TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ NHAVIET PLAZA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
CHO TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ NHAVIET PLAZA

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRẦN PHÚ
NGUYỄN THANH NHÀN
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2005 – 2009

Tháng 07/2009


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO
TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ NHAVIET PLAZA

Tác giả

NGUYỄN TRẦN PHÚ
NGUYỄN THANH NHÀN

Đề tài được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kĩ sư ngành
CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Giáo viên hướng dẫn:
Th.s Nguyễn Hùng Tâm
Ks Vương Đình Bằng

i


LỜI CẢM TẠ
Chúng con xin cảm ơn gia đình thân yêu đã động viên, chia sẻ giúp đỡ tạo mọi
điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh thần trong những năm tháng con học tập trên
giảng đường Đại học, cũng như trong suốt quá trình con làm đề tài tốt nghiệp.
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban Giám hiệuTrường Đại học Nông Lâm TP.HCM.
Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ cùng toàn thể quý thầy cô trong
Khoa đã tận tâm, tận lực dạy bảo, giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức khoa học quí
giá cho tôi trong những năm học tập vừa qua.
Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy
Nguyễn Hùng Tâm và thầy Vương Đình Bằng đã rất quan tâm, tận tình hướng dẫn,
động viên và giúp đỡ để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài này.
Cảm ơn những người bạn thân yêu trong lớp DH05NL đã cùng chúng tôi chia
sẻ những năm tháng học tập quí báu và đã giúp đỡ, góp ý cho đề tài của chúng tôi
được hoàn chỉnh hơn.
Do có những hạn chế về mặt thời gian và trang thiết bị, cũng như chưa có kinh
nghiệm nhiều, nên đề tài của chúng tôi không thể nào tránh những sai sót và khuyết
điểm, rất mong nhận được sự lượng thứ của quý thầy cô.

ii


TÓM TẮT
Đề tài tốt nghiệp “Tính toán và thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho văn
phòng cho thuê NHAVIET PLAZA” được tiến hành tại tòa cao ốc văn phòng cho thuê
Nhaviet Plaza, số 27 Đinh Bộ Lĩnh, phường 24, quận Bình Thạnh, TP.HCM. Trong
khoảng thời gian từ ngày 15/03/2009 đến 29/06/2009, chúng tôi đã tiến hành tính toán

và thiết kế hệ thống điều hòa không khí dựa trên các thông số, điều kiện thực tế của
cao ốc mà chúng tôi đã khảo sát. Nội dung chính của đề tài bao gồm 5 phần:
- Trong phần đầu tiên của đề tài, chúng tôi sẽ giới thiệu về điều hòa không
khí, mà cụ thể là mục đích, ý nghĩa, tính cấp thiết của điều hòa không khí ở TP.HCM
hiện nay. Phần này cũng nêu lên đối tượng nghiên cứu, mục tiêu và yêu cầu cụ thể của
đề tài.
- Ở phần kế tiếp của đề tài, chúng tôi đã tra cứu tài liệu, sách báo để tổng
quát về các hệ thống điều hòa không khí và tiến hành lập ra cơ sở tính toán thiết kế hệ
thống điều hòa không khí cho công trình, cụ thể là tính toán phụ tải lạnh, thành lập sơ
đồ điều hòa không khí, tính và chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí, tính toán
thiết kế hệ thống ống gió và ống nước.
- Nội dung phương pháp nghiên cứu và phương tiện thực hiện đề tài được
tóm tắt khái quát trong phần tiếp theo của đề tài.
- Trong phần tiếp theo của đề tài, dựa trên cơ sở lý thuyết đã được lập ra ở
trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài. Đầu tiên chúng tôi mô tả đặc điểm công
trình, chính là đối tượng nghiên cứu của đề tài. Sau đó, chúng tôi tiến hành phân tích
chọn phương án điều hòa không khí, tính toán phụ tải lạnh, thành lập sơ đồ, tính và
chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí, tính toán hệ thống ống gió và ống nước
để chọn bơm và tháp giải nhiệt.
- Phần cuối cùng của đề tài là kết luận và đề nghị về nội dung đề tài đã làm.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa...........................................................................................................................i
Cảm tạ..............................................................................................................................ii
Tóm tắt........................................................................................................................... iii
Mục lục ...........................................................................................................................iv

Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................... viii
Danh sách các hình .........................................................................................................ix
Danh sách các bảng .........................................................................................................x
Danh sách các phụ lục ....................................................................................................xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU. ..............................................................................................01
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN.......................................................................................02
2.1 Giới thiệu một số phương pháp điều hòa không khí. ...........................................02
2.1.1

Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải lạnh. .02

2.1.2

Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí............................02

2.1.3

Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước....................................03

2.1.4

Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh........04

2.2 Tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier.................................................05
2.2.1

Nhiệt hiện bức xạ qua kính...............................................................................05

2.2.2

Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ không khí
giữa bên ngoài và bên trong. ............................................................................07

2.2.3

Nhiệt hiện truyền qua vách...............................................................................07

2.2.4

Nhiệt hiện truyền qua nền. ...............................................................................09

2.2.5

Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng......................................................................09

2.2.6

Nhiệt hiện tỏa do máy móc...............................................................................10

2.2.7

Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa. .........................................................................11

2.2.8

Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào. ...........................................................11

2.2.9

Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt. ..............................................................................11

2.2.10 Các nguồn nhiệt khác. ......................................................................................12
2.2.11 Xác định phụ tải lạnh........................................................................................13
2.3 Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí.................................................13
2.4 Tính toán và chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí................................16
iv


2.4.1

Chu trình nhiệt hệ thống...................................................................................16

2.4.2

Phương pháp xác định nhiệt độ sôi, nhiệt độ ngưng tụ. ...................................17

2.4.3

Chọn thiết bị cho hệ thống ...............................................................................18

2.5 Tác nhân lạnh........................................................................................................18
2.5.1

Yêu cầu đối với tác nhân lạnh ..........................................................................18

2.5.1.1 Hóa học.............................................................................................................18
2.5.1.2 Tính an toàn cháy nổ ........................................................................................18
2.5.1.3 Tính chất vật lí..................................................................................................18
2.5.1.4 Tính chất nhiệt động.........................................................................................19
2.5.1.5 Tính chất sinh lí................................................................................................19

2.5.1.6 Tính kinh tế.......................................................................................................19
2.5.2

Tác nhân lạnh và môi trường............................................................................19

2.5.2.1 Tổng quát..........................................................................................................19
2.5.2.2 Tầng Ozon và hiện tượng suy giảm tầng Ozon ...............................................20
2.5.2.3 Hiệu ứng nhà kính và hiện tượng gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển .................21
2.5.3

Tác nhân lạnh ...................................................................................................21

2.5.3.1 Tác nhân lạnh CFC...........................................................................................21
2.5.3.2 Tác nhân lạnh loại HCFC.................................................................................22
2.5.3.3 Tác nhân lạnh HFC...........................................................................................22
2.6 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống gió tươi ...................................................24
2.6.1

Khái niệm .........................................................................................................24

2.6.2

Các thiết bị của hệ thống. .................................................................................24

2.6.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt AHU và FCU................................................................24
2.6.2.2 Chớp gió ...........................................................................................................25
2.6.2.3 Phin lọc gió.......................................................................................................25
2.6.2.4 Van gió .............................................................................................................25
2.6.2.5 Van chặn lửa.....................................................................................................25
2.6.2.6 Bộ sưởi không khí ............................................................................................26

2.6.2.7 Hộp điều chỉnh lưu lượng.................................................................................26
2.6.2.8 Hộp tiêu âm .....................................................................................................26
2.6.2.9 Miệng thổi, miệng hút ......................................................................................26
2.6.3

Phương pháp thiết kế đường ống gió ...............................................................27

2.6.3.1 Phương pháp giảm dần tốc độ .........................................................................28
v


2.6.3.2 Phương pháp ma sát đồng đều..........................................................................28
2.6.4

Tính toán hệ thống ống gió bằng phương pháp đồ thị .....................................29

2.6.4.1 Khái niệm chung ..............................................................................................29
2.6.4.2 Lựa chọn tốc độ gió đi trong ống .....................................................................30
2.6.4.3 Đường kính tương đương .................................................................................30
2.6.5

Xác định tổn thất áp suất ống gió bằng phương pháp đồ thị............................30

2.6.5.1 Tổn áp suất ma sát ............................................................................................31
2.6.5.2 Tổn thất áp suất cục bộ ....................................................................................31
2.7 Hệ thống gió hồi ..................................................................................................31
2.8 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống nước........................................................32
2.8.1

Chọn nhiệt độ của nước ra vào thiết bị.............................................................32

2.8.2

Tổn thất áp suất của đường ống dẫn nước........................................................33

2.8.2.1 Phương pháp dựa theo việc xác định hệ số trở kháng......................................33
2.8.2.2 Xác định tổn thất áp suất theo phương pháp đồ thị .........................................34
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN. ............................................35
3.1 Phương pháp .........................................................................................................35
3.2 Phương tiện ...........................................................................................................36
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. ............................................................37
4.1 Mô tả đặc điểm công trình. ...................................................................................37
4.2 Phân tích chọn phương án điều hòa không khí.....................................................39
4.3 Tính toán phụ tải lạnh ..........................................................................................41
4.3.1

Nhiệt hiện bức xạ qua kính...............................................................................41

4.3.2

Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ không khí
giữa bên ngoài và bên trong. ............................................................................43

4.3.3

Nhiệt hiện truyền qua vách...............................................................................43

4.3.4

Nhiệt hiện truyền qua nền. ...............................................................................45

4.3.5

Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng......................................................................45

4.3.6

Nhiệt hiện tỏa do máy móc...............................................................................45

4.3.7

Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa. .........................................................................46

4.3.8

Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào. ...........................................................46

4.3.9

Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt. ..............................................................................47

4.3.10 Các nguồn nhiệt khác. ......................................................................................47
4.3.11 Xác định phụ tải lạnh........................................................................................47
vi


4.4 Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí.................................................48
4.5 Tính toán và chọn các thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí. ........................48
4.6 Tính toán thiết kế hệ thống phân phối gió lạnh ....................................................50
4.6.1

Phương pháp thiết kế:.......................................................................................50

4.6.2

Chọn thiết bị cho đường ống gió tầng 1 ...........................................................50

4.6.3

Tính toán tổn thất áp suất .................................................................................50

4.6.3.1

Xác định tiết diện của các đoạn ống: ...........................................................51

4.6.3.2

Tổn thất áp suất ............................................................................................52

4.7 Hệ thống gió hồi ...................................................................................................54
4.8 Tính toán thiết kế hệ thống nước lạnh ..................................................................54
4.8.1

Chọn sơ đồ hệ thống ống dẫn nước..................................................................54

4.8.2

Xác định đường kính ống dẫn nước lạnh .........................................................56

4.8.2.1

Đường kính ống nước qua AHU tầng 1.......................................................56

4.8.2.2

Đường kính ống chính qua bình bốc hơi .....................................................56

4.8.3

Đường kính ống nước qua bình ngưng.............................................................57

4.8.4

Xác định tổn thất áp suất trong hệ thống ống dẫn nước lạnh...........................58

4.8.4.1

Tổn thất áp suất do ma sát............................................................................58

4.8.4.2

Tổn thất áp suất cục bộ ................................................................................58

4.8.4.3

Tổn thất áp suất trên các thiết bị Water Chiller và bình bay hơi .................62

4.8.5

Xác định tổn thất áp suất trong hệ thống ống nước tháp giải nhiệt..................62

4.9 Chọn bơm .............................................................................................................64
4.9.1

Cho hệ thống nước lạnh ...................................................................................64

4.9.2

Cho hệ thống nước giải nhiệt ..........................................................................64

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ..................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AHU

Air Handling Unit, Buồng xử lý không khí

BF

Bypass factor, Hệ số đi vòng

CFC

Chlorofluorocarbons

ESHF

Effective Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng

FCU

Fan Coil Unit, Dàn trao đổi nhiệt

GSHF

Grand Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện tổng

GWP

Global Warming Potential, Hệ số đánh giá khả năng gây
hiệu ứng nhà kính

HCFC

Hydrochlorofluorocarbons

HFC

Hydroflourocarbons

ODP

Ozone Depletion Potential, Hệ số đánh giá khả năng phá
hủy tầng Ozon

RSHF

Room Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện phòng

SHF

Sensible Heat Factor, Hệ số nhiệt hiện

VAV

Variable Air Volume, Điều chỉnh lưu lượng không khí

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 1 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí. ................. 3
Hình 2 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước kết hợp không
khí................................................................................................................... 4
Hình 3 – Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp và các hệ số. ............................................................... 13
Hình 4 – Chu trình máy lạnh 1 cấp................................................................................ 17
Hình 5 – Đồ thị logp-i của chu trình máy lạnh một cấp................................................ 17
Hình 6 – ODP và GWP của một số tác nhân lạnh......................................................... 23
Hình 7 – Hiệu suất và thời gian tồn tại của một số tác nhân lạnh. ................................ 23
Hình 8 – Các thiết bị lắp trên đường ống gió. ............................................................... 27
Hình 9 – Sơ đồ ống nước loại quay về trực tiếp (trái) và không trực tiếp (phải)........ 32
Hình 10 – Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier .................. 36
Hình 11 – Mô hình tòa nhà............................................................................................ 37
Hình 12 – Sơ đồ miệng gió tầng 1 – 12........................................................................ 51

Hình 13 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa không khí có hệ nước lạnh loại quay về
không trực tiếp và giải nhiệt bằng nước....................................................... 55

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1 – Tổng kết sơ bộ phụ tải lạnh............................................................................ 40
Bảng 2 – Thông số các điểm nút chu trình................................................................... 49
Bảng 3 – Tiết diện ống nhánh và cỡ ống....................................................................... 52
Bảng 4 – Chiều dài tương đương hệ thống gió tươi tầng 1. .......................................... 53
Bảng 5 – Tổn áp cục bộ của hệ thống gió tươi tầng 1 – 12........................................... 53
Bảng 6 – Tổng kết phụ tải lạnh và chọn AHU .............................................................. 65

x


DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC
Phụ lục 1.1 –

Lượng nhiệt bức xạ tức thời.

Phụ lục 1.2 –

Lượng nhiệt bức xạ qua kính Q11.

Phụ lục 2 –

Nhiệt hiện truyền qua vách Q22.

Phụ lục 3.1 –

Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q31.

Phụ lục 3.2 –

Nhiệt hiện tỏa do máy móc Q32.

Phụ lục 4 –

Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q4.

Phụ lục 5 –

Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt Q5h và Q5â.

Phụ lục 6 –

Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi QhN và QâN.

Phụ lục 7 –

Kết quả tính toán phụ tải lạnh.

Phụ lục 8 –

Các hệ số của sơ đồ điều hòa không khí.

Phụ lục 9 –

Lưu lượng, nhiệt độ không khí vào và ra khỏi coil.

Phụ lục 10.1 – Sơ đồ bố trí miệng phân phối gió tầng trệt.
Phụ lục 10.2 – Sơ đồ bố trí miệng phân phối gió tầng lửng.
Phụ lục 10.3 – Sơ đồ bố trí miệng phân phối gió tầng thượng.
Phụ lục 11.1 – Tiết diện ống nhánh và cỡ ống gió tươi tầng trệt
Phụ lục 11.2 – iết diện ống nhánh và cỡ ống gió tươi tầng lửng
Phụ lục 11.3 – Tiết diện ống nhánh và cỡ ống gió tươi tầng thượng
Phụ lục 12.1 – Chiều dài tương đương ống gió tươi tầng trệt
Phụ lục 12.2 – Chiều dài tương đương ống gió tươi tầng lửng
Phụ lục 12.3 – Chiều dài tương đương ống gió tươi tầng thượng
Phụ lục 13.1 – Tổn thất áp suất cục bộ hệ thống gió tươi tầng trệt.
Phụ lục 13.2 – Tổn thất áp suất cục bộ hệ thống gió tươi tầng lửng
Phụ lục 13.3 – Tổn thất áp suất cục bộ hệ thống gió tươi tầng thượng
Phụ lục 14 –

Tổng kết tổn thất áp suất hệ thống gió tươi

Phụ lục 15 –

Tổn thất áp suất hệ thống gió hồi

Phụ lục 16 –

Đường kính ống nước lạnh qua AHU

Phụ lục 17 –

Đường kính các đoạn ống dẫn nước lạnh chính

Phụ lục 18 –

Tổn thất áp suất do ma sát của ống nước lạnh

Phụ lục 19 –

Catalogue AHU của Trane
xi


Phụ lục 20 –

Catalogue Water chiller của Reetech

Phụ lục 21.1 – Catalogue tháp giải nhiệt của Liang Chi (thông số cơ bản)
Phụ lục 21.2 – Catalogue tháp giải nhiệt của Liang Chi (yêu cầu của nền bê tông)
Phụ lục 21.3 – Catalogue tháp giải nhiệt của Liang Chi (dòng chảy và sơ đồ lựa chọn
nhiệt độ)

xii


Chương 1
MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu về kỹ thuật lạnh
nói chung và điều hòa không khí nói riêng đang gia tăng mạnh mẽ. Có thể nói, hầu
như trong tất cả các cao ốc văn phòng, khách sạn, bệnh viện, phân xưởng sản xuất,…
đã và đang được xây dựng đều có trang bị hệ thống điều hòa không khí nhằm tạo ra
môi trường dễ chịu và tiện nghi cho người sử dụng.

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế lớn nhất của nước ta. Cùng với sự
mở cửa liên doanh liên kết với nước ngoài, các dịch vụ thương mại và du lịch phát
triển mạnh với sự hình thành hàng loạt các trung tâm văn hóa và giao dịch quốc tế, đòi
hỏi sử dụng rất nhiều kỹ thuật điều hòa không khí. Việc thiết kế hệ thống điều hòa
không khí của các tòa cao ốc là một việc làm phức tạp, đòi hỏi phải phối hợp với nhiều
hạng mục khác, phải đáp ứng đầy đủ những yêu cầu về kỹ thuật, thẩm mỹ, tiện nghi,
kinh tế và môi trường.
Nhằm tổng hợp kiến thức đã học, so sánh, kiểm nghiệm với thực tế chúng tôi
thực hiện đề tài : “Tính toán và thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho văn phòng
cho thuê NHAVIET PLAZA”, tại 27 Đinh Bộ Lĩnh, phường 24, quận Bình Thạnh,
TP.HCM. Do kiến thức còn ít và thời gian có hạn chúng tôi đặt ra mục tiêu cụ thể sau:
1. Tổng quan: cơ sở lí thuyết, mô tả đặc điểm công trình.

(chung)

2. Xác định phụ tải lạnh.

(chung)

3. Tính toán và chọn thiết bị cho hệ thống.

(chung)

4. Tính toán thiết kế hệ thống phân phối gió.

(Nhàn)

5. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn nước.

(Phú)

1


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu một số phương pháp điều hòa không khí (Chương 2 [5])
Có nhiều cách khác nhau để phân loại hệ thống điều hòa không khí, dưới đây
chúng tôi giới thiệu cách phân loại theo chất tải lạnh.
2.1.1

Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải
lạnh gồm các loại sau:
− Máy điều hòa loại cửa sổ.
− Máy điều hòa kiểu 2 mảng rời (Slip Type).
− Máy điều hòa nguyên cụm (Packaged Unit).
− Máy điều hòa loại VRV.
Hệ thống điều hòa không khí này thường dùng cho các không gian điều hòa có

kích thước vừa và nhỏ, phụ tải nhỏ và yêu cầu kỹ thuật không cao lắm, vì vậy không
thích hợp cho tòa cao ốc có quy mô lớn như NHAVIET PLAZA.
2.1.2

Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí
Hệ thống này hoàn toàn dùng chất tải lạnh là không khí làm chất trung gian để

chuyển tải lạnh. Hệ thống bao gồm một máy lạnh trung tâm có năng suất lớn, dẫn gió
lạnh đến không gian điều hòa bằng hệ thống ống dẫn. Không khí tươi ngoài trời được
hòa trộn với không khí hồi theo một tỷ lệ yêu cầu, qua bộ lọc, coil lạnh và đi vào

đường cấp gió.

2


12
11

1
2

10
3
9

8
7

4
6

5

Hình 1 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là không khí
1 – Không gian cần điều hòa.

7 – Bơm nước lạnh.

2 – Đường ống đi.

8 – Thiết bị cung cấp môi chất nóng.

3 – AHU.

9 – Đường hút gió tươi.

4 – Tháp giải nhiệt.

10 – Điều chỉnh lượng gió hồi.

5 – Bơm nước giải nhiệt bình ngưng.

11 – Đường gió hồi.

6 – Máy lạnh.

12 – Điều chỉnh lượng gió thải.

− Ưu điểm:
Thích hợp cho không gian điều hòa có phụ tải lớn.
Khả năng cải thiện điều kiện môi trường trong không gian cần điều hòa, độ ô
nhiễm của không khí giảm đáng kể, khả năng khử mùi tốt.
− Nhược điểm:
Hệ thống ống dẫn không khí choán chỗ khá lớn.
Không thích hợp cho gian điều hòa bao gồm nhiều không gian riêng biệt khác
nhau, có mức độ cấu trúc phức tạp, độ cao và độ xa khá lớn.
2.1.3

Hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước
Trong hệ thống này, nước đóng vai trò làm chất tải lạnh, AHU được đặt ngay

trong không gian điều hòa với kích thước tương đối nhỏ.
− Ưu điểm:
Tiết kiệm không gian, giảm khó khăn trong lắp đặt.
3


Thích hợp cho những tòa nhà cao tầng có nhiều không gian riêng biệt, có cấu
trúc phức tạp và có các yêu cầu kỹ thuật không thống nhất.
− Nhược điểm:
Hoàn toàn không có khả năng thực hiện các yêu cầu về thông gió.
Không khử được mùi và hạ thấp mức độ ô nhiễm của không khí.
2.1.4

Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh
Phương án này thường được các nhà thiết kế sử dụng nhằm phát huy ưu điểm

của từng phương án riêng biệt và hạn chế nhược điểm của chúng.
1

3

2

4
5

10 11 12 13

9

8
6
7

Hình 2 – Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí với chất tải lạnh là nước kết hợp
không khí.
1 - Điều chỉnh lưu lượng gió thải;

8 - Thiết bị cấp môi chất nóng;

2 - Quạt đường gió hồi và thải;

9 - Đường hút gió tươi;

3 - Đường gió hồi;

10 - Điều chỉnh lưu lượng gió tươi;

4 - Không gian cần điều hòa;

11 - Bộ lọc (Filter);

5 - FCU (Fan Coil Unit);

12 - Coil lạnh.

6 - Tháp giải nhiệt;

13 - Quạt cấp;

7 - Cụm máy lạnh (Water chiller);
4


=> Tóm lại, với đặc điểm của không gian điều hòa đang khảo sát, ta chọn
phương án thiết kế là hệ thống điều hòa không khí sử dụng chất tải lạnh là không khí,
giải nhiệt bằng nước.
2.2 Tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier (Chương 4 [8])
Phụ tải lạnh bao gồm các phụ tải lạnh thành phần sau:
Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11.
Nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ
giữa không khí bên ngoài và bên trong không gian điều hòa Q2.
− Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ Q21.
− Nhiệt hiện truyền qua vách Q22.
− Nhiệt hiện truyền qua nền Q23.
Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng và các loại máy móc khác Q3.
− Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q31.
− Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q32.
Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q4.
Nhiệt do gió tươi mang vào QN.
− Nhiệt hiện do gió tươi mang vào QhN.
− Nhiệt ẩn do gió tươi mang vào QâN.
Nhiệt do gió lọt Q5.
− Nhiệt hiện do gió lọt Q5h.
− Nhiệt ẩn do gió lọt Q5â.
Các nguồn nhiệt khác Q6.
2.2.1

Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11.

Bức xạ qua kính là rất phức tạp, không đồng thời và khó xác định chính xác.

Biểu thức sau đây chỉ để xác định gần đúng theo kinh nghiệm nhiệt bức xạ qua kính:
Q11 = nt .Q11' , W

(2.1)

nt – hệ số tác dụng tức thời (xem bảng 4.6 – 4.8), nt = f(gs) trong đó gs là
mật độ (khối lượng riêng) diện tích trung bình của toàn bộ kết cấu bao
che vách, tầng, sàn. Giá trị gs được xác định như sau:
5


gs =

G ' + 0,5G ''
, kg/m2
Fs

(2.2)

G’ – khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn
nằm trên mặt đất, kg.
G” – khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và
của sàn không nằm trên mặt đất, kg.
Fs – diện tích sàn, m2.
Q11' - lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng.
Q11' = F .RT .ε c .ε đs .ε mm .ε kh .ε m .ε r W

(2.3)

F – diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung kim loại, m2.
RT – nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng, W/m2 (xem bảng
4.2).
εc – hệ số ảnh hưởng độ cao so với mặt nước biển, tính theo công thức:
ε c = 1+

H
.0,023
1000

(2.4)

εds – hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sương
của không khí quan sát so với nhiệt độ đọng sương của không khí ở
trên mặt nước biển là 200C, xác định bởi công thức:
ε đs = 1 −

(t s − 20)
.0,13
10

(2.5)

εmm – hệ số ảnh hưởng của mây mù, khi trời không mây, εmm = 1, khi trời có
mây εmm = 0,85.
εkh – hệ số ảnh hưởng của khung, khung gỗ lấy εkh = 1, khung kim loại lấy
εkh = 1,17.
εm – hệ số kính, phụ thuộc vào màu sắc và loại kính, khác với kính cơ bản
(xem bảng 4.3).

εr – hệ số mặt trời, kể dến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên
trong kính (xem bảng 4.4), khi không có màng che εr = 1.
Nếu khác kính cơ bản và có màn che bên trong, nhiệt bức xạ mặt trời vẫn được
tính theo công thức (2.3), nhưng εr = 1 và RT được thay bằng nhiệt bức xạ vào phòng
khác kính cơ bản RK:
6


Q11' = F .RK .ε c .ε đs .ε mm .ε kh .ε m , W

(2.6)

RK = [0,4.α k + τ k .(α m + τ m + ρ k .ρ m + 0,4.α k .α m )].RN , W/m2

(2.7)

Với:

RN =

RT
, W/m2
0,88

(2.8)

RN – bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính, W.m2.
αk, τk, ρk, αm, τm, ρm – hệ số hấp thụ, xuyên qua, phản xạ của kính và màn
che (bảng 4.3).
2.2.2

Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do chênh lệch nhiệt độ Q21
Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, mái dần dần nóng lên do hấp thụ nhiệt. Một

phần lượng nhiệt hấp thụ tỏa ngay vào không khí ngoài trời bằng đối lưu và bức xạ.
Một phần truyền qua kết cấu mái vào trong không gian điều hòa và tỏa vào lớp không
khí trong phòng cũng bằng đối lưu và dẫn nhiệt.
Việc xác định chính xác lượng nhiệt này cũng như việc xác định độ trễ, cường
độ, thời diểm đạt cực đại là khá phức tạp. Trong kỹ thuật điều hòa không khí, người ta
tính toán gần đúng theo biểu thức quen thuộc:
Q21 = k .F .Δt tđ , W

(2.9)

Q21 – dòng nhiệt đi vào không gian điều hòa do sự tích nhiệt của các kết cấu
mái và do độ chênh lệch nhiệt độ của không khí giữa bên ngoài và bên
trong.
k – hệ số truyền nhiệt qua mái, phụ thuộc vào kết cấu và vật liệu làm mái,
tra theo bảng 4.9.
Δttđ – hiệu nhiệt độ tương đương.
Δt tđ = (t N − tT ) +
RN =

RT
0,88

ε s .RN
αN

(2.10)

(2.11)

εs – hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời của một số dạng bề mặt giới hạn (xem
bảng 4.10).
2.2.3

Nhiệt hiện truyền qua vách Q22
7


Nhiệt truyền qua vách cũng gồm hai thành phần:
− Do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài trời và trong nhà.
− Do bức xạ mặt trời vào tường, tuy nhiên phần này coi như bằng không
khí tính toán.
Ở đây vách được định nghĩa là toàn bộ bao che gồm tường, cửa ra vào, cửa
sổ…
Nhiệt truyền qua vách cũng được tính bởi biểu thức quen thuộc:
Q22 = k i Fi Δt = Q22t + Q22 c + Q22 k

(2.12)

Q22i – nhiệt truyền qua tường, cửa ra vào, cửa sổ …
ki – hệ số truyền nhiệt tương ứng của tường, cửa, kính, W/m2K.
Fi – diện tích tường, cửa, kính tương ứng, m2.
2.2.3.1 Hệ số truyền nhiệt qua tường
Hệ số nhiệt truyền qua tường được xác định bằng biểu thức:
k=

1

δ
1
+∑ i +
αN
λi α T
1

, W/m2K.

(2.13)

αN = 20 W/m2K – hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp với
không khí bên ngoài. αN = 10 W/m2K khi tường tiếp xúc gián tiếp với
không khí bên ngoài.
αT = 10 W/m2K – hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà.
δi – độ dày lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, m.
λi – hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, W/mK (bảng
4.11).
2.2.3.2 Nhiệt truyền qua cửa ra vào
Q22c = k.F.Δt, W.
F – diện tích cửa, m2.
Δt – hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà tN – tT, K.
k – hệ số truyền nhiệt qua cửa, W/m2K (bảng 4.12).
2.2.3.3 Nhiệt truyền qua kính cửa sổ
Biểu thức chung để tính vẫn là:
8

(2.14)

Q22k = k.F.Δt, W.

(2.15)

F – diện tích cửa sổ, m2.
K – hệ số truyền nhiệt qua kính, W/m2K (bảng 4.13).
2.2.4

Nhiệt hiện truyền qua nền Q23
Nhiệt truyền qua nền cũng được tính theo công thức:
Q23 = k.F.Δt , W

(2.16)

F – diện tích sàn, m2.
Δt = tN – tT: hiệu nhiệt độ bên ngoài và bên trong.
k – hệ số truyền nhiệt qua sàn hoặc nền, W/m2K (xem bảng 4.15).
Có thể xảy ra 3 trường hợp:
− Sàn đặt ngay trên mặt đất: lấy k của sàn bê tông dày 300mm, Δt = tN – tT.
− Sàn đặt trên tầng hầm hoặc phòng không điều hòa: Δt =0,5( tN – tT),
nghĩa là tầng hầm hoặc phòng không điều hòa có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình
giữa bên ngoài và bên trong.
− Sàn giữa 2 phòng điều hòa Q23 = 0.
2.2.5

Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q31

Có hai loại đèn dùng để chiếu sáng là đèn dây tóc và đèn huỳnh quang.
Đối với đèn dây tóc:
Q = ∑N , W

(2.17)

Đối với đèn huỳnh quang (đèn ống) phải nhân thêm hệ số 1,25 với công suất
ghi trên đèn:
Q = ∑1,25.N , W

(2.18)

N – tổng công suất ghi trên bóng đèn.
Nhiệt tỏa do chiếu sáng cũng gồm 2 thành phần: bức xạ và đối lưu. Phần bức xạ
cũng bị kết cấu bao che hấp thụ nên nhiệt tác động lên tải lạnh cũng nhỏ hơn trị số tính
toán được:
Q31 = nt.nđ.Q , W
Q – tổng nhiệt tỏa do chiếu sáng.
nt – hệ số tác dụng tức thời của đèn chiếu sáng (xem bảng 4.8).
9

(2.19)


nđ – hệ số tác dụng đồng thời, chỉ dùng cho các tòa nhà và các công trình
điều hòa không khí lớn, các công trình khác nđ = 1.
− Đối với công sở: nđ = 0,7 ÷ 0,85.
− Đối với nhà cao tầng, khách sạn: nđ = 0,3 ÷ 0,5.
− Đối với cửa hàng bách hóa: nđ = 0,9 ÷ 1.
2.2.6

Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q32
Nhiệt hiện tỏa ra do máy và các dụng cụ dùng điện như tivi, radio, máy tính,

máy sấy tóc, bàn là … trong gia đình hoặc văn phòng là các loại không dùng động cơ
điện có thể tính như nguồn nhiệt của đèn chiếu sáng:
Q32 = ΣNi, W.

(2.20)

Ni – công suất ghi trên dụng cụ, W.
Nhiệt tỏa ra do máy móc dùng động cơ điện như quạt gió trong hệ thống ống
gió hoặc trong các phân xưởng sản xuất như máy dệt, máy kéo sợi, máy in, máy cuốn
thuốc lá, máy chế biến chè… sẽ được chia ra 3 trường hợp để tính toán như sau:
Động cơ điện và máy móc nằm trong không gian điều hòa với công suất định
mức N, và hiệu suất động cơ η đầy tải, thì toàn bộ điện năng cung cấp cho động cơ
đều biến thành nhiệt nên:
Q32 =

N

η

, W.

(2.21)

Động cơ nằm ngoài còn máy được động cơ dẫn động nằm trong không gian
điều hòa thì nhiệt tỏa ra trong phòng chính bằng công suất định mức:
Q32 = N, W

(2.22)

Động cơ điện nằm trong phòng điều hòa còn máy được dẫn động nằm ngoài
nhiệt tỏa ra trong phòng chỉ là:
Q32 =

N

η

− N , W.

(2.23)

Các biểu thức tính Q32 ở trên là dùng cho động cơ hoạt động liên tục, nếu không
hoạt động liên tục thì phải xác định thời gian hoạt động. Dòng nhiệt tỏa có thể lấy
bằng Q32 đã tính ở trên nhân với thời gian làm việc của động cơ và chia cho tổng thời
gian điều hòa trong ngày.
10


2.2.7

Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q4
Nhiệt hiện do người tỏa vào phòng chủ yếu bằng đối lưu và bức xạ, được xác

định theo biểu thức:
Q4h = n.qh , W

(2.24)

n – số người ở trong phòng điều hòa (bảng 4.17).

qh – nhiệt hiện tỏa ra từ một người, W/người (bảng 4.18).
Ngoài ra trường hợp quá đông đúc như vũ trường, hội trường, rạp hát, rạp chiếu
bóng, …phải nhân thêm hệ số tác động tức thời nt (bảng 4.8).
Đối với các tòa nhà lớn cần nhân thêm hệ số tác dụng không đồng thời nđ:
Nhà cao tầng, công sở: nđ = 0,75 ÷ 0,9.
Nhà cao tầng khách sạn: nđ = 0,8 ÷ 0,9.
Cửa hàng bách hóa: nđ = 0,8 ÷ 0,9.
Nhiệt ẩn do người tỏa được xác định theo biểu thức:
Q4â = n.qâ , W

(2.25)

n – số người trong phòng điều hòa.
qâ – nhiệt ẩn tỏa ra từ một người, W/người (bảng 4.18).
2.2.8

Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào QhN và QâN
Phòng điều hòa luôn phải được cung cấp một lượng gió tươi để đảm bảo đủ oxy

cần thiết cho người ở trong phòng. Do gió tươi có trạng thái ngoài trời N với enthalpy
IN, nhiệt độ tN và ẩm dung dN lớn hơn không khí trong nhà, nên khi đưa vào phòng ,
gió tươi sẽ tỏa ra một lượng nhiệt hiện QhN và nhiệt ẩn QâN, được tính bởi biểu thức
sau:
QhN = 1,2.n.l.(tN – tT) , W

(2.26)

QâN = 3,0.n.l.(dN – dT) , W

(2.27)

dN, dT - ẩm dung của gió ở trạng thái ngoài trời và trong phòng.
n – số người trong phòng điều hòa.
l – lượng không khí tươi cần cho một người trong 1 giây, L/s ( bảng 4.19).
2.2.9

Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt Q5h và Q5â

11


Không gian điều hòa được làm kín để chủ động kiểm soát được lượng gió tươi
cấp vào nhằm tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn có hiện tượng rò lọt không khí qua khe
cửa sổ, cửa ra vào và khi mở cửa cho người ra vào. Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt được
xác định theo biểu thức:
Q5h = 0,39.ξ.V.(tN – tT) , W

(2.28)

Q5â = 0,84.ξ.V.(dN – dT) , W

(2.29)

V – thể tích phòng, m3.
ξ – hệ số kinh nghiệm, xác định theo bảng 4.20
2.2.10 Các nguồn nhiệt khác Q6
Ngoài các nhiệt đã nêu ở trên, còn có các nguồn nhiệt khác ảnh hưởng tới phụ
tải lạnh: hàng hóa bán thành phẩm; nhiệt tỏa ra từ quạt và các đường ống gió…Ở đây,
chúng tôi chỉ tính nhiệt do quạt và tổn thất do độ chênh lệch nhiệt độ của đường ống
gió.

2.2.10.1 Lượng nhiệt không khí hấp thụ khi đi qua quạt
Khi đi qua quạt, không khí bị nóng lên do hấp thụ lượng nhiệt tỏa ra từ quạt.
Lượng nhiệt này chính là một phần năng lượng điện cung cấp cho quạt biến đổi thành.
Độ tăng nhiệt độ Δt của dòng không khí được xác định gần đúng theo biểu thức:
Δt = 0,0078 H .

1 −η

η

,K

(2.30)

H – cột áp của quạt gió, mm H2O.
η – hiệu suất của quạt.
2.2.10.2 Nhiệt tổn thất qua ống gió
Ống gió được cách nhiệt và cách ẩm, tuy nhiên có sự chênh lệch nhiệt độ giữa
bên trong và bên ngoài ống nên phải có tổn thất nhiệt. Lượng nhiệt tổn thất Q được
tính theo biểu thức:
Q = k.F.Δt, W

(2.31)

k – hệ số truyền nhiệt, W/m2K, được tính theo biểu thức:
k=

1

δ

1
+∑ i +
αN
λi α T
1

12

, W/m2K

(2.32)