Công trình được xây dựng tại thành phố Nha Trang, căn cứ vào điều kiện khí hậu tại nơi đây ta chọn các thông số nhiệt độ, độ ẩm ngoài trời vào mùa hè theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687-1992.
Thông số nhiệt độ và độẩm ngoài trời tN, φN vào mùa hè được chọn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687-1992, cụ thể như sau:
- tN = ttbmax (nhiệt độ cực đại trung bình của tháng nóng nhất)
- φN =φ13-15 (Độẩm không khí lấy vào thời điểm 13-15h trong ngày của tháng nóng nhất).
Theo bảng 1.7 [4,22] nhiệt độ và độ ẩm của các địa phương dùng để tính toán hệ thống điều hoà không khí trích từ TCVN 4088-1985 ta có các thông số tính toán ngoài trời tN, ϕN của công trình cho hệ thống ĐHKK cấp 3 tại tp Nha Trang như sau:
Bảng 3.3. Thông số tính toán ngoài trời Mùa Thông số Nhiệt độ tN, oC ĐộẩmφφφφN (%) Entanpy IN (kJ/kg) Độ chứa ẩm dN (g/kgkkk) Nóng 33.7 59 84.5 19.4 3.2.3. Tốc độ không khí
Tốc độ không khí trong không gian điều hòa có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt và mức độ ra mồ hôi của cơ thể con người với môi trường xung quanh. Khi tốc độ không khí lớn, cường độ trao đổi nhiệt, ẩm tăng. Khi nhiệt độ không khí thấp, tốc độ lớn thì cơ thể mất nhiệt gây cảm giác lạnh và ngược lại. Do vậy cần phải chọn tốc độ gió cho phù hợp.
Tốc độ gió phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ gió, cường độ lao động, độẩm, trạng thái sức khỏe, thói quen…Thông thường tốc độ gió tiện nghi được lấy trong khoảng 0.3 ÷ 1.5 m/s. Tuy nhiên, qua nghiên cứu ta thấy con người sẽ cảm thấy dễ chịu khi tốc độ không khí xung quanh khoảng 0.25 m/s.
3.3. Tính toán cân bằng nhiệt ẩm Lựa chọn phương pháp tính toán Lựa chọn phương pháp tính toán
Trong không gian điều hòa luôn phát sinh nguồn nhiệt thừa và ẩm thừa. Nhiệm vụ cơ bản của điều hoà không khí là cấp không khí có trạng thái thích hợp sau khi đã được xử lí nhiệt, ẩm vào không gian điều hòa để khử nhiệt thừa và ẩm thừa đó.
Nguồn nhiệt thừa, ẩm thừa là tổng cộng các lượng nhiệt ẩm truyền qua kết cấu bao che của không gian phòng do chênh lệch nhiệt độ, áp suất riêng phần hơi nước trong không khí giữa bên ngoài và bên trong phòng cùng với lượng nhiệt ẩm xâm nhập vào phòng hoặc phát sinh ra bên trong phòng từ các nguồn nhiệt ẩm khác nhau như bức xạ mặt trời, thắp sáng, cơ thể con người…
Có nhiều phương pháp tính cân bằng nhiệt ẩm khác nhau để xác định năng suất lạnh yêu cầu. Tuy nhiên có hai phương pháp phổ biến được áp dụng tính toán là phương pháp
truyền thống và phương pháp Carrier. Ở đây em chọn phương pháp Carrier để tính cân bằng nhiệt ẩm vì phương pháp này vừa dễ hiểu vừa chi tiết, khoa học.
Công trình “ Khách sạn DENDRO GOLD” được xây dựng với mục đích là khách sạn. Nó bao gồm 23 tầng, do kiến trúc các tầng khác nhau nên trong quá trình tính toán nhiệt ta phải tính cho riêng từng tầng. Tổng nhiệt hiện thừa, nhiệt ẩm thừa của công trình là lượng nhiệt hiện thừa, nhiệt ẩm thừa của cả 23 tầng. Dựa vào lượng nhiệt thừa tính toán được của mỗi tầng mà ta sẽ phân phối số lượng các dàn lạnh có công suất phù hợp.
Năng suất lạnh của hệ thống Q0 là tổng nhiệt thừa, nhiệt ẩm của công trình:
0 t ht ât
Q =Q =∑Q +∑Q
Trong đó:
Qht: nhiệt hiện thừa
Qat: nhiệt ẩm thừa
Theo Carrier các nguồn nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩn thừa được tính toán theo sơđồ dưới đây:
Hình 3.2. Sơđồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier
Q0 = Qt = ∆Qht +∆Qât
Nhiệt hiện thừa Qht do: Nhiệt ẩn thừa Qât do:
Gió tươi hiện QhN Gió tươi ẩn QâN Đèn Q31 Máy Q32 Người hiện Q4h Người ẩn Q4â Gió lọt ẩn Q5â Gió lọt hiện Q5h Vách Q22 Nền Q23 Khác Q6 Trần Q21 Qua kín h Q11 Do gió tươi QN Nhiệt toả Q3 NgQườ4 i Giólọt Q5 Bức xạ Q1 ∆t qua bao che Q2 Nguồn khác Q6
3.3.1. Lượng nhiệt bức xạ qua kính Q11
Khách sạn DENDRO GOLD là một công trình theo hướng Bắc Nam. Đa số các cửa kính đều thẳng đứng theo kiến trúc của công trình, kính được lựa chọn sao cho hạn chế tối đa lượng nhiệt bức xạ mặt trời xâm nhập vào phòng nhưng vẫn đảm bảo đủđộ sáng trong phòng, tạo cảm giác thoải mái và tính thẩm mĩ của công trình.
Để xác định hướng nhận bức xạ nhiệt chính của công trình, ta tiến hành tính toán riêng cho từng hướng khác nhau.
Nhiệt bức xạ qua kính được xác định theo biểu thức:
Q11 = nt x Q11’ (3.1) Trong đó:
- nt : Hệ số tác động tức thời, được chọn căn cứ vào hướng bức xạ, thời điểm bức xạ của hướng có nhiệt bức xạ lớn nhất. Hệ số nt = f(gs) với gs ( kg/m2 sàn ) là giá trị mật độ (khối lượng riêng) diện tích trung bình của toàn bộ kết cấu bao che ( bao gồm: tường, trần, sàn ). Giá trị của gs tính như sau: = s g , 0.5 ,, s G G F + (kg/m2) (3.2)
G’: Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời và của sàn nằm trên mặt đất (kg).
G”: Khối lượng tường không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất (kg).
Fs : Diện tích sàn (m2).
- '
11
Q : Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng (W).
Vì tất cả các cửa đều lắp kính khác kính cơ bản và bên trong không có rèm che nên
' 11
Q được tính theo công thức sau:
Q’11 = FxRFxεcx εđsx εmmx εkhx εmx εr (3.3) Trong đó:
- εc: Hệ sốảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển. Được tính theo biểu thức: 1 0.023
1000
c
H
ε = + × (3.4)
εc = 1 0.0 23 1 3 0.0 23 1
10 0 0 10 00
H
+ × = + × ≈
- εđs: Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh lệch giữa nhiệt độđọng sương của không khí quan sát so với nhiệt độđọng sương của không khí ở trên mặt nước biển là 20oC, xác định theo biểu thức: 20 1 0.13 10 s đs t ε = − − × (3.5)
Dựa vào đồ thị I-d ta xác định được nhiệt độđọng sương ts = 24.5oC 24.6 20 1 0.13 0.9415 10 đs ε = − − × = Lấy εđs =0.94.
- εmm:Hệ sốảnh hưởng của mây mù, khi trời không có mây mù thì εmm= 1
- εkh: Hệ sốảnh hưởng của khung, khung kim loại chọn εkh= 1.17
- εm: Hệ số kính phụ thuộc vào màu sắc, kiểu loại kính khác kính cơ bản
- εr: Hệ số mặt trời, kểđến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên trong kính Toàn bộ cửa sổ, cửa ra vào của các phòng ở khách sạn đều sử dụng một loại kính như nhau: kính trong phẳng, dày 6 mm.
Theo bảng 4.3[4,153] ta chọn εm= 0.94. Vì có rèm che (mành mành màu sáng) nên ta lấy εr = 0.56. Từđó ta có giá trị các hệ số liên quan được cho ở bảng dưới.
Bảng 3.4. Bảng liệt kê giá trị các hệ số liên quan
Hệ số εc εđs εmm εkh εm εr
Giá trị 1 0.94 1 1.17 0.94 0.56
- F: Diện tích cửa kính có tính cả khung
- RF: Bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng (W/m2) max(W / 2) 0.88 T N R R = m (3.6)
Giá trị của RTmax phụ thuộc vào vĩđộ, tháng, hướng của kính.
Nha Trang ở vĩđộ 10, tra bảng 4.2 [4,152], ta có các giá trị của RTmax như sau:
- Rtmaxnam = 378 (W/m2) RNnam = 429.5 (W/m2)
- Rtmaxđông = 517 (W/m2) RNđông = 587.5 (W/m2)
( ) 0.4 0.4 F K K m m K m k m N R = ×α +τ α +τ + ρ ×ρ + ×α ×α ×R Bảng 3.5. Các thông số của kính và màn che K α - αm ρK - ρm τK- τm Kính 0.15 0.08 0.77 Mành mành màu sáng 0.37 0.51 0.12
Tính toán ví dụ cho tầng 6 phòng 6F1. Các thông số: - Chiều dài phòng 8.865m, chiều rộng phòng 3.8m.
- Lấy vật liệu tường có khối lượng 331 kg/m2, của sàn 720 kg/m2. - Diện tích kính:
Fkính hướng Nam = 1.87x1.5 = 2.805 (m2)
Xác định giá trị nt
Diện tích sàn: Fs = 8.865x3.8 – 1.73x1.03 = 31.9 (m2)
Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời và của sàn nằm trên mặt đất:
G’ = 331xFtường tây
= 331x8.865x2.35= 6895.6 (kg)
Khối lượng tường không trực tiếp tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn và trần không nằm trên mặt đất:
G’’= 331x(Ftường đông + Ftường bắc ) + 720x2xFS
= 331x(8.865x2.35 + 3.8x2.35) + 720x2x31.9 = 55795 (kg) Thay G’, G”, FS vào công thức, ta có:
= s g , 0.5 ,, s G G F + = 6895.6 0.5 55795 31.9 + × = 1093.5 (kg/m2) Tra bảng 4.6 [4,156], ta có các giá trị nt: ntnam=0.67
• Tính ví vụ Q11 cho phòng 6F1:
Q11 = ntx FxRFxεcx εđsx εmmx εkhx εmx εr
( ) 0.4 0.4 Fnam K K m m K m k m Nnam R = ×α +τ α +τ + ρ ×ρ + ×α ×α × R = 429.5x[0.4x0.15+0.77(0.37+0.12+0.08x0.51+0.4x0.15x0.37) = 208.7 (W/m2) Q11 = 0.67x2.805x208.7x1.17x0.94x0.56x0.94x1x1= 227.4 (W)
Tương tự tính toán cho tất cả các phòng. Kết quả tính toán xem phụ lục 1.
3.3.2. Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do ∆∆∆∆t: Q21
Mái bằng của phòng điều hòa có 3 dạng:
Phòng điều hòa nằm giữa các tầng trong tòa nhà điều hòa khi đó ∆ = 0, Q21 = 0. Phía trên phòng điều hòa đang tính toán là phòng không điều hòa khi đó
) ( 5 . 0 tN tT t= − ∆ , k lấy theo bảng 4.15. [4,170].
Trường hợp trần mái có bức xạ mặt trời ( tầng thượng ) thì lượng nhiệt truyền vào phòng gồm 2 thành phần: do bức xạ mặt trời và do chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong nhà và ngoài nhà.
Phòng điều hòa nằm giữa các tầng trong một toà nhà điều hòa, nghĩa là bên trên cũng là không gian điều hòa khi đó ∆t= 0.
Trong công trình này thì toàn bộ các phòng tầng 20 trên trần không điều hòa do đó có tổn thất nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ, nó chịu 2 thành phần nhiệt là tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời và do chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong nhà và ngoài nhà, bức xạ mặt trời hấp thụ vào mái làm cho mái nóng dần lên, lượng nhiệt hấp thụ một phần truyền qua kết cấu của trần vào không gian điều hòa phía dưới và một phần nhiệt tỏa ngay vào không khí ngoài trời bằng đối lưu và bức xạ.
Tính toán nhiệt truyền qua mái và chênh lệch nhiệt độ Q21
Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời mái dần dần nóng lên do hấp thụ nhiệt. Một phần lượng nhiệt hấp thụ tỏa ngay vào không khí ngoài trời do bức xạ và đối lưu. Một phần truyền qua kết cấu mái vào trong phòng điều hòa và tỏa vào trong đó bằng đối lưu và dẫn nhiệt. Chính vì lý do này mà ta cần phải đi xác định lượng nhiệt này. Việc xác định dòng nhiệt này tương đối phức tạp người ta thường tính toán gần đúng bằng biểu thức:
Q21 = kxFx∆ttđ (W) (3.7) Trong đó:
∆ttđ: Hiệu nhiệt độ tương đương ∆ttđ = 1 do có mái che
tN: Nhiệt độ không khí ngoài trời, tN = 33.7 (oC)
tT: Nhiệt độ không khí bên trong không gian điều hòa, tT = 25 (oC) k - hệ số truyền nhiệt qua mái, phụ thuộc vào kết cấu và vật liệu làm mái
Hình 3.3. Kết cấu trần mái
Tra bảng 4.9 [4,163] : trần bê tông dày 150 mm lớp vữa xi măng cát dày 25 mm trên có lớp bitum, 437 (kg/m2). Ta chọn k = 1.62.
• Tính ví dụ cho phòng 6F1 : do phòng 6F1 nằm giữa các phòng điều hòa nên ta có Q21 =0. Kết quả tính toán xem phụ lục 1.
3.3.3. Nhiệt hiện truyền qua vách Q22
Nhiệt truyền qua vách Q22 bao gồm 2 thành phần:
- Do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài trời và trong nhà ∆t = tN - tT
- Do bức xạ mặt trời vào tường, tuy nhiên ta coi lượng nhiệt này là không đáng kể. Nên nhiệt truyền qua vách chủ yếu là do chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài nhà.
Nhiệt truyền qua vách được tính theo biểu thức sau: Q22 = ∑Qi = kixFix∆t (3.8)
= Q22t + Q22k + Q22g (W) Trong đó:
ki: Hệ số truyền nhiệt tương ứng của tường, kính, gỗ (W/m2K) Fi: Diện tích tường,kính,gỗ tương ứng (m2)
Nhiệt truyền qua tường Q22t
Nhiệt truyền qua tường được xác định theo biểu thức:
Q22t = ∑kxFx∆t (W) (3.9) 1- Gạch nung màu. 2- Vật liệu cách ẩm. 3- Vật liệu cách nhiệt. 4- Lớp vữa xi măng. 5- Lớp bê tông cốt thép.
Trong đó:
F: Diện tích tường (m2)
k: Hệ số truyền nhiệt qua tường và được xác định theo biểu thức: k = ∑ + + T i i N λ α ρ α 1 1 1 (W/m2K) (3.10)
αN: Hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường [3,166].
- Khi tiếp xúc với không khí ngoài trời, ta chọn αN = 20 (W/m2K)
- Khi tường tiếp xúc với không gian đệm (hành lang) αN = 10 (W/m2K) αT: Hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà, αT = 10 (W/m2K) [3,166]
δi: Độ dày lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường (m)
λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường (W/mK)
Theo kết cấu xây dựng của tường bao đã cho ở bảng 2.2, ta xác định được hệ số truyền nhiệt k của tường bao:
- Với tường tiếp xúc với không khí ngoài trời:
k 1 1 0.025 0.15 1 2 20 0.93 0.52 10 = + × + + = 2.03 (W/m2K) ∆t: Độ chênh lệch nhiệt độ (oC)
- Đối với tường tiếp xúc với không khí ngoài trời:
∆t = tN – tT = 33.7 – 25 = 8.7 (oC) Vậy theo biểu thức (3.9) nhiệt truyền qua tường là:
Q22t = Fx2.03x8.7 (W) Có 3 trường hợp xảy ra :
- Trường hợp 1 : tường tiếp xúc với phòng điều hòa.
- Trường hợp 2 : tường không tiếp xúc với phòng điều hòa (tiếp xúc với không khí bên ngoài).
- Trường hợp 3 :tường tiếp xúc với hành lang.
Đối với 3 trường hợp này, ta coi chênh lệch nhiệt độ giữa mặt tường có tiếp xúc với phòng có điều hòa ∆t = 0, do đó ta chỉ tính toán đối với mặt tiếp xúc với không khí bên
ngoài và tiếp xúc với hành lang. Đối với tường tiếp xúc với hành lang ta có chênh lệch nhiệt độ∆t = 28 – 25 = 3 oC.
• Tính toán ví dụđối với phòng 6F1
Các thông số kỹ thuật của phòng 6F1 :
- Tường Đông tiếp xúc với phòng điều hòa 6F2 và tiếp xúc với hành lang.
- Tường Nam, Tây tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài.
- Tường Bắc tiếp xúc với phòng điều hòa 6F15.
Nhiệt truyền qua tường hướng Tây, Nam, Đông vào phòng 6F1: FT = 8.865 x 2.35 = 20.8 (m2)
FN = 1.87 x (2.35 - 1.5) = 1.6 (m2)
FĐ= 1.615 x 2.35 - 0.9 x 2.1 = 1.905 (m2)
Q6F122t =( FT+FN)x2.03x8.7 + FĐx2.03x3 =(20.8+1.6)x2.03x8.7 + 1.905x2.03x3 = 406.9 (W)
Vậy nhiệt truyền qua tường hướng vào phòng 6F1: Q6F122t =406.9 (W)
Tính toán tương tự đối với từng phòng riêng biệt, ta tính được lượng nhiệt truyền qua tường xâm nhập vào từng phòng. Kết quả tính toán xem phụ lục 1.
Nhiệt truyền qua kính Q22k
Nhiệt truyền qua kính được xác định theo biểu thức:
Q22k = ∑kkxFkx∆t (W) (3.11) Trong đó:
Fk: Diện tích kính (m2)
∆t: Hiệu nhiệt độ trong và ngoài cửa
- Với cửa tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời: ∆t = tN – tT = 33.7 – 25 = 8.7 (oC)
kk: Hệ số truyền nhiệt qua cửa kính (W/m2K)
Cửa sử dụng loại kính trong phẳng, khung kim loại. Tra bảng 4.13 [4,169], ta có hệ số truyền nhiệt qua cửa kính kk = 5.89 (W/m2K).
• Tính ví dụ cho phòng 6F1
Tổng diện tích kính của sổ hướng Nam: F6F1nam = 2.805 (m2)
Do không tiếp xúc hành lang đệm nên ta chọn hiệu nhiệt độ∆t = 8.7 (oC). Vậy theo biểu thức tổng lượng nhiệt truyền qua kính của phòng 104 là:
Q6F122k =∑ Fxkx∆t = 2.805x5.89x8.7=104 (W)
Các phòng còn lại tính toán tương tự. Kết quả tính toán xem phụ lục 1.
Nhiệt truyền qua gỗ Q22g
Nhiệt truyền qua kính được xác định theo biểu thức: