Xây dựng phương pháp tính toán tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ không ổn định

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (2V): 140–151 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TẢI LẠNH – TẢI NHIỆT THEO CHẾ ĐỘ KHÔNG ỔN ĐỊNH Trần Ngọc Chấna , Trần Ngọc Quanga,∗, Bùi Thị Hiếua , Bùi Quang Trunga , Nguyễn Thị Huệa , Nguyễn Văn Duya , Mạc Văn Đạta a Khoa Kỹ thuật Môi Trường, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 23/12/2019, Sửa xong 11/05/2020, Chấp nhận đăng 11/05/2020 Tóm tắt Tính tốn xác tải lạnh – tải nhiệt khâu quan trọng trình thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí (TG-ĐHKK) Nó giúp cho việc lựa chọn lắp đặt hệ thống yêu cầu để trì điều kiện tiện nghi nhiệt bên nhà mà cịn có tác dụng giảm thiểu chi phí lượng q trình vận hành hệ thống Tuy nhiên phương pháp tính tốn tải lạnh – tải nhiệt Việt Nam dựa chế độ ổn định với thông số tính tốn có độ an tồn cao mà khơng kể đến diễn biến ngày thông số khí hậu bên ngồi dao động nhiệt tắt dần lệch pha qua kết cấu bao che (KCBC), dẫn đến kết tải lạnh tính tốn tăng cao Một số phần mềm thương mại nước sử dụng để tính tốn, nhiên khó kiểm định tính khách quan tuân thủ qui định tiêu chuẩn điều kiện khí hậu Việt Nam Bài báo trình bày phương pháp tính tốn tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ không ổn định Đây phương pháp sử dụng phổ biến nước tiên tiến giới Phương pháp tính cơng cụ phục vụ cho công tác thiết kế, nghiệm thu kiểm tốn lượng cho hệ thống TG-ĐHKK cơng trình Từ khố: tải lạnh – tải nhiệt; chế độ khơng ổn định; chế độ ổn định; thơng gió – điều hịa khơng khí DEVELOPMENT OF TRANSIENT COOLING – HEATING LOAD CALCULATION Abstract Accurate cooling - heating load calculation plays an important role to design a Heating Ventilation and Air Conditioning (HVAC) system Cooling - heating load calculation is not only to utilize the selection of appropriate components of HVAC system to maintain indoor thermal comfort but also to minimize the energy consumption for operating this HVAC system However, the current load calculation method in Vietnam is a quasi-steadystate method with the utilization of design parameters accounting for extreme conditions Because this current load calculation method does not consider the thermal storage of building envelopes which causes the heat transferring time lag, it provides one peak value of cooling or heating load for entire day Some commercial software packages were used to calculate cooling – heating load in Vietnam However, it is difficult to ensure that these software packages follow the design standards and climate data of Vietnam This paper describes the transient load calculation method using 24 hour weather data, which is one of widely used methods in developed countries This transient load calculation method serves as an useful tool for designing, inspecting and energy auditing for building HVAC systems Keywords: cooling load – heating load; quasi-steady-state; transient-state; HVAC https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(2V)-13 c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: quangtn@nuce@edu.vn (Quang, T N.) 140 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Đặt vấn đề Do nhu cầu sử dụng lượng công trình xây dựng ngày tăng cao, chiếm đến 40% tổng lượng tồn cầu, đặc biệt đó, hệ thống TG-ĐHKK thường sử dụng lượng với tỉ lệ lớn nhất, từ 40 - 60% tổng lượng điện tiêu thụ cơng trình xây dựng Hơn tượng nóng lên tồn cầu biến đổi khí hậu, việc sử dụng lượng hiệu cơng trình xây dựng nói chung, hệ thống TG-ĐHKK nói riêng thu hút nhiều nghiên cứu tồn giới [1–4] Vì lý đó, khoa học tính tốn cơng trình giới trải qua giai đoạn phát triển cơng cụ tính tốn mơ phỏng, nhằm cải thiện độ xác thiết kế hệ thống TG-ĐHKK xác định mức sử dụng lượng cơng trình xây dựng Đồng thời với nghiên cứu tối ưu hóa vận hành hệ thống TG-ĐHKK, nhiều nghiên cứu tập trung xây dựng phương pháp tính tốn tải nhiệt cho thiết kế hệ thống ĐHKK tài liệu ứng dụng ASHRAE - Hiệp hội kỹ sư nhiệt lạnh ĐHKK Hoa Kỳ [5–10] Chúng ta thấy tính tốn tải lạnh - tải nhiệt bước quan trọng tính tốn thiết kế hệ thống TG-ĐHKK Vấn đề quan tâm từ sớm Việt Nam, viết thành sách giáo khoa Các sách giáo khoa sử dụng để giảng dạy trường đại học Việt Nam có đào tạo kỹ sư lĩnh vực kỹ thuật nhiệt lạnh, TG-ĐHKK Tuy nhiên, cần lưu ý phương pháp tính tốn tải lạnh – tải nhiệt sử dụng phương pháp tính cho thời điểm bất lợi mùa nóng mùa lạnh năm Điều có hạn chế khơng tích hợp số liệu tính tốn cường độ xạ mặt trời diễn ngày [11–15] Trong thời gian qua, số nghiên cứu triển khai xây dựng số phần mềm tính tốn tải nhiệt dựa phương pháp tính tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ ổn định, chưa tích hợp đồng thời thành phần nhiệt, kết nghiên cứu mức độ chuyên đề nghiên cứu, báo hội thảo chưa tạo nên sản phẩm có tính lan tỏa ứng dụng cao, rộng rãi phổ biến giới chun mơn cho tồn xã hội Các phương pháp tính áp dụng phổ biến nay, phương pháp ước lượng tải lạnh – tải nhiệt theo đơn vị diện tích sàn thể tích khơng gian cần điều hịa, khó để xác định tải lạnh, tải nhiệt khơng kể đến biến động thành tố tải nhiệt xuất theo thời gian chúng Tất phương pháp nêu tính theo chế độ ổn định, tức tính cho thống số tính tốn mà chưa kể đến dao động nhiệt xạ mặt trời bên thời điểm ngày Một số phần mềm sử dụng phổ biến Việt Nam có kể đến thay đổi điều kiện khí hậu, nhiên vay mượn từ hãng điều hoà nước ngoài, chưa mang tính khách quan, chưa phù hợp với tiêu chuẩn điều kiện khí hậu Việt Nam [16–18] Chính vậy, nghiên cứu tập trung xây dựng phương pháp tính tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ khơng ổn định để tiến tới hồn thiện cơng cụ tính tốn xác định mức sử dụng lượng dùng cho ĐHKK cơng trình Kết nghiên cứu phục vụ cho công tác thiết kế, nghiệm thu kiểm tốn lượng cơng trình xây dựng Phương pháp nghiên cứu Thu thập, phân tích đánh giá tài liệu liên quan đến nhiệm vụ, báo cáo đề tài nghiên cứu, báo cáo có liên quan tới phương pháp tính tốn tải nhiệt, tải lạnh cho thiết kế hệ thống ĐHKK công trình xây dựng nước ngồi nước để xây dựng phương pháp tính tải lạnh – tải nhiệt Tính tốn tải lạnh – tải nhiệt so sánh, đánh giá kết với phương pháp sử dụng phần mềm thương mại Từ đánh giá hiệu tiết kiệm lượng chi phí đầu tư thiết kế hệ thống TG-ĐHKK cơng trình xây dựng điều kiện khí hậu Việt Nam 141 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng Liệt kê đại lượng thơng sơ cơng thức tính tốn xác định tải lạnh – tải nhiệt STT Ký hiệu A1 , A2 , A3 , , An Chú giải Đơn vị Công thức Diện tích bề mặt KCBC thiết bị phịng m2 (8), (9) ACS Diện tích CS m2 (20), (21) ACS Diện tích CS aht Chỉ số hấp thu nhiệt BXMT Aop Diện tích bề mặt KCBC AqT g Biên độ dao động cường độ BXMT tổng AS ,CS AtN B 10 cT B 11 m (2) m2 (22) W/m2 (22) Góc phương vị mặt trời cửa sổ độ (4), (5), (6), (7) Biên độ dao động nhiệt độ tính tốn khơng khí bên ngồi ◦ Áp suất khí D (3) Nhiệt dung riêng vật liệu thiết bị C (21) kPa (32), (33) J/kg.◦C (19) (23), (24), (25), (26), (27) Quán tính nhiệt tổng cộng lớp vật liệu KCBC 12 d Dung ẩm khơng khí g/kg/K (34) 13 D1 , D2 , D3 , , Dn+1 14 GT B Khối lượng thiết bị kg (19) 15 I Entanpy khơng khí kJ/kg (34) 16 IN , IT Entanpi khơng khí bên diễn biến theo ngày bên nhà kJ/kg (31), (37) 17 ki Hệ số kể đến phần trăm số người phòng vào i (28) 18 ki Hệ số kể đến phần trăm sử dụng chiếu sáng vào i (29) 19 ki Hệ số kể đến phần trăm sử dụng thiết bị i (30) 20 Lngoài 21 Lro 22 n (16), (17), (18) Quán tính nhiệt lớp 1, 2, 3, , n + nhà Tiêu chuẩn gió ngồi/đầu người nhân với số người m3 /h (37) Lượng gió rị vào nhà m3 /h (31) Số người làm việc phòng người (28) 142 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng STT Ký hiệu 23 N 24 Chú giải Đơn vị Công thức Công suất thiết bị W (30) Ns Tổng công suất đèn W (29) 25 phn Áp suất nước khơng khí ngồi diễn biến theo kPa (32), (33) 26 q′T aD Cường độ tán xạ chiếu đến mặt phẳng đứng hướng mặt kính ‘b’ đối diện với mặt kính ‘a’ W/m2 (7) 27 q′T aN Cường độ tán xạ chiếu đến mặt phẳng ngang hướng mặt kính ‘b’ đối diện với mặt kính ‘a’ W/m2 (7) 28 q′T rD Cường độ trực xạ chiếu đến mặt phẳng đứng hướng mặt kính ‘b’ đối diện với mặt kính ‘a’ W/m2 (6) 29 q′T rN Cường độ trực xạ chiếu đến mặt phẳng ngang hướng mặt kính ‘b’ đối diện với mặt kính ‘a’ W/m2 (6) 30 c QCS ,i Lượng nhiệt chung truyền qua cửa sổ thứ i W (1), (2) 31 QCS ,i Lượng nhiệt BXMT cực đại truyền qua CS thứ i W (2), (3) 32 QCS ,∆t Lượng nhiệt truyền vào phòng qua cửa sổ (kính) chênh lệch nhiệt độ W (20) 33 Qđ Lượng nhiệt tỏa thiết bị điện kW (30), (35) 34 QLạnh Năng suất lạnh tính tốn hệ thống ĐHKK kW (36) 35 Qn Lượng nhiệt người tỏa kW (28), (35) 36 qo Lượng nhiệt toàn phần người tỏa W/h.người (28) 37 Qop Lượng nhiệt truyền qua tường không xuyên sáng thứ i W (1), (22) 38 Qkc Lượng nhiệt truyền vào nhà qua kết cấu bao che W (1) 39 Qro Lượng nhiệt cần để xử lý khơng khí ngồi rị gió kW (31), (35) 40 Qs Lượng nhiệt tỏa chiếu sáng kW (29), (35) 41 Q∆t Lượng nhiệt truyền qua cửa sổ chênh lệch nhiệt độ W (2) 42 qT a Cường độ tán xạ BXMT W/m2 (3) 43 qT aN Cường độ tán xạ chiếu đến mặt phẳng đứng hướng mặt kính ‘a’ W/m2 (5) 44 qT aN Cường độ tán xạ chiếu đến mặt phẳng ngang hướng mặt kính ‘a’ W/m2 (5) 45 qTT gB Cường độ BXMT tổng qT r qT a trung bình 24h bề mặt KCBC vào tháng hướng Địa phương tính tốn W/m2 (22) 143 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng STT Ký hiệu 46 QThừa 47 qT r Chú giải Nhiệt thừa phịng Đơn vị Cơng thức kW (35), (36) Cường độ trực xạ BXMT W/m2 (3) Cường độ BCMT chiếu đến mặt phẳng nghiêng W/m (4) 48 qT r,ngh 49 qT rD Cường độ trực xạ chiếu đến mặt phẳng đứng hướng mặt kính ‘a’ W/m2 (4) 50 qT rN Cường độ trực xạ chiếu đến mặt phẳng ngang hướng mặt kính ‘a’ W/m2 (4) 51 QYc Lượng nhiệt cần để xử lý khơng khí ngồi theo u cầu vệ sinh kW (36), (37) (23), (24), (25), (26) 52 R Tổng cộng nhiệt trở lớp vật liệu KCBC 53 R1 , Ri Nhiệt trở lớp thứ lớp thứ i m2 ◦C/W (10), (11), (12) 54 Ri , Rn Nhiệt trở thân lớp vật liệu thứ i thứ n nhà m2 ◦C/W (16), (17) 55 RO,CS ,CM Tổng nhiệt trở cửa sổ cửa mái m2 ◦C/W (13) 56 Ro,CS Tổng nhiệt trở CS m2 ◦C/W (20), (21) 57 Ro,op Tổng nhiệt trở KCBC không xuyên sáng m2 ◦C/W (22) 58 Rv Nhiệt trở phần lớp vách ngăn phân chia theo trục đối xứng m2 ◦C/W (14) 59 S 1, S i Hệ số hàm nhiệt vật liệu lớp lớp i W/m2 ◦C (10), (11) 60 S1 Hệ số hàm nhiệt vật liệu lớp bề mặt W/m2 ◦C (15) 61 S HGC 62 S i , S n , S n+1 63 64 Hệ số nhận nhiệt BXMT kính cửa sổ (3) Hệ số hàm nhiệt vật liệu lớp thứ i, n n + W/m2 ◦C (16), (17), (18), (23) Sv Hệ số hàm nhiệt vật liệu lớp vạch phân chia làm đôi vách ngăn W/m2 ◦C (14) Lro Nhiệt độ khơng khí ngồi ◦ K (32) Nhiệt độ khơng khí ◦ C (34) 65 t 66 tTNT Nhiệt độ tính tốn khơng khí bên ngồi, ứng với cấp ĐHKK ngày-đêm Địa phương tính tốn ◦ C (20) 67 tTN B Nhiệt độ trung bình khơng khí bên ngồi ◦ C (21) tT Nhiệt độ khơng khí phòng ◦ C (20) 68 144 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Chú giải STT Ký hiệu 69 va Hệ số tắt dần dao động nhiệt độ dòng nhiệt qua KCBC có lớp khơng khí (24), (26) 70 ve Hệ số tắt dần dao động nhiệt độ dòng nhiệt qua KCBC nhiều lớp (24), (25), 71 Y Hệ số hàm nhiệt tổng KCBC thiết bị phịng Đơn vị Cơng thức W/◦C (8) Hệ số hàm nhiệt của sổ, tường, vách ngăn, mái, sàn nhà thiết bị W/m2 ◦C (8) 72 Y1 , Y2 , , Yn , YT B 73 Y1 , Yi , Yi−1 Hệ số hàm nhiệt bề mặt lớp 1, i i − W/m2 ◦C (10), (11), (23) 74 YCS ,CM Hệ số hàm nhiệt của sổ, cửa mái kính W/m2 ◦C (13) 75 Yi , Yn Hệ số hàm nhiệt bề mặt lớp thứ i thứ n W/m C (16), (17) 76 Ynền Hệ số hàm nhiệt nhà W/m2 ◦C (15) 77 YT B Hệ số hàm nhiệt thiết bị bên phòng W/m2 ◦C (19) 78 Yv Hệ số hàm nhiệt vách ngăn W/m2 ◦C (14) 79 γ Mật độ khơng khí diễn biến theo ngày kg/m3 (31), (32) 80 δ1 , δi m (12) 81 ε Độ trễ dao động nhiệt độ (lệch pha) dòng nhiệt xuyên qua KCBC (27) 82 η1 Hệ số kể đến phần nhiệt tỏa vào phòng (29) 83 η2 Hệ số sử dụng đèn chiếu sáng Bề dày lớp vật liệu thứ thứ i 84 λ1 , λi Hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu thứ thứ i 85 β Hệ số giảm nhiệt BXMT truyền qua CS 86 α Góc nghiêng mặt kính so với mặt phẳng ngang 87 αT ◦ (29) W/m C ◦ (12) (3) độ (4) Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt KCBC W/m2 ◦C (13) 88 αN , αT Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt KCBC W/m C (22) 89 ∆ Chỉ số cường độ trao đổi nhiệt đối lưu phịng m (9) 90 θ1 Hệ số tính độ chênh nhiệt độ tính tốn so với nhiệt độ trung bình (21) 91 θ2 Hệ số tính độ chênh nhiệt độ tính tốn so với nhiệt độ trung bình (22) 92 ρ Hệ số hấp thu nhiệt BXMT bề mặt KCBC (22) 145 ◦ Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Chú giải STT Ký hiệu Đơn vị Công thức 93 βK 94 v Hệ số tắt dần dao động nhiệt độ dòng nhiệt qua KCBC 95 µ1 Hệ số sử dụng cơng suất lắp đặt thiết bị (30) 96 µ2 Hệ số làm việc khơng đồng thời thiết bị (30) 97 µ3 Hệ số kể đến độ nhận nhiệt môi trường (30) Hệ số KCBC (22) (22), (23) Xây dựng phương pháp tính tốn tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ khơng ổn định 3.1 Tính tốn lượng nhiệt truyền vào nhà qua kết cấu bao che Lượng nhiệt Qkc , W truyền vào nhà BXMT qua cửa sổ kính (về sau gọi tắt cửa sổ - CS) tường khơng xun sáng (op) tính thời điểm ngày tháng nóng năm (tháng - Hà Nội số địa phương khác) theo công thức: n m c QCS ,i + Qkc = i=1 Qop,i (1) i=1 Đại lượng cần tìm cường độ dịng nhiệt lớn chọn từ lượng nhiệt truyền vào nhà hàng tính ngày (24 giờ) tháng tính tốn a Lượng nhiệt truyền vào nhà qua cửa sổ - Do BXMT: c Lượng nhiệt chung QCS ,i bao gồm BXMT chênh lệch nhiệt độ truyền qua CS thứ i xác định sau: c QCS (2) ,i = QCS ,i × aht + Q∆t Lượng nhiệt BXMT cực đại truyền qua CS thứ i: QCS ,i = (qT r + qT a ) × S HGC × β × ACS (3) Cường độ BXMT chiếu đến mặt phẳng nghiêng: + Đối với mặt kính ‘a’ ≤ AS ,CS ≤ 90 độ 270 ≤ AS ,CS ≤ 360 độ: qT r,ngh = qT rN × cos α + qT rD × sin α qT a,ngh = qT aN × cos α + qT aD × sin α (4) (5) + Đối với mặt kính ‘b’ 90 ≤ AS ,CS ≤ 270 độ 270 ≤ AS ,CS ≤ 360 độ: qT r,ngh = q′T rN × cos α + q′T rD × sin α qT a,ngh = q′T aN × cos α + q′T aD × sin α (6) (7) Khi tính theo công thức (4) (6) trị số qT r < nhận qT r = 0, trường hợp mặt kính nằm bóng râm Chỉ số hấp thu nhiệt BXMT ‘aht ’ công thức (2) biểu thị mức hấp thụ nhiệt BXMT KCBC thiết bị bên nhà, sau truyền cho khơng khí phịng 146 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đối lưu Chỉ số aht xác định theo lý thuyết Sklover lập thành bảng tra, phụ thuộc vào Y/∆: Y = Y1 Al + Y2 A2 + Y3 A3 + + Yn An + YT B (8) ∆ = 2,55 (A1 + A2 + A3 + + An + AT B ) (9) Hệ số hàm nhiệt Y tường mái nhà tính tốn lớp từ (số thứ tự lớp vật liệu tường mái đánh số từ ngoài): + Hệ số hàm nhiệt bề mặt ngồi lớp vật liệu có quán tính nhiệt D ≥ nhận hệ số hàm nhiệt S (W/m2 ◦ C), vật liệu thuộc lớp Lưu ý kcal/m2 h.◦ C = 1,163 W/m2 ◦ C + Nếu lớp vật liệu tường có qn tính nhiệt D < hệ số hàm nhiệt mặt ngồi phải tính tốn lớp thứ kể từ ngồi theo cơng thức sau: • Đối với lớp thứ 1: R1 S 12 + αT (10) Y1 = + R1 S • Đối với lớp thứ i tiếp theo: Yi = Ri S i2 + Yi−1 + Ri Yi−1 R1 = δ1 /λ1 , Ri = δi /λi (11) (12) Xác định hệ số hàm nhiệt của sổ, cửa mái kính, vách ngăn: + Đối với cửa sổ (CS) cửa mái (CM) - kính: YCS ,CM = I/ RO,CS ,CM − I/αT (13) + Đối với vách ngăn tính tốn cho 1/2 bề dày theo cơng thức: YV = RV S V2 (14) Hệ số hàm nhiệt nhà (số thứ tự lớp tính từ phòng hướng xuống lòng đất): + Nếu lớp phủ bề mặt nhà có qn tính nhiệt D1 = R1 S ≥ 0,5, hệ số hàm nhiệt bề mặt nhà Ynền xác định theo công thức: Ynền = 2S (15) + Khi n lớp (n > 1) có tổng quán tính nhiệt D1 + D2 + + Dn < 0,5; quán tính nhiệt n + lớp D1 + D2 + + Dn + Dn+1 ≥ 0,5 hệ số hàm nhiệt bề mặt nhà Ynền cần tính tốn từ lớp thứ n đến lớp • Đối với lớp thứ n: 2Rn S n2 + S n+1 Yn = (16) 0,5 + Rn S n+1 • Đối với lớp thứ i: 4Ri S i2 + Yi+1 + Ri Yi+1 Di = Ri S i Yi = 147 (17) (18) Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hệ số hàm nhiệt bề mặt nhà Ynền nhận hệ số hàm nhiệt bề mặt lớp Y1 YT B = π cT B × GT B = 3,6 × 10−5 cT BGT B 24 × 3600 (19) cT B nhiệt dung riêng vật liệu thiết bị (J/kg.◦C); GT B khối lượng thiết bị (kg) Đối với kim loại ta có nhiệt dung riêng 481,5 J/kg.◦C; Đối với gỗ thông, gỗ dán 2500 (J/kg.◦C); Lưu ý: Để xác định lượng nhiệt BXMT truyền vào phòng hàng qua CS phải dùng Bảng tìm thời điểm bắt đầu trực xạ ZT r thời gian kéo dài trực xạ ∆ZT r chiếu đến bề mặt cửa kính phịng Sau theo Bảng mẫu 1, vào trị số ∆ZT r tìm (Tiêu đề khối bảng 5: ∆ZT r = 4h; ∆ZT r = 6h; ), theo dòng ứng với trị số Y/∆ cột bên trái bảng, tra trị số aht cột Z Bảng Phụ lục cho thời điểm bắt đầu chuỗi trực xạ ∆ZT r Ghi trị số vào bảng tính vị trí ứng với thời điểm bắt đầu có Trực xạ ZT r CS hướng tính tốn Tiếp theo ghi trị số aht dòng chọn cột Z + 1, Z + 2, Bảng mẫu vào cột Ghi liên tục cho cho hết dòng quay lại ghi tiếp vào cột Z ban đầu trống trước cột Z = ZT r bảng tính Nhân trị số QCS ,i tính từ cơng thức (3) với hệ số aht thời điểm ghi bảng tính ta nhận lượng nhiệt BXMT truyền vào nhà hàng qua CS thứ i - Lượng nhiệt truyền qua cửa sổ chênh lệch nhiệt độ: Lượng nhiệt truyền vào phịng qua cửa sổ (kính) chênh lệch nhiệt độ xác định theo công thức sau: (20) QCS ,∆t = tTNT − tT × ACS /Ro,CS (21) QCS ,∆t = tTN B + θ1 AtN − tT × ACS /Ro,CS b Lượng nhiệt truyền vào phịng qua KCBC khơng xun sáng (op) Lượng nhiệt Qop truyền vào phịng qua KCBC khơng xun sáng (tường, mái - opaque) thời điểm tính tốn xác định theo công thức: Qop   =  Ro,op   qTT gB  T B  βK ×T ρ θ1 AtN + − tT  + θ2 AqT g tN + ρ αN v αN    × Aop (22) ρ, αN , αT xem phụ lục [15] - Hệ số tắt dần dao động nhiệt độ v dòng nhiệt qua KCBC: + Công thức đầy đủ - theo СП 50.13330.2012 (thay cho СНиП II-3-79**) Nga: v = 0,9e D √ × (S + αT ) (S + Y1 ) (S n + Yn−1 ) (αN + Yn ) (S Y1 ) (S Y2 ) (S n Yn ) αN (23) + Công thức rút gọn Bogoslovsky V.N.: v=2 D 0,83 + R ve va D (24) S2 S1 (25) Đối với KCBC nhiều lớp: ve = 0,85 + 0,15 148 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Đối với KCBC có lớp khơng khí: va = + 0,5Ra D (26) R Trong công thức (22) đến (25): (δi /λi ) tổng cộng nhiệt trở lớp vật liệu R= (Ri S i ) quán tính nhiệt tổng cộng lớp vật liệu trong KCBC (m2.oC/W); D= KCBC; S , S hệ số hàm nhiệt vật liệu lớp theo chiều dòng nhiệt (W/m2/oC); - Độ trễ dao động nhiệt độ (lệch pha) ε dòng nhiệt xuyên qua KCBC: ε = 2,7 D − 0,4 (27) 3.2 Tính tốn lượng nhiệt tỏa vào nhà a Tỏa nhiệt người Lượng nhiệt người tỏa xác định theo công thức sau: Qn = ki nqo /1000 (28) Lưu ý ni phụ thuộc lịch chế độ hoạt động người tòa nhà b Tỏa nhiệt chiếu sáng Lượng nhiệt tỏa chiếu sáng xác định theo công thức: Q s = ki N s η1 η2 /1000 (29) c Tỏa nhiệt thiết bị Lượng nhiệt tỏa thiết bị dùng điện xác định theo công thức: Qđ = Nki µ1 µ2 µ3 /1000 (30) d Tính tốn lượng nhiệt để xử lý gió ngồi rị gió Lượng nhiệt cần xử lý khơng khí ngồi rị gió diễn biến theo ngày xác định theo cơng thức sau: Qro = γLro × (IN − IT ) /3600 (31) Mật độ khơng khí ngồi diễn biến theo xác định theo cơng thức sau: γ = (1/T ) (3,483B − 1,316phn ) d = 622phn / (B − phn ) I = 1,005t + (2500 + 1,8066t)d × 10−3 (32) (33) (34) 3.3 Tổng kết nhiệt thừa Tổng nhiệt thừa phòng theo ngày xác định theo công thức: QThừa = Qkc + QN + QS + Qđ + Qro (35) Hình minh họa đường tổng nhiệt thừa tải tính tốn theo văn phòng rộng 72 m2 Hà Nội 3.4 Năng suất lạnh tính tốn hệ thống ĐHKK Năng suất lạnh theo ngày hệ thống ĐHKK xác định theo công thức: QLạnh = QThừa + QYc QYc = γLngồi × (IN − IT ) /3600 149 (36) (37) Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 12.0 11.0 Lượng nhiệt, kW 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Giờ ngày 1- Lượng nhiệt truyền qua KCBC (Tường – mái, Cửa sổ); 2- Lượng nhiệt tỏa người; 3- Lượng nhiệt tỏa chiếu sáng; 4- Lượng nhiệt tỏa thiết bị; 5- Lượng nhiệt tổn thất rị gió; 6- Tổng nhiệt thừa Hình Mẫu biểu đồ tổng lượng nhiệt thừa phịng tính tốn Các giá trị γ, IN IT xác định hoàn toàn tương tự mục 2.2d Hình minh họa đường tổng suất lạnh tính tốn theo văn phịng rộng 72 m2 Hà Nội 15.0 14.0 13.0 Lượng nhiệt, kW 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 Khoảng thời gian làm việc ngày hệ thống ĐHKK 3.0 2.0 1.0 0.0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Giờ ngày 1- Tổng nhiệt thừa tính tốn phịng; 2- Lượng nhiệt cần xử lý khơng khí ngồi theo u cầu vệ sinh; 3- Năng suất lạnh hệ thống ĐHKK Hình Mẫu biểu đồ suất lạnh (tải lạnh) hệ thống ĐHKK Kết luận Phương pháp tính tốn tải lạnh - tải nhiệt theo chế độ khơng ổn định tích hợp thay đổi thơng số khí hậu điều kiện vận hành, đồng thời kể đến q trình tích trữ nhiệt kết cấu cơng trình theo thời điểm ngày - Lượng nhiệt xạ mặt trời truyền vào nhà phù hợp với thực tế tính tốn theo giờ, kể đến trễ nhiệt - Lượng nhiệt tỏa cho người, chiếu sáng thiết bị tính tốn dựa điều kiện vận hành cơng trình Tại thời điểm tương ứng ngày có hoạt động người, chiếu sáng thiết bị khác 150 Chấn, T N., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - Lượng nhiệt tính tốn để xử lý khơng khí ngồi tính tốn theo giờ, phù hợp với hoạt động người theo chế độ vận hành điều kiện khơng khí bên Đây ưu điểm so với phương pháp truyền thống tính theo chế độ ổn định tính tốn cho thời điểm bất lợi thành phần nhiệt phương pháp tính sử dụng phần mềm thương mại không kể đến trễ nhiệt Tuy nhiên, để thuận lợi cho người dùng, phương pháp tính tốn tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ không ổn định cần xây dựng thành phần mềm để quản lý sở liệu đầu vào tự động hóa cơng tác tính tốn Lời cảm ơn Các tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài Bộ Xây Dựng cho đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp tính tốn tải lạnh tải nhiệt cho thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí Việt Nam”, mã số RD 37-18 Tài liệu tham khảo [1] Quang, T N., He, C., Knibbs, L D., De Dear, R., Morawska, L (2014) Co-optimisation of indoor environmental quality and energy consumption within urban office buildings Energy and Buildings, 85: 225–234 [2] Bakirtas, T., Akpolat, A G (2018) The relationship between energy consumption, urbanization, and economic growth in new emerging-market countries Energy, 147:110–121 [3] Dat, M V., Quang, T N (2018) A study on energy consumption of hotel buildings in Vietnam Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 12(5):109–116 [4] Lượng, N Đ., Nga, T T V., Hiệp, N H., Giang, H M., Minh, N B (2018) Ứng dụng BIM để mô lượng nhiệt xạ mặt trời tác động lên tòa nhà văn phòng thành phố Hà Nội Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 12(1):83–88 [5] Mackey, C O., Wright, L T (1944) Periodic heat flow-homogeneous walls or roofs ASHVE Transactions, 50(1994):293–312 [6] Mackey, C O., Gay, N R (1952) Cooling load from sunlit glass ASHVE Transactions, 58:321–330 [7] Mitales, G P (1972) Transfer function method of calculating cooling loads, heat extraction and space temperature: American Soc Heat., Refrig and Vent Eng., Vol 14, No 12 (December 1972), pp 54–56 ASHRAE Journal, (12):52 [8] Rudoy, W., Duran, F (1975) Development of an improved cooling load calculation method ASHRAE Transactions, 2:19–69 [9] McQuiston, F C., Spitler, J D (1992) Cooling and heating load calculation manual ASHRAE Inc., Atlanta, GA [10] Pellegrino, A., Verso, V L., Cammarano, S., Aghemo, C (2013) A graphical tool to predict the daylight availability within a room at the earliest design stages Proc of CIE Centenary Conference, France, 1250–1260 [11] Lợi, N Đ (2007) Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [12] Hiệp, L C (2001) Kỹ thuật điều hòa khơng khí Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [13] Chấn, T N (1998) Kỹ thuật thông gió Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [14] Chấn, T N (2002) Điều hịa khơng khí Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [15] Chính, V C (2015) Điều hịa khơng khí Thơng gió Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [16] HVCAVN (2016) Hướng dẫn sử dụng phần mềm Heat Load Truy cập ngày 27/02/2019 [17] HVCAVN (2008) Hướng dẫn sử dụng phần mềm Lats Load Truy cập ngày 06/03/2019 [18] HVCAVN (2008) Hướng dẫn sử dụng phần mềm Trace 700 Truy cập ngày 06/03/2019 151 ... quan tới phương pháp tính tốn tải nhiệt, tải lạnh cho thiết kế hệ thống ĐHKK cơng trình xây dựng nước nước để xây dựng phương pháp tính tải lạnh – tải nhiệt Tính toán tải lạnh – tải nhiệt so... liệu tính tốn cường độ xạ mặt trời diễn ngày [1 1–1 5] Trong thời gian qua, số nghiên cứu triển khai xây dựng số phần mềm tính tốn tải nhiệt dựa phương pháp tính tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ ổn. .. mại không kể đến trễ nhiệt Tuy nhiên, để thuận lợi cho người dùng, phương pháp tính tốn tải lạnh – tải nhiệt theo chế độ không ổn định cần xây dựng thành phần mềm để quản lý sở liệu đầu vào tự động