Hệ thống điều hoà không khí kiểu ướt (part1)

Một số giả thiết khi nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt ẩm của không khí

Quá trình thực xử lý nhiệt ẩm khá phức tạp, để tiện lợi cho việc phân tính và tính toán, khi nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt ẩm của không khí và nước, người ta giả thiết như sau:

- Sự tiếp xúc giữa nước và không khí là lý tưởng, thời gian tiếp xúc bằng vô cùng.

- Không có tổn thất nhiệt và ẩm ra bên ngoài hệ trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm.

- Kích thước hạt nước đủ nhỏ để nhiệt độ đồng đều trong toàn thể tích hạt.

Với những giả thiết như vậy có thể suy ra nhiệt độ không khí trong lớp biên (lớp mỏng sát bề mặt giọt nước) đạt trạng thái bão hoà có cùng nhiệt độ với nhiệt độ giọt nước, độ ẩm không khí đầu ra thiết bị đạt trạng thái bão hời ứng với nhiệt độ các giọt nước đầu ra.

Người ta nhận thấy, sự thay đổi trạng thái của không khí phụ thuộc nhiều vào chiều chuyển động tương đối giữa nước và không khí. Dưới đây chúng ta sẽ khảo sát quá trình trao đổi nhiệt ẩm giữa nước và không khí trong hai trường hợp đã nêu trên.

Trường hợp nước và không khí chuyển động cùng chiều

Xét trường hợp trao đổi nhiệt ẩm giữa nước có nhiệt độ ban đầu là t_n, không khí có trạng thái A(t_A, φ_A) trong thiết bị trao đổi nhiệt ẩm kiểu hỗn hợp. Ở đầu ra thiết bị trao đổi nhiệt ẩm, không khí đạt bão hoà đạt φ =100%, nước và không khí có cùng nhiệt độ t_nk (trạng thái A_K  B_K ).

Trao đổi nhiệt ẩm giữa không khí và nước khi chuyển động cùng chiều

Ta nghiên cứu sự thay đổi trạng thái không khí trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm dọc theo chiều dài của thiết bị. Để thấy rõ quá trình thay đổi trạng thái đó, ta chia thiết bị trao đổi nhiệt ẩm thành k đoạn (hình 7.1).

Trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm nhiệt độ nước tăng từ t_n đến t_nk, không khí thay đổi trạng thái từ trạng thái ban đầu A(t_A, φ_A) tới trạng thái bão hoà A_k(t_nk,100%), vì như giả thiết ở trên quá trình trao đổi là lý tưởng và thời gian vô cùng nên trạng thái không khí khi ra buồng phun có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước t_nk và đạt trạng thái bão hoà với độ ẩm φ = 100%.

- Xét quá trình trao đổi nhiệt ẩm ở vùng 1

Không khí đầu vào có trạng thái là A(t_A,φ_A) và nước có nhiệt độ t_n. Do quá trình trao đổi nhiệt ẩm với các giọt nước, lớp không khí tại lớp biên tiếp xúc với các giọt nước đạt trạng thái bão hoà (φ=100%) và nhiệt độ bằng nhiệt độ nước t = t_n (trạng thái B). Các phần tử không khí ở ngoài lớp biên coi như vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu A(t_A,φ_A). Như vậy ra khỏi vùng thứ nhất không khí có trạng thái A₁ là hỗn hợp của 2 khối khí có trạng thái A(t_A,φ_A) và B(t_n,100%). Theo tính chất của quá trình hỗn hợp, điểm A₁ nằm trên đoạn AB, đồng thời do có trao đổi nhiệt nên nhiệt độ của nước tăng lên t_n1.

- Vùng 2

Không khí đầu vào vùng 2 là A₁ và nước có nhiệt độ t_n1. Bằng cách phân tích tương tự, ta thấy trạng thái không khí đầu ra A₂ của vùng 2 là hỗn hợp của 2 khối khí có trạng thái A₁ và B₁(t_n1,100%). Như vậy điểm A₂ nằm trên A₁B₁ và nhiệt độ nước tăng lên t_n2.

Cứ phân tích tương tự như vậy ta thấy, trạng thấy không khí đầu ra thiết bị sẽ có trạng thái bão hoà, có nhiệt độ bằng nhiệt nước t_nk (trạng thái A_kB_k)

Nối tất cả các điểm A, A₁, . . . A_k ta có đường cong biểu thị sự thay đổi trạng thái của không khí trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm với nước. Các điểm B, B₁, . . .B_n tương ứng là các trạng thái không khí trong lớp biên của các giọt nước, có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước. Lớp biên đó lớn dần, đến cuối thiết bị xử lý nhiệt ẩm sẽ chiếm toàn bộ dòng không khí.

Sự thay đổi trạng thái không khí khi chuyển động cùng chiều với nước

Như vậy quá trình thay đổi trạng thái của không khí xét về lý thuyết là một đường cong. Đối với thiết bị trao đổi nhiệt ẩm kiểu song song cùng chiều, nó là đước cong lõm. Tuỳ thuộc nhiệt độ nước đầu ra mà dung ẩm của không khí có thể tăng hoặc giảm. Nếu nhiệt độ nước đầu ra có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đọng sương của không khí đầu vào thì dung ẩm của không khí tăng, tức là có một lượng hơi ẩm khuyếch tán vào không khí và ngược lại. Khi chuyển động song song cùng chiều, khả năng làm tăng dung ẩm rất lớn do nhiệt độ nước tăng dần và nhiệt độ nước đầu ra có nhiều khả năng lớn hơn nhiệt độ đọng sương.

Tuy nhiên trên thực tế do độ chênh nhiệt độ giữa nước và không khí không quá lớn và người ta chỉ chú trọng đến trạng thái cuối nên thường biểu diễn quá trình thay đổi trạng thái của không khí theo đường thẳng. Mặt khác do trao đổi nhiệt ẩm không đạt lý tưởng, thời gian tiếp xúc là hữu hạn nên độ ẩm của trạng thái cuối chỉ đạt tới cỡ 90 - 95%, tức là không khí chỉ tới điểm O nào đó mà không đạt tới B.

Người ta nhận thấy quá trình thay đổi trạng thái của không khí cũng xãy ra tương tự khi nó trao đổi nhiệt ẩm với thiết bị trao đổi nhiệt.

Trường hợp nước và không khí chuyển động ngược chiều

Trường hợp không khí chuyển động ngược chiều, ta cũng chia thiết bị thành k đoạn (hình 7.3).

Trạng thái không khí đầu vào các đoạn 1, 2, . . k lần lượt là A, A₁, A₂ . . . A_k-1. Đầu ra cuối cùng là trạng thái A_k.

Nhiệt độ nước đầu ra các đoạn 1, 2, . . k lần lượt là t_n, t_n1, t_n2 . . .t_nk-1. Nhiệt độ nước đầu vào đoạn k là A_nk. Các điểm B, B₁, B₂, . . .B_k tương ứng lần lượt là trạng thái không khí đã bão hoà trong vùng biên của các giọt nước có nhiệt độ t_n, t_n1, t_n2 . . t_nk .

Trao đổi nhiệt ẩm giữa không khí và nước khi chuyển động ngược chiều

Không khí thay đổi từ trạng thái ban đầu A qua các trạng thái trung gian A₁, A₂ và cuối cùng là trạng thái A_k. Trạng thái cuối cùng A_k đạt bão hoà và có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước đầu vào thiết bị t_nk. Nối tất cả các điểm A, A₁, A₂ . . .A_k ta được đường cong biểu thị sự thay đổi trạng thái của không khí khi trao đổi nhiệt ẩm với nước. Kết quả cho thấy, đó là đường cong lồi, trạng thái không khí đầu ra là bão hoà.

Nếu nhiệt độ nước đầu vào khá nhỏ, nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của không khí thì quá trình xử lý nhiệt ẩm sẽ làm giảm dung ẩm. Ngược lại, nếu nhiệt độ nước xử lý cao thì sẽ làm tăng dung ẩm. Trên thực tế, nếu sử dụng nước lạnh, thì thường nhiệt độ nước nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương. Ngược lại nếu sử dụng nước thường thì nhiệt độ nước lớn hơn nhiệt độ đọng sương. Như vậy, để giảm dung ẩm phải sử dụng nước lạnh, muốn tăng ẩm sử dụng nước thường.

Qua nghiên cứu, quá trình xử lý nhiệt ẩm không khí trong hai trường hợp nước và không khí chuyển động cùng chhiều và ngược chiều, ta nhận thấy:

- Trạng thái của không khí thay đổi theo dạng đường cong;

- Trạng thái đầu ra của không khí phụ thuộc vào nhiệt độ nước xử lý và chiều chuyển động tương hổ giữa nước và không khí. Dung ẩm của không khí có thể tăng hoặc giảm.

Trên thực tế độ chênh nhiệt độ của không khí đầu vào t_A và đầu ra t_Ak không lớn và trong các tính toán thường chỉ quan tâm trạng thái đầu và cuối. Vì vậy người ta coi quá trình thay đổi trạng thái theo dạng đường thẳng.

Khi lượng nước phun vô cùng lớn và thời gian tiếp xúc τ = ∞ thì quá trình thay đổi trạng thái của không khí tuân theo quy luật đường thẳng.

Sự thay đổi trạng thái không khí khi chuyển động ngược chiều với nước

Tuy nhiên, trên thực tế do lượng nước phun và thời gian tiếp xúc là hữu hạn nên trạng thái cuối quá trình xử lý không khí không đạt trạng thái bão hoà A_k mà chỉ đạt trạng thái O có độ ẩm φ_O = 9095%.

Giới hạn của quá trình xử lý không khí bằng nước phun.

Trong thực tế trạng không khí cuối quá trình xử lý không khí bằng nước phun không bao giờ đạt tới độ ẩm φ=1, mà chỉ đạt φ= 0,9 - 0,95. Đó là trạng thái cuối của không khí khi ra khỏi buồng phun.

Người ta chứng minh được rằng trên đồ thị I-d không khí có trạng thái A thì mọi quá trình nằm ngoài tam giác cong AMN không thể thực hiện chỉ bằng nước phun. Tam giác cong AMN có đáy là đoạn MN trên đường cong φ=1 và NN, AM là các tiếp tuyến từ A tới đường cong φ=1.

Giới hạn quá trình xử lý không khí

Ví dụ:

- Quá trình AB trên đường d=d_A = const chỉ thực hiện bằng caloriphe (sấy nóng đẳng dung ẩm)

- Quá trình AF: thực hiện qua 2 giai đoạn, tăng ẩm đoạn nhiệt bằng nước phun AP và sấy nóng đẳng dung ẩm PF.

- Quá trình AC trong tam giác AMN có thể thực hiện bằng nước phun.

Khái niệm, phân loại và cấu tạo.

Buồng máy điều hòa không khí còn gọi là buồng điều không là thiết bị được sử dụng để xử lý không khí trước khi thổi vào buồng máy

Có nhiều cách phân loại buồng

Theo cách bố trí: buồng đứng, nằm ngang, kiểu thẳng và ngoặt.

Theo áp suất làm việc (tùy thuộc vào vị trí đặt quạt): Kiểu hút, thổi, và kết hợp

Thiết bị buồng phun kiểu nằm ngang

Buồng tưới