Báo cáo bài tập lớn môn khoa học trái đất đề tài 17 đối lưu không khí trong công trình nhà ở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT ĐỀ TÀI 17 “ĐỐI LƯU KHƠNG KHÍ TRONG CƠNG TRÌNH NHÀ Ở” GVHD: Ts Phan Thị Anh Thư Lớp: L06 Nhóm sốố: 13 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2022 0 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT ĐỀ TÀI 17 “ĐỐI LƯU KHƠNG KHÍ TRONG CƠNG TRÌNH NHÀ Ở” GVHD: Ts Phan Thị Anh Thư Lớp: L06 Nhóm sốố: 13 Danh sách thành viên: Họ tên MSSV TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2022 MỤC LỤC I Khái quát đối lưu 1.Khái niệm đối lưu 2.Cơ chế đối lưu 3.Đối lưu khơng khí nhà 2 II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC QUÁ TRÌNH ĐỐI LƯU: 1.Nguyên lý làm việc 2.Đối lưu tự nhiên 3 0 3.Đối lưu cưỡng bách 4.Biểu thức III Ứng dụng đối lưu điêu hoà khơng khí nhà 1.Hệ thống thơng gió 2.Máy điều hoà nhiệt độ (máy lạnh máy sưởi) 5 IV Các cơng trình thực tế 1.Ở Việt Nam 2.Ở giới 10 10 13 V Mở rộng vấn đề 16 VI Kết luận 17 Tài liệu tham khảo 18 I Khái quát vềề đốối lưu Khái niệm đối lưu - Đối lưu trình vận chuyển lượng phân tử chất khí, chất lỏng có nhiệt độ khác dẫn đến khối lượng riêng khác đổi chỗ cho Các phân tử có nhiệt độ cao khối lượng riêng bé lên phía trên, cịn phần tử có nhiệt độ thấp khối lượng riêng lớn chìm xuống phía - Đối lưu khơng khí đối lưu mà phân tử vận chuyển lượng phân tử chất khí Trọng lực tạo dịng nhiệt dẫn truyền đối lưu 0 Hình 1.1: Minh họa đối lưu1 Cơ chế đối lưu - Đối lưu xảy tất nhờ lực đẩy Ác-si-mét trọng lực - Khi có nguồn nhiệt, phân tử khí, lỏng gần nguồn nhiệt nóng nơi khác, nhiệt độ tăng thể tích phần khí, lỏng tăng làm cho khối lượng riêng giảm Lực đẩy Ác-si-mét trọng lực tác dụng vào phần nhẹ, khiến lên Một lượng chất lưu lạnh từ địa điểm gần nguồn nhiệt di chuyển vào bù lại phần chất nóng lên Đối lưu khơng khí nhà Đối lưu giúp làm mát sưởi ấm nhà ở: - Làm mát : Cơ thể hạ nhiệt thơng qua q trình đối lưu Sự đối lưu xảy nhiệt mang khỏi thể thơng qua khơng khí chuyển động Nếu khơng khí xung quanh mát da ta, khơng khí hấp thụ nhiệt ta tăng lên Khi khơng khí ấm lên xung quanh ta, khơng khí mát di chuyển vào chỗ hấp thụ nhiều ấm bạn Khơng khí di chuyển nhanh, ta cảm thấy mát Nguồồn:https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images? q=tbn:ANd9GcTLaKTFDEDtm5N7e6vd4isJ_2S0r9xNKau4yw&usqp=CAU 0 - Làm ấm : Vào ngày nắng nóng, nhiệt truyền vào nhà qua mái nhà, tường cửa sổ Các xạ nhiệt truyền nhiệt tường mái nhà trực tiếp đến thể ta Đối lưu cách khác để nhiệt từ tường mái nhà truyền đến ta Khơng khí nóng tự tỏa lên, mang nhiệt khỏi chúng làm cho khơng khí nóng lưu thơng khắp nhà Khi khơng khí nóng lưu thơng qua da ta, giúp ta ấm II Nguyền lý làm vi ệ c trình đốối lưu: Nguyền lý làm việc - Sự lưu động tương đối nội chất lưu nhiệt độ lớp khơng giống q trình đối lưu hình thành - Có nghĩa chất lưu (chất khí chất lỏng) thực q trình cân nhiệt lượng thơng qua tính lưu động vĩ mơ tự thân phận Trong quy luật, phận nóng lên cao cịn phận lạnh xuống thấp ⇨ Bảo toàn nhiệt lượng, pha trộn lẫn � khiến cho nhiệt độ thuận theo đồng ⇨ Độ dẫn nhiệt trình dẫn lưu nhỏ � truyền dẫn nhiệt lượng chuyển giao nhỏ ⇨ Đối lưu phương thức truyền nhiệt chủ yếu chất lưu - Đối lưu chia thành loại: đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng bách Đốối lư u tự nhiền - Thông thường phát sinh tự nhiên - Do chênh lệch nồng độ nhiệt độ � biến hóa mà sản sinh - Gradient nhiệt độ bên chất lưu đưa đến gradient mật độ biến hóa 0 - Nếu chất lưu mật độ thấp phần dưới, chất lưu mật độ cao phần trên, tác dụng trọng lực hình thành đối lưu tự nhiên Vd: Q trình đối lưu tự nhiên sóng gió, thủy triều Đốối lư u cưỡng bách - Sự thúc đẩy ngoại lực mà sản sinh - Vận tốc lưu động chất lỏng chất khí thêm lớn, truyền nhiệt nhanh q trình đối lưu - VD: Qúa trình đối lưu cưỡng bách nồi đun nước, máy nước nóng quạt Biể u thức - Đối lưu cưỡng bách áp dụng định luật làm mát Newton: - Trong đó: + P = tốc độ truyền nhiệt + h: hệ số truyền nhiệt đối lưu + A: diện tích bề mặt tiếp xúc + T: nhiệt độ thời gian t +T0: nhiệt độ phòng - Lưu ý: giá trị hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào: + Khối lượng riêng + Độ nhớt + Độ dẫn nhiệt + Công suất nhiệt dẫn 0 III Ứng d ụ ng đốối lưu điều hồ khống khí nhà Hệ thống thơng gió Quy luật đối lưu khơng khí ấm bốc lên khơng khí mát di chuyển xuống Hệ thống thơng gió ngăn xếp phụ thuộc vào gia tăng sức khơng khí ấm so với mật độ cao khơng khí mát Khơng khí ấm nhẹ bốc lên phép, khỏi tịa nhà thơng qua cửa vào tầng cao (cửa sổ lỗ thơng hơi), hút khơng khí ban đêm mát mẻ tầng thấp khơng khí mát mẻ vào ban ngày từ khe hở khu vực bên ngồi có bóng râm Hình 3.1: Minh hoạ hệ thống thơng gió nhờ chế đối lưu2 Ta thấy qua mặt cắt nhà, nơi không khí mát mẻ hút vào từ khu vườn râm mát Khơng khí ấm bốc lên tầng hai ngơi nhà, nơi hút ngồi qua cửa sổ cao lỗ thông Sự đối lưu làm cho khơng khí ấm bốc lên, hút khơng khí mát vào thiết kế thơng gió ngăn xếp Nguồồn https://slideplayer.com/slide/9840029/ 0 Hệ thống thơng gió ngăn xếp làm tăng khả thơng gió chéo Ngay khơng có gió, đối lưu cho phép nhiệt khỏi tịa nhà thơng qua khe hở kiểm sốt cửa sổ thơng thống cao, quạt thơng gió mái gờ thơng gió Sự đối lưu tạo chuyển động khơng khí làm mát tịa nhà thường có tốc độ khơng khí đủ để làm mát người Máy điều hoà nhiệt độ (máy lạnh máy sưởi) Q trình truyền nhiệt thiết bị điều hịa khơng khí đối lưu Hầu hết thiết bị làm lạnh khơng khí ln đặt phịng Khi khơng khí làm mát, co lại, đặc chìm xuống Khơng khí ấm phía bị dịch chuyển đặc hơn, bốc lên Quá trình tiếp tục thiết lập dòng đối lưu cho phép truyền nhiệt xảy Vì khơng khí lạnh phát từ thổi khí dàn lạnh phận phải đặt phịng phép hình thành dịng đối lưu Vị trí cung cấp phương pháp làm mát phòng hiệu Nếu thiết bị đặt gần sàn, khơng khí mát bị "kẹt" phía phịng khơng làm mát 0 hiệu Hình 3.2: Đối lưu phịng có máy lạnh3 Ngược lại với máy lạnh, máy sưởi lắp đặt gần sàn để đối lưu hoạt động Khơng khí làm nóng máy sưởi nở bốc lên, tạo thành vòng đối lưu truyền lượng đến phần khác phịng Khi khơng khí làm mát trần nhà tường bên ngồi, co lại, cuối trở nên đặc khơng khí phịng chìm xuống sàn Một hệ thống sưởi thiết kế phù hợp sử dụng đối lưu tự nhiên, hệ thống này, hiệu việc sưởi ấm đồng cho nhà Nguồồn: https://www.visionair.com.sg/blogs/news/why-are-air-conditioning-units-placed-at-the-top-ofrooms#:~:text=The%20main%20process%20of%20heat,being%20less%20dense%2C%20it%20rises 0 Hình 3.3: Đối lưu phịng có máy sưởi4 Ngồi ra, để điều hồ khơng khí ta dùng quạt trẩn Việc sử dụng quạt trần nhà thể dạng đối lưu Quạt trần sử dụng mùa đông mùa hè, chúng phải quạt trần hai chiều để thực điều Các hướng quay quạt trần bạn tạo khác biệt hiệu làm mát sưởi ấm Trong tháng mùa hè, quạt thường đặt tốc độ cao Góc cánh đẩy khơng khí xuống khắp phịng Nói chung điều tương ứng với chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ nhìn quạt từ bên Làn gió xuống giúp làm bay mồ làm mát họ Trong tháng mùa đông, quạt phải sử dụng với tốc độ chậm Các cánh quạt quay theo hướng khác, thường theo chiều kim đồng hồ nhìn từ bên quạt, giúp kéo khơng khí mát lên từ phần bên phịng Khơng khí mát từ bên trộn lẫn với khơng khí ấm bay lên trộn lẫn hai, phân phối không khí ấm khắp tịa nhà Nguồồn: https://voer.edu.vn/file/55413 0 Hình 3.4: Vào mùa hè, quạt trần nên quay ngược chiều kim đồng hồ để trộn khơng khí ấm đẩy gió mát xuống dưới, tạo luồng gió thổi xuống.5 Hình 3.5: Vào mùa đơng, quạt trần nên quay theo chiều kim đồng hồ để kéo khơng khí mát từ phịng lên đẩy khơng khí ấm xuống dưới, tạo luồng gió.6 IV Các cơng trình thực tế 1.Ở Việ t Nam Dự án: Trường THCS & THPT Phan Chu Trinh Địa điểm: Dĩ An – Tỉnh Bình Dương Thiết kế: Cơng ty TNHH Võ Trọng Nghĩa Kiến trúc sư: Võ Trọng Nghĩa, Shunri Nishizawa, Daisuke Sanuki Nguồồn: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Forced_convection Nguồồn: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Forced_convection 0 Hình 4.1.1: Ảnh thực tế trường THCS & THPT Phan Chu Trinh Ngơi trường có diện tích sàn 6.560 m2 khu đất khoảng 5.300 m2 với chiều cao tối đa năm tầng để không vượt chiều cao cối khu rừng xung quanh Nguồồn: https://ashui.com/mag/duan/tu-van-thiet-ke/7028-ngoi-truong-o-binh-duong-cong-ty-vo-trongnghia.html 0 Hình 4.1.2: Ảnh thực tế trường THCS & THPT Phan Chu Trinh Các kiến trúc sư sử dụng lam làm bê tông đúc sẵn bao bọc cơng trình Ngơn ngữ kiến trúc khơng bảo vệ cư dân tòa nhà tránh khỏi ánh nắng trực tiếp mặt trời mà tạo hệ thống thơng gió tự nhiên cho khơng gian hành lang Tất phịng kết nối với khơng gian nửa bên Đây nơi mà giáo viên học sinh trò chuyện, giao tiếp nhận thức giá trị thiên nhiên Hình 4.1.3: Ảnh thực tế trường THCS & THPT Phan Chu Trinh Về khối lượng, thiết kế trường khối lớn liên tiếp để hoạt động không bị gián đoạn Thiết kế nhằm thích ứng với mưa liên tục khí hậu nhiệt đới, mùa mưa kéo dài từ tháng đến tháng 11 Để hài hòa với thiên nhiên xung quanh, kiến trúc sư tạo cho cơng trình khối địa lý có độ dốc hài hòa với khoảng sân xung quanh tránh cảm giác vách đá đột ngột xuất Nguồồn: https://ashui.com/mag/duan/tu-van-thiet-ke/7028-ngoi-truong-o-binh-duong-cong-ty-vo-trongnghia.html Nguồồn: https://ashui.com/mag/duan/tu-van-thiet-ke/7028-ngoi-truong-o-binh-duong-cong-ty-vo-trongnghia.html 0 Hình 4.1.4: Ảnh thực tế trường THCS & THPT Phan Chu Trinh 10 Cơng trình kết nối với mặt đất điểm cuối, mang hình dạng chữ S, uốn lượn xung quanh hai khoảng sân với hai tính chất khác Khoảng sân phía trước dùng cho khơng gian cơng cộng dành cho sử dụng cho kiện trang trọng hội họp trường Khoảng sân lại mang tính chất riêng tư hơn, học sinh lại ngồi chơi với Hình 4.1.5: Ngơi trường thiết kế hệ thống thơng gió qua ứng dụng đối lưu Ởthềố giới Dự án: Pixel building 10 Nguồồn: https://ashui.com/mag/duan/tu-van-thiet-ke/7028-ngoi-truong-o-binh-duong-cong-ty-vo-trongnghia.html 0 Địa điểm: 205 Queensbury Street, Carlton, Melbourne,Victoria, Australia Thiết kế: Văn phòng thiết kế Studio505 Hình 4.2.1: Ảnh thực tế Pixel Building11 Tọa lạc vị trí cũ nhà máy bia nằm thành phố Melbourne, Pixel Building xem dự án quan trọng tham vọng Melbourne đất nước Australia Tòa nhà đạt số điểm hoàn hảo 105/110 dành tuyệt đối theo hệ thống đánh giá Green star, số điểm cao trao hội đồng cơng trình xanh Australia nhận đánh giá cao giới lượng môi trường từ hệ thống đánh giá công trình xanh Leed hội đồng cơng trình xanh Mỹ năm 2012 Lấy ý tưởng từ nhiều chấm màu tạo nên hình ảnh kỹ thuật số, mặt tiền tịa nhà tổ hợp chắn nắng cố định “pixel” linh hoạt thay đổi điều khiển tự động theo bóng mặt trời Các tổ hợp tối ưu cho việc lấy sáng tự nhiên hạn chế tối đa lượng nhiệt xạ nhiệt vào nhà kính lớp xem kẽ cửa đảm bảo thơng gió nhà tốt Pixel Building cơng trình carbon trung tính Úc, có khả sử dụng lượng mặt trời để sản sinh điện, nước, lưu trữ nước, giảm khí thải cung cấp lương thực cho tòa nhà Dự án chấm điểm tuyệt đối điểm 11 Nguồồn: https://theconstructor.org/wp-content/uploads/2020/08/Pixel-Building.jpg 0 tối ưu việc hạn chế khí thải, cách tân với hệ thống nhà vệ sinh chân không hệ thống giao thơng tiêu hóa kị khí Những cửa kính màu sắc giúp tịa nhà tận dụng tối đa lượng mặt trời để chiếu sáng lúc ban ngày Nhiệt lượng hấp thụ ban ngày dùng để sản sinh lượng điện cho tòa nhà Tịa nhà sử dụng ba tuabin gió hai mảng quang điện cố định theo dõi cho nhu cầu lượng, lượng dư thừa đưa trở lại vào lưới điện Ngoài việc sử dụng số lượng lớn vật liệu tái chế xây dựng, Pixel có hệ thống làm mát khơng khí lành 100% cung cấp máy làm lạnh hấp thụ amoniac gasfired giao hydronically thông qua sàn lớn với khuyếch tán điều khiển riêng trạm làm việc Hình 4.2.1:Sơ đồ hệ thống nhiệt Pixel building12 12 Nguồồn: https://www.db-a.co/wordpress/wp-content/uploads/2016/03/PIXEL-BUILDING_10.jpg 0 Hình 4.2.2: Sơ đồ hệ thống làm mát nhờ chế đối lưu Pixel building13 V M rở ng ộ vấốn đềề Sự truyền nhiệt xảy theo ba cách khác nhau: dẫn truyền, đối lưu xạ - Dẫn nhiệt truyền nhiệt qua vật chất hoạt động phân tử - Đối lưu truyền nhiệt chuyển động chất từ nơi sang nơi khác - Bức xạ truyền nhiệt sóng điện từ Nhiệt di chuyển xung quanh nhà không đối lưu mà cách dẫn truyền xạ Vào ngày lạnh giá: Sự đối lưu làm cho khơng khí ấm áp nhà tăng lên Khơng khí di chuyển cách dẫn qua trần nhà đến tầng áp mái Nếu nhà bị dột, nhiệt di chuyển vào không gian áp mái cách đối lưu Nhiệt từ tầng áp mái tỏa lên mái Nhiệt dẫn qua mái Vào ngày nóng: Nhiệt từ mặt trời tỏa vào mái nhà Nhiệt dẫn truyền qua phần mái tỏa từ mái xuống tầng áp mái Nhiệt dẫn từ tầng áp mái xuống trần nhà bên Nhiệt tỏa bề mặt mát nhà 13 Nguồồn: https://www.db-a.co/wordpress/wp-content/uploads/2016/03/PIXEL-BUILDING_10.jpg 0 Hình 5.1: Minh hoạ truyền nhiệt nhà ở14 VI Kết luận Sự truyền nhiệt nói chung đối lưu nói riêng tượng vật lý có vai trị quan trọng sống người Đặc biệt xây dựng, đối lưu đóng vai trị quan trọng việc thiết kế, thi cơng hệ thống nhiệt, hệ thống thơng gió cơng trình giúp đảm bảo lượng sử dụng cách hiệu 14 Nguồồn: https://www.bpihomeowner.org/sites/default/files/styles/panopoly_image_original/public/heattransfer-types-home.jpg?itok=wzl4fJbV 0 Tài liệ u tham khảo [1]https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.bpihomeowner.org %2Fblog%2Ftechnically-speaking-principles-heattransfer&psig=AOvVaw0IJ8BVtBOhsBXMqhla3Dr&ust=1651375747586000&source=images&cd=vfe&ved=0CAwQjRxqFwo TCPiX95jsuvcCFQAAAAAdAAAAABAO [2]https://www.apartmenttherapy.com/convection-vs-radiant-heaters-158741 [3]https://energyeducation.ca/encyclopedia/Forced_convection [4]https://slideplayer.com/slide/9840029/ [5]https://ashui.com/mag/duan/tu-van-thiet-ke/7028-ngoi-truong-o-binh-duong-congty-vo-trong-nghia.html [6]https://www.db-a.co/work/pixel-building/ [7]https://dainam.edu.vn/vi/tin-tuc/cong-trinh-toa-nha-van-phong-pixel-buildingmelbourne [8]https://www.bpihomeowner.org/blog/technically-speaking-principles-heat-transfer 0 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT ĐỀ TÀI 17 “ĐỐI LƯU KHƠNG KHÍ TRONG CƠNG TRÌNH NHÀ Ở? ?? GVHD: Ts Phan Thị Anh... LỤC I Khái quát đối lưu 1.Khái niệm đối lưu 2.Cơ chế đối lưu 3 .Đối lưu không khí nhà 2 II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC QUÁ TRÌNH ĐỐI LƯU: 1.Nguyên lý làm việc 2 .Đối lưu tự nhiên 3 0 3 .Đối lưu cưỡng bách... lên Đối lưu khơng khí nhà Đối lưu giúp làm mát sưởi ấm nhà ở: - Làm mát : Cơ thể hạ nhiệt thơng qua q trình đối lưu Sự đối lưu xảy nhiệt mang khỏi thể thông qua khơng khí chuyển động Nếu khơng khí