1. Mục Tiêu

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

• Thiết lập được các sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa không khí phổ biến.

• Biểu diễn quá trình biến đổi không khí trên đồ thị $I-d$ (hoặc $d-t$).

• Tính toán các thông số kỹ thuật chính như năng suất lạnh tổng cộng ($Q_{0}$), năng suất lạnh dàn lạnh ($Q_{dl}$), và lưu lượng không khí cần thiết ($G$).

2. Nội Dung Chương

2.1. Các Cơ sở Thành lập Sơ đồ Điều hòa Không khí

Việc thành lập sơ đồ phải dựa trên nguyên tắc cân bằng và hiệu quả kinh tế:

1. Cân bằng Nhiệt ẩm: Phải đảm bảo không khí cấp vào phòng ($G$) mang đủ nhiệt và ẩm để cân bằng với tải nhiệt thừa ($Q_T$) và tải ẩm thừa ($W_T$) của phòng, duy trì trạng thái tiện nghi ($t_{phòng}, d_{phòng}$).

2. Cung cấp Gió tươi: Phải cấp đủ lượng gió tươi tối thiểu để đảm bảo nồng độ $\text{CO}_2$ và chất độc hại không vượt quá giới hạn cho phép.

3. Tái sử dụng Gió hồi (Tuần hoàn): Việc hòa trộn gió hồi ($L_{\text{hồi}}$) với gió tươi ($L_{\text{tươi}}$) là biện pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhất, vì gió hồi đã được xử lý nhiệt/ẩm một phần và có trạng thái gần với trạng thái phòng hơn.

2.2. Tính toán các Sơ đồ Điều hòa Không khí theo Đồ thị $I-d$

2.2.1. Phương trình Tính Năng suất Gió

Lưu lượng gió cần thiết ($G$, $\text{kg/s}$) là thông số quan trọng nhất, quyết định kích thước của hệ thống thông gió (quạt, ống gió). Nó được tính dựa trên cân bằng nhiệt hợp lý của phòng:

Trong đó:

• $Q_T$: Tải nhiệt hợp lý (Nhiệt thừa) của phòng ($\text{kW}$).

• $G$: Lưu lượng gió cần cấp ($\text{kg/s}$ không khí khô).

• $I_{\text{phòng}}$: Entanpy của không khí trong phòng ($\text{kJ/kg}$).

• $I_{\text{cấp}}$: Entanpy của không khí cấp vào phòng ($\text{kJ/kg}$).

Công thức tính Năng suất lạnh tổng cộng của dàn lạnh ($Q_{dl}$, $\text{kW}$) là:

Trong đó $I_{\text{hỗn hợp}}$ là entanpy của hỗn hợp gió (tươi + hồi) đi vào dàn lạnh, và $I_{\text{ra\ dàn}}$ là entanpy của không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh.

2.2.2. Các Sơ đồ Điều hòa Không khí Mùa Hè

Mục tiêu là làm lạnh và khử ẩm.

2.2.2.1. Sơ đồ Thẳng (All Fresh Air)

• Nguyên lý: Toàn bộ không khí được cấp vào phòng đều là Gió tươi từ bên ngoài trời. Gió hồi được xả hoàn toàn ra ngoài.

• Quá trình trên $I-d$: Điểm $N$ (ngoài trời) $\to$ Điểm $O$ (sau dàn lạnh) $\to$ Điểm $T$ (trạng thái phòng).

• Nhược điểm: Tiêu tốn năng lượng rất lớn vì toàn bộ gió ngoài trời (thường nóng và ẩm) phải được làm lạnh hoàn toàn. Chỉ dùng khi yêu cầu độ sạch cao (phòng mổ, phòng sạch).

2.2.2.2. Sơ đồ Tuần hoàn Không khí Một cấp

• Nguyên lý: Hòa trộn gió tươi ($L_{\text{tươi}}$) và một phần gió hồi ($L_{\text{hồi}}$) để tạo ra hỗn hợp ($L_M$). Hỗn hợp này được xử lý bởi dàn lạnh.

• Quá trình trên $I-d$:

  • $N$ (ngoài trời) và $T$ (phòng) hòa trộn tại điểm $M$ (hỗn hợp).

  • $M \to O$ (qua dàn lạnh).

  • $O \to T$ (qua phòng).

• Ưu điểm: Tiết kiệm năng lượng hơn sơ đồ thẳng vì $I_M < I_N$.

• Điểm $M$ được xác định theo công thức: $I_M = \frac{L_{\text{tươi}} \cdot I_N + L_{\text{hồi}} \cdot I_T}{L_{\text{tươi}} + L_{\text{hồi}}}$ (Hoặc dùng quy tắc đòn bẩy trên đoạn $NT$).

2.2.2.3. Sơ đồ Tuần hoàn Không khí Hai cấp

• Nguyên lý: Thường bao gồm hai cấp xử lý lạnh hoặc hai dàn lạnh. Ví dụ: một dàn lạnh chính và một dàn lạnh phụ (chỉ làm lạnh hợp lý) hoặc sử dụng hai cấp gió (VAV - Variable Air Volume) hoặc hai đường ống (Dual Duct).

• Ứng dụng: Được dùng khi Tải nhiệt hợp lý trên tải nhiệt tổng ($SHR$) của phòng thấp, hoặc khi cần điều khiển nhiệt độ/độ ẩm chính xác hơn (ví dụ: cần tăng độ ẩm sau khi khử ẩm quá mức).

2.2.3. Các Sơ đồ Điều hòa Không khí Mùa Đông

Mục tiêu là gia nhiệt và tăng ẩm.

2.2.3.1. Sơ đồ Thẳng Mùa Đông

• Nguyên lý: Toàn bộ gió tươi ngoài trời lạnh và khô được gia nhiệt và tăng ẩm để đạt trạng thái cấp ($O$) rồi cấp vào phòng ($T$).

• Quá trình trên $I-d$:

  • $N$ (ngoài trời) $\to$ Gia nhiệt sơ bộ ($S$).

  • $S \to$ Tăng ẩm ($H$).

  • $H \to$ Gia nhiệt cuối ($O$).

  • $O \to T$ (qua phòng).

• Lưu ý: Thường cần gia nhiệt sơ bộ để tránh đóng băng thiết bị tăng ẩm.

2.2.3.2. Sơ đồ Tuần hoàn Một cấp Mùa Đông

• Nguyên lý: Hòa trộn gió tươi và gió hồi để giảm tải nhiệt cho bộ gia nhiệt. Gió hồi ($T$) có nhiệt độ cao hơn gió ngoài ($N$).

• Quá trình trên $I-d$: Tương tự mùa Hè: $N$ và $T$ hòa trộn tại $M$, sau đó $M$ được xử lý (gia nhiệt, tăng ẩm) $\to O \to T$.

• Ưu điểm: Tiết kiệm năng lượng gia nhiệt.

2.2.3.3. Sơ đồ Tuần hoàn Hai cấp Mùa Đông

• Nguyên lý: Thường bao gồm một dàn sưởi sơ bộ đặt trước dàn tăng ẩm, và một dàn sưởi cuối đặt trước khi cấp vào phòng.

• Ứng dụng: Đảm bảo kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và độ ẩm, tránh quá ẩm hoặc quá nhiệt cục bộ.