Tính Toán Các Sơ Đồ Điều Hòa Không Khí Theo Đồ Thị I-D

Từ các phương trình cân bằng nhiệt, ẩm và chất độc hại ta xác định được phương trình xác định năng suất gió:

Trong các công thức trên T là trạng thái không khí trong phòng, V là trạng thái không khí trước khi thổi vào phòng.

Khi thiết kế hệ thống điều hoà thường phải đảm bảo 2 thông số nhiệt và ẩm không đổi theo yêu cầu, tức là phải thỏa mãn đồng thời 2 phương trình cân bằng nhiệt và ẩm. Hay nói cách khác ta có: LQ = LW

Đại lượng εT gọi là hệ số góc tia của quá trình tự thay đổi trạng thái của không khí trong phòng VT khi nhận nhiệt thừa và ẩm thừa.

Như vậy để trạng thái của không khí trong phòng không đổi thì trạng thái không khí thổi vào phòng V(tV, φV) phải luôn luôn nằm trên đường εT = QT/WT đi qua điểm T(tT, φT).

Sơ đồ thẳng

Sơ đồ thẳng là sơ đồ không có tái tuần hoàn không khí từ phòng về thiết bị xử lý không khí. Trong sơ đồ này toàn bộ không khí đưa vào thiết bị xử lý không khí là không khí bên ngoài trời tức là khí tươi.

Sơ đồ nguyên lý và quá trình xử lý nhiệt ẩm không khí của sơ đồ này trên đồ thị I-d.

sơ-đồ-nguyên-lý-và-biểu-diễn-sự-thay-đổi-trạng-thái-không-khí-trên-đồ-thị-I-d

Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời có trạng thái N(tN,φN) qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1) được đưa vào buồng xử lý nhiệt ẩm (2), tại đây không khí được xử lý theo chương trình định sẵn đến một trạng thái O nhất định nào đó và được quạt (3) vận chuyển theo đường ống gió (4) vào phòng (6) qua các miệng thổi (5). Không khí tại miệng thổi (5) có trạng thái V sau khi vào phòng nhận nhiệt thừa và ẩm thừa và tự thay đổi đến trạng thái T(tT, φT) theo tia quá trình εT = QT/WT. Sau đó không khí được thải ra bên ngoài qua các cửa thải (7).

Sơ đồ thẳng được sử dụng trong các trường hợp sau:

Khi kênh gió hồi quá lớn việc thực hiện hồi gió quá tốn kém hoặc không thực hiện được do không gian nhỏ hẹp.
Khi trong phòng phát sinh ra nhiều chất độc hại, việc hồi gió không có lợi. Mùa hề tại nước ta nhiệt độ và độ ẩm ngoài phòng thường cao hơn nhiệt độ và độ ẩm trong phòng. Vì thế điểm N thường nằm bên trên phải của điểm T.

Xác định các điểm nút:

Theo đồ thị biểu thị quá trình ta có:

Quá trình NO là quá trình xử lý không khí diễn ra ở thiết bị xử lý không khí. Trạng thái O cuối quá trình xử lý không khí có độ ẩm φo ≈ 95%
Quá trình OV là quá trình không khí nhận nhiệt khi dẫn qua hệ thống đường ống. Vì đường ống dẫn gió rất kín nên không có trao đổi ẩm với môi trường, mà chỉ có nhận nhiệt, đó là quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm. Vì tất cả các đường ống dẫn không khí lạnh đều bọc cách nhiệt nên tổn thất này không đáng kể, thực tế có thể coi V ≡ O.
Quá trình VT là quá trình không khí tự thay đổi trạng thái khi nhận nhiệt thừa và ẩm thừa nên có hệ số góc tia εVT = εT = QT/WT.

Từ phân tích trên ta có thể xác định các điểm nút như sau:

Xác định các điểm N(tN, φN), T(tT, φT) theo các thông số tính toán ban đầu.
Qua điểm T kẻ đường ε = εT = QT/WT cắt đường φo = 0,95 tại O ≡ V

– Nối NO ta có quá trình xử lý không khí

Cần lưu ý trạng thái thổi vào V ≡ O phải đảm bảo điều kiện vệ sinh là nhiệt độ không được quá thấp so với nhiệt độ trong phòng để tránh gây cảm lạnh cho người sử dụng, tức:

tV ≥ tT – a

Nếu không thỏa mãn điều kiện vệ sinh, thì phải tiến hành gia nhiệt không khí từ trạng thái O lên trạng thái V nhờ bộ sấy không khí cấp II cho tới khi thoả mãn điều kiện vệ sinh, rồi mới thổi vào phòng, tức là tV = tT – a theo hình:

sơ-đồ-thẳng-khi-tv-thấp

Sơ đồ sơ-đồ thẳng khi tv thấp

Trong trường hợp này các điểm O và V xác định lại như sau:

Điểm V là giao của đường ε = εT = QT/WT đí qua điểm T và đường t = tT – a.
Điểm O là giao của đường thẳng đứng (đẳng dung ẩm) qua điểm V và đường φo = 0,95.

Các thiết bị chính của quá trình
Để thực hiện được sơ đồ thẳng mùa hè cần có các thiết bị chính sau : Thiết bị xử lý không khí, quạt cấp gió, bộ sấy cấp II, hệ thống kênh cấp gió, miệng thổi.
Xác định năng suất các thiết bị

Năng suất gió thổi vào phòng: L = QT/(IT – IV) = WT/(dT – dV) kg/s
Năng suất lạnh của thiết bị xử lý: Q0 = L(IN – I0) = QT [(IN – I0)/(IT – IV)
Năng suất làm khô của thiết bị xử lý: W = L(dN – d0) = WT [(dN – d0)/(dt – dV)
Công suất nhiệt của thiết bị sấy cấp II: QSII = L(IV – I0) = QT [(IV – I0)/(IT – IV)
- Sơ đồ thẳng có ưu điểm là đơn giản, gọn nhẹ dễ lắp đặt.
- Không tận dụng nhiệt từ không khí thải nên hiệu quả thấp.
- Thường được sử dụng trong các hệ thống nơi có phát sinh các chất độc, hôi hoặc đường ống quá xa, cồng kềnh không kinh tế hoặc không thể thực hiện được.

Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp

Để tận dụng nhiệt của không khí thải người ta sử dụng sơ đồ tuần hoàn 1 cấp.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn 1 cấp

Sơ-đồ-nguyên-lý-hệ-thống-tuần-hoàn-1-cấp
Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời có trạng thái N(tN,ϕN) với lưu lượng LN qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1), được đưa vào buồng hòa trộn (3) để hòa trộn với không khí hồi có trạng thái T(tT,ϕT) với lưu lượng LT từ các miệng hồi gió (2). Hổn hợp hòa trộn có trạng thái C sẽ được đưa đến thiết bị xử lý (4), tại đây nó được xử lý theo một chương trình định sẵn đến một trạng thái O và được quạt (5) vận chuyển theo kênh gió (6) vào phòng (8). Không khí sau khi ra khỏi miệng thổi (7) có trạng thái V vào phòng nhận nhiệt thừa QT và ẩm thừa WT và tự thay đổi trạng thái từ V đến T(tT, ϕT). Sau đó một phần không khí được thải ra ngoài và một phần lớn được quạt hồi gió (11) hút về qua các miệng hút (9) theo kênh (10).

Xác định các điểm nút trên I-d

Trạng thái C là trạng thái hoà trộn của dòng không khí tươi có lưu lượng LN và trạng thái N(tN, ϕN) với dòng không khí tái tuần hoàn với lưu lượng LT và trạng thái T(tT, ϕT)
Quá trình VT là quá trình không khí tự thay đổi trạng thái khi nhận nhiệt thừa và ẩm thừa nên có hệ số góc tia ε = εT = QT/WT. Điểm O≡V có ϕo ≈ 0,95 .
=> Từ phân tích trên ta có cách xác định các điểm nút như sau :
Xác định các điểmN, T theo các thông số tính toán ban đầu.
Xác định điểm hòa trộn C theo tỉ lệ hòa trộn. Ta có: TC/CN = LN/LT = LN/(L – LN)

Trong đó:

LN: Lưu lượng gió tươi cần cung cấp được xác định theo điều kiện vệ sinh, kg/s.
L: Lưu lượng gió tổng tuần hoàn qua thiết bị xử lý không khí được xác định theo công thức L = QT/(IT – IV) = WT/(dT – dV), kg/s

– Điểm V≡ O là giao nhau của đường ε = εT = QT/WT đi qua điểm T với đường ϕo = 0,95. Nối CO ta có quá trình xử lý không khí.

Biểu-diễn-sơ-đồ-tuần-hoàn-1-cấp-trên-đồ-thị-I-d

Nếu nhiệt độ điểm O không phù hợp điều kiện vệ sinh thì phải tiến hành sấy không khí đến điểm V thoả mãn điều kiện vệ sinh tức là t = tT – a (xem hình bên dưới). Khi đó các điểm V và O xác định như sau:
– Từ T kẻ đường ε = εT = QT/WT cắt t = tT – a tại V
– Từ V kể đường thẳng đứng cắt ϕo = 0,95 tại O.
– Các điểm còn lại vẫn giữ nguyên vị trí.

Các thiết bị chính: Để thực hiện sơ đồ điều hòa không khí một cấp ta phải có các thiết bị chính sau đây: Quạt cấp gió, quạt hồi gió, thiết bị xử lý không khí, thiết bị sấy cấp 2, hệ thống kênh cấp gió, hồi gió, miệng thổi và miệng hút.

Xác định năng suất các thiết bị

Năng suất gió: L = QT/(IT – IV) = WT/(dT – dV)
Lượng không khí bổ sung LN được xác định căn cứ vào số lượng người và lượng gió tươi cần cung cấp cho một người trong một đơn vị thời gian: LN = n.ρ.Vk
trong đó: n – Tổng số người trong phòng, người. Vk – Lượng không khí tươi cần cung cấp cho một người trong một đơn vị thời gian, tra theo bảng 2.6. Tuy nhiên lưu lượng gió bổ sung không được nhỏ hơn 10%.L. Vì thế khi LN tính theo các công thức trên mà nhỏ hơn 10% thì lấy LN = 0,1.L
Lưu lượng gió hồi: LT = L – LN (4-15)
Công suất lạnh của thiết bị xử lý không khí: Q0 = L(IC – I0) = QT [(IC – I0)/(IT – IV)], kg/s
Năng suất làm khô của thiết bị xử lý: W0 = L(dC – d0) = WT [(dC – d0)/(dT – dV)]
Công suất nhiệt của thiết bị sấy cấp II (nếu có): QSII = L(IV – I0) = QT [(IV – I0)/(IT – IV)]

Sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp

Để khắc phục nhược điểm của sơ đồ 1 cấp do phải có thiết bị sấy cấp 2 khi trạng thái V không thỏa mãn điều kiện vệ sinh, người ta sử dụng sơ đồ 2 cấp có thể điều chỉnh nhiệt độ không khí thổi vào phòng mà không cần có thiết bị sấy.

Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ thổi vào

Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời với lưu lượng LN và trạng thái N(tN,φN) được lấy qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1) vào buồng (3) hòa trộn với không khí hồi có lưu lượng LT1 và trạng thái T(tT,φT) để đạt một trạng thái C1 nào đó. Hổn hợp hòa trộn C1 sẽ được đưa đến thiết bị xử lý (4) và được xử lý đến trạng thái O. Sau đó đến buồng hoà trộn (6) để hòa trộn với không khí hồi có lưu lượng LT2 và trạng thái T(tT,φT) để đạt trạng thái C2 và được quạt (7) vận chuyển theo đường ống gió (8) vào phòng (10). Không khí sau khi ra khỏi miệng thổi (9) có trạng thái C2 vào phòng nhận nhiệt thừa và ẩm thừa và tự thay đổi trạng thái đến T(tT,φT) . Cuối cùng một lượng được thải ra ngoài qua cửa thải (14), phần lớn còn lại được hồi về để tiếp tục xử lý.

Các thiết bị chính
Để thực hiện sơ đồ điều hòa không khí hai cấp ta phải có các thiết bị chính sau đây :
Quạt cấp gió, quạt hồi gió, thiết bị xử lý không khí , hệ thống kênh cấp gió, hồi gió và các miệng thổi, miệng hút.

Kết luận:
Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp có điều chỉnh nhiệt độ thổi vào có ưu điểm:

Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ ẩm

Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời có lưu lượng LN và trạng thái N(tN,φN) được lấy qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1), vào buồng (3) hòa trộn với không khí hồi có lưu lượng LT và trạng thái T(tT,φT) để đạt một trạng thái C1 nào đó. Hổn hợp hòa trộn C1 được chia làm 2 dòng, một dòng có lưu lượng (LN + LT1) được đưa đến thiết bị xử lý không khí (4) và được xử lý đến một trạng thái O sau đó đưa đến buồng hoà trộn (6) hòa trộn với dòng thứ 2 có lưu lượng LT2 trạng thái C1 và đạt được trạng thái C2. Không khí có trạng thái C2 tiếp tục được quạt (7) thổi theo kênh cấp gió (8) vào phòng (10) qua các miệng thổi (9). Một phần gió được thải ra bên ngoài qua cửa thải gió (14), phần còn lại tiếp tục được hồi về và lặp lại chu trình mới.

Từ vị trí của các điểm trên đồ thị I-d ta xác định được các tỉ lệ tương ứng.

Sơ đồ có phun ẩm bổ sung

Sơ đồ này được sử dụng nhằm tiết kiệm năng lượng trong trường hợp cần tăng độ ẩm của không khí trong phòng nhưng vẫn tiết kiệm năng lượng.

Để không khí trong phòng đạt được trạng thái T(tT,φT) ta có thể thực hiện bằng 2 cách:

Các sơ đồ điều hoà không khí mùa Đông

Khi nói đến sơ đồ mùa đông là nói đến sơ đồ dùng cho những ngày mà nhiệt độ không khí ngoài trời nhỏ hơn nhiệt độ không khí trong nhà. Để duy trì nhiệt độ trong nhà chúng ta phải tiến hành cấp nhiệt. Sơ đồ này thường chỉ sử dụng cho các tỉnh phía Bắc trở ra. Các tỉnh thành từ Đà Nẵng trở vào không cần sơ đồ mùa đông vì mùa đông ở miền Nam nhiệt độ không thấp. Vì thế chúng ta không ngạc nhiên khi các hệ thống điều hoà có cấp nhiệt mùa đông chỉ được thiết kế và lắp đặt ở các tỉnh phía Bắc.

Các nguồn nhiệt và thiết bị thường được sử dụng để sưởi ấm mùa đông:

Sơ đồ thẳng mùa đông

Sơ đồ nguyên lý xử lý không khí mùa đông. Sơ đồ này tương tự sơ đồ mùa hè. Điểm khác duy nhất trong sơ đồ mùa đông thay vì sử dụng thiết bị xử lý lạnh không khí (2) ở đây xử dụng thiết bị sưởi.

Các thiết bị : Đối với hệ thống hoạt động theo sơ đồ mùa đông cần các thiết bị chính sau: thiết bị sấy cấp I, quạt cấp gió, hệ thống kênh gió miệng thổi.

Sơ đồ tuần hoàn một cấp mùa đông

Nguyên lý hoạt động: Không khí bên ngoài có trạng thái N(tN,φN) được lấy qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1) được vào buồng hoà trộn (3) . Ở đây nó được hoà trộn với không khí hồi có trạng thái T(tT,φT) để được trạng thái C. Hổn hợp hoà trộn được đưa vào bộ sấy không khí cấp I để sấy lên trạng thái O . Sau đó không khí được quạt (5) thổi vào phòng (8) theo hệ thống kênh gió (6) và miệng thổi (7). Ở trong phòng không khí nhả nhiệt, hấp thụ ẩm thừa và tự thay đổi trạng thái đến trạng thái T(tT,φT). Cuối cùng một phần không khí được thải ra bên ngoài qua cửa thải (12) phần lớn được hồi lại.

Điểm O là giao của đường ε = εT = QT/WT đi qua T với đường đẳng dung ẩm qua điểm C.

Các thiết bị : Đối với hệ thống hoạt động theo sơ đồ mùa đông cần các thiết bị chính sau: Buồng hoà trộn, Thiết bị sấy cấp I, quạt cấp gió, hệ thống kênh gió miệng thổi