Giáo trình

Điều hòa không khí và thông gió

Science and Technology

Hệ thống điều hoà không khí kiểu ướt (part1)

HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ KIỂU ƯỚT

Quá trình xử lý nhiệt ẩm không khí bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt có ưu điểm là thiết bị gọn nhẹ, đơn giản vv. . . Tuy nhiên xử lý nhiệt ẩm bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt, bị hạn chế bởi khả năng xử lý không khí, nó không có khả năng tăng dung ẩm không khí trong phòng. Trong nhiều trường hợp đòi hỏi tăng ẩm cho không khí, chẳng hạn như trong các nhà máy dệt có những giai đoạn công nghệ đòi hỏi độ ẩm khá cao, để đạt được trạng thái yêu cầu, cần tiến hành phun ẩm bổ sung, tương đối phức tạp, tốn kém và hiệu quả không cao. Trong trường hợp này, người ta thường sử dụng thiết bị xử lý không khí kiểu hỗn hợp hay còn gọi là thiết bị xử lý không khí kiểu ướt. Thiết bị không khí kiểu ướt là thiết bị trao đổi nhiệt ẩm kiểu hổn hợp khí và nước, thường được gọi là thiết bị buồng phun. Việc phun ẩm không thực hiện trực tiếp trong phòng mà ở thiết bị xử lý không khí nên hiệu qủa và quy mô lớn hơn nhiều.

Trong chương này, sẽ tiến hành nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về trao đổi nhiệt ẩm giữa không khí và nước; các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình đó; các thiết bị buồng phun thường sử dụng và tính toán thiết kế các thiết bị đó.

CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ẨM KHÔNG KHÍ

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 tn, không khí có trạng thái A(tA, φA) 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 tnk (trạng thái AK  BK ).

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 tn đến tnk, không khí thay đổi trạng thái từ trạng thái ban đầu A(tA, φA) tới trạng thái bão hoà Ak(tnk,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 tnk 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(tAA) và nước có nhiệt độ tn. 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 = tn (trạng thái B). Các phần tử không khí ở ngoài lớp biên coi như vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu A(tAA). Như vậy ra khỏi vùng thứ nhất không khí có trạng thái A1 là hỗn hợp của 2 khối khí có trạng thái A(tAA) và B(tn,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 tn1.

- Vùng 2

Không khí đầu vào vùng 2 là A1 và nước có nhiệt độ tn1. 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(tn1,100%). Như vậy điểm A2 nằm trên A1B1 và nhiệt độ nước tăng lên tn2.

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 tnk (trạng thái AkBk)

Nối tất cả các điểm A, A1, . . . Ak 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, . . .Bn 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 . . . Ak-1. Đầu ra cuối cùng là trạng thái Ak.

Nhiệt độ nước đầu ra các đoạn 1, 2, . . k lần lượt là tn, tn1, tn2 . . .tnk-1. Nhiệt độ nước đầu vào đoạn k là Ank. Các điểm B, B1, B2, . . .Bk tương ứng lần lượt là trạng thái không khí đã bão hoà trong vùng biên của các giọt nước có nhiệt độ tn, tn1, tn2 . . tnk .

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 Ak. Trạng thái cuối cùng Ak đạt bão hoà và có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước đầu vào thiết bị tnk. Nối tất cả các điểm A, A1, A2 . . .Ak 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 tA và đầu ra tAk 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 Ak mà chỉ đạt trạng thái O có độ ẩm φO = 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=dA = 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.

THIẾT BỊ ĐIỀU HOÀ KIỂU ƯỚT

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

Cấu tạo

1- Cửa điều chỉnh gió vào

2- Buồng hòa trộn

3- Lọc bụi

4- Caloriphe

5- Hệ thống phun nước

6- Buồng hòa trộn

7- Caloriphe

8- Ống gió ra

9- Đường hồi gió cấp 1

10- Đường hồi gió cấp 2

11- Đường ống gió ra

12- Bơm nước phun

13- Máng hứng nước

Buồng phun kiểu nằm ngang

Nguyên lý hoạt động

Không khí bên ngoài được đưa qua van điều chỉnh vào buồng hòa trộn 3 để hòa trộn với không khí tuần hoàn, sau đó được đưa vào buồng phun để làm xử lý nhiệt ẩm. Nếu cần sưởi nóng thì sử dụng caloriphe. Trong buồng phun có bố trí hệ thống ống dẫn nước phun và các vòi phun. Nước được phun thành các hạt nhỏ để dễ dàng trao đổi nhiệt ẩm với không khí. Để tránh nước cuốn đi theo dòng không khí và làm ẩm ướt các thiết bị, phía trước và phía sau buồng phun có bố trí các tấm chắn nước dạng dích dắc. Không khí sau khi xử lý xong được đưa vào buồng hòa trộn 10 để tiếp tục hòa trộn với gió hồi cấp 2. Caloriphe 12 dùng để sưởi không khí nhằm đảm bảo yêu cầu vệ sinh khi cần. Nước đã được xử lý lạnh được bơm 15 bơm lên các vòi phun với áp suất phun khá cao. Nước ngưng đọng sẽ được hứng nhờ máng 14 và dẫn về lại để tiếp tục làm lạnh.

Các tấm chắn nước có dạng dích dắc có tác dụng ngăn và gạt rơi các giọt nước bị cuốn theo dòng hơi. Nó được đặt ở 2 phía của buồng phun. Về vật liệu các tấm chắn có thể chế tạo từ các tấm tôn tráng kẽm hoặc inox mỏng được gập một vài lần. Số nếp gập càng nhiều thì hiệu quả tách ẩm lớn nhưng trở lực tăng. Thường người ta chỉ gập 2-4 nếp.

Cấu tạo buồng phun kiểu nằm ngang

Chi tiết vòi phun quyết định kích thước các giọt nước phun và do đó ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm. Nguyên lý làm việc của các vòi phun là sử dụng lực ly tâm để xé tơi các giọt nước.

Trên hình 7.9 là cấu tạo của vòi phun thường được sử dụng. Nước có áp suất lớn đi theo đường dẫn 2 vào buồng xoáy 3 theo phương tiếp tuyến. Trong buồng xoáy nước chuyển động xoáy với tốc độ lớn và thoát ngoài qua lổ 4. Tốc độ ở lổ 4 rất lớn, đi ra vòi phun có dạng hình côn và tốc độ giảm độ ngột và được xé tơi thành những giọt nhỏ. Mũi phun 5 được lắp vào thân vòi phun bằng ren và có thể dễ dàng điều chỉnh để có buồng xoáy phù hợp nhất.

Các chi tiết của buồng phun

1,5- Vách chắn nước; 2- Trần buồng phun; 3- Ống góp phun; 4- Vòi phun; 6- Bơm nước phun; 7- Máng hứng nước; 8,9,11- Đường nước; 10- Van 3 ngả

Chi tiết tấm chắn

Các đặc điểm của buồng phun kiểu thẳng

- Hiệu quả trao đổi cao do tốc độ tương đối giữa gió và nước cao và thời gian trao đổi cũng khá lâu;

- Thích hợp cho hệ thống lớn trong công nghiệp;

- Hệ thống cồng kềnh chiếm nhiều diện tích lắp đặt.

Chi tiết vòi phun

1- Thân vòi phun; 2- Lổ nước vào; 3- Buồng xoáy; 4- Mũi phun; 5- Nắp vòi phun

Buồng tưới

Cấu tạo

1- Quạt ly tâm vận chuyển gió

2- Chắn nước

3- Lớp vật liệu đệm: Gỗ, Kim loại, sành sứ .

4- Cửa lấy gió

5- Bơm nước

6- Ống nước vào ra

7- Dàn làm lạnh nước

Buồng tưới

Nguyên lý hoạt động

Không khí bên ngoài được hút vào cửa lấy gió 6 vào buồng tưới nhờ quạt ly tâm 5. Ở buồng tưới nó trao đổi nhiệt ẩm với nước được phun từ trên xuống. Để tăng cương làm tơi nước vag tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và không khí người ta thêm lớp vật liệu đệm đặt ở giữa buồng. Vật liệu đệm có thể bằng các ống sắt, gốm, sành sứ, kim loại, gỗ có tác dụng làm tơi nước và cản trỡ nước chuyển động quá nhanh về phía dưới đồng thời tạo nên màng nước.

Nước được làm lạnh trực tiếp ở ngay máng hứng nhờ dàn lạnh 7.

Các đặc điểm của buồng tưới

- Hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm không cao lắm do quảng đường đi ngắn.

- Thích hợp cho hệ thống nhỏ và vừa trong công nghiệp.

- Chiếm ít diện tích lắp đặt.

Các loại vật liệu làm tơi nước
Mục lục
Đánh giá:
5.0 dựa trên 2 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự