Cách giảm hao hụt nhiệt và sức cản không khí trong hệ thống HVAC

Không khí thông thường được làm nóng hoặc làm mát vượt qua nhiệt độ tiện nghi mong muốn nhưng sau đó được trộn lẫn với không khí trong phòng với tỉ lệ nhất định để đưa về nhiệt độ mong muốn. Chính vì vậy, điều quan trọng cần lưu ý là tính cách nhiệt và kín của hệ thống đường ống cung cấp.

Đường ống rò rỉ có thể làm tăng 20-40% năng lượng sưởi ấm và làm mát. Điều này không thực sự là vấn đề quan trọng đối với đường ống khí thoát và không phải là vấn đề đối với đường ống cung cấp đặt bên trong không gian được điều hòa.

Không khí sau khi được điều hòa mà tổn thất ra bên ngoài tương đương với một lượng năng lượng bị tổn thất do không khí tươi cần phải được làm nóng hoặc làm mát để thay thế. Tuy nhiên, hệ thống thông gió thu hồi nhiệt có thể cho phép hệ thống HVAC tái sử dụng nhiệt làm mát hoặc sưởi ấm từ không khí thải trong khi vẫn mang thêm không khí tươi vào.

Đôi khi không khí bên ngoài cần ít năng lượng để điều hòa hơn so với không khí tái sử dụng. Ví dụ trong điều kiện khí hậu nóng nơi mà không khí tái sử dụng mang thêm cả nhiệt từ người và thiết bị theo nó.

Thiết bị Economizer là thiết bị có khả năng chuyển giữa việc sử dụng không khí bên ngoài và tái sử dụng không khí bên trong dựa trên việc xem xét giải pháp nào sử dụng ít năng lượng hơn. Thiết bị này có thể giảm một lượng đáng kể năng lượng dùng cho hệ thống HVAC trong điều kiện khí hậu ôn hòa và đồng thời cải thiệt chất lượng không khí trong nhà thông qua việc cấp nhiều khí tươi hơn.

Sức cản không khí trong đường ống

Hệ thống quạt thông thường đẩy không khí đi qua một vài đường ống và xảy ra hiện tượng sức cản không khí. Tính hiệu quả của bất kì lối dẫn khí nào đều được đo bằng sức cản dòng không khí của nó. Đây là hiện tượng giảm áp suất tĩnh và thường xảy ra theo hai cách:

Tổn thất bởi sức cản do chính thành ống – được gọi là sức cản thành ống và chiếm phần lớn trong tổng sức cản đường ống.

Tổn thất bởi đi qua các góc hoặc qua các van, khóa – được gọi là sức cản cục bộ.

Giảm tổn thất do sức cản thành ống

Một công thức tối giản hóa để tính tổn thất do sức cản thành ống là:

Trong đó:

H – tổn thất trực tiếp (được tính bằng tổn thất áp suất tĩnh và được sử dụng để đo mức năng lượng bị tổn thất)

f – sức cản do bề mặt của đường ống

L – chiều dài/quãng đường dòng khí di chuyển

v – vận tốc dòng khí

D – kích thước (đường kính thủy lực) của đường ống dẫn khí

Dựa trên công thức này, có 4 cách chính để giảm tổn thất do sức cản đường ống, bao gồm:

Làm đường ống trơn nhẵn hơn để giảm ma sát bề mặt.

Giảm chiều dài đường ống

Giảm vận tốc dòng khí – Điều này có hiệu quả rất cao, nhất là khi sự thất thoát năng lượng tỉ lệ với bình phương vận tốc

Tăng kích thước đường ống (bán kính thủy thực) – Đây là phương pháp hiệu quả nhất khi sự thất thoát tỉ lệ với lũy thừa bậc 5 của kích thước đường ống. Điều này có nghĩa là nếu tăng gấp đôi kích thước đường ống thì giảm được sự thất thoát năng lượng tới 32 lần. Việc tăng kích thước đường ống còn giúp giảm vận tốc dòng khí do đường ống có tiết diện lớn hơn sẽ chuyển được cùng một lượng không khí nhưng cần tới vận tốc thấp hơn so với tiết diện bé hơn.

Đường ống ngắn, rộng, trơn nhẵn với dòng khí có vận tốc thấp hơn giúp giảm được tổn thất do sức cản thành ống

Giảm tổn thất cục bộ

Tổn thất cục bộ nếu không được để ý có thể cộng dồn và gây ra tổn thất lớn.

Nếu thiết kế hệ thống đường ống có nhiều góc gập thì vô tình mức năng lượng tổn thất bị tăng gấp đôi. Nếu tất cả các van bị đóng, tổn thất năng lượng tăng lên mức vô cùng bởi không có dòng khí đi qua đường ống, bất kể mức năng lượng nào được quạt sử dụng để đẩy dòng khí đi thì tất cả đều sẽ biến thành nhiệt thải.

Tổn thất cục bộ là hệ số không thứ nguyên dao động từ 0 (không tổn thất) tới 1 (100% năng lượng bị tổn thất). Nó thường được tính toán như đường ống thẳng có chiều dài tương đương đặt trong hệ thống. Cùng một tiết diện thì đường ống có đoạn gấp khúc có chiều dài tương đương từ 3-5 lần chiều dài thực tế của nó.

Một đường ống ngắn với đoạn cong đột ngột có thể tương đương với đoạn ống thẳng dài hơn nhiều lần

Việc giảm tổn thất cục bộ rất đơn giản: Thiết kế hệ đường ống với ít góc gập, bán kính góc uốn lớn và có ít van hoặc các thiết bị gây cản trở dòng khí trên đường ống.

Mặc dù không có công thức đơn giản tính toán đại lượng này, hiện có nhiều bảng tra cung cấp bởi các đơn vị sản xuất hoặc nhóm học thuật đưa ra danh sách hệ số tổn thất cục bộ hoặc chiều dài đường ống tương ứng cho các kiểu bố trí và lắp đặt đường ống thông dụng nhất.

Các thiết bị lọc khí thông thường là nguồn gốc gây ra sự giảm áp suất tĩnh. Tính hiệu quả của thiết bị lọc trong việc loại bỏ chất bẩn cần phải được cân bằng với sức cản nó gây ra cho dòng khí. Bộ lọc có bề mặt rất lớn (tạo gợn sóng) có thể tạo ra ít lực cản hơn so với bộ lọc phẳng.

Nguồn: Sưu tầm Internet – Biên soạn bởi Thi công hút mùi Khải Hoàn Quân