Giáo trình Chuyên đề máy lạnh mới (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Chuyên đề máy lạnh mới cung cấp cho người học những kiến thức như: tổng quan về máy lạnh hấp thụ; tính toán phụ tải lạnh; tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ một cấp; tính các thiết bị của máy lạnh hấp thụ một cấp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Chuyên đề máy lạnh mới (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CHUYÊN ĐỀ MÁY LẠNH MỚI NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH & ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 07 năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
Chương1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 1.1. Máy lạnh hấp thụ: 1.1.1. Chu trình lý thuyết : Về cơ bản, máy lạnh hấp thụ cũng giống như máy lạnh nén hơi, chỉ khác là thay máy nén hơi dùng điện bằng cụm “máy nén nhiệt” dùng nhiệt của nguồn gia nhiệt. Cụm “máy nén nhiệt” bao gồm : thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lưu dung dịch ( hình 1.1) QK 3 2 NT SH PK QH BDD TL TLDD P0 QA BH HT 4 1 Q0 Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ. SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ, TLDD: Tiết lưu dung dịch. Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ hay của máy nén nhiệt như sau : Bình hấp thụ “hút” hơi sinh ra từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu dung dịch đến. Do nhiệt độ thấp, dung dịch loãng hấp thụ hơi môi chất để trở thành dung dịch đậm đặc. Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ được thải ra cho nước làm mát. Dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi ở áp suất cao Pk. Tại đây, dung dịch đậm đặc nhận nhiệt của nguồn gia nhiệt sẽ sôi hoá hơi, hơi môi chất tách ra ở áp suất cao được đi vào thiết bị ngưng tụ. Quá trình diễn ra ở thiết bị ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống như ở các máy lạnh nén hơi. Sau khi sinh hơi, dung dịch đậm đặc trở thành dung dịch loãng và qua van tiết lưu dung dịch, giảm áp trở về bình hấp thụ, khép kín vòng tuần hoàn dung dịch. Phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh hấp thụ : 2
Q’k + Q’A = Q’o + Q’H + Q’B Trong đó : Q’k : Nhiệt thải ra của thiết bị ngưng tụ Q’A : Nhiệt thải ra của thiết bị hấp thụ Q’0 : Nhiệt trao đổi của thiết bị bay hơi Q’H : Nhiệt tiêu tốn cho quá trình sinh hơi Q’B : Nhiệt quy đổi tiêu tốn cho bơm dung dịch Hệ số làm lạnh của máy lạnh hấp thụ : Q' 0 Q' = = 0 (Vì Q’B
Hình 1.2. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thực tế. Hình 1.3.Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp của Trane. 1.2. Môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ : 1.2.1. Yêu cầu đối với môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ : Ngoài môi chất lạnh, máy lạnh hấp thụ còn sử dụng thêm một môi chất hấp thụ nữa, gọi chung là cặp môi chất lạnh. Yêu cầu đối với cặp môi chất lạnh trong máy lạnh hấp thụ cũng giống như đối với các môi chất lạnh khác là 4
có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại, khó cháy, khó nổ, không ăn mòn đối với vật liệu chế tạo máy, phải rẽ tiền, dễ kiếm... Ngoài ra cặp môi chất lạnh cần phải : - Hòa tan hoàn toàn vào nhau nhưng nhiệt độ sôi ở cùng điều kiện áp suất càng xa nhau càng tốt, để hơi môi chất lạnh sinh ra ở bình sinh hơi không lẫn chất hấp thu û. - Nhiệt dung riêng của dung dịch phải bé, đặc biệt đối với máy lạnh hấp thụ chu kỳ để tổn thất nhiệt khởi động máy nhỏ . Hiện nay, máy lạnh hấp thụ sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh là NH3/ H2O và H2O/ LiBr. Hiện nay, có một số công trình đã công bố dùng các chất hấp thụ rắn trong máy lạnh hấp thụ chu kỳ như CaCl2, zeôlit, cacbon hoạt tính ...nhưng vẫn chưa được sử dụng phổ biến vì tuy chúng có ưu điểm là không cần thiết bị tinh cất, nhưng do có các nhược điểm là : làm giảm hệ số dẫn nhiệt, sự giãn nỡ thể tích quá mức (gấp 10 lần) và tỏa ra nhiệt lượng rất lớn trong quá trình hấp thụ dẫn đến làm giảm đáng kể hệ số hữu ích của thiết bị . Máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có các ưu điểm chính sau : - Nước là môi chất lạnh nên đảm bảo vệ sinh môi trường . - Tỷ số áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi nhỏ (khoảng 4) . - Không cần thiết bị tinh cất hơi môi chất vì từ dung dịch H2O/ LiBr chỉ có hơi của môi chất lạnh là nước thoát ra . - Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho thiết bị sinh hơi cho phép thấp đến 800C . Tuy nhiên, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có các nhược điểm sau : - Tính ăn mòn của dung dịch rất cao, gây han rỉ thiết bị nên yêu cầu phải dùng kim loại quý, đắt tiền . - Phải duy trì độ chân không rất sâu trong thiết bị . - Có khả năng xảy ra sự kết tinh gây tắt nghẽn thiết bị . - Nhiệt độ bay hơi không thấp hơn (3  7)0C vì môi chất lạnh là nước đóng băng ở 00C . Chính vì hai nhược điểm đầu mà giá thành của máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr rất đắt . Còn máy lạnh hấp thụ NH3/ H2O, tuy không hiệu quả bằng máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr và còn gây mùi khai, độc hại nếu xì hở. Ngoài ra, do lượng nước cuốn theo hơi NH3 rất lớn nên cần phải có thiết bị tinh luyện hơi NH3 trước khi vào bình ngưng. 1.2.2. Cặp môi chất H2O/LiBr : 1.2.2.1. Đặc tính của dung dịch H2O/LiBr : 1.2.2.1.1. Tính chất : LiBr là loại muối kết tinh có tính chất hóa học tương tự như muối ăn, ổn định, không biến chất, không phân giải trong không khí. Điểm nóng chảy của LiBr (không có nước) là 5490C, điểm sôi là 1.2650C. LiBr có tính hút nước mạnh, dễ dàng kết hợp với nước để tạo thành dung dịch H2O/LiBr . Có thể tạo dung dịch LiBr bằng cách cho axit HBr tác dụng với bazơ LiOH theo phản ứng hóa học : HBr + LiOH LiBr + H2O. 5
Đặc điểm chủ yếu của dung dịch H2O/ LiBr là : • Dung dịch H2O/ LiBr có tính hấp thụ nước rất mạnh. Nồng độ dung dịch càng đậm đặc (ít nước), hoặc nhiệt độ dung dịch càng giảm thì khả năng hấp thụ càng cao • Không độc, có vị mặn, không nguy hiểm với con người. Tuy nhiên, nên chú ý rằng : do tính hút nước mạnh, dung dịch rơi vào da sẽ gây nóng và ngứa, vào mắt phải rửa sạch ngay đề phòng hư mắt . • Ở nhiệt độ thấp hoặc nồng độ quá đặc, thì dung dịch H2O/ LiBr rất dễ kết tinh (nồng độ LiBr trong dung dịch khống chế không trên 70 %) . • Dung dịch H2O/ LiBr có tính ăn mòn kim loại. Đặc biệt, khi ở nhiệt độ  1500C và với sự có mặt của không khí thì nó ăn mòn mạnh mẽ thép, đồng và các hợp kim của đồng. Vì vậy, phải sử dụng thêm những chất phụ gia để kìm hãm sự ăn mòn . 1.2.2.1.2. Phương pháp phụ gia phòng ăn mòn : Do dung dịch H2O/ LiBr có tính ăn mòn mạnh kim loại, đặc biệt khi ở nhiệt độ cao  1500C và với sự có mặt của không khí thì sự ăn mòn càng mạnh mẽ hơn. Quá trình ăn mòn không những làm giảm tuổi thọ của thiết bị mà còn sinh ra những khí không ngưng làm giảm độ chân không trong thiết bị và làm giảm năng lực làm lạnh của máy. Để giảm bớt sự ăn mòn, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr thời trước đều dùng ống truyền nhiệt bằng thép không gỉ hoặc hợp kim đồng - niken và vỏ bao ngoài đều dùng thép không gỉ hoặc hợp kim của thép cho nên giá thành rất đắt . Hiện nay, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có thể chỉ sử dụng ống truyền nhiệt là ống đồng và vỏ bao ngoài bằng thép carbon nhờ sử dụng một số biện pháp phòng ăn mòn thích hợp. Qua quá trình nghiên cứu và thực tiễn vận hành, chứng minh được rằng với điều kiện nhiệt độ dung dịch không quá 120 0C, thêm vào dung dịch LiBr một lượng (0,1  0,3) % Li2CrO4 làm chất xúc tác và 0,02 % LiOH để dung dịch có tính kiềm yếu (độ pH 9,5  10,5) thì có thể kìm hãm một cách có hiệu quả sự ăn mòn kim loại của dung dịch LiBr. Cần lưu ý rằng, Li2CrO4 sẽ bị phân giải trong dung dịch có nhiệt độ cao trên 1300C, khi đó tác dụng kìm hãm ăn mòn sẽ bị mất đi. Vì vậy, khi sử dụng chất phụ gia này cần phải nghiêm túc khống chế nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi không vượt quá 120 0C. Hơn nữa, đối với dung dịch LiBr có chứa Li2CrO4 phải khống chế độ pH dưới 11, nếu không dung dịch sẽ có trạng thái kết dính tạo thành những huyền phù làm cản trở sự chuyển động và truyền nhiệt của dung dịch. Khi nhiệt độ dung dịch LiBr cao hơn 120 0C, có thể sử dụng các chất phụ gia khác. Chẳng hạn, cho dung dịch (0,01  0,1) % PbO hoặc 0,2 % Sb2O3 với 0,1 % KNbO3. 1.2.2.1.3. Phương pháp phụ gia tăng cường năng lực làm lạnh : Các nhà nghiên cứu qua thực nghiệm, chứng minh được : trong dung dịch LiBr cho thêm vào (0,2  0,3) % chất phụ gia [CH3(CH2)3 CHC2H5CH2OH] sẽ làm tăng năng lực làm lạnh của máy lạnh hấp thụ lên (10  15) %. 6
Chất phụ gia này là một chất biểu thị hoạt tính, nó không những làm tăng khả năng hấp thụ hơi nước của dung dịch LiBr mà còn hạ thấp áp suất của dung dịch H2O/ LiBr và nâng cao hiệu quả ngưng tụ . Tuy nhiên, lưu ý rằng chất phụ gia này không hòa tan trong dung dịch LiBr. Vì vậy, trong quá trình vận hành liên tục của máy lạnh, chất phụ gia này sẽ tích tụ trên bề mặt của dung dịch trong bình hấp thụ và bình sinh hơi và dần dần mất đi tác dụng nâng cao năng lực làm lạnh. Cho nên, định kỳ cần phải có biện pháp khuấy trộn dung dịch trong bình hấp thụ và bình sinh hơi để dung dịch LiBr và chất phụ gia này hòa lại với nhau. Chẳng hạn, đổi nguồn nhiệt vào bình sinh hơi sang bình hấp thụ và cho nguồn nước lạnh từ bình hấp thụ sang bình sinh hơi... 1.2.2.2.Hệ phương trình tính các tính chất nhiệt vật lý của dung dịch H2O/LiBr : Qua chỉnh lý các số liệu thực nghiệm và các số liệu tra bảng đối với dung dịch H2O/LiBr, các nhà nghiên cứu đã lập được các phương trình tính các thông số nhiệt động lực học và nhiệt vật lý học của dung dịch H2O/LiBr như sau : Với phạm vi áp dụng : 0 0C  t  130 0C 0,30    0,70 Trong đó : t : nhiệt độ của dung dịch  : nồng độ khối lượng bromualiti trong dung dịch 1.2.2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch H2O/LiBr : ts = A(x) + B(x).tP (1.1) Trong đó : tP : nhiệt độ sôi của nước ở áp suất P 4 4 A(x), B(x) : các hệ số : A(x) =  ( ai x i / 2 ) ; i =0 B(x) =  (b x i =0 i i/2 ) 18. Với : x = . . 87.(1 −  ) ai , bi : các hệ số bất biến : I 0 1 2 3 4 ai 340,897 - 2638,978 7262,473 - 8119,078 3302,087 bi - 0,01050 6,70042 - 15,42477 16, 42477 6,34249 1.2.2.2.2. Entanpi của dung dịch H2O/LiBr : 4 3 2 h=  a n n + T n =0  bn n + T2 n =0 c  n =0 n n + T3d (1.2) Trong đó : an , bn , cn và d : các hệ số bất biến : a0 = - 954, 8 b0 = - 0, 3293 a1 = 47, 7739 b1 = 0, 04076 a2 = -1, 59235 b2 = -1, 36. 10-5 a3 = 0, 29422 b3 = -7, 1366 . 10-6 a4 = -7, 689. 10-5 7
c0 = 7, 4285 . 10-3 d = -2, 269 . 10- 6 c1 = -1, 5144 . 10-4 c2 = 1, 3555 . 10- 6 1.2.2.2.3. Nhiệt dung riêng của dung dịch H2O/LiBr : CP = 3,6371 - 0,029.  + 1,4285714.10-5 .( 65.t + 30. - .t ) (1.3) 1.2.2.2.4. Entrôpi của dung dịch H2O/LiBr : S = C1+ C2T + C3T2 + C4T3 + C5 + C6T + C7T2 + C82 + C9T2 + (1.4) C103 Trong đó : Ci : các hệ số bậc biến : i Ci i Ci 1 - 2,14232.10-1 6 - 6,980378.10-3 2 3,538766.10-3 7 4,689827.10- 6 3 2,631565.10- 6 8 1,275532 4 - 6,670551.10-9 9 1,823893.10-3 5 1,130756 10 6,440219.10-1 1.2.2.2.5. Khối lượng riêng của dung dịch H2O/LiBr : 5,7.10 8  = 1.049 + 53,54. m - 0, 718. m2 - t.. ( 0,584 - 0,0146. m ) - (1.5) (t + 273,15) 3  Trong đó : m = 11, 514. 100 −  1.2.2.2.6. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch H2O/LiBr : Khi nhiệt độ của dung dịch t  80 0C : (1.6)  = -3,5552933 +3,407759.10- 2.T -9,381419.10- 5.T2 +8,834924.10- 8.T3 +A() Trong đó : A () : hệ số kể đến mối liên quan tăng nhiệt của dung dịch và nước : A () = 0,4923607. - 0,422476.10-2.T. + 5,658527.10-6.T2. - 0,1522615.2 - 1,730562.10-4.T.2 + 1,895136.3 Khi nhiệt độ của dung dịch t > 80 0C : (1.7)  = -8,8574733 +6,973969.10- 6.T -1,694229.10- 4.T2 + 13,689024.10- 8.T3 +A() 1.2.2.2.7. Độ nhớt động lực học của dung dịch H2O/LiBr : Khi nhiệt độ của dung dịch t  70 0C : (1.8) − 169,263 + 6,989.  = [ 1,8793 - 0,025765.  - 0,035. t + 0,0004. .t + ]. 10- 3 t + 223,95 − 363. Khi nhiệt độ của dung dịch t > 70 0C : (1.9) − 169,263 + 6,989.  = [ - 0,5707 + 0,009235.  + ]. 10- 3 t + 223,95 − 363. 1.2.2.2.8. Sức căng bề mặt của dung dịch H2O/LiBr : (1.10) 8
 = D1 + D 2T + D3T2 + D4T3 + D5  + D6T + D7T2 + D8 2 + D9T2 + D10 3 Trong đó : Di : các hệ số bậc biến : i Di i Di -2 1 21,54266.10 6 2,52345.10-5 2 - 9,799993.10-4 7 4,199336.10-7 3 2,314404.10-6 8 5,968984.10-2 4 - 2,17009.10-9 9 - 3,000691.10-4 5 - 2,020992.10-2 10 7,308868.10-2 * Riêng khi dung dịch chỉ còn là nước, các công thức được tính như sau 1.2.2.2.9. Aïp suất bảo hoà : (1.11) lgPn = 0,0914903 - 0,0314708.[T-1 - (7,9151 - 2,6726. lgT).10-3 - 8,625.10-7.T] 1.2.2.2.10. Nhiệt dung riêng của nước : CPn = 5,590560 - 8,8346.10-3.T + 1,379016.10-5.T2 (1.12) 1.2.2.2.11. Hệ số dẫn nhiệt của nước : n =- 0,143633 + 0,00253817.T + 0,299583.10-5.T2 - 0,20682 .10-7.T3 (1.13) 1.2.2.2.11. Độ nhớt động lực học của nước : lnn = - 6,87757. 10-3 - 2,1916. T-1 + 6,38605. 102. T-2 (1.14) 1.3. Chọn thông số tính toán và cấp điều hòa trong hệ thống điều hòa không khí: 1.3.1.Cấp điều hòa không khí trong hệ thống điều hòa không khí: Cấp điều hào không khí thể hiện độ chính xác trạng thái không khí cần điều hòa (nhiệt độ, độ ẩm... ) của công trình. Có ba cấp điều hào không khí. Cấp I có độ chính xác cao nhất, duy trì nhiệt độ trong phòng điều hòa với mọi phạm vi nhiệt độ ngoài trời, hệ thống có độ tin cậy cao, chỉ sử dụng trong trường đòi hỏi chế độ nhiệt ẩm nghiêm ngặt Cấp II có độ chính xác trung bình, duy trì nhiệt ẩm trong phòng điều hòa ở một phạm vi cho phép, sai lệch không quá 200 h trong một năm Cấp III có độ chính xác vừa phải, duy trì các thông số trong phòng điều hòa trong một phạm vi cho phép với sai lệch tới 400h trong một năm, hệ thống có độ tin cậy không cao nhưng rẻ tiền vì vậy được dùng phổ biến trong các công trình dân dụng và nơi công cộng. Nếu chọn công trình có độ chính xác cao nhất (cấp I) , sẽ kéo theo năng suất lạnh yêu cầu lớn nhất và dẫn đến giá thành của công trình cũng sẽ cao nhất. Trong tính toán này do thiết kế cho phòng làm việc nên em chọn hệ thống điều hòa cấp III vì ở đây công trình chỉ cần độ chính xác vừa phải. 1.3.2.Chọn thông số tính toán: 9
1.4.2.1.Nhiệt độ và độ ẩm của không khí trong phòng: Nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí trong phòng ký hiệu tT,T ứng với trạng thái của không khí trong phòng được biểu thị bằng điểm T trên đồ thi I- d. Trong thiết kế này hệ thống điều hòa dùng để làm lạnh không khí trong mùa nóng, nên các thông số được chọn cho mùa nóng. + Độ ẩm tương đối của không khí trong phòng: theo [TL6-tr162] T = 35  70 %, chọn T = 60 %. + Nhiệt độ của không khí trong phòng: theo [TL6-tr158] tT = 22  27 oC, chọn tT = 25 oC. 1.4.2.2.Nhiệt độ và độ ẩm của không khí ngoài trời: Nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời được ký hiệu tN, N. Trạng thái không khí ngoài trời được biều thị bằng điểm N trên đồ thị I- d.Thông số tính toán ngoài trời được chọn theo hệ thống điều hòa cấp III và cho mùa nóng. + Nhiệt độ của không khí ngoài trời: tN = t max t max: nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất ở Đà Nẵng, chọn theo bảng [TL6-tr166] ta có: tháng 6 là tháng nóng nhất trong năm, t max= 34,5 oC + Độ ẩm tương đối của không khí ngoài trời:N = ( t max) ( t max): độ ẩm tương đối trung bình của tháng nóng nhất (là tháng 6) chọn theo bảng [TL6-tr172] ta có: với tháng nóng nhất là tháng 6 thì độ ẩm tương đối trung bình trong năm là: ( t max) = 80,5%. 10
Chương 2: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH Mục đích tính toán của chương này nhằm xác định tổng các phụ tải nhiệt của phòng làm việc làm cơ sở để tính năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí. 2.1.Cân bằng nhiệt trong phòng cần điều hòa không khí: Để tính toán phụ tải hệ thống điều hòa không khí cần tính cân bằng nhiệt trong phòng điều hòa, cụ thể là tính các lượng nhiệt tỏa ra, các lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che, trên cơ sở đó tính năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí. : Vậy phụ tải hệ thống là: Qthừa= Qtỏa + Qt + Qbx + Qtỏa: Thành phần nhiệt do các nguồn nhiệt có trong không gian điều hòa tỏa ra + Qt.: lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào phòng do độ chênh nhiệt độ + Qt.: lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào phòng do bức xạ mặt trời 2.2.Tính lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do độ chênh nhiệt độ Qt: Qt = k.F.t , [W] Trong đó: + k: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che [W/m2.độ] + F: diện tích của kết cấu bao che [m2]. + t: hiệu số nhiệt độ tính toán [oC]. 2.2.1.Xác định hiệu số nhiệt độ tính toán t: t =  (tN - tT ) trong đó: + tN: nhiệt độ của không khí bên ngoài phòng điều hòa, tN = o 34,5 C + tT: nhiệt độ của không khí bên trong phòng điều hòa, tT= 25oC + : hệ số kể đến vị trí của kết cấu bao che đối với không khí ngoài trời, theo [TL6-tr274] đối với tường hoặc mái tiếp xúc với không khí bên ngoài  = 1, đối vời tường ngăn cách với phòng không tiếp xúc với không khí bên ngoài  = 0,4 2.2.2.Xác định hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che: Hệ số truyền nhiệt k của kết cấu bao che được xác định theo công thức sau: 1 k= , [W/m2.độ]. 1  1 + i + T i  N trong đó: 11
+ T: hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt bên trong của kết cấu bao che, [W/m độ]. Do bề mặt bên trong của tường, trần là nhẵn nên theo [TL6-tr276] 2 ta có T = 11,63 W/m2.độ + N: hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt bên ngoài của kết cấu bao che, [W/m2độ]. Do bề mặt bên ngoài tiếp xúc với không khí nên theo [TL6- tr276] ta có N = 23,26 W/m2.độ, bề mặt hướng sang phòng lạnh khác theo[TL6-tr276] ta có N = 11,63 W/m2.độ + i: bề dày của lớp vất liệu của kết cấu bao che, [m] + i: hệ số dẫn nhiệt của vất liệu, [W/m.độ]. a. Kết cấu tường và kính cửa phòng làm việc: 2 3 4 1 N  T  N  T Bảng 2.1: Hệ số dẫn nhiệt Tæåìng phoìng laìm viãû c Kênh cæía và chiều dày của lớp vật liệu xây tường và kính cửa (hệ số dẫn nhiệt được tra theo bảng 4-22 ,[TL6- tr278]) STT Vật liệu i,[W/m.độ] I, [m] 1 Vữa trát ximăng 0,93 0,01 2 Gạch nhiều lỗ 0,52 0,1 3 Vữa trát ximăng 0,93 0,01 4 Kính cửa 0,755 0,005 b.Kết cấu trần phòng làm việc: 2 1 3 Tráö 12 ng laìm viãû n phoì c
Bảng 2.2: Hệ số dẫn nhiệt và chiều dày của lớp vật liệu xây trần (hệ số dẫn nhiệt được tra theo bảng 4-22 ,[TL6-tr278]) STT Vật liệu i,[W/m.độ] I, [m] 1 Vữa trát ximăng 0,93 0,01 2 Bê tông trần 1,55 0,15 3 Vữa trát ximăng 0,93 0,01 Vậy suy ra hệ số truyền nhiệt k là: Bảng 2.3: Hệ số truyền nhiệt k Tên gọi Ký hiệu Giá trị93 2 [W/m .độ] Tường bao xung quanh tiếp xúc với không khí bên ngoài kxqkk 2,93 Tường bao xung quanh ngăn giữa hai phòng kxqpl 2,59 Trần kt 3,44 Kính cửa tiếp xúc với không khí bên ngoài kckk 7,37 Kính cửa ngăn giữa hai phòng kcpl 5,60 2.2.3.Bề mặt trao đổi nhiệt của các kết cấu bao che: Khi tính toán tổn thất nhiệt, điều quan trọng là phải biết kích thước trao đổi nhiệt của kết cấu bao che: tường, nền, trần, cửa sổ, cửa lớn. Kích thước của tường, cửa sổ, cửa chính, sàn, trần trên mặt bằng (hình 2.1) B T Â N Hình 2.1 a.L 13
ượng nhiệt truyền qua tường xung quanh là của phòng I: Bảng 2.3 Kết cấu Số Kích F,[m2] K t,[o Qi,[W] lượng thước,[m] [W/m2.độ] C] Cửa sổ 2 cửa 1,2  1,2 2,88 7,37 9,5 201,6 Cửa chính1 1 cửa 1,4  1,9 2,66 7,37 9,5 186,2 Cửa chính2 1 cửa 1,4  1,9 2,66 5,60 3,8 56,6 Tường tiếp xúc - 3,5(2 29,46 2,93 9,5 820 không khí bên 2,5+5) ngoài trừ cửa Tường ngăn giữa - 5  3,5 14,84 2,59 3,8 146,1 hai phòng lạnh trừ cửa Trần - 5  2,5 12,5 3,44 3,8 163,4 Tổng 1573,9 b.Lượng nhiệt truyền qua tường xung quanh là của phòng II: Bảng 2.4 Kết cấu Số Kích F,[m2] K t,[o Qi,[W] lượng thước,[m] [W/m2.độ] C] Cửa sổ 2 cửa 1,2  1,2 2,88 7,37 9,5 201,6 Cửa chính1 1 cửa 1,4  1,9 2,66 7,37 9,5 186,2 Cửa chính2 1 cửa 1,4  1,9 2,66 5,60 3,8 56,6 Tường tiếp xúc - 3,5  (2  43,46 2,93 9,5 1209,7 không khí bên  4,5 + 5) ngoài trừ cửa Tường ngăn giữa - 5  3,5 14,84 2,59 3,8 146,1 hai phòng lạnh trừ cửa Trần - 5  4,5 22,5 3,44 3,8 294,1 Tổng 2094,3 2.2.4.Tính lượng nhiệt truyền qua nền nhà: Nền được đúc bằng bêtông đá nhăm tra bảng theo [TL6-tr279] ta có  = 1,27 W/m.độ , theo [TL7-tr41] ta có hệ số truyền nhiệt được chọn như sau: Xem nền như là một vách phẳng, trong đó nhiệt truyền theo bề mặt nền ngoài ra theo các dải khác nhau. + Đối với phòng I: Nền được chia làm 1 dải, có bề rộng 2,26 m. Theo [TL7-tr41] ta có kI = 0,5 W/m2.độ Suy ra lượng nhiệt truyền qua nên phòng I là: QnI = kn.Fn.ttn = 0,5  (2,26  4,76) 3,8 = 20,4 W 14
+ Đối với phòng II: Nền được chia làm 1 dải, có bề rộng 2,13 m. diện tích dải nền được xác định là: F1= 4  (4,26 + 4,76) = 36,08 m2 Theo [TL7-tr41] ta có kI = 0,5 W/m2.độ Suy ra lượng nhiệt truyền qua nên phòng II là: QnII = kn.Fn.ttn= 0,5  36,08 3,8 = 68,5 W Vậy lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh nhiệt độ Qt = QtI+ QtII + QnI + QnII Qt = 1573,9 + 2094,3 + 20,4 + 68,5 = 3757,1 W 2.3.Tính toán lượng nhiệt truyền vào phòng do bức xạ mặt trời Qbx: Đối với các vùng nhiệt đới như nước ta nói chung và Đà Nẵng nói riêng, quanh năm có mặt trời, nhất là về mùa hè ánh nắng càng gay gắt. Do đó nhiệt lượng do bức xạ mặt trời truyền qua kết cấu bao che vào nhà rất lớn. Lượng nhiệt này phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời lên mặt phẳng kết cấu bao che và khả năng cản nhiệt bức xạ của bản thân kết cấu bao che. Qbx = Q bxk + Q bcbx Q bxk : Nhiệt bức xạ qua kính vào nhà ,[W] Q bxk : Nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che vào nhà,[W] 2.3.1.Tính tính toán nhiệt bức xạ truyền qua cửa kính: Lượng nhiệt bức xạ truyền qua cửa kính vào nhà xác định theo công thức [TL6-tr289]: Q bxk = 1.2.3.4.qbx.Fk Trong đó: + 1: hệ số kể đến độ trong suốt của cửa kính, do trong thiết kế này cửa kính 1 lớp nên theo [TL6-tr289] ta có 1 = 0,9 + 2: hệ số kể đến độ bẩn của mặt kính, do trong thiết kế này cửa kính 1 lớp nên theo [TL6- tr 289] ta có 2 = 0,8 + 3: hệ số kể đến mứt độ che khuất bởi khung cửa, do trong thiết kế này cửa kính được làm bằng khung gỗ một lớp kính nên theo [TL6-tr290] ta có 3= 0,61  0,64 , chọn 3= 0,62 + 4: hệ số kể đến che khuất bởi các hệ thống che nắng, do trong thiết kế này dùng ô văng che nắng nên theo [TL6-tr290] ta có 4= 0,95 + qbx: cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chịu bức xạ tại thời điểm tính toán ,[W/m2] + Fk: diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, [m2] Xác định cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm tính toán (9 giờ sáng của tháng 5), xâm nhập vào phòng điều hòa qua kính cửa sổ quay về hướng đông tại Đà Nẵng, tra bảng theo [TL6-tr205] với vĩ độ 20o Bắc ta có q bxk = 312 W/m2 Tại thời điểm tính toán vào lúc 9 giờ sáng nên bức xạ mặt trời chiếu vào nhà theo hướng đông mà ở phía đông chỉ có một cửa kính do đó ta có diện tích của một cửa sổ là: Fcs = 1,14 m2 Vậy lượng nhiệt bức xạ qua kính vào nhà là: 15
Q bxk = 0,9  0,8  0,62  0,95  312  1,14 = 150,8 W 2.3.2.Tính toán nhiệt bức xạ truyền qua kết cấu bao che: Nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua bộ phận kết cấu bao che nhận nhiệt bức xạ vào phòng tính theo công thức [TL6-tr290]. Ơí đây do trên phòng làm việc còn có nhiều tầng nên ta không tính nhiệt bức xạ qua trần, tường nhận nhiệt bức xạ mặt trời chủ yếu là tường phía Đông và phía Tây còn tường phía Nam và phía Bắc nhận nhiệt bức xạ rất ít nên ta bỏ qua. Q bcbx = 0,047. kt . F.  .q bx' ,[ W ] Trong đó: + kt: Hệ số truyền nhiệt của tường bao xung quanh nhận nhiệt bức xạ, [W/m2.độ].Ta có kt = 4,04 W/m2.độ + F: Diện tích của tường phía Tây và phía Đông trừ cửa, ta có F = 2  D h F = (2  5  3,5) - 1,44 = 33,56 m2 + q bx' : Cường độ bức xạ mặt trời tại Đà Nẵng chiếu lên tường phía Tây và Đông theo [TL6-tr290] ta có q bx' = 157 W/m2 + : Hệ số hấp thụ của trần nhận nhiệt bức xạ, tra bảng theo [TL6-tr292] ta có  = 0,54  0,65 ,chọn  = 0,6 Nhiệt bức xạ truyền qua kết cấu bao che là: Q bcbx = 0,047  4,04  33,56  0,6  157 = 600,3 W Vậy lượng nhiệt bức xạ truyền vào phòng điều hòa là: Qbx = Q bxk + Q bcbx = 150,8 + 600,3 = 751,1 W 2.4.Tính lượng nhiệt tỏa Qtỏa: 2.4.1.Nhiệt do người tỏa ra: Trong quá trình hô hấp và hoạt động cơ thể người tạo ra nhiệt. Lượng nhiệt do người tảo ra phụ thuộc vào trạng thái, mức độ lao động, môi trường không khí xung quanh, lứa tuổi ... Nhiệt độ người tỏa ra gồm hai phần: Một phần tỏa trực tiếp vào không khí, làm tăng nhiệt độ không khí gọi là nhiệt hiện. Một phần khác làm bay hơi mồ hôi trên bề mặt da, lượng nhiệt này tỏa ra môi trường không khí làm tăng entanpi của không khí mà không làm tăng nhiệt độ của không khí gọi là lượng nhiệt ẩn. Tổng hai lượng nhiệt này gọi là lượng nhiệt toàn phần do người tỏa ra. Lượng nhiệt do người tỏa ra trong phòng: theo [TL6-tr297] ta có công thức: Qn = n . q ,[W] Trong đó: + n: số người trong phòng; phòngI: n = 1người, phòng II: n = 4 người + q: lượng nhiệt toàn phần do người tỏa ra ,[W/người] tra bảng theo [TL6-tr297] với nhiệt độ trong phòng điều hòa là 25 oC và lao động trí óc, ta có q = 139,56 W/người Suy ra nhiệt do người tỏa ra là: Qn= 5  139,56 = 697,8 W 16
2.4.2.Nhiệt tỏa ra do thắp sáng Qs: Lượng tỏa ra do thắp sáng bằng đèn huỳnh quang, theo [TL6-tr295] ta có công thưc sau: Qs= 860 . N ,[kcal/h] N: tổng công suất của các đèn huỳnh quang, [KW]. Phòng I được bố trí 1 đèn huỳnh quang loại 1,2 m có công suất Nđ1,2= 40 W . Phòng II được bố trí 2 đèn huỳnh quang loại 1,2 m có công suất Nđ1,2= 80 W Vậy tổng công suất của các đèn huỳnh quang là N = 0,12 KW Suy ra nhiệt tỏa ra do thắp sáng là: Qs= 860  0,12 = 103,2 kcal/h = 120 W 2.4.3.Nhiệt do máy móc tỏa ra Qmc: Qmc=Nđ ,[W] Trong đó: Nđ: Công suất lắp đặt của thiết bị. có 4 máy vi tính có Nđ= 40 W Suy ra lượng nhiệt do máy móc tỏa ra là:Qmc= 4 40 = 160 W Vậy lượng nhiệt Qtỏa= Qn + Qs+ Qmc Qtỏa= 697,8 + 120 + 160 = 977,8 W * Vậy lượng nhiệt thừa là: QT= Qt + Qbx+ Qtỏa QT= 3757,1 + 751,1 + 977,8 = 5486 W 2.5.Tính lượng ẩm thừaWT: lượng ẩm do người tỏa ra được xác định theo [TL6-tr299] ta có công thức: W = n . g . 10-3 ,[kg/h] Trong đó: + n: số người thường xuyên ở trong 2 phòng làm việc: n = 5 người + g: lượng ẩm tỏa ra [g/h.người], phụ thuộc vào trạng thái, cường độ lao động và nhiệt độ môi trường xung quanh, tra theo [TL6-tr299] với nhiệt độ trong phòng là 25oC và công việc là lao động trí óc ta có g = 105 g/h.người. suy ra lượng ẩm do người tỏa ra là: WT = 5  105.10-3 = 0,525 kg/h 2.6.Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí: 2.6.1.Xác định hệ số góc tia của quá trình thay đổi trạng thái không khí trong phòng T: Xác định trị số hệ số góc tia của quá trình thay đổi trạng thái không khí trong phòng( quá trình thổi không khí vào ở trạng thái V(Iv, dv)trung hòa với lượng nhiệt ẩm thừa trong phòng và thay đổi đến trạng thái T(IT,dT) ),theo đúng yêu cầu. Ta có công thức là: QT T = WT trong đó: + QT: lượng nhiệt thừa, QT = 5846 W = 5026,6 kcal/h + WT: lượng ẩm thừa, WT = 0,525 kg/h 17
5026,6 suy ra: T = = 9574,5 0,525 2.6.2. Sơ đồ tuần hoàn không khí theo một cấp: 1. Chọn sơ đồ điều hòa không khí : Chọn sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp là vì tận dụng được nhiệt độ thấp trong phòng điều hòa không khí do đó làm giảm được năng suất lạnh do không gian điều hòa không sinh ra chất độc hại. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa không khí kiểu tuần hoàn một cấp. 12 1 C N 5 V 7 4 O 6 T T 2 8 9 QT WT 11 10 Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động: Không khí ngoài trời có trạng thái N(tN, N) có lưu lượng LN qua cửa hút của không khí ngoài trời 1, đi vào buồng hòa trộn 3 , để hòa trộn với lượng không khí tuần hoàn có trạng thái T(tT, T) có lưu lượng LT được hút theo cửa gió tuần hoàn 2. Sau khi hòa trộn không khí có trạng thái C, được xử lý nhiệt ẩm (làm lạnh ,làm khô) trong thiết bị xử lý không khí 4, đạt đến trạng thái O, rồi được quạt gió 5 đường ống đẩy 6 và hệ thống phân phối khí 7 thổi vào phòng được điều hòa 8. Trong phòng 8,lượng không khí thổi vào trạng thái V(tV, V) được thực hiên quá trình trao đổi nhiệt ẩm với không khí ở trong phòng có chứa lượng nhiệt thừa QT và ẩm thừa WT, tự biến đồi trạng thái đến QT trạng thái T theo T= , sau đó một phần không khí sử dụng lại được hút WT qua miệng hút 9, đường ống hút hồi gió hồi 10 và quạt gió hồi 11(có thể không sử dụng quạt hồi này) tuần hoàn về buồn trộn 3. Phần không khí thừa còn lại được thải qua cửa thải gió 12 ra ngoài 2. Xác định các trạng thái trên đồ thị I- d: +Trạng thái không khí trong phòng làm làm việc T: T = 60% , tT = 25oC tra bảng [TL7-tr283] suy ra IT = 13,3 kcal/kg không khí; dT= 12 g/kg không khí khô. + Trạng thái không khí ngoài trời N N = 80,5%, tN = 34,5 oC tra bảng theo [TL7-tr283] suy ra IN = 26 kcal/kgkhông khí ; dN = 29 g/kg không khí khô 18