Đồ án 2 Điều khiển lưu lượng không khí trong phòng sạch

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây phòng sạch là một trong những hướng phát triển tiềm
năng trong đời sống , công nghiệp nói chung và lĩnh vực điều hòa không khí nói
riêng. Do yêu cầu của sản phẩm công nghệ cao như sản xuất máy tính, sản xuất
chíp, các bo mạch, công nghệ chất bán dẫn, hay những loại thuốc trong dược
phẩm, , các thiết bị y tế, phòng mổ trong bệnh viện. Tất cả những phòng
này đòi hỏi phải kiểm soát nồng độ các hạt bụi, các loại chất ô nhiễm, sự trao đổi
không khí ở một mức cho phép để tạo ra một môi trường lí tưởng.
Để tạo ra môi trường đáp ứng các yêu cầu của phòng sach, người ta sử
dụng điều hòa không khí cho phòng sạch với các đặc điểm, tính năng vợt trội
so với điều hòa không khí thông thường. Và nhiệm mới vụ đặt ra sau khi duy
trì được các điều kiện trên cho phòng sạch là điều khiển lưu lượng không khí
trong phòng sạch để tiết kiệm năng lượng một cách tốt nhất.
Vì nhu cầu phòng sạch hiện giờ là rất lớn do đất nước ngày càng phát triển nên
phòng sạch là một mảng rất có tiềm năng của lĩnh vực ĐHKK. Và một trong
những yếu tố quan trọng nhất để đảm bảo yêu cầu chất lượng của phòng sạch đó là
khâu điều khiển.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 1


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

CHƯƠNG I:

Đồ án nhiệt-lạnh 2

TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHỆ,
HỆ THỐNG, QUÁ TRÌNH

1.1. SƠ LƯỢC VỀ PHÒNG SẠCH
1.1.1. Giới thiệu về phòng sạch
- Định Nghĩa
"Phòng sạch" là một phòng rất sạch. Phòng sạch (tiếng Anh là cleanroom ), theo
định nghĩa bởi tiêu chuẩn ISO 14644-1 là:
"Là một phòng mà nồng độ của hạt lơ lửng trong không khí bị khống chế và nó
được xây dựng và sử dụng trong một kết cấu sao cho sự có mặt, sự sản sinh và duy
trì các hạt trong phòng được giảm đến tối thiểu và các yếu tố khác trong phòng như
nhiệt độ, độ ẩm, áp suất đều có thể khống chế và điều khiển". Nguyên văn tiếng
Anh: "A room in which the concentration of airborne is controlled, and which is
constructed and used in a manner to minimise the introduction, generation and
retention of particles inside the room and in which other relevant parameters, e.g.
temperature, humidity, and pressure, are controlled as neccessary."
Nói một cách đơn giản, phòng sạch là một phòng kín mà trong đó, lượng bụi trong
không khí, được hạn chế ở mức thấp nhất nhằm tránh gây bẩn cho các quá trình
nghiên cứu, chế tạo và sản xuất. Đồng thời, nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của không
khí cũng được khống chế và điều khiển để có lợi nhất cho các quá trình trên. Ngoài
ra, phòng còn được đảm bảo vô trùng, không có các khí độc hại đúng theo nghĩa
"sạch" của nó.
Như vậy đối với phòng sạch thường giải quyết năm vấn đề là nhiệt độ, độ ẩm, áp
suất phòng, độ sạch và vấn đề nhiễm chéo
- Lịch sử của phòng sạch, sự cần thiết của phòng sạch
Phòng sạch được sử dụng lần đầu tiên là trong lĩnh vực y tế. Mở đầu là các
công trình nghiên cứu của Pasteur, Koch, Lister và các nhà sinh học tiên phong
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 2


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

khác đã chỉ ra rằng sự nhiễm khuẩn là nguyên nhân của nhiều căn bệnh, mà một
trong những nguyên nhân của sự nhiễm khuẩn là sự mất vệ sinh trong môi trường.
Lần đầu tiên vào những năm 1860, Joseph Lister(một giáo sư ở Đại học Tổng hợp
Glasgow) đã thiết lập một hệ thống phòng khép kín nhằm hạn chế bụi bẩn, chống
sự nhiễm khuẩn ở Viện xá Hoàng gia Glasgow (Royal Infirmary, là một Viện xá
thành lập bởi ĐH Glasgow, ngày nay tách ra làm 2 phần mang tên là Glasgow
Western Infirmary và Glasgow Royal Infirmary). Đây chính là phòng sạch sơ khai
đầu tiên.
Và hệ thống phòng sạch sử dụng cho sản xuất được bắt đầu sử dụng vào thời gian
chiến tranh thế giới thứ hai để cải tiến các súng ống, vũ khí quân sự. Cho đến lúc
này, phòng sạch mới chỉ ở mức sơ khai là làm sạch bằng cách hệ thống hút bụi và
hút ẩm đơn giản, khác xa so với ngày nay. Tiếp đến, phòng sạch được phát triển
thêm một bước nhờ sự thúc đẩy từ các ngành nghiên cứu về hạt nhân, sinh và hóa
dẫn sự ra đời của các hệ thống lọc không khí. Các phòng sạch với dung tích lớn, hệ
thống lọc không khí tốt bắt đầu phát triển mạnh từ năm 1955. Công ty điện tử
Western Electric Company (Winston-Salem, Mỹ) gặp phải các vấn đề trục trặc với
các sản phẩm sai hỏng do sự có mặt của các hạt bụi trong không khí. Yêu cầu đặt
ra cho họ là các phòng sạch không nhiễm bụi, và từ đó hệ thống phòng sạch đươc
phát triển, với các hệ thống lọc, các hệ thống điều khiển, các quần áo bảo hộ nhằm
chống bụi bẩn cho phòng... được phát triển như ngày nay. Và hiện nay, phòng sạch
được sử dụng cho nhiều lĩnh vực: y tế, khoa học và kỹ thuật vật liệu, linh kiện điện
tử, lý, hóa, sinh, cơ khí chính xác, dược...

1.2 CÁC TIÊU CHUẨN VÀ CÔNG NGHỆ
1.2.1Tiêu chuẩn phòng sạch.
Tiêu chuẩn đầu tiên của phòng sạch là hàm lượng bụi, tức là hàm lượng các hạt bụi
lơ lửng trong không khí được khống chế đến mức nào (tất nhiên là bụi bám càng
phải làm sạch rồi). Nếu ta so sánh một cách hình tượng, đường kính sợi tóc người
vào cỡ 100μm, hạt bụi trong phòng có thể có đường kính từ 0,5 đến 50μm

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 3


GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Các tiêu chuẩn về phòng sạch
s
lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1963 ở Mỹ, và
hiện nay đã trở thành các tiêu chuẩn chung cho thế giới. Đó là các tiêu chuẩn quy
định lượng hạt bụi trong một
m đơn vị thể tích không khí. Người ta chia thành các
tầm kích cỡ bụi và loại phòng được xác định bởi số hạt bụi có kích thước lớn
hơn 0,5μm trên một thể tích là 1 foot khối (ft3) không khí trong phòng.
1. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 (1963) [1]
Tiêu chuẩn này lần đầu tiên được quy định vào năm 1963 (có tên là 209), và sau đó
liên tục được cải tiến, hoàn thiện thành các phiên bản 209 A (1966), 290 B
(1973)..., cho đến 209 E (1992).

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 4


GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

2. Tiêu chuẩn Federal Standard 209 E (1992) [2-3]
Tiêu chuẩn này xác định hàm lượng bụi lửng trong không khí theo đơn vị chuẩn
(đơn vị thể tích không khí là m^3). Sự phân loại phòng sạch đượ
ợc xác định theo
thang loga của hàm lượng
ng bụi có đường kính lớn hơn 0,5 \mum.
mum. Dưới đây là bảng
tiêu chuẩn FS 209 E.

3. Tiêu chuẩn ISO 14644--1 [3,4]
Tổ chức Tiêu chuẩn Quốcc tế (International Standards Organization - ISO) đã quy
định các tiêu chuẩn về phòng sạch tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩẩn ISO 14644-1
được phát hành năm 1999 có tên "Phân loại độ sạch không khí" (Classification of
Air Cleanliness). Các loạii phòng sạch được quy định dựa trên bi
biểu thức:
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 5

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Cn=10N[0,1D]2,08
với:
Cn là hàm lượng cho phép tối đa (tính bằng số hạt/m3) của bụi llửng không khí lớn
hơn hoặc bằng kích thướcc xem xét.
N là chỉ số phân loại ISO, không vượt quá 9 và chỉ số cho phép nhỏ nhất là 0,1
D là đường kính hạt tính theo μm
0,1 ở đây là hằng số với thứ
th nguyên là μm.
Như vậy, có thể dễ dàng xác định các giới hạn hàm lượng bụi từ
ừ công thức trên và
dễ dàng phân loại từng cấấp phòng sạch (bảng 3).

Cần chú ý rằng, mức độ nhiễm
nhi bẩn không khí trong phòng còn ph
phụ thuộc vào các
hạt bụi sinh ra trong các hoạt
ho động trong phòng, chứ không chỉ là con số cố định
của phòng. Chính vì thế, trong các tiêu chuẩn của phòng, luôn đòi
òi hỏi các hệ thống
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 6


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

làm sạch liên hoàn và còn quy định về quy mô phòng và số người, số hoạt động
khả dĩ trong phòng sạch.
Ngoài các tiêu chuẩn này, mỗi ngành còn có thể có thêm các đòi hỏi riêng cho
mình, ví dụ như làm về công nghiệp vi mạch bán dẫn đòi hỏi khác với ngành y...
Ta nhớ là công nghiệp bán dẫn thao tác với các phần tử vật liệu tới cỡ micron, vì
thế mà yêu cầu rất khắt khe về hàm lượng bụi nhỏ, trong khi ngành y tế lại đòi hỏi
cao về mức độ sạch và điều hòa không khí nhằm chống nhiễm khuẩn...

1.2.2 Nhứng điểm đặc biệt của hệ thống ĐHKK trong phòng sạch so với hệ thống
ĐHKK thông thường.
1.2.2.1.Áp suất phòng
Nhiệm vụ chủ yếu là ngăn ngừa không cho không khí, hạt bụi, chất nhiễm
trùng; từ phòng, khu vực dơ hơn sang phòng, khu vực sạch hơn. Nguyên tắc
di chuyển căn bản của không khí là từ nơi có áp suất cao tới nơi có áp suất
thấp. Như vậy, phòng có cấp độ sạch hơn thì có áp cao hơn và ngược lại. Để
kiểm soát áp suất phòng thì thường có đồng hồ đo áp suất, khi áp phòng vượt
quá sẽ tự động tràn ra ngoài thông qua cửa gió xì. Thường thì những phòng
nào có yêu cầu cao mới gắn miệng gió xì.
1.2.2.2.Độ sạch
Độ sạch của phòng được quyết định bởi hai yếu tố là số lần trao đổi gió hay
bội số tuần hoàn (Air Changes per Hour) và Phin lọc. Thông thường đối với
điều hòa không khí cho cao ốc văn phòng có thể từ 2 tới 10 lần. Nhưng trong
phòng sạch thì số lần trao đổi gió lên tới 20 lần, đặc biệt trong phòng sạch cho
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 7

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

sản xuất chíp lên tới 100 lần. Tăng số lần trao đổi gió để làm giảm nồng độ
hạt bụi, chất ô nhiễm sinh ra trong phòng. Do vậy kết cấu phòng sạch khác
với những cao ốc văn phòng. Với các phòng có yêu cầu cấp độ sạch khác
nhau thì số lần trao đổi gió cũng khác nhau. Ví dụ trong nhà máy sản xuất
dược phẩm khu vực thay đồ có cấp độ sạch E (cấp màu đen) có áp phòng là
+(15Pa), số lần trao đổi gió là 10, trong khi phòng pha chế có cấp độ sạch C
có áp phòng +(30Pa), số lần trao đổi gió là 20, phin lọc cấp H12. Phin lọc có
nhiệm vụ là lọc bỏ những hạt bụi của không khí trước khi vào phòng. Tùy
theo yêu cầu của các loại phòng sạch mà sử dụng phin lọc cho phù hợp.
Thông thường với các phòng trong nhà máy dược thì sử dụng loại lọc hiệu
suất cao HEPA(High Efficiency Particle Air). Vị trí bộ lọc có thể gắn ngay tại
AHU hoặc từng phòng.
1.2.2.3. Nhiễm chéo
Để hiểu rõ về nhiễm chéo ta định nghĩa về tạp nhiễm. Tạp nhiễm là sự
nhiễm (đưa vào) không mong muốn các tạp chất có bản chất hóa học hoặc vi
sinh vật, hoặc tiểu phân lạ vào trong hoặc lên trên một nguyên liệu ban đầu
hoặc thành phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, lấy mẫu, đóng gói, bảo
quản và vận chuyển. Như vậy nhiễm chéo là việc tạp nhiễm của một nguyên
liệu ban đầu , sản phẩm trung gian, hoặc thành phẩm với một nguyên liệu ban
đầu hay sản phẩm khác trong quá trình sản xuất. Việc nhiễm chéo có cả nguyên
nhân bên ngoài và bên trong. Vấn đề nhiễm chéo khá phức tạp đối với các phòng
trong nhà máy dược cũng như phòng mổ trong bệnh viện. Các phòng sạch cho
công nghệ cao thì ít hơn rất nhiều do chỉ sản xuất 1 loại sản phẩm trong một khu
lớn.
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 8


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.2.3. Điều hòa dùng trong phòng sạch
1.2.3.1.Khái niệm về điều hòa không khí
Điều hòa không khí là một ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp ,
công nghệ và thiết bị nhằm tạo ra một môi trường không khí phù hợp với
công nghệ sản xuất, chế biến hoặc tiện nghi đối với con người. Ngoài nhiệm
vụ duy trì nhiệt độ trong phòng , hệ thống điều hòa không khí còn phải giữ nhiệt độ
không khí trong phòng đó ổn định ở một mức độ ổn định nào đó.
Bên cạnh đó cần phải chú ý đến độ sạch của không khí, khống chế độ ồn và
tốc độ lưu thông hợp lí của dòng không khí.
Như vậy, một hệ thống điều hòa đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng
thái của không khí trong không gian điều hòa ở trong vùng quy định nào đó,
nó không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hay sự
thay đổi phụ tải bên trong.

H1: Hệ thống điều hòa không khí trong phòng sạch
1.2.3.2. AHU trong phòng sạch.
AHU( AIR handling unit) là một thiết bị trao đổi nhiệt thường được dùng trong hệ
thống HVAC, Xưởng công nghiệp có yêu cầu cao về phòng sạch như trong
ngành dược phẩm, mỹ phẩm, vi điện tử. Hệ thống AHU còn đc sử dụng rất rộng rãi
trong tòa nhà thương mại, các tòa nhà lớn có hệ thống chiller trung tâm. Nó là thiết
bị tiền xử lý kiểu như PAU trong các khu hành lang, hội trường lớn, ...
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 9


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Nó bao gồm dàn trao đổi nhiệt (thường dùng trao đổi nhiệt giữa nước lạnh đi qua
các ống đồng và không khí thổi qua nó) và quạt cao áp( quạt hướng kính) hệ thống
điều khiển gồm cảm biến nhiệt, van ba ngã actuator... khi nhiệt độ phòng lớn hơn
nhiệt độ đặt thì van 3 ngã mở cho nước lạnh chảy qua dàn trao đổi nhiệt đến khi
nhiệt độ tụt xuống nhiệt độ đặt thì van 3 ngã đóng lại nước lạnh chảy qua đường
bypass về thiết bị làm lạnh nước(chiller). không khí trước khi đưa vào AHU
thường được lọc qua bộ phận tiền lọc và lọc túi. Khi cần độ sạch cao thì sử dụng cả
lọc HEPA.
Công nghệ valve 3 ngả là công nghệ lâu rồi, bây giờ người ta hay dùng các
actuator điều khiển trơn cho các valve nước lạnh, nó có thể điều khiển đến từng %
độ mở của valve nước lạnh.
Còn quạt cao áp thì người ta thường dùng quạt 3 tốc độ với AHU nhỏ ( giống các
FCU) . Dùng các VSD ( variable speed drive) cho các quạt công suất lớn. Qua việc
điều khiển valve nước lạnh, tốc độ quạt gió để điều khiển nhiệt độ không khí đầu
ra.
Tuy nhiên, các AHU này có độ chính xác ko cao, nó chỉ dùng để xử lý sơ bộ không
khí, muốn có 1 nhiệt độ và độ ẩm chính xác, các FCU tại từng khu vực sẽ làm tốt
việc này.

H2: Hệ thống AHU

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 10


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.2.4. Hệ thống thông gió
1.2.4.1. Hệ thống đường ống gió
Để luân hồi không khí trong hệ thống ta sử dụng hệ thống ống gió làm bằng
tôn, có tính chất vật lí tốt như bền, nhẹ không làm ảnh hưởng tới không khí
cần luân hồi, tùy thuộc vào kích thước của từng ống mà chọn độ dày khác
nhau.
1.2.4.2. Thiết bị tiêu âm
Khi hệ thống hoạt động sẽ tạo ra tiếng ồn, để tiếng ồn không bị di chuyển
theo cấp vào các phòng sản xuất ta phải sử dụng biện pháp làm tiêu âm trên
dường đi của dòng khí, sử dụng ống gió tiêu âm bề mặt xung quanh bên trong
ống có cấu trúc lỗ làm cho tiếng ồn đó bị triệt tiêu.
1.2.4.3. Các miệng cấp/ hồi khí – Bộ lọc HEPA
- Miệng cấp khí HEPA : Trong hệ thống phòng sạch có nhiều khu vực có
cấp độ sạch khác nhau. Bởi vậy các HEPA cho các khu vực này cũng có các
filter lọc với cấp độ lọc, độ dày khác nhau theo tiểu chuẩn GMP – WHO.
- Miệng hồi khí : Với cửa hút trần ta sử dụng cửa hút nan thẳng có màng lọc
thô hoặc cửa hút có vỏ bọc kim loại soi nhiều lỗ tròn. Cửa hút chân tường là
dùng loại dạng lưới.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 11

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

H3: Một bộ lọcc HEPA kiểu
ki các nếp gấp sâu (a) và các nếp
p ggấp nhỏ (b).
Không khí được lọcc qua các cuộn
cu giấy lọc cuốn từng lớp
p thành các media lọc
l có độ
rộng từ 15 đếnn 30 cm và được
đư ngăn cách bởi các lá nhôm mỏng.
ng. Đ
Để ngăn cản các
hạt bụi nhỏ, người ta sử dụng
d
media lọc là các dây micro xếpp thành các lư
lưới siêu
nhỏ (hình 4a bên dưới)
i) và cho không khí đi qua đồng
đ
thời cảnn các hạt
h bụi.

H4: Vi cấu trúc tấm
m llọc (a) và cơ chế lọc bụi của tấm lọcc (b) và hiệu

hi suất lọc
(c)

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 12


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.2.4.4. Vật liệu bảo ôn cách nhiệt
Hệ thống ống gió được làm bằng tôn nên trong quá trình lắp đặt ta cần phải
làm kín và cách nhiệt. Ta sử dụng bảo ôn PE dạng tấm xốp có tráng bên ngoài
một lớp giấy bạc, ngoài ra bảo ôn còn có thể cách âm cho hệ thống.
1.2.4.5. Hệ thống thải khí
Đối với một số công trình phòng sạch có các khu vực độc hại hoặc hóa chất
gây hại cho con người và môi trường nên không thể để không khí luân hồi tại
các AHU. Do đó ta cần lắp đặt một hệ thống thải khí trong đó có các virút và hóa
chất độ hại được tách ra khỏi không khí trước khi cho ra môi trường bên ngoài.
Giải pháp tốt nhất cho vấn đề này là sử dụng các bộ lọc khí RPT hoặc
hệ thống lọc khí BIBO.
1.2.5. Các thiết kế phòng sạch.
1.2.5.1Kiểu phòng thông hơi hỗn loạn (Turbulently Vetilated Cleanroom) [4]
Nguyên lí thông hơi của phòng sạch kiểu này cũng tương tụ như hầu hết các
phòng điều hòa không khí phổ thông như văn phòng hay cửa hàng. Không khí sạch
được cấp bởi máy điều hòa không khí được tỏa đi qua các hệ thống khuếch tán trên

trần nhà (hình vẽ)

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 13


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Hình 5. Phòng sạch kiểu “Thông hơi hỗn loạn”.
Người ta gọi là “thông hơi hỗn loạn” là do không khí chuyển động một cách ngẫu
nhiên và hỗn loạn trong phòng nhờ hệ thống khuếch tán (hình 6a) hoặc nhờ hệ
thống “phun” (hình 6b).

a

b

Hình 6. Các kiểu di chuyển không khí trong phòng sạch kiểu thông hơi hỗn loạn:
di chuyển qua bộ khuếch tán (a) và sự phun nhờ hệ thống phun hơi (b).
Hệ thống “phun” không khí (hình 6b) thường bắt gặp trong các hệ thống phòng
sạch thông hơi hỗn loạn truyền thống. Hệ thống kiểu này thường cho các dòng khí
thẳng và có khả năng kiểm soát tốt quá trình nhiễm bẩn dưới bộ lọc. Hệ thống
phun này có thể mang lại các điều kiện khả dĩ hơn bên dưới khu vực cung cấp,
nhưng do đó lại làm kém đi cho các vùng xung quanh trong phòng (hình 7).

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 14

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Hình 7. Một sơ đồ đơn giản về phân bố áp suất dòng khí trong
phòng sạch với hệ thống phun khí.
1.2.5.2 Phòng sạch kiểu định hướng hoàn toàn (Unidirectional Cleanroom)[4]
Hệ thống phòng sạch với kiểu thông hơi tán loạn thường chỉ đạt được các độ sạch
tiêu chuẩn tới cấp ISO 6 trong quá trình sản xuất. Để đạt được điều kiện tốt hơn thế
trong suốt quá trình hoạt động, điều cần thiết là phải làm loãng sự sản sinh các hạt.
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 15


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Điều này có thể làm được bằng cách dùng dòng không khí hoàn toàn thẳng (hình
5).

Hình 8. Hệ thống phòng sạch kiểu dòng không khí thẳng đứng.
Hình 8 là mặt cắt của một thiết kế phòng sạch với dòng không khí lưu chuyển theo
chiều thẳng đứng và được vận hành khép kín theo kiểu như các piston. Do đó,
dòng không khí này giúp cho việc đẩy bay các nhiễm bẩn. Khi được lưu chuyển ra
cửa, dòng không khí này sẽ vận chuyển theo dòng và lại được lưu chuyển khép kín
qua hệ thống lọc. Hệ thống này tiên tiến hơn hệ thống thoát khí hỗn loạn rất nhiều
bởi khả năng khử các nhiễm bẩn nhanh chóng. Vận tốc dòng khí thường dùng từ

0.3 m/s đến 0.6 m/s. Tuy nhiên, loại phòng sạch kiểu này có giá thành và chi phí
vận hành cao hơn rất nhiều so với phòng sạch thông khí hỗn loạn.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 16


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Hình 9. Hệ thống thoát khí thẳng đứng với các của thoát khí bổ sung 2 bên.

Một kiểu khác của hệ thống phòng sạch định hướng là hệ thống dòng khí nằm
ngang (hình 10), với cách thức là dòng khí đi vào từ một bên vách này qua hệ
thống lọc với hiệu suất cao và thổi qua phòng rồi được quay ngược lại khi đập vào
vách đối diện. Vì diện tích của vách tường thường nhỏ hơn rất nhiều so với diện
tích trần nhà vì thế chi phí của loại phòng này cũng thấp hơn nhiều so với kiểu
dùng dòng không khí thẳng đứng.

Hình 10. Hệ thống phòng sạch với dòng không khí nằm ngang.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 17


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Hệ thống lưu chuyển không khí kiểu nằm ngang không phổ biến bằng hệ thống
thẳng đứng dù nó rẻ hơn với lý do liên quan đến sự nhiễm bẩn (so sánh qua hình
8). Hình 8 so sánh cho ta 2 cách làm loãng sự nhiễm bẩn ở 2 loại phòng nằm ngang
và dòng thẳng đứng. Ở phòng có dòng lưu chuyển thẳng đứng, các hạt bụi bẩn sẽ
bị đẩy theo chiều thẳng đứng xuống sàn, và thổi bạt xuống các vị trí thoát khí và
không gây nhiễm bẩn từ vị trí này sang vị trí khác cũng như từ người này sang
người khác. Còn hệ thống lưu chuyển khí nằm ngang có thể dẫn tới việc bụi bẩn bị
thổi từ vị trí này sang một vị trí nằm ngang khác, hoặc từ người phía trước (chiều
khí lưu chuyển) bay vào người phía sau (hình 11).

Hình 11 So sánh 2 kiểu nhiễm bẩn ở dòng không khí thẳng đứng và nằm ngang.
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 18


GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

1.3. QUÁ TRÌNH ĐIỀU
U KHIỂN
KHI
TRONG PHÒNG SẠCH.
1.3.1. Chi tiết
ết về công nghệ.

H12: Sơ đồ công nghệ phòng sạch
Nguyên lý làm việc củaa hệ
h thống như sau: không khí ngoài trờii (gió tươi) với
v lưu
lượng GN, kg/s, trạng
ng thái N được
đư quạt hút vào qua cửa chớpp (van gió tươi) vào
phòng hòa trộn 13. Ở đây diễn
di ra quá trình hòa trộn với gió hồii có tr
trạng thái T và
lưu lượng GT. Sau khi hòa trộn,
tr hỗn hợp có trạng
ng thái H và lưu lượng
lư
GT + GN
được đưa qua các thiết bị xử lý không khí như dàn làm lạnh
nh 3, calorifer 4 để
đ đạt
được trạng
ng thái không khí O sau đó đư
được quạt đưa qua các hệ thống
th
lọc để lọc
không khí cho phòng sạch.
ch. Không khí sau khi ssử lý sẽ đượcc đưa vào ph
phòng sạch để
xử dụng. Trạng thái
ái không khí thổi
th i vào là V. Trong phòng không khí ssẽ tự biến đổi
trạng thái từ V đếnn T do nhận

nh nhiệt thừa và ẩm thừaa trong không gian phòng sạch
s
theo hệ số góc củaa tia quá trình  t =Qt/Wt, đã xác định trước.
c. Sau đó không khí ở
trạng thái T được quạtt 10 hút qua các miệng
mi
hút, thải ra một phầần theo đường xả
và đưa một phần về phòng hòa trộn
tr theo đường hồi
1.3.2.Các vòng điều
ều khiển chính, hệ thống điều khiển, giám sát.
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 19


GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Các hệ thống điềuu khiển
khi tự động trong điềuu hòa không khí ho
hoạt động dựa
trên nhiều nguyên tắcc khác nhau. Tuy nhiên, một
m hệ thống điều
u khi
khiển đều có các
thiết bị tương tự nhau.

H13:Sơ đồ ngyên lý điều khiển lưu lượng
ng không khí trong phòng sạch
s
- Hệ thống điềuu khiển
khi lưu lượng không khí trong phòng sạạch sẽ giúp cho lưu
lượng
ng không khí trong hòng được giữ ở mức ổn định
nh không thay đổi
đ . Ta
biết để không khí trong phòng đảm bảo các tiêu chuẩnn thì ph
phải trải qua các
cấp lọc.
c. Khi không khí bẩn
b đi qua các bộ lọc thì các hạt bụụi sẽ bị giữ lại làm
bẩn bộ lọc bụii và lưu lượng
lư
không khí sẽ không thể đảnn bảo
b yêu cầu. Và khi
bẩn thì cũng
ũng không thể
th thay iền các bộ lọc nên để vẫn đảm
m bbảo lưu lượng
không khí cấpp vào phòng đòi hỏi phải tăng cột áp của quạạt để đảm bảo lưu
lượng không khí cấấp vào phòng.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 20

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

CHƯỜNG II: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯỢNG KHÔNG KHÍTRONG
PHÒNG SẠCH
2.1.Khái quát về hệ thống điều khiển2.1.1. Thành phần cấu tạo chính
- Thông số điều khiển: là thông số nhiệt vật lí cần phải duy trì của hệ thống
điều khiển. Thông số điều khiển được định giá trị trước tại bộ điều khiển.
- Bộ cảm biến: là thiết bị cảm nhận sự thay đổi của thông số diều khiển và
truyền các ghi nhận đó lên thiết bị điều khiển. Bộ cảm biến hoạt động dựa
trên sự giãn nở nhiệt của các chất, áp lực dòng chảy …
- Bộ điều khiển: Thiết bị điều khiển sẽ so sánh giá trị nhận được từ bộ cảm
biến với giá trị đặt trước của nó.Tùy theo mối quan hệ của hai giá trị này mà
tín hiệu đầu ra khác nhau.
- Phần tử điều khiển: Sau khi nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển cơ cấu
chấp hành sẽ tác động, tác động đó có tác dụng làm thay đổi thông số điều
khiển.

2.1.2. Nhiệm vụ và chức năng
-Chức năng quan trọng nhất của hệ thống điều hòa không khí là duy trì các
thông số khí hậu trong một phạm vi nào đó không phụ thuộc vào điều kiện
môi trường xung quanh và sự thay đổi của phụ tải. Tuy nhiên chúng ta vẫn
chưa xem xét làm thế nào mà hệ thống điều hoà không khí có thể thực hiện
được điều đó khi phụ tải và môi trường luôn luôn thay đổi. Hệ thống điều
khiển có chức năng nhận các tín hiệu thay đổi của môi trường và phụ tải để
tác động lên hệ thống thiết bị nhằm duy trì và giữ ổn định các thông số khí
hậu trong không gian điều hòa không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên
ngoài và phụ tải bên trong. Ngoài chức năng đảm bảo các thông số vi khí hậu
trong phòng, hệ thống điều khiển còn có tác dụng bảo vệ an toàn cho hệ thống,

ngăn ngừa các sự cố có thể xãy ra; đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu
quả và kinh tế nhất; giảm chi phí vận hành của công nhân.
- Hệ thống điều khiển lưu lượng không khí trong phòng sạch sẽ giúp cho lưu lượng
không khí trong hòng được giữ ở mức ổn định không thay đổi . Ta biết để không
khí trong phòng đảm bảo các tiêu chuẩn thì phải trải qua các cấp lọc. Khi không
khí bẩn đi qua các bộ lọc thì các hạt bụi sẽ bị giữ lại làm bẩn bộ lọc bụi và lưu
lượng không khí sẽ không thể đản bảo yêu cầu. Và khi bẩn thì cũng không thể thay
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 21


GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

iền các bộ lọc nên để vẫnn đảm
đ bảo lưu lượng không khí cấpp vào phòng đòi hỏi phải
tăng cột áp của quạt để đảảm bảo lưu lượng không khí cấpp vào phòng.
Giải pháp điều chỉnh
nh đó là ta sẽ
s sử dụng biến tần để điều chỉnh
nh qu
quạt nhằm đảm
bảo yêu cầu ta sẽ dùng bộộ biến tần để có thể điều chỉnh quạt.
Quy trình công nghệ thiếết bị cảm biến lưu lượng sẽ đo lưu lượng
ng không khí trước
trư
hepa sau đó sẽ truyềnn tín hi

hiệu về bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽẽ so sánh giá trị đo
được với giá trị đặt và sẽ truyền
truy tín hiệu đến cơ cấu chấp
p hành là biến
bi tần và quạt
để điều chỉnh tăng lưu lượ
ợng đến giá trị đặt.
2.1.3 Sơ đồ điều khiển
- Sơ đồ nguyên lý điều
đi khiển

1- Phin lọc (miệng
ng cấp
c khí) ; 2- Cảm biến lưu lượng ; 3- B
Bộ điều khiển
4- Biến tần ; 5- Quạạt ; 6- Dàn lạnh ; 7- Miệng hồi khí
-Sơ đồ P&ID

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 22


GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

- Sơ đồ cấu trúc
cơ sở chuyển đổi

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 23


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Trong đó
R: Thiết bị điều khiển.
O : Đối tượng điều khiển(trong hệ thống này là: biến tần, quạt, cảm biến).
r(t): Tín hiệu vào.
y(t): Tín hiệu ra.
u(t): Tín hiệu điều khiển tác động lên phần tử điều khiển.
v(t): Tín hiệu nhiễu.
e(t): Tín hiệu sai lệch điều khiển.
z(t): Tín hiệu phản hồi.

2.2 Các thiết bị đo và điều khiển
2.2.1 Bộ điều khiển PID
Cấu trúc của bộ ñiều khiển PID gồm có ba thành phần là khâu khuếch đại
(P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D). Khi sử dụng thuật toán PID nhất
thiết phải lựa chọn chế độ làm việc là P, I hay D và sau đó là đặt tham số cho
các chế độ đã chọn. Một cách tổng quát, có ba thuật toán cơ bản được sử dụng
là P, PI và PID.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 24


GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Bộ điều khiển PID có cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng nên được sử dụng rộng
rãi trong điều khiển các đối tượng SISO theo nguyên lý hồi tiếp. Bộ PID có
nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa
mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng:
- Nếu sai lệch tĩnh e(t) càng lớn thì thông qua thành phần up(t), tín hiệu điều
chỉnh u(t) càng lớn.
- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần uI(t), PID vẫn còn
tạo tín hiệu điều chỉnh.
- Nếu sự thay đổi của sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần uD(t),
phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh.
* Ta chọn bộ điều khiển SIMATIC 1200, CPU 1215C với mã sản phẩm
6ES7215-1AG31-0XB0 do tập đoàn Siemens sản xuất

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 25