Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống điều hòa không khí

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~

LẠI HOÀI NAM

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA VIỆC
ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG VÀO AHU
TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ

Chun ngành : Cơng nghệ Nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2008


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
Ngày …… tháng …… năm 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
----------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LẠI HOÀI NAM

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh:

07-01-1983

Nơi sinh:Quảng Bình

Chun ngành:

Cơng Nghệ Nhiệt

Khóa:

2006

1. TÊN ĐỀ TÀI:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG
ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG VÀO AHU TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU
HỒ KHƠNG KHÍ.
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
• Nghiên cứu khảo sát tài liệu về công nghệ ĐHKK, ống nhiệt trọng trường và
khả năng ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào hệ thống ĐHKK.
• Trình bày cơ sở lý luận và tính hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi ứng dụng ống
nhiệt trọng trường vào AHU.
• Chế tạo mơ hình kết hợp ống nhiệt trọng trường vào AHU.
• Tiến hành thực nghiệm đo đạc thơng số trên mơ hình.
• Đánh giá kết quả, rút ra những nhận xét, kết luận.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

18-02-2008

4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

20-11-2008

5. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tôi cũng xin gửi lời
cảm ơn chân thành đến:
1. PGS. TS Lê Chí Hiệp là thầy giáo trực tiếp hướng dẫn tơi trong suốt
q trình thực hiện luận văn, cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ, đưa ra
những ý kiến nhận xét và những lời góp ý chân thành.
2. Các thầy trong bộ mơn Công nghệ Nhiệt lạnh, trường Đại học Bách
khoa Tp. HCM đã tận tình giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến sâu sắc về
chuyên môn.
3. Các anh chị em đồng nghiệp, đồng môn đã động viên, giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

TP. HCM, tháng 11 năm 2008

Lại Hoài Nam


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Ống nhiệt đã được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhưng trong
lĩnh vực điều hồ khơng 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 khơng khí. Luận văn đã
làm rõ những đặc tính của hệ thống điều hồ khơng khí khi kết hợp sử dụng ống
nhiệt trọng trường như sau:
Tăng khả năng hấp thụ tải nhiệt ẩn của khơng khí so với hệ thống thông
thường.
Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật tương tự như hệ thống điều hồ khơng
khí sử dụng thiết bị gia nhiệt bằng điện trở.
Trên cơ sở những thông số đo đạc tại mơ hình thí nghiệm, các kết quả tính
tốn lý thuyết và đặc tính hoạt động của hệ thống điều hồ khơng 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 tốn để có thể xác định được các thông số liên quan
giữa ống nhiệt và q trình biến đổi của khơng khí tuần hồn trong hệ thống.


MỤC LỤC
Trang
Nhiệm vụ luận văn
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận văn
Mục lục
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 ngồi 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 tốn 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 tốn ống nhiệt trọng trường ......................................................... 25
3.4.3 Tính tốn trở lực khi lắp đặt ống nhiệt trọng trường cho hệ thống...... 32
3.4.4 Phần mềm hỗ trợ tính tốn, thiết kế ống nhiệt trọng trường cho
hệ thống ............................................................................................... 33
3.4.4.1 Mô tả ống nhiệt sử dụng trong hệ thống .................................... 33
3.4.4.2 Cơ sở lý thuyết ........................................................................... 33
3.4.4.3 Phần mềm hỗ trợ tính tốn ........................................................ 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 mơ 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: Thơng 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: Thơng số trạng thái của khơng khí khi qua hệ thống có ống nhiệt khơng
nạp mơi 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 thơng số trạng thái của khơng khí trong hệ thống
khi ống nhiệt khơng nạp mơi chất

Bảng 4.7: Giá trị trung bình thơng số đo đạc tại các lần đo khi hệ thống sử dụng
chùm ống nhiệt có nạp mơi chất
Bảng 4.8: Thơng số trạng thái khơng khí trong hệ thống xác định bằng lý thuyết


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 3.1: Ngun lý làm việc của sơ đồ thẳng
Hình 3.2: Nguyên lý làm việc của sơ đồ tuần hồn một cấp
Hình 3.3: Ngun lý làm việc của sơ đồ tuần hồn 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 khơng khí khi hệ thống có sử dụng thiết bị gia
nhiệt bằng điện trở
Hình 3.6: Thay đổi trạng thái của khơng 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 khơng khí trong hệ
thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường và hệ thống thơng thường
Hình 3.9: Đồ thị t – d biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của khơng 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, cơng 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: Thơng số của ống nhiệt
Hình 3.15: Sơ đồ khối của chương trình tính tốn
Hình 3.16: Giao diện phần mềm hỗ trợ tính tốn
Hình 3.17: Kết quả tính tốn bằng phần mềm hỗ trợ tính tốn

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 khơng khí khi qua phần sơi của chùm ống nhiệt
Hình 4.5: Thay đổi nhiệt độ của khơng khí khi qua phần sơi của chùm ống nhiệt
Hình 4.6: Thay đổi nhiệt độ của khơng khí khi qua phần ngưng của chùm ống nhiệt
Hình 4.7: Thay đổi độ ẩm của khơng khí khi qua phần ngưng của chùm ống nhiệt
Hình 4.8: Tương quan giá trị nhiệt độ của khơng 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 khơng khí sau khi ra khỏi phần sơi của
chùm ống nhiệt giữa lý thuyết và thực nghiệm
Hình 4.10: Tương quan giá trị nhiệt độ của khơng 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 khơng 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 khơng 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 khơng 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:

Luận văn thạc sĩ

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 hồ khơng 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 cơng 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 hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc
ứng dụng ống nhiệt trọng trường vào AHU trong các hệ thống Điều Hồ Khơng
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 hồ khơng khí có sự
kết hợp giữa AHU và ống nhiệt trọng trường.
1.4 Giới hạn nghiên cứu
Đề tài “Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt
trọng trường vào AHU trong các hệ thống Điều Hồ Khơng Khí” chỉ ứng dụng cho
những khơng gian điều hồ có tải nhiệt ẩn cao, những khơng gian điều hịa u cầu
điều chỉnh độ ẩm, những khơng gian điều hồ u cầu gia nhiệt khơng khí sau khi
làm lạnh, cụ thể là những khơng gian điều hịa sau: phịng bào chế dược liệu, phòng

sản xuất thiết bị điện tử, phòng mỗ, phòng máy tính …

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


2

Chương 2:

Luận văn thạc sĩ

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi 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, hố chất, cơng 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 khơng chỉ ở lĩnh vực
điều hồ khơng khí mà cịn ở nhiều lĩnh vực khác.
2.2 Cơ sở lý luận của đề tài
Đối với những không gian điều hịa 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 khơng gian điều hịa u cầu gia nhiệt khơng khí sau khi ra
khỏi dàn lạnh, những khơng gian điều hồ có u cầu cao về sự chính xác của nhiệt
độ và độ ẩm, địi hỏi phải điều chỉnh cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm trong khơng
gian điều hịa. Muốn thực hiện được điều này, phải điều chỉnh được trạng thái
khơng 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 khơng 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 cơng 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 hịa có tải nhiệt ẩn
cao. Hoặc có thể thay đổi trạng thái của khơng khí vừa ra khỏi dàn lạnh đối với

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


3

Luận văn thạc sĩ

những khơng gian điều hịa có u cầu chính xác về nhiệt độ và độ ẩm, những
khơng gian điều hồ cần gia nhiệt khơng 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 khơng gian điều hịa có tải nhiệt ẩn cao cũng như trong
các khơng gian điều hịa có u cầu cao về sự chính xác của nhiệt độ và độ ẩm,

những khơng gian điều hồ cần gia nhiệt khơng khí sau khi ra khỏi dàn lạnh mà
khơng 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 hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc ứng dụng ống nhiệt
trọng trường vào AHU trong các hệ thống Điều Hồ Khơng Khí”, bên cạnh những
nghiên cứu, đánh giá về lý thuyết, tác giả sẽ trình bày thêm phần thực nghiệm dựa
trên mơ hình thiết kế, chế tạo thực tế, căn cứ vào đó sẽ có những nhận xét, đánh giá
cụ thể hơn.

HVTH: Lại Hoài Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


4

Chương 3:

Luận văn thạc sĩ

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Khái quát về hệ thống ĐHKK
Khơng khí, nguồn dưỡng khí khơng 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 thơng số
đặc trưng của khơng 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
khơng 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 khơng cịn là một mơ ước đối
với chúng ta.
Ngày nay, điều hồ tiện nghi khơng thể thiếu được trong các tồ nhà, khách
sạn, văn phịng, 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 ơ tơ, tàu hoả …
Điều hồ cơng 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
cơng nghệ như trong các ngành dệt, sợi, in ấn, điện tử, viễn thơng, 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
Thơng số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động. (phụ lục 1 –
TCVN 5687 – 1992).
Bảng 3.1: Thơng số vi khí hậu tối ưu thích ứng với các trạng thái lao động
Mùa đơng

Trạng thái lao động

Nghỉ ngơi

HVTH: Lại Hoài Nam

Mùa hè

t, oC

ϕ, %

ω, m/ s

t, oC

ϕ, %

ω, m/ s

20 ÷ 24

55 ÷ 70

0,1 ÷ 0,3

24÷ 27

55 ÷ 70

0,3 ÷ 0,5

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


5

Luận văn thạc sĩ

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 khơng khí ta có thể tiến hành theo các sơ đồ ĐHKK
sau:
* Sơ đồ thẳng

Cịn gọi là sơ đồ khơng tuần hồn, là sơ đồ mà khơng khí ngồi trời sau khi
qua xử lí nhiệt ẩm được cấp vào phịng điều hoà rồi được thải thẳng ra ngoài theo sơ
đồ ngun lí sau:

8

N
1

2

3

O

V'

4

5

9
T

V
6

7

Hình 3.1. Ngun lý làm việc của sơ đồ thẳng

Trạng thái khơng khí:
N: Khơng khí ngồi trời, O: Khơng khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Khơng khí
vừa ra khỏi thiết bị gia nhiệt, V: Khơng khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm),
T: Khơng khí trong phịng.
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. Khơng gian cần điều hồ,
9. Quạt thổi gió.

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


6

Luận văn thạc sĩ

* Sơ đồ tuần hồn một cấp
Khơng khí tuần hồn trong hệ thống theo sơ đồ ngun lý sau:
xả

11
10

9

8

AHU

H

N
1

2

3

V

V'

O
4

T

5

6

7

Hình 3.2. Ngun lý làm việc sơ đồ tuần hồn một cấp
Trạng thái khơng khí:
N: Khơng khí ngồi trời, T: Khơng khí trong phịng, H: Khơng khí hồ trộn,
O: Khơng khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Khơng khí vừa ra khỏi thiết bị gia nhiệt,
V: Khơng 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. Khơng gian cần điều hồ,
9. Quạt gió xả và hồi, 10. Ống gió hồi, 11. Ống gió xả.
* Sơ đồ tuần hồn hai cấp
Khơng khí tuần hồn trong hệ thống theo sơ đồ ngun lý sau:
xả

11

10

9

12

8
AHU

N
1

H1
2

3

V

H2

O
4

5

T

6

7

Hình 3.3. Ngun lý làm việc sơ đồ tuần hoàn hai cấp

HVTH: Lại Hoài Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


7

Luận văn thạc sĩ

Trạng thái khơng khí:
N: Khơng khí ngồi trời, T: Khơng khí trong phịng, H1: Khơng khí hồ trộn cấp
một, H2: Khơng khí hồ trộn cấp hai, O: Khơng khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V: Khơng
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. Khơng gian cần điều hồ,
9. Quạt gió xả và hồi, 10. Ống gió hồi, 11. Ống gió xả, 12. Ống gió tuần hồn cấp 2.

Trong ba sơ đồ trên, tuỳ theo điều kiện và qui trình cơng 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 khơng phức tạp lại có tính kinh tế
cao. Sơ đồ này có thể sử dụng cả ở lĩnh vực điều hồ tiện nghi và cơng nghệ u
cầu xử lí khơng khí kiểu trung tâm.
Để có thể giảm bớt được ẩn số trong q trình tính tốn, đánh giá, tác giả đã
chọn sơ đồ thẳng để phục vụ cho quá trình tính tốn cũng như xây dựng mơ hình
ngun lý hoạt động của hệ thống trong tập luận văn 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

HVTH: Lại Hồi Nam

4 5

T

V

O V'
3

9

6

7

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


8

Luận văn thạc sĩ

Hình 3.4. Giải pháp lắp đặt ống nhiệt trọng trường vào sơ đồ thẳng
Trạng thái khơng khí:
N: Khơng khí ngồi trời, H’: Khơng khí vừa ra khỏi phần sơi của ống nhiệt,
O: Khơng khí vừa ra khỏi dàn lạnh, V’: Khơng khí vừa ra khỏi phần ngưng của ống
nhiệt, V: Khơng khí thổi vào (sau khi xử lí nhiệt ẩm), T: Khơng khí trong phịng.
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. Khơng gian cần điều hồ, 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 khơng khí sau khi ra khỏi dàn lạnh. Hình vẽ dưới đây thể hiện

quá trình biến đổi trạng thái khơng khí khi qua dàn lạnh và qua thiết bị gia nhiệt
bằng điện trở trong hệ thống.
Điện trở
gia nhiệt

Dàn
lạnh

Khơng khí vào

Khơng khí
lạnh ra

Nước ngưng

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

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


9

Luận văn thạc sĩ

nhiệt, khơng khí tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm (độ chứa hơi vẫn không đổi) (t=17oC,
ϕ=80%) và được thổi vào khơng gian cần điều hịa.
3.3.2.2 Hệ thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường
Khi sử dụng ống nhiệt trọng trường, trạng thái khơng 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 khơng khí khi qua dàn lạnh và qua ống nhiệt trọng trường trong hệ thống.
* Sơ đồ nguyên lý

Phần ống nhiệt gia
nhiệt khơng khí

Dàn
lạnh

Phần ống nhiệt làm
lạnh khơng khí
Khơng khí vào

Khơng khí
lạnh ra

Nước ngưng

Hình 3.6: Thay đổi trạng thái của khơng khí khi hệ
thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường
Q trình biến đổi khơng khí trên hình bên được mơ tả như sau :
Khơng khí trước khi vào dàn lạnh sẽ trao đổi nhiệt với môi chất tại phần sơi
của ống nhiệt. Tại đây, khơng 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,

ϕ = 50% đến trạng thái có t = 23oC, ϕ = 65%). Sau khi ra khỏi phần sơi của ống
nhiệt, khơng khí sẽ được thổi vào dàn lạnh. Tại đây, khơng 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, ϕ = 65% đến trạng
thái có t = 14oC, ϕ=95%). Sau khi ra khỏi dàn lạnh, khơng khí sẽ được gia nhiệt khi

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


10

Luận văn thạc sĩ

nhận nhiệt từ môi chất tại phần ngưng của ống nhiệt và biến đổi trạng thái theo q
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, ϕ = 95% đến trạng thái có t =
18oC, ϕ = 75%). Sau khi ra khỏi phần ngưng của ống nhiệt, khơng khí sẽ được thổi
vào khơng gian điều hòa.
Như vậy, với việc kết hợp ống nhiệt trọng trường vào hệ thống, khơng khí
khi thổi vào khơng gian điều hịa 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 khơng 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 (khơng 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%)
Khơng khí ra
(Độ chứa hơi thấp)
Điểm đọng sương của hệ
thống bình thường

Nhiệt hiện (80%)
Khơng 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
HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


11

Luận văn thạc sĩ

Từ sơ đồ trên dễ nhận thấy rằng, đối với hai dàn lạnh có cùng cơng suất, với
việc sử dụng ống nhiệt trọng trường vào hệ thống, khả năng hấp thụ tải nhiệt ẩn
trong không gian điều hồ 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 cơng 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 khơng gian điều hịa 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 khơng khí trước
khi thổi vào khơng gian cần điều hồ) tuỳ trường hợp, sẽ có những khác biệt sau:
* Trường hợp 1: Nếu hai hệ thống có cùng cơng suất lạnh, cùng lưu lượng
gió tuần hồn 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 khơng 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 hồn là G (kg/s), hệ thống cùng khả năng tách ẩm thì:
- Khả năng hấp thu nhiệt thừa trong khơng gian điều hồ của hệ thống không
dùng ống nhiệt sẽ cao hơn.
- Khả năng hấp thu ẩm thừa trong khơng gian điều hồ của hệ thống không
dùng ống nhiệt sẽ thấp hơn.
Căn cứ vào đồ thị t – d biểu diễn quá trình biến đổi của khơng 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.

HVTH: Lại Hoài Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


12

Luận văn thạc sĩ
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 khơng khí trong hệ
thống có sử dụng ống nhiệt trọng trường và hệ thống thông thường.
Trường hợp 1: hai hệ thống có cùng cơng suất lạnh, cùng lưu
lượng gió tuần hồn.
Trường hợp 2: Hai hệ thống khác cơng suất lạnh, cùng lưu
lượng gió tuần hồn, cùng khả năng tách ẩm.

* Xét trường hợp 1:
-

N : Trạng thái khơng khí tươi.

-

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

-

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

-

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

-

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

-

T : Trạng thái khơng khí trong khơng gian điều hịa.

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


13

-

Luận văn thạc sĩ

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

-

Đường N’ – V’ biểu diễn q trình biến đổi của khơng 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 khơng
khí khi qua phần ngưng của ống nhiệt.

-

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

-

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

-

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

Đường nối các điểm N – N’ – V’ – V” – T biểu diễn quá trình biến đổi của
khơng khí khi qua hệ thống có sử dụng ống nhiệt.
Đường nối các điểm N – V – T biểu diễn sự biến đổi khơng khí khi qua hệ

thống không dùng ống nhiệt.
Dựa vào đồ thị ta có thể tính tốn được các đại lượng sau:
Cơng 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 :

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


14

Luận văn thạc sĩ

W11 = G (dN’ – dV’)

, 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 ln 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 ln có: W21 > W22.
* Xét trường hợp 2 :
-

N: Trạng thái khơng khí tươi.

-

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

-

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

-

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

-

T : Trạng thái không khí trong khơng gian điều hịa.

-

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

-

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

-

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

-

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

-

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

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp


15

-

Luận văn thạc sĩ

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

Đường nối các điểm N – N’ – V – V’ – T biểu diễn quá trình biến đổi của
khơng khí khi qua hệ thống có sử dụng ống nhiệt.
Đường nối các điểm N – V – T biểu diễn q trình biến đổi khơng khí khi
qua hệ thống không dùng ống nhiệt.
Dựa vào đồ thị t – d, ta có thể tính tốn được các đại lượng sau:
Cơng 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 q trình biến đổi, ta ln có: Q01 < Q02.
Lượng nhiệt thừa trong khơng gian điều hồ mà hệ thống không dùng ống
nhiệt hấp thu được là:
QT1 = G (IT – IV)

, kW

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

, kW

Theo quá trình biến đổi, ta ln 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 q trình biến đổi, ta ln 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

HVTH: Lại Hồi Nam

GVHD: PGS.TS Lê Chí Hiệp