Hệ thống đường ống trong điều hoà không khí

Vật liệu đường ống

Người ta sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau làm đường ống cụ thể như sau :

Các loại ống thép đen thường được sử dụng để dẫn nước có nhiều loại với độ dày mỏng khác nhau. Theo mức độ dày người ta chia ra làm nhiều mức khác nhau từ Schedul 10 đến Schedul 160. Trên bảng 10.2 các loại ống ký hiệu ST là ống có độ dày tiêu chuẩn, các ống XS là loại ống có chiều dày rất lớn

Đặc tính của đường ống thép

Đường ống đồng được chia ra các loại K, L, M và DWV. Loại K có bề dày lớn nhất, loại DWV là mỏng nhất. Thực tế hay sử dụng loại L. Bảng 10.3 trình bày các đặc tính kỹ thuật của một số loại ống đồng khác nhau.

Đặc tính của đường ống đồng

Sự giãn nở vì nhiệt của các loại đường ống

Trong quá trình làm việc nhiệt độ của nước luôn thay đổi trong một khoản tương đối rộng, nên cần lưu ý tới sự giãn nở vì nhiệt của đường ống để có các biện pháp ngăn ngừa thích hợp.

Trên bảng 10.4 là mức độ giãn nở của đường ống đồng và ống thép, so với ở trạng thái 0^oC. Mức độ giãn nở hầu như tỷ lệ thuận với khoảng thay đổi nhiệt độ. Để bù giãn nở trong kỹ thuật điều hoà người ta sử dụng các đoạn ống chữ U, chữ Z và chữ L.

Ngoài phương pháp sử dụng các đoạn ống nêu ở trên , trong thực tế để bù giãn nở người ta còn sử dụng các roăn giãn nở, dùng ống mềm cao su nếu nhiệt độ cho phép.

Giá đỡ đường ống

Để treo đỡ đường ống người ta thường sử dụng các loại sắt chữ L hoặc sắt U làm giá đỡ. Các giá đỡ phải đảm bảo chắc chắn, dễ lắp đặt đường ống và có khẩu độ hợp lý. Khi khẩu độ nhỏ thì số lượng giá đỡ tăng, chi phí tăng. Nếu khẩu độ lớn đường ống sẽ võng, không đảm bảo chắc chắn. Vì thế người ta qui định khoảng cách giữa các giá đỡ. Khoảng cách này phụ thuộc vào kích thước đường ống, đường ống càng lớn khoảng cách cho phép càng lớn.

Lưu lượng nước yêu cầu

Lưu lượng nước yêu cầu được xác định tuỳ thuộc trường hợp cụ thể

- Nếu nước sử dụng để giải nhiệt bình ngưng máy điều hoà:

- Lưu lượng nước lạnh

• Lưu lượng nước nóng

Q_k, Q_o và Q_SI - Công suất nhiệt bình ngưng, công suất lạnh bình bay hơi và công suất bộ gia nhiệt không khí, kW;

Δt_n, Δt_nl, Δt_nn - Độ chênh nhiệt độ nước vào ra bình ngưng, bình bay hơi và bộ sấy. Thường Δt ≈ 3  5 ^oC;

C_p - Nhiệt dung riêng của nước, C_p ≈4186 J/kg.K.

Dọc theo tuyến ống lưu lượng thay đổi vì vậy cần phải thay đổi tiết diện đường ống một cách tương ứng.

Chọn tốc độ nước trên đường ống

Tốc độ của nước chuyển động trên đường ống phụ thuộc 2 yếu tố

- Độ ồn do nước gây ra. Khi tốc độ cao độ ồn lớn , khi tốc độ nhỏ kích thước đường ống lớn nên chi phí tăng

- Hiện tượng ăn mòn : Trong nước có lẫn cặn bẩn như cát và các vật khác , khi tốc độ cao khả năng ăm mòn rất lớn

Tốc độ nước trên đường ống

Xác định đường kính ống dẫn

Trên cơ sở lưu lượng và tốc độ trên từng đoạn ống tiến hành xác định đường kính trong của ống như sau :

trong đó:

V- Lưu lượng thể tích nước chuyển động qua đoạn ống đang tính, m³/s

V = L/ρ

L - Lưu lượng khối lượng nước chuyển động qua ống, kg/s

ρ- Khối lượng riêng của nước, kg/m³

ϖ size 12{ϖ} {}- Tốc độ nước chuyển động trên ống, được lựa chọn theo bảng 10.7, m/s

Xác định tổn thất áp suất

Có 2 cách xác định tổn thất áp lực trên đường ống

- Phương pháp xác định theo công thức

- Xác định theo đồ thị

Xác định tổn thất áp suất theo công thức

Tổn thất áp lực được xác định theo công thức

* Hệ số trở lực ma sát λ

- Khi chảy tầng Re = ϖ size 12{ϖ} {}d/ν < 2.10³ , ta có:

- Khi chảy rối Re > 10⁴, ta có:

* Hệ số ma sát cục bộ lấy theo bảng 10.:.

Hệ số ma sát

Đối với đoạn ống mở rộng đột ngột, hệ số tổn thất cục bộ có thể tính theo công thức sau :

trong đó : A₁, A₂ - lần lượt là tiết diện đầu vào và đầu ra của ống

Trường hợp đường ống thu hẹp đột ngột thì hệ số trở lực ma sát có thể tra theo bảng 10.9. Cần lưu ý là tốc độ dùng để tính tổn thất trong trường hợp này là ở đoạn ống có đường kính nhỏ.

Hệ số ma sát đoạn ống đột mở

* Xác định trở lực cục bộ bằng độ dài tương đương

Để xác định trở lực cục bộ ngoài cách xác định nhờ hệ số trở lực cục bộ , người ta còn có cách qui đổi ra tổn thất ma sát tương đương và ứng với nó là chiều dài tương đương.

Dưới đây là chiều dài tương đương của một số thiết bị đường ống nước.

Chiều dài tương đương của các loại van (mét đường ống)

Chiều dài tương đương của Tê, cút

Chiều dài tương đương của một số trường hợp đặc biệtCác trường hợp đường ống nối vào thùng :

(1) - Nước chuyển động từ ống vào thùng và đường ống nối bằng mặt với cạnh thùng.

(2) - Nước chuyển đông từ thùng ra đường ống và đường ống nối bằng mặt với cạnh thùng.

(3)- Nước chuyển động từ ống vào thùng và đường ống nối nhô lên khỏi cạnh thùng.

(4) - Nước chuyển động từ thùng ra đường ống và đường ống nối nhô lên khỏi cạnh thùng.

Xác định tổn thất áp suất theo đồ thị

Ngoài cách xác định theo công thức, trên thực tế người ta hay sử dụng phương pháp đồ thị. Các đồ thị thường xây dựng tổn thất áp suất cho 1m chiều dài đường ống. Khi biết 2 trong ba thông số : Lưu lượng nước tuần hoàn (L/s), đường kính ống (mm) và tốc độ chuyển động (m/s). Thông thường chúng ta biết trước lưu lượng và chọn tốc độ sẽ xác định được kích thước ống và tổn thất áp suất cho 1m ống.

Tổn thất áp suất (Pa/m) trên ống dẫn thép đen Schedul 40

Tổn thất áp suất (Pa/m) trong ống dẫn nước bằng đồng

Tổn thất áp suất (Pa/m) trong các ống dẫn nước bằng plastic

Trên hình 10.2 biểu diễn đồ thị xác định tổn thất áp suất (Pa/m) trong các ống dẫn đồng loai K, L, M

Hình 10.3 trình bày đồ thị xác định tổn thất áp suất trong các ống dẫn plastic. Khi xây dựng đồ thị người ta lấy nhiệt độ nước là 20^oC.

Ví dụ 1 : Xác định tổn thất áp suất trên một tuyến ống thép 100mm trước đầu đẩy bơm, biết chiều dài tổng là 50m, 01 van cửa và có 6 cút 90^o

- Chiều dài tương đương của 6 cút 90^o

l_tđ1 = 6 x 3,048m = 18,28 m

- Chiều dài tương đương của van chặn

l_tđ2 = 1,362 m

- Tổng chiều dài tương đương

L_tđ = 50 + 18,28 + 1,372 = 69,652 m

- Đối với đoạn ống trước đầu đẩy của bơm , theo bảng tốc độ nằm trong khoảng 2,4  3,6 m/s. Chọn ϖ size 12{ϖ} {} = 3 m/s.

- Căn cứ vào đồ thị hình 10.1 , xác định được L= 25 Li/s và Δp = 800 Pa/m

- Tổng tổn thất trên toàn tuyến

ΣΔp = 69,652 x 800 = 55.722 Pa = 0,557 bar

Tháp giải nhiệt

Trong hệ thống điều hoà không khí giải nhiệt bằng nước bắt buộc phải sử dụng tháp giải nhiệt. Tháp giải nhiệt được sử dụng để giải nhiệt nước làm mát bình ngưng trong hệ thống lạnh máy điều hoà không khí.

Trên hình 10-4 trình bày cấu tạo của một tháp giải nhiệt

Cấu tạo của tháp giải nhiệt gồm: Thân và đáy tháp bằng nhựa composit. Bên trong có các khối sợi nhựa có tác dụng làm tơi nước, tăng bề mặt tiếp xúc, thường có 02 khối. Ngoài ra bên trong còn có hệ thống ống phun nước, quạt hướng trục. Hệ thống ống phun nuớc quay xung quanh trục khi có nước phun. Mô tơ quạt đặt trên đỉnh tháp. Xung quanh phần thân còn có các tấm lưới , có thể dễ dàng tháo ra để vệ sinh đáy tháp, cho phép quan sát tình hình nước trong tháp nhưng vẫn ngăn cản rác có thể rơi vào bên trong tháp. Thân tháp được lắp từ một vài tấm riêng biệt, các vị trí lắp tạo thành gân tăng sức bền cho thân tháp.

Phần dưới đáy tháp có các ống nước sau : Ống nước vào, ống nước ra, ống xả cặn, ống cấp nước bổ sung và ống xả tràn.

Khi chọn tháp giải nhiệt người ta căn cứ vào công suất giải nhiệt. Công suất đó được căn cứ vào mã hiệu của tháp. Ví dụ tháp FRK-80 có công suất giải nhiệt 80 Ton

Bảng 7-3 dưới đây trình bày các đặc tính kỹ thuật của tháp giải nhiệt RINKI. Theo bảng đó ta có thể xác định được lưu lượng nước yêu cầu, các thông số về cấu trúc và khối lượng của tháp. Từ lưu lượng của tháp có thể xác định được công suất giải nhiệt của tháp

Q = G.C_n.Δt_n

G- Lưu lượng nước của tháp, kg/s

C_n- Nhiệt dung riêng của nước : C_n = 1 kCal/kg.độ

Δt_n - Độ chênh lệch nhiệt độ nước vào ra tháp Δt_n = 4^oC

Bình (thùng) giãn nở

Trong các hệ thống ống dẫn nước kín thường có trang bị bình giãn nở. Mục đích của bình giãn nở là tạo nên một thể tích dự trữ nhằm điều hoà những ảnh hưởng do giản nỡ nhiệt của nước trên toàn hệ thống gây ra, ngoài ra bình còn có chức năng bổ sung nước cho hệ thống trong trường hợp cần thiết.

Có 2 loại bình giãn nở : Loại hở và loại kín.

Bình giãn nở kiểu hở là bình mà mặt thoáng tiếp xúc với khí trời trên phía đầu hút của bơm và ở vị trí cao nhất của hệ thống.

Độ cao của bình giãn nở phải đảm bảo tạo ra cột áp thuỷ tĩnh lớn hơn tổn thất thuỷ lực từ vị trí nối thông bình giãn nở tới đầu hút của bơm.

Trên hình 10.5 , cột áp thuỷ tĩnh đoạn AB phải đảm bảo lớn hơn trở lực của đoạn AC, nếu không nước về trên đường (1) không trở về đầu hút của bơm mà bị đẩy vào thùng giãn nỡ làm tràn nước. Khi lắp thêm trên đường hút của bơm các thiết bị phụ, ví dụ như lọc nước thì cần phải tăng độ cao đoạn AB.

Để tính toán thể tích bình giãn nở chúng ta căn cứ vào dung tích nước của hệ thống và mức độ tăng thể tích của nước theo nhiệt độ cho ở bảng 10.14.

Bình giãn nở kiểu kín được sử dụng trong hệ thống nước nóng và nhiệt độ cao. Bình giãn nở kiểu kín không mở ra khí quyển và vận hành ở áp suất khí quyển. Bình cần trang bị van xả khí. Bình giãn nở kiểu kín được lắp đặt trên đường hút của bơm, cho phép khi vận hành áp suất hút của bơm gần như không đổi.

Trong hệ thống điều hoà chúng ta ít gặp bình giãn nở kiểu kín.