đánh giá tính hiệu quả khi kết hợp sử dụng ống nhiệt trọng trường vào ahu trong hệ thống điều hòa không khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ TÍNH HIỆU QUẢ KHI KẾT HỢP SỬ DỤNG
ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG VÀO AHU
TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T11 - 2008

S KC 0 0 2 1 8 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ TÍNH HIỆU QUẢ KHI KẾT HP SỬ DỤNG
ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG VÀO AHU TRONG
HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

MÃ SỐ: T11-2008

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ
: LẠI HOÀI NAM
ĐƠN VỊ
: KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2008


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Ống nhiệt đã được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhưng trong
lĩnh vực điều hoà không khí (ĐHKK), những ứng dụng của ống nhiệt còn rất hạn
chế.
Từ những nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm khi kết hợp ống
nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống điều hoà không khí. Đề tài đã làm
rõ những đặc tính của hệ thống điều hoà không khí khi kết hợp sử dụng ống nhiệt

trọng trường như sau:
Tăng khả năng hấp thụ tải nhiệt ẩn của không khí so với hệ thống thông
thường.
Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật tương tự như hệ thống điều hoà không
khí sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở.
Trên cơ sở những thông số đo đạc tại mô hình thí nghiệm, các kết quả tính
toán lý thuyết và đặc tính hoạt động của hệ thống điều hoà không khí kết hợp ống
nhiệt trọng trường, tác giả đã đưa ra những nhận xét, kết luận về hiệu quả kinh tế,
kỹ thuật của hệ thống khi ứng dụng lắp đặt.
Dựa trên nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật của hệ thống, tác giả đã xây
dựng phần mềm hỗ trợ tính toán để có thể xác định được các thông số liên quan
giữa ống nhiệt và quá trình biến đổi của không khí tuần hoàn trong hệ thống.


MỤC LỤC
Trang
Chương 1 Mở đầu ................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1
1.2 Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 1
1.3 Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 1
1.4 Giới hạn nghiên cứu ...................................................................................... 1
Chương 2 Tổng quan ............................................................................................... 2
2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................. 2
2.2 Cơ sở lý luận của đề tài ................................................................................. 2
Chương 3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 4
3.1 Khái quát về hệ thống ĐHKK ....................................................................... 4
3.1.1 Nhiệt độ và độ ẩm tiện nghi .................................................................. 4
3.2 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý hoạt động cho hệ thống ĐHKK .......................... 5
3.3 Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống ĐHKK .................... 7
3.3.1 Nguyên lý lắp đặt .................................................................................. 7

3.3.2 Đặc điểm khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống .................. 8
3.3.2.1 Hệ thống có sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở ................ 8
3.3.2.2 Hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường ............................. 9
3.3.2.3 Khả năng tăng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử
dụng ống nhiệt trọng trường ..................................................... 10
3.3.3 Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi lắp đặt ống nhiệt trọng
trường vào AHU .................................................................................... 11
3.3.3.1 Hiệu quả kỹ thuật ....................................................................... 11
3.3.3.2 Hiệu quả kinh tế ......................................................................... 16
3.4 Tính toán ống nhiệt trọng trường cho hệ thống ......................................... 23
3.4.1 Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt trọng trường ................................ 23
3.4.2 Tính toán ống nhiệt trọng trường ......................................................... 25
3.4.3 Tính toán trở lực khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường cho hệ thống ...... 32


3.4.4 Phần mềm hỗ trợ tính toán, thiết kế ống nhiệt trọng trường cho
hệ thống ............................................................................................... 33
Mô tả ống nhiệt sử dụng trong hệ thống ............................................................. 33
Cơ sở lý thuyết .................................................................................................... 33
Phần mềm hỗ trợ tính toán................................................................................. 41
Chương 4 Thí nghiệm ......................................................................................... 44
4.1 Mục đích, ý nghĩa ....................................................................................... 44
4.1.1 Mục đích ............................................................................................ 44
4.1.2 Ý nghĩa .............................................................................................. 44
4.2 Mô tả hệ thống ........................................................................................... 44
4.2.1 Các thiết bị chính trong mô hình ....................................................... 44
4.2.2 Sơ đồ bố trí thiết bị trên hệ thống thực và nguyên lý hoạt động của
hệ thống ............................................................................................. 45
4.3 Thuyết minh các dụng cụ đo ...................................................................... 46
4.4 Tiến hành thí nghiệm ................................................................................ 46

4.4.1 Bố trí các thiết bị đo .......................................................................... 46
4.4.2 Thí nghiệm ........................................................................................ 47
4.5 Xử lý kết quả thí nghiệm, nhận xét, bàn luận ............................................ 53
Chương 5 Kết luận .................................................................................................. 66
5.1 Kết luận ...................................................................................................... 66
5.2 Đề nghị ....................................................................................................... 66
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động
Bảng 3.2: Giá trị các thông số trạng thái
Bảng 3.3: Tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng
điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường
Bảng 4.1: Thông số trạng thái của không khí khi qua hệ thống có ống nhiệt không
nạp môi chất
Bảng 4.2: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 1
Bảng 4.3: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 2
Bảng 4.4: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 3
Bảng 4.5: Thông số đo đạc trên hệ thống tại lần đo 4
Bảng 4.6: Giá trị trung bình các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống
khi ống nhiệt không nạp môi chất
Bảng 4.7: Giá trị trung bình thông số đo đạc tại các lần đo khi hệ thống sử dụng
chùm ống nhiệt có nạp môi chất
Bảng 4.8: Thông số trạng thái không khí trong hệ thống xác định bằng lý thuyết


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của sơ đồ thẳng

Hình 3.2: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hoàn một cấp
Hình 3.3: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hoàn hai cấp
Hình 3.4: Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào sơ đồ thẳng
Hình 3.5: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ thống có sử dụng thiết bị gia
nhiệt bằng điện trở
Hình 3.6: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ thống có sử dụng ống nhiệt
trọng trường
Hình 3.7: Khả năng tăng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử dụng ống nhiệt so với
hệ thống bình thường
Hình 3.8: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trong hệ
thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường và hệ thống thông thường
Hình 3.9: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trong hệ
thống sử dụng ống nhiệt và trong hệ thống sử dụng thiết bị gia nhiệt
bằng điện trở
Hình 3.10: Tương quan giữa RSHF với công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng
điện trở, công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường
Hình 3.11: Ống nhiệt trọng trường
Hình 3.12: Quá trình làm việc của ống nhiệt
Hình 3.13: Các thành phần nhiệt trở của ống nhiệt trọng trường
Hình 3.14: Thông số của ống nhiệt
Hình 3.15: Sơ đồ khối của chương trình tính toán
Hình 3.16: Giao diện phần mềm hỗ trợ tính toán
Hình 3.17: Kết quả tính toán bằng phần mềm hỗ trợ tính toán
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thiết bị trên hệ thống thực


Hình 4.2: Vị trí đo các giá trị
Hình 4.3: Lượng nước ngưng thu được sau 15 phút
Hình 4.4:Thay đổi độ ẩm của không khí khi qua phần sôi của chùm ống nhiệt
Hình 4.5: Thay đổi nhiệt độ của không khí khi qua phần sôi của chùm ống nhiệt

Hình 4.6: Thay đổi nhiệt độ của không khí khi qua phần ngưng của chùm ống nhiệt
Hình 4.7: Thay đổi độ ẩm của không khí khi qua phần ngưng của chùm ống nhiệt
Hình 4.8: Tương quan giá trị nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi phần sôi của
chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.9: Tương quan giá trị độ ẩm của không khí sau khi ra khỏi phần sôi của
chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.10: Tương quan giá trị nhiệt độ của không khí trước khi vào phần ngưng của
chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.11: Tương quan giá trị độ ẩm của không khí trước khi vào phần ngưng của
chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.12: Tương quan giá trị nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi phần ngưng
của chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.13: Tương quan giá trị độ ẩm của không khí sau khi ra khỏi phần ngưng của
chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.14: Tương quan công suất nhiệt của chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực
nghiệm
Hình 4.15: Tương quan số ống nhiệt của chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực
nghiệm


1

Chương 1:

Nghiên cứu khoa học

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước, nhu cầu về kỹ thuật

lạnh nói chung và điều hoà không khí nói riêng đang phát triển mạnh mẽ. Tuỳ theo
từng điều kiện cụ thể mà hệ thống ĐHKK sẽ có những yêu cầu khác nhau về nhiệt
độ và độ ẩm, nhằm tạo môi trường làm việc thoải mái cho con người cũng như đảm
bảo chất lượng và yêu cầu của các qui trình công nghệ. Như chúng ta đã biết, lượng
điện năng sử dụng cho các hệ thống lạnh nói chung và cho hệ thống ĐHKK nói
riêng là tương đối lớn. Nếu như có một giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các hệ
thống ĐHKK thì lượng điện năng tiết kiệm được sẽ không phải là nhỏ.
Xuất phát từ vấn đề trên, đề tài “Đánh giá tính hiệu quả khi kết hợp sử dụng
ống nhiệt trọng trường vào AHU trong hệ thống Điều Hoà Không Khí” đã đưa ra
một hướng nghiên cứu mới khi kết hợp ống nhiệt vào AHU của hệ thống ĐHKK
nhằm tiết kiệm năng lượng.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi kết hợp ống nhiệt trọng trường vào
AHU về mặt lý thuyết và thực tiễn.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là hệ thống điều hoà không khí có sự
kết hợp giữa AHU và ống nhiệt trọng trường.
1.4 Giới hạn nghiên cứu
Đề tài “Đánh giá tính hiệu quả khi kết hợp sử dụng ống nhiệt trọng trường
vào AHU trong hệ thống Điều Hoà Không Khí” chỉ ứng dụng cho những không
gian điều hoà có tải nhiệt ẩn cao, những không gian điều hòa yêu cầu điều chỉnh độ
ẩm, những không gian điều hoà yêu cầu gia nhiệt không khí sau khi làm lạnh, cụ thể
là những không gian điều hòa sau: phòng bào chế dược liệu, phòng sản xuất thiết bị
điện tử, phòng mỗ, phòng máy tính …

CNĐT: Lại Hoài Nam


2

Chương 2:

Nghiên cứu khoa học

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Tính đến nay, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng của ống
nhiệt trên mọi lĩnh vực: điện - điện tử, hoá chất, công nghệ chế tạo, công nghệ
nhiệt… Riêng trong lĩnh vực ĐHKK, những ứng dụng của ống nhiệt còn rất hạn
chế. Ở Việt Nam, TS. Trần Văn Vang và PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng đã có bài báo
đưa ra những nhận định trên cơ sở lý thuyết của việc ứng dụng ống nhiệt trọng
trường trong hệ thống ĐHKK. Hiện tại, ở Việt Nam, ông Đinh Khánh, một trong
những chuyên gia hàng đầu về ống nhiệt trên thế giới đã thành lập công ty Sài Gòn
năng lượng nhằm phát triển những ứng dụng của ống nhiệt không chỉ ở lĩnh vực
điều hoà không khí mà còn ở nhiều lĩnh vực khác.
2.2 Cơ sở lý luận của đề tài
Đối với những không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao, để có thể tách được
nhiều ẩm, phương án kỹ thuật thường được các nhà thiết kế lựa chọn là giảm nhiệt
độ sôi của môi chất trong dàn lạnh hoặc giảm nhiệt độ của chất tải lạnh. Điều này sẽ
làm tăng công suất lạnh của hệ thống.
Đối với những không gian điều hòa yêu cầu gia nhiệt không khí sau khi ra
khỏi dàn lạnh, những không gian điều hoà có yêu cầu cao về sự chính xác của nhiệt
độ và độ ẩm, đòi hỏi phải điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm trong không
gian điều hòa. Muốn thực hiện được điều này, phải điều chỉnh được trạng thái
không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh của AHU. Thực tế, biện pháp kỹ thuật thường
được lựa chọn là sử dụng thêm thiết bị gia nhiệt cho không khí vừa ra khỏi dàn
lạnh. Thông thường các nhà sản xuất thường sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở
đốt nóng nên công suất của hệ thống cũng sẽ tăng lên.
Vấn đề được đặt ra là, nếu như có một biện pháp kỹ thuật nhằm tăng khả

năng tách ẩm của dàn lạnh mà không giảm nhiệt độ sôi của môi chất trong dàn lạnh,
không giảm nhiệt độ của chất tải lạnh trong các không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn
cao. Hoặc có thể thay đổi trạng thái của không khí vừa ra khỏi dàn lạnh đối với

CNĐT: Lại Hoài Nam


3

Nghiên cứu khoa học

những không gian điều hòa có yêu cầu chính xác về nhiệt độ và độ ẩm, những
không gian điều hoà cần gia nhiệt không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh, thì khả năng
tiết kiệm năng lượng cho hệ thống là điều tất yếu.
Xuất phát từ vấn đề trên, qua nghiên cứu về đặc tính hoạt động của ống nhiệt
trọng trường và một số bài báo liên quan trên các tạp chí chuyên ngành đã cho thấy
rằng: việc kết hợp ống nhiệt trọng trường vào AHU vẫn có thể đảm bảo các yêu cầu
về kỹ thuật trên trong các không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao cũng như trong
các không gian điều hòa có yêu cầu cao về sự chính xác của nhiệt độ và độ ẩm,
những không gian điều hoà cần gia nhiệt không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh mà
không cần phải giảm nhiệt độ sôi của môi chất trong dàn lạnh, giảm nhiệt độ của
chất tải lạnh và cũng không cần dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở.
Đề tài ”Đánh giá tính hiệu quả khi kết hợp sử dụng ống nhiệt trọng trường
vào AHU trong hệ thống Điều Hoà Không Khí”, bên cạnh những nghiên cứu, đánh
giá về lý thuyết, tác giả sẽ trình bày thêm phần thực nghiệm dựa trên mô hình thiết
kế, chế tạo thực tế, căn cứ vào đó sẽ có những nhận xét, đánh giá cụ thể hơn.

CNĐT: Lại Hoài Nam

4

Chương 3:

Nghiên cứu khoa học

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Khái quát về hệ thống ĐHKK
Không khí, nguồn dưỡng khí không thể thiếu được cho sự tồn tại của con
người. Do vị trí địa lý của từng vùng miền trên trái đất khác nhau nên các thông số
đặc trưng của không khí cũng khác nhau. Mặc dù con người vẫn tồn tại được trong
hàng nghìn năm nay với nguồn dưỡng khí có những tính chất tự nhiên vốn có của
nó, nhưng với sự phát triển vượt bậc về khoa học và công nghệ thì vấn đề tạo ra một
không gian sống, làm việc, sinh hoạt với bầu dưỡng khí được xử lý giúp cho con
người trở nên sảng khoái hơn, dễ chịu hơn… khi đang ở bất kỳ một vị trí địa lí nào,
dù khí hậu có khắc nghiệt đến đâu đi chăng nữa, đã không còn là một mơ ước đối
với chúng ta.
Ngày nay, điều hoà tiện nghi không thể thiếu được trong các toà nhà, khách
sạn, văn phòng, nhà hàng, các dịch vụ du lịch, văn hoá, y tế mà còn cả trong các căn
hộ, nhà ở, các phương tiện đi lại như ô tô, tàu hoả …
Điều hoà công nghệ cũng tạo ra một bước tiến mới nhằm hỗ trợ đắc lực cho
nhiều ngành kinh tế, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo qui trình
công nghệ như trong các ngành dệt, sợi, in ấn, điện tử, viễn thông, máy tính, quang
học…
Cùng với sự phát triển chung của con người, ĐHKK là lĩnh vực không thể
thiếu được trong xu thế hiện nay.
3.1.1 Nhiệt độ và độ ẩm tiện nghi
Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động. (phụ lục 1 –
TCVN 5687 – 1992).

Bảng 3.1: Thông số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động
Trạng thái lao động

Nghỉ ngơi

Mùa đông

Mùa hè

t, oC

, %

, m/ s

t, oC

, %

, m/ s

20  24

55  70

0,1  0,3

24 27

55  70

0,3  0,5

CNĐT: Lại Hoài Nam


5

Nghiên cứu khoa học

Lao động nhẹ

20  24

0,3  0,5

24 27

0,5  0,7

Lao động vừa

20  22

0,3  0,5

23  26

0,7  1,0

Lao động nặng

18  20

0,3  0,5

22  25

0,7  1,5

3.2 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý hoạt động cho hệ thống ĐHKK
Để biến đổi trạng thái của không khí ta có thể tiến hành theo các sơ đồ ĐHKK
sau:
* Sơ đồ thẳng
Còn gọi là sơ đồ không tuần hoàn, là sơ đồ mà không khí ngoài trời sau khi
qua xử lí nhiệt ẩm được cấp vào phòng điều hoà rồi được thải thẳng ra ngoài theo sơ
đồ nguyên lí sau:

8

N
1

2

3

O

V'

4

5

9
T

V
6

7

Hình 3.1. Nguyên lý làm việc của sơ đồ thẳng
Trạng thái không khí:
N: Không khí ngoài trời, O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Không khí
vừa ra khỏi thiết bị gia nhiệt, V: Không khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm),
T: Không khí trong phòng.
Các thiết bị trong AHU gồm:
1. Cửa lấy gió tươi, 2. Bộ lọc, 3. Dàn lạnh, 4. Thiết bị gia nhiệt , 5. Dàn
phun ẩm bổ sung, 6. Quạt li tâm, 7. Miệng thổi, 8. Không gian cần điều hoà,
9. Quạt thổi gió.

CNĐT: Lại Hoài Nam


6

Nghiên cứu khoa học

* Sơ đồ tuần hoàn một cấp
Không khí tuần hoàn trong hệ thống theo sơ đồ nguyên lý sau:
xaû

11
10

9

8

AHU
H

N
1

2

3

V

V'

O
4

T

5

6

7

Hình 3.2. Nguyên lý làm việc sơ đồ tuần hoàn một cấp
Trạng thái không khí:
N: Không khí ngoài trời, T: Không khí trong phòng, H: Không khí hoà trộn,
O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Không khí vừa ra khỏi thiết bị gia nhiệt,
V: Không khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm).
Các thiết bị trong AHU gồm:
1. Cửa lấy gió tươi, 2. Bộ lọc, 3. Dàn lạnh, 4. Thiết bị gia nhiệt,
5. Dàn phun ẩm bổ sung, 6. Quạt li tâm, 7. Miệng thổi, 8. Không gian cần điều hoà,
9. Quạt gió xả và hồi, 10. Ống gió hồi, 11. Ống gió xả.
* Sơ đồ tuần hoàn hai cấp
Không khí tuần hoàn trong hệ thống theo sơ đồ nguyên lý sau:
xaû

11

10

9

12

8
AHU

N
1

H1
2

3

V

H2

O
4

5

T

6

7

Hình 3.3. Nguyên lý làm việc sơ đồ tuần hoàn hai cấp
CNĐT: Lại Hoài Nam


7

Nghiên cứu khoa học

Trạng thái không khí:
N: Không khí ngoài trời, T: Không khí trong phòng, H1: Không khí hoà trộn cấp
một, H2: Không khí hoà trộn cấp hai, O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V: Không
khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm).
Các thiết bị trong AHU gồm:
1. Cửa lấy gió tươi, 2. Bộ lọc, 3. Dàn lạnh, 4. Thiết bị gia nhiệt,
5. Dàn phun ẩm bổ sung, 6. Quạt li tâm, 7. Miệng thổi, 8. Không gian cần điều hoà,
9. Quạt gió xả và hồi, 10. Ống gió hồi, 11. Ống gió xả, 12. Ống gió tuần hoàn cấp 2.
Trong ba sơ đồ trên, tuỳ theo điều kiện và qui trình công nghệ thì sơ đồ tuần
hoàn một cấp và sơ đồ thẳng được sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống tương đối đơn
giản, đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh, vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế
cao. Sơ đồ này có thể sử dụng cả ở lĩnh vực điều hoà tiện nghi và công nghệ yêu
cầu xử lí không khí kiểu trung tâm.
Để có thể giảm bớt được ẩn số trong quá trình tính toán, đánh giá, tác giả đã
chọn sơ đồ thẳng để phục vụ cho quá trình tính toán cũng như xây dựng mô hình
nguyên lý hoạt động của hệ thống trong đề tài này.
3.3 Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống ĐHKK
3.3.1 Nguyên lý lắp đặt
Với những đặc tính của ống nhiệt trọng trường, dựa trên nguyên lý hoạt động
của sơ đồ thẳng, ta có thể sử dụng ống nhiệt trọng trường nhằm thay thế cho thiết bị
gia nhiệt, và tăng khả năng tách ẩm theo sơ đồ nguyên lý sau:

8

AHU
N
1

H'

2

4 5

T

V

O V'
3

9

6

7

CNĐT: Lại Hoài Nam


8

Nghiên cứu khoa học

Hình 3.4. Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào sơ đồ thẳng
Trạng thái không khí:
N: Không khí ngoài trời, H’: Không khí vừa ra khỏi phần sôi của ống nhiệt,
O: Không khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Không khí vừa ra khỏi phần ngưng của ống
nhiệt, V: Không khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm), T: Không khí trong phòng.
Các thiết bị trong AHU gồm:

1. Cửa lấy gió tươi, 2. Bộ lọc, 3. Dàn lạnh, 4. Ống nhiệt trọng trường, 5. Dàn phun
ẩm bổ sung, 6. Quạt li tâm, 7. Miệng thổi, 8. Không gian cần điều hoà, 9. Quạt thổi
gió.
3.3.2 Đặc điểm khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào hệ thống
3.3.2.1 Hệ thống có sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở
Thiết bị gia nhiệt bằng điện trở được sử dụng trong hệ thống ĐHKK với mục
đích gia nhiệt cho không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh. Hình vẽ dưới đây thể hiện
quá trình biến đổi trạng thái không khí khi qua dàn lạnh và qua thiết bị gia nhiệt
bằng điện trở trong hệ thống.
Điện trở
gia nhiệt

Dàn
lạnh

Không khí vào

Không khí
lạnh ra

Nước ngưng

Hình 3.5: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ
thống có sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở
Quá trình biến đổi không khí trên hình bên được mô tả như sau:
Không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh có nhiệt độ thấp và độ ẩm cao (t=14 oC,
=95%) sẽ được gia nhiệt bằng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở, sau khi được gia

CNĐT: Lại Hoài Nam

9

Nghiên cứu khoa học

nhiệt, không khí tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm (độ chứa hơi vẫn không đổi) (t=17oC,
=80%) và được thổi vào không gian cần điều hòa.
3.3.2.2 Hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường
Khi sử dụng ống nhiệt trọng trường, trạng thái không khí khi qua ống nhiệt
trọng trường cũng có sự thay đổi. Hình vẽ dưới đây thể hiện quá trình biến đổi trạng
thái của không khí khi qua dàn lạnh và qua ống nhiệt trọng trường trong hệ thống.
* Sơ đồ nguyên lý

Phần ống nhiệt gia
nhiệt không khí

Dàn
lạnh

Phần ống nhiệt làm
lạnh không khí
Không khí vào

Không khí
lạnh ra

Nước ngưng

Hình 3.6: Thay đổi trạng thái của không khí khi hệ
thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường

Quá trình biến đổi không khí trên hình bên được mô tả như sau :
Không khí trước khi vào dàn lạnh sẽ trao đổi nhiệt với môi chất tại phần sôi
của ống nhiệt. Tại đây, không khí sẽ được làm lạnh sơ bộ khi nhả nhiệt cho môi
chất và biến đổi trạng thái theo quá trình đẳng độ chứa hơi, từ trạng thái có nhiệt độ
cao, độ ẩm thấp đến trạng thái có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao (từ trạng thái có t = 27oC,
 = 50% đến trạng thái có t = 23oC,  = 65%). Sau khi ra khỏi phần sôi của ống
nhiệt, không khí sẽ được thổi vào dàn lạnh. Tại đây, không khí sẽ trao đổi nhiệt ẩm
với dàn lạnh và biến đổi trạng thái từ trạng thái có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp đến
trạng thái có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao (từ trạng thái có t = 23oC,  = 65% đến trạng
thái có t = 14oC, =95%). Sau khi ra khỏi dàn lạnh, không khí sẽ được gia nhiệt khi
CNĐT: Lại Hoài Nam


10

Nghiên cứu khoa học

nhận nhiệt từ môi chất tại phần ngưng của ống nhiệt và biến đổi trạng thái theo quá
trình đẳng độ chứa hơi từ trạng thái có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao đến trạng thái có
nhiệt độ cao, độ ẩm thấp (từ trạng thái có t = 14oC,  = 95% đến trạng thái có t =
18oC,  = 75%). Sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt, không khí sẽ được thổi
vào không gian điều hòa.
Như vậy, với việc kết hợp ống nhiệt trọng trường vào hệ thống, không khí
khi thổi vào không gian điều hòa vẫn có nhiệt độ và độ ẩm theo đúng yêu cầu như
khi sử dụng hệ thống có thiết bị gia nhiệt bằng điện trở mà chúng ta không phải tiêu
tốn thêm năng lượng cho bộ gia nhiệt.
3.3.2.3 Khả năng tăng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử dụng ống nhiệt
Do không khí sau khi đi qua phần sôi của ống nhiệt sẽ được làm lạnh sơ bộ
nên khả năng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có sử dụng ống nhiệt sẽ tăng lên so với
hệ thống bình thường (không sử dụng ống nhiệt). Điều này được thể hiện rất rỏ trên

hình dưới đây.

Dàn
lạnh

Hệ thống
bình thường

Hệ thống
có sử dụng
ống nhiệt

Nhiệt ẩn (20%)
Không khí ra
(Độ chứa hơi thấp)
Điểm đọng sương của hệ
thống bình thường

Nhiệt hiện (80%)
Không khí vào
(Độ chứa hơi cao)
Điểm đọng sương của hệ
thống có sử dụng ống nhiệt

Hình 3.7: Khả năng tăng hấp thụ nhiệt ẩn của hệ thống có
sử dụng ống nhiệt so với hệ thống bình thường
CNĐT: Lại Hoài Nam


11

Nghiên cứu khoa học

Từ sơ đồ trên dễ nhận thấy rằng, đối với hai dàn lạnh có cùng công suất, với
việc sử dụng ống nhiệt trọng trường vào hệ thống, khả năng hấp thụ tải nhiệt ẩn
trong không gian điều hoà sẽ tăng lên so với hệ thống bình thường. Hay nói cách
khác, để có thể tách được một lượng ẩm như nhau thì hệ thống sử dụng ống nhiệt
trọng trường sẽ có công suất lạnh nhỏ hơn so với hệ thống bình thường. Như vậy,
với việc sử dụng ống nhiệt trọng trường, ta có thể tiết kiệm được năng lượng (công
suất lạnh hệ thống nhỏ hơn) mà vẫn đảm bảo đầy đủ các tiêu chuẩn như ở hệ thống
bình thường khi hoạt động trong không gian điều hòa có tải nhiệt ẩn cao.
3.3.3 Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào AHU
3.3.3.1 Hiệu quả kỹ thuật
Việc sử dụng hệ thống ĐHKK có lắp đặt ống nhiệt trọng trường và hệ thống
bình thường (không lắp đặt ống nhiệt trọng trường, không gia nhiệt không khí trước
khi thổi vào không gian cần điều hoà) tuỳ trường hợp, sẽ có những khác biệt sau:
* Trường hợp 1: Nếu hai hệ thống có cùng công suất lạnh, cùng lưu lượng
gió tuần hoàn là G (kg/s) thì:
- Khả năng tách ẩm của hệ thống có dùng ống nhiệt trọng trường sẽ cao hơn.
- Khả năng hấp thu ẩm thừa trong không gian của hệ thống có sử dụng ống
nhiệt trọng trường cao hơn.
- Khả năng hấp thu nhiệt thừa ở hai hệ thống là bằng nhau.
* Trường hợp 2: Nếu hai hệ thống khác công suất lạnh nhưng cùng lưu
lượng gió tuần hoàn là G (kg/s), hệ thống cùng khả năng tách ẩm thì:
- Khả năng hấp thu nhiệt thừa trong không gian điều hoà của hệ thống không
dùng ống nhiệt sẽ cao hơn.
- Khả năng hấp thu ẩm thừa trong không gian điều hoà của hệ thống không
dùng ống nhiệt sẽ thấp hơn.
Căn cứ vào đồ thị t – d biểu diễn quá trình biến đổi của không khí trong cả
hai hệ thống cho từng trường hợp (Chọn sơ đồ thẳng cho quá trình đánh giá), ta sẽ

thấy rõ điều này.

CNĐT: Lại Hoài Nam


12

Nghiên cứu khoa học
d

d

N'

N

N’

N

T
T
V

V'

V

V’

V"

Trường hợp 1

t

Trường hợp 2

t

Hình 3.8: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí trong hệ
thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường và hệ thống thông thường.
Trường hợp 1: hai hệ thống có cùng công suất lạnh, cùng lưu
lượng gió tuần hoàn.
Trường hợp 2: Hai hệ thống khác công suất lạnh, cùng lưu
lượng gió tuần hoàn, cùng khả năng tách ẩm.

* Xét trường hợp 1:
-

N : Trạng thái không khí tươi.

-

N’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt.

-

V : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của hệ thống bình
thường.

-

V’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của hệ thống có dùng
ống nhiệt.

-

V”: Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt.

-

T : Trạng thái không khí trong không gian điều hòa.
CNĐT: Lại Hoài Nam


13

-

Nghiên cứu khoa học

Đường N – N’ biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không
khí khi qua phần sôi của ống nhiệt.

-

Đường N’ – V’ biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua
AHU của hệ thống có sử dụng ống nhiệt.

-

Đường V’ – V” biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không
khí khi qua phần ngưng của ống nhiệt.

-

Đường N – V biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua
AHU của hệ thống không dùng ống nhiệt.

-

Đường V” – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao
đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống có dùng ống
nhiệt).

-

Đường V – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao
đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống không dùng ống
nhiệt).

Đường nối các điểm N – N’ – V’ – V” – T biểu diễn quá trình biến đổi của
không khí khi qua hệ thống có sử dụng ống nhiệt.
Đường nối các điểm N – V – T biểu diễn sự biến đổi không khí khi qua hệ
thống không dùng ống nhiệt.
Dựa vào đồ thị ta có thể tính toán được các đại lượng sau:
Công suất lạnh của hai hệ thống bằng nhau nên ta có:
IN – IV = IN’ – IV’

(1)

Mặt khác, theo tính chất của ống nhiệt, ta có:
IN – IN’ = IV” – IV’

(2)

Từ (1) và (2), ta có: IV = IV”
Nhiệt thừa hai hệ thống hấp thu được trong không gian điều hoà là:
QT1 = QT2 = G (IT – IV) = G (IT – IV”)

, kW

Lượng ẩm tách ra từ AHU của hệ thống có dùng ống nhiệt là :

CNĐT: Lại Hoài Nam


14

W11 = G (dN’ – dV’)

Nghiên cứu khoa học

, kg/s

Lượng ẩm tách ra từ AHU của hệ thống không dùng ống nhiệt là:
W12 = G (dN – dV)

, kg/s

Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: W11 > W12
Lượng ẩm thừa do hệ thống có dùng ống nhiệt hấp thu là:
W21 = G (dT – dV”)

, kg/s

Lượng ẩm thừa do hệ thống không dùng ống nhiệt hấp thu là:
W22 = G (dT – dV)

, kg/s

Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: W21 > W22.
* Xét trường hợp 2 :
-

N: Trạng thái không khí tươi.

-

N’: Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt.

-

V : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của cả hai hệ thống.

-

V’: Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt.

-

T : Trạng thái không khí trong không gian điều hòa.

-

Đường N – N’ biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không
khí khi qua phần sôi của ống nhiệt.

-

Đường N’ – V biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua
AHU của hệ thống có sử dụng ống nhiệt.

-

Đường N – V biểu diễn quá trình biến đổi của không khí khi qua
AHU của hệ thống không dùng ống nhiệt.

-

Đường V – V’ biểu diễn quá trình biến đổi đẳng dung ẩm của không
khí khi qua phần ngưng của ống nhiệt.

-

Đường V’ – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao
đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống có dùng ống
nhiệt).

CNĐT: Lại Hoài Nam


15

-

Nghiên cứu khoa học

Đường V – T biểu diễn quá trình biến đổi của không khí sau khi trao
đổi nhiệt ẩm trong không gian điều hòa (của hệ thống không dùng ống
nhiệt).

Đường nối các điểm N – N’ – V – V’ – T biểu diễn quá trình biến đổi của
không khí khi qua hệ thống có sử dụng ống nhiệt.
Đường nối các điểm N – V – T biểu diễn quá trình biến đổi không khí khi
qua hệ thống không dùng ống nhiệt.
Dựa vào đồ thị t – d, ta có thể tính toán được các đại lượng sau:
Công suất lạnh của hệ thống có dùng ống nhiệt:
Q01 = G (IN’ – IV)

, kW

Công suất lạnh của hệ thống không dùng ống nhiệt:
Q02 = G (IN – IV)

, kW

Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: Q01 < Q02.
Lượng nhiệt thừa trong không gian điều hoà mà hệ thống không dùng ống

nhiệt hấp thu được là:
QT1 = G (IT – IV)

, kW

Lượng nhiệt thừa trong không gian điều hoà mà hệ thống dùng ống nhiệt có
thể hấp thu được là:
QT2 = G (IT – IV’)

, kW

Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: QT1 > QT2.
Lượng ẩm thừa do hệ thống có dùng ống nhiệt hấp thu là:
W21 = G (dT – dV’)

, kg/s

Lượng ẩm thừa do hệ thống không dùng ống nhiệt hấp thu là:
W22 = G (dT – dV)

, kg/s

Theo quá trình biến đổi, ta luôn có: W11 = W12
Lượng ẩm tách ra từ AHU của cả hai hệ thống là:
W11 = W12 = G (dN’ – dV) = G (dN – dV) , kg/s
Như vậy, tuỳ thuộc vào tương quan giữa lượng nhiệt thừa và ẩm thừa trong

CNĐT: Lại Hoài Nam

16

Nghiên cứu khoa học

không gian điều hoà, căn cứ vào đặc điểm hoạt động của từng hệ thống và yêu cầu
công nghệ của hệ thống ĐHKK, ta có thêm một phương án kỹ thuật khác nhằm thiết
kế hệ thống, đó là sử dụng ống nhiệt vào hệ thống.
Mặt khác, do đặc tính của hệ thống có sử dụng ống nhiệt là có thể thay đổi
được thông số độ ẩm của không khí thổi vào không gian điều hoà, nên đối với hệ
thống này, ta có thể điều chỉnh được cả nhiệt độ và độ ẩm trong phòng, Trong khi
đó đối với hệ thống thông thường, nếu như không dùng thêm thiết bị gia nhiệt thì
chỉ có thể điều chỉnh được duy nhất một thông số nhiệt độ. Như vậy, với những
không gian điều hoà yêu cầu điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm thì giải
pháp sử dụng ống nhiệt là rất khả quan, ngoài biện pháp kỹ thuật thường dùng là sử
dụng thêm thiết bị gia nhiệt bằng điện trở.
3.3.3.2 Hiệu quả kinh tế
* Khả năng tiết kiệm năng lượng khi dùng hệ thống có sử dụng ống nhiệt.
Xét hệ thống có sử dụng ống nhiệt và hệ thống dùng thiết bị gia nhiệt bằng
điện trở (có lưu lượng gió tuần hoàn như nhau là G, kg/s) nhằm điều hoà không khí
cho không gian điều hoà có yêu cầu chính xác về nhiệt độ và độ ẩm. Do đặc tính
hoạt động của hệ thống là phải điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm nên yêu
cầu hệ số RSHF phải không đổi nếu tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn trong không gian điều
hoà không đổi hoặc hệ số RSHF luôn biến đổi nếu tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn trong
không gian điều hoà luôn biến đổi. Chính do điều này nên việc sử dụng thiết bị gia
nhiệt để gia nhiệt không khí trước khi thổi vào không gian điều hoà là giải pháp kỹ
thuật bắt buộc đối với những không gian điều hoà này. Đồ thị t – d biểu diễn quá
trình biến đổi của không khí trong cả hai hệ thống như sau:

CNĐT: Lại Hoài Nam

17

Nghiên cứu khoa học

d
N'

N

T

V

V'

t

Hình 3.9: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái
của không khí trong hệ thống sử dụng ống nhiệt và trong hệ
thống sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở
- N : Trạng thái không khí tuần hoàn trong hệ thống.
- N’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi phần sôi của ống nhiệt.
- V : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi AHU của cả hai hệ thống (sử
dụng ống nhiệt và sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở).
- V’ : Trạng thái không khí sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt bằng điện trở và
sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt.
- T : Trạng thái không khí trong không gian điều hoà.
Dựa vào đồ thị t – d ta có thể tính toán được các đại lượng sau:
* Xét hệ thống dùng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở

- Công suất lạnh của hệ thống:
Q01  G.( I N  I V )

, kW

- Công suất điện của thiết bị gia nhiệt bằng điện trở.
Ndt = G (IV’ – IV)

, kW
CNĐT: Lại Hoài Nam