Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 7: Hệ thống điều hòa không khí kiểu ướt
CHƯƠNG VII : HỆ THỐNG ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ KIỂU ƯỚT Q trình xử lý nhiệt ẩm khơng khí thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt có ưu điểm thiết bị gọn nhẹ, đơn giản vv Tuy nhiên xử lý nhiệt ẩm thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt, bị hạn chế khả xử lý khơng khí, khơng có khả tăng dung ẩm khơng khí phịng Trong nhiều trường hợp địi hỏi tăng ẩm cho khơng khí, chẳng hạn nhà máy dệt có giai đoạn cơng nghệ địi hỏi độ ẩm cao, để đạt trạng thái yêu cầu, cần tiến hành phun ẩm bổ sung, tương đối phức tạp, tốn hiệu không cao Trong trường hợp này, người ta thường sử dụng thiết bị xử lý khơng khí kiểu hỗn hợp hay gọi thiết bị xử lý khơng khí kiểu ướt Thiết bị khơng khí kiểu ướt thiết bị trao đổi nhiệt ẩm kiểu hổn hợp khí nước, thường gọi thiết bị buồng phun Việc phun ẩm không thực trực tiếp phịng mà thiết bị xử lý khơng khí nên hiệu qủa quy mô lớn nhiều Trong chương này, tiến hành nghiên cứu sở lý thuyết trao đổi nhiệt ẩm khơng khí nước; nhân tố ảnh hưởng đến q trình đó; thiết bị buồng phun thường sử dụng tính tốn thiết kế thiết bị 7.1 CÁC Q TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ẨM KHƠNG KHÍ 7.1.1 Một số giả thiết nghiên cứu trình trao đổi nhiệt ẩm khơng khí Q trình thực xử lý nhiệt ẩm phức tạp, để tiện lợi cho việc phân tính tính tốn, nghiên cứu q trình trao đổi nhiệt ẩm khơng khí nước, người ta giả thiết sau: - Sự tiếp xúc nước khơng khí lý tưởng, thời gian tiếp xúc vơ - Khơng có tổn thất nhiệt ẩm bên ngồi hệ q trình trao đổi nhiệt ẩm - Kích thước hạt nước đủ nhỏ để nhiệt độ đồng tồn thể tích hạt Với giả thiết suy nhiệt độ khơng khí lớp biên (lớp mỏng sát bề mặt giọt nước) đạt trạng thái bão hồ có nhiệt độ với nhiệt độ giọt nước, độ ẩm không khí đầu thiết bị đạt trạng thái bão hời ứng với nhiệt độ giọt nước đầu Người ta nhận thấy, thay đổi trạng thái không khí phụ thuộc nhiều vào chiều chuyển động tương đối nước khơng khí Dưới khảo sát trình trao đổi nhiệt ẩm nước khơng khí hai trường hợp nêu 7.1.2 Trường hợp nước khơng khí chuyển động chiều Xét trường hợp trao đổi nhiệt ẩm nước có nhiệt độ ban đầu tn, khơng khí có trạng thái A(tA, ϕA) thiết bị trao đổi nhiệt ẩm kiểu hỗn hợp Ở đầu thiết bị trao đổi nhiệt ẩm, khơng khí đạt bão hồ đạt ϕ =100%, nước khơng khí có nhiệt độ tnk (trạng thái AK ≡ BK ) 134 K.Khê A Næ c åï A1 Ak t n1 tn A2 t n2 t nk (1) (2) (k) Hình 7.1 Trao đổi nhiệt ẩm khơng khí nước chuyển động chiều Ta nghiên cứu thay đổi trạng thái không khí q trình trao đổi nhiệt ẩm dọc theo chiều dài thiết bị Để thấy rõ trình thay đổi trạng thái đó, ta chia thiết bị trao đổi nhiệt ẩm thành k đoạn (hình 7.1) Trong trình trao đổi nhiệt ẩm nhiệt độ nước tăng từ tn đến tnk, khơng khí thay đổi trạng thái từ trạng thái ban đầu A(tA, ϕA) tới trạng thái bão hồ Ak(tnk,100%), giả thiết q trình trao đổi lý tưởng thời gian vô nên trạng thái khơng khí buồng phun có nhiệt độ nhiệt độ nước tnk đạt trạng thái bão hoà với độ ẩm ϕ = 100% - Xét trình trao đổi nhiệt ẩm vùng Khơng khí đầu vào có trạng thái A(tA,ϕA) nước có nhiệt độ tn Do q trình trao đổi nhiệt ẩm với giọt nước, lớp khơng khí lớp biên tiếp xúc với giọt nước đạt trạng thái bão hoà (ϕ=100%) nhiệt độ nhiệt độ nước t = tn (trạng thái B) Các phần tử khơng khí ngồi lớp biên coi giữ nguyên trạng thái ban đầu A(tA,ϕA) Như khỏi vùng thứ khơng khí có trạng thái A1 hỗn hợp khối khí có trạng thái A(tA,ϕA) B(tn,100%) Theo tính chất q trình hỗn hợp, điểm A1 nằm đoạn AB, đồng thời có trao đổi nhiệt nên nhiệt độ nước tăng lên tn1 - Vùng Khơng khí đầu vào vùng A1 nước có nhiệt độ tn1 Bằng cách phân tích tương tự, ta thấy trạng thái khơng khí đầu A2 vùng hỗn hợp khối khí có trạng thái A1 B1(tn1,100%) Như điểm A2 nằm A1B1 nhiệt độ nước tăng lên tn2 Cứ phân tích tương tự ta thấy, trạng thấy khơng khí đầu thiết bị có trạng thái bão hồ, có nhiệt độ nhiệt nước tnk (trạng thái Ak≡Bk) Nối tất điểm A, A1, Ak ta có đường cong biểu thị thay đổi trạng thái không khí q trình trao đổi nhiệt ẩm với nước Các điểm B, B1, Bn tương ứng trạng thái khơng khí lớp biên giọt nước, có nhiệt độ nhiệt độ nước Lớp biên lớn dần, đến cuối thiết bị xử lý nhiệt ẩm chiếm tồn dịng khơng khí A I, [kJ/kg] A1 A2 100% A k Bk t nk B2 B1 t n1 tn ϕ= B d, [g/kg] Hình 7.2 Sự thay đổi trạng thái khơng khí chuyển động chiều với nước Như trình thay đổi trạng thái khơng khí xét lý thuyết đường cong Đối với thiết bị trao đổi nhiệt ẩm kiểu song song chiều, đước cong lõm 135 Tuỳ thuộc nhiệt độ nước đầu mà dung ẩm khơng khí tăng giảm Nếu nhiệt độ nước đầu có nhiệt độ lớn nhiệt độ đọng sương khơng khí đầu vào dung ẩm khơng khí tăng, tức có lượng ẩm khuyếch tán vào khơng khí ngược lại Khi chuyển động song song chiều, khả làm tăng dung ẩm lớn nhiệt độ nước tăng dần nhiệt độ nước đầu có nhiều khả lớn nhiệt độ đọng sương Tuy nhiên thực tế độ chênh nhiệt độ nước khơng khí khơng q lớn người ta trọng đến trạng thái cuối nên thường biểu diễn q trình thay đổi trạng thái khơng khí theo đường thẳng Mặt khác trao đổi nhiệt ẩm không đạt lý tưởng, thời gian tiếp xúc hữu hạn nên độ ẩm trạng thái cuối đạt tới cỡ 90 - 95%, tức khơng khí tới điểm O mà khơng đạt tới B Người ta nhận thấy trình thay đổi trạng thái khơng khí xãy tương tự trao đổi nhiệt ẩm với thiết bị trao đổi nhiệt 7.1.3 Trường hợp nước khơng khí chuyển động ngược chiều Trường hợp khơng khí chuyển động ngược chiều, ta chia thiết bị thành k đoạn (hình 7.3) Trạng thái khơng khí đầu vào đoạn 1, 2, k A, A1, A2 Ak-1 Đầu cuối trạng thái Ak Nhiệt độ nước đầu đoạn 1, 2, k tn, tn1, tn2 tnk-1 Nhiệt độ nước đầu vào đoạn k Ank Các điểm B, B1, B2, Bk tương ứng trạng thái khơng khí bão hồ vùng biên giọt nước có nhiệt độ tn, tn1, tn2 tnk K.Khê A Næ c åï tn A1 A2 Ak t n1 t n2 t nk (1) (2) (k) Hình 7.3 Trao đổi nhiệt ẩm khơng khí nước chuyển động ngược chiều Khơng khí thay đổi từ trạng thái ban đầu A qua trạng thái trung gian A1, A2 cuối trạng thái Ak Trạng thái cuối Ak đạt bão hồ có nhiệt độ nhiệt độ nước đầu vào thiết bị tnk Nối tất điểm A, A1, A2 Ak ta đường cong biểu thị thay đổi trạng thái khơng khí trao đổi nhiệt ẩm với nước Kết cho thấy, đường cong lồi, trạng thái khơng khí đầu bão hồ Nếu nhiệt độ nước đầu vào nhỏ, nhỏ nhiệt độ đọng sương khơng khí q trình xử lý nhiệt ẩm làm giảm dung ẩm Ngược lại, nhiệt độ nước xử lý cao làm tăng dung ẩm Trên thực tế, sử dụng nước lạnh, thường nhiệt độ nước nhỏ nhiệt độ đọng sương Ngược lại sử dụng nước thường nhiệt độ nước lớn 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, trình xử lý nhiệt ẩm khơng khí hai trường hợp nước khơng khí chuyển động chhiều ngược chiều, ta nhận thấy: - Trạng thái không khí thay đổi theo dạng đường cong; - Trạng thái đầu khơng khí phụ thuộc vào nhiệt độ nước xử lý chiều chuyển động tương hổ nước khơng khí Dung ẩm khơng khí tăng giảm Trên thực tế độ chênh nhiệt độ khơng khí đầu vào tA đầu tAk khơng lớn tính tốn thường quan tâm trạng thái đầu cuối Vì người ta coi trình thay đổi trạng thái theo dạng đường thẳng 136 Khi lượng nước phun vô lớn thời gian tiếp xúc τ = ∞ trình thay đổi trạng thái khơng khí tn theo quy luật đường thẳng I, [kJ/kg] A A1 A2 tn t n1 t n2 t nk ϕ= % 100 B B1 B2 Ak Bk d, [g/kg] Hình 7.4 Sự thay đổi trạng thái khơng khí chuyển động ngược chiều với nước Tuy nhiên, thực tế lượng nước phun thời gian tiếp xúc hữu hạn nên trạng thái cuối q trình xử lý khơng khí khơng đạt trạng thái bão hoà Ak mà đạt trạng thái O có độ ẩm ϕO = 90÷95% 7.1.4 Giới hạn q trình xử lý khơng khí nước phun Trong thực tế trạng khơng khí cuối q trình xử lý khơng khí nước phun khơng đạt tới độ ẩm ϕ=1, mà đạt ϕ= 0,9 - 0,95 Đó trạng thái cuối khơng khí khỏi buồng phun Người ta chứng minh đồ thị I-d khơng khí có trạng thái A q trình nằm ngồi tam giác cong AMN thực nước phun Tam giác cong AMN có đáy đoạn MN đường cong ϕ=1 NN, AM tiếp tuyến từ A tới đường cong ϕ=1 Hình 7.5 Giới hạn trình xử lý khơng khí Ví dụ: - Q trình AB đường d=dA = const thực caloriphe (sấy nóng đẳng dung ẩm) - Q trình AF: thực qua giai đoạn, tăng ẩm đoạn nhiệt nước phun AP sấy nóng đẳng dung ẩm PF 137 - Quá trình AC tam giác AMN thực nước phun 7.2 THIẾT BỊ ĐIỀU HOÀ KIỂU ƯỚT Khái niệm, phân loại cấu tạo Buồng máy điều hịa khơng khí cịn gọi buồng điều không thiết bị sử dụng để xử lý khơng khí trước thổi vào buồng máy Có nhiều cách phân loại buồng Theo cách bố trí: buồng đứng, nằm ngang, kiểu thẳng ngoặt Theo áp suất làm việc (tùy thuộc vào vị trí đặt quạt): Kiểu hút, thổi, kết hợp 7.2.1 Thiết bị buồng phun kiểu nằm ngang • Cấu tạo 1- Cửa điều chỉnh gió vào 2- Buồng hịa trộn 3- Lọc bụi 4- Caloriphe 5- Hệ thống phun nước 6- Buồng hòa trộn 7- Caloriphe 8- Ống gió 9- Đường hồi gió cấp 10- Đường hồi gió cấp 11- Đường ống gió 12- Bơm nước phun 13- Máng hứng nước Hình 7.6 Buồng phun kiểu nằm ngang • Ngun lý hoạt động Khơng khí bên ngồi đưa qua van điều chỉnh vào buồng hòa trộn để hịa trộn với khơng khí tuần hồn, sau đưa vào buồng phun để làm xử lý nhiệt ẩm Nếu cần sưởi nóng sử dụng caloriphe Trong buồng phun có bố trí hệ thống ống dẫn nước phun vòi phun Nước phun thành hạt nhỏ để dễ dàng trao đổi nhiệt ẩm với không khí Để tránh nước theo dịng khơng khí làm ẩm ướt thiết bị, phía trước phía sau buồng phun có bố trí chắn nước dạng dích dắc Khơng khí sau xử lý xong đưa vào buồng hòa trộn 10 để tiếp tục hịa trộn với gió hồi cấp Caloriphe 12 dùng để sưởi 138 khơng khí nhằm đảm bảo u cầu vệ sinh cần Nước xử lý lạnh bơm 15 bơm lên vòi phun với áp suất phun cao Nước ngưng đọng hứng nhờ máng 14 dẫn lại để tiếp tục làm lạnh Các chắn nước có dạng dích dắc có tác dụng ngăn gạt rơi giọt nước bị theo dịng Nó đặt phía buồng phun Về vật liệu chắn chế tạo từ tơn tráng kẽm inox mỏng gập vài lần Số nếp gập nhiều hiệu tách ẩm lớn trở lực tăng Thường người ta gập 2-4 nếp Hình 7.7 Cấu tạo buồng phun kiểu nằm ngang Chi tiết vịi phun định kích thước giọt nước phun ảnh hưởng định đến hiệu trao đổi nhiệt ẩm Nguyên lý làm việc vòi phun sử dụng lực ly tâm để xé tơi giọt nước Trên hình 7.9 cấu tạo vòi phun thường sử dụng Nước có áp suất lớn theo đường dẫn vào buồng xoáy theo phương tiếp tuyến Trong buồng xoáy nước chuyển động xoáy với tốc độ lớn thoát qua lổ Tốc độ lổ lớn, vịi phun có dạng hình tốc độ giảm độ ngột xé tơi thành giọt nhỏ Mũi phun lắp vào thân vịi phun ren dễ dàng điều chỉnh để có buồng xốy phù hợp Hình 7.8 Các chi tiết buồng phun 1,5- Vách chắn nước; 2- Trần buồng phun; 3- Ống góp phun; 4- Vịi phun; 6- Bơm nước phun; 7- Máng hứng nước; 8,9,11- Đường nước; 10- Van ngả 139 Hình 7.9 Chi tiết chắn • Các đặc điểm buồng phun kiểu thẳng - Hiệu trao đổi cao tốc độ tương đối gió nước cao thời gian trao đổi lâu; - Thích hợp cho hệ thống lớn công nghiệp; - Hệ thống cồng kềnh chiếm nhiều diện tích lắp đặt Hình 7.10 Chi tiết vòi phun 1- Thân vòi phun; 2- Lổ nước vào; 3- Buồng xốy; 4- Mũi phun; 5- Nắp vịi phun 7.2.2 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 7- Dàn làm lạnh nước 140 Hình 7.11 Buồng tưới Ngun lý hoạt động Khơng khí bên ngồi hút vào cửa lấy gió vào buồng tưới nhờ quạt ly tâm Ở buồng tưới trao đổi nhiệt ẩm với nước phun từ xuống Để tăng cương làm tơi nước vag tăng thời gian tiếp xúc nước khơng khí người ta thêm lớp vật liệu đệm đặt buồng Vật liệu đệm ống sắt, gốm, sành sứ, kim loại, gỗ có tác dụng làm tơi nước cản trỡ nước chuyển động nhanh phía đồng thời tạo nên màng nước Nước làm lạnh trực tiếp máng hứng nhờ dàn lạnh • Các đặc điểm buồng tưới - Hiệu trao đổi nhiệt ẩm không cao quảng đường ngắn - Thích hợp cho hệ thống nhỏ vừa cơng nghiệp - Chiếm diện tích lắp đặt • Hình 7.12 Các loại vật liệu làm tơi nước 141 7.3 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ TRAO ĐỔI NHIỆT ẨM 7.3.1 Hệ số hiệu trao đổi nhiệt ẩm • Hệ số hiệu trao đổi nhiệt ẩm Trên thực tế trạng thái khơng khí cuối q trình trao đổi nhiệt ẩm với nước phun khơng thể đạt trạng thái ϕ = 100%, mà đạt trạng thái O với ϕ = 0,9 ÷ 0,95 mà thơi Để đặc trưng cho hiệu q trình trao đổi nhiệt ẩm nước khơng khí buồng phun người ta đưa đại lượng gọi hệ số hiệu trao đổi nhiệt ẩm, Ký hiệu E AO E=