Giáo trình Điều hòa không khí và thông gió - Chương 11: Điều khiển tự động trong điều hòa không khí

àng
b) 
Nhiãût âäü tàng
Nhiãût âäü giaím
c) 
Hình 11.2. Các kiểu bộ cảm biến 
• Thanh lưỡng kim (bimetal strip) 
 Trên hình 11.2a1 là cơ cấu thanh lưỡng kim, được ghép từ 2 thanh kim loại mỏng có 
hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Một đầu của thanh được giữ cố định và đầu kia tự do. Thanh 1 
làm từ vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt kém hơn thanh 2. Khi nhiệt độ tăng thanh 2 giãn nở 
nhiều hơn thanh 1 và uốn cong toàn bộ thanh sang trái. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới giá trị 
định mức, thanh bị uốn cong sang phải. 
 Một dạng khác của bộ cảm biến dạng này là thanh lưỡng kim được uốn cong dạng 
xoắc trôn ốc, đầu ngoài cố định đầu trong di chuyển. Loại này thường được sử dụng để làm 
đồng hồ đo nhiệt độ (hình 11.2a2. 
• Bộ cảm biến ống và thanh 
 Cấu tạo gồm 01 thanh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt lớn đặt bên trong 01 ống trụ kim 
loại giản nở nhiệt ít hơn. Một đầu thanh kim loại hàn chặt vào đáy của ống đầu kia tự do. Khi 
nhiệt độ tăng hoặc giảm so với nhiệt độ định mức đầu tự do chuyển động sang phải hoặc sang 
trái. 
• Bộ cảm biến kiểu hộp xếp 
 Cấu tạo gồm một hộp xếp có các nếp nhăn hoặc một màng mỏng có khả năng co giãn lớn, 
bên trong chứa đầy một chất lỏng hoặc chất khí. Khi nhiệt độ thay đổi môi chất co giãn là 
hộp xếp hoặc màng mỏng căng phòng làm di chuyển 1 thanh gắn trên đó 
Hình 11.3. Bộ cảm biến kiểu hộp xếp có ống mao và bầu cảm biến 
• Cảm biến điện trở 
Cảm biến điện trở có các loại sau đây: 
- Cuộn dây điện trở 
- Điện trở bán dẫn 
- Cặp nhiệt 
 245
Âáöu ra
Âáöu vaìo
Âiãûn tråí
Caím biãún
Hình 11.4. Bộ cảm biến kiểu điện trở 
b) Bộ cảm biến áp suất 
 Bộ cảm biến áp suất thường là bộ cảm biến kiểu hộp xếp. Khác với bộ cảm biến nhiệt 
độ kiểu hộp xếp luôn luôn đi kèm với bầu cảm biến, bên trong có môi chất, thì ở đây hộp xếp 
được nối trực tiếp với tín hiệu áp suất để ghi nhận sự thay đổi áp suất của môi chất và tác 
động lên màng xếp. 
Hình 11.5. Bộ cảm biến áp suất 
c) Bộ cảm biến độ ẩm 
 Bộ cảm biến độ cũng hoạt động dựa trên nguyên lý về sự thay đổi các tính chất nhiệt 
vật lý của môi chất khi độ ẩm thay đổi. 
 Có 02 loại cảm biến độ ẩm: 
- Loại dùng chất hữu cơ (organic element) 
- Loại điện trở (Resistance element) 
 Hình 11.6. Bộ cảm biến độ ẩm 
 Trên hình 11.6 là bộ cảm biến độ ẩm, nó có chứa một sợi hấp thụ ẩm. Sự thay đổi độ 
ẩm làm thay đổi chiều dài sợi hấp thụ. Sợi hấp thụ có thể là tóc người hoặc vật liệu chất dẻo 
axêtat. 
d) Bộ cảm biến lưu lượng 
• Phong kế dây nóng (hot wire anemometer) 
 246
 Trên hình 11.7 trình bày cấu tạo của phong kế dây nóng. Thiết bị gồm một dây điện 
trở và một cảm biến nhiệt độ. Môi chất đi qua dây điện trở và làm lạnh nó, tốc độ gió tỷ lệ 
với công suất điện cần thiết để duy trì nhiệt độ chuẩn dùng đối chiếu. 
Hình 11.7. Phong kế dây nóng 
• Ống pitô 
Pt P Pd
a) b) c) 
 Hình 11.8. Ống pitô đo áp suất và lưu lượng 
 Trên hình 11.8 trình bày ống pitô đo áp suất: áp suất tĩnh (11.8a), áp suất tổng (11.b) 
và áp suất động (11.8c). 
 Cơ sở để đo lưu lượng là sự phụ thuộc giữa lưu lượng vào sự thay đổi áp suất khi đi 
qua thiết bị. 
âP.C=ω 
và lưu lượng: 
 â1â
22
P.CP.
4
d.C.
4
d.Q =π=ωπ= 
• Tấm đục lổ 
Mäi cháút
∆Pt
Voìng âuûc läø
 247
 Hình 11.9. Lưu lượng kế có vòng đục lổ 
 Trên hình 11.9 trình bày lưu lượng kế sử dụng vòng có đục lổ nhỏ ở giữa. Người ta 
nhận thấy sự thay đổi áp suất tĩnh phía trước và phía sau của vòng phụ thuộc vào lưu lượng 
theo quan hệ sau đây: 
 tP.F.CQ ∆= 
trong đó: 
 C- Hằng số; 
 F- Diện tích tiết diện của ống, m2. 
• Ống Venturi 
∆P
Mäi cháút
ÄÚng Venturi 
 Hình 11.10. Lưu lượng kế Venturi 
 Lưu lượng kế kiểu Venturi gồm một ống có cổ thắt ở giữa (hình 11.10). Độ chênh áp 
suất giữa đầu vào của ống và ở vị trí cổ thắt tỷ lệ với lưu lượng môi chất chuyển động ngang 
qua ống. 
P.CQ ∆= 
• Lưu lượng kế kiểu chân vịt xoay 
 Vòng chân vịt chuyển động xoay dưới tác dụng của dòng chảy, vòng quay càng nhanh 
nếu tốc độ dòng chảy lớn. Thiết bị được nối với cơ cấu đo để chỉ chị lưu lượng. 
 Hình 11.11. Lưu lượng kế chân vịt 
2. Các thiết bị được điều khiển 
 a) Van điện từ 
 Có 2 loại van điện từ 
 * Loại đóng mở on-off: Van chỉ có 2 trạng thái đóng và mở. Van thường có 2 loại van 
2 ngã và van 3 ngã. 
 * Loại đóng mở bằng mô tơ (Motorize): Van đóng mở bằng mô tơ cho phép đóng mở 
nhiều vị trí và thường được dùng điều chỉnh lưu lượng. 
- Căn cứ vào số hướng của dòng, van điện từ có thể chia làm loại 2 ngã và 3 ngã. 
 248
 * Van 2 ngã: Hai ngã gồm một ngã môi chất vào và 01 ngã môi chất ra. Loại van này 
có 2 kiểu : Loại thường mở (NO- Normally Open) và loại thường đòng (NC- Normally Close) 
 Hình 11.12. Van điện từ 2 ngã 
a) Loại thường mở; bc) Loại thường đóng 
 * Van điện từ 3 ngã: Gồm có 3 ngã môi chất vào ra. Loại 3 ngã cũng được chia ra làm 
2 loại khác nhau: 
 - Van 3 ngã hổn hợp: Có 02 cửa vào và 01 cửa ra 
 - Van 3 ngã kiểu bypass: Có 01 cửa vào và 02 cửa ra. 
 Hình 11.13. Van điện từ 3 ngã 
a) Van 3 ngã hổn hợp; b) Van điện từ 3 ngã by-pass 
 b) Cửa gió 
 Các cửa gió điều khiển phải là cửa gió mà việc đóng mở thực hiện bằng mô tơ. 
Trên hình 11.14 là cửa gió điều chỉnh, bên hông các cửa gió có gắn mô tơ. Mô tơ có trục gắn 
vào trục quạt của các cánh van điều chỉnh. Khi nhận tín hiệu điều khiển, mô tơ hoạt động và 
thực hiện việc đóng hay mở van theo yêu cầu. 
Hình 11.14. Lưu lượng kế Venturi 
11.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 
11.2.1 Điều khiển nhiệt độ 
 249
RT H
T H
NC
RA
DAÌN LAÛNH DAÌN NOÏNG QUAÛT CÁÚP GIOÏBÄÜ LOÜC
KHÄNG KHÊ 
HÄÙN HÅÜP
NC
V2 V1
NO
NÆÅÏC NOÏNG NÆÅÏC LAÛNH
DA
V3
PHUN ÁØM
Hình 11.15. Sơ đồ điều khiển nhiệt độ 
Trên hình 11.15 là sơ đồ điều khiển nhiệt độ của một AHU. AHU có 02 dàn trao đổi nhiệt: 
một dàn nóng và một dàn lạnh các dàn hoạt động độc lập và không đồng thời. Mùa hè dàn 
lạnh làm việc, mùa đông dàn nóng làm việc. 
 Đầu ra của không khí có bố trí hệ thống phun nước bổ sung để bổ sung ẩm cho không 
khí. 
 Nước nóng, nước lạnh và nước phun được cấp vào nhờ các van điện từ thường đóng 
(NC-Normal Close) và thường mở (NO- Normal Open). 
11.2.2 Điều khiển công suất 
 11.2.2.1. Phương pháp điều khiển ON-OFF 
 Phương pháp này thường dược sử dụng trong các hệ thống nhỏ. 
 Khống chế trạng thái của một phần tử nào đó ở 2 trạng thái : Đóng và mở 
 Ví dụ : Để điều chỉnh nhiệt độ không khí trong phòng, máy điều hòa cửa sổ thực hiện 
như sau : 
 + Nhiệt độ đặt trong phòng là 22 oC 
 + Khi nhiệt độ trong phòng xuống 21oC máy sẽ dừng chạy. 
 + Khi nhiệt độ lên 23 oC thì máy bắt đầu chạy lại. 
 Như vậy máy sẽ làm việc trong khoảng nhiệt độ từ 21 - 23oC . 
 Độ chênh nhiệt độ giữa 2 vị trí ON và OFF gọi là vi sai điều khiển. 
 Bây giờ ta hãy biểu thị trên đồ thị sự thay đổi nhiệt độ phòng và công suất theo thời 
gian. 
 Trong điều kiện lý tưởng khi nhiệt độ lên 23oC thì máy bắt đầu chạy và ngược lại khi 
nhiệt độ đạt 21oC thì máy dừng nhưng do quá tính nhiệt nên đến 23oC và 21oC nhưng nhiệt độ 
phòng vẫn thay đổi một khoảng nào đó . 
 250
t,°C
τ, giåì
τ, giåì
N1
N, kW
22°C
Vi
 s
ai
Hình 11.16. Điều khiển công suất theo kiểu ON-OFF 
 Trong một chu kỳ, thời gian không khí được làm lạnh (nhiệt độ giảm) và đốt nóng 
(nhiệt độ tăng) phụ thuộc vào mối quan hệ giữa công suất làm lạnh Qlạnh và tổng nhiệt thừa 
của phòng QT. 
 * Đặc điểm của phương pháp điều khiển kiểu ON-OFF 
 - Đơn giản , giá thành thấp nên thường sử dụng cho hệ thống nhỏ. 
 - Công suất giữa các kỳ dao động lớn. Nên không thích hợp cho hệ thống lớn và điều 
khiển chính xác. 
 11.2.2.2 Phương pháp điều khiển bước. 
 Thường được sử dụng cho hệ thống lớn có nhiều máy. Phương pháp này có ưu điểm 
hạn chế được sự sai lệch lớn công suất giữa các kỳ. 
 Phương pháp điều khiển bước là thay đổi công suất theo từng bước, tránh công suất 
thay đổi quá đột ngột. Hệ điều hòa có điều khiển bước phải có nhiều tổ máy. 
 Trong hệ thống này bộ điều khiển căn cứ vào tín hiệu của biến điều khiển sẽ tác động 
lên các rơ le hay công tắc và làm thay đổi công suất thiết bị ra theo từng bước hay giai đoạn. 
 Ta nghiên cứu một ví dụ: Thiết bị điều khiển công số một hệ thống điều hòa gồm 3 
cụm máy chiller. 
- Biến điều khiển là nhiệt độ của nước lạnh vào máy tnv. 
- Giá trị định trước là tnv = 8oC 
* Khi nhiệt độ tăng : Khi nước về tnv = 8,5oC chỉ có tổ máy I làm việc. Nếu nhiệt độ tiếp tục 
tăng đến 9oC thì tổ máy II khởi động và làm việc cùng tổ I. Nếu nhiệt độ tăng đến 9,5oC thì tổ 
máy thứ III khởi động làm việc. 
* Khi nhiệt độ giảm : Khi nhiệt độ giảm xuống 7,5 oC thì tổ máy thứ III ngừng hoạt động. Nếu 
tiếp tục giảm xuống 7oC thì tổ máy II dừng tiếp. Nếu xuống 6,5oC thì dừng thêm tổ I. 
 251
N, kW
1N
8°C
t,°C
τ, giåì
τ, giåì
V
i s
ai
(I)
(II)
(III)
(I)
(II)
(III)
2N
3N
9,5°C
6,5°C
Hình 11.17. Điều khiển công suất theo bước 
 Ta nghiên cứu đồ thị thay đổi nhiệt độ và phụ tải: 
 - Ta có nhận xét là đồ thị công suất thay đổi từng bậc, tránh hiện tượng xung 
(thay đổi đột ngột). 
 - Các máy làm việc như sau : 
 + Máy I : Làm việc trong khoảng khi nhiệt độ tăng lên 8,5oC và dừng khi nhiệt 
độ giảm xuống 6,5oC. Như vậy máy I làm việc trong khoảng thời gian dài nhất. 
 + Máy II: làm việc trong khoảng khi nhiệt độ tăng lên tới 9oC và dừng khi 
nhiệt độ giảm xuống 7oC. 
 + Máy II: Làm việc khi nhiệt độ tăng lên 9,5oC và dừng khi nhiệt giảm xuống 
7,5oC 
 Như vậy máy I làm việc nhiều nhất và máy II làm việc ít nhất. Để tránh tình trạng đó 
trong mạch điện ngưòii ta có thiết kế công tắc chuyển mạch để đổi vai trò các máy cho nhau, 
tránh cho một máy nén bất kỳ làm việc quá nhiều trong khi máy khác hầu như không hoạt 
động. 
 Ưu, nhược điểm của phương pháp điều khiển theo bước : 
 - Tránh được sự thay đổi công suất quá đột ngột. Thích hợp cho hệ thống lớn. 
 - Các máy làm việc không đều nhau nên phải thường xuyên chuyển đổi vai trò 
của các máy. 
 - Biên độ dao động (vi sai) của biến điều khiển tương đối lớn do phải qua từng 
cấp. 
* 
* * * 
 252
 253