Luồng Không Khí Cùng Sức Cản Của Hệ Thống Và Cách Khắc Phục Áp Suất Ngược

Chúng ta luôn cần không khí để duy trì môi trường trong lành hoặc cung cấp khả năng làm mát cho các quá trình tạo ra nhiệt. Không khí có thể được cung cấp đến một không gian hoặc thông qua một phần thiết bị hoặc chúng có thể được kết hợp để tạo thành cơ sở của điều hòa không khí. Vì vậy, cần phải có một con đường xác định rõ mà không khí sẽ đi qua. Bất kỳ thành phần nào được đặt trong đường dẫn dòng khí đều là những vật cản sẽ cản trở dòng chảy của nó.

1 – Lọc bụi

Không khí xung quanh chúng ta lúc nào cũng chứa các hạt bụi nhỏ. Lượng bụi trong không khí sẽ phụ thuộc vào môi trường, hoạt động đang diễn ra trong môi trường và điều kiện thời tiết hiện hành. 

Khi không khí gặp gió, các hạt bụi trong không khí có thể bay vào các tòa nhà và thiết bị nằm ngoài trời. Để ngăn chặn điều này xảy ra, một số thiết kế bộ lọc khác nhau để chặn các loại bụi hạt đã được ra đời. 

Tuy nhiên, nếu các bộ lọc dần dần bị bụi bám vào ngày càng nhiều, diện tích trống cho không khí đi qua sẽ giảm đi. Điều này làm tăng sức cản đối với dòng chảy. Khi sức cản của bộ lọc tăng áp suất cần thiết để buộc không khí đi qua bộ lọc cũng tăng lên.

2 – Trao đổi nhiệt

Khi nhiệt độ của không khí đi vào quá cao hoặc quá thấp, chúng ta có thể loại bỏ hoặc bổ sung nhiệt theo yêu cầu bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng vây hoặc ống. 

Cũng giống như cấu tạo của lưới tản nhiệt trên ô tô, các cánh tản nhiệt bằng kim loại mỏng được liên kết nhiệt với các ống hay còn gọi là cuộn dây mang chất lỏng nóng hoặc lạnh. Chất lỏng đi qua cuộn dây có thể là chất làm lạnh lỏng, nước hoặc có thể là khí nóng. 

Các cánh tản nhiệt làm tăng diện tích bề mặt hiệu quả của bộ trao đổi nhiệt làm cho việc trao đổi năng lượng nóng hoặc lạnh từ chất lỏng sang không khí hiệu quả hơn. Loại thiết bị trao đổi nhiệt này cũng sử dụng quạt để hút một lượng lớn không khí đi qua nó, làm tăng hiệu quả phân phối không khí nóng hoặc lạnh.

Có một số biến ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt bao gồm: số lượng hàng cuộn dây đi qua các cánh tản nhiệt, độ sâu của bộ trao đổi nhiệt và khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt. 

Nhiều hàng cuộn hơn và khoảng cách vây gần hơn mang lại diện tích bề mặt vây lớn hơn từ đó giúp truyền nhiệt cao hơn từ bộ trao đổi nhiệt. Bên cạnh đó, chúng cũng tạo ra một đường dẫn khí quanh co hơn và tạo thêm lực cản lớn hơn cho không khí vượt qua. 

Việc thiết kế thành công một cuộn dây trao đổi nhiệt sẽ là sự cân bằng giữa năng lượng nhiệt tỏa ra, không gian có sẵn, hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt, áp suất cần thiết để đẩy không khí đi qua nó và sự bảo trì cần thiết để giữ cho nó hoạt động ở hiệu suất cao nhất.

3 – Hệ thống sưởi và thông gió trong tòa nhà được lắp đặt

Để duy trì một môi trường lành mạnh, chúng ta cần cung cấp không khí trong lành và sạch sẽ ở một nhiệt độ thoải mái. Đồng thời loại bỏ đi không khí cũ đầy hơi ẩm, CO2, oxit nitơ, hóa chất hữu cơ dễ bay hơi cũng như các chất ô nhiễm khác tích tụ. Không khí được hút vào từ bên ngoài thông qua bộ phận thông gió cơ khí có thể chứa một số thành phần bổ sung cho bộ lọc và bộ trao đổi nhiệt.

Bên cạnh đó, một số hệ thống thông gió có nguyên lý hoạt động khá đơn giản. Chẳng hạn như:

• Thông gió chiết xuất cơ khí MEV – Hút không khí cũ từ tòa nhà và cho phép các lỗ rò rỉ trong cấu trúc tòa nhà cung cấp không khí trong lành. 
• Thông gió đầu vào tích cực PIV – Lấy không khí trong lành từ bên ngoài và điều áp tích cực vào tòa nhà bằng cách sử dụng các lỗ rò rỉ trong cấu trúc tòa nhà để thải không khí cũ ra.

3.1 – Hệ thống thu hồi nhiệt

Quá trình loại bỏ không khí cũ trong tòa nhà ra bên ngoài cũng sẽ loại bỏ bất kỳ năng lượng nhiệt nào được giữ trong không khí. Cho dù vào mùa đông (không khí được làm nóng) hay vào mùa hè (không khí sẽ được làm mát) thì năng lượng được sử dụng để duy trì nhiệt độ trong nhà sẽ bị lãng phí do thải ra bên ngoài. 

Do đó, để giảm thiểu tác động đến lượng nhiệt năng bị lãng phí, ta có thể sử dụng một tế bào thu hồi nhiệt hoặc bánh xe nhiệt để thu hồi một phần nhiệt năng khi không khí thoát ra khỏi tòa nhà. Năng lượng nhiệt này sau đó được truyền cho không khí cấp vào để giảm thiểu chất thải và nhu cầu đối với hệ thống sưởi và làm mát trong tòa nhà.

Ngoài ra, hệ thống thu hồi nhiệt có rất nhiều dạng khác nhau và cũng như với bộ trao đổi nhiệt, cần có sự cân bằng giữa hiệu quả của tốc độ trao đổi nhiệt và áp suất cần thiết để vượt qua khi không khí đi qua nó. Loại hệ thống này được gọi là hệ thống thông gió cơ học có thu hồi nhiệt (MVHR).

3.2 – Các thành phần khác liên quan đến hệ thống phân phối không khí 

Cho dù hệ thống thông gió là MEV hay MVHR, nó sẽ có một đường dẫn luồng không khí xác định bao gồm: ống dẫn, ống uốn và bộ chia, thiết bị đầu cuối, bộ giảm chấn và lỗ thông hơi nhỏ giọt để hút không khí cũ và cung cấp không khí trong lành. Mỗi thành phần, kết cấu này được gọi chung là lực cản bên ngoài của hệ thống, chúng sẽ tạo ra một lực cản đối với dòng chảy cần phải vượt qua cũng như lực cản được tạo ra bên trong đơn vị MEV hoặc MVHR được mô tả ở trên. 

4 – Kiểm soát sự ô nhiễm – Lọc hạt mịn

Các khu vực nguy hiểm liên quan đến việc sử dụng hóa chất, sự hiện diện của khói bụi độc hại hoặc các loại hạt mịn sẽ được lọc để bảo vệ các nhân viên tránh khỏi những tổn hại về sức khỏe.

Bộ lọc Carbon hoạt tính được sử dụng để hấp thụ hóa chất và mùi từ không khí, trung hòa hơi và khí độc hại. Carbon cung cấp một diện tích bề mặt lớn để hấp thụ các hóa chất, tuy nhiên chúng thường có cấu tạo dày đặc mang lại sức đề kháng cao đối với không khí đi qua chúng

Lọc mịn có thể được sử dụng để ngăn chặn các hạt nhỏ như amiăng, sản phẩm dược phẩm hoặc bụi silicat có thể gây tổn hại sức khỏe lâu dài nếu hít phải.

5 – Định vị quạt – Đường dẫn khí

Cần chú ý đến vị trí đặt quạt và đường dẫn không khí vì chúng cũng sẽ ảnh hưởng đến áp suất mà nó sẽ hoạt động. Ví dụ: Một chiếc quạt nhỏ gọn hướng trục được chọn để cung cấp không khí vào một vỏ bọc có chứa các thiết bị điện tử cần làm mát, ta có thể đặt quạt để thổi vào vỏ bọc hoặc để hút không khí ra khỏi nó.

Nơi ta thổi vào vỏ bọc sẽ tạo ra một luồng không khí hỗn loạn với không khí di chuyển theo nhiều hướng và bao phủ phần lớn bề mặt của các bộ phận. Không khí đi qua quạt là mát nhưng sự hỗn loạn bên trong vỏ bọc có nghĩa là quạt phải vượt qua áp suất không khí cao hơn để đưa không khí đi qua ứng dụng và ồn ào hơn.

Bên cạnh đó, nếu ta hút không khí thông qua ứng dụng, luồng không khí nhiều tầng hơn có nghĩa là một số bề mặt của các bộ phận không nhìn thấy luồng không khí mát. Hoặc không khí đi qua quạt ấm hơn và xuất hiện dòng chảy tầng có nghĩa là có áp suất thấp hơn và ít tiếng ồn hơn trong ứng dụng. Tuy nhiên, điều này sẽ khiến cho các thành phần trong ứng dụng có thể chạy nóng hơn.

6 – Kết hợp luồng không khí và áp suất 

Khi xem xét loại quạt thích hợp nhất để cung cấp lưu lượng thể tích cần thiết, ta cần phải biết mức độ cản trở của dòng chảy về áp suất ngược mà quạt sẽ cần vượt qua. Khi biết lưu lượng thể tích, ta sẽ có một điểm làm việc, có thể vẽ đồ thị điểm làm việc trên đường đặc tính của quạt để đảm bảo rằng nó phù hợp để cung cấp cả lưu lượng thể tích so với áp suất hệ thống.

Ví dụ: Nếu thiết bị yêu cầu tốc độ dòng chảy là 700 m3/h và ở tốc độ dòng chảy này, không khí sẽ gặp phải lực cản 450Pa khi nó chảy qua hệ thống. Ta sẽ cần chọn một quạt có đặc tính hiệu suất có thể đáp ứng hoặc vượt quá điểm nhiệm vụ này.

Điểm làm việc sẽ phải nằm trên đường hiệu suất tối đa hoặc thấp hơn nó. 

• Nếu chúng nằm dưới đặc tính hiệu suất và ở bên trái (khu vực bóng mờ): Đây vẫn là lựa chọn quạt thích hợp để đáp ứng nhiệm vụ.
• Nếu chúng ở phía trên và bên phải của đặc tính (khu vực không bị che khuất): Không phù hợp và cần phải chọn quạt với hiệu suất cao hơn.

B2bmart.vn vừa giới thiệu đến bạn đọc một số thông tin hữu ích về các luồng không khí, sức cản của hệ thống và cách khắc phục áp suất ngược. Hi vọng qua bài đọc sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn và có thể áp dụng kiến thức trên vào công việc của mình một cách hiệu quả nhất.