Chuong II - TTÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH

Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển, công việc tính phụ tải lạnh cho các công trình điều hòa không khí rất đa dạng về phương pháp, thuật toán tính toán và các phần mềm hỗ trợ tính toán phụ tải lạnh cũng phát triển mạnh, hỗ trợ cho công việc tính toán phụ tải ngày một tốt hơn, nhanh hơn và chính xác hơn Thông qua đó chúng

ta có một số phương pháp thường ứng dụng như: Phương pháp truyền thống, phương pháp CARRIER, phương pháp ứng dụng phần mềm tính tải TRACE 700 của hãng TRANE,…

Các phương pháp và các phần mềm đều cho kết quả tương tự nhau, có thể ứng dụng tốt cho việc tính toán phụ tải lạnh cho các công trình Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm, nhược điểm riêng, do đó tùy theo người sử dụng mà có được sự chọn phương pháp tính toán phụ tải thích hợp

Trong khuôn khổ luận văn trình bày phương pháp tính toán phụ tải bằng tay là phương pháp CARRIER và kiểm nghiệm lại kết quả tính toán bằng phần mềm TRACE 700 của hãng TRANE

2.1 Tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp CARRIER

2.1.1 Lý thuyết về phương pháp Carrier

Năng suất lạnh Q0 của máy làm lạnh chính là phụ tải lạnh Q0 trong không gian cần điều hòa và của gió tươi lấy từ bên ngoài Theo tài liệu [3, trang 141] thì phương pháp tính tải lạnh Carrier chỉ khác phương pháp truyền thống ở cách xác định năng suất lạnh Q0 mùa hè và năng suất sưởi Q0 mùa đông bằng cách tính riêng tổng nhiệt hiện thừa Qht và nhiệt ẩn thừa Qât của mọi nguồn nhiệt tỏa ra và thẩm thấu tác động vào phòng điều hòa:

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH

Chương

II

Nguồn nhiệt tổn thất do bức xạ Qt , bao che Q2 , và nhiệt tỏa Q3 chỉ có nhiệt hiện Riêng nhiệt tỏa do người Q4, gió tươi QN và gió rò lọt Q5 gồm hai thành phần hiện và

ẩn

Theo tài liệu [3, trang 142] thì các phương pháp lập sơ đồ điều hòa mùa hè, mùa đông cũng như các sơ đồ thẳng, tuần hoàn 1 cấp, 2 cấp và phun ẩm bổ sung trong gian máy đều giống như phương pháp truyền thống khác biệt duy nhất là tất cả tiến hành trên đồ thị t – d (đồ ẩm) của không khí theo Carrier

Đối với việc tính toán phụ tải lạnh cho công trình này thì chúng ta sẽ tính phụ tải cho hai mùa trong năm là mùa mưa và mùa khô Trong mỗi mùa đó thì chúng ta chỉ tính chi tiết Q11 theo các tháng trong năm Nhưng vì mùa khô và mùa mưa ở thành phố Hồ Chí Minh thì cũng không khác nhau bao nhiêu, do đó ta có thể bỏ qua mùa mưa, mà chỉ cần tính toán phụ tải cho mùa khô thì mùa mưa sẽ luôn thỏa mãn

Vì đối với phương pháp Carrier này thì trong các Q thành phần thì chỉ có Q11

biến thiên theo thời gian, nó phụ thuộc vào R,W/m 2, tuy Q21 có phụ thuộc vào R nhưng không biến thiên đáng kể nên chúng ta có thể tra bảng kết quả Rnằm ngang sau khi phân tích và xác định được tháng, ngày, giờ mà có lượng Rmax Hình 2.1 thể hiện các thành phần nhiệt tác động vào không gian cần điều hòa

2.1.2 Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q 11

Q’11 = Sk.RT.𝜀c 𝜀ds 𝜀mm 𝜀kh 𝜀 m 𝜀r ,W (2.2) Trong đó:

nt – hệ số tác dụng tức thời

Do chung cư hoạt động 24/24, tường xây bằng gạch + vữa trét hai lớp nên theo [3, bảng 4.11, trang 166] chọn 𝜌s = 1350kg/m3, trần nhà và sàn nhà là bê tông cót thép nên 𝜌s = 2400kg/m3, kính cửa sổ có 𝜌s = 2500kg/m3, mà do công trình đang khảo sát đại đa số là không có vách tường xây bằng gạch + vữa mà chủ yếu là kính nên ta tính

khối lượng bình quân trên 1m 2 như sau: [(khối lượng của vách quay ra ngoài + 0,5(khối lượng của cách vách khác như: sàn, trần, vách không qquay ra ngoài)]/diện tích sàn

Lấy ngẫu nhiên số liệu của một kiểu phòng B5:

Kiểu căn hộ Số lượng Diện tích phòng cần

Suy ra diện tích nền là 118m 2 ; diện tích trần nhà là 118m 2 và chọn ; diện tích 2 mặt

xung quanh (có một cạnh có kính) là 12.3,8 = 45,5m 2, trong đó có một mặt có cạnh

tường bị hắt nắng có diện tích là 7,5m 2 và kính còn lại là 38m2; diện tích 2 mặt xung

quanh còn lại là 37,4m 2 Được biết tường, trần và sàn dày 200mm, kính dày 6mm

Coi như mỗi phòng có tính hai vách ngăn chia phòng ngủ, phòng khách, phòng

tắm,…và chúng có diện tích bằng diện tích cạnh bên là 2.37,4 = 74,8m 2 Đối với phòng có hai bề mặt tường hoặc hai bề mặt kính bị hắt nắng thì sẽ tự thỏa mãn Vậy ta có:

độ bức xạ lớn nhất trong năm mà phần mềm excel đã phân tích được Tại bảng 2.7 là

giá trị nt ứng với thời điểm có bức xạ lớn nhất trong ngày

- Q’11 – lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng, W

- Sk – diện tích bề mặt kính cửa sổ, m2

- RT – nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng, W/m2

Công trình CR3.1 – A ở TP.Hồ Chí Minh nên vĩ độ Bắc là 100 Bắc

- 𝜀c – hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển, tính theo công thức:

𝜀c = 1 + 𝐻

1000 0,023

Công trình CR3.1 – A ở TP.Hồ Chí Minh coi như là cao bằng mực nước biển, nên 𝜀c = 1

- 𝜀ds – hệ số kể đến sự chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát

so với nhiệt độ đọng sương của không khí trên mặt nước biển là 200C, xác định theo công thức:

𝜀ds = 1 – 𝑡−20

10 0,13 Công trình CR3.1 – A thì nhiệt độ đọng sương trung bình là 240C

=> 𝜀ds = 1 – (24−20)

10 0,13 = 1 – 0,052

- 𝜀mm – hê số ảnh hưởng của mây mù, khi trời không mây 𝜀mm = 1, khi trời có mây 𝜀mm = 0,85

Công trình CR3.1 – A được xem là trời không mây mù nên chọn 𝜀mm = 1

- 𝜀kh – hê số ảnh hưởng của khung, khung gổ lấy 𝜀kh = 1, khung kim loại lấy 𝜀kh = 1/0,85 = 1,17

Công trình CR3.1 – A sử dụng khung kim loại nên chọn 𝜀kh = 1,17

- 𝜀m – hệ số kính, phụ thuộc màu sắc và kiểu loại kính khác với kính cơ bản Kính

cơ bản là loại kính trong suốt, dầy 3 mm, có hệ số hấp thụ 𝛼 = 6%, hệ số phản xạ

𝜌 = 8% ứng với góc tới của tia phản xạ là 300

- 𝜀r – hệ số mặt trời, kể đến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên trong kính, khi không có màn che bên trong thì 𝜀r = 1

Nếu khác kính cơ bản và có rèm (màn) che bên trong, nhiệt bức xạ mặt trời vẫn được tính theo công thức (2.2) nhưng 𝜀r = 1, 𝜀m = 1 và RT được thay bằng nhiệt bức xạ vào phòng khác kính cơ bản RK:

Q’11 = Sk.RK.𝜀c 𝜀ds 𝜀mm 𝜀kh 𝜀m 𝜀r , W (2.3) Với:

Với 𝛼k, 𝜏k, 𝜌k, 𝛼m, 𝜏m, 𝜌m – hệ số hấp thụ, xuyên qua, phản xạ của kính và màn che Tra tài liệu [3, bảng 4.3 và bảng 4.4, trang 153], ta được với kính loại Calorex, màu xanh, dày 6mm thì 𝛼k, 𝜌k, 𝜏k, lần lượt là 0,75; 0,05 ; 0,2 và với màn che cửa chớp màu nhạt thì 𝛼m, 𝜌m , 𝜏m lần lượt là 0,37 ; 0,51 ; 0,12

Từ công trình CR3.1 – A ta có bảng 2.1 thể hiện hướng mặt trời chiếu vào các kiểu không gian

Bảng 2.1

Công thức

Đông Bắc

(450) 483

B5, B6, C8, Office 2, phòng máy tính;

Office 1, Office 3, Nhà hàng 1, Nhà hàng 2, P.T.Dục,

8 (4); (5)

Đông Nam

(1350) 514

B3, B4, C4, C5, Coffee 2, Sảnh 2, Shop 5 9 (2) Tây Bắc

Office 1, Office 3, Nhà hàng 1, Nhà hàng 2, P.T.Dục,

15 (1); (5)

Từ phần mềm excel ta nhập dữ liệu và xây dựng các bảng sau:

Điều kiện tự nhiên của công trình CR3.1 –A:

Điều kiện tự nhiên

Loại màn, cửa xếp Số 1 Hs mặt trời 0,56

Loại kính, liệt kê tính bức xạ và hệ số kính của các loại kính 𝜀𝑚 được tra từ tài liệu [3, bảng 4.3, trang 153]

Loại màn, cửa xếp, đặc tính bức xạ của màn che và hệ số mặt trời 𝜀𝑟 được tra từ tài liệu [3, bảng 4.3, trang 153])

Qua tính toán của phần mềm Excel cho ta kết quả Q11 lớn nhất trong năm như sau: Q11 lớn nhất trong năm là : Q11 = 1140645,5W

Suy ra vào lúc 15 giờ một ngày nào đó tháng 11 và cũng là vào lúc 15 giờ một ngày nào đó tháng 1 là lúc Q11 đạt giá trị lớn nhất Từ đó ta tra tài liệu [3, bảng 4.1, trang

146 – 148] và [3, bảng 4.6, trang 156] ta có bảng 2.3 là tổng diện tích kiếng, Rmax và

nt vào lúc 15giờ một ngày bất kỳ tháng 11 (và tháng 1) của công trình theo các hướng:

Từ công thức (2.2) và (2.3) và bảng 2.1, bảng 2.3 suy ra: Tính với RT = RMax (W/m2) Hướng Tây Nam:

Q11 = [nt.1.(1 – 0,052).1.1,17.1.1.( 0,4253.RTtn).0,88-1.(Sktn/2)]+[ nt.1.(1 –

- 0,052).1.1,17.1.1.( 0,4253.RTđb).0,88-1.(Skđb/2)] ,W (5)

Trong đó : RTđb, Skđb ; RTtn , Sktn ; RTtb , Sktb và RTđn , Skđn lần lượt là nhiệt bức xạ mặt

trời qua cửa kính vào trong phòng (W/m 2 ) và diện tích bề mặt kính cửa sổ (m 2) của hướng Đông Bắc, Tây Nam, Tây Bắc và Đông Nam

2.1.3 Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do ∆t - Q 21

Theo tài liệu [3, trang 161] thì mái bằng của phòng điều hòa có ba dạng:

a Phòng điều hòa nằm giữa các tầng trong một tòa nhà điều hòa, nghĩa là bên trong

là phòng điều hòa khi đó ∆t = 0 và Q21 = 0

b Phí trên phòng điều hòa đang tính toán là phòng không điều hòa, khi đó lấy k ở [3, bảng 4.15] và ∆t = 0,5(tN - tT)

c Trường hợp trần mái có bức xạ mặt trời, đối với tòa nhà nhiều tầng, đây là mái bắng tầng thượng thì lượng nhiệt truyền vào phòng gồm hai thành phần, do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời và do sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong nhà

và ngoài nhà

Ta nhận thấy chung cư CR3.1 – A là chỉ có lầu 7 (lầu thượng) là chịu nhiệt truyền qua

mái bằng bức xạ mặt trời và do ∆t Do đó ta khảo sát trường hợp (c.) cho lầu 7

Ta có :

Trong đó:

- K – hệ số truyền nhiệt qua mái, phụ thuộc vào kết cấu và vật liệu làm mái,W/m 2 K

Tra tài liệu [3, bảng 4.9, trang 163] với mái trần bằng trần bê tông dầy 300 mm với lớp vữa xi măng cát dầy 25 mm, trên có lớp bitum, gs = 797kg/m2 , trần giả

bằng thạch cao dày 12 mm, tra được k = 1,42W/m 2 K

- ∆ttd – hiệu nhiệt độ tương đương giữa nhiệt độ bên ngoài và bên trong không gian cần điều hòa, 0 C

∆ttd = tN – tT + 𝜀𝑠 𝑅𝑁

𝛼 𝑁 với RN = RT/0,88

- 𝜀𝑠 - là hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời của một dạng bề mặt mái giới thiệu trong [3, bảng 4.10, trang 164]

Tra bảng với bề mặt trát vữa, màu vàng, trắng ta được 𝜀𝑠 = 0,42

- RT - là nhiệt bức xạ mặt trời qua mái bằng phẳng vào trong phòng,W/m2

Tra [3, bảng 4.1, trang 145] ứng với tháng 11 và tháng 1 ta được RT = 662W/m2

𝛼𝑁 = 20W/m 2 – hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp với không

khí bên ngoài

Từ công thức (2.4) suy ra:

Q21 = k.S ∆ttd = 1,42.( 34,6 – 24 + 0,42.662

0,88.20 ).SN = 37,49.SN ,W

2.1.4 Nhiệt hiện truyền qua vách Q 22

Theo tài liệu [3, trang 165] thì nhiệt truyền qua vách Q22 cũng gồm hai thành phần:

 Do chênh lệch giữa nhiệt độ ngoài trời và trong nhà ∆t = tN – tT , 0 C

 Do bức xạ mặt trời vào tường, ví dụ hướng đông, tây, … tuy nhiên phần nhiệt này được coi bằng không khi tính toán

Ở đây tạm định nghĩa: Vách là toàn bộ bao che tường, của ra vào, của sổ,…Tường là bao che xây bằng gạch, vữa, ximăng, bê tông nặng,…

- 𝛼𝑁 = 20W/m 2 K – hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp

- 𝛼𝑇 = 10W/m 2 K – hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà

- 𝛿𝑖 – độ dày vật liệu lớp thứ 1, thứ 2 của cấu trúc tường,m

Từ số liệu của công trình CR3.1 – A ở chương 2 ta có 𝛿1 = 0,01m, 𝛿2 = 0,18m

- 𝜆𝑖 – hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu thứ 1, thứ 2 của cấu trúc tường,W/mK

- St2 – diện tích tường phía bị hắt nắng mặt trời,m2

- Tra tài liệu [3, bảng 4.11, trang 166] với 𝛿1 và 𝛿2 ta được 𝜆1 = 0,93W/mK và 𝜆2 =

0,8W/mK

St2 – Diện tích tường của hai bề mặt phòng giáp với hành lang đi lại giữa các phòng, giáp với thang máy, nhà kho,…của tổng từ lầu 3 tới lầu 7 là: St2 = 7000m2 Vì do chung cư này ko có điều hòa không khí cho hành lang đi lại giữa các phòng, các tầng hay cầu thang bộ nên chúng ta phải tính toán nhiệt hiện truyền qua tường cho các bức tường đó cộng thêm các bức tường phía hắt nắng mặt trời Theo công thức (2.5) suy ra:

- Đối với lầu 3 đến lầu 7:

Mỗi kiểu phòng từ lầu 3 tới lầu 7 đều xài một cửa chính cho mỗi phòng Cửa có Sc

= 1,3.2,3 = 2,99m 2 Còn lầu trệt và lầu 2 thì xem cửa và tường là một vì chúng đều được cấu tạo là một loại kiếng nên nó có trong thành phần tính nhiệt tuyền qua kính cửa sổ Q22k và xem như Q22c = 0

 kc – hệ số truyền nhiệt qua cửa,W/m2 K

Tra [3, bảng 4.12, trang 169] với của bằng gỗ dầy 40mm , kc = 2,23W/m 2 K,

Từ công thức (2.6) suy ra:

- Đối với lầu 3 tới lầu 7:

Tra [3, bảng 4.13, trang 169] thì đối với lầu trệt + lầu hai thì kính là một lớp, chọn

kk = 5,89 Còn đối với từ lầu 3 đến lầu 7 thì chủ yếu là xài kính hai lớp cách nhau

5mm nên chọn kk = 3,35

Từ công thức (2.7) suy ra:

- Đối với lầu 3 tơi lầu 7:

Trong đó:

 k – hệ số truyền nhiệt qua sàn hoặc qua nền, W/m2 K

Tra [3, bảng 4.15, trang 170] với sàn bê tông dầy 200mm có lớp vữa ở trên 25mm, vào mùa hè, phía trêncó lót gạch Vinyl 3mm thì ta được k = 2,15

 SN – diện tích sàn (nền), m2

Ở đây cũng sảy ra ba trường hợp tương tự :

 Sàn đặt ngay trên mặt đất: lấy k của sàn bê tông dầy 200mm, ∆t = tN – tT

 Sàn đặt trên tầng hầm hoặc phòng không điều hòa: lấy ∆t = 0,5(tN – tT ) nghĩa là tầng hầm hoặc phòng không điều hòa có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình giữa bên ngoài và bên trong

 Sàn giữa hai phòng điều hòa: Q23 = 0

Do đó ta chỉ tính Q23 cho lầu trệt có sàn đặt trên tầng hầm, suy ra:

∆t = 0,5(tN – tT)

Từ công thức (2.8) suy ra:

Q23 = k.SN ∆t = 2,15.SN 0,5(tN – tT) = 2,15 SN 0,5(34,6 – 21 ), W

2.1.6 Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q 31

Có hai loại đén dùng cho chiếu sáng là đèn dây tóc và đèn huỳnh quang

 Với đèn dây tóc: Q = 𝑁, W

 Với đèn huỳnh quang: Q = 1,25 𝑁 , W

Nhưng do ở chung cư CR3.1 – A chưa xác định rõ được tổng công suất đèn nên có thể

chọn theo tiêu chuẩn theo tài liệu [3, trang 171] là Q = 10 ÷ 12 W/m 2 sàn

Nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng cũng gồm hai thành phần: bức xạ và đối lưu Phần bức

xạ cũng bị kết cấu bao che hấp thụ nên nhiệt tác động lên tải lạnh cũng nhỏ hơn trị số tính toán được:

Trong đó:

 nt – hệ số tác dụng tức thời của đèn chiếu sáng

Tra [3, bảng 4.8, trang 158] với thời gian sử dụng đèn là 10giờ

Theo tài liệu [3, trang 171], đối với lầu trệt và lầu 2 thì chọn Q = 12W/m 2, còn đối

với từ lầu 3 đến lầu 7 thì chọn Q = 10W/m 2

Từ công thức (2.9) suy ra:

- Đối với rừ lầu 3 đến lầu 7:

Q31 = nt nd.Q = 0,87.0,5.10.SN ,W

- Đối với từ lầu trệt đến lầu 2:

Q31 = nt nd.Q = 0,87.0,9.12.SN ,W

Trong đó:

SN – diện tích sàn của không gian cần điều hòa, m2

2.1.7 Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc Q 32

Trong mỗi văn phòng làm việc, căn hộ cho thuê đều trang bị máy tính, máy photocopy, máy in,… thì mỗi máy tỏa ra lượng nhiệt hiện và làm không khí trong phòng nóng lên

Nhiệt hiện tỏa ra do máy và dụng cụ điện như Tivi, DVD, Amply, máy vi tính, máy sấy tóc, bàn là, lò vi sóng, tủ lạnh, …trong gia đình hoặc văn phòng là các loại không dùng động cơ điện thì có thể tính như nguồn nhiệt tỏa của đèn sáng:

Q32 = 𝑁𝑖 , W

Nhiệt tỏa ra do máy móc dùng động cơ điện như quạt gió trong hệ thống ống gió hoặc trong các phân xưởng như máy dệt, máy kéo sợi, máy in, máy cuốn thuốc

lá,…sẽ được chia thành 3 trường hợp để tính toán như sau:

o Động cơ điện và máy móc đều nằm trong phòng điều hòa với công suất định mức

N, W và hiệu suất động cơ 𝜂 đầy tải thì :

việc của từng thiết bị đó Dòng nhiệt tỏa ra có thể lấy bằng Q32 đã tính ở trên nhân với thời gian làm việc của động cơ và chia cho tổng thời gian điều hòa trong ngày

Nhưng ở chung cư CR3.1 – A chúng ta chưa xác định rõ được trong các văn phòng, các căn hộ đó có bao nhiêu máy móc thiết bị với công suất ghi trên nhãn là bao nhiêu

Do đó chúng ta có thể chọn theo tiêu chuẩn của ASHREA tài liệu [7] và từ tài liệu [3, trang 171] Bảng 2.4 thể hiện hệ số nhiệt chiếu sáng và nhiệt máy móc, thiết bị của từng loại không gian, (W/m2)

Hệ số nhiệt máy móc thiết bị đối với phòng máy tính là rất lớn vì trung bình thì cứ

khoảng (1 ÷ 2) m 2 /máy vi tính Mà mỗi máy vi tính có công suất tiêu thụ trung bình

khoảng 300 ÷ 500 W, tra tài liệu [3, bảng 4.16, trang 173] ta được 𝜂 =0,7 Vậy suy ra

Q32 đối với một máy tính là: Q32 = 300/0,7 = 430W

Vậy nên ta có:

Q32 = n.SN ,W

Trong đó:

n – hệ số nhiệt máy móc thiết bị, W/m 2

SN – diện tích sàn của không gian cần điều hòa, m2

2.1.8 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra Q 4

a Nhiệt hiện do người tỏa vào phòng chủ yếu bằng đối lưu và bức xạ, được xác

định theo biểu thức:

Trong đó:

n – số người ở trong phòng điều hòa

Nếu không biết chính xác lấy các giá trị định hướng theo [3, bảng 4.17, trang 174]