TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ. NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ KHÔNG KHÍ ẨM

CHƯƠNG I NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ KHƠNG KHÍ ẨM Điều hịa khơng khí kỹ thuật tạo trì điều kiện vi khí hậu thích hợp với người cơng nghệ q trình sản xuất Để sâu nghiên cứu kỹ thuật điều hồ khơng khí trước hết chúng tơi sơ lược tính chất nhiệt động khơng khí ẩm 1.1 KHƠNG KHÍ ẨM Khơng khí xung quanh hỗn hợp nhiều chất khí, chủ yếu N2 O2 ngồi cịn lượng nhỏ khí trơ, CO2, nước - Khơng khí khơ : Khơng khí khơng chứa nước gọi khơng khí khơ.Trong tính tốn thường khơng khí khơ coi khí lý tưởng Thành phần chất khơng khí khơ phân theo tỷ lệ sau : Bảng 1-1 : Tỷ lệ chất khí khơng khí khơ Thành phần Theo khối lượng (%) Theo thể tích (%) - Ni tơ : N2 75,5 78,084 20,948 - Ôxi : O2 23,1 0,934 - Argon - A 1,3 0,0314 - Carbon-Dioxide : CO2 0.1 - Khơng khí ẩm : Khơng khí có chứa nước gọi khơng khí ẩm Trong tự nhiên khơng có khơng khí khơ tuyệt đối mà tồn khơng khí ẩm Khơng khí ẩm chia : + Khơng khí ẩm chưa bão hịa : Là trạng thái mà nước cịn bay thêm vào khơng khí + Khơng khí ẩm bão hòa : Là trạng thái mà nước khơng khí đạt tối đa khơng thể bay thêm vào Nếu bay thêm vào có nhiêu ẩm ngưng tụ lại + Khơng khí ẩm q bão hịa : Là khơng khí ẩm bão hịa cịn chứa thêm lượng nước định Tuy nhiên trạng thái bão hồ trạng thái khơng ổn định mà có xu hướng biến đổi đến trạng thái bão hoà lượng nước dư bị tách dần khỏi không khí Ví dụ sương mù khơng khí q bão hịa Tính chất vật lý ảnh hưởng khơng khí đến cảm giác người phụ thuộc nhiều vào lượng nước tồn khơng khí 1.2 CÁC THƠNG SỐ CỦA KHƠNG KHÍ ẨM 1.2.1 Áp suất Ap suất khơng khí thường gọi khí áp Ký hiệu B Nói chung giá trị B thay đổi theo không gian thời gian Tuy nhiên kỹ thuật điều hịa khơng khí giá trị chênh lệch khơng lớn bỏ qua người ta coi B khơng đổi Trong tính tốn người ta lấy trạng thái tiêu chuẩn Bo = 760 mmHg Đồ thị I-d khơng khí ẩm thường xây dựng áp suất B = 745mmHg Bo = 760mmHg 1.2.2 Khối lượng riêng thể tích riêng Khối lượng riêng khơng khí khối lượng đơn vị thể tích khơng khí Ký hiệu ρ, đơn vị kg/m3 Đại lượng nghịch đảo khối lượng riêng thể tích riêng Ký hiệu v v= ρ , m / kg (1-1) Khối lượng riêng thể tích riêng hai thông số phụ thuộc Khối lượng riêng thay đổi theo nhiệt độ khí áp Tuy nhiên áp suất thay đổi khối lượng riêng khơng khí thực tế kỹ thuật khơng lớn nên người ta lấy không đổi điều kiện tiêu chuẩn : to = 20oC B = Bo = 760mmHg : ρ = 1,2 kg/m3 1.2.3 Độ ẩm 1.2.3.1 Độ ẩm tuyệt đối Là khối lượng ẩm 1m3 khơng khí ẩm Giả sử V (m3) khơng khí ẩm có chứa Gh (kg) nước độ ẩm tuyệt đối ký hiệu ρh tính sau : Gh (1-2) , kg / m V Vì nước khơng khí coi khí lý tưởng nên: p ρ h = = h , kg / m (1-3) v h Rh T : ph - Phân áp suất nước khơng khí chưa bão hồ, N/m2 Rh - Hằng số nước Rh = 462 J/kg.oK T - Nhiệt độ tuyệt đối khơng khí ẩm, tức nhiệt độ nước , oK ρh = 1.2.3.2 Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối khơng khí ẩm , ký hiệu ϕ (%) tỉ số độ ẩm tuyệt đối ρh khơng khí với độ ẩm bão hịa ρmax nhiệt độ với trạng thái cho ϕ= ρh ,% ρ max (1-4) hay : Độ ẩm tương đối biểu thị mức độ chứa nước không khí ẩm so với khơng khí ẩm bão hịa nhiệt độ (1-5) Khi ϕ = trạng thái khơng khí khơ ph ,% p max < ϕ < 100 trạng thái khơng khí ẩm chưa bão hồ ϕ = 100 trạng thái khơng khí ẩm bão hịa - Độ ẩm ϕ đại lượng quan trọng khơng khí ẩm có ảnh hưởng nhiều đến cảm giác người khả sử dụng khơng khí để sấy vật phẩm - Độ ẩm tương đối ϕ xác định công thức, đo ẩm kế Ẩm kế thiết bị đo gồm nhiệt kế : nhiệt kế khô nhiệt kế ướt Nhiệt kế ướt có bầu bọc vải thấm nước nước thấm vải bọc xung quanh bầu nhiệt kế bốc vào khơng khí lấy nhiệt bầu nhiệt kế nên nhiệt độ bầu giảm xuống nhiệt độ nhiệt kế ướt tư ứng với trạng thái khơng khí bên ngồi Khi độ ẩm tương đối bé , cường độ bốc mạnh, độ chênh nhiệt độ nhiệt kế cao Do độ chênh nhiệt độ nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm tương đối sử dụng để làm sở xác định độ ẩm tương đối ϕ Khi ϕ =100%, trình bốc ngừng nhiệt độ nhiệt kế ϕ= 1.2.4 Dung ẩm (độ chứa hơi) Dung ẩm hay gọi độ chứa hơi, ký hiệu d lượng ẩm chứa kg không khí khơ Gh , kg / kgkkk Gk - Gh : Khối lượng nước chứa khơng khí, kg - Gk : Khối lượng khơng khí khơ, kg Ta có quan hệ: G p R ρ d= h = h = h k ρpk p k Rh pG k h d = 0,622 h = , kg / kgkkk pk p − ph Sau thay R = 8314/µ ta có d= (1-6) (1-7) (1-8) 1.2.5 Nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh Đây yếu tố ảnh hưởng lớn đến cảm giác người Trong kỹ thuật điều hịa khơng khí người ta thường sử dụng thang nhiệt độ độ C độ F Đối với trạng thái khơng khí định ngồi nhiệt độ thực kỹ thuật cịn có giá trị nhiệt độ có ảnh hưởng nhiều đến hệ thống thiết bị nhiệt độ điểm sương nhiệt độ nhiệt kế ướt - Nhiệt độ điểm sương: Khi làm lạnh khơng khí giữ ngun dung ẩm d (hoặc phân áp suất ph) tới nhiệt độ ts nước khơng khí bắt đầu ngưng tụ thành nước bão hịa Nhiệt độ ts gọi nhiệt độ điểm sương Như nhiệt độ điểm sương trạng thái nhiệt độ ứng với trạng thái bão hịa có dung ẩm dung ẩm trạng thái cho Hay nói cách khác nhiệt độ điểm sương nhiệt độ bão hòa nước ứng với phân áp suất ph cho Từ ta thấy ts d có mối quan hệ phụ thuộc - Nhiệt độ nhiệt kế ướt : Khi cho nước bay đoạn nhiệt vào khơng khí chưa bão hịa (I=const) Nhiệt độ khơng khí giảm dần độ ẩm tương đối tăng lên Tới trạng thái ϕ = 100% trình bay chấm dứt Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà cuối gọi nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ướt ký hiệu tư Người ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ướt xác định nhiệt kế có bầu thấm ướt nước Như nhiệt độ nhiệt kế ướt trạng thái nhiệt độ ứng với trạng thái bão hịa có entanpi I entanpi trạng thái cho Giữa entanpi I nhiệt độ nhiệt kế ướt tư có mối quan hệ phụ thuộc Trên thực tế ta đo nhiệt độ nhiệt kế ướt trạng thái khơng khí thời nhiệt độ bề mặt thống nước 1.2.6 Entanpi Entanpi khơng khí ẩm entanpi khơng khí khơ nước chứa Entanpi khơng khí ẩm tính cho kg khơng khí khơ Ta có cơng thức: I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk (1-9) Trong : Cpk - Nhiệt dung riêng đẳng áp khơng khí khơ Cpk = 1,005 kJ/kg.oC Cph - Nhiệt dung riêng đẳng áp nước 0oC : Cph = 1,84 kJ/kg.oC ro - Nhiệt ẩn hóa nước 0oC : ro = 2500 kJ/kg Như vậy: I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk (1-10) 1.3 ĐỒ THỊ I-d VÀ t-d CỦA KHƠNG KHÍ ẨM 1.3.1 Đồ thị I-d Đồ thị I-d biểu thị mối quan hệ đại lượng t, ϕ, I, d pbh khơng khí ẩm Đồ thị giáo sư L.K.Ramzin (Nga) xây dựng năm 1918 sau giáo sư Mollier (Đức) lập năm 1923 Nhờ đồ thị ta xác định tất thơng số cịn lại khơng khí ẩm biết thơng số Đồ thị I-d thường nước Đông Âu Liên xô (cũ) sử dụng Đồ thị I-d xây dựng áp suất khí 745mmHg 760mmHg Đồ thị gồm trục I d nghiêng với góc 135o Mục đích xây dựng trục nghiêng góc 135o nhằm làm giãn khoảng cách đường cong tham số để thuận lợi cho việc tra cứu Trên đồ thị đường I = const nghiêng với trục hồnh góc 135o, đường d = const đường thẳng đứng Đối với đồ thị I-d xây dựng theo cách cho thấy đường tham số nằm góc 1/4 thứ Vì vậy, để hình vẽ gọn người ta xoay trục d lại vuông góc với trục I mà giữ nguyên đường cong biểu diễn, nhiên tra cứu entanpi I khơng khí ta tra theo đường nghiêng với trục hồnh góc 135o Trên đồ thị I-d đường đẳng nhiệt t=const đường thẳng chếch lên , đường ϕ = const đường cong lồi, lên khoảng cách chúng xa Các đường ϕ = const không cắt không qua gốc toạ độ Đi từ xuống độ ẩm ϕ tăng Đường cong ϕ =100% hay cịn gọi đường bão hồ ngăn cách vùng : Vùng chưa bão hoà vùng ngưng kết hay gọi vùng sương mù Các điểm nằm vùng sương mù thường không ổn định mà có xung hướng ngưng kết bớt nước chuyển trạng thái bão hoà Khi áp suất khí thay đổi đồ thị I-d thay đổi theo Áp suất khí thay đổi khoảng 20mmHg thay đổi khơng đáng kể Trên hình 1.1 đồ thị I-d khơng khí ẩm , xây dựng áp suất khí Bo= 760mmHg Trên đồ thị xung quanh cịn có vẽ thêm đường ε=const giúp cho tra cứu sơ đồ tuần hồn khơng khí chương Hình 1.1 : Đồ thị I-d khơng khí ẩm 1.3.2 Đồ thị d-t Đồ thị d-t nước Anh, Mỹ , Nhật, Úc vv sử dụng nhiều Đồ thị d-t có trục d t vng góc với , cịn đường đẳng entanpi I=const tạo thành gốc 135o so với trục t Các đường ϕ = const đường cong tương tự đồ thị I-d Có thể coi đồ thị d-t hình ảnh đồ thị I-d qua gương phản chiếu Hình 1.2 : Đồ thị t-d khơng khí ẩm Đồ thị d-t đồ thị t-d xoay 90o , Carrrier xây dựng năm 1919 nên thường gọi đồ thị Carrier Trục tung độ chứa d (g/kg), bên cạnh hệ số nhiệt SHF (Sensible) Trục hoành nhiệt độ nhiệt kế khô t (oC) Trên đồ thị có đường tham số - Đường I=const tạo với trục hồnh góc 135o Các giá trị entanpi khơng khí cho tbên cạnh đường ϕ=100%, đơn vị kJ/kg khơng khí khơ - Đường ϕ=const đường cong lõm, lên phía (d tăng) ϕ lớn Trên đường ϕ=100% vùng sương mù - Đường thể tích riêng v = const đường thẳng nghiêng song song với nhau, đơn vị m3/kg không khí khơ - Ngồi đồ thị cịn có đường Ihc đường hiệu chỉnh entanpi (sự sai lệch entanpi khơng khí bão hồ chưa bão hồ) 1.4 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRÊN ĐỒ THỊ I-d 1.4.1 Q trình thay đổi trạng thái khơng khí Q trình thay đổi trạng thái khơng khí ẩm từ trạng thái A (tA, ϕA) đến B (tB, ϕB) biểu thị đoạn thẳng AB, mủi tên chiều trình gọi tia trình I IA A IB B α 45° C ϕ=100% D d 1.3 : hình học ε Hình Ý nghĩa Đặt (IA - IB)/(dA-dB) = ∆I/∆d =εAB gọi hệ số góc tia q trình AB Ta xét ý nghĩa hình học hệ số εAB Ký hiệu góc tia AB với đường nằm ngang α Ta có ∆I = IB - IA = m.AD ∆d= dB - dA = n.BC Trong m, n tỉ lệ xích trục toạ độ Từ ta có εAB = ∆I/∆d = m.AD/n.BC εAB = (tgα + tg45o).m/n = (tgα + 1).m/n Như trục toạ độ I-d xác định tia AB thơng qua giá trị εAB Để tiện cho việc sử dụng đồ thị biên người ta vẽ thêm đường ε = const Các đường ε = const có tính chất sau : - Hệ số góc tia ε phản ánh hướng q trình AB, q trình ε có giá trị định - Các đường ε có trị số song song với - Tất đường ε qua góc tọa độ (I=0 d=0) 1.4.2 Q trình hịa trộn hai dịng khơng khí Trong kỹ thuật điều hịa khơng khí người ta thường gặp q trình hịa trộn dịng khơng khí trạng thái khác để đạt trạng thái cần thiết Quá trình gọi trình hồ trộn Giả sử hịa trộn lượng khơng khí trạng thái A(IA, dA) có khối lượng phần khơ LA với lượng khơng khí trạng thái B(IB, dB) có khối lượng phần khơ LB thu lượng khơng khí trạng thái C(IC, dC) có khối lượng phần khơ LC Ta xác định thơng số trạng thái hồ trộn C I IA IB A IC 0% ϕ=10 C B d dB dC dA Hình 1.4 : Q trình hồ trộn đồ thị I-d Ta có phương trình: - Cân khối lượng LC = LA + LB (1-11) - Cân ẩm dC.LC = dA LA + dB LB (1-12) - Cân nhiệt IC.LC = IA LA + IB LB (1-13) Thế (a) vào (b), (c) trừ theo vế ta có : (IA - IC).LA = (IC - IB).LB (dA - dC).LA = (dC - dB).LB hay : Từ biểu thức ta rút ra: I A − IC I − IB = C d A − dC dC − d B (1-14) I A − I C d A − d C LB (1-15) = = I C − I B d C − d B LA - Phương trình (1-14) phương trình đường thẳng AC BC, đường thẳng có hệ số góc tia chung điểm C nên ba điểm A, B, C thẳng hàng Điểm C nằm đoạn AB - Theo phương trình (1-15) suy điểm C nằm AB chia đoạn AB theo tỷ lệ LB/LA Trạng thái C xác định sau : IC = I A L LA + IB B LC LC (1-16) dC = d A L LA + dB B LC LC (1-17) *** CHƯƠNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ VÀ CHỌN THƠNG SỐ TÍNH TỐN CHO CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỒ Để thiết kế hệ thống điều hồ khơng khí cần phải tiến hành chọn thơng số tính tốn khơng khí ngồi trời thơng số tiện nghi nhà Các thơng số bao gồm: - Nhiệt độ t (oC) - Độ ẩm tương đối ϕ (%) - Tốc độ chuyển động khơng khí phịng ω (m/s) - Độ ồn cho phép phòng Lp (dB) - Lượng khí tươi cung cấp LN (m3/s) - Nồng độ cho phép chất độc hại phịng 2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG TỚI CON NGƯỜI VÀ SẢN XUẤT 2.1.1 Ảnh hưởng môi trường đến người 2.1.1.1 Nhiệt độ Nhiệt độ yếu tố gây cảm giác nóng lạnh người Cơ thể người có nhiệt độ tct = 37oC Trong trình vận động thể người luôn toả nhiệt lượng qtỏa Lượng nhiệt thể toả phụ thuộc vào cường độ vận động Để trì thân nhiệt thể thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường Sự trao đổi nhiệt biến đổi tương ứng với cường độ vận động Có hình thức trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh - Truyền nhiệt : Truyền nhiệt từ thể người vào môi trường xung quanh cách: dẫn nhiệt, đối lưu xạ Nói chung nhiệt lượng trao đổi theo hình thức truyền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh nhiệt độ thể môi trường xung quanh Lượng nhiệt trao đổi gọi nhiệt Ký hiệu qh Khi nhiệt độ môi trường tmt nhỏ thân nhiệt, thể truyền nhiệt cho môi trường, nhiệt độ mơi trường lớn thân nhiệt thể nhận nhiệt từ môi trường Khi nhiệt độ môi trường bé, ∆t = tct-tmt lớn, qh lớn, thể nhiều nhiệt nên có cảm giác lạnh ngược lại nhiệt độ môi trường lớn khả thải nhiệt mơi trường giảm nên có cảm giác nóng Nhiệt qh phụ thuộc vào ∆t = tct-tmt tốc độ chuyển động khơng khí Khi nhiệt độ mơi trường khơng đổi, tốc độ khơng khí ổn định qh khơng đổi Nếu cường độ vận động người thay đổi lượng nhiệt qh khơng thể cân với lượng nhiệt thể sinh Để thải hết nhiệt lượng thể sinh ra, cần có hình thức trao đổi thứ 2, toả ẩm - Tỏa ẩm : Ngồi hình thức truyền nhiệt thể cịn trao đổi nhiệt với mơi trường xung quanh thơng qua tỏa ẩm Tỏ ẩm xảy phạm vi nhiệt độ nhiệt độ mơi trường cao cường độ lớn Nhiệt thể thải với nước dạng nhiệt ẩn, nên lượng nhiệt gọi nhiệt ẩn Ký hiệu qw Ngay nhiệt độ môi trường lớn 37oC, thể người thải nhiệt mơi trường thơng qua hình thức tỏa ẩm, mồ Người ta tính g mồ thể thải lượng nhiệt xấp xỉ 2500J Nhiệt độ cao, độ ẩm mơi trường bé mức độ mồ nhiều Nhiệt ẩn có giá trị cao hình thức thải nhiệt truyền nhiệt không thuận lợi Tổng nhiệt lượng truyền nhiệt tỏa ẩm phải đảm bảo luôn lượng nhiệt thể sản sinh Mối quan hệ hình thức phải ln ln đảm bảo : qtỏa = qh + qW Đây phương trình cân động, giá trị đại lượng phương trình thay đổi tuỳ thuộc vào cường độ vận động, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động khơng khí mơi trường xung quanh vv Nếu lý cân gây rối loạn sinh đau ốm Nhiệt độ thích hợp người nằm khoảng 22-27 oC 2.1.1.2 Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng định tới khả mồ vào mơi trường khơng khí xung quanh Q trình tiến hành ϕ < 100% Độ ẩm thấp khả mồ cao, thể cảm thấy dễ chịu Độ ẩm cao, hay thấp không tốt người - Độ ẩm cao : Khi độ ẩm tăng lên khả mồ kém, thể cảm thấy nặng nề , mệt mỏi dễ gây cảm cúm Người ta nhận thấy nhiệt độ tốc độ gió khơng đổi độ ẩm lớn khả bốc mồ hôi chậm khơng thể bay được, điều làm cho bề mặt da có lớp mồ nhớp nháp - Độ ẩm thấp : Khi độ ẩm thấp mồi hôi bay nhanh làm da khô, gây nứt nẻ chân tay, môi vv Như độ ẩm thấp khơng tốt cho thể Độ ẩm thích hợp thể người nằm khoảng tương đối rộng ϕ= 50÷ 70% 2.1.1.3 Tốc độ khơng khí Tốc độ khơng khí xung quanh có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt trao đổi chất (thoát mồ hôi) thể người với môi trường xung quanh Khi tốc độ lớn cường độ trao đổi nhiệt ẩm tăng lên Vì đứng trước gió ta cảm thấy mát thường da khô nơi yên tĩnh điều kiện độ ẩm nhiệt độ Khi nhiệt độ khơng khí thấp, tốc độ lớn thể nhiệt gây cảm giác lạnh Tốc độ gió thích hợp tùy thuộc vào nhiều yếu tố : nhiệt độ gió, cường độ lao động, độ ẩm, trạng thái sức khỏe người .vv Trong kỹ thuật điều hịa khơng khí người ta quan tâm tốc độ gió vùng làm việc, tức vùng 2m kể từ sàn nhà Đây vùng mà người đứng phịng lọt vào khu vực 2.1.1.4 Nồng độ chất độc hại Khi không khí có chất độc hại chiếm tỷ lệ lớn có ảnh hưởng đến sức khỏe người Mức độ tác hại chất tùy thuộc vào chất chất khí, nồng độ khơng khí, thời gian tiếp xúc người, tình trạng sức khỏe vv Các chất độc hại bao gồm chất chủ yếu sau : - Bụi : Bụi ảnh hưởng đến hệ hô hấp Tác hại bụi phụ thuộc vào chất bụi, nồng độ kích thước Kích thước nhỏ có hại tồn khơng khí lâu khả thâm nhập vào thể sâu khó khử bụi Hạt bụi lớn khả khử dễ dàng nên ảnh hưởng đến người Bụi có nguồn gốc hữu vơ - Khí CO2, SO2 Các khí khơng độc, nồng độ chúng lớn làm giảm nồng độ O2 khơng khí, gây nên cảm giác mệt mỏi Khi nồng độ lớn dẫn đến ngạt thở - Các chất độ hại khác : Trong trình sản xuất sinh hoạt khơng khí có lẫn chất độc hại NH3, Clo vv chất có hại đến sức khỏe người Cho tới khơng có tiêu chuẩn chung để đánh giá mức độ ảnh hưởng tổng hợp chất độc hại khơng khí Tuy chất độc hại có nhiều thực tế cơng trình dân dụng chất độc hại phổ biến khí CO2 người thải q trình hơ hấp Vì kỹ thuật điều hoà người ta chủ yếu quan tâm đến nồng độ CO2 Để đánh giá mức độ ô nhiểm người ta dựa vào nồng độ CO2 có khơng khí Bảng 2.1 trình bày mức độ ảnh hưởng nồng độ CO2 khơng khí Theo bảng nồng độ CO2 khơng khí chiếm 0,5% theo thể tích gây nguy hiểm cho người Nồng độ cho phép khơng khí 0,15% theo thể tích Bảng 2.1 : Ảnh hưởng nồng độ CO2 khơng khí Nồng độ CO2 % thể tích 0,07 0,10 0,15 0,20-0,50 > 0,50 4÷5 Mức độ ảnh hưởng - Chấp nhận có nhiều người phòng - Nồng độ cho phép trường hợp thơng thường - Nồng độ cho phép dùng tính tốn thơng gió - Tương đối nguy hiểm - Nguy hiểm - Hệ thần kinh bị kích thích gây thở sâu nhịp thở gia tăng Nếu hít thở mơi trường kéo dài gây nguy hiểm - Nếu thở môi trường kéo dài 10 phút mặt đỏ bừng đau đầu 18 lớn - Hết sức nguy hiểm dẫn tới tử vong 2.1.1.5 Độ ồn Người ta phát người làm việc lâu dài khu vực có độ ồn cao lâu ngày thể suy sụp, gây số bệnh : Stress, bồn chồn gây rối loạn gián tiếp khác Độ ồn tác động nhiều đến hệ thần kinh Mặt khác độ ồn lớn làm ảnh hưởng đến mức độ tập trung vào công việc đơn giản gây khó chịu cho người Ví dụ âm quạt phòng thư viện lớn làm tập trung người đọc khó chịu Vì độ ồn tiêu chuẩn quan trọng bỏ qua thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí Đặc biệt hệ thống điều hoà cho đài phát thanh, truyền hình, phịng studio, thu âm thu lời u cầu độ ồn quan trọng 2.1.2 Ảnh hưởng môi trường đến sản xuất Con người yếu tố vô quan trọng sản xuất Các thơng số khí hậu có ảnh hưởng nhiều tới người có nghĩa ảnh hưởng tới suất chất lượng sản phẩm cách gián tiếp Ngồi yếu tố khí hậu ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm Trong phần nghiên cứu khía cạnh 2.1.2.1 Nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng đến nhiều loại sản phẩm Một số q trình sản xuất địi hỏi nhiệt độ phải nằm giới hạn định Ví dụ : - Kẹo Sơcơla : - oC - Kẹo cao su : 20oC - Bảo rau : 10oC - Đo lường xác : 20 - 24 oC - Dệt : 20 - 32oC - Chế biến thịt, thực phẩm : Nhiệt độ cao làm sản phẩm chóng bị thiu Bảng 2.2 tiêu chuẩn nhiệt độ độ ẩm số trình sản xuất thường gặp Bảng 2.2 : Điều kiện công nghệ số trình Quá trình Xưởng in Sản xuất bia Xưởng bánh Chế biến thực phẩm Cơng nghệ xác Xưởng len Xưởng sợi bơng Cơng nghệ sản xuất - Đóng gói sách - Phịng in ấn - Nơi lưu trữ giấy - Phòng làm kẽm - Nơi lên men - Xử lý malt - Ủ chín - Các nơi khác - Nhào bột - Đóng gói - Lên men - Chế biến bơ - Mayonaise - Macaloni - Lắp ráp xác - Gia cơng khác - Chuẩn bị - Kéo sợi - Dệt - Chải sợi - Xe sợi - Dệt điều tiết cho sợi 2.1.2.2 Độ ẩm tương đối Độ ẩm có ảnh nhiều đến số sản phẩm Nhiệt độ, oC 21 ÷ 24 24 ÷ 27 20 ÷ 33 21 ÷ 33 3÷4 10 ÷ 15 18 ÷ 22 16 ÷ 24 24 ÷ 27 18 ÷ 24 27 16 24 21 ÷ 27 20 ÷ 24 24 27 ÷ 29 27 ÷ 29 27 ÷ 29 22 ÷ 25 22 ÷ 25 22 ÷ 25 Độ ẩm, % 45 45 ÷ 50 50 ÷ 60 40 ÷ 50 50 ÷ 70 80 ÷ 85 50 ÷ 60 45 ÷ 65 45 ÷ 55 50 ÷ 65 70 ÷ 80 60 40 ÷ 50 38 40 ÷ 50 45 ÷ 55 60 50 ÷ 60 60 ÷ 70 55 ÷ 65 60 ÷ 70 70 ÷ 90 - Khi độ ẩm cao gây nấm mốc cho số sản phẩm nông nghiệp công nghiệp nhẹ - Khi độ ẩm thấp sản phẩm khơ, giịn khơng tốt bay làm giảm chất lượng sản phẩm hao hụt trọng lượng Ví dụ - Sản xuất bánh kẹo : Khi độ ẩm cao kẹo chảy nước Độ ẩm thích hợp cho sản xuất bánh kẹo ϕ = 50-65% - Ngành vi điện tử , bán dẫn : Khi độ ẩm cao làm tính cách điện mạch điện 2.1.2.3 Vận tốc khơng khí Tốc độ khơng khí có ảnh hưởng đến sản xuất khía cạnh khác - Khi tốc độ lớn : Trong nhà máy dệt, sản xuất giấy sản phẩm nhẹ bay khắp phòng làm rối sợi Trong số trường hợp sản phẩm bay nước nhanh làm giảm chất lượng Vì số xí nghiệp sản xuất người ta qui định tốc độ khơng khí khơng vượt q mức cho phép 2.1.2.4 Độ khơng khí Có nhiều ngành sản xuất bắt buộc phải thực phịng khơng khí sản xuất hàng điện tử bán dẫn, tráng phim, quang học Một số ngành thực phẩm đòi hỏi cao độ khơng khí tránh làm bẩn thực phẩm 2.2 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHƠNG KHÍ 2.2.1 Định nghĩa Điều hịa khơng khí cịn gọi điều tiết khơng khí q trình tạo giữ ổn định thông số trạng thái khơng khí theo chương trình định sẵn khơng phụ thuộc vào điều kiện bên ngồi Khác với thơng gió, hệ thống điều hịa , khơng khí trước thổi vào phòng xử lý mặt nhiệt ẩm Vì điều tiết khơng khí đạt đạt hiệu cao thơng gió 2.2.2 Phân loại hệ thống điều hồ khơng khí Có nhiều cách phân loại hệ thống điều hồ khơng khí Dưới trình bày cách phổ biến : - Theo mức độ quan trọng : + Hệ thống điều hịa khơng khí cấp I : Hệ thống điều hồ có khả trì thơng số tính tốn nhà với phạm vi thơng số ngồi trời + Hệ thống điều hịa khơng khí cấp II : Hệ thống điều hồ có khả trì thơng số tính tốn nhà với sai số khơng qúa 200 năm + Hệ thống điều hịa khơng khí cấp III : Hệ thống điều hồ có khả trì thơng số tính tốn nhà với sai số không qúa 400 năm Khái niệm mức độ quan trọng mang tính tương đối khơng rõ ràng Chọn mức độ quan trọng theo yêu cầu khách hàng thực tế cụ thể cơng trình Tuy nhiên hầu hết hệ thống điều hoà thực tế chọn hệ thống điều hoà cấp III - Theo chức : + Hệ thống điều hoà cục : Là hệ thống nhỏ điều hịa khơng khí khơng gian hẹp, thường phịng Kiểu điều hoà cục thực tế chủ yếu sử dụng máy điều hoà dạng cửa sổ , máy điều hoà kiểu rời (2 mãnh) máy điều hoà ghép + Hệ thống điều hoà phân tán : Hệ thống điều hịa khơng khí mà khâu xử lý nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi Có thể ví dụ hệ thống điều hồ khơng khí kiểu khuyếch tán thực tế hệ thống điều hoà kiểu VRV (Variable Refrigerant Volume ) , kiểu làm lạnh nước (Water chiller) kết hợp nhiều kiểu máy khác cơng trình + Hệ thống điều hồ trung tâm : Hệ thống điều hoà trung tâm hệ thống mà khâu xử lý khơng khí thực trung tâm sau dẫn theo hệ thống kênh dẫn gió đến hộ tiêu thụ Hệ thống điều hoà trung tâm thực tế máy điều hoà dạng tủ, khơng khí xử lý nhiệt ẩm tủ máy điều hoà dẫn theo hệ thống kênh dẫn đến phịng 2.3 CHỌN THƠNG SỐ TÍNH TỐN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ Việc chọn thơng số tính tốn bao gồm thơng số tính tốn nhà ngồi trời Đối với thơng số tính tốn nhà tuỳ thuộc vào mục đích hệ thống điều hồ - Đối với hệ thống điều hoà dân dụng, tức hệ thống điều hồ nhằm mục đích tạo điều kiện tiện nghi cho người Các thơng số tính tốn nhà lựa chọn theo tiêu chuẩn nêu bảng 2-3 - Đối với hệ thống điều hồ cơng nghiệp , tức hệ thống điều hồ phục vụ cơng nghệ q trình sản xuất cụ thể Trong trường hợp , người thiết kế phải lấy số liệu thực tế từ nhà sản xuất xác phù hợp Các thơng số tính tốn tham khảo bảng liệu 1.2 2.3.1 Chọn nhiệt độ độ ẩm tính toán 2.3.1.1 Nhiệt độ độ ẩm nhà Nhiệt độ độ ẩm nhà chọn tuỳ thuộc vào chức phịng Có thể chọn nhiệt độ độ ẩm nhà theo bảng 2.3: Bảng 2.3 Nhiệt độ độ ẩm tính tốn phịng MÙA HÈ MÙA ĐƠNG KHU VỰC Hạng sang Bình thường o tT, oC t tT, oC ϕ, % ϕ, % ϕ, % T, C Khu công cộng : Chung cư, Nhà ở, Khách sạn, Văn 23 ÷ 24 45 ÷ 50 25 ÷ 26 45 ÷ 50 23 ÷ 25 30 ÷ 35 phòng, Bệnh viện, trường học Cửa hàng, cửa hiệu : Ngân hàng, hàng bánh 24 ÷ 26 45 ÷ 50 25 ÷ 27 45 ÷ 50 22 ÷ 24 30 ÷ 35 kẹo, mỹ phẩm, siêu thị Phòng thu âm thu lời, Nhà thờ, Quán bar, nhà hàng, 24 ÷ 26 50 ÷ 55 26 ÷ 27 50 ÷ 60 22 ÷ 24 35 ÷ 40 nhà bếp Nhà máy, phân xưởng, xí nghiệp 25 ÷ 27 45 ÷ 55 27 ÷ 29 50 ÷ 60 20 ÷ 23 30 ÷ 35 2.3.1 Nhiệt độ độ ẩm ngồi trời Thơng số ngồi trời sử dụng để tính tốn tải nhiệt vào tầm quan trọng cơng trình, tức tùy thuộc vào cấp hệ thống điều hòa khơng khí lấy theo bảng 24 đây: Bảng 2.4 Nhiệt độ độ ẩm tính tốn ngồi trời Hệ thống Nhiệt độ tN , oC Độ ẩm ϕN, % Hệ thống cấp I + Mùa hè tmax ϕ(tmax) + Mùa đông tmin ϕ(tmin) Hệ thống cấp II + Mùa hè 0,5(tmax + ttbmax) 0,5[ϕ (tmax) + ϕ(ttbmax)] tb + Mùa đông 0,5(tmin + t min) 0,5[ϕ (tmin) + ϕ(ttbmin)] Hệ thống cấp III + Mùa hè ttbmax ϕ(ttbmax) + Mùa đơng ttbmin ϕ(ttbmin) Trong : tmax , tmin Nhiệt độ lớn nhỏ tuyệt đối năm đo lúc 13÷15 giờ, tham khảo phụ lục PL-1 ttbmax , ttbmin Nhiệt độ tháng nóng năm, tham khảo phụ lục PL-2, PL-3 ϕ(tmax) , ϕ(tmin ) Độ ẩm ứng với nhiệt độ lớn nhỏ tuyệt đối năm Tuy nhiên số liệu Việt Nam chưa có nên lấy ϕ(ttbmax) ϕ(ttbmin) ϕ(ttbmax) , ϕ(ttbmin ) Độ ẩm trung bình ứng với tháng có nhiệt độ lớn nhỏ năm, tham khảo phụ lục PL-4 2.3.2 Chọn tốc độ khơng khí tính tốn phịng Tốc độ khơng khí lưu động lựa chọn theo nhiệt độ khơng khí phòng nêu bảng 2.5 Khi nhiệt độ phòng thấp cần chọn tốc độ gió nhỏ , tốc độ lớn thể nhiều nhiệt, ảnh hưởng sức khoẻ người Để có tốc độ hợp lý cần chọn loại miệng thổi phù hợp bố trí hợp lý Bảng 2.5 Tốc độ tính tốn khơng khí phịng Nhiệt độ khơng khí, oC 16 ÷ 20 21 ÷ 23 24 ÷ 25 26 ÷ 27 28 ÷ 30 > 30 Tốc độ ωk, m/s < 0,25 0,25 ÷ 0,3 0,4 ÷ 0,6 0,7 ÷ 1,0 1,1 ÷ 1,3 1,3 ÷ 1,5 2.3.3 Độ ồn cho phép phịng Độ ồn có ảnh hưởng đến trạng thái mức độ tập trung vào công việc người Mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc vào cơng việc tham gia, hay nói cách khác tuỳ thuộc vào tính phòng Người ta qui định độ ồn cho phép cho khu vực điều hòa định nêu bảng 2.6 Đối với máy công suất lớn, chọn cần xem xét độ ồn máy có đảm bảo yêu cầu để lắp đặt vào vị trí hay khơng Trong trường hợp độ ồn q lớn cần có biện pháp khử ồn cần thiết lắp đặt phòng máy riêng biệt Bảng 2.6 Độ ồn cho phép phòng Khu vực - Bệnh viện, Khu điều dưỡng - Giảng đường, lớp học - Phòng máy vi tính - Phịng làm việc - Phân xưởng sản xuất - Nhà hát, phòng hòa nhạc - Phòng hội thảo, hội họp - Rạp chiếu bóng - Phịng - Khách sạn Giờ ngày - 22 22 - 6 - 22 22 - 6 - 22 22 - - Phòng ăn lớn, quán ăn lớn Độ ồn cực đại cho phép, dB Cho phép Nên chọn 35 30 30 30 40 35 40 35 50 45 85 80 30 30 55 50 40 35 40 30 30 30 45 35 40 30 50 45 2.3.4 Nồng độ chất độc hại Để đánh giá mức độ ô nhiểm người ta dựa vào nồng độ CO2 có khơng khí, CO2 chất độc hại phổ biến người thải trình sinh hoạt sản xuất Lưu lượng khơng khí tươi cần thiết cung cấp cho người xác định sau : VK = VCO2 / (β-a) (2-1) Ở : - VCO2 lượng CO2 người thải : m3/h.người - β Nồng độ CO2 cho phép, % thể tích Thường chọn β = 0,15 - a Nồng độ CO2 không khí mơi trường xung quanh, % thể tích Thường chọn a=0,03% - VK Lưu lượng khơng khí cần cấp, m3/h.người Lượng CO2 01 người thải phụ thuộc vào cường độ lao động, nên Vk phụ thuộc vào cường độ lao động Bảng 2.7 : Lượng khơng khí tươi cần cấp Cường độ vận động VCO2, m /h.người VK, m3/h.người β=0,1 β=0,15 - Nghỉ ngơi - Rất nhẹ - Nhẹ - Trung bình - Nặng 0,013 0,022 0,030 0,046 0,074 18,6 31,4 43,0 65,7 106,0 10,8 18,3 25,0 38,3 61,7 Bảng 2.8 đưa nồng độ cho phép số chất độc hại khác Căn vào nồng độ cho phép phương trình (2-1) xác định lượng khơng khí tươi cần cung cấp để giảm nồng độ đến mức yêu cầu Bảng 2.8 : Nồng độ cho phép số chất TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tên chất Acrolein Amoniac Ancolmetylic Anilin Axeton Axit acetic Axit nitric Axit sunfuric Bezen Cacbon monooxit Cacbon dioxit Clo Clodioxit Clobenzen Dầu hoả Dầu thông Đioxit sunfua Điclobezen Nồng độ cho phép mg/m3 2 50 200 5 50 30 1%o 0,1 50 300 300 20 20 TT 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Tên chất Nồng độ cho phép mg/m3 Đicloetan 10 Đivinin 100 Ete etylic 300 Etylen oxit Hidrosunfua 100 Iot Kẽm oxit Magie oxit 15 Metylenclorua 50 Naphtalen 20 Nicotin 0,5 Nitơ oxit Ơzơn 0,1 Phênơn Bụi thuốc lá, chè Bụi có SiO2 Bụi xi măng, đất Trong trường hợp không gian điều hồ có hút thuốc lá, lượng khơng khí tươi cần cung cấp đòi hỏi nhiều hơn, để loại trừ ảnh hưởng khói thuốc Bảng 2.9 : Lượng khí tươi cần cung cấp có hút thuốc Mức độ hút thuốc, điếu/h.người 0,8 ÷ 1,0 1,2 ÷ 1,6 2,5 ÷ 3 ÷ 5,1 Lượng khơng khí tươi cần cung cấp, m3/h.người 13 ÷ 17 20 ÷ 26 42 ÷ 51 51 ÷ 85 ♦♦♦ CHƯƠNG CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG ẨM 3.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT Xét hệ nhiệt động bất kỳ, hệ luôn chịu tác động nguồn nhiệt bên ngồi bên Các tác động người ta gọi nhiễu loạn nhiệt Thực tế hệ nhiệt động chịu tác động nhiễu loạn sau : - Nhiệt tỏa từ nguồn nhiệt bên hệ gọi nguồn nhiệt toả : ΣQtỏa - Nhiệt truyền qua kết cấu bao che gọi nguồn nhiệt thẩm thấu : ΣQtt Tổng hai thành phần gọi nhiệt thừa QT = ΣQtỏa + ΣQtt (3-1) Để trì chế độ nhiệt ẩm khơng gian điều hồ , kỹ thuật điều hồ khơng khí nguời ta phải cấp tuần hồn cho hệ lượng khơng khí có lưu lượng L (kg/s) trạng thái V(tV, ϕV) lấy lượng trạng thái T(tT,ϕT) Như lượng khơng khí lấy từ phịng lượng nhiệt QT Ta có phương trình cân nhiệt sau : QT = Lq.(IT - IV) (3-2) * Phương trình cân ẩm Tương tự hệ ln ln có nhiễu loạn ẩm sau - Ẩm tỏa từ nguồn bên hệ : ΣWtỏa - Ẩm thẩm thấu qua kết cấu bao che : ΣWtt Tổng hai thành phần gọi ẩm thừa WT = ΣWtỏa + ΣWtt (3-3) Để hệ cân ẩm có trạng thái khơng khí phịng khơng đổi T(tT, ϕT) nguời ta phải ln ln cung cấp cho hệ lượng khơng khí có lưu lượng L (kg/s) trạng thái V(tV, ϕV) Như lượng khơng khí lấy từ phịng lượng ẩm WT Ta có phương trình cân ẩm sau : WT = LW.(dT - dV) (3-4) * Phương trình cân nồng độ chất độc hại (nếu có) Để khử chất độc hại phát sinh phòng người ta thổi vào phòng lưu lượng gió Lz (kg/s) cho : Gđ = Lz.(zT - zV) , kg/s (3-5) Gđ : Lưu lượng chất độc hại tỏa thẩm thấu qua kết cấu bao che, kg/s ZT Zv : Nồng độ theo khối lượng chất độc hại khơng khí cho phép phòng thổi vào Nhiệt thừa, ẩm thừa lượng chất độc toả sở để xác định suất thiết bị xử lý khơng khí Trong phần xác định hai thông số quan trọng tổng nhiệt thừa QT ẩm thừa WT 21 3.2 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT THỪA QT 3.2.1 Nhiệt máy móc thiết bị điện tỏa Q1 3.2.1.1 Nhiệt toả từ thiết bị dẫn động động điện Máy móc sử dụng điện gồm cụm chi tiết động điện cấu dẫn động Tổn thất máy bao gồm tổn thất động tổn thất cấu dẫn động Theo vị trí tương đối cụm chi tiết ta có trường hợp xãy : - Trường hợp : Động chi tiết dẫn động nằm hồn tồn khơng gian điều hồ - Trường hợp : Động nằm bên ngoài, chi tiết dẫn động nằm bên - Trường hợp 3: Động nằm bên trong, chi tiết dẫn động nằm bên ngồi Nhiệt máy móc toả dạng nhiệt Gọi N η công suất hiệu suất động điện Công suất động điện N thường cơng suất tính đầu động Vì : - Trường hợp 1: Toàn lượng cung cấp cho động biến thành nhiệt trao đổi cho khơng khí phịng Nhưng cơng suất N tính cơng suất đầu nên lượng mà động tiêu thụ q1 = N (3-6) η η - Hiệu suất động - Trường hợp : Vì động nằm bên ngồi, cụm chi tiết chuyển động nằm bên nên nhiệt thừa phát từ hoạt động động công suất N q1 = N (3-7) - Trường hợp : Trong trường phần nhiệt động toả lượng đầu vào trừ cho phần toả từ cấu chuyển động: q1 = N (1 − η ) η (3-8) Để tiện lợi cho việc tra cứu tính tốn, tổn thất nhiệt cho động tra cứu cụ thể cho trường hợp bảng 3-1 đây: Bảng 3.1 : Tổn thất nhiệt động điện Hiệu suất Công Tổn thất nhiệt q1, kW suất mô η Mơ tơ ngồi Mơ tơ trong, Mơ tơ cấu tơ đầu truyền động đặt cấu truyền cấu truyền động (%) ra, kW phòng động phịng ngồi (1) (2) (3) (4) (5) 0,06 41 0,10 0,04 0,04 0,06 49 0,12 0,06 0,06 0,09 0,07 55 0,16 0,09 0,12 0,08 0,12 60 0,20 0,18 0,11 0,18 64 0,30 0,12 67 0,37 0,25 0,25 0,16 70 0,53 0,37 0,37 0,55 0,21 72 0,76 0,55 0,75 0,28 0,75 73 1,03 0,29 1,1 1,39 79 1,1 1,5 80 1,88 1,5 0,38 2,2 82 3,66 2,2 0,66 22