PIPING HYDRAULIC
Các thông số cần chú ý khi thiết kế hệ thống đường ống:
Pressure drop: bao gồm 2 thành phần tổn thất
- Static pressure ( cột áp tĩnh ): Tổn thất cột áp tĩnh bao gồm tổn thất do trọng lực khi đẩy môi chất đi ngược chiều trọng lực và tổn thất do ma sát đi dọc theo chiều đường ống, nó phụ thuộc vào thông số vật lý của môi chất lỏng, độ nhám bề mặt đường ống, tốc độ chảy, tiết diện ống. Tuy nhiên nếu như hệ thống là hệ kín thì ta có thể bỏ qua tổn thất do trọng lực.
- Dynamic loss ( cột áp động ): tổn thất này chủ yếu gây ra do dòng chảy rối khi môi chất đi qua các fitting trên đường ống và độ nhớt của môi chất.
- Tính toán tổn thất:
- Hệ số ma sát của môi chất phụ thuộc vào các thông số vật lý của môi chất và trạng thái chảy của môi chất đó bên trong ống. Để tính toán hệ số này tương đối phức tạp:
Lưu lượng nước cấp cần thiết cho các dàn coil trao đổi nhiệt: để cung cấp chính xác lưu lượng nước cần thiết cho dàn coil trao đổi nhiệt ta phải biết được điều khiện hoạt động của dàn coil, đối với các thiết kế cũ hoặc hệ thống chiller giải nhiệt gió thông thường tuy nhiên hiện nay người ta thường thiết kế với để tăng hiệu suất sử dụng năng lượng. Để tính toán lưu lượng nước cấp cho dàn coil ta dựa vào công thức sau:
Lưu lượng nước ngưng ở mỗi dàn coil lạnh:
- Khi không khí trời đi qua dàn coil lạnh sẽ mất đi nhiệt lượng và nếu như trạng thái của không khí đi ra khỏi dàn coil có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ đọng sương của trạng thái ban đầu thì sẽ có một phần hơi nước trong không khí ngưng tụ.
- Để tính toán chính xác lưu lượng nước ngưng tụ này ta phải biết được lưu lượng không khí đi qua dàn coil, trạng thái của không khí trước và sau khi ra khỏi dàn coil. Từ trạng thái của không khí ta tra được độ chứa hơi và khối lượng riêng của không khí ở trạng thái đó.
PIPE SIZING METHODS
Trong hệ thống water chiller thông thường ở nước ta có 5 hệ thống đường ống chính:
- Chilled water supply/return (CHWS/R-): hệ thống đường ống cấp nước từ bình bay hơi của chiller tới thiết bị sử dụng và hồi về.
- Cooling water supply/return (CWS/R-): hệ thống cấp nước từ tháp giải nhiệt tới bình ngưng chiller và hồi về.
- Condensate Drain (D-): là hệ thống đường ống dẫn nước ngưng tụ từ thiết bị xả ra bên ngoài.
Có 2 phương pháp sizing chính thường dùng trong thiết kế:
Phương pháp 1: dùng bảng chọn
Ta dựa vào lưu lượng và chọn kích thước ống theo bảng cho sẵn.
Đối với hệ thống nước ngưng ta có bảng sau (theo ICC – IMC):
Đối với hệ thống ống còn lại ta có bảng sau ( dựa theo các tài liệu design manual):
Phương pháp 2: Tính toán
Ta sử dụng phần mềm tính toán hoặc lập bảng excel để tính. Theo handbook ASHRAE fundamental, khi thiết kế hệ thống đường ống đối với các đường ống có kích thước nhỏ hơn 50mm thì vận tốc không được vượt quá 1.2m/s và với các ống có kích thước lớn hơn thì tổn thất không nên vượt quá 400pa/m. Ta có đồ thị tra tổn thất ứng với lưu lượng cho ống thép schedule 40:
Ngoài ra, tùy theo thời gian phục vụ của hệ thống là bao nhiêu giờ trong năm (NO – Normal operation) mà vận tốc của môi chất đi trong đường ống có một ngưỡng tối đa để giảm thiểu sự xói mòn đường ống.
Theo handbook ASHRAE thì đối với hệ thống chiller có thời gian hoạt động hơn 6000h/year thì vận tốc của môi chất trong đường ống nên không nên vượt quá 3m/s, và theo các tài liệu kỹ thuật khác thì với thời gian hoạt động của hệ thống hơn 8000h/year thì tốc độ tối đa của môi chất là 2.4m/s.
Đối với hệ thống nước ngưng, vận tốc môi chất nên nằm trong khoảng 1.2-2.1m/s và theo tiêu chuẩn ASHRAE 62 thì độ dốc nhỏ nhất của đường ống nước ngưng là 1%.
Chú ý:
Riêng đối với ống nước qua chiller cần đáp ứng nhu cầu của nhà sản xuất về tốc độ tối thiểu và tối đa của nước đi qua chiller. Tốc độ nước đi qua chiller quá cao sẽ dẫn tới hiện tượng xói mòn ống nhanh chóng làm giảm tuổi thọ của thiết bị, trong khi đó nước qua chiller quá chậm có thể gây ra hiện tượng đóng băng nước làm ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống. Trong bất cứ trường hợp nào, vận tốc cũng không nên vượt quá 4.6m/s.
Equivalent Length: các fitting, accessories sẽ được quy đổi thành một đoạn ống thẳng với chiều dài tương ứng. Sau quy đổi hệ thống chỉ còn lại những đoạn ông thẳng và ta chỉ cần tính toán cho đoạn ống bất lợi nhất để chọn bơm.
Tính toán thủy lực: sử dụng công thức tính toán của Dacy Weisbach hoặc Hanzen Williams để tính toán.
Đối với Fitting và các Accessories có thể tính toán tổn thất bằng công thức sau:
Trong đó: K là hệ số tổn thất lấy từ bảng bên dưới.
Chú ý:
Riêng đối với ống nước qua chiller cần đáp ứng nhu cầu của nhà sản xuất về tốc độ tối thiểu và tối đa của nước đi qua chiller. Tốc độ nước đi qua chiller quá cao sẽ dẫn tới hiện tượng xói mòn ống nhanh chóng làm giảm tuổi thọ của thiết bị, trong khi đó nước qua chiller quá chậm có thể gây ra hiện tượng đóng băng nước làm ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống. Trong bất cứ trường hợp nào, vận tốc cũng không nên vượt quá 4.6m/s.
PRESSURE LOSS CALCULATION:
Có 2 phương pháp được sử dụng khi tính toán thủy lực cho hệ thống:
Tính toán thủy lực: sử dụng công thức tính toán của Dacy Weisbach hoặc Hanzen Williams để tính toán.
****