Thành lập và tính toán các sơ đồ điều hòa không khí

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 tươi.

Sơ đồ thẳng được trình bày trên hình 4.1

Hình 4.1 : 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,N) 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, T) theo tia quá trình T = 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 không gian điều hòa có sinh ra nhiều chất độc hại, việc hồi gió không có lợi.

Mùa hè nước ta nhiệt độ và độ ẩm bên 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 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 o  95%.

- Quá trình OV là quá trình không khí nhận nhiệt khi dẫn qua hệ thống đường ống. Quá trình này không trao đổi ẩm, 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 VT = T = QT/WT

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

- Xác định các điểm N(tN, N), T(tT, T) theo các thông số tính toán ban đầu.

- Qua điểm T kẻ đường  = T = QT/WT cắt đường o = 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.

tV  tT - a

Nếu không thỏa mãn điều kiện vệ sinh , thì phải gia nhiệt không khí từ trạng thái O lên trạng thái V thoả mãn điều kiện vệ sinh mới thổi vào phòng , tức là tV = tT - a (hình 4.2).

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

- Điểm V là giao của đường  = T = 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 o = 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

L=QTIT−IV=WTdT−dV,kg/s size 12{L= { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{V} } } } = { {W rSub { size 8{T} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{V} } } } , ital "kg"/s} {}- Năng suất gió thổi vào phòng :

Qo=L.(IN−Io)=QTIN−IoIT−IV,kW size 12{Q rSub { size 8{o} } =L "." ( I rSub { size 8{N} } - I rSub { size 8{o} } ) =Q rSub { size 8{T} } { {I rSub { size 8{N} } - I rSub { size 8{o} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{V} } } } , ital "kW"} {}(4-10)(4-9)- Năng suất lạnh của thiết bị xử lý:

W=L.(dN−do)=WTdN−dodT−dV,kg/s size 12{W=L "." ( d rSub { size 8{N} } - d rSub { size 8{o} } ) =W rSub { size 8{T} } { {d rSub { size 8{N} } - d rSub { size 8{o} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{V} } } } , ital "kg"/s} {}(4-11)- Năng suất làm khô của thiết bị xử lý:

QSII=L.(IV−Io)=QTIV−IoIT−IV,kW size 12{Q rSub { size 8{ ital "SII"} } =L "." ( I rSub { size 8{V} } - I rSub { size 8{o} } ) =Q rSub { size 8{T} } { {I rSub { size 8{V} } - I rSub { size 8{o} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{V} } } } , ital "kW"} {}(4-12)- Công suất nhiệt của thiết bị sấy cấp II (nếu có) :

* Kết luận:

- 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 hoàn1 cấp.

Trên hình 4.3 là sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn 1 cấp

• Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời có trạng thái N(tN,N) 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,T) 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, T). 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) .

Hình 4.3 Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp

* 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, N) với dòng không khí tái tuần hoàn với lưu lượng LT và trạng thái T(tT, T)

- 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  = T = QT/WT. Điểm OV có o  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.

TCCN=LNLT=LNL−LN size 12{ { { ital "TC"} over { ital "CN"} } = { {L rSub { size 8{N} } } over {L"" lSub { size 8{T} } } } = { {L rSub { size 8{N} } } over {L - L rSub { size 8{N} } } } } {}- Xác định điểm hòa trộn C theo tỉ lệ hòa trộn

Ta có

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 (4-13), kg/s

- Điểm V O là giao nhau của đường  = T = QT/WT đi qua điểm T với đường o = 0,95. Nối CO ta có quá trình xử lý không khí.

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 4-5). Khi đó các điểm V và O xác định như sau:

- Từ T kẻ đường  = T = QT/WT cắt t = tT - a tại V

- Từ V kể đường thẳng đứng cắt o = 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

L=QTIT−IV=WTdT−dV,kg/s size 12{L= { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{V} } } } = { {W rSub { size 8{T} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{V} } } } , ital "kg"/s} {}(4-13)- Năng suất gió :

- 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..Vk(4-14)

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)

Qo=L.(IC−IO)=QT.IC−IOIT−IV,kW size 12{Q rSub { size 8{o} } =L "." ( I rSub { size 8{C} } - I rSub { size 8{O} } ) =Q rSub { size 8{T} } "." { {I rSub { size 8{C} } - I rSub { size 8{O} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{V} } } } , ital "kW"} {}(4-16)- Công suất lạnh của thiết bị xử lý không khí :

Wo=L.(dC−dO)=WT.dC−dOdT−dV,kg/s size 12{W rSub { size 8{o} } =L "." ( d rSub { size 8{C} } - d rSub { size 8{O} } ) =W rSub { size 8{T} } "." { {d rSub { size 8{C} } - d rSub { size 8{O} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{V} } } } , ital "kg"/s} {}(4-17)- Năng suất làm khô của thiết bị xử lý:

QSII=L.(IV−IO)=QT.IV−IOIT−IV,kW size 12{Q rSub { size 8{ ital "SII"} } =L "." ( I rSub { size 8{V} } - I rSub { size 8{O} } ) =Q rSub { size 8{T} } "." { {I rSub { size 8{V} } - I rSub { size 8{O} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{V} } } } , ital "kW"} {}(4-18)- Công suất nhiệt của thiết bị sấy cấp II (nếu có)

* Kết luận:

- Do có tận dụng nhiệt của không khí tái tuần hoàn nên năng suất lạnh và năng suất làm khô giảm so với sơ đồ thẳng.

- Sơ đồ có tái tuần hoàn không khí nên chi phí đầu tư tăng.

- Hệ thống đòi hỏi phải có thiết bị sấy cấp 2 để sấy nóng không khí khi không thỏa mãn điều kiện vệ sinh và do đó không kinh tế.

Sơ đồ tuần hoàn không khí hai 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.

1. Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ thổi vào

* Sơ đồ nguyên lý :

Hình 4.6 : Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp có điều chỉnh nhiệt độ

* Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời với lưu lượng LN và trạng thái N(tN,N) 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,T) 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,T) 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, T) . Cuối cùng một lượng được thải ra ngoài qua cửa thải 14, phần lớn còn lại được hồi về để tiếp tục xử lý.

* Xác định các điểm nút

- Các điểm nút N(tN, N), T(tT, T) được xác theo các thông số tính toán.

- Điểm hòa trộn C2 : Mục đích của việc hoà trộn là nhằm đảm bảo nhiệt độ không khí khi thổi vào phòng thoả mãn yêu cầu vệ sinh. Hay tC2 = tT - a. Như vậy điểm C2 là giao điểm của đường T = QT/WT đi qua T với tC2 = tT - a.

- Điểm O nằm trên đường o = 0,95 và đường kéo dài TC2.

- Điểm C1 được xác định theo tỉ số hòa trộn : LN/LT1 = TC1/C1N

* 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.

* Xác định năng suất các thiết bị

(4-19)- Lưu lượng gió :

L=QTIT−IC2=WTdT−dC2,kg/s size 12{L= { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{C2} } } } = { {W rSub { size 8{T} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{C2} } } } , ital "kg"/s} {}- Lượng không khí bổ sung LN được xác định theo điều kiện vệ sinh như sau :

LN = n..Vk kg/s(4-20)

LN+LT1LT2=L−LT2LT2=TC2C2O size 12{ { {L rSub { size 8{N} } +L rSub { size 8{T1} } } over {L rSub { size 8{T2} } } } = { {L - L rSub { size 8{T2} } } over {L rSub { size 8{T2} } } } = { { ital "TC" rSub { size 8{2} } } over {C rSub { size 8{2} } O} } } {}(4-21)- Lưu lượng gió LT2 xác định theo phương pháp hình học dựa vào quá trình hòa trộn ở thiết bị hòa trộn (6):

Các điểm T, C2 và O đã được xác định nên có thể tính được LT2

- Lưu lượng gió LT1

LT1 = L - LN - LT2 (4-22)

- Năng suất lạnh của thiết bị xử lý:

Qo = (L-LT2).(IC1 - IO) , kW(4-23)

- Năng suất làm khô của thiết bị xử lý:

W = (L-LT2).(dC1 - dO) , kg/s(4-24)

* Kết luận:

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

- Nhiệt độ thổi vào phòng có thể dễ dàng điều chỉnh được nhờ điều chỉnh lượng gió trích LT2 nhằm nâng nhiệt độ thổi vào phòng thoả mãn điều kiện vệ sinh. Do đó sơ đồ 2 cấp có điều chỉnh nhiệt độ không cần trang bị thiết bị sấy cấp II.

- Năng suất lạnh và năng suất làm khô yêu cầu của thiết bị xử lý giảm

+ Công suất lạnh giảm QO = LT2.(IC1 - IO)

+ Lưu lượng gió giảm L = LT2.(dC1 - dO)

Như vậy ta không cần phải đầu tư hệ thống xử lý không khí quá lớn, cồng kềnh.

- Phải có thêm buồng hòa trộn thứ 2 và hệ thống trích gió đến buồng hòa trộn này nên chi phí đầu tư và vận hành tăng.

2. Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ ẩm

* Sơ đồ nguyên lý :

Hình 4.8 :Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp có điều chỉnh độ ẩm

* Nguyên lý làm việc : Không khí bên ngoài trời có lưu lượng LN và trạng thái N(tN,N) 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,T) 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.

* Xác định các điểm nút

- Các điểm nút N(tN, N), T(tT, T) được xác theo các thông số tính toán.

- Điểm C1 được xác định theo tỉ số hòa trộn : LN/LT = TC1/C1N

- Điểm hòa trộn C2 : Mục đích của việc hoà trộn là nhằm nâng nhiệt độ không khí thổi vào phòng đạt yêu cầu vệ sinh, hay tC2 = tT - a. Như vậy điểm C2 là giao điểm của đường T = QT/WT đi qua T với tC2 = tT - a.

- Điểm O là giao của C1C2 với đường o = 0,95 .

Hình 4.9 :Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp có điều chỉnh độ ẩm trên I-d

* Xác định năng suất các thiết bị

L=QTIT−IC2=WTdT−dC2,kg/s size 12{L= { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{C2} } } } = { {W rSub { size 8{T} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{C2} } } } , ital "kg"/s} {}(4-25)- Năng suất gió :L = LT + LN = LT1 + LT2 + LN

- Lượng không khí bổ sung LN được xác định căn cứ vào số lượng người và lưu lượng gió tươi cần thiết cung cấp cho một người trong một đơn vị thời gian:

LN = n..Vk (4-26)

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 2.7

- Xác định lưu lượng LT1 và LT2 căn cứ vào hệ phương trình sau

+ Theo quá trình hoà trộn ở buồng hoà trộn (3)

TC1 / C1N = LN / LT

+ Theo quá trình hoà trộn ở buồng hoà trộn (6)

OC2/C2C1 = LT2 / (L-LT2)

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

- Năng suất lạnh của thiết bị xử lý:

Qo = (L-LT2).(IC1 - IO) , kW(4-27)

- Năng suất làm khô của thiết bị xử lý:

W = (L-LT2).(dC1 - dO) , kg/s(4-28)

* Kết luận:

Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp có điều chỉnh độ ẩm có ưu điểm:

- Nhiệt độ và độ ẩm không khí thổi vào phòng có thể điều chỉnh để thỏa mãn điều kiện vệ sinh do đó không cần thiết bị sấy cấp II.

- Năng suất lạnh và năng suất làm khô yêu cầu của thiết bị xử lý giảm so với sơ đồ 1 cấp tương tự.

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,T) ta có thể thực hiện bằng 2 cách:

* Cách 1 : Xử lý không khí đến trạng thái O nhất định nào đó và thổi vào phòng cho tự thay đổi trạng thái đến T(tT,T) theo quá trình OT (T = QT/WT )

L1=QTIT−IO,kg/s size 12{L rSub { size 8{1} } = { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{O} } } } , ital "kg"/s} {}Theo cách này ta có :

(4-29)- Năng suất gió :

Q01=L1.(IC−IO)=QTIC−IOIT−IO,kW size 12{Q rSub { size 8{"01"} } =L rSub { size 8{1} } "." ( I rSub { size 8{C} } - I rSub { size 8{O} } ) =Q rSub { size 8{T} } { {I rSub { size 8{C} } - I rSub { size 8{O} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{O} } } } , ital "kW"} {}(4-30)- Năng suất lạnh :

* Cách 2 : Xử lý không khí đến trạng thái O' với tO' < tO. Sau đó thổi không khí vào phòng cho không khí tự thay đổi trạng thái theo quá trình T đến T' , sau đó phun ẩm bổ sung để không khí thay đổi trạng thái đến T.

L2=QTIT'−IO'=QTIT−IO'<L1,kg/s size 12{L rSub { size 8{2} } = { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T'} } - I rSub { size 8{O'} } } } = { {Q rSub { size 8{T} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{O'} } } } <L rSub { size 8{1} } , ital "kg"/s} {}(4-31)- Năng suất gió :

Q02=L2.(IC−IO')=QTIC−IO'IT−IO'<Q01,kW size 12{Q rSub { size 8{"02"} } =L rSub { size 8{2} } "." ( I rSub { size 8{C} } - I rSub { size 8{O'} } ) =Q rSub { size 8{T} } { {I rSub { size 8{C} } - I rSub { size 8{O'} } } over {I rSub { size 8{T} } - I rSub { size 8{O'} } } } <Q rSub { size 8{"01"} } , ital "kW"} {}(4-32)- Năng suất lạnh :

Vì IO’ < IO nên dễ dàng suy ra Qo2 < Qo1

* Kết luận :

- Việc phun ẩm bổ sung có thể áp dụng cho bất cứ sơ đồ nào và đem lại hiệu quả nhiệt cao hơn. Năng suất gió và lạnh đều giảm.

- Tuy nhiên phải có bố trí thêm thiết bị phun ẩm bổ sung trong phòng nên phải có chi phí bổ sung. Thực tế nó chỉ có thể áp dụng cho các phòng nhỏ và có yêu cầu đặc biệt về độ ẩm.

Sơ đồ thẳng mùa đông

* Sơ đồ nguyên lý :

Trên hình 4-11 là 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 sử dụng thiết bị sưởi .

* Nguyên lý hoạt động : Không khí bên ngoài có trạng thái N(tN,N) được lấy qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1) vào bộ sưởi nóng không khí . Bộ sưởi nóng không khí có thể là bộ điện trở hoặc bộ trao đổi nhiệt kiểu bề mặt sử dụng hơi bão hoà, hay ga nóng. Không khí được gia nhiệt đẳng dung ẩm đến trạng thái O . Sau đó không khí được quạt (3) thổi vào phòng (6) theo hệ thống kênh gió (4) và miệng thổi (5). Ở trong phòng không khí nhả nhiệt, hấp thụ ẩm thừa và tự thay đổi trạng thái đến trạng thái T(tT,T). Cuối cùng không khí được thải ra bên ngoài qua cửa thải (7).

* Xác định các điểm nút :

- Các điểm N(tN,N), T(tT,T) được xác định theo các thông số tính toán.

- Điểm O là giao của đường  = T = QT/WT đi qua T với đường đẳng dung ẩm qua điểm N. Cần lưu ý rằng đối với sơ đồ mùa đông thì QT < 0 và WT > 0 vì vậy quá trình OT là quá trình tăng ẩm, giảm nhiệt.

* 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

L=QT/IO−IT=WTdT−dO,kg/s size 12{L= { {/Q rSub { size 8{T} } /} over {I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{T} } } } = { {W rSub { size 8{T} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{O} } } } , ital "kg"/s} {}* Xác định năng suất các thiết bị chính

(4-33)- Năng suất gió

QSI=L.(IO−IN)=QT/.IO−INIO−IT,kW size 12{Q rSub { size 8{ ital "SI"} } =L "." ( I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{N} } ) =/Q rSub { size 8{T} } / "." { {I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{N} } } over {I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{T} } } } , ital "kW"} {}(4-34)- Công suất bộ sưởi :

* Kết luận :

- Sơ đồ thẳng tuy đơn giản nhưng không tận dụng được nhiệt của gió thải nên không kinh tế.

- Sơ đồ thẳng chỉ sử dụng trong trường hợp việc xây dựng kênh hồi gió không kinh tế hoặc không thể thực hiện được. Khi trong không gian điều hoà sinh nhiều chất độc hại thì cũng nên sử dụng sơ đồ thẳng

Sơ đồ tuần hoàn một cấp mùa đông

* Sơ đồ nguyên lý :

Hình 4.13: Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp mùa đông

* Nguyên lý hoạt động : Không khí bên ngoài có trạng thái N(tN,N) 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,T) 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,T). Cuối cùng một phần không khí được thải ra bên ngoài qua cửa thải (12) phần lớn được hồi lại.

* Xác định các điểm nút :

CTCN=LNLT=LNL−LN size 12{ { { ital "CT"} over { ital "CN"} } = { {L rSub { size 8{N} } } over {L rSub { size 8{T} } } } = { {L rSub { size 8{N} } } over {L - L rSub { size 8{N} } } } } {}- Các điểm N(tN,N), T(tT,T) được xác định theo các thông số tính toán.

- Điểm C được xác định theo tỷ lệ hoà trộn

- Điểm O là giao của đường  = T = 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

Hình 4.14 : Biểu diễn sơ đồ tuần hoàn 1 cấp mùa đông trên đồ thị I-d

L=QT/IO−IT=WTdT−dO,kg/s size 12{L= { {/Q rSub { size 8{T} } /} over {I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{T} } } } = { {W rSub { size 8{T} } } over {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{O} } } } , ital "kg"/s} {}* Xác định năng suất các thiết bị chính

(4-35)- Năng suất gió

QSI=L.(IO−IC)=QT/.IO−ICIO−IT,kW size 12{Q rSub { size 8{ ital "SI"} } =L "." ( I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{C} } ) =/Q rSub { size 8{T} } / "." { {I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{C} } } over {I rSub { size 8{O} } - I rSub { size 8{T} } } } , ital "kW"} {}(4-36)- Công suất bộ sấy cấp I

* Kết luận :

- Sơ đồ tuần hoàn một cấp tận dụng được nhiệt của gió thải nên kinh tế hơn sơ đồ thẳng.

- Đây là sơ đồ thường hay được sử dụng trên thực tế.

Sơ đồ thẳng

Không khí bên ngoài trời có trạng thái N(tN,N) đi qua thiết bị xử lý không khí để biến đổi trạng thái đến trạng thái O, sau đó qua quạt cấp gió hấp thụ một phần nhiệt dưới dạng nhiệt hiện và biến đổi đến trạng thái đến Q, trên đường ống không khí hấp thụ một lượng nhiệt từ môi trường dưới dạng nhiệt hiện và thay đổi đến trạng thái V. Sau đó được thổi vào phòng nhận nhiệt ẩn và nhiệt hiện để thay đổi trạng thái đến T(tT,T).

- Công suất lạnh thiết bị xử lý không khí

Q = G.(IN - IO)

- Nhiệt do không khí hấp thụ qua quạt

Q1 = G.(IQ-IO)

- Nhiệt do không khí nhận từ môi trường qua đường ống

Q2 = G.(IV-IQ)

- Nhiệt thừa do không khí nhận trong phòng Q3

+ Nhiệt hiện:

Q31 = G.(IL-IV)

+ Nhiệt ẩn

Q32 = G.(IT-IL)

- Nhiệt do không khí tươi nhả ra để biến đổi trạng thái từ N(tN,N) đến trạng thái T(tT,T)

Q4 = G.(IN-IT)

Ta có

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt cấp gió và đường ống (Q1=Q2=0) thì:

Q = Q3 + Q4

Như vậy : Phụ tải lạnh của thiết bị xử lý không khí Q không phải là nhiệt thừa Q3 , mà thực tế có giá trí lớn hơn.

Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp

Không khí bên ngoài trời có trạng thái N(tN,N) hoà trộn với không khí hồi được trạng thái hoà trộn là C. Không khí ở trạng thái C đi qua thiết bị xử lý không khí để biến đổi đến trạng thái O, sau đó qua quạt cấp gió và đường ống gió hấp thụ một phần nhiệt dưới dạng nhiệt hiện và biến đổi đến trạng thái đến Q và V. Gió tiếp tục được thổi vào phòng nhận hiệt ẩn và nhiệt hiện để thay đổi trạng thái đến T(tT,T).

- Công suất lạnh thiết bị xử lý không khí

Q = G.(IC - IO)

- Nhiệt do không khí hấp thụ qua quạt

Q1 = G.(IQ-IO)

- Nhiệt do không khí nhận từ môi trường qua đường ống

Q2 = G.(IV-IQ)

- Nhiệt thừa do không khí nhận trong phòng Q3

+ Nhiệt hiện:

Q31 = G.(IL-IV)

+ Nhiệt ẩn

Q32 = G.(IT-IL)

- Nhiệt do không khí tươi nhả ra để biến đổi trạng thái từ N(tN,N) đến trạng thái T(tT,T)

Q4 = G’.(IN-IT)

trong đó G’ là lưu lượng khí tươi.

Ta có

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt cấp gió và đường ống (Q1=Q2=0) thì:

Q = Q3 + Q4

Hệ số nhiệt hiện SHF

Giả sử có một quá trình thay đổi trạng thái không khí từ trạng thái 1 đến trạng thái 2

(4-37) SHF=QhQh+Qw=QhQ=1,024(t2−t1)I2−I1 size 12{ ital "SHF"= { {Q rSub { size 8{h} } } over {Q rSub { size 8{h} } +Q rSub { size 8{w} } } } = { {Q rSub { size 8{h} } } over {Q} } = { {1,"024" ( t rSub { size 8{2} } - t rSub { size 8{1} } ) } over {I rSub { size 8{2} } - I rSub { size 8{1} } } } } {}Hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible heat factor) là tỷ số giữa tổng nhiệt hiện trên tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn:

Qh - Nhiệt hiện.

Qw - Nhiệt ẩn.

Q = Qh + Qw - Nhiệt tổng.

t1, t2 - Nhiệt độ không khí đầu và cuối quá trình, oC

I1, I2 - Entanpi của không khí đầu và cuối quá trình, kJ/kg

Hệ số nhiệt hiện của phòng

RSHF=QhfQhf+Qwf=QhfQf size 12{ ital "RSHF"= { {Q rSub { size 8{ ital "hf"} } } over {Q rSub { size 8{ ital "hf"} } +Q rSub { size 8{ ital "wf"} } } } = { {Q rSub { size 8{ ital "hf"} } } over {Q rSub { size 8{f} } } } } {}* Hệ số nhiệt hiện của phòng RSHF (Room sensible heat factor) được định nghĩa như sau :

(4-38)trong đó:

Qhf - Tổng nhiệt hiện do bức xạ, truyền nhiệt qua kết cấu bao che và nhiệt do các nguồn nhiệt bên trong phòng tỏa ra, kW

Qwf - Tổng nhiệt ẩn toả ra từ phòng, kW

Qf - Tổng nhiệt ẩn và nhiệt hiện từ do bức xạ, truyền nhiệt qua kết cấu bao che và do các nguồn nhiệt tỏa ra từ phòng, đây chính là tổng nhiệt thừa của phòng; kW

Trên đồ thị d-t , các điểm V và T lần lượt là trạng thái không khí cấp vào phòng và không khí trong phòng. Đường VT biểu thị quá trình không khí sau khi vào phòng nhận nhiệt thừa và ẩm thừa và tự thay đổi trạng thái. Đường này được gọi là đường hệ số nhiệt hiện của phòng RSHF.

Trong các tính toán thường điểm T đã biết trước, vì thế đường VT có thể dễ dàng xác định khi biết phương của nó. Cách xác định theo các bước sau:

Quan sát đồ thị d-t ta thấy có điểm G được đánh dấu tròn tại vị trí t = 24oC và  = 50%, điểm này gọi là điểm cơ sở. Mặt khác song song với trục d có đường biểu thị các giá trị khác nhau của hệ số nhiệt hiện RSHF. Đường VT sẽ song song với đường thẳng nối điểm G với điểm xác định giá trị RSHF trên đường biểu thị đó (hình 4-17).

Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (Grand sensible heat factor)

(4-39)Giả sử điểm C và O lần lượt là trạng thái không khí đầu vào và đầu ra thiết bị xử lý không khí . Khi đi qua thiết bị xử lý , không khí thải nhiệt hiện Qh và nhiệt ẩn Qw để biến đổi trạng thái từ C đến O.

GSHF=QhQh+Qw=QhQ size 12{ ital "GSHF"= { {Q rSub { size 8{h} } } over {Q rSub { size 8{h} } +Q rSub { size 8{w} } } } = { {Q rSub { size 8{h} } } over {Q} } } {}Hệ số nhiệt hiện tổng được xác định theo công thức :

trong đó:

Qh và Qw - Nhiệt hiện và nhiệt ẩn mà không khí thải ra ở thiết bị xử lý không khí

Đường thẳng CO biểu thị sự thay đổi trạng thái của không khí khi qua thiết bị xử lý không khí gọi là đường GSHF. Cách xác định phương đường thẳng CO cũng tương tự như cách xác định đường RSHF, nghĩa là song song với đường G-GSHF

Hệ số đi vòng BF

Khi không khí đi qua dàn lạnh, nếu quá trình tiếp xúc tốt, thời gian tiếp xúc đủ lớn thì trạng thái không khí đầu ra là trạng thái bão hoà =100%. Tuy nhiên thực tế trạng thái đầu ra thường không đạt trạng thái bão hoà, mà nằm trong khoảng  = 90  95%. Trạng thái đó được coi như là hỗn hợp của 2 trạng thái: trạng thái ban đầu C và trạng thái bão hoà S. Như vậy lượng không khí xử lý coi như được phân thành 2 dòng : một dòng đi qua dàn lạnh và trao đổi nhiệt ẩm và đạt trạng thái bão hoà, dòng thứ 2 đi vòng qua dàn và không trao đổi nhiệt ẩm.

(4-40) BF=GcGc+Gs=GcG size 12{ ital "BF"= { {G rSub { size 8{c} } } over {G rSub { size 8{c} } +G rSub { size 8{s} } } } = { {G rSub { size 8{c} } } over {G} } } {}Hệ số đi vòng BF (Bypass factor) là tỉ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm so với tổng lượng không khí qua dàn.

trong đó:

GC - Lưu lượng không khí qua dàn lạnh nhưng không trao dổi nhiệt ẩm, kg/s

GS - Lưu lượng không khí có trao đổi nhiệt ẩm, kg/s

G - Tổng lưu lượng gió qua dàn, kg/s

Hình 4-18

Nếu viết phương trình cân bằng năng lượng ta có :

G.Io = Gc.Ic + GS.IS

Sử dụng công thức xác định BF ta có :

G.Io = G.BF.Ic + G.(1-BF).IS

Hay:

BF=Io−IsIc−Is size 12{ ital "BF"= { {I rSub { size 8{o} } - I rSub { size 8{s} } } over {I rSub { size 8{c} } - I rSub { size 8{s} } } } } {}Io = BF.Ic + (1-BF).IS

BF=do−dsdc−ds size 12{ ital "BF"= { {d rSub { size 8{o} } - d rSub { size 8{s} } } over {d rSub { size 8{c} } - d rSub { size 8{s} } } } } {}Rút ra :

Tương tự có thể rút ra:

BF=to−tstc−ts size 12{ ital "BF"= { {t rSub { size 8{o} } - t rSub { size 8{s} } } over {t rSub { size 8{c} } - t rSub { size 8{s} } } } } {}và

Hệ số đi vòng BF phụ thuộc vào diện tích, cấu tạo và tốc độ không khí qua dàn

Bảng 4-1 dưới đây trình bày giá trị của hệ số BF trong một số trường hợp dùng để tham khảo khi tính phụ tải lạnh.

Bảng 4-1

Trị số BF	Trường hợp áp dụng	Ví dụ
0,3  0,5	Tải nhiệt nhỏ hoặc tải nhiệt tương đối lớn nhưng nhiệt hiện nhỏ	Nhà ở
0,2  0,3	Tải nhiệt tương đối nhỏ hoặc tải nhiệt tương đối lớn với nhiệt hiện nhỏ	Nhà ở, cửa hàng, phân xưởng sản xuất
0,1  0,2	Ứng dụng cho điều hoà không khí bình thường	Cửa hàng lớn, ngân hàng, phân xưởng
0,05  0,1	Ứng dụng khi lượng nhiệt hiện lớn hoặc cần lượng không khí tươi nhiều	Văn phòng làm việc, cửa hàng, nhà hàng, phân xưởng
0  0,1	Chỉ sử dụng không khí tươi (không có tái tuần hoàn)	Bệnh viện, phòng thở, phân xưởng

Bảng 4-2 trình bày giá trị hệ số đi vòng BF của một số dàn lạnh kiểu tiếp xúc theo số hàng ống dọc theo chiều chuyển động của không khí và mật độ cánh trao đổi nhiệt.

Bảng 4-2

Số hàng ống
Hệ số BF
315 cánh/m	550 cánh/m
234568	0,42  0,550,27  0,400,12  0,280,08  0,220,05  0,150,02  0,08	0,22  0,380,10  0,230,04  0,140,02  0,090,01  0,050  0,02

Trường hợp thiết bị xử lý không khí kiểu ướt (buồng phun) giá trị BF phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của không khí, áp suất nước tại lổ phun, kích thước lổ phun, lưu lượng nước phun, số hàng bố trí lổ phun và số lổ phun trên 01 hàng. Ngoài ra chiều chuyển động tương đối giữa không khí và nước cũng ảnh hưởng tới giá trị BF.

Bảng 4.3 trình bày các giá trị của BF trong một số trường hợp dùng tham khảo.

Bảng 4-3

Số hàng lổ phun	Hướng phun nước	Lổ phun có d=6mm,p=170 kPa, G= 2 Lít/s.m2	Lổ phun có d=3mm,p=210 kPa, G= 1,7 Lít/s.m2
Tốc độ không khí , m/s	1,5	3,5	1,5	3,5
1	- Song song- Hỗn hợp	0,700,75	0,500,65	0,800,82	0,600,70
2	- Song song- Ngược chiều- Hỗn hợp	0,900,980,99	0,850,920,93	0,920,980,99	0,870,930,94

Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF

(4-41) ESHF=QhefQef=QhefQhef+Qwef size 12{ ital "ESHF"= { {Q rSub { size 8{ ital "hef"} } } over {Q rSub { size 8{ ital "ef"} } } } = { {Q rSub { size 8{ ital "hef"} } } over {Q rSub { size 8{ ital "hef"} } +Q rSub { size 8{ ital "wef"} } } } } {}Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF (Effective sensible heat factor) là tỷ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng Qhef và tổng nhiệt hiệu dụng Qef

ở đây:

Qhef = Qhf + BF.Q4h- Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng

Qwef = Qwf + BF.Q4w - Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng

Qhf, Qwf- Nhiệt hiện và nhiệt ẩn thừa của phòng

Q4h, Q4w - Nhiệt hiện và nhiệt ẩn của không khí tươi cần nhả ra để đạt được trạng thái trong phòng.

Trên đồ thị d-t đường biểu thị mối quan hệ giữa các hệ số RSHF, GSHF, ESHF và nhiệt độ động sương

Hình 4-19

Các trạng thái lần lượt là:

C- Trạng thái không khí đã được hoà trộn trước khi vào dàn lạnh

O  V Trạng thái sau dàn lạnh và thổi vào phòng

T - Trạng thái không khí trong phòng

N - Trạng thái không khí ngoài trời

S - Trạng thái không khí bão hoà, phần không khí tiếp xức dàn lạnh, nhiệt độ điểm K là nhiệt động đọng sương ts

(4-42) ESHF=11+2,45dT−dstT−ts size 12{ ital "ESHF"= { {1} over {1+2,"45" left [ { {d rSub { size 8{T} } - d rSub { size 8{s} } } over {t rSub { size 8{T} } - t rSub { size 8{s} } } } right ]} } } {}Giữa hệ số nhiệt hiện hữu dụng và và nhiệt độ đọng sương của dàn lạnh có mối quan hệ như sau :

trong đó:

dT, dS - Độ chứa hơi của không khí trong không gian điều hoà và ở trạng thái đọng sương của dàn lạnh, g/kg

tT, tS - Nhiệt độ của không khí trong không gian điều hoà và ở trạng thái đọng sương của dàn lạnh, oC

Bảng 4-4

tT, oC	T, %		Giá trị
20
50
ESHF	1,00	0,97	0,88	0,83	0,73	0,72	0,70	0,68
tS	9,3	9,0	8,0	7,0	5,0	3,0	0	-5,5
55
ESHF	1,00	0,97	0,92	0,83	0,78	0,71	0,67	0,65
tS	10,8	10,5	10,0	9,0	8,0	6,0	3,0	-4,5
60
ESHF	1,00	0,92	0,85	0,78	0,73	0,67	0,64	0,62	0,61
tS	12,1	11,5	11,0	10,0	9,0	7,0	5,0	3,0	-3,0
65
ESHF	1,00	0,94	0,87	0,82	0,73	0,69	0,63	0,60	0,59
tS	13,3	13,0	12,5	12,0	11,0	10,0	8,0	5,0