Chương 7: Thiết Kế Hệ Thống Vận Chuyển và Phân Phối Không Khí

1. Mục Tiêu

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

  • Liệt kê các thiết bị chính trong hệ thống vận chuyển và phân phối không khí.

  • Lập sơ đồ và thiết kế bố trí sơ bộ mạng lưới đường ống gió.

  • Áp dụng các phương pháp tính toán (như phương pháp Ma sát đồng đều) để xác định tổn thất áp suất và kích thước ống gió.

  • Lựa chọn được quạt gió phù hợp với điểm làm việc của mạng đường ống.

  • Sử dụng các phần mềm cơ bản để tính chọn quạt.

2. Nội Dung Chương

2.1. Thiết kế Hệ thống Đường ống Gió

2.1.1. Hệ thống Đường ống Gió

Hệ thống đường ống gió có nhiệm vụ vận chuyển không khí đã qua xử lý (làm lạnh, gia nhiệt, lọc) từ Thiết bị Xử lý Không khí (AHU/FCU) đến các không gian điều hòa và thu hồi không khí hồi về.

  • Các thành phần chính:

    • Ống gió (Ducts): Ống chữ nhật, tròn, hoặc bầu dục (chủ yếu là tôn mạ kẽm, hoặc composite).

    • Phụ kiện ống gió: Cút (Elbow), Tê (Tee), Chữ Y, Bộ giảm/tăng kích thước (Reducer/Expander).

    • Thiết bị điều chỉnh: Van chỉnh gió (Damper), Van chỉnh lưu lượng (VAV Box).

    • Thiết bị phân phối: Miệng gió (Diffusers), Lưới gió (Grilles), Hộp cấp gió (Plenum Box).

2.1.2. Thiết kế Hệ thống Đường ống Gió

2.1.2.1. Các Cơ sở Lý thuyết

Thiết kế ống gió phải đảm bảo hai yếu tố chính: Cung cấp đủ lưu lượng ($L$ hoặc $G$) và Tổn thất áp suất ($\Delta P$) trong giới hạn cho phép.

  • Công thức cơ bản tính tổn thất áp suất (tổn thất ma sát $R$): Tổn thất này phụ thuộc vào vận tốc, kích thước ống và độ nhám (Hệ số ma sát $\lambda$).

    $$R = \lambda \cdot \frac{L}{D_h} \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2} \quad (\text{Pa/m})$$

    Trong đó $D_h$ là đường kính tương đương của ống.

  • Tổn thất cục bộ ($\Delta P_{\text{cb}}$): Xảy ra tại các phụ kiện (cút, tê, van), được tính bằng hệ số tổn thất cục bộ ($\zeta$).

    $$\Delta P_{\text{cb}} = \zeta \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2} \quad (\text{Pa})$$
2.1.2.2. Một số Vấn đề Liên quan đến Thiết kế Đường ống Gió

  • Tốc độ gió ($v$): Tốc độ gió cao làm giảm kích thước ống (tiết kiệm vật liệu) nhưng làm tăng tổn thất áp suất và gây ra tiếng ồn. Tốc độ gió thường được quy định theo loại không gian (ví dụ: Phòng yên tĩnh $v \le 3 \text{ m/s}$, Ống gió chính $v \le 8-10 \text{ m/s}$).

  • Hình dạng ống gió: Ống tròn có tổn thất ma sát nhỏ nhất nhưng khó lắp đặt hơn ống chữ nhật trong không gian trần giả.

2.1.2.3. Tính toán Thiết kế Đường ống Gió

  • Phương pháp Ma sát đồng đều (Equal Friction Method):

    • Nguyên lý: Giả định Tổn thất áp suất ma sát trên một đơn vị chiều dài ($R$) là như nhau cho tất cả các đoạn ống chính.

    • Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện, phù hợp với các hệ thống đơn giản.

    • Nhược điểm: Dễ dẫn đến sự mất cân bằng lưu lượng ở các nhánh khác nhau (cần van điều chỉnh).

  • Phương pháp Hồi áp tĩnh (Static Regain Method):

    • Nguyên lý: Thiết kế để sự tăng áp suất tĩnh (hồi phục áp tĩnh) ở mỗi cút/tê gần bằng với tổn thất áp suất ma sát ở đoạn tiếp theo.

    • Ưu điểm: Mạng lưới cân bằng hơn, giảm thiểu nhu cầu van chỉnh gió.

    • Nhược điểm: Phức tạp hơn trong tính toán.

2.2. Tính chọn Quạt Gió

Quạt gió là thiết bị cung cấp năng lượng động học cho không khí để khắc phục tổng tổn thất áp suất trong toàn bộ mạng đường ống và thiết bị.

2.2.1. Khái niệm và Phân loại

  • Phân loại theo nguyên lý làm việc:

    • Quạt Ly tâm (Centrifugal Fan): Dòng khí đổi hướng 90 độ, tạo áp suất lớn, thường dùng cho AHU, FCU và hệ thống ống gió dài.

    • Quạt Trục (Axial Fan): Dòng khí đi thẳng song song trục, lưu lượng lớn, áp suất thấp, dùng cho thông gió, quạt trần, tháp giải nhiệt.

2.2.2. Đặc tính Quạt và Điểm làm việc của Quạt trong Mạng Đường ống

  • Đặc tính Quạt (Fan Curve): Đường cong thể hiện mối quan hệ giữa Lưu lượng ($L$) và Áp suất tĩnh/toàn phần ($\Delta P$) mà quạt tạo ra (Đường 1).

  • Đặc tính Mạng đường ống (System Curve): Đường cong thể hiện mối quan hệ giữa Lưu lượng ($L$) và Tổng tổn thất áp suất ($\Delta P_{\text{tt}}$) của toàn bộ mạng đường ống (Đường 2).

  • Điểm làm việc (Operating Point): Là giao điểm duy nhất của Đặc tính Quạt và Đặc tính Mạng đường ống. Tại điểm này, quạt hoạt động ổn định.

2.2.3. Lựa chọn và Tính toán Quạt Gió

Quạt được chọn phải thỏa mãn các điều kiện:

  1. Lưu lượng: Lưu lượng của quạt phải bằng lưu lượng thiết kế của hệ thống.

  2. Áp suất: Áp suất tĩnh của quạt phải lớn hơn hoặc bằng tổng tổn thất áp suất tĩnh của mạng đường ống ($\Delta P_{\text{quạt}} \ge \sum \Delta P_{\text{tt}}$).

  3. Hiệu suất: Chọn quạt có Hiệu suất ($\eta$) cao nhất tại điểm làm việc, và hoạt động tránh xa vùng bất ổn định của đường đặc tính quạt.

  4. Độ ồn: Độ ồn của quạt phải nằm trong giới hạn cho phép của công trình.

2.3. Phần mềm Tính chọn Quạt

  • Chức năng: Các phần mềm chuyên dụng (ví dụ: từ các nhà sản xuất quạt như Kruger, Comefri, hoặc phần mềm tính toán ống gió như ASHRAE Duct Fitting Database, Ductulator) giúp:

    • Tính toán tổn thất áp suất của mạng lưới ống gió phức tạp.

    • Lựa chọn quạt theo lưu lượng và áp suất tính toán, cung cấp các thông số chi tiết (công suất điện, hiệu suất, độ ồn).