Chương 4: Xử Lý Nhiệt Ẩm Không Khí

1. Mục Tiêu

Sau khi hoàn thành chương này, người học có thể:

  • Trình bày được khái niệm về xử lý nhiệt ẩm không khí và các quá trình cơ bản diễn ra.

  • Biểu diễn và phân tích các quá trình xử lý nhiệt ẩm (làm lạnh, gia nhiệt, tăng/giảm ẩm) trên đồ thị $I-d$.

  • Áp dụng và mô tả các phương pháp và thiết bị chính được sử dụng để xử lý không khí trong thực tế.

2. Nội Dung Chương

2.1. Các Quá trình Xử lý Nhiệt Ẩm Không khí

2.1.1. Khái niệm về Xử lý Nhiệt Ẩm Không khí

Xử lý nhiệt ẩm không khí là quá trình thay đổi trạng thái nhiệt độ ($t$) và hàm ẩm ($d$) của không khí ẩm từ trạng thái ban đầu sang trạng thái mong muốn (điều kiện tiện nghi hoặc điều kiện công nghệ).

Quá trình này được thực hiện thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt, trao đổi ẩm và lọc khí, nhằm kiểm soát đồng thời bốn yếu tố của điều hòa không khí (nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch, tốc độ gió).

2.1.2. Các Quá trình Xử lý Nhiệt Ẩm trên Đồ thị $I-d$

Đồ thị $I-d$ là công cụ thiết yếu để phân tích và tính toán các quá trình xử lý không khí.

  1. Làm lạnh và Khử ẩm (Dehumidifying Cooling):

    • Mục đích: Giảm nhiệt độ ($t$) và giảm độ ẩm ($d$).

    • Biểu diễn: Đường từ trạng thái đầu đi về phía dàn lạnh. Quá trình này thường là đường gấp khúc: đoạn đầu là làm lạnh đẳng ẩm ($d=\text{const}$) cho đến khi chạm đường bão hòa ($\varphi = 100\%$), sau đó đi dọc theo đường bão hòa (hơi nước ngưng tụ và bị loại bỏ).

    • Ứng dụng: Dàn lạnh của máy điều hòa, coil lạnh của AHU/FCU.

  2. Gia nhiệt và Giữ ẩm (Heating):

    • Mục đích: Tăng nhiệt độ ($t$) mà không thay đổi độ ẩm ($d$).

    • Biểu diễn: Đường ngang song song với trục hàm ẩm ($d=\text{const}$).

    • Ứng dụng: Thiết bị sưởi (heater), bộ sấy điện (electric heating coil).

  3. Tăng ẩm đẳng nhiệt (Isothermal Humidifying):

    • Mục đích: Tăng độ ẩm ($d$) mà không thay đổi nhiệt độ ($t$).

    • Biểu diễn: Đường thẳng đứng song song với trục entanpy ($I$).

    • Ứng dụng: Thường được thực hiện bằng cách phun sương cực mịn.

  4. Tăng ẩm đẳng entanpy (Adiabatic Humidifying):

    • Mục đích: Tăng độ ẩm ($d$) và giảm nhiệt độ ($t$) (dựa trên nguyên tắc bay hơi đoạn nhiệt).

    • Biểu diễn: Đường gần song song với đường entanpy ($I=\text{const}$).

    • Ứng dụng: Hệ thống làm mát bay hơi (Evaporative Cooler).

2.2. Các Phương pháp và Thiết bị Xử lý Không khí

2.2.1. Làm lạnh Không khí

  • Phương pháp: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệt độ bề mặt thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí.

  • Thiết bị: Dàn lạnh (Cooling Coil) của FCU/AHU/điều hòa cục bộ.

    • Chất tải lạnh: Nước lạnh (Chilled Water) từ Chiller hoặc Môi chất lạnh bay hơi trực tiếp (DX - Direct Expansion).

    • Quá trình: Làm lạnh và Khử ẩm (phổ biến nhất) hoặc chỉ làm lạnh đẳng ẩm (nếu nhiệt độ bề mặt cao hơn $t_s$).

2.2.2. Gia nhiệt Không khí

  • Phương pháp: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệt độ bề mặt cao hơn nhiệt độ không khí.

  • Thiết bị: Bộ sưởi (Heating Coil) hoặc Gia nhiệt điện (Electric Heater).

    • Nguồn nhiệt: Hơi nước nóng, nước nóng (từ lò hơi), hoặc điện trở.

    • Quá trình: Gia nhiệt đẳng ẩm ($d=\text{const}$).

2.2.3. Tăng ẩm cho Không khí (Humidification)

  • Phương pháp: Bổ sung hơi nước vào không khí.

  • Thiết bị và Quá trình:

    1. Phun sương (Spray): Phun nước ở nhiệt độ phòng. Đây là quá trình Tăng ẩm Đẳng Entanpy ($I \approx \text{const}$).

    2. Tạo hơi nước nóng (Steam Humidifier): Dùng điện trở đun sôi nước tạo hơi nước sạch. Đây là quá trình Tăng ẩm Đẳng Nhiệt ($t=\text{const}$) hoặc Tăng nhiệt/Tăng ẩm (nếu hơi nước nóng hơn không khí). Quá trình này tốn nhiều năng lượng hơn nhưng sạch hơn.

2.2.4. Làm khô (Giảm ẩm) cho Không khí (Dehumidification)

Giảm độ ẩm không khí là quá trình khử ẩm.

  1. Khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh (Cooling Dehumidification):

    • Nguyên lý: Làm lạnh không khí xuống dưới nhiệt độ đọng sương ($t_s$), khiến hơi nước ngưng tụ thành giọt lỏng và được xả ra ngoài.

    • Thiết bị: Dàn lạnh (Cooling Coil).

    • Ưu điểm: Phổ biến, chi phí vận hành thấp.

    • Nhược điểm: Hiệu quả khử ẩm giảm khi nhiệt độ không khí thấp.

  2. Khử ẩm bằng phương pháp Hấp phụ (Adsorption Dehumidification):

    • Nguyên lý: Cho không khí đi qua vật liệu hút ẩm (desiccant) như Silica Gel hoặc Molecular Sieve (thường nằm trong các bánh xe hút ẩm - desiccant wheel). Hơi nước được hấp phụ trực tiếp.

    • Ưu điểm: Có thể khử ẩm ở nhiệt độ rất thấp, đạt độ ẩm tuyệt đối rất nhỏ (dùng cho phòng sạch, sấy khô).

    • Nhược điểm: Cần năng lượng nhiệt để hoàn nguyên (sấy khô) vật liệu hút ẩm.