Đề tài Thiết Kế Hệ Thống Điều Hoà Không Khí cho trung tâm thương mại và khu văn phòng của công trình tổ hợp làng Quốc tế Thăng Long, Hà Nội

t hệ số nhiệt hiện tổng được tính toán trong bảng 4.2 phần Phụ lục 1. 4.2.3. Hệ số đi vòng: εβF Hệ số đi vòng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó quan trọng nhất là bề mặt trao đổi nhiệt của dàn,cách xắp xếp bố trí bề mặt trao đổi nhiệt ẩm, số hàng ống, tốc độ không khí. Được xác định như sau: HBF H O G G G ε = + Trong đó: GH –Lưu lượng không khí qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với dàn lạnh , kg/s, nên vẫn có trạng thái của điểm hòa trộn H. G0 – Lưu lượng không khí qua dàn lạnh nhưng có tao đổi với dàn lạnh, kg/s, và đạt được trạng thái O. Tra bảng 4- 22[TL1] ta được: εBF = 0,05- 0,1 chọn: εBF =0,05. 4.2.4. Hệ số nhiệt hiệu dụng: ESHF, εhef Là tỷ số giữa nhiệt hiệu dụng của phòng và nhiệt tổng hiệu dụng của phòng: được tính như sau: ε hefhef hef aef Q Q Q = + Trong đó: Qhef –Nhiệt hiệu dụng của phòng ERSH . 48 Qhef = Qhf + εBF x QhN Qâef – Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERSH. Qaef = Qaf + εBF x QaN Bảng tổng kết hệ số nhiệt hiện hiệu dụng được tính toán trong bảng 4.3 phần Phụ lục 1. 4.2.5. Nhiệt độ đọng sương của thiết bị Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà khi tiếp tục làm lạnh hỗn hợp không khí tái tuần hoàn và không khí tươi (có trạng thái hoà trộn H) qua điểm V theo đường εht thì không khí đạt trạng thái bão hoà ϕ =100% tại điểm S. Điểm S chính là điểm đọng sương và nhiệt độ tS là nhiệt độ đọng sương của thiết bị. - Xác định các điểm T, N và G: Điểm T: tT = 24 oC , ϕT = 60 % Điểm N: tN = 28,6 oC , ϕN = 90% Điểm G: tG = 24 oC , ϕG = 50% - Qua T kẻ đường song song với G - εHEF , cắt đường ϕ = 100% ở S. Ta xác định được nhiệt độ điểm đọng sương của thiết bị tS - Qua S kẻ đường song song với G- εHT cắt đường NT tại H, xác định được điểm hoà trộn H - Qua T kẻ đường song song với G- εHF cắt đường SH tại O Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và từ đường ống gió, ta có O ≡ V là điểm thổi vào. Hình 4.4. Xác định nhiệt độ đọng sương của thiết bị 49 4.2.6. Xác định lượng không khí qua dàn lạnh L(l/s). Lưu lượng không khí L cần thiết để dập nhiệt thừa hiện và ẩn của phòng điều hoà , đó cũng chính lưu lượng không khí qua dàn lạnh (hoặc AHU) sau khi được hoà trộn. Lưu lượng không khí được xác định như sau: )ε1)(tt(2,1 Q L BFST hef −− = tT: nhiệt độ trong phòng, tT = 24 0C. tS: nhiệt độ đọng sương của thiết bị. Qhef: Nhiệt hiệu dụng, W. εBF: hệ số đi vòng. Bảng nhiệt độ đọng sương của thiết bị và lưu lượng không khí qua dàn lạnh được tổng kết trong bảng 4.4 phần Phụ lục 1. 4.2.7 Xác định nhiệt độ không khí tại điểm hoà trộn tH và tại điểm thổi vào tV + Nhiệt độ hoà trộn tH: G tGtG t TTNNH .. + = Trong đó: tN, tT: Nhiệt độ ngoài và trong không gian điều GN, GT: Lưu lượng không khí tươi. Ta chọn GN = 20%GT. GT: Lưu lượng không khi tái tuần hoàn, kg/s G: Lưu lượng không khi tổng, kg/s G= GT + GN=GT + 0,2GT= 1,2GT C G GG t T TT H 045,26 2,1 25.7,33.2,0 = + = + Nhiệt độ thổi vào phòng tV: Khi bỏ qua tổn thất qua quạt và đường ống dẫn nhiệt độ không khí sau dàn lạnh t0 bằng nhiệt độ không khí vào phòng tV. tv = t0 = tS + εBF(tH – tS), 0C. Ví dụ tính cho văn phòng 1 tầng 4: 50 - Xác định lưu lượng không khí: Tính cho Văn phòng 1 tầng 3 có : Qhef= 16935,4 (W) tT= 24 0C, ts= 15,2 0C Vậy : L = 16935, 4 1688, 4 1, 2.(24 15,2).(1 0,05) = − − (l/s) G = L . ρ = 1688,4 . 1,2 . 10-3 = 2,02 (kg/s) Năng suất lạnh của phòng được tính: Qo=G.(IH- Iv), KW G=ρ.L - L: tổng lưu lượng không khí - ρ: khối lượng riêng của không khí (1,2 kg/m3) - LN = n.l: lưu lượng không khí ngoài trời đưa vào phòng. l: lưu lượng không khí cần cho 1 người, l/s. Theo bảng 4.19[TL1/Tr 176] ta có: l = 7,5 l/s= 27 m3 /h n: số người - Kiểm tra điều kiện vệ sinh ∆t = tT – tV = 24 – 17 = 7 0C . Ta thấy ∆tVT = 7K < 10K nên đạt tiêu chuẩn vệ sinh 51 CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN MỘT SỐ THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 5.1 Phân tích chọn hệ thống điều hòa không khí Là một công trình với quy mô lớn, kết hợp nhiều chức năng do đó các hệ thống điều hòa cũng phải đảm bảo các yêu cầu của công trình lớn đồng thời cũng phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Kinh tế: căn cứ vào mức vốn đầu tư mà chủ đầu tư cho phép. - Kĩ thuật: phải đảm bảo các thông số điều hòa như đã tính ở trên không thấp hơn hoặc vượt quá nhiều so với giới hạn cho phép. - Kết cấu xây dựng: nơi đặt máy phải có kết cấu vững chắc, đảm bảo không ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng chung của công trình. - Tính chất sử dụng hệ thống điều hòa không khí: căn cứ vào đây ta có thể chọn 1 hay nhiều tổ máy chung cho cả công trình để giảm được các chi phí vận hành. Qua những phân tích ở trên ta chọn hệ thống điều hòa trung tâm nước vì yêu cầu năng suất lạnh lớn nên chỉ có hệ thống Chiller nước mới phù hợp với yêu cầu. Do kết cấu của công trình là hai tòa tháp cao tầng nên ta có thể bố trí các Chiller ở dưới tầng hầm, tháp giải nhiệt bố trí trên tầng mái nhằm đạt yêu cầu giải nhiệt nước một cách tốt nhất. 5.2. Tính toán phụ tải lạnh chọn thiết bị Việc tính toán phụ tải lạnh như trên dùng để tính chọn các FCU cụ thể cho từng phòng điều hòa trong công trình. Còn việc tính toán phụ tải lạnh của cả hệ thống theo kiểu cộng toàn bộ các thành phần đã tính toán ở trên dẫn đến việc chọn lựa công suất máy móc, thiết bị quá lớn so với phụ tải yêu cầu (như chọn chiller). Hậu quả của cách lựa chọn này không chỉ gây ra sự lãng phí tiền đầu tư, năng lượng vận hành mà còn có thể đưa đến những khó khăn khác khi hệ thống hoạt động ở điều kiện thực. Để có thể chọn những hệ thống phù hợp hơn với phụ tải thực, cần lưu ý các điều kiện sau: 52  Tính toán đầy đủ các thành phần gây ra nhiệt thừa trong không gian điều hòa trên cơ sở có lưu ý đến mức độ tác động trễ của một số thành phần chính.  Nếu không gian điều hòa bao gồm nhiều không gian khác nhau, có tính chất và hướng khác nhau, lúc đó nên xây dựng đường biểu diễn nhiệt thừa của từng không gian điều hòa theo thời gian, từ đó thiết lập đường biểu diễn nhiệt thừa của toàn bộ hệ thống theo thời gian để xác định thời điểm và giá trị lớn nhất có thể có của nhiệt thừa tổng.  Mức độ không đồng thời của các nguồn tác động. Khi chọn lại thời điểm để tính toán ta xác định nhiệt tải của tầng 5 tháp phía Tây làm điển hình: Tầng 5 tháp phía Tây là khu văn phòng với nhiều hướng kính có diện tích khác nhau. Bảng tính nhiệt bức xạ qua kính của tầng 5 được thống kê trên bảng dưới đây 53 53 Hướng Diện tích (m2) hệ số Giờ 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đông Nam 26 0,3 RT ,W/m 2 0 309 413 479 445 356 211 79 41 38 32 16 nt 0,04 0,28 0,47 0,59 0,64 0,62 0,53 0,41 0,27 0,24 0,21 0,19 Q11 , W 0 674,9 1514,1 2204,36 2221,44 1721,62 872,27 252,64 86,346 71,136 52,416 23,712 Đông Bắc 44 0,3 RT ,W/m 2 331 410 306 173 60 44 44 44 44 38 32 16 nt 0,47 0,58 0,54 0,42 0,27 0,21 0,2 0,19 0,18 0,17 0,16 0,14 Q11 , W 2053,5 3139 2181,2 959,112 213,84 121,968 116,16 110,35 104,54 85,272 67,584 29,568 Tây Nam 48 0,3 RT ,W/m 2 0 16 32 38 41 79 211 356 445 479 413 309 nt 0,08 0,08 0,09 0,1 0,11 0,24 0,39 0,53 0,63 0,66 0,61 0,47 Q11 , W 0 18,43 41,472 54,72 64,944 273,024 1185 2717 4037 4552,4 3627,79 2091,3 Tây 12 0,3 RT ,W/m 2 6 25 35 41 41 44 44 145 322 467 520 464 nt 0,08 0,09 0,09 0,1 0,1 0,1 0,18 0,36 0,52 0,63 0,65 0,55 Q11 , W 1,728 8,1 11,34 14,76 14,76 15,84 28,512 187,92 602,78 1059,2 1216,8 918,72 Tây Bắc 48 0,3 RT ,W/m 2 6 32 38 44 44 44 44 60 173 306 410 438 nt 0,08 0,09 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,16 0,34 0,52 0,65 Q11 , W 6,912 41,47 54,72 63,36 63,36 63,36 63,36 86,4 398,59 1498,2 3070,08 4099,7 Bắc 12 0,3 RT ,W/m 2 104 91 57 44 44 44 44 44 44 44 57 91 nt 0,08 0,36 0,67 0,71 0,74 0,76 0,79 0,81 0,83 0,84 0,86 0,87 Q11 , W 29,952 117,9 137,48 112,464 117,216 120,384 125,14 128,3 131,47 133,06 176,472 285,01 Tổng 2092,1 4000 3940,2 3408,77 2695,56 2316,19 2390,4 3482,6 5360,8 7399,2 8211,14 7448 54 Bảng tổng hợp tính nhiệt bức xạ qua kính của tòa nhà và năng suát lạnh tổng để chọn thiết bị ở bảng 5.1 và bảng 5.2 phần phụ lục 2. Khi chọn lại thời điểm để tính toán ta xác định được nhiệt tải của toàn bộ tòa nhà là: Q’0 = 8502404,56 W = 8502404,56 ÷ 3516 = 2418,2 Tons. Nhưng do ở cùng một thời điểm không phải tất cả các phòng đều cùng hoạt động nên ta cần nhân thêm hệ số sử dụng không đồng thời vào nhiệt tải Q’0 đã tính toán được ở trên. Ta chọn hệ số không đồng thời đồng thời là 0,9. Vậy phụ tải lạnh để tính toán chọn thiết bị là: Q01 = Q’0 .0,9 = 2418,2 .0,9 = 2176,4 Tons. 5.3 Tính chọn FCU FCU là thiết bị trao đổi nhiệt. Nước chuyển động trong ống, không khí chuyển động ngang qua cụm ống trao đổi nhiệt, ở đó không khí được trao đổi nhiệt ẩm, sau đó thổi trực tiếp hoặc qua một hệ thống kênh gió vào phòng. Năng suất lạnh các FCU được chọn trên cơ sở tổng hợp các thành phần nhiệt ẩn và nhiệt hiện của không gian điều hòa. Năng suất lạnh của FCU phụ thuộc vào nhiệt độ nước lạnh, nhiệt độ không khí vào ra và hệ số truyền nhiệt qua vách trao đổi nhiệt. Ngoài ra lưu lượng nước 55 qua dàn lạnh cũng ảnh hưởng rất lớn đến năng suất lạnh của dàn. Lưu lượng càng nhỏ năng suất lạnh càng nhỏ và ngược lại. Năng suất lạnh của FCU của từng phòng được tính bằng nhiệt tải cực đại tính cho phòng đó.  Các thông số để chọn FCU là: - Công suất lạnh qua FCU Q0 - Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng εhef - Lưu lượng không khí qua dàn lạnh: L (l/s). - Lưu lượng gió tươi cấp vào dàn lạnh: LN = 10%.L(l/s). - Lưu lượng không khí tái tuần hoàn: LT = 90%L (l/s). Nhiệt độ đọng sương của thiết bị: tS = 15 0C Ví dụ tính chọn FCU cho Văn phòng 1 tầng 4 tháp phía Tây Năng suất lạnh của phòng là Q0 = 18760 W = 64,027 MBh. Theo catalog dàn lạnh Cassett gắn trần của hãng Trane ta chọn được 3 FCU cho văn phòng này với thông số như sau : Model Số lượng Công suất lạnh, MBh Lưu lượng, CFM Nguồn cấp V/Ph/Hz CWS 08 3 24,49 800 200-240/1/50 Bảng thống kê FCU mỗi phòng được tổng kết trong bảng 5.3 phần Phụ lục 2. 5.4 Tính chọn AHU - Trang thái không khí vào ra AHU: %.90,6,28 %.66,8,35 0 0 V == == rr V Ct Ct ϕ ϕ Tính chọn AHU cho tầng 2 Lưu lượng gió và năng suất lạnh cần cung cấp cho tầng 2: L = 32535,9 l/s Q = 550,47 kW Dựa vào mặt bằng tầng 1 ta chọn 4 AHU loại treo trần và đặt sàn theo catalog của hãng Trane 56 AHU1: cấp cho văn phòng 1 đến 7. QAHU1= Q vp1 ++ QVP7 = 124,98 kW Dựa theo Catalog AHU của hãng Trane ta chọn được AHU loại treo trần có thông số như sau: Model: BDHB 80 Lưu lượng gió qua AHU: 3,9 m3/s Năng suất lạnh: Q0= 125 kW Lưu lượng nước qua AHU: 5,37 L/s. Tính chọn tương tự ta chọn được các AHU cho tầng 2 theo bảng dưới đây: Ký hiệu AHU Model AHU-1 BDHB 80 AHU-2 BDHB 80 AHU-3 CLCP025 AHU-4 CLCP040 Bảng thống kê chọn AHU cho các tầng ở bảng 5.4 phần Phụ lục 2. 5.5. Tính chọn Chiller Theo trên ta xác định được phụ tải lạnh tính toán để chọn Chiller là Q’0 = 2168,46 Tons. Từ đó ta chọn 4 máy Chiller của hãng Trane với model CVHG0780. Công suất lạnh mỗi máy là 750 tons, lưu lượng nước lạnh qua dàn bay hơi là 89 l/s, lưu lượng nước qua dàn ngưng là 148,6 l/s, lưu lượng nước lạnh tối thiểu qua dàn bay hơi của Chiller là 26,68 l/s. Máy làm lạnh nước giải nhiệt nước (water cooled water chiller) có năng suất lạnh tiêu chuẩn ở chế độ làm việc như sau: - Nhiệt độ nước vào và ra khỏi thiết bị bay hơi là: tv = 12 oC, tR = 7 oC - Nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ là: tw1 = 30 oC, tw2 = 35 oC - Nhiệt độ sôi và nhiệt độ ngưng của môi chất: 57 to = 2 oC tk = tw2 +
tmin = 35 + 5 = 40 oC Tra đồ thị của môi chất R- 134a ta được các thông số sau. q0 = i1 – i4= 700 -550 =150(kj/kg) qk= i2 –i3 = 725 – 550 = 175 (kj/kg) Lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống là: 0 0 8502,4 56,7 150 Q m kg q = = = Năng suất nhiệt thải ra khỏi bình ngưng là Qk: Qk= m.qk= 56,7×175 = 9925,5 kW. 5.6. Tính chọn tháp giải nhiệt Hình 5.1. Cấu tạo của tháp giải nhiệt a-Tháp giải nhiệt; b-Bình ngưng tụ của máy lạnh 1-Động cơ quạt gió; 2-Vỏ tháp; 3-Chắn bụi nước; 4-Dàn phun nước; 5-Khối đệm; 6-Cửa không khí vào; 7-Bể nước; 8-Đường nước lạnh cấp để làm mát bình ngưng; 9-Đường nước nóng từ bình ngưng ra đưa vào dàn phun để làm mát xuống nhờ không khí đi ngược chiều từ dưới lên; 10-Phin lọc nước; 11-Phễu chảy tràn; 12- Van xả đáy; 13-Đường cấp nước với van phao; 14-Bơm nước, Pi-áp kế. 58 Công suất nhiệt của máy là: Qk= 9925,5 kW Lưu lượng nước tuần hoàn làm mát là: ( ) 3 2 1 9925,5 0,47 / 1000.4,18.5. . k w w Q V m s C t tρ = = = − V= 0,47 m3/s= 470 (l/s) Công suất làm mát hiệu chỉnh: k Q Q kkhc = Với k là hệ số hiệu chỉnh. Không khí bên ngoài có nhiệt độ 35,80C, độ ẩm 66% tra đồ thị ta được tư= 290C, ∆t= 50C Tra trên đồ thị hình 5.11/tr.264 [TL1] ta được k = 0,8. 9925,5 12406,8 0,8khc Q kW= = Q= 12406,8 kW= 3544,8 tấn lạnh (Mỹ) Để chọn tháp giải nhiệt cho hệ thống ta dựa vào các thông số : - Nhiệt độ nước vào ra thiết bị ngưng tụ của chiller là: vào 320C – ra 400C. - Nhiệt độ bầu kế ướt là: 29,30C. - Lưu lượng nước qua dàn ngưng của một chiller (dựa vào bảng thông số chọn chiller): 146 l/s = 8760 l/phút. Từ các thông số trên dựa vào catalogue và phần mềm chọn tháp giải nhiệt của hãng Ocean ta chọn 4 tháp giải nhiêt ký hiệu YCB - 1000 với công suất 1000 Tons, lưu lượng nước qua tháp là 8760 l/phút, nhiệt độ nước vào tháp là 40 0C và ra khỏi tháp có nhiệt độ 32 0C. 59 CHƯƠNG 6. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ 6.1. Khái niệm Ống gió là thiết bị đóng vai trò kết nối giữa dàn lạnh và không gian điều hòa, ống dẫn vận chuyển không khí được làm lạnh đến không gian điều hòa, hệ thống ống dẫn không khí gồm nhiều ống nối ghép với nhau, có hoặc không có rẽ nhánh, tiết diện ống có thể tròn, chữ nhật, vuông hoặc bất kỳ tiết diện nào. Vật liệu làm ống dẫn thường là tôn hay tôn tráng kẽm có bề dày từ 0,5 ÷ 1 mm. Các ống dẫn này được bọc lớp cách nhiệt (ngoài hoặc trong), phía ngoài có bọc nhôm chống ẩm . Ngoài ra còn có các thiết bị khác như: Miệng thổi, miệng hồi, dùng để đưa không khí vào không gian cần điều hòa. 6.2. Tính toán đường ống gió 6.2.1. Phương pháp thiết kế đường ống gió Các phương pháp thiết kế đường ống gió: - Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh: Phương pháp này có thể sử dụng cho bất kỳ loại có tốc độ nào. Người ta thường sử dụng phương pháp này để thiết kế đường ống đi. Nội dung chính của phương pháp này là xác định kích thước của ống sao cho tổn thất áp suất của hệ thống bằng độ gia tăng áp suất tĩnh trong ống. - Phương pháp giảm tốc độ: Khi thực hiện phương pháp này đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm để chọn một vận tốc thích hợp cho hệ thống. - Phương pháp ma sát đồng đều: Nội dung chính của phương