hệ thống thông gió và điều hòa không khí

VAI TRÒ VÀ CÁC DẠNG THÔNG GIÓ Hệ thống thông gió dùng để thải nhiệt dư thừa, hơi ẩm và các khí có hại khỏi cáckhoang của tàu bằng cách đẩy không khí tươi ở bên ngoài vào chúng và thải kh

Chương 8

HỆ THỐNG THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

8.1 VAI TRÒ VÀ CÁC DẠNG THÔNG GIÓ

Hệ thống thông gió dùng để thải nhiệt dư thừa, hơi ẩm và các khí có hại khỏi cáckhoang của tàu bằng cách đẩy không khí tươi ở bên ngoài vào chúng và thải khí bẩnra

Theo nguyên tắc hoạt động, hệ thống thông gió bao gồm: thông gió tự nhiên vàthông gió cưỡng bức (nhân tạo) Trong các khoang riêng biệt có thể sử dụng đồngthời thông gió tự nhiên và nhân tạo, được gọi là thông gió hỗn hợp

Ở thông gió tự nhiên, sự thay đổi không khí trong buồng được thực hiện bằngcách tự nhiên do chênh lệch trọng lượng riêng của không khí nóng và lạnh hoặc donăng lượng động học của dòng không khí bao quanh con tàu, còn ở thông gió nhântạo - nhờ các quạt gió

Vì các quạt gió khi làm việc gây ồn, nên chúng không được đặt ở các phòng ở vàphục vụ Khi đặt chúng ở các hành lang, người ta thiết kế các rào cách âm đặc biệt.Các quạt gió thường được đặt trên các giảm xóc và nối với các đường dẫn bằng cácvòng bít mềm

Không phụ thuộc vào nguyên tắc hoạt động, thông gió tự nhiên hay cưỡng bức,thông gió có 3 kiểu: thổi vào, hút ra và thổi vào - hút ra (hỗn hợp)

- Nhờ có thông gió thổi vào, không khí tươi được đưa vào buồng và tạo ra cột ápnào đó, nhờ nó mà không khí đã bị bẩn đi ra khỏi phòng

- Ở thông gió hút ra, diễn ra quá trình ngược lại: không khí bị bẩn được hút ra nhờ

hệ thống thông gió và ở trong buồng tạo ra sự loãng không khí, nhờ nó mà không khísạch vào buồng

- Thông gió thổi vào - hút ra (hỗn hợp) là kết hợp của hai loại trên Nó được sửdụng ở nhiều buồng trên tàu với mục đích tạo ra sự thay đổi không khí mạnh hơn.Trong thông gió tự nhiên, để thực hiện nạp vào, người ta dùng chụp quay nạp vào

có ba mặt (hình 8.1, a), còn để hút ra - sử dụng chụp quay hình tròn XA- GI (hình 8.1,b) Sự làm việc của các chụp quay này không phụ thuộc vào hướng gió Ngoài ra,

trong thông gió tự nhiên còn dùng mặt khỉ hứng gió - để hút gió vào và ống gió đẩyna-val - để hút gió ra cũng như các cửa sổ, cửa trần, v.v.

Để cho các đầu của các chụp quay tự do thoát gió (cho gió chảy qua tự do), chúng

được đặt ở độ cao 0,6  0,8 m cao hơn các kiến trúc bên cạnh của thượng tầng.

Hệ thống thông gió, tuỳ thuộc vào buồng mà nó phục vụ, có thể được phân thànhcác nhóm sau:

Thông gió chung toàn tàu, phục vụ các buồng ở, nhà bếp, nhà tắm, giặt, v.v

Thông gió buồng máy

Thông gió các buồng máy lạnh

Thông gió buồng bơm của tàu dầu

Thông gió buồng ắc qui

Hệ thống thông gió được thực hiện theo nguyên tắc độc lập hoặc phân nhóm.Nguyên tắc phân nhóm được dùng cho các buồng có cùng các thông số của khôngkhí và đặc điểm sự toả (phát tán) các chất độc hại Nguyên tắc độc lập được dùng đểthông gió các buồng thể tích lớn (các hầm hàng, buồng máy, các buồng sản xuất,phòng chiếu phim v.v.) cũng như các phòng như ắc qui, hút thuốc, buồng các bơmhàng trên tàu dầu, phòng cách ly, y tế v.v

c)b)

Hình 8.1 Sơ đồ mặt khỉ hứng gió và ống gió đẩy na -val

a - ống gió đẩy na -val; b - mặt khỉ hứng gió khi làm việc hút gió ra; c - mặt khỉ hứng gió khi làm việc nạp gió vào; d - ống gió đẩy na -val có cái hãm tay và lưới

chắn rác

1 - ống cố định; 2 - ống quay; 3 - lưới chắn rác; 4 - cái hãm tay

Hình 8.2 Các thiết bị lấy gió

a - chụp quay ba mặt; b - chụp quay hình tròn XA-GI

8.2 THÔNG GIÓ CHUNG CHO TÀU

8.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Thông gió chung toàn tàu được trang bị cho các phòng ở, buồng phục vụ và sinhhoạt Thông gió các buồng trên tàu thường thực hiện theo sơ đồ sau: cấp không khívào buồng, lối ra của nó qua các lưới cửa vào các hành lang, từ hành lang qua cáclưới cửa vào các hệ thống vệ sinh và buồng tắm, từ buồng tắm và hệ thống vệ sinh rangoài (thông gió nhân tạo)

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông gió các buồng ở, sinh hoạt, y tế của tàu

khách được trình bày ở hình 8.2 Như đã thấy trên hình, các quạt gió được đặt ở

buồng riêng Các đường ống chính nằm ở các hành lang

Không khí vào các buồng được phục vụ theo các kênh, chúng kết thúc bằng thiết

bị phân phối khí bảo đảm việc phân tán dòng và cho phép thay đổi hướng chuyểnđộng của nó Thiết bị phân phối không khí, điều chỉnh hướng và cường độ dòngkhông khí Sự lắp đặt chúng trong các phòng được cho phép ở trên trần cũng như trêncác vách ngang, trên các giường ở đầu giường hay ở dưới chân Để thải các khí rakhỏi các buồng có các lưới ở các cửa và trên tường

8.2.2 Tính toán hệ thống thông gió chung cho tàu

Người ta tính toán không khí trao đổi của thông gió chung toàn tàu theo các chỉtiêu đưa ra bởi Qui phạm

Tính toán được thực hiện theo công thức

L  M , (8.1)

m B  m H

ở đây: M - lượng a-xít các-bon-níc toả ra do một người, lít/phút.

mB - nồng độ cho phép của khí a-xít các-bon-níc trong buồng, lít/m 3.

mB - nồng độ cho phép của khí a-xít các-bon-níc bên ngoài, lít/m 3

Hình 8.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông gió cho các buồng trên tàu.

Chỗ để hút khí nạp được người ta chọn ở vùng nó bị bẩn ít nhất do các sản vậtthông gió và sản xuất ở xung quanh (ống khói, các chụp quay ở ống khhói v.v.).Trong trường hợp hút không khí từ vùng bị bẩn (ví dụ: bụi khi xếp dỡ hàng hoá, khí

và mùi khi bơm chuyển hàng là các sản phẩm dầu), trong hệ thống người ta lắp phinlọc vệ sinh chống bụi và phin hấp thụ các khí có hại

Sản lượng của thông gió nạp vào của các phòng ở và phòng phục vụ được xácđịnh từ điều kiện hoà tan nhiệt lượng dư thừa tỏa ra trong thời gian mùa hè theo côngthức:

ở đây: QIRB - để hoà tan nhiệt toả ra dư thừa, kcal/g.

tB - nhiệt độ không khí trong buồng, 0 C.

tH - nhiệt độ không khí bên ngoài, 0 C.

t - độ chênh nhiệt độ giữa không khí bên trong và bên ngoài buồng, 0 C.

 - khối lượng riêng của không khí bên ngoài, kg/m3

C - nhiệt dung riêng của không khí bên ngoài, kcal/kg.độ.

Theo luật vệ sinh, độ chênh nhiệt độ t = tB - tH không vượt quá 30 C.

Cần phải để ý rằng, không khí bên ngoài khi đi qua quạt gió và các đường ống bịsấy nóng lên một ít ( sấy nóng có hại ) Điều này đôi khi cũng được tính đến trong

tính toán khi tăng t H ở công thức ( 109 ) lên khoảng 10 C.

Lượng nhiệt dư thừa toả ra không khí của các bường được xác định theo biểuthức sau:

(8.3) QIZB = QLUG + Q0CB + QPAG , kcal/g.

ở đây: QLUG - nhiệt tỏa ra “ trông thấy” của người, kcal/g.

Q0CB - nhiệt truyền vào buồng do các vật nhân tạo, kcal/g.

QPAG - nhiệt mang vào buồng do bức xạ mặt trời, kcal/g.

Lượng nhiệt tỏa ra từ các đền điện chiếu sáng công suất NOCB, kW được tính theo

công thức:

QOCB = 860.NOCB kcal/g (8.4)

Nhiệt mang vào phòng do các tia bức xạ mặt trời bao gồm nhiệt truyền qua các

bề mặt thủy tinh QOCT và vách ngăn ( trần, mạn và vách ngoài ) QOGR, tức là:

QPAG = QOCT + QOGR , kcal/g (8.5)

ở đây: QOCT = qP..FOCT , kcal/g (8.6)

QOGR = k q P ..FOGR , kcal/g (8.7)

 H

qP - ứng suất của bức xạ mặt trời, kcal/m 2 giờ.

 - hệ số thấu suốt của kính

FOCT và FOGP - các diện tích tương ứng của bề mặt kính và tường ngăn, m 2

k - hệ số truyền nhiệt của các bề mặt vách ngăn tương ứng, kcal/m 2 giờ.độ.

H - hệ số truyền nhiệt của bề mặt ngoài, kcal/m 2 giờ.độ, được tính gần đúng theo công thức ( 84 ), hơn nữa tốc độ v của bề mặt ngoài lấy bằng tốc độ khai

thác trung bình của tàu

 - hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời

Theo điều kiện thải sự dư thừa các-bon-níc, lượng không khí nạp vào có thể là:

L1 = L0.n0 , (8.8)

ở đây: L0 - mức nước tối thiểu của không khí ngoài cho một người, m 3 /g,

n0 - số người trong buồng

Lượng không khí tính toán, được cấp vào phòng, được lấy là giá trị lớn nhất tronghai đại lượng là L và L1

Tương quan của nạp vào và hút ra trong các buồng được chọn để làm sao tránh

sự tràn không khí ra khỏi các buồng mà ở đó có thể toả ra các khí có hại và các mùikhó chịu vào các buồng sạch

Thông gió các buồng bếp, nhà ăn cho thủy thủ và các bar được thực hiện bằngcách nạp vào - hút ra với sự kích thích cơ học Sản lượng gió nạp vào các buồng đểthải nhiệt dư thừa được tính toán theo công thức:

L   Q I Z B

C..t , m 3 /g (8.9)

ở đây: QIZB - tổng nhiệt lượng dư thừa tỏa ra vào không khí của buồng, kcal/g.

t - độ chênh nhiệt độ giữa không khí buồng và bên ngoài, 0 C

Nhiệt lượng dư thừa tỏa ra ở khoang bếp được tính theo công thức:

(8.10) QIZB = QOBOP + QOCB + QRAG + QLUG + QOGR, kcal/g.

ở đây: QOBOP - nhiệt lượng tỏa ra của thiết bị đặt ở bếp, kcal/g.

Nhiệt dư thừa từ nhà ăn và nhà hàng tỏa ra vào không khí QIZB được xác địnhtương ứng với chỉ tiêu đã cho của Qui phạm

Không khí nạp vào bếp được cấp vào qua các thiết bị phân chia khí, cho phépthay đổi hướng và tốc độ dòng chảy, khi thay đổi không khí gián đoạn mà lớn thì đểlàm việc này có thể sử dụng các đường dẫn khí có lỗ đột

8.3 THÔNG GIÓ BUỒNG MÁY

8.3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hình 8.3 Sơ đồ thông gió tự nhiên buồng máy

1 - các màng chắn xẻ lỗ để làm lối ra cho không khí;

2 - lỗ ánh sáng; 3 - bình phong (tấm chắn)

Trong buồng máy, người ta thiết kế hệ thống thông gió có tổ chức cho toàn thểtích của nó Gió nạp vào thường được thực hiện cưỡng bức, còn hút ra - tự nhiên.Trên các tàu nhỏ, không phải trực thường xuyên trong buồng máy, có thể thông giókiểu nạp vào - hút ra tự nhiên có tổ chức, hơn nữa thiết bị nạp chủ yếu trong trườnghợp này là cửa lấy ánh sáng, còn thiết bị bổ sung - các chụp quay nạp vào

Khi thông gió tự nhiên buồng máy (hình 8.3), không khí sạch đi vào trong nó qua

cửa lấy ánh sáng Không khí không phải chi phí cho quá trình cháy thải ra qua vỏ củacác đường ống thải có tấm chắn xẻ lỗ Như thấy trên hình vẽ, nồi hơi khí thải đượcche bằng bình phong (tấm chắn, nhờ nó mà giảm lượng nhiệt cho nó tỏa ra vào buồngmáy Nếu nồi hơi được đặt trực tiếp trong vỏ ống (thông gió) hút, thì sự cần thiết củabình phong mất tác dụng Hướng chuyển động của không khí thông gió trong buồngmáy trên hình vẽ được chỉ bằng mũi tên

Theo sơ đồ hỗn hợp (hình 8.4), người ta thực hiện thông gió buồng máy của tàu.

Sự chảy vào của không khí vào trong nó được bảo đảm nhờ lưới thông gió và quạt lytâm thổi vào Sự hút không khí ra khỏi buồng máy diễn ra nhờ quạt hướng trục vàbằng cách tự nhiên qua ống khói giả có các lỗ thông gió Các máy phát diessell đượcđặt ở ngăn riêng mà không khí vào đó qua các đường dẫn nạp Để hút không khí rakhỏi khoang máy phát diessell có quạt gió hướng trục

Cấp phát không khí nạp vào, đã được cấp nhờ thông gió nhân tạo (cơ khí), đượcthực hiện nhờ các thiết bị phân chia không khí quay, cho phép thay đổi hướng củadòng khí, đi đến khu vực làm việc ở giai đoạn nóng để thổi gió và tránh nó đi ở thời

kỳ lạnh của quá trình hành hải Kết cấu của thiết bị phân chia khí rất khác nhau

Không khí, không phải chi phí cho sự cháy, được thải từ buồng máy ra một cáchtập trung qua ống thông gió của đường ống xả và vỏ (ống khói giả) Khi không cókhả năng, vì lý do về kết cấu, bảo đảm trong ống và vỏ thiết diện thông gió cần thiết,

vì mục đích trên người ta đặt quạt gió hút

Quạt

BUỒNG MÁY

Hình 8.4 Sơ đồ thông gió hỗn hợp cho buồng máy.

1 - kênh nạp vào ngăn máy phát diessell; 2 và 3 - các quạt gió;

4 - lỗ thông gió trên ống khói giả; 5 - quạt ly tâm thổi vào; 6 - lưới thông gió nạp vào

8.3.2 Tính toán hệ thống thông gió buồng máy

Lượng không khí chảy vào, được cấp vào buồng máy vào mùa hè, được xác định

từ điều kiện hòa tan nhiệt dư thừa tỏa ra ở khu việc làm việc theo công thức:

L   Q I Z B

C..t , m 3 /g (8.11)

ở đây: QIZB - tổng nhiệt dư thừa tỏa ra vào không khí của buồng máy, kcal/g.

I - Quạt gió nạp vào

II - Quạt gió hút ra

III - Sự trộn lẫn (tuần hoàn kín)

Hình 8.5 Hệ thống thông gió nhân tạo hầm hàng

Theo Qui phạm, độ chênh của nhiệt độ giữa không khí buồng máy và bên ngoài tkhông được vượt quá 50 C Khi không phải trực liên tục trong buồng máy thì sự hạ

nhiệt độ đó cho phép đến 100 C, khi đó tổng thời gian mà con người ở trong buồng

máy phải không lớn hơn 120 phút

Để xác định lượng nhiệt dư thừa tỏa ra vào không khí buồng máy, người ta dùng công thức:

QIZB = QGL.DB + QBCP.DB + QK =

(8.12) = mGL.qGL.NGL + qBCP.NBCP + mK.qK.FK , kcal/g.

ở đây: mGL và qGL - tương ứng với tỷ lệ nhiệt tỏa ra vào khu vực làm việc và nhiệt

lượng đơn vị tỏa ra tính cho đơn vị của động cơ chính, kcal/cv.

qBCP - nhiệt lượng đơn vị tỏa ra của máy phát diessell phụ, kcal/g.

mK và qK - tương ứng với tỷ lệ nhiệt tỏa ra vào khu vực làm việc và nhiệtlượng đơn vị tỏa ra của nồi hơi phụ (nhiệt lượng tỏa ra của các nồi hơi, được

dự định dùng chỉ cho mục đích sưởi, trong tính toán không kể đến), kcal/

m 2 giờ.

NGL và NBCP - tương ứng với công suất động cơ đốt trong chính và phụ, cv.

FK - bề mặt đốt nóng của nồi hơi phụ, m 2

Nhiệt đơn vị tỏa ra của các thiết bị nhiệt động lực đặt trong buồng máy, đưa ra ởQui phạm

đầu lấy gió mặt trên

Mặt khỉ hứng

Boong tàuBoong trên

Buồng bơm

Hình 8.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thông gió buồng bơm tàu dầu

Thông gió cưỡng bức hầm hàng

Trên hình 8.5 mô tả sơ đồ nguyên lý của hệ thống thông gió cưỡng bức hầmhàng Quạt điện ly tâm đặt trong vỏ hình lưu tuyến (xuyên dòng) với cửa lấy gió 3 vàcửa hút 4 dạng lưới Để thay đổi hướng quay của cánh công tác hút gió nhờ van điềuchỉnh 5 trên vỏ, có thể nạp không khí bên ngoài vào khoang (vị trí I), hút không khí

ra (vị trí II) hay hoàn thiện viếc trao đổi khí trộn lẫn khi mở nắp 6 trên ống thông gió

7 Để phân phối, không khí đi vào hầm hàng theo đường 8 với cửa lùa gió 9

8.4 TÍNH TOÁN MẠNG LƯỚI THÔNG GIÓ

Mục đích tính toán đường ống của hệ thống thông gió là xác định mặt cắt đườngống dẫn không khí; các thông số chuyển động của không khí và cột áp cần thiết củaquạt gió của hệ thống.

Tính toán đường ống không khí được tiến hành bằng phương pháp giải tích hoặcbằng phương pháp tổn thất cột áp trên một đơn vị chiều dài ống Ngoài ra, trong thực

tế tính toán mạng lưới thông gió, phương pháp hỗn hợp được sử dụng rất phổ biến

-đó là sự kết hợp một cách hợp lý các công thức tính toán của hai phương pháp trên

Các đường kính mặt cắt ngang của các ống thông gió được xác định từ phươngtrình lưu lượng, theo công thức:

d  4.L YT

.v , m (8.13)

ở đây: LYT - lưu lượng của không khí trong đoạn ống, m 3 /s.

v - tốc độ không khí trong ống, m/s.

Khi tính toán thông gió nhân tạo, tốc độ không khí trong các đường ống chính

được lấy 10  15 m/s, còn trong các ống nhánh là 5  8 m/s.

Tốc độ ra của không khí từ thiết bị phân chia không khí vào khoảng 1  2 m/s.

Trong các đường dẫn của hệ thống thông gió tự nhiên, tốc độ tính toán của nó được

lấy bằng 1,5  2 m/s.

Trong trường hợp sử dụng ống dẫn khí có mặt cắt ngang là hình chữ nhật với các

cạnh là a và b thì tính toán được thực hiện đối với đường kính danh nghĩa của mặt cắt

hình tròn, giá trị của nó được tìm thấy theo công thức:

Hệ số cản ma sát  trong các đường ống không khí được lấy cho các đường ốngnhẵn ở chế độ chuyển động rối của không khí

Reynolds

  0,3164 Re 0,25 , ở đây

Re v.d



- số

Khi tính hệ thống thông gió người ta lấy không khí tiêu chuẩn có các thông sốsau: nhiệt độ t = 20 0 C; áp suất p = 760 mm.c.n; độ ẩm tương đối  = 50%; khối lượng riêng  = 1,2 kg/m 3 , mật độ  = 1,2 kG.s 2 /m 4, hệ số độ nhớt động học  =15,6.10-6 m 2 /s.

Sau khi thay các đại lượng này vào công thức (8.15), cuối cùng ta có

v1,75

h i  6,78

d1,25 , mm.c.n/m (8.16) với: d - m; v - m/s.

Khi ở nhiệt độ khác của không khí, thì ta tiến hành hiệu chỉnh lại:

, mm.c.n (8.18)

Sau khi xác định được tổn thất cột áp, người ta lựa chọn các quạt gió có cácthông số kỹ thuật gần nhất theo các catalogue Trên các tàu hơi nước, người ta dùngcác quạt gió có dẫn động từ động cơ điện

8.5 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Khái niệm điều hòa không khí được hiểu là xử lý lại nó, bao gồm lọc sạch bụi vàcác khí có hại, đưa nhiệt độ và độ ẩm tới trị số xác định cho trước trong khi vẫn bảođảm tốc độ chuyển động yêu cầu trong các buồng được nó phục vụ