Giáo trình Điều hòa không khí và thông gió - Chương 1: Những kiến thức cơ bản về không khí ẩm

ượng của một đơn vị thể tích không khí. Ký 
hiệu là ρ, đơn vị kg/m3. 
V
G=ρ , kg/m3 (1-9) 
Đại lượng nghịch đảo của khối lượng riêng là thể tích riêng. Ký hiệu là v 
 ρ=
1v , m3/kg (1-10) 
Khối lượng riêng và thể tích riêng là hai thông số phụ thuộc. 
 Trong đó: 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +=+=
h
h
k
k
kh R
p
R
p
.
T
VGGG (1-11) 
Do đó: 
 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +=ρ
h
h
k
k
R
p
R
p
.
T
1 (1-12) 
Mặt khác: 
 K.kg/m.mmHg153,2K.kg/J287
29
83148314R 3
K
K ===µ= 
K.kg/m.mmHg465,3K.kg/J462
18
83148314R 3
h
h ===µ= 
Thay vào ta có: 
[ ] [ ]hhk
h
h
k
k p,176,0B.465,0.
T
1p.289,0p465,0
T
1
R
p
R
p
.
T
1 −=+=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +=ρ , (1-13) 
trong đó B là áp suất không khí ẩm: B = pk + ph 
 - Nếu là không khí khô hoàn toàn: 
B.
T
465,0
k =ρ (1-14) 
 - Nếu không khí có hơi ẩm: 
T
p.
.176,0
T
p.176,0 maxkhk
ϕ−ρ=−ρ=ρ (1-15) 
Lưu ý trong các công thức trên áp suất tính bằng mmHg 
 Ở điều kiện: t = 0oC và p = 760mmHg: ρ = ρo = 1,293 kg/m3. Như vậy có thể tính khối 
lượng riêng của không khí khô ở một nhiệt độ bất kỳ dựa vào công thức: 
273
t1
293,1
273
t1
o
k
+
=
+
ρ=ρ (1-16) 
Khối lượng riêng thay đổi theo nhiệt độ và khí áp. Tuy nhiên trong phạm vi điều hoà 
không khí nhiệt độ không khí thay đổi trong một phạm vi khá hẹp nên cũng như áp suất sự 
 5
thay đổi của khối lượng riêng của không khí trong thực tế kỹ thuật không lớn nên người ta 
lấy không đổi ở điều kiện tiêu chuẩn: to = 20oC và B = Bo = 760mmHg: ρ = 1,2 kg/m3
1.1.2.5. Dung ẩm (độ chứa hơi). 
 Dung ẩm hay còn gọi là độ chứa hơi, được ký hiệu là d là lượng hơi ẩm chứa trong 1 
kg không khí khô. 
k
h
G
G
d = , kg/kg không khí khô (1-17) 
 - Gh: Khối lượng hơi nước chứa trong không khí, kg 
 - Gk: Khối lượng không khí khô, kg 
Ta có quan hệ: 
h
k
k
h
k
h
k
h
R
R
.
p
p
G
G
d =ρ
ρ== 
 (1-18) 
Sau khi thay R = 8314/µ ta có 
h
h
k
h
pp
p.622,0
p
p.622,0d −== (1-19) 
1.1.2.6 Entanpi 
 Entanpi của không khí ẩm bằng entanpi của không khí khô và của hơi nước chứa trong 
nó. 
 Entanpi của không khí ẩm được tính cho 1 kg không khí khô. Ta có công thức: 
I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk (1-20) 
Trong đó: 
 Cpk - Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô Cpk = 1,005 kJ/kg.oK 
 Cph - Nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nước ở 0oC: Cph = 1,84 kJ/kg.oK 
 ro - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở 0oC: ro = 2500 kJ/kg 
Như vậy: 
I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk (1-21) 
1.2 CÁC ĐỒ THỊ TRẠNG THÁI CỦA KHÔNG KHÍ 
ẨM 
 1.2.1 Đồ thị I-d. 
Đồ thị I-d biểu thị mối quan hệ của các đại lượng t, ϕ, I, d và pbh của không khí ẩm. Đồ thị 
được giáo sư L.K.Ramzin (Nga) xây dựng năm 1918 và sau đó được giáo sư Mollier (Đức) 
lập năm 1923. Nhờ đồ thị này ta có thể xác định được tất cả các thông số còn lại của không 
khí ẩm khi biết 2 thông số bất kỳ. Đồ thị I-d thường được các nước Đông Âu và Liên xô (cũ) 
sử dụng. 
Đồ thị I-d được xây dựng ở áp suất khí quyển 745mmHg và 760mmHg. 
Đồ thị gồm 2 trục I và d nghiêng với nhau một góc 135o. Mục đích xây dựng các trục 
nghiêng một góc 135o là nhằm làm giãn khoảng cách giữa các đường cong tham số đặc biệt là 
các đường ϕ = const nhằm tra cứu các thông số thuận lợi hơn. 
Trên đồ thị này các đường I = const nghiêng với trục hoành một góc 135o, đường d = const 
là những đường thẳng đứng. Đối với đồ thị I-d được xây dựng theo cách trên cho thấy các 
 6
đường cong tham số hầu như chỉ nằm trên góc 1/4 thứ nhất của toạ độ Đề Các . Vì vậy, để 
hình vẽ được gọn người ta xoay trục d lại vuông góc với trục I mà vẫn giữ nguyên các đường 
cong như đã biểu diễn, tuy nhiên khi tra cứu entanpi I của không khí ta vẫn tra theo đường 
nghiêng với trục hoành một góc 135o. Với cách xây dựng như vậy, các đường tham số của đồ 
thị sẽ như sau: 
a) Các đường I = const nghiêng với trục hoành một góc 135o. 
b) Các đường d = const là đường thẳng đứng 
c) Các đường t = const là đường thẳng chếch lên phía trên, gần như song song với nhau. 
Thật vậy, ta có biểu thức: 
t
d
I
constt
84,12500 +=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
∂
∂
=
 (1-22) 
Đường t = 100oC tương ứng với nhiệt độ bão hoà của hơi nước ứng với áp suất khí quyển 
được tô đậm 
d) Đường ph = f(d) 
Ta có quan hệ: 
h
h
pp
p
.622,0d −= (1-23) 
Quan hệ này được xây dựng theo đường thẳng xiên và giá trị ph được tra cứu trên trục 
song song với trục I và năm bên phải đồ thị I-d. 
e) Các đường ϕ=const 
Trong vùng t < ts(p) đường cong ϕ = const là những đường cong lồi lên phía trên, càng lên 
trên khoảng cách giữa chúng càng xa. Đi từ trên xuống dưới độ ẩm ϕ càng tăng. Các đường ϕ 
= const không đi qua gốc tọa độ. Đường cong ϕ =100% hay còn gọi là đường bão hoà ngăn 
cách giữa 2 vùng: Vùng chưa bão hoà và vùng ngưng kết hay còn gọi là vùng sương mù. Các 
điểm nằm trong vùng sương mù thường không ổn định mà có xung hướng ngưng kết bớt hơi 
nước và chuyển về trạng thái bão hoà. 
Trên đường t > ts(p) đường ϕ = const là những đường thẳng đứng 
Khi áp suất khí quyển thay đổi thì đồ thị I-d cũng thay đổi theo. Áp suất khí quyển thay đổi 
trong khoảng 20mmHg thì sự thay đổi đó là không đáng kể. 
Trên hình 1-2 là đồ thị I-d của không khí ẩm, xây dựng ở áp suất khí quyển Bo= 
760mmHg. 
 Trên đồ thị này ở xung quanh còn có vẽ thêm các đường ε=const giúp cho tra cứu khi 
tính toán các sơ đồ điều hoà không khí. 
 7
Hình 1.3. Đồ thị I-d của không khí ẩm 
 1.2.2 Đồ thị d-t. 
 Đồ thị d-t được các nước Anh, Mỹ, Nhật, Úc vv... sử dụng rất nhiều. 
 Đồ thị d-t có 2 trục d và t vuông góc với nhau, còn các đường đẳng entanpi I=const tạo 
thành gốc 135o so với trục t. Các đường ϕ = const là những đường cong tương tự như trên đồ 
thị I-d. Có thể coi đồ thị d-t là hình ảnh của đồ thị I-d qua một gương phản chiếu. 
 Đồ thị d-t chính là đồ thị t-d khi xoay 90o, được Carrrier xây dựng năm 1919 nên 
thường được gọi là đồ thị Carrier (hình 1-4). 
 Trục tung là độ chứa hơi d (g/kg), bên cạnh là hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible) 
 Trục hoành là nhiệt độ nhiệt kế khô t (oC) 
Trên đồ thị có các đường tham số sau đây: 
 - Đường I=const tạo với trục hoành một góc 135o. Các giá trị entanpi của không khí 
cho tbên cạnh đường ϕ=100%, đơn vị kJ/kg không khí khô 
 - Đường ϕ=const là những đường cong lõm, càng đi lên phía trên (d tăng) ϕ càng lớn. 
Trên đường ϕ=100% là vùng sương mù. 
 - Đường thể tích riêng v = const là những đường thẳng nghiêng song song với nhau, 
đơn vị m3/kg không khí khô. 
 - Ngoài ra trên đồ thị còn có đường Ihc là đường hiệu chỉnh entanpi (sự sai lệch giữa 
entanpi không khí bão hoà và chưa bão hoà) 
 8
Hình 1.4. Đồ thị t-d của không khí ẩm 
1.3 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRÊN ĐỒ THỊ I-D 
 1.3.1 Quá trình thay đổi trạng thái của không khí. 
 Quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm từ trạng thái A (tA, ϕA) đến B (tB, ϕB) 
được biểu thị bằng đoạn thẳng AB, mủi tên chỉ chiều quá trình gọi là tia quá trình. 
 9
IB
B
D
45°
α
I
AI
C
d
ϕ=100%
A
Hình 1.5. Ý nghĩa hình học của ε 
 Đặt (IA - IB)/(dA-dB) = ∆I/∆d =εAB gọi là hệ số góc tia của quá trình AB 
Ta hãy xét ý nghĩa hình học của hệ số εAB 
 Ký hiệu góc giữa tia AB với đường nằm ngang là α. Ta có 
 ∆I = IB - IA = m.AD 
 ∆d= dB - dA = n.BC 
Trong đó m, n là tỉ lệ xích của các trục toạ độ. 
 m - kCal/kg kkk / 1mm 
 n - kg/kg kkk / 1mm 
Từ đây ta có 
BC.n
AD.m
d
I
AB =∆
∆=ε , Kcal/kg (1-24) 
hay 
n
m).1tg(
n
m).45tgtg( oAB +α=+α=ε , kCal/kg (1-25) 
Như vậy trên trục toạ độ I-d có thể xác định tia AB thông qua giá trị εAB. Để tiện cho việc 
sử dụng trên đồ thị ở ngoài biên người ta vẽ thêm các đường ε = const lấy gốc O của toạ độ 
làm khởi điểm. Nhưng để không làm rối đồ thị người ta chỉ vẽ 01 đoạn ngắn nằm ở bên ngoài 
đồ thị ở phía trên, bên phải và ở phía dưới. Trên các đoạn thẳng người ta ghi giá trị của các 
góc tia ε. Các đường ε có ý nghĩa rất quan trọng trong các tính toán các sơ đồ điều hoà không 
khí sau này vì có nhiều quá trình người ta biết trước trạng thái ban đầu và hệ số góc tia ε quá 
trình đó. Như vậy trạng thái cuối của quá trình sẽ nằm ở vị trí trên đường song song với 
đoạn có ε đã cho và đi qua trạng thái ban đầu. 
Các đường ε = const có các tính chất sau: 
- Hệ số góc tia ε phản ánh hướng của quá trình AB, mỗi quá trình ε có một giá trị nhất 
định. 
 - Các đường ε có trị số như nhau thì song song với nhau. 
 - Tất cả các đường ε đều đi qua góc tọa độ (I=0 và d=0). 
 1.3.2. Quá trình hòa trộn hai dòng không khí. 
 Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường gặp các quá trình hòa trộn 2 dòng 
không khí ở các trạng thái khác nhau. Vấn đề đặt ra là phải xác định trạng thái hoà trộn. 
Giả sử hòa trộn một lượng không khí ở trạng thái A(IA, dA) có khối lượng phần khô là LA 
với một lượng không khí ở trạng thái B(IB, dB) có khối lượng phần khô là LB và thu được một 
 10
lượng không khí ở trạng thái C(IC, dC) có khối lượng phần khô là LC. Ta xác định các thông số 
của trạng thái hoà trộn C. 
d
I
ϕ=100%
A
B
C
IA
BI
IC
dB dC dA 
Hình 1.6. Quá trình hoà trộn trên đồ thị I-d 
 Ta có các phương trình: 
 - Cân bằng khối lượng 
LC = LA + LB (1-26) 
 - Cân bằng ẩm 
dC.LC = dA.LA + dB.LB (1-27) 
 - Cân bằng nhiệt 
IC.LC = IA.LA + IB.LB (1-28) 
 Thế (1-25) vào (1-26) và (1-27) và chuyển vế ta có: 
(IA - IC).LA = (IC - IB).LB
(dA - dC).LA = (dC - dB).LB
hay: 
BC
BC
CA
CA
dd
II
dd
II
−
−=−
− (1-29) 
Từ biểu thức này ta rút ra: 
A
B
BC
CA
BC
CA
L
L
dd
dd
II
II =−
−=−
− (1-30) 
- Phương trình (1-28) là các phương trình biểu thị đường thẳng AC và BC, các đường thẳng 
này có cùng hệ số góc tia bằng nhau (tức cùng độ nghiêng) và chung điểm C nên ba điểm A, 
B, C thẳng hàng. Điểm C nằm trên đoạn AB. 
- Theo phương trình (1-29) suy ra điểm C nằm trên AB và chia đoạn AB theo tỷ lệ LB/LA cụ 
thể : 
A
B
BC
CA
BC
CA
L
L
dd
dd
II
II
CB
AC =−
−=−
−= (1-31) 
Thông số trạng thái của điểm C được xác định như sau: 
C
B
B
C
A
AC L
L
.I
L
L
.II += (1-32) 
C
B
B
C
A
AC d
d.d
d
d.dd += (1-33) 
♦ ♦ ♦ 
 11