
vậy

2. Lượng ẩm bay hơi từ các sản phẩm W2
W2=0

3. Lượng ẩm do bay hơi đoạn nhiệt W3
W3=0
4. Lượng ẩm do hơi nước nóng mang vào W4
W4=0

2.3.2 Kết quả
Tên

Kí hiệu

Kết quả ( kg/s )

Lượng ẩm do người toả ra

W1

0,001

Lượng ẩm bay hơi từ các sản phẩm

W2

0

Lượng ẩm do bay hơi đoạn nhiệt

W3

0

Lượng ẩm do hơi nước nóng mang vào

W4

0

WT

0,001

Tổng
* Tính kiểm tra đọng sương :

Như đã biết khi nhệt độ vách tw thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí tiếp xúc với
nó sẽ xảy ra hiện tượng đọng sương trên vách .Tuy nhiên do xác định nhiệt độ vách khó
nên người ta quy điều kiện đọng sương về dạng khác .
Về mùa hè thực hiện chế độ làm lạnh nhiệt độ bên ngoài lớn hơn nhiệt độ bên trong .Khi
đó tTw>tT>tTS như vậy vách trong không thể xảy ra hiện tượng đọng sương .
Gọi tNs là nhiệt độ đọng sương vách ngoài , ta có điều kiện xảy ra đọng sương :
tNs>tNw
theo phuơng trình truyền nhiệt ta có :
Trang 19


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

k(tN-tT)=αN(tN-tNw)

k=αN(tN-tNw)/(tN-tT)

hay

khi giảm tNw thì k tăng khi giảm tới tNs thì trên tường bị đọng sương ,khi đó ta được giá trị
kmax
kmax=αN(tN-tNs)/(tN-tT)
điều kiện không đọng sương được viết lại:
kmax=αN(tN-tNs)/(tN-tT)>k
ở đây nhiệt độ đọng sương tNs =280C là nhiệt độ đọng sương của trạng thái có
tN=32,90C ,ϕN=81%
vậy ta có ứng với tường bên là
kmax=αN(tN-tNs)/(tN-tT)=23,3(32,9-28)/(32,9-22)=10,47W/m2K
xét điều kiện không bị đọng sương đối với tường bên phần không có kính ta có :
k=4,8W/m2K
vậy

kmax=10,47>k=4,8 nên vách ngoài phần tường bên không kính không bị đọng

sương.
Đối với phần kính ở tuờng bên ta có k=7,23W/m2K
Ta thấy kmax>k nên vách ngoài kính không bị đọng sương

Chương 3:

THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
3.1

Lựa chọn thông số

3.1.1 Lựa chọn các thông số bên trong – bên ngoài
1.Giới thiệu công trình :
-Vị trí : Vĩnh Yên ở 21 độ vĩ bắc
Trang 20


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

-chức năng : Khu Văn Phòng
2.Chọn thông số tính toán :
a.Chọn thông số tính toán bên ngoài trời
-Nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời :
Tại Vĩnh Yên có các thông số khí hậu (tra theo các PL tài liệu 1):
 Nhiệt độ của tháng nóng nhất và lạnh nhất
+ ttbmax= 32,9oC (tháng 6)
+ ttbmin= 11,9oC (tháng 2)
 Độ ẩm của tháng nóng nhất và lạnh nhất
+ (ttbmax)= 81%
+ (ttbmin)= 82%
b. Chọn thông số tính toán trong phòng
*Nhiệt độ và độ ẩm :Bảng 2.1 tài liệu 1
Mùa hè: tT=220C

=75%

Mùa đông : tT=220C =75%
*Chọn tốc độ không khí trong phòng :

Chọn theo nhiệt độ không khí tính toán trong phòng .Nếu nhiệt độ trong phòng
thấp cần chọn tốc độ gió nhỏ tránh cơ thể mất nhiều nhiệt, theo bảng 2.2 TL 1 ứng với
nhiệt độ trong phòng tT=220C ta chọn k= 0,5m/s
*Chọn độ ồn cho phép trong phòng :
Độ ồn có ảnh hưởng đến trạng thái và mức độ tập trung vào công việc của con
người. Mức độ ảnh hưởng đó tuỳ thuộc vào công việc tham gia hay tuỳ thuộc vào
chức năng của phòng .tra bảng 2.10 TL 1 ứng với chức năng của phòng là khu văn
phòng ta được độ ồn cực đại cho phép 50dB ,chọn 45dB
*Lượng không khí tươi cần cấp :
Trang 21


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Ở đây là 1 Khu văn phòng nên để đánh giá mức độ ô nhiễm ta dựa vào nồng độ CO 2
có trong không khí.(không có chất độc hại và không có người hút thuốc)
Lưu lượng không khí tươi cần cấp cho 1 người trong 1 giờ Vk được xác định :
Vk= VCO2/(-a)
Trong đó :
VCO2 là lượng CO2 do con người thải ra tính theo m3/h.người.Ở đây ta chọn cường
độ vận động là trung bình theo bảng 2.8 TL 1 ta được VCO2=0,046 m3/h
 là nồng độ CO2 cho phép ,% thể tích theo bảng 2.7 TL I ta chọn : =0,15%
a là nồng độ CO2 trong không khí môi trường xung quanh ,% thể tích, chọn a=0,03%
vậy
Vk= VCO2/(-a)=0,046/((0,15-0,03)/100) =38,3m3/h.người

3.1.2 Sơ đồ điều hòa không khí

1. Ta chọn máy điều hoà không khí làm lạnh bằng nước(Water chiller) vì những lý do sau
 Công suất dao động lớn từ 5 ton đến hàng ngàn ton.
 Hệ thống ống nước lạnh gọn nhẹ cho phép lắp đặt trong không gian
công trình này là một không gian trần không thoáng.
 Có phòng để chứa cụm chiller.
 Hệ thống hoạt động ổn định ,bền và tuổi thọ cao .
 Vì đây là một hội trường nên không phải lúc nào số người cũng có
số lượng đúng như thiết kế tức phụ tải nhiệt luôn dao động theo số
người có mặt trong phòng nên dùng hệ thống này có nhiều cấp giảm
tải , cho phép điều chỉnh công suất theo phụ tải và do đó tiết kiệm
điện năng khi non tải .
Với tất cả lý do trên ta chọn hệ thống Water chiller là hợp lý .
2. Nguyên lý làm việc và các thiết bị chính trong hệ thống

Trang 22


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

* Nguyên lý làm việc :hệ thống điều hoà không khí kiểu làm lạnh bằng nước là hệ thống
trong đó cụm máy lạnh không trực tiếp xử lý không khí mà làm lạnh nước đến khoảng
70C . Sau đó nước được dẫn theo đường ống có bọc cách nhiệt đến các dàn trao đổi nhiệt
gọi là các FCU và AHU để xử lý nhiệt ẩm không khí . Như vậy trong hệ thống này nước
sử dụng làm chất tải lạnh.
3.2

Thành lập và tính toán

3.2.1 Giới thiệu sơ đồ
Lập sơ đồ điều hoà không khí là xác định các quá trình thay đổi trạng thái của không khí
trên đồ thị I-d nhằm mục đích xác định các khâu cần xử lý và năng suất của nó để đạt
được trạng thái không khí cần thiết trước khi cho thổi vào phòng .
Sơ đồ điều hoà không khí được lập trên cơ sở :
-Điều kiện khí hậu địa phương nơi lắp đặt công trình tN, ϕN
-Yêu cầu về tiện nghi hoặc công nghệ tT,ϕT
-Các kết quả tính cân bằng nhiệt .QT,WT
-Thoả mãn điều kiện vệ sinh an toàn :
1. Nhiệt độ không khí trước khi thổi vào phòng không được quá thấp so với nhiệt
độ trong phòng nhằm tránh gây cảm lạnh cho ngưòi ,cụ thể như sau :
tV≥tT-a
ở đây ta thiết kế hệ thống có miệng thổi từ trên xuống a=100C
2. Luợng không khí tươi cấp vào phòng phải đảm bảo đủ cho ngưòi trong phòng
LN=n.mk=n.ρk.Vk kg/h
Trong đó :
n-số người trong phòng n=25 người
mk-khối lượng gió tươi cần thiết cấp cho 1 người trong một đơn vị thời gian
kg/người.h

Trang 23


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

Vk-lượng không khí tươi cần cung cấp cho 1 người trong 1 đơn vị thời gian đã tính
ở phần trước Vk=38,3m3/h.ng

ρ-khối lượng riêng của không khí ρ=1,2kg/m3
LN=n.mk=n.ρk.Vk=25.1,2.38,3=1149kg/h=0,3kg/s
Tuy nhiên lượng gió bổ sung không nhỏ hơn 10% tổng lượng gió cấp cho phòng.
Từ việc phân tích các yếu tố trên ta chọn sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp

3.2.2 Cơ sở tính toán lý thuyết
Để tận dụng nhiệt của không khí thải ta sử dụng sơ đồ tuần hoàn một cấp như hình vẽ :

4

3
1

C
2

O L
L

N +

12

5

V

6

LT

LT

7

8

T
QT WT

9

11
10

1. Nguyên lý làm việc :
không khí bên ngoài có trạng thái N(tN,ϕN) với lưu lượng LN qua cửa lấy gió có
van điều chỉnh 1 được đưa vào buồng hoà trộn 3 để hoà trộn hoà trộn với không khí có
trạng tháiT(tT,ϕT) với lưu lượng LT từ các miệng hồi gió 2 .Hỗn hợp hoà trộn có trạng thái
C sẽ được đưa đến thiết bị xử lý 4,tại đây nó được xử lý theo một chương trình định sẵn
đến trạng thái O và được quạt 5 vận chuyển theo kênh gió 6 vào phòng 8 .Không khí sau
khi ra khỏi miệng thổi 7 có trạng thái V vào phòng nhận nhiệt thừa Q Tvà ẩm thừa WT rồi
tự thay đổi trạng thái từ V đến T(tT, ,ϕT).Sau đó một phần không khí được thải ra ngoài và
một phần lớn được quạt hồi gió 11 hút về qua các miệng hút 9 theo kênh 10.
2. Xác định các điểm nút trên I-d
Trang 24


Đồ Án: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí
Chính

GVHD: PGS.TS Võ Chí

- Quá trình VT là quá trình không khí tự thay đổi trạng thái khi nhận nhiệt thừa và ẩm thừa
+ hệ số góc tia
ε=εT=QT/WT=150,727/0,001=150727kJ/kgâ
Điểm O≡V có ϕ0≈0,95
* xác định các điểm nút :
-xác định các điểm N,T theo các thông số tính toán ban đầu ,ta có :
IN=96kJ/kg, dN = 25g/kg
IT=53kJ/kg, dT = 12g/kg
-điểm V≡O là giao nhau của đường ε=εT=QT/WT đi qua điểm T với đường ϕ0≈0,95
IO=45kJ/kg,dO≈11g/kg,tO=170C
Ta thấy nhiệt độ điểm O tO=tV=170C,tT=220C
Điều kiện vệ sinh tV≥tT-a (a=100C) => thõa mãn
-Trạng thái C là trạng thái hoà trộn của dòng không khí tươi có lưu lượng L N và
trạng thái N(tN,ϕN) với dòng không khí tái tuần hoàn có lưu lượng L T và trạng
tháiT(tT,ϕT).
-xác định điểm hoà trộn C theo tỷ lệ hoà trộn.
ta có :
LN
TC LN
=
=
CN LT
L − LN

trong đó :

LN=0,3 kg/s

L-lưu lượng gió tổng tuần hoàn qua thiết bị xử lý không khí ,kg/s

L=

QT
WT
=
I T − IV dT − dV

Trang 25

=

150,727
53 − 45

=18,84kg/s