Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt và điều hòa không khí

anh lưỡng kim thẳng; a2: thanh lưỡng kim uốn cong; 
b: cảm biến kiểu ống và thanh; c: cảm biến kiểu hộp xếp.
- Thanh lưỡng kim (bimetal strip): 
 	Trên hình 3.25a1 là cơ cấu thanh lưỡng kim, được ghép từ 2 thanh kim loại mỏng có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Một đầu của thanh được giữ cố định và đầu kia tự do. Thanh 1 làm từ vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt kém hơn thanh 2. Khi nhiệt độ tăng thanh 2 giãn nở nhiều hơn thanh 1 và uốn cong toàn bộ thanh sang trái. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới giá trị định mức, thanh bị uốn cong sang phải. 
 	Một dạng khác của bộ cảm biến dạng này là thanh lưỡng kim được uốn cong dạng xoắc trôn ốc, đầu ngoài cố định đầu trong di chuyển. Loại này thường được sử dụng để làm đồng hồ đo nhiệt độ có cấu tạo như trên hình 3.25a2. 
 - Bộ cảm biến ống và thanh: 
 	Cấu tạo gồm 01 thanh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt lớn đặt bên trong 01 ống trụ kim loại giản nở nhiệt ít hơn. Một đầu thanh kim loại hàn chặt vào đáy của ống đầu kia tự do. Khi nhiệt độ tăng hoặc giảm so với nhiệt độ định mức đầu tự do chuyển động sang phải hoặc sang trái. 
- Bộ cảm biến kiểu hộp xếp: 
 	Cấu tạo gồm một hộp xếp có các nếp nhăn hoặc một màng mỏng có khả năng co giãn lớn, bên trong chứa đầy một chất lỏng hoặc chất khí. Khi nhiệt độ thay đổi môi chất co giãn làm hộp xếp hoặc màng mỏng căng lên làm di chuyển 1 thanh gắn trên đó.
Hình 3.26: Bộ cảm biến kiểu hộp xếp có ống mao và bầu cảm biến
- Cảm biến điện trở: 
Cảm biến điện trở có các loại sau đây: 
- Cuộn dây điện trở 
- Điện trở bán dẫn 
- Cặp nhiệt
b) Sơ đồ điều khiển nhiệt độ:
Hình 3.27: Sơ đồ điều khiển nhiệt độ
Trên hình 3.27 là sơ đồ điều khiển nhiệt độ của một AHU. AHU có 02 dàn trao đổi nhiệt: một dàn nóng và một dàn lạnh các dàn hoạt động độc lập và không đồng thời. Mùa hè dàn lạnh làm việc, mùa đông dàn nóng làm việc. 
	 Đầu ra của không khí có bố trí hệ thống phun nước bổ sung để bổ sung ẩm cho không khí. 
	Nước nóng, nước lạnh và nước phun được cấp vào nhờ các van điện từ thường đóng (NC-Normal Close) và thường mở (NO- Normal Open).
4.1.2. Tự động điều chỉnh độ ẩm trong một số hệ thống ĐHKK công nghệ:
a) Bộ cảm biến độ ẩm: 
	Bộ cảm biến độ cũng hoạt động dựa trên nguyên lý về sự thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của môi chất khi độ ẩm thay đổi. 
 	Có 02 loại cảm biến độ ẩm: 
- Loại dùng chất hữu cơ (organic element) 
- Loại điện trở (Resistance element) 
Hình 3.28: Bộ cảm biến độ ẩm
 	Trên hình 3.28 là bộ cảm biến độ ẩm, nó có chứa một sợi hấp thụ ẩm. Sự thay đổi độ ẩm làm thay đổi chiều dài sợi hấp thụ. Sợi hấp thụ có thể là tóc người hoặc vật liệu chất dẻo axêtat.
4.2. Lọc bụi và tiêu âm trong ĐHKK:	
4.2.1. Tác dụng của lọc bụi:
Bụi là một trong những chất độc hại. Nồng độ bụi trong không khí zb (mg/m3) không được vượt quá giới hạn cho phép. Muốn vậy cần tiến hành lọc bụi. Việc chọn phương pháp lọc bụi trong thông gió và ĐTKK trước tiên phải căn cứ vào nguồn gốc bụi, cỡ hạt và mức độ độc (từ đó mới quyết định nồng độ bụi trong không khí).
Bụi trong không khí có hai nguồn gốc chính:
 	- Bụi hữu cơ có nguồn gớc động thực vật, phát sinh trong quá trình chế biến, gai công các sản phẩm bông, gỗ, giấy, da, thực phẩm, nông sản
 	- Bụi vô cơ (bụi khoáng, bụi kim loại) có thể do mang từ ngoài vào theo gió, theo bao bì,và cũng cò thể phát sinh do chế biến ( như bụi đá ximăng, bụi amiăng, bụi kim loại khi mài, đánh bóng)
 	Cỡ hạt của bụi được phân làm:
 	- Cỡ hạt rất mịn, khi hạt bụi có kích thước từ 0,1 ¸ 1mm (bụi có hạt nhỏ hơn 0,001mm là tác nhân gây mùi)
 	- Cỡ mịn, khi hạt bụi có kích thước từ 1 ¸ 10mm
 	- Cỡ hạt thô khi kích thước hạt bụi lớn hơn 10mm.
Bụi càng mịn càng nguy hiểm vì càng dễ đi sâu vào đường thở và rất khó lọc sach bằng các thiết bị thông dụng. Chúng thường tồn tại rất lâu trong không khí mà không lắng đọng. Bụi cỡ mịn tuy có rơi trong không khí nhưng tốc độ không đổi nên lắng động chậm. Các hạt bụi thô rơi tự do trong không khí nên lắng động nhanh hơn cả.
Nồng độ bụi cho phép trong không khí thường cho theo mức độ độc hại và hàm lượng silic oxyt. Bảng 3.6 cho biết nồng độ bụi trong không khí có điều hòa (bụi trung tính).
Bảng 3.6: Nồng độ bụi trung tính trong không khí có điều hòa:
Hàm lượng SO2 trong bụi %
Không khí vùng làm việc
Không khí tuần hoàn
>10
2 – 10
< 2
Bụi amiăng
Zb < 2 mg/m3
2 – 4
4 – 6
< 2
Zb < 0.6 mg/m3
<1.2
4< 1.8
 	Ghi chú: Trường hợp không khí có bụi được lọc sơ bộ để thải ra ngoài trời thì nồng độ bụi cho phép có thể lớn hơn nhiều, nhưng trong mọi trường hợp đều không cho phép vượt quá 150 mg/m3 để tránh gây ô nhiễm khí quyển (lọc bụi công nghiệp và thải bụi vào khí quyển không thuộc phạm vi cuốn sách này).
 Khi lựa chọn thiết bị lọc bụi, ngoài việc căn cứ vào nồng độ bụi cho phép, cỡ hạt bụi, độc tính cần nắm được đặc tính của thiết bị lọc bụi. Mỗi thiết bị lọc bụi thường được đặc trưng bởi các yếu tố sau:
 - Hiệu quả lọc bụi hb (hoặc còn gọi là năng lực làm sạch bụi) là tỉ số phần trăm giữa lượng bụi còn giữ lại ở thiết bị với tổng lượng bụi đi vào:
 	[3-40]
 	Trong đó: G’b, G”b- lượng bụi vào và ra khỏi thiết bị trong một đơn vị thời gian.
 z’b, z”b- nồng độ bụi trong không khí khi vào và ra khỏi thiết bị lọc bụi.
 - Phụ tải không khí (m3/h.m2) là năng lực cho lưu thông không khí trong một đơn vị thời gian qua mỗi m2 bề mặt lọc.
 - Trở kháng thuỷ lực Dp (Pa) = x.r.w2/2 là tổn thất áp suất của không khí khi qua thiết bị (x là hệ số trở kháng của lọc bụi; w là tốc độ không khí qua bộ lọc; r là mật độ không khí, r = 1.2 kg/m3 )
4.2.2. Tiếng ồn khi có ĐHKK - nguyên nhân và tác hại:
Tiếng ồn là một trong những chỉ tiêu chất lượng của hệ thống ĐHKK vì nó cũng là một trong những nhân tố đánh giá tiện nghi vì khí hậu. Vì vậy không thể coi thường tiếng ồn khi lắp đặt hệ thống ĐHKK, đặc biệt là trong các công trình văn hoá.
	Độ ồn được đo bằng dB và thường được đánh giá bằng mức cường độ âm thanh L hoặc mức áp suất âm thanh Lp:
	L = 10 lg(w/w0)	[3-41]
trong đó: w - áp suất của nguồn âm, W;
	 w0 = 10-12 W công suất của nguồn âm theo mức chuẩn quốc tế;
	Lp = 20 lg(p/p0), 	[3-42]
trong đó: p - áp suất âm thanh, Pa;
	 p0 – áp suất âm thanh theo mức chuẩn (theo ngưỡng nghe thấy của tai người), 2.10-15Pa = 20mPa.
	Tiếng ồn trong phòng có điều hoà không khí có thể do nhiều nguồn khác nhau gây ra và được truyền vào phòng theo nhiều con đường khác nhau. Ở đây ta chỉ xét đến nguồn âm do bản thân hệ thống gây ra hoặc được truyền vào phòng theo ống gió. Có thể tham khảo độ ồn cho phép của Liên Xô (cũ) trong bảng 3.7 dưới đây.
Bảng 3.7:
Đối tượng
Độ ồn cho phép, Db
Phòng ngủ, phòng đọc sách của thư viện, rạp hát
Văn phòng, nhà trẻ, hội trường, phòng thí nghiệm
Rạp chiếu bóng
Phòng đánh máy chữ, cửa hàng, khách sạn 
35
40
45
50
Những nơi sau đây không quy định mức ồn cho phép:
 	- Nhà bếp, phòng ăn, phòng vệ sinh, tầng trệt đặt máy của các chung cư
 	- Các gian máy công nghiệp.
(ở những nơi này tạp âm nền có khi đã lớn hơn các trị số cho ở bảng trên và khó có khả năng khống chế được).
* Nguồn gây ồn và các con đường truyền vào phòng:
	Như trên đã nói, trong phòng có điều hoà không khí có thể có nhiều nguồn tiếng ồn khác nhau gây ra:
- Tiếng ồn do quạt gió, máy lạnh, bơm (các cơ cấu chuyển động nói chung);
- Tiếng ồn khí động của dòng khí (còn gọi là tiếng ồn thứ phát);
- Tiếng ồn của các nguồn ngoài (thường không xét tới vì không thể khống chế được).
Tiếng ồn truyền vào phòng có thể theo các đường sau (hình 3.29):
 Hình 3.29: Các con đường tiếng ồn vào phòng
- Theo đường ống gió (D), từ quạt gió (và cả máy lạnh nếu có) theo đường ống gió cấp và ống gió hồi, qua tiêu âm và các chi thiết khác của đường ống (tê, cút, van,) truyền trực tiếp vào phòng (qua miệng thổi) hoặc qua trần giả truyền vào phòng.
 	- Theo đường phát xạ (R): từ vách ống dẫn hoặc từ các thiết bị cuối của đường ống qua trần giả vào phòng
 	-Theo không khí tiếp xúc với buồng máy vào phòng (A)
 	-Theo kết cấu xây dựng truyền vào phòng (S) con đường này thường kết hợp với sự truyền rung động của máy nên khi thiết kế cần phối hợp xử lí chống rung kết hợp với chống ồn
4.3. Cung cấp nước cho ĐHKK:
4.3.1. Các sơ đồ cung cấp nước lạnh cho hệ thống Water Chiller:
	Sơ đồ cung cấp nước lạnh cho hệ thống Water Chiller thông thường có 3 kiểu bố trí như sau:
	- Hệ hai đường ống
	- Hệ ba đường ống
	- Hệ bốn đường ống
	Hình 3.30 trình bày sơ đồ nguyên lý của các kiểu hệ thống đường nước đã nêu trên. Ở trên hình 3.30a ta thấy chỉ có một đường ống đi và một đường ống về, nước lạnh và nước nóng sẽ được hòa trộn ở phía trước của bơm, điều này dẫn đến kết quả là ta chỉ điều chỉnh được lưu lượng nước trước khi đi vào các thiết bị làm mát không khí như AHU, FCU tương ứng với nhiệt độ nước đã xác định. Ở hình 3.30b ta thấy ở mỗi thiết bị làm mát không khí có 2 đường nước đi vào, một đường nước nóng và một đường nước lạnh. Như vậy việc điều chỉnh sẽ linh hoạt hơn, trong trường hợp này ở mỗi thiết bị làm mát không khí ta không những điều chỉnh được lưu lượng mà còn điều chỉnh được nhiệt độ của nước. Hình 3.30c tương ứng với trường hợp có hai đường ống đi và hai đường ống về. Trong trường hợp này, mức độ linh hoạt trong quá trình điều chỉnh sẽ còn tăng cao hơn nữa do ta có thể tác động đến đường nước ở đầu ra của thiết bị làm mát không khí.
Hình 3.30: a) Hệ hai đường ống; b) Hệ ba đường ống; c) Hệ bốn đường ống
4.3.2. Cung cấp nước cho các buồng phun:
a) Buồng phun kiểu nằm ngang:
Hình 3.31: Buồng phun kiểu nằm ngang
1- Cửa điều chỉnh gió vào	2,6- Buồng hòa trộn	
3- Lọc bụi	4,7- Calorifer	
5- Ống dẫn nước và vòi phun	8- Ống gió ra	
9- Đường gió hồi cấp 1	10- Đường gió hồi cấp 2	
11-Đường gió cấp	12- Bơm nước xử lý	
13- Máng hứng nước	 
* Nguyên lý hoạt động:
Không khí bên ngoài được đưa qua van điều chỉnh vào buồng hòa trộn 2 để hòa trộn với gió hồi. Sau đó được đưa vào buồng phun để làm xử lý nhiệt ẩm. Nếu cần sưởi nóng thì sử dụng calorifer. Trong buồng phun có bố trí hệ thống ống dẫn nước phun và các vòi phun 5. Nước được phun thành các hạt nhỏ để dễ dàng trao đổi với không khí. Để tránh nước cuốn đi theo luồng gió và bắn vào các thiết bị khác phía trước và sau buồng phun có các tấm chắn nước dích dắc. Không khí sau khi xử lý xong được đưa vào buồng hòa trộn 6 để tiếp tục hòa trộn với gió hồi cấp 2. Calorifer 7 dùng để sưởi không khí nhằm đảm bảo yêu cầu vệ sinh khi cần. Nước đã được xử lý lạnh được bơm 12 bơm lên các vòi phun với áp suất phun khá cao. Nước ngưng đọng sẽ được hứng nhờ máng 13 và dẫn về lại để tiếp tục làm lạnh.
Hình 3.32: Cấu tạo buồng phun kiểu nằm ngang
Các tấm chắn nước có dạnh dích dắc và chi tiết vòi phun có ảnh hưởng nhiều tới hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm.
Hình 3.33: Các chi tiết của buồng phun
1,5 - Vách chắn nước; 2- Trần buồng phun; 3- Ống góp phun; 4- Vòi phun; 6- Bơm nước phun; 7- Máng hứng nước; 8,9,11- Đường nước; 10- Van 3 ngả
Hình 3.34: Chi tiết tấm chắn
* Các đặc điểm của buồng phun kiểu thẳng:
	- Hiệu quả trao đổi cao do tốc độ tương đối giữa gió và nước cao và thời gian trao đổi cũng khá lâu.
	- Thích hợp cho hệ thống lớn trong công nghiệp.
	- Cồng kềnh chiếm nhiều diện tích lắp đặt.
Hình 3.35: Chi tiết vòi phun
1- Thân vòi phun; 2- Lỗ nước vào; 3- Buồng xoáy;
4- Mũi phun; 5- Nắp vòi phun
b) Buồng tưới:
Hình 3.36: Buồng tưới
1- Quạt ly tâm vận chuyển gió 	2- Chắn nước 
3- Lớp vật liệu đệm: Gỗ, kim loại, sành sứ4- Cửa lấy gió 
5- Bơm nước 	6- Ống nước vào ra 
7- Dàn làm lạnh nước
* Nguyên lý hoạt động: 
	Không khí bên ngoài được hút vào cửa lấy gió 6 vào buồng tưới nhờ quạt ly tâm 5. Ở buồng tưới nó trao đổi nhiệt ẩm với nước được phun từ trên xuống. Để tăng cương làm tơi nước vag tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và không khí người ta thêm lớp vật liệu đệm đặt ở giữa buồng. Vật liệu đệm có thể bằng các ống sắt, gốm, sành sứ, kim loại, gỗ có tác dụng làm tơi nước và cản trở nước chuyển động quá nhanh về phía dưới đồng thời tạo nên màng nước.
	Nước được làm lạnh trực tiếp ở ngay máng hứng nhờ dàn lạnh 7.
* Các đặc điểm của buồng tưới:
	- Hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm không cao lắm do quảng đường đi ngắn.
	- Thích hợp cho hệ thống nhỏ và vừa trong công nghiệp.
	- Chiếm ít diện tích lắp đặt.
* Câu hỏi và bài tập:
Câu 1: Trình bày các thông số nhiệt động của không khí ẩm.
Câu 2: Trình bày đồ thị không khí ẩm I-d, t-d. Xác định các thông số trạng thái trên đồ thị.
Câu 3: Trình bày khái niệm về thông gió và điều hòa không khí.
Câu 4: Trình bày các quá trình xử lý nhiệt ẩm trên đồ thị I-d. Làm lạnh không khí.
Câu 5: Trình bày phương pháp tăng ẩm cho không khí 
Câu 6: Trình bày phương pháp giảm ẩm cho không khí
Câu 7: Trình bày lọc bụi trong hệ thống điều tiết không khí.
Câu 8: Trình bày khái niệm về tiêu âm và các giải pháp tiêu âm
Câu 9: Trình bày các hình thức cấp gió và thải gió.
Câu 10: Phân loại quạt gió, đường đặc tính của quạt và điểm làm việc trong mạng đường ống.
Câu 11: Trình bày các sơ đồ cung cấp nước lạnh cho hệ thống Water Chiller
Câu 12: Lưu lượng không khí đi vào co tròn 900 là 1590 m3/h, đường kính của co là D = 250 mm và bán kính cong tâm ống là 375 mm. Xác định áp suất cục bộ tại co?
Câu 13: Xác định công suất động cơ quạt biết quạt sử dụng là quạt li tâm có thông số Vtt = 13200 m3/h và Htt = 77 mmH20. Biết quạt làm việc ở điều kiện áp suất khí quyển, hiệu suất quạt 70% và không khí ở đầu vào của quạt có nhiệt độ 300C.
* Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: 
 Mục tiêu
Nội dung
Điểm
Kiến thức
- Trả lời đầy đủ các câu hỏi ở phần câu hỏi và bài tập;
- Kiểm tra chi tiết phần trả lời câu hỏi của một câu hỏi bất kỳ nào đó trong 11 câu
4
Kỹ năng
- Làm đầy đủ các bài tập được giao; 
- Kiểm tra chi tiết 1 bài tập trong các bài này;
5
Thái độ
- Nộp bài tập đúng hạn (1 tuần về nhà), vở bài tập nghiêm túc, sạch sẽ
1
Tổng
10
* Hướng dẫn trả lời các câu hỏi và gợi ý giải các bài tập:
Câu 12: 	R/D = 1,5 => ξ = 0,15
Tốc độ không khí đi trong ống: 	w = 9 m/s
Tổn thất cục bộ của đoạn ống dẫn: Dpcb = = 7,29 mmH2O.
Câu 13: 	Vq = Vtt = 13200 m3/h
	Hq = 79,63 mmH2O.
Công suất yêu cầu trên trục: 	Nq = (Vq.Hq.10-3)/hq = 4,09 kW
Công suất đặt của động cơ:	Nđc = Nq.Kdt/ htđ = 4,5 kW
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hoàng Đình Tín – Lê Chí Hiệp – Nhiệt động lực học kỹ thuật – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003.
[2] Hoàng Đình Tín – Bùi Hải – Bài tập Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003.
[3] Hoàng Đình Tín – Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003.
[4] Nguyễn Bốn – Hoàng Ngọc Đồng - Nhiệt kỹ thuật – NXB Giáo Dục
[5] Nguyễn Đức Lợi – Kỹ thuật lạnh Cơ sở – NXB Giáo Dục, 2006 
[6] Trần Thanh Kỳ – Máy lạnh – NXB Giáo Dục, 2006 
[7] Võ Chí Chính – Máy và thiết bị lạnh – NXB khoa học và kỹ thuật
[8] Võ Chí Chính – Thông gió và Điều hòa không khí – NXB khoa học và kỹ thuật.
[10] TS Hà Đăng Trung – ThS Nguyễn Quân – Cơ sở kỹ thuật điều tiết không khí – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1997
[11] Nguyễn Đức Lợi – Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2007