Tài liệu Tính toán - thiết kế hệ thống điều khiển - bảo vệ

ĐỀ TÀI: Tính toán - thiết kế hệ thống điều khiển - bảo vệ

CHƯƠNG I :
CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH
VÀ ĐIỀU H̉A KHÔNG KHÍ -- PHÂN LOẠI


I- ĐIỀU H̉A KHÔNG KHÍ.
1. Khái niệm về điều ḥa - điều tiết không khí.
Từ xa x­a, con ng­ời đă có ư thức tạo ra môi tr­ờng sống tốt hơn cho chính bản thân ḿnh nh­ làm nhà để che m­a, nắng đồng thời điều tiết không khí ở xung quanh để có đ­ợc hơi Êm về mùa đông nhờ đốt lửa s­ởi và không gian thoáng đăng mát mẻ về mùa hè nhờ thông gió tự nhiên hay c­ỡng bức
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và kinh tế, con ng­ời ngày càng ư thức đ­ợc vai tṛ to lớn của ĐHKK trong đời sống và trong kỹ thuật kỹ thuật. Ngành ĐHKK hiện đại đă ra đời và phát triển không ngừng ngày càng đ­ợc hoàn thiện và có đóng góp không nhỏ vào việc tạo nên một vi môi tr­ờng tiện nghi phục vụ cho các mục đích khác nhau. Từ đó ĐHKK không c̣n đơn thuần là giảm nhiệt độ không gian yêu cầu vào mùa hè mà ĐHKK c̣n phải làm tăng nhiệt độ vào mùa đông, hay nói cách khác là duy tŕ nhiệt độ trong không gian cần điều ḥa ở mức yêu cầu mà ĐHKK c̣n phải giữ đ­ợc độ Èm trong không gian đó ổn định ở mức quy định nào đó. Bên cạnh đó c̣n phải quan tâm đến vấn đề đảm bảo độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và sự l­u thông hợp lí của ḍng không khí.
Vậy, ĐHKK là quá tŕnh xử lí không khí trong pḥng về nhiệt độ, độ Èm, giảm thiểu l­ợng khí độc, xử lí độ ồn gây ra từ máy móc và từ các hoạt động của con ng­ời.
2. ứng dụng của điều ḥa không khí.
a. ứng dụng trong sinh hoạt.
- Mối quan hệ giữa môi tr­ờng và cơ thể con ng­ời.
Hệ thống điều ḥa không khí là ph­ơng tiện tạo ra một môi tr­ờng không khí phù hợp với các hoạt động của con ng­̣i. Nh­ng các môi tr­ờng có các tiêu chuẩn tạo ra không thể phù hợp với tất cả mọi ng­ời . V́ đối với từng ng­ời, từng

tuổi tác, từng tính chất cơ địa của từng cơ thể khác nhau cùng với các vận động khác nhau mà sự cảm nhận đối với môi tr­ờng xung quanh cũng hoàn toàn khác nhau.
Cơ thể con ng­ời có thể đ­ợc coi t­ơng tù nh­ một máy nhiệt. Nhiệt độ của con ng­ời trung b́nh khoảng 37[SUP]0 [/SUP]C. Nó luôn sinh ra một nhiệt l­ợng nhiều hơn nó cần. Để duy tŕ nhiệt độ ổn định bên trong cơ thể, cơ thể luôn luôn thải nhiệt ra môi tr­ờng xung quanh. Tùy theo mức độ vân động mà cơ thể thải ra l­ợng nhiệt nhiều hay Ưt. Mức độ vận động gồm: loại nhẹ, loại trung b́nh, loại nặng.
Khi vận động nh­ vậy, nhiệt thoát ra từ cơ thể con ng­ời d­ới ba dạng là: Đối l­u, bức xạ và bay hơi.
Đối l­u: Là hiện t­ợng lớp không khí tiếp xúc với cơ thể nóng dần lên, khi đó lớp không khí lạnh sẽ tiến đến chiếm chỗ và h́nh thành nên sự chuyển động tự nhiên của lớp không khí bao quanh cơ thể con ng­ời, chính sự chuyển động này đă lấy đi một phần nhiệt l­ợng của cơ thể và thải ra môi tr­ờng.
Bức xạ nhiệt là nhiệt l­ợng từ cơ thể sẽ bức xạ ra bất kỳ bề mặt nào xung quanh có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của cơ thể. Hiện t­ợng truyền nhiệt này độc lập với cách truyền nhiệt đối l­u và không phụ thuộc vào nhiệt độ không khí xung quanh. C­ờng độ trao đổi nhiệt bằng h́nh thức đối l­u phụ thuộc vào nhiệt độ chênh lệch giữa bề mặt cơ thể và không khí. H́nh thức trao đổi nhiệt bức xạ phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa nhiệt độ cơ thể và nhiệt độ các bề mặt bao quanh bên trong không gian cần điều ḥa. Khi chênh lệch này giảm đi th́ nhiệt l­ợng phát ra từ cơ thể do đối l­u và bức xạ cũng giảm đi. Ng­ời ta gọi l­ợng nhiệt từ cơ thể thải ra bằng đối l­u hay bức xạ là q[SUB]h[/SUB], l­ợng nhiệt đi vào môi tr­ờng không khí xung quanh thông qua bay hơi hoặc bốc Èm từ cơ thể là q[SUB]a[/SUB] và chúng có mối quan hệ với nhau trong sự phụ thuộc vào môi tr­ờng xung quanh.






Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa q[SUB]h[/SUB] và q[SUB]a[/SUB] ứng với tr­ờng hợp cơ thể ở trạng thái yên tĩnh.
q[SUB]h[/SUB]

[TABLE=align: left]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 2, align: left][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD=align: left][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 3, align: left][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD=colspan: 4, align: left][/TD]
[/TR]
[/TABLE]






q[SUB]a[/SUB]

Từ đồ thị ta thấy khi nhiệt độ không khí thấp hơn 15[SUP]0[/SUP] C th́ thành phần q[SUB]a [/SUB]không đáng kể, khi nhiệt độ không khí cao hơn 28[SUP]0[/SUP]C th́ q[SUB]a[/SUB] chiếm tỷ lệ cao hơn so với tổng số nhiệt l­ợng phát ra. Nh­ vậy chính điều kiện cụ thể môi tr­ờng xung quanh đă quyết định c­ờng độ của từng thành phần trong tổng nhiệt l­ợng trao đổi.
Nh­ vậy ba thông số: Nhiệt độ, độ Èm t­ơng đối và đặc điểm chuyển động của không khí có ảnh h­ởng lớn đến sự trao đổi nhiệt giữa cơ thể và môi tr­ờng.
- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ không khí xung quanh giảm xuống, c­ờng độ trao đổi nhiệt đối l­u giữa cơ thể và môi tr­ờng sẽ tăng lên. C­ờng độ càng tăng nếu độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt cơ thể và không khí càng tăng, nếu độ chênh lệch này càng lớn th́ nhiệt l­ợng từ cơ thể mất đi càng lớn và đến một lúc nào đó sẽ có cảm giác ớn lạnh. Việc giảm nhiệt độ các bề mặt xung quanh sẽ làm gia tăng c­ờng độ trao đổi nhiệt bằng bức xạ, ng­ợc lại nếu nhiệt độ các bề mặt xung quanh tiến gần đến nhiệt độ cơ thể th́ thành phần trao đổi bằng bức xạ sẽ giảm đi rất nhanh. các nghiên cứu đă chỉ ra rằng đa số con ng­ời sẽ cảm thấy dễ chịu trong vùng nhiệt độ khoảng từ 22[SUP]0[/SUP]C đến 27[SUP]0[/SUP]C.
- Ảnh h­ởng của độ Èm: Độ Èm t­ơng đối của không khí xung quanh quyết định mức độ bay hơi, bốc Èm từ cơ thể ra ngoài môi tr­ờng. Nếu độ Èm t­ơng đối giảm xuống, l­ợng Èm bốc ra từ cơ thể sẽ càng nhiều hơn. Kinh nghiệm cho thấy cơ thể ng­ời thích ứng với độ Èm t­ơng đối vào khoảng 40% -70%
- Ảnh h­ởng ḍng khí: Tốc độ chuyển động của ḍng khí làm cho l­ợng Èm thoát ra từ cơ thể con ng­ời nhiều hay Ưt. Khi chuyển động của ḍng khí tăng lên th́ lớp không khí băo ḥa xung quanh bề mặt cơ thể kéo đi theo để nh­ờng chỗ cho không khí khác it băo ḥa hơn, do đó mà khả năng bốc Èm từ cơ thể sẽ nhiều hơn. Ngoài ra chuyển động của ḍng không khí c̣n ảnh h­ởng đến c­ờng độ trao đổi nhiệt bằng đối l­u. Rơ ràng quá tŕnh đối l­u càng mạnh khi tốc độ chuyển động của ḍng không khí càng lớn.
Qua các nghiên cứu và thực nghiệm ng­ời ta chỉ ra rằng: Để tạo cảm giác dễ chịu tốc độ chuyển động của không khí trong vùng yên tĩnh khoảng 0,25 m/s. Tuy nhiên khi chọn tốc độ không khí ta cần l­u ư đến sự t­ơng thích với nhiệt độ không khí xung quanh chẳng hạn khi nhiệt dộ tăng th́ tốc độ không khí cũng tăng lên một chút theo bảng sau:
Bảng 1.1
[TABLE]
[TR]
[TD]Nhiệt độ ( [SUP]0[/SUP]C )
[/TD]
[TD]21
[/TD]
[TD]22
[/TD]
[TD]23
[/TD]
[TD]24
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Tốc độ không khí (m/s)
[/TD]
[TD]0,15 - 0,20
[/TD]
[TD]0,20 - 0,25
[/TD]
[TD]0,25 - 0,30
[/TD]
[TD]0,30 - 0,35
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Mặc dù phần nhiệt độ bên trong cơ thể đ­ợc duy tŕ ổn định ở mức 37[SUP]0[/SUP]C nh­ng nhiệt độ bề mặt của lớp da bao quanh cơ thể không hoàn toàn ổn định. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, độ Èm của không khí xung quanhvà mức độ trao đổi nhiệt mà nhiệt độ của lớp da có thể biến thiên trong khoảng 4,4[SUP]0 [/SUP]C - 40[SUP]0 [/SUP]C. Ngoài ra c̣n phải l­u ư đến độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên trong không gian cần điều ḥa và ḍng khí trực tiếp thổi vào cơ thể. Để đảm


bảo sức khỏe cho con ng­̣i th́ độ chênh lệch nhiệt độ không nên v­ợt quá từ 3[SUP]0 [/SUP]C đến 6[SUP]0[/SUP] C.
- Chỉ số xác định mức cảm nhận của cơ thể.
Chỉ số này c̣n gọi là chỉ số bực bội, nó nói lên sự cảm nhận của cơ thể ng­ời ứng với môi tr­ờng xung quanh sao cho tiện dụng nhất.
Các nhà nghiên cứu Mỹ đă đề ra công thức:
DI = 0,72 ( t[SUB]0[/SUB] + t[SUB]­[/SUB] ) + 40,6.
Các nhà nghiên cứu Nhật đă đề ra công thức:
DI = 0,99. t[SUB]0[/SUB] + 0,36. t[SUB]­[/SUB] + 41,5.
Trong đó:
DI: Chỉ số bực bội.
t[SUB]0[/SUB]: Nhịêt độ không khí xung quanh đo bằng nhiệt kế khô.
t[SUB]­[/SUB]: Nhiệt độ nhiệt kế ­ít.
Đối với cơ thể ng­ời châu á nói chung và ng­ời Việt Nam ta có thể tham khảo số liệu sau:
- Khi DI 75 : Hơi nóng.
- Khi DI 80 : Đủ nóng để đổ mồ hôi.
- Khi DI 85 : Rất nóng.
- Sự ô nhiễm không khí và thông gió.
Thông giă trong không gian điều ḥa là những vấn đề mà ng­ời thiết kế phải chú ư. Bởi v́ không gian điều ḥa là không gian t­ơng đối kín, trong không gian đó có sự hiện diện của con ng­ời, các loại vật dụng. Bên cạnh đó c̣n có các ảnh h­ởng của bụi bặm và các vật thể nhỏ li ti có sẵn trong không khí của không gian cần điều ḥa, trong đó con ng­ời và hoạt động của con ng­ời là chủ yếu.
Sự ô nhiễm không khí gồm một số nguyên nhân cụ thể sau:
- Do hít thở.
- Do hút thuốc lá.


- Do những mùi khác từ cơ thể tỏa ra.
Đây là nguồn gốc chính tăng l­ợng CO[SUB]2[/SUB] và CO, một vài loại vi khuẩn, các nấm gây bệnh và một số loại khí độc khác trong không gian cần điều ḥa.
Tr­ớc đây khi nói đến sự ô nhiễm không khí ng­ời ta th­ờng nghĩ đến nồng độ CO[SUB]2[/SUB] có trong không khí, giờ đây ngoài CO[SUB]2[/SUB] ng­ời ta c̣n nghĩ đến việc thử các loại mùi phát ra từ cơ thể con ng­ời và đang nghiên cứu những chỉ số thích hợp để đánh giá các tác động của yếu tố này đến môi tr­ờng không khí bên trong không gian cần điều ḥa. Mặc dù vậy cho đến nay ng­ời ta cũng c̣n sử dụng nồng độ của CO[SUB]2[/SUB] nh­ chỉ số biểu diễn mức độ ô nhiễm.

Bảng 1.2. Mức độ ô nhiếm CO[SUB]2[/SUB]
[TABLE]
[TR]
[TD]Nồng độ CO[SUB]2[/SUB] (% thể tích)
[/TD]
[TD]Ư nghĩa
[/TD]
[TD]Ghi chó
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]0,07
[/TD]
[TD]Đây là mức độ chấp nhận đ­ợc khi có nhiều ng­ời trong một pḥng
[/TD]
[TD]Các giá trị này bản thân nó ch­a đ­ợc xem là mức độ nguy hiểm. Tuy nhiên với t­ cách là chỉ số ô nhiễm không khí nó là con sè l­u ư nếu nh­nồng độ CO­[SUB]2[/SUB] tiếp tục tăng.
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]0,1
[/TD]
[TD]Nồng độ cho phép trong các tr­ờng hợp thông th­ờng.
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]0,15
[/TD]
[TD]Nồng độ cho phép dùng để tính toán thông gió
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]0,20 - 0,50
[/TD]
[TD]Nồng độ t­ơng đối nguy hiểm
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]0,5 hoặc lớn hơn
[/TD]
[TD]Nồng độ nguy hiểm
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]4 - 5
[/TD]
[TD=colspan: 2]Hệ thần kinh kích thích gây thở sâu và nhịp thở gia tăng.
Nếu sự hít thở trong môi tr­ờng này kéo dài th́ có thể gây nguy hiểm
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]8
[/TD]
[TD=colspan: 2]Nếu kéo dài sự hít thở trong môi tr­ờng lâu hơn 10 phút th́ mặt sẽ đỏ bừng gây đau đầu.
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]18 hoặc lớn hơn
[/TD]
[TD=colspan: 2]Hết sức nguy hiểm có thể dẫn đến tử vong.
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]



Bảng 1.3. Số liệu, các thông số Q, K, b đối với c­ờng độ vận động.
[TABLE]
[TR]
[TD]C­ờng độ vận động
[/TD]
[TD]K,m[SUP]3[/SUP]/ h ng­ời
[/TD]
[TD=colspan: 2]Q,m[SUP]3[/SUP]/h ng­ời
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Nghỉ ngơi
[/TD]
[TD]0,013
[/TD]
[TD]18,6
[/TD]
[TD]10,8
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Rất nhẹ
[/TD]
[TD]0,022
[/TD]
[TD]31,0
[/TD]
[TD]18,3
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Nhẹ
[/TD]
[TD]0,030
[/TD]
[TD]43,0
[/TD]
[TD]25,0
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Trung b́nh
[/TD]
[TD]0,046
[/TD]
[TD]65,7
[/TD]
[TD]38,3
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Nặng
[/TD]
[TD]0,074
[/TD]
[TD]106,0
[/TD]
[TD]61,7
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Trong đó:
K: L­ợng không khí CO[SUB]2[/SUB] do con ng­ời thải ra thông qua hệ thống hít thở.
b: Nồng độ CO[SUB]2[/SUB] có thể chấp nhận đ­ợc trong không gian cần điều ḥa % theo thể tích.
a: Nồng độ CO[SUB]2[/SUB] trong không khí thông th­ờng là 0,03% thể tích.
Từ bảng 1.3 ta thấy l­ợng không khí t­ơi cần thiết cho mét con ng­ời trong một giờ phụ thuộc vào c­ờng độ vận động của ng­ời đó khi ở trong không gian cần điều ḥa và nồng độ CO[SUB]2[/SUB] ở mức quy định.
Trong tr­ờng hợp những ng­ời hiện diện ở trong không gian có hút thuốc, l­ợng không khí t­ơi cần phải bổ sung thêm vào laọi trừ ảnh h­ởng của khói thuốc đ­ợc tŕnh bày ở bảng 1.4. ở đây có ảnh h­ởng của mức độ hút thuốc, để thể hiện điều đó ng­ời ta đ­a ra thông số phỏng chừng tính theo điếu thuốc /h ng­ời.
Bảng 1.4. ảnh h­ởng khói thuốc
[TABLE]
[TR]
[TD]Mức độ hút thuốc
(số điếu thuốc/h/ng­ời)
[/TD]
[TD]L­u l­ợng không khí tối thiểu đ­ợc đề nghị để khử ảnh h­ởng của khói thuốc/m[SUP]2[/SUP]/h/ng­ời.
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]0,8 - 1,0
[/TD]
[TD]13 - 17
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]1,2 - 1,6
[/TD]
[TD]20 - 26
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]2,5 - 3
[/TD]
[TD]42 - 51
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]3 - 5,1
[/TD]
[TD]51 - 85
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Ngoài những điều đă nói ở trên, khi đánh giá mức độ vệ sinh ở một môi tr­ờng nào đó theo nhiều yếu tố tổng hợp khác nhau có thể tham khảo số liệu bảng 1.5. đ­ới đây.
Bảng 1.5. mức độ vệ sinh môi tr­ờng

[TABLE]
[TR]
[TD]- Các hạt lơ lửng
[/TD]
[TD]Nhỏ hơn 0,15mg/m[SUP]3[/SUP] không khí.
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]-Nồng độ CO
[/TD]
[TD]Nhỏ hơn 0,001% theo thể tích
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Nồng độ CO[SUB]2[/SUB]
[/TD]
[TD]Nhỏ hơn 0,1% theo thể tích
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Nhiệt độ
[/TD]
[TD]Từ 17[SUP]0[/SUP]C đến 28[SUP]0[/SUP]C tùy theo từng tr­ờng hợp
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Độ Èm t­ơng đối
[/TD]
[TD]Từ 40% đến 70%
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Tốc độ chuyển động của không
[/TD]
[TD]Nhỏ hơn 0,5m/s
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

b) Ứng dông trong công nghiệp:
* Tiêu chuẩn của môi tr­ờng trong điều tiết không khí:
Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong các hoạt động sản xuất, gia công và chế biến nhằm mục đích nâng cao chất l­ợng sản phẩm, phục vụ các điều kiện công nghệ, cải thiện điều kiện lao động, con ng­ời đang ứng dụng ngày càng nhiều kỹ thuật điều ḥa không khí để tạo môi tr­ờng có nhiệt độ và độ Èm thích hợp.









Bảng 1.6. Độ Èm và nhiệt độ thích hợp trong một số ngành, công nghệ:

[TABLE]
[TR]
[TD]Tr­ờng hợp
[/TD]
[TD]Công nghệ sản xuất chế biến
[/TD]
[TD]Nhiệt độ ([SUP]0[/SUP]C)
[/TD]
[TD]Độ Èm (%)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]X­ởng in
[/TD]
[TD]- Đóng và gói sách
[/TD]
[TD]21 - 24
[/TD]
[TD]45
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Pḥng in Ên
[/TD]
[TD]24 - 27
[/TD]
[TD]45 - 50
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Nơi l­u trữ giấy
[/TD]
[TD]20 - 23
[/TD]
[TD]50 - 60
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]- Pḥng làm bản kẽm
[/TD]
[TD]21 - 23
[/TD]
[TD]40 - 50
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Công nghệ
[/TD]
[TD]- Lắp ráp chính xác
[/TD]
[TD]20 - 24
[/TD]
[TD]40 - 50
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Chính xác
[/TD]
[TD]- Gia công khác
[/TD]
[TD]24
[/TD]
[TD]45 - 55
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Ngoài nhiệt độ, độ Èm trong một số ngành: Quang học, điện tử, cơ khí chính xác, tin học. Ng­ời ta c̣n chú ư đến độ sạch của không khí.
Khái niệm về độ sạch là mức độ nhiễm bẩn do bụi và các hạt lơ lửng khác ví dụ trong pḥng đặt máy tính số l­ợng các hạt không đ­ợc v­ợt quá 2.10[SUP]5[/SUP] hạt/m[SUP]3[/SUP]. Chỉ tính các hạt có kích th­ớc 3mm trở lên.
* Tiếng ồn:
Trong tất cả các hệ thống điều ḥa không khí đều có các bộ phận có thể gây ồn ở một mức độ nhất định, nguyên nhân là do:
- Máy nén, bơm, quạt.
- Các ống dẫn không khí.
- Các miệng thổi không khí.