Hiện tượng đọng sương

Mình còn nhớ trong một tiết học năm cuối, thầy có hỏi RH 80% nghĩa là gì? Có nhiều bạn đã hồn nhiên trả lời em nghĩ là có 80% hơi nước trong không khí, và khi trả lời xong mới thấy hình như có gì đó sai sai.

Một trong những vấn đề khó chịu nhất của hệ thống HVAC là bị đọng sương. Để nói tới xử lý ẩm và giải quyết các vấn đề khác liên quan tới đọng sương đầu tiên phải nhắc lại sơ bộ về các thông số trạng thái không khí.

AIR PROPERTIES:

Khi nói không khí đang 27C, bạn nghĩ gì? Có lẽ ai đó sẽ nghĩ là cảm giác cũng hơi dễ chịu hay hơi nóng một chút. Nhưng đối với một kỹ sư nhiệt thì nó không có ý nghĩa gì cả vì cái 27C này đang là DB hay WB hay thậm chí là DP?

Khi nói về một trạng thái không khí, ít nhất phải có 2 thông số, thông thường người ta sử dụng DB (drybulb temp) và WB (wetbulb temp) hoặc DB và RH, từ đó xác định các thông số cần thiết còn lại. Một số thông số thường hay dùng bao gồm: 

• Nhiệt độ bầu khô (DB):là nhiệt độ đo bằng nhiệt kế thông thường.Ý nghĩa của thông số này là biểu thị cảm giác nóng hoặc lạnh mà ta có thể trực tiếp cảm nhận được. 
• Nhiệt độ bầu ướt (WB): là nhiệt độ đo bằng nhiệt kế ướt. Ý nghĩa: thông số này biểu thị nhiệt độ của không gian đó nếu ta tăng lượng ẩm lên tới 100%. 
• Độ chứa hơi (d): miêu tả lượng hơi nước đang tồn tại trong không khí. 
• Độ ẩm tương đối (RH): là con số mô tả mức độ ẩm của không khí đó đã chiếm tới bao nhiêu % của độ bão hòa. Không khí khô tuyệt đối có RH là 0% và ở trạng thái bão hòa RH là 100%. 
• Nhiệt độ đọng sương (DP): là nhiệt độ của trạng thái không khí bão hòa nhưng lại có có độ chứa hơi không đổi so với trạng thái của không khí đang xét. Một cách giải thích dễ hiểu hơn là khi bạn không tăng hoặc giảm độ chứa hơi trong phòng nhưng lại giảm nhiệt độ, tới khi không khí bắt đầu đọng sương thì nhiệt độ lúc đó là điểm đọng sương của trạng thái không khí ban đầu mình đang xét. 

CONDENSATION:

Sự đọng sương rất phổ biến trong tự nhiên:
Đọng sương toàn phần: có thể kể tới hiện tượng sương đọng về khuya. Nguyên nhân là ban ngày nhiệt độ cao làm nước bốc hơi, khiến độ ẩm tăng cao. Ban đêm nhiệt độ giảm, nước không bốc hơi nữa và độ chứa hơi được giữ nguyên. Khi nhiệt độ đêm về khuya càng lạnh xuống đến và thậm chí thấp hơn điểm đọng sương thì hiện tượng sương khuya xảy ra. 

Hiện tượng đọng sương cục bộ: có thể kể tới vị dụ nổi tiếng nhất là ly nước đá có nước bên ngoài ( cái này hồi nhỏ mình vẫn ngồi xem ly có bể không mà sao lại ướt =)).

Hiện tượng đọng sương cục bộ là do bề mặt đọng sương có nhiệt độ bằng hoặc thấp hơn điểm đọng sương của trạng thái không khí trong phòng. Khi các lớp không khí gần đó tiếp xúc với bề mặt này thì hiện tượng đọng sương xảy ra.

Như vậy muốn giải quyết vấn đề đọng sương cục bộ này ta có 3 biện pháp có thể làm:

• Tăng nhiệt độ của bề mặt gây đọng sương lên cao hơn nhiệt độ DP của không khí trong phòng. 
• Cách ly bề mặt đó với không khí trong phòng. 
• Giảm nhiệt độ đọng sương của trạng thái không khí trong phòng xuống ( có thể bằng cách khử ẩm…) 

DEHUMIDIFY METHODs:

Có rât nhiều trường hợp phải xử lý ẩm nhưng mình chỉ nên lên một vài cách xử lý ẩm tương ứng với điều kiện đã nêu:

Để xử lý tách ẩm cho không khí của không gian kín mà không làm thay đổi nhiệt độ, thông thường có 2 phương pháp chính: 

• Sử dụng vật liệu hút ẩm: có rất nhiều loại vật liệu, môi chất có tính háo nước. Khi đặt các vật liệu này trong môi trường nó sẽ tự động hút hơi nước từ không khí xung quanh nó. Nếu muốn hiệu quả hơn người ta dùng quạt để cưỡng bức không khí tiếp xúc với các lớp vật liệu tách ẩm, đây cũng là nguyên lý của một số loại máy tách ẩm. 
• Sử dụng chu trình nhiệt: dùng quạt thổi cho không khí đi qua một coil lạnh, tại đây không khí gặp nhiệt độ thấp hơn điểm đọng sương nên tách ẩm. Sau đó đưa khí lạnh đi qua coil nóng để trả lại trạng thái nhiệt độ ban đầu trước khi cấp vào phòng. 

Khi không gian không phải là kín mà có sự trao đổi với không khí bên ngoài ta có thể dùng thêm phương pháp thông gió, hòa trộn không khí có RH thấp vào không gian…

CONDENSATION ISSUES IN HVAC SYSTEM:

Hiện tượng đọng sương làm phức tạp và gây ra nhiều khó khăn cho hệ thống HVAC. Một số khó khăn thường gặp nhất:

• Hệ thống nước ngưng cho FCU: do không khí tách ẩm khi đi qua coil lạnh nên lượng nước ngưng này lại yêu cầu một hệ thống đường ống để dẫn nó đi thải ra ngoài. Hầu hết các đường ống nước ngưng đều thiết kế có độ dốc để chảy tự nhiên và nếu đường ống thiết kế nhỏ hoặc bị tắc nghẽn sẽ tràn ra ngoài gây thiệt hại.
• Gây rỉ sét ống gió: hiện tượng đọng sương không chỉ xảy ra đối với không khí trong phòng mà còn diễn ra bên trong đường ống gió. Hiện tượng đọng sương trong ống gió xảy ra khi ống gió không được bọc cách nhiệt đi qua không gian lạnh hơn. 
• Ví dụ: vì lý do tiết kiệm, một số loại đường ống gió có thể sẽ không được bọc cách nhiệt khi đi qua các không gian không được điều hòa. Nhưng vì lý do nào đó, có thể là do rò rỉ gió lạnh từ không gian điều hòa bên cạnh vào nên nhiệt độ của các không gian này đôi khi thấp hơn so với luồng khí trong ống gió nên xảy ra hiện tượng đọng sương bên trong ống gió. 
• Đọng sương ở miệng gió: mặc dù biết nguyên nhân là do không khí có nhiệt độ đọng sương cao hơn tiếp xúc với bề mặt miệng gió lạnh gây ra nhưng hiện tượng này là một vấn đề đôi khi phức tạp đôi khi rất khó để giải quyết triệt để. 

Có rất nhiều nguyên nhân để dẫn tới hiện tượng trên, mình sẽ dẫn ra một vài trường hợp tiêu biểu: 

• Lỗi thiết kế: mình không bình luận tới việc tính toán sai, lỗi thiết kế ở đây có thể là do các thông số đầu bài không đúng. Đôi khi trạng thái không khí đầu vào trước khi xử lý lại khắc nghiệt hơn so với điều kiện thiết kế nên dẫn tới hiện tượng trên. Hoặc có thể do cách bố trí không đúng… 
• Lỗi do vận hành: khi thiết kế chủ đầu tư thường yêu cầu thiết kế tiết kiệm và do đó thiết kế chỉ đúng khi vận hành đúng với điều kiện đầu bài chủ đầu tư đã đưa hoặc đã chấp nhận. Nhưng khi vận hành các điều kiện này thay đổi dẫn tới những vấn đề. Và đôi khi vấn đề chỉ đến từ việc cân chỉnh lưu lượng miệng gió không đúng. 
• Ví dụ: Một gian phòng được thiết kế chỉ để điều hòa chủ yếu về nhiệt độ và không cần tách ẩm. Nhưng khi vận hành người ta thêm các vật dụng có tỏa ra ẩm vào không gian đó, hoặc các kết cấu không đảm bảo kín để gió rò rỉ từ bên ngoài nhiều, ra vào mở cửa quá nhiều…Hậu quả là độ ẩm trong không khí tăng lên và có thể dẫn tới tình trạng đọng sương ở miệng gió. 

Khi các một miệng gió không được cân chỉnh đúng, lưu lượng gió quá thấp so với yêu cầu sẽ khiến không khí ở khu vực được phục vụ nóng lên và dễ xảy ra đọng sương nếu có không khí ẩm bên ngoài thâm nhập vào . 

Khắc phục hiện tượng đọng sương ở miệng gió:

Như đã nêu ở phía trên trên, ta có 3 phương pháp chính để xử lý tận gốc:

• Tăng nhiệt độ bề mặt miệng gió: đối với một số thiết kế, ở bề mặt miệng gió có điện trở nhỏ đủ để sưởi ấm bề mặt lên khỏi điểm đọng sương của trạng thái không khí trong không gian điều hòa. 
• Cách ly bề mặt gây đọng sương: đây là phương pháp xử lý mà các kỹ sư vận hành thường dùng. Bằng cách tăng vận tốc gió thổi ra ở miệng gió ta có thể xua các lớp không khí ẩm xung quanh đi và hạn chế sự tiếp xúc của chúng với bề mặt miệng gió. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ sử dụng được trong một số rất ít trường hợp. Vì vận tốc gió tăng ở miệng gió sẽ gây ồn và khi lượng ẩm xung quanh quá cao thì cách làm này không hiệu quả và còn có thể gây tiêu tốn thêm năng lượng ở quạt. 
• Sử dụng các quy trình tách ẩm: có thể sử dụng trực tiếp các vật liệu tách ẩm hoặc máy tách ẩm ( máy tách ẩm có thể dùng riêng hoặc nằm chung trong máy điều hòa ).