Giáo trình điều hòa không khí - Chương 2

Chương 2: Ảnh hưởng của môi trường không khí và chọn thông số tính toán các hệ thống điều hòa không khí

CHƯƠNG II ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ VÀ CHỌN THƠNG SỐ TÍNH TỐN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ Mơi trường khơng khí xung quanh có tác động lớn trực tiếp đến người hoạt động khác Khi sống người nâng cao nhu cầu việc tạo môi trường nhân tạo phục vụ sống hoạt động người trở nên vơ cấp thiết Mơi trường khơng khí tác động lên người trình sản xuất thơng qua nhiều nhân tố, nhân tố sau ảnh hưởng nhiều đến người: - Nhiệt độ khơng khí t, oC; - Độ ẩm tương đối ϕ, %; - Tốc độ lưu chuyển không khí ω, m/s; - Nồng độ bụi khơng khí Nbụi, %; - Nồng độ chất độc hại Nz; % - Nồng độ ơxi khí CO2 khơng khí; NO2, NCO2, %; - Độ ồn Lp, dB Dưới nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố 2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ ĐẾN CON NGƯỜI 2.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ yếu tố gây cảm giác nóng lạnh người Cơ thể người có nhiệt độ xấp xỉ 37oC Trong trình vận động thể người luôn thải môi trường nhiệt lượng qtỏa Lượng nhiệt thể toả phụ thuộc vào cường độ vận động: vận động nhiều nhiệt lượng toả lớn Vì để trì thân nhiệt thể thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh Để thải nhiệt mơi trường thể có 02 hình thức trao đổi: - Truyền nhiệt môi trường chênh lệch nhiệt độ ∆t Nhiệt lượng trao đổi theo dạng gọi nhiệt qh - Thải nhiệt môi trường mồ hay cịn gọi toả ẩm Nhiệt lượng trao đổi hình thức gọi nhiệt ẩn qâ Mối quan hệ hình thức thải nhiệt nhiệt toả thể thể phương trình sau đây: qtỏa = qh + qâ (2-1) 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 Trong phương trình qâ đại lượng mang tính chất điều chỉnh, giá trị lớn nhỏ phụ thuộc vào mối quan hệ qtoả qh để đảm bảo phương trình (2-1) ln ln cân 12 - Nếu cường độ vận động người không đổi qtoả = const, qh giảm, chẳng hạn nhiệt độ môi trường tăng, ∆t = tct-tmt giảm; tốc độ gió giảm nhiệt trở tăng Phương trình (2-1) cân bằng, thể thải ẩm, qâ xuất tăng dần qh giảm - Nếu nhiệt độ môi trường không đổi, tốc độ gió ổn định nhiệt trở khơng đổi qh = const, cường độ vận động tăng qtoả tăng, phương trình (2-1) cân bằng, thể thải ẩm, qtoả tăng cao qâ tăng lên tương ứng Nếu lý cân gây rối loạn sinh đau ốm Quan hệ nhiệt nhiệt ẩn theo nhiệt độ môi trường thể hình 2-1 Hình 2.1 Quan hệ nhiệt qh nhiệt ẩn qâ theo nhiệt độ phòng - Nhiệt : Truyền nhiệt từ thể người vào môi trường xung quanh phương thức: dẫn nhiệt, đối lưu xạ Nhiệt qh phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ thể môi trường xung quanh ∆t = tct-tmt, tốc độ chuyển động dịng khơng khí nhiệt trở (áo quần, chăn vv ) Đặc điểm nhiệt phụ thuộc nhiều vào ∆t = tct-tmt : 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 = tcttmt 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 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 cân với nhiệt toả qtoả Để thải hết nhiệt lượng thể sinh ra, cần có hình thức trao đổi thứ 2, toả ẩm - Nhiệt ẩn: Nhiệt truyền mơi trường hình thức toả ẩm gọi nhiệt ẩn Tỏa ẩm xảy phạm vi nhiệt độ nhiệt độ môi trường cao, cường độ vận động lớn toả ẩm nhiều Nhiệt thể thải với nước dạng nhiệt ẩn, nên lượng nhiệt gọi nhiệt ẩn Ngay nhiệt độ môi trường lớn thân nhiệt (37oC), thể người thải nhiệt môi 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 khơng thuận lợi Rỏ ràng rằng, người sống phạm vi thay đổi nhiệt độ lớn, nhiên nhiệt độ thích hợp người nằm khoảng hẹp Nhiệt độ độ ẩm thích hợp người lấy theo TCVN 5687-1992 cho bảng 2-1 13 Bả ng 2-1: Thơng số vi khí hậu tiện nghi ứng với trạng thái lao động Trạng thái lao động Nghỉ ngơi Lao động nhẹ Lao động vừa Lao động nặng toC 22 - 24 22 - 24 20 - 22 18 - 20 Mùa Hè ϕ, % 60 - 75 60 - 75 60 - 75 60 - 75 ω, m/s 0,1-0,3 0,3-0,5 0,3-0,5 0,3-0,5 toC 24 - 27 24 - 27 23 - 26 22 - 25 Mùa Đông ϕ, % 60 - 75 60 - 75 60 - 75 60 - 75 ω, m/s 0,3-0,5 0,5-0,7 0,7-1,0 0,7-1,5 Trên hình 2.2 biểu thị đồ thị vùng tiện nghi hội lạnh, sưởi ấm, thơng gió điều hồ khơng khí Mỹ giới thiệu Đồ thị biểu diễn trục toạ độ với trục tung nhiệt độ đọng sương ts trục hoành nhiệt độ vận hành tv, nhiệt độ bên đồ thị nhiệt độ hiệu tương đương Nhiệt độ vận hành tv tính theo biểu thức sau: α t + α bx t bx (2-2) t v = dl k α dl + α bx tk, tbx - Nhiệt độ khơng khí nhiệt độ xạ trung bình, oC; αđl, αbx - Hệ số toả nhiệt đối lưu xạ, W/m2.K Nhiệt độ hiệu tương đương tính theo cơng thức: (2-3) t c = 0,5.(t k + t æ) − 1,94 ω K o tư - Nhiệt độ nhiệt kế ướt, C; ωK - Tốc độ chuyển độ khơng khí, m/s Hình 2.2 Đồ thị vùng tiện nghi theo tiêu chuẩn ASHRAE (Mỹ) Nhiệt độ hiệu tương đương xác định ảnh hưởng tổng hợp yếu tố : nhiệt độ, độ ẩm tốc độ chuyển động khơng khí đến người 14 Theo đồ thị tiện nghi, nhiệt độ hiệu thích hợp nằm khoảng 20÷26oC, độ ẩm tương đối khoảng 30÷70%, nhiệt độ đọng sương 2÷15oC Rỏ ràng theo đồ thị vùng tiện nghi Mỹ có điểm sai khác so với TCVN Trên hình 2.3 đồ thị vùng tiện nghi biểu diễn theo trục tung nhiệt độ nhiệt kế ướt tư trục hành nhiệt độ nhiệt kế khô tk, nhiệt độ nhiệt độ hiệu tc Theo đồ thị vùng tiện nghi nằm khoảng nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 10÷20oC, nhiệt độ nhiệt kế khơ từ 18÷28oC nhiệt độ hiệu từ 17÷24oC Hình 2.3 Đồ thị vùng tiện nghi theonhiệt độ tk tư 2.1.2 Ảnh hưởng độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng lớn đến khả mồ vào mơi trường khơng khí xung quanh Q trình xảy ϕ < 100% Độ ẩm thấp khả mồ lớn, thể cảm thấy dễ chịu Độ ẩm cao, hay thấp không tốt người - Khi độ ẩm cao: Khi độ ẩm tăng lên khả thoát mồ hôi 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 15 Hình 2.4 Giới hạn miền mồ da Trên hình 2.4 biểu thị miền xuất mồ bề mặt da Theo đồ thị ta thấy, ứng với giá trị độ ẩm định, nâng nhiệt độ lên giá trị bề mặt da xuất lớp mồ hôi ngược lại độ ẩm cao bề mặt da xuất mồ nhiệt độ khơng khí thấp Ví dụ độ ẩm 75% xuất mồ hôi nhiệt độ 20oC - 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 không tốt cho thể Độ ẩm thích hợp thể người nằm khoảng tương đối rộng ϕ= 60÷ 75% chọn theo TCVN 5687-1992 nêu bảng 2-1 2.1.3 Ảnh hưởng tốc độ khơng khí Tốc độ khơng khí xung quanh có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt trao đổi chất (thốt mồ hơi) 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 q lớn thể nhiều 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 phòng lọt hẳn vào khu vực (hình 2.5) Hình 2.5 Giới hạn vùng làm việc Tốc độ khơng khí lưu động lựa chọn theo nhiệt độ khơng khí phịng nêu bảng 2-2 Khi nhiệt độ phòng thấp cần chọn tốc độ gió nhỏ , tốc độ lớn thể nhiều nhiệt, ảnh hưởng sức khoẻ Để có tốc độ hợp lý cần chọn loại miệng thổi phù hợp bố trí hợp lý 16 Bảng 2.2 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 Theo TCVN 5687:1992 tốc độ khơng khí bên nhà quy định theo bảng 2-3 Bảng 2.3 Tốc độ khơng khí nhà qui định theo TCVN 5687 : 1992 Loại vi khí hậu Vi khí hậu tự nhiên Vi khí hậu nhân tạo Mùa Hè ≥ 0,5 m/s 0,3 m/s Mùa Đông ≤ 0,1 m/s 0,05 Như vậy, chế độ điều hồ khơng khí, tốc độ gió thích hợp nhỏ Vì người thiết kế phải ý đảm bảo tốc độ hợp lý 2.1.4 Ảnh hưởng bụi Độ khơng khí tiêu chuẩn quan trọng cần khống chế khơng gian điều hồ thơng gió Tiêu chuẩn quan trọng đối tượng bệnh viện, phòng chế biến thực phẩm, phân xưởng sản xuất đồ điện tử, thiết bị quang học vv Bụi phần tử vật chất có kích thước nhỏ bé khuếch tán mơi trường khơng khí Khi khơng khí có chất độc hại chiếm tỷ lệ lớn có ảnh hưởng đến sức khỏe người: ảnh hưởng đến hệ hô hấp, thị giác chất lượng sống Đặc biệt đường hô hấp, hạt bụi nhỏ ảnh hng ca chỳng cng ln, vi c ht 0,5 ữ10àm chúng thâm nhập sâu vào đường hơ hấp nên cịn gọi bụi hơ hấp Mức độ tác hại chất tùy thuộc vào chất bụi, nồng độ khơng khí, thời gian tiếp xúc người, tình trạng sức khỏe, kích cỡ hạt bụi vv - 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 - Về chất : Bụi có nguồn gốc hữu vơ Nói chung bụi vơ có hại bụi hữu có thường có kích thước nhỏ có số lượng lớn hơn, thường gặp thực tế Nhất tình hình thị Việt Nam hiên nam trình cải tạo xây dựng toàn diện - Nồng độ bụi cho phép khơng khí phụ thuộc vào chất bụi thường đánh giá theo hàm lượng ôxit silic (SiO2) lấy thao bảng 2.4 đây: Bảng 2.4 Nồng độ cho phép bụi khơng khí Hàm lượng SO2, % Z > 10 ÷ 10 Nồng độ bụi cho phép khơng khí khu làm việc Zb < mg/m3 2÷4 17 Nồng độ bụi cho phép khơng khí tuần hồn Zb < 0,6 mg/m3 < 1,2