Cooling Load Calculation

 LÝ THUYẾT TÍNH TẢI:

Về cơ bản, hệ thống điều hòa không khí là một hệ thống nhằm tạo ra một vi môi trường, trong đó không khí mang theo các thông số về độ ẩm, nhiệt độ, độ sanh… mà người thiết kế mong muốn.

Điều hòa nhiệt độ là tạo ra một hệ thống để vận chuyển nguồn nhiệt từ nơi này tới nơi khác. Nếu nguồn nhiệt nóng được vận chuyển từ trong không gian điều hòa ra môi trường thì ta gọi là làm lạnh, ngược lại ta gọi là sưởi. 

Đối với lĩnh vưc điều hòa tiện nghi, các thông số không khí trong không gian điều hòa phải nằm trong khoảng giới hạn về mức độ tiện nghi của con người trong không gian đó. Và thông số quan trọng nhất trong điều hòa tiện nghi là thông số nhiệt độ. Khi các yếu tố bên ngoài tác động làm thay đổi các thông số trong không gian điều hòa vượt quá mức giới hạn tiện nghi thì hệ thống có nhiệm vụ điều tiết các thông số này về với điều kiện đã thiết kế.

Công việc của người thiết kế đầu tiên là phải xác định các nguồn sinh nhiệt và thực hiện các tính toán để xác định lượng nhiệt dư là bao nhiêu và thiết kế một hệ thống nhằm vận chuyển nguồn nhiệt đó ra ngoài môi trường để đảm bảo các thông số tiện nghi cho không gian điều hòa.

Các nguồn nhiệt này bao gồm:

• Nhiệt do con người và các thiết bị máy móc, đèn..trong không gian điều hòa tỏa ra.
• Nhiệt do không khí bên ngoài cấp vào hoặc rò rỉ vào.
• Nhiệt do môi trường xung quanh truyền qua các kết cấu bao che.
• Nhiệt do môi trường xung quanh bức xạ qua tường, đặc biệt là kính cửa.
• Tải nhiệt do các thiết bị sử dụng điện tỏa ra tương ứng với công suất điện của thiết bị.
• Tải nhiệt do không khí tươi cấp vào không gian điều hòa hoặc do rò rỉ vào phụ thuộc vào điều kiện thời tiết của từng vùng.
• Tải nhiệt do truyền nhiệt từ các không gian không được điều hòa điều hòa phụ thuộc chủ yếu vào thông số vật lý của kết cấu bao che.
• Tải nhiệt bức xạ của mặt trời vào không gian điều hòa chủ yếu phụ thuộc vào hướng và thông số của loại kính được sử dụng.
• Tải nhiệt do con người tỏa ra trong không gian điều hòa phụ thuộc vào số lượng người trong không gian đó và hoạt động của họ, ứng với mỗi loại hình hoạt động nặng nhẹ khác nhau thì tải nhiệt hiện và ẩn do con người tỏa ra tương ứng cũng thay đổi khác đi.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TẢI:

Có 2 phương pháp tính tải được ứng dụng trong thiết kế:

1. Phương pháp estimate:

Phương pháp estimate tải thường được sử dụng trong giai đoạn conceptual để xác định sơ bộ tải nhiệt của công trình. Hoặc dùng cho các công trình sử dụng điều hòa không khí cục bộ.

Ưu điểm:

Ưu điểm của phương pháp này là nhanh chóng và dễ dàng, có thể thực hiện mà không cần sự hỗ trợ của các phần mềm, phương tiện phức tạp.

Nhược điểm: Độ chính xác phụ thuộc vào kinh nghiệm của người tính toán, và không phải kết quả lúc nào cũng chính xác. Không phải các loại không gian nào cũng đều đã có thông tin mật độ tải sẵn để chọn tính.

Mục đích: Nhằm tiết kiệm thời gian tính toán, ước tính sơ bộ tải cho công trình để xác định sơ bộ công suất và kích thước của các thiết bị chính.

Phương pháp tính:

Dựa theo bảng tra để tra ra mật độ tải ứng với từng loại không gian điều hòa và nhân với diện tích hoặc thể tích của không gian tương ứng. Các thông số này có thể lấy từ kinh nghiệm cua người thiết kế hoặc các tài liệu như rules of thumb & floor area, cooling load check figures, databook…

2. Tính toán chính xác:

Với phương pháp này người tính toán sẽ sử dụng các công cụ thiết kế là các bảng tính hoặc phần mềm để hỗ trợ.

Nhưng phương pháp tính toán được sử dụng khi muốn tính chính xác:

• CLTD/SLC/CLF M (cooling load temp difference/solar cooling load/cooling load factor method): đơn giản hóa của phương pháp TFM.
• TETD/TA M(total equivalent temp differential/ time averaging method).
• TFM (transfer function method): thường dùng trong tính toán năng lượng.
• HBM (Heat balance method): thường dùng trong các nghiên cứu.
• RTSM (radiant time series method): phát triển từ phương pháp HB.
• FDM/FEM (finite difference/element method)

PSYCHROMETRIC CHART:

Đồ thị psychrometric t-d bao gồm trục ngang biểu hiện cho nhiệt độ, trục dọc biểu hiện độ chứa hơi, các đường cong biểu hiện cho độ ẩm tương đối, và trục xéo thể hiện giá trị enthalpy.

Một số thông số trạng thái của không khí:

• Nhiệt độ bầu khô (dry bulb temp) là nhiệt độ đo được bằng nhiệt kế, giá trị này thể hiện bằng các đường thẳng vuông góc với trục hoành của đồ thị. 
• Nhiệt độ bầu ướt (Wet bulb temp) là giá trị đo được bằng nhiệt kế bầu ướt, ta có thể xác định bằng cách kẻ một đường thẳng từ điểm trạng thái của không khí hiện hữu vuông góc với đường enthalpy. Từ vị trí giao cắt của đường này với đường cong biểu hiện độ ẩm tương đối 100% ta kẻ một đường vuông góc với trục hoành và đọc giá trị nhiệt độ. 
• Điểm đọng sương (dew point): từ vị trí điểm trạng thái của không khí hiện hữu kẻ một đường thẳng vuông góc với trục tung. Giá trị nhiệt độ của điểm giao cắt của đường thẳng vừa kẻ với đường cong độ ẩm tương đối 100% là nhiệt độ đọng sương của trạng thái không khí hiện hữu. 
• Độ ẩm tương đối là tỉ số của lượng ẩm thực tế mà trạng thái không khí hiện hữu đang chứa so với lượng ẩm tối đa mà không khí có thể chứa được (khi đạt tới trạng thái bão hòa). 

Quy trình làm lạnh tiêu biểu:

• Giá trị Space cooling load biểu hiện tải về pha gió, nhờ giá trị này ta tính được lưu lượng gió lạnh cấp cho không gian điều hòa, kích thước thiết bị, miệng gió và đường ống gió. 
• Giá trị Cooling coil load biểu hiện về pha môi chất lạnh, tải nhiệt này bao gồm Space cooling load và các tổn thất nhiệt khác. Từ giá trị này ta sizing được thiết bị làm lạnh và kích thước ống dẫn môi chất lạnh.

EQUIPMENT SELECTION:

Hầu hết các catalogue thiết bị của các hãng sản xuất đều có một dòng chú thích nhỏ, ví dụ: công suất thiết bị đo ở điều kiện chuẩn DB/ WB với điều kiện không khí ngoài trời là DB. Nhưng trong tính toán điều kiện thiết kế trong và ngoài nhà đều không trùng khớp với các thông số này hiện tượng thiếu tải nếu ta cứ căn theo tải lạnh tính toán để chọn thiết bị.

Đối với hệ thống máy lạnh cục bộ tùy theo kinh nghiệm thực tế người tính toán sẽ lựa chọn tính dư tải để bù vào con số thiếu này, và nếu có hiện tượng thiếu tải xảy ra thì cũng không nhiều có thể chấp nhận được.

Tuy nhiên đối với hệ thống điều hòa trung tâm (VRF hoặc Water chiller), một máy lạnh sẽ giải quyết nhu cầu điều hòa cho rất nhiều không gian, nếu mỗi không gian đều thiếu tải thì con số thiếu tải của toàn bộ hệ thống sẽ rất lớn.

****

Quay lại