Đồ án Thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà văn phòng cho thuê ( ĐH Nha Trang)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CHẾ BIẾN -- o0o -- GVHD: PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi SVTH : Đinh Thanh Hùng K45 - Ngành Nhiệt Lạnh MSSV : 45DC114 Đề Tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHO TÒA NHÀ VĂN PHÒNG CHO THUÊ - SỐ 4 LÁNG HẠ - HÀ NỘI Nha Trang, tháng 12 năm 2007 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT ẨM CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN MÁY VÀ CÁC THIẾT BỊ CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG GIÓ CHƯƠNG 6: CÁC BIỆN PHÁP THI CÔNG LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA NỘI DUNG CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. VAI TRÒ CỦA ĐHKK ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI Sức khỏe con người là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến năng suất lao động. Hệ thống điều hòa không khí có nhiệm vụ tạo ra và giữ ổn định các thông số trạng thái của không khí trong không gian hoạt động của con người, để con người luôn cảm thấy dễ chịu nhất tức là tạo cho con người điều kiện vi khí hậu thích hợp. 1.2. VAI TRÒ CỦA ĐHKK ĐỐI VỚI SẢN XUẤT Điều hòa không khí có vai trò đặc biệt quan trọng thậm chí không thể thiếu đối với nhiều ngành công nghiệp: Cơ khí chính xác, điện tử, … và các ngành công nghiệp nhẹ như: Dệt, thuốc lá, giấy … Để đảm bảo chất lượng cao cho sản phẩm hoặc đảm bảo cho máy móc, thiết bị làm việc bình thường. 1.3. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH Trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê số 4 Láng Hạ là một tòa nhà lớn với kiến trúc hiện đại 15 tầng cao trên 50 m, có diện tích mặt bằng là 760 m2, với hướng chính là hướng Đông Nam. Đây là một công trình cao tầng với quy mô lớn được xây dựng với mục đích chính cho các công ty trong và ngoài nước thuê làm văn phòng làm việc. Các thông số chi tiết của từng phòng được giới thiệu trong bảng sau: 1.4. CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 1.Chọn cấp điều hòa không khí Qua phân tích đặc điểm công trình, cấp ĐHKK được chọn cho công trình là điều hòa không khí cấp 3. 2. Chọn các thông số tính toán ngoài nhà Thông số ngoài nhà được chọn cho điều hòa cấp 3 tại Hà Nội theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687-1992 biểu diễn trên đồ thị I - d của không khí ẩm. Điều kiện khí hậu lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4088 - 85. Sau khi chọn và tra đồ thị ta được các thông số thiết kế ngoài nhà như sau: 3. Chọn các thông số tính toán trong nhà Các thông số tính toán trong nhà được chọn theo yêu cầu tiện nghi của con người theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 – 1992. Sau khi chọn và tra đồ thị ta được các thông số tính toán trong nhà như bảng sau: CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT ẨM Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán cân bằng nhiệt ẩm khác nhau, nhưng có hai phương pháp hay dùng là phương pháp truyền thống và phương pháp Carrier. Phần tính cân bằng nhiệt ở đây được thực hiện theo phương pháp truyền thống. 2.1 TÍNH TOÁN NHIỆT THỪA Xác định các nguồn nhiệt tỏa vào phòng từ các nguồn khác nhau như: Do người, máy móc, chiếu sáng, rò lọt không khí, bức xạ mặt trời, thẩm thấu qua kết cấu bao che … Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát có dạng: Qt = Qtỏa + Qtt Trong đó: Qt - nhiệt thừa trong phòng, W Qtỏa - nhiệt tỏa ra trong phòng, W Qtt - nhiệt thẩm thấu từ ngoài vào qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ, W. 2.1.1 Tính toán nhiệt tỏa: Qtỏa = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 , W Q1 - nhiệt tỏa từ máy móc Q2 - nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng Q3 - nhiệt tỏa từ người Q4 - nhiệt tỏa từ bán thành phẩm Q5 - nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q6 - nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q7 - nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che Q8 - nhiệt tỏa ra do rò lọt không khí qua cửa. 2.1.2 Tính toán nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che Qtt , W Nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài nhà gồm: Nhiệt thẩm thấu qua kính, tường bao, tường ngăn, trần và nền nhà được xác định theo công thức: Qtt = ki.Fi.ti , W ki - hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che thứ i, W/m2K. Được xác định theo công thức: ki = = 10 W/m2.K, = 20 W/m2K, hệ số tỏa nhiệt phía trong và ngoài nhà. Fi - diện tích bề mặt kết cấu bao che thứ i, m2; ti - hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà của kết cấu bao che thứ i, K. 2.2 TÍNH TOÁN LƯỢNG ẨM THỪA Do trong nhà không có bán thành phẩm mang ẩm, không có các thiết bị sinh hơi, các phòng được điều hoà có sàn khô, sàn ẩm ở các nhà vệ sinh với miệng hút riêng, nên ta chỉ tính toán lượng ẩm do người tỏa ra. * Lượng ẩm do người toả ra W1 được xác định theo công thức: W1 = n.qn , kg/s Trong đó: n - số người trong phòng điều hoà; qn - lượng ẩm mỗi người toả ra trong một đơn vị thời gian, kg/s. 2.3. TÍNH TOÁN HỆ SỐ GÓC TIA QUÁ TRÌNH Hệ số góc tia quá trình biểu diễn hướng tự thay đổi trạng thái không khí do nhận nhiệt thừa QT và ẩm thừa WT, được tính theo công thức: T = , kJ/kg. Trong đó: QT - tổng lượng nhiệt thừa trong không gian điều hoà, W WT - tổng lượng ẩm của không gian điều hoà, kg/h. CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 3.1 THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Qua phân tích đực điểm công trình: “ Trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê số 4 Láng Hạ - Hà Nội ” ta thấy: Đây là công trình điều hoà thông thường không đòi hỏi nghiêm ngặt về chế độ nhiệt ẩm, vấn đề tiết kiệm năng lượng cần được quan tâm hàng đầu, trong tòa nhà không có chất độc hại. Do đó, chỉ cần sử dụng sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp là đủ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà lại tiết kiệm về mặt kinh tế. 1- Cửa lấy gió tươi 7 - Không gian điều hoà 2 - Buồng hoà trộn 8 - Miệng hồi 3 - Thiết bị xử lý nhiệt ẩm 9 - Ống gió hồi 4 - Quạt gió cấp 10 - Lọc bụi 5 - Ống gió cấp 11 - Quạt gió hồi 6 - Miệng thổi 12 - Cửa tự thải 3.2. TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ TUẦN HOÀN KHÔNG KHÍ MỘT CẤP MÙA HÈ Sự thay đổi trạng thái không khí của sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp mùa hè được trình bày trên đồ thị I-d Các quá trình trên đồ thị: + TH và NH: Quá trình hoà trộn + HV: Quá trình làm lạnh, khử ẩm (tại dàn lạnh) + VT: Quá trình thay đổi trạng thái không khí để khử QT và WT. Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp mùa hè CHƯƠNG 4:LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐHKK VÀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG 4.1 LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐHKK Sau khi so sánh và phân tích các ưu nhược điểm của các hệ thống ĐHKK hiện có trên thị trường, căn cứ vào tính chất công trình, em lựa chọn hệ thống ĐHKK cho tòa nhà là hệ thống VRV-WII (VRV giải nhiệt nước) của hãng DAIKIN - Nhật Bản. Hệ thống VRV - WII bao gồm các thiết bị chính sau đây: + Cụm dàn lạnh + Cụm dàn nóng giải nhiệt nước + Hệ thống ống gas và bộ chia gas (REFNET) + Tháp giải nhiệt nước. Những lợi thế của hệ thống VRV giải nhiệt nước: + Chỉ làm lạnh riêng lẻ cho từng phòng + Tiết kiệm năng năng lượng + Linh hoạt trong thiết kế + Độ tin cậy tối đa + Hiệu suất làm lạnh cao + Lắp đặt đơn giản và tiện lợi hơn về không gian lắp đặt. 4.2. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG 1. Chọn dàn lạnh Chọn dàn lạnh được tiến hành dựa trên hai thông số chính sau: - Năng suất lạnh yêu cầu - Năng suất gió yêu cầu. Thông số kỹ thuật chi tiết của dàn lạnh 2. Chọn dàn nóng Tầng 1 có tổng công suất lạnh danh định của các dàn lạnh là 157 kW. Dựa vào Engineering Data VRV-WII ta chọn 2 tổ dàn nóng mang ký hiệu là: RWEYQ20MY1 và RWEYQ30MY1 với công suất kết nối 116% nằm trong giới hạn cho phép (50 đến 130%). Tầng 2  3 có tổng công suất lạnh danh định của các dàn lạnh là 155,5 kW ta chọn 2 tổ dàn nóng mang ký hiệu là: RWEYQ20MY1và RWEYQ30MY1với công suất kết nối 115%. Tầng 4 có tổng công suất lạnh danh định của các dàn lạnh là 145,7 kW ta chọn 2 tổ dàn nóng mang ký hiệu là: RWEYQ20MY1 và RWEYQ30MY1 với công suất kết nối 108%. Tầng 5  14 có tổng công suất lạnh danh định của các dàn lạnh là 132,3 kW ta chọn 2 tổ dàn nóng mang ký hiệu là: RWEYQ20MY1 và RWEYQ30MY1 với công suất kết nối 98%. Tầng 15 có tổng công suất lạnh danh định của các dàn lạnh là 176,1 kW ta chọn 2 tổ dàn nóng mang ký hiệu RWEYQ30MY1 với công suất kết nối 109%. Thông số kỹ thuật chi tiết dàn nóng 3. Chọn hệ thông gió thu hồi nhiệt HRV CHƯƠNG 5.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG GIÓ 5.1. LỰA CHỌN VÀ BỐ TRÍ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ 5.1.1. Lựa chọn miệng thổi và miệng hồi 1. Yêu cầu của miệng thổi và miệng hồi Việc lựa chọn miệng thổi và hình thức thổi gió ta căn cứ vào chiều cao, diện tích sàn không gian điều hoà, lưu lượng không khí cần thiết và các chỉ tiêu như: có tính thẩm mỹ cao, hài hoà với trang trí nội thất của công trình, dễ dàng lắp đặt, độ ồn thấp; đảm bảo phân phối gió đều, tốc độ gió phù hợp, trở lực nhỏ … 2. Tính chọn miệng thổi, miệng hồi. Căn cứ vào đặc điểm công trình, mặt bằng trần để chọn số lượng miệng thổi. Sau đó tính toán kiểm tra các thông số yêu cầu để điều chỉnh các thông số. Ở công trình này em chọn loại miệng thổi khuyếch tán để lắp đặt cho phù hợp với kiến trúc của các không gian điều hoà. 5.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÔNG KHÍ Trong các tính toán thiết kế ta phải đáp ứng được các yêu cầu chung của các hệ thống đường ống gió như: - Bố trí đường ống đơn giản và nên đối xứng, - Hệ thống đường ống gió phải tránh được các kết cấu xây dựng, kiến trúc và các thiết bị khác trong không gian thi công Có rất nhiều phương pháp tính toán thiết kế hệ thống ống dẫn không khí, trong bản đồ án này sử dụng phương pháp ma sát đồng đều để tính toán. Tiến hành theo các bước sau: + Xác định tốc độ gió khởi đầu, tiết diện và tổn thất áp suất của đoạn ống đầu tiên từ quạt đến chỗ rẽ nhánh thứ nhất + Xác định kích thước của từng đoạn ống + Xác định tổng chiều dài tương đương của mạng ống gió với trở kháng thuỷ lực lớn nhất + Tính áp suất tĩnh tổng cần thiết để kiểm tra cột áp của quạt. CHƯƠNG 6: CÁC BIỆN PHÁP THI CÔNG LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA 6.1. BIỆN PHÁP THI CÔNG LẮP ĐẶT Biện pháp thi công lắp đặt có vai trò rất lớn trong việc đảm bảo chất lượng, tính ổn định, độ tin cậy, độ an toàn, tuổi thọ và hiệu quả kinh tế trong vận hành sử dụng hệ thống điều hòa không khí nói chung. Đặc biệt là đối với hệ thống điều hòa không khí kiểu VRV do có một số đặc thù kỹ thuật riêng nên có một số yêu cầu khắt khe hơn trong việc thi công lắp đặt các hạng mục của hệ thống so với các hệ thống điều hòa khác nên giải pháp kỹ thuật thi công lắp đặt càng trở nên phức tạp. Các hạng mục công trình sẽ thi công: A/ Trước khi tiến hành các công việc thi công tại hiện trường, cần tiến hành các công tác chuẩn bị. Một trong công tác chuẩn bị hết sức quan trọng là khảo sát hiện trường. B/ Việc thi công lắp đặt tại hiện trường sẽ được tiến hành như sau: 1. Lắp đặt hệ ống dẫn môi chất lạnh và hệ ống thoát nước ngưng. 2. Lắp đặt các thiết bị điện động lực. 3. Lắp đặt thiết bị: - Lắp đặt các dàn lạnh (Indoor Unit - IU). - Lắp đặt các tổ máy dàn nóng (OU). - Lắp đặt tháp giải nhiệt, bơm, quạt… 4. Hút chân không, nạp gas vào hệ thống đường ống dẫn môi chất. 5. Kiểm tra điện trước khi chạy hệ thống. 6. Chạy thử hiệu chỉnh. Lập bản vẽ hoàn công. 7. Hướng dẫn vận hành cho nhân viên vận hành hệ thống. 6.2. CÔNG TÁC VẬN HÀNH Để duy trì sự hoạt động bình thường của toàn bộ hệ thống, đạt được các chế độ nhiệt ẩm theo yêu cầu, tránh được những sự cố đáng tiếc xảy ra, người vận hành phải là người có những kiến thức cơ bản về hệ thống VRV. Khi vận hành phải tuân thủ những quy định chỉ dẫn trong quy trình vận hành máy và an toàn lao động. 6.3. CÔNG TÁC BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA Việc bảo dưỡng hệ thống thường xuyên là rất quan trọng nhằm tạo điều kiện tối ưu cho sự hoạt động của các thiết bị đồng thời kịp thời phát hiện những hư hỏng, sự cố, từ đó có biện pháp sửa chữa, khắc phục để duy trì sự làm việc ổn định của hệ thống đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật. Hệ thống điều hoà không khí VRV có khả năng tự động thông báo sự cố của các thiết bị trong hệ thống bằng cách hiện thị mã lỗi trên màn hình tinh thể lỏng của điều khiển tay. Thông qua mã lỗi này người vận hành, sửa chữa khoanh vùng được sự cố làm giảm thời gian khắc phục sự cố. KẾT LUẬN Phương án lựa chọn hệ thống điều hòa không khí VRV với các dàn lạnh âm trần 4 hướng thổi, giải pháp cấp gió tươi bằng cách sử dụng các dàn thông gió thu hồi nhiệt HRV cho công trình là hết sức hợp lý cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Ưu điểm: -Thỏa mãn các yêu cầu của thiết kế (độ lạnh, độ ồn, mỹ quan, sức khỏe, vận hành ...). - Thi công và lắp đặt dễ dàng. - Tiết kiệm điện năng do sử dụng máy VRV (trên 20%) cũng như sử dụng thiết bị với công suất nhỏ hơn. - Công suất nhỏ hơn do đó tiết kiệm được chi phí hoạt động. - Dễ dàng vận hành và sửa chữa. Nhược điểm: - Hệ thống VRV không lấy được gió tươi, để cấp gió tươi cho phòng và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống ĐHKK cần bố trí thêm thiết bị thông gió hồi nhiệt đi kèm. - Giá thành hệ thống VRV tương đối cao nên chủ yếu phục vụ cho điều hòa tiện nghi chất lượng cao. Đề xuất ý kiến: - Nên sử dụng phần mềm để việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm trở nên đơn giản, nhanh chóng và chính xác hơn. - Đây là hệ thống hiện đại nên việc lắp đặt phải hết sức chính xác để hệ thống có thể hoạt động ổn định theo đúng các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu. - Do hệ thống VRV-WII còn là hệ thống ĐHKK mới lạ ở VN (thực ra ở VN chưa được lắp đặt) nên còn gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn và thiết kế. Vì vậy em muốn được nghiên cứu sâu hơn, tìm ra những giải pháp tối ưu nhất để cho công trình của mình mang tính khả thi hơn. 3. Chọn bộ chia gas (REFNET) + Đối với bộ chia gas đầu tiên tính từ Outdoor, chọn theo bảng sau: + Đối với bộ chia gas khác sau bộ chia gas đầu tiên tính từ dàn nóng, thì dựa vào tổng chỉ số công suất của dàn lạnh và chọn theo bảng sau: Các bộ chia gas được ghi chi tiết trên bản vẽ 4. Lựa chọn đường ống dẫn môi chất 1. Nhiệt tỏa từ máy móc Q1 Q1 = Trong đó: + Nđc: Công suất động cơ lắp đặt máy, W + Ktt: Hệ số phụ tải + Kđt: Hệ số đồng thời + KT: Hệ số thải nhiệt + : Hiệu suất làm việc thực tế của động cơ. 2. Nhiệt tỏa ra từ đèn chiếu sáng Q2 Q2 = A. F , W. A - Năng suất chiếu sáng trên mỗi m2 sàn, W/ m2 F - Diện tích sàn, m2 Theo yêu cầu của chủ đầu tư và tư vấn, thì công suất chiếu sáng trên mỗi mét vuông sàn là 12 W/ m2. 3. Nhiệt toả từ người Q3 Q3 = n1. qn + 0,85. n2. qn, W Trong đó n1: Số người là nam giới trong phòng n2: Số người là nữ giới trong phòng. qn: Nhiệt tỏa từ một người, W/người. Như đã giới thiệu, toàn bộ tòa nhà được sử dụng vào mục đích văn phòng nên nhiệt tỏa ra từ một người lấy bằng 125 W/người. 4. Nhiệt toả ra từ bán thành phẩm Q4 Do trong phòng không có các sản phẩm bay hơi hay ngưng tụ nên Q4 = 0. 5. Nhiệt toả ra từ thiết bị trao đổi nhiệt Q5 Do trong phòng không có các thiết bị trao đổi nhiệt, các đường ống dẫn môi chất cho nên Q5 = 0. 6. Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6 Nói chung, xác định được chính xác nhiệt tỏa do bức xạ qua kính là rất khó khăn, ở đây xin trình bày cách tính gần đúng như sau: Q6 = Isd. Fk. . . . , W Isd - cường độ bức xạ mặt trời lên mặt đứng, W/m2. Theo bảng 3.3 [1] ta có cường độ bức xạ mặt trời theo hướng Đông Bắc và Tây Bắc là 450 W/m2, hướng Đông Nam và Tây Nam là 328 W/m2; Fk - diện tích kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, m2; - hệ số trong suốt của kính, với kính một lớp = 0,9; - hệ số bám bẩn, với cửa kính một lớp đặt đứng = 0,8; - hệ số khúc xạ, với cửa kính một lớp khung kim loại = 0,75; - hệ số tán xạ do che nắng, với kính có rèm bên trong = 0,6. Do toàn bộ toà nhà đều trang bị các cửa kính một lớp đặt đứng, có khung nhôm và có rèm che bên trong nên có thể lấy một giá trị chung: = 0,9.0,8.0,75.0,6 = 0,324. 7. Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua bao che Q7 Q7 = 0,055.k.F. .Is, W εs - hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời của vật liệu kết cấu bao che, trị số này được lấy theo bảng 4.10 [1] cho giấy dầu lợp nhà để thô εs = 0,91; Is - cường độ bức xạ mặt trời trên mặt nằm ngang, W/m2, lấy theo bảng 3.3 [1] có giá trị là 928 W/m2; F - diện tích nhận bức xạ của bao che, m2; k - hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, W/m2K. 8. Nhiệt toả do rò lọt không khí qua cửa Q8 Q8 = G.(IN - IT) , W G - lượng không khí rò lọt qua cửa mở hoặc khe cửa, kg/s; G = .L = 1,2.(1,5  2).V, kg/h. Do toà nhà này sử dụng chủ yếu là phòng làm việc nên lấy G = .L = 1,2.1,7.V, kg/h. IN, IT - là entanpy không khí ngoài trời và trong nhà, kJ/kg.