Tính toán đường ống gió tươi

4.3.1. Tốc độ không khí đi trong ống

Tốc độ không khí đi trong ống là một đại lượng được quan tâm nghiên cứu nhiều. Tốc độ không khí cao, công suất quạt lớn, độ ồn lớn nhưng nhược điểm là đường ống nhỏ gọn và ngược lại. Khi chọn tốc độ không khí phải tính đến độ ồn và tính kinh tế. Tốc độ tại các miệng thổi, miệng hút lấy định hướng như sau: miệng

thổi đặt ở vùng làm việc cao 2 – 3 m chọn ω = 1,5 – 3 m/s. Áp suất làm việc cho tất cả các miệng thổi là 4 mmH₂O. Tốc độ không khí đi trong ống gió được lấy định hướng theo bảng 7.1 và bảng 7.2 [1, tr.368 – 369].

4.3.2. Tính tiết diện đường ống gió.

Đối với công trình này, không khí tươi không cần làm lạnh sơ bộ mà được lấy trực tiếp từ ngoài vào không gian điều hòa qua hệ thống ống dẫn. Ống dẫn gió được chọn có tiết diện hình vuông và hình chữ nhật, vật liệu làm ống là tôn tráng kẽm.

Tiết diện của ống gió được tính theo công thức F =



L

, m² L – Lưu lượng không khí, m³/s ;

ω – tốc độ không khí đi trong ống, m/s ;

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 – 1992, lưu lượng không khí tươi cấp không được thấp hơn 10% lưu lượng không khí qua dàn lạnh, ta chọn lượng không khí tươi cấp vào bằng 10% lưu lượng không khí qua dàn lạnh và lưu lượng không khí tái tuần hoàn bằng 90 % lưu lượng không khí qua dàn lạnh.. Hành lang của các tầng trong khách sạn không được điều hòa nhưng ta vẫn phải cấp khí tươi cho hành lang để đảm bảo lượng ôxy cần thiết. Lưu lượng không khí tươi cấp cho hành lang được tính theo bảng 1.4 [1, tr.14].

Ví dụ ta tính toán đường ống gió tươi và chọn quạt hỗ trợ cho tầng 12.

Sơ đồ bố trí đường ống cấp gió tươi cho tầng 12 như sau:

Lưu lượng gió tổng là: V = 210 l/s.

Chọn tổn thất áp suất chuẩn trên đường ống: 0,85 N/m² cho 1m chiều dài ống.

Xét đoạn ống AD:

Với:  0,85 N/m² và lưu lượng V = 210 (l/s) tra đồ thị hình 7.24 [1, tr 373] ta xác định được: dtđ = 284 (mm).

Từ đường kính tương đương ta tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta có kích thước ống hình chữ nhật:

a = 350 (mm), b = 200 (mm), dtd = 286 (mm). Ta tính diện tích tiết diện ống:

S = 2 2 2 . .0, 286 0, 0642( ) 4 4 td d m     .

Vận tốc không khí đi trong ống: 0, 210 0, 064

V S

   = 3,28 (m/s).

Do lượng gió tươi cấp bằng 10% lượng gió cấp cho các phòng nên lượng gió tươi cấp cho các dàn lạnh bằng 10% lượng gió do dàn lạnh đó cấp vào phòng và phải đạt tối thiểu 35 m³/h/người = 9,72 l/s

Xét đoạn ống BC:

V = 7,5x6= 45(l/s).

Với:  0,85 N/m² và lưu lượng V = 45 (l/s) tra đồ thị hình 7.24 [1, tr 373] ta xác định được: dtđ = 133 (mm).

Từ đường kính tương đương ta tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta có kích thước ống hình chữ nhật:

a = 150 (mm), b = 100 (mm), dtd = 133 (mm).

Trong quá trình đặt hàng đường ống gió, để đảm bảo hiệu quả kinh tế ta có đổi axb với thông số lớn hơn không quá nhiều. axb=150x150, dtd = 164 (mm)

Ta tính diện tích tiết diện ống: S = 2 2 2 . .0,164 0, 0211( ) 4 4 td d m     .

Vận tốc không khí đi trong ống: 0, 045 0, 021 V S    = 2,14 (m/s). Xét đoạn ống DE V = 210-60= 150(l/s).

Với:  0,85 N/m² và lưu lượng V = 165 (l/s) tra đồ thị hình 7.24 [1, tr 373] ta xác định được: dtđ = 265 (mm).

Từ đường kính tương đương ta tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta có kích thước ống hình chữ nhật:

a = 300 (mm), b =200 (mm), d_td = 266 (mm). Ta tính diện tích tiết diện ống:

S = 2 2 2 . .0, 266 0, 0555( ) 4 4 td d m     .

Vận tốc không khí đi trong ống: 0,150 0, 055 V S    = 2,73 (m/s). Xét đoạn ống EF V = 120(l/s).

Với:  0,85 N/m² và lưu lượng V = 120 (l/s) tra đồ thị hình 7.24 [1, tr 373] ta xác định được: dtđ = 243 (mm).

Từ đường kính tương đương ta tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta có kích thước ống hình chữ nhật:

a = 250 (mm), b = 200 (mm), dtd = 244 (mm). Ta tính diện tích tiết diện ống:

S = 2 2 2 . .0, 244 0, 047( ) 4 4 td d m     .

Vận tốc không khí đi trong ống: 0,12 0, 047

V S

Tương tự ta tính cho các đọan ống còn lại và ống nhánh, kết quả được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.2. Kích thước của đường ống cấp gió tươi tầng 12.

Đoạn ống ^V (l/s) S (m²) ω (m/s) dtđ (mm) axb (mm) AD 210 0,064 3,28 286 350x200 BC 45 0,021 2,14 164 150x150 DE 150 0,055 2,73 266 300x200 EF 120 0,047 2,55 244 250x200 FG 90 0,038 2,37 219 200x200 GH 60 0,028 2,14 189 200x150 HK 30 0,021 2,03 164 150x150

Kích thước đường ống cấp gió tươi cho các tầng còn lại được tính toán và thống kê trên bản vẽ.

4.3.3. Tính tổn thất áp suất trên đường ống. 4.3.3.1. Cơ sở lý thuyết. 4.3.3.1. Cơ sở lý thuyết.

Trên cơ sở kích thước chi tiết ống dẫn mà ta đã xác định được bằng phương pháp đã chọn, vấn đề tổn thất áp suất sinh ra trong quá trình chuyển động của không khí trên đường ống là vấn đề then chốt để có cơ sở chọn lựa quạt cho thích hợp.

Để đảm bảo quạt có thể thổi gió tới các dàn lạnh, ta phải tính trở lực trên đoạn ống có tổng trở lực lớn nhất, một cách tương đối đó là tính trên đoạn ống dài nhất, có nhiều ngoặc nhất. Trở lực trên toàn bộ đoạn ống bao gồm trở lực ma sát, trở lực cục bộ, trở lực tại lưới lọc, trở lực tại dàn lạnh.

Tổn thất áp suất do ma sát:

pm = pi . L, Pa. Trong đó:

+ L: Tổng chiều dài ống. Tổn thất áp suất cục bộ: pcb = n._d Trong đó : + n : hệ số trở lực cục bộ. + pd: áp suất động, Pa. 4.3.3.2. Tính toán tổn thất áp suất

 Tổn thất ma sát trên toàn bộ chiều dài ống:

P = l.pi, (Pa). Trong đó:

l = 40,041 m, chiều dài đường ống. P_i = 0,85 Pa/m.

ΣPms= 34,03 Pa.

 Tổn thất cục bộ:

Trở lực cục bộ tại các đoạn rẽ nhánh (Co T)

Đoạn rẽ nhánh là đoạn mà dòng phân thành 2 nhánh nhỏ trở lên. Trường hợp này phải tính tổn thất theo tốc độ đầu vào của đoạn ống:

P1=.n. Pđ (Pa).

n : hệ số trở lực cục bộ, theo bảng 7.7[1, tr 381]. Tra bảng 10.4 [2, tr 342] ta được P_đ.

Hình 4.3. Tê 90⁰.

Trong đó:

Ac tiết diện ống.

V-lưu lượng không khí. ω -tốc độ không khí.

Ví dụ ta tính tổn thất của T rẽ nhánh vào dàn lạnh phòng 12-06:

- Ta có: ωc = 3,28m/s, ωb = 1,91m/s → ωb/ωc = 0,58. - Tra bảng 7.7[1, tr 381] ta được n = 1,96.

- Với ωc = 1,91m/s tra bảng 10.4 [2, tr 342] ta được: Pđ = 2,22 Pa. Vậy: ΔPcb = 1,96.2,22= 4,35 Pa.

Tổng tổn thất tại các co T: ΣΔP_cb ^T = 56,57 Pa.

Côn thu:

Côn thu là nơi tiết diện giảm theo chiều chuyển động của dòng khí. Đường ống cấp gió tươi sử dụng côn thu có tiết diện hình chữ nhật và thay đổi từ từ.

Tính toán trở lực theo tiết diện và tốc độ đầu vào: P3 = n.Pđ, Pa.

n: hệ số trở lực cục bộ, theo bảng 7.7 [1, tr 381]. Tra bảng 10.4 [2, tr 342] ta được Pđ.

Hình 4.4. Loại côn giảm.

Ví dụ tính cho côn thu trên đường ống AD:

Ta có: ωAD = 3,28 m/s tra bảng 10.4 [2, tr 342] ta được Pđ = 6,49 Pa. ωDE = 2,73 m/s tra bảng 10.4 [2. Tr 342] ta được Pđ = 4,49 Pa. θ = 80⁰ tra bảng 7.7[1.381] ta được n = 1,09

Vậy: ΔPcb = n[pđ(ω1) – pđ(ω2)] = 9,80 Pa.

Co 90⁰:

Đối với cút 90⁰ để tính tổn thất áp suất ta có thể tính toán theo công thức:

P4 =ltđ . Pi , (Pa). [1, tr 375]

l_tđ- chiều dài tương đương, xác định theo các bảng 10.8 [2, tr 347].

Hình 4.5. Co 90⁰ tiết diện hình chữ nhật.

Ví dụ tính cho co trên đoạn ống AD

Ta có: D = 250 mm, W = 300 mm, R = 1,25d mm → W/D = 1,75, tra bảng 7.5 [10.8, tr 347] ta được a = ltđ/D = 7,375 → ltđ = 1,48m.

Với ΔPi = 0,85 Pa/m=>Vậy: ΔPcb = 1,48.0,85 = 1,26 Pa.

Bảng 4.3 . Tổn thất cục bộ trên đường ống gió tươi tầng 12.

Đoạn ống ω (m/s) Số cút (90⁰) ltđ (m) Rẽ nhánh Giảm ΔP1 (Pa/m) ^{cút T} pd (ω) Tổn thất ΔP (Pa) AD 3,28 2 1,48 0,58 1,09 0,85 2,22 9,80 16,67 BC 2,14 0,89 2,22 4,44 DE 2,73 0,70 1,09 2,22 2,47 6,91 EF 2,55 0,75 1,09 2,22 2,15 6,59 FG 2,37 0,81 1,09 2,22 2,30 6,74 GH 2,14 0,89 1,09 2,22 4,45 8,95 HK 2,05 0,78 2,22 4,44 ∑ΔPCB 54,74

Tổn thất tại miệng thổi : 30Pa

Tổn thất ống mềm : 18,5 Pa

Tổng tổn thất trên đường ống cấp gió tươi:

ΣΔP = ∑Pms + ∑Pcb = 34,03 + 54,74+30 +18,5 =137,27Pa

4.3.4. Chọn quạt.

4.3.4.1. Cơ sở lý thuyết.

Đặc tính của quạt và điểm làm việc của quạt trong mạng đường ống.

Hình 4.6. Đồ thị đặc tính của quạt

Quan hệ giữa cột áp H và lưu lượng V ứng với tốc độ guồng cánh n của quạt được biểu bằng đồ thị đặc tính của quạt (hình 4.6). Có đồ thị còn biểu thị hiệu suất quạt ηq hoặc công suất trên trục Nq. Mỗi quạt gió bất kì ở số vòng quay n nào đó của guồng cánh đều có thể tạo ra những cột áp Hq khác nhau và lưu lượng Vq khác nhau tương ứng với tổn thất áp suất ΔP của dòng khí đi qua đường ống với lưu lượng V.

Trên đồ thị đặc tính của quạt điểm A – điểm làm việc của quạt - được xác định bởi tốc độ làm việc của quạt và tổng trở lực trên mạng đường ống. Như vậy ở một tốc độ quay quạt có thể có nhiều chế độ làm việc khác nhau tùy thuộc vào đặc tính mạng đường ống. Do đó hiệu suất quạt sẽ khác nhau và đòi hỏi công suất khác nhau.

Nhiệm vụ của người thiết kế là tạo ra mạng đường ống có kết cấu thích hợp sao cho điểm làm việc của quạt ở hiệu suất cao nhất hoặc càng gần η_max càng tốt.

Lựa chọn và tính toán quạt gió:

Muốn chọn quạn và định điểm làm việc của quạt trước hết phải xác định được các đại lượng:

- Lưu lượng cần thiết của quạt Vq. - Cột áp cần thiết của quạt Hq.

Các đại lượng trên được xác định dựa vào lưu lượng tính toán V_tt và cột áp tính toán Htt = ΣΔP. Sau đó lưu ý đến độ ồn cho phép, độ rung tại nơi đặt máy, nhiệt độ chất khí, khả năng gây ăn mòn kim loại, nồng độ bụi của chất khí mà quạt sẽ tải.

Lưu lượng cần thiết của quạt được xác định như sau:

- Môi trường sạch (ít bụi, kể cả quạt khói): Vq = Vtt. - Với quạt hút bụi và tải liệu: V_q = 1,1.V_tt.

Cột áp cần thiết của quạt: chọn theo áp suất khí quyển B (mmHg) và nhiệt độ không khí tk^oC. Hq = Htt. kk k k B t   . 760 . 293 273 .

Ρk kg/m³ là mật độ của chất khí quạt tải ở 0⁰C, 760mmHg, ρkk kg/m³ là mật độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn 0⁰C,760mmHg.

Cách chọn quạt:

- Căn cứ vào Vq, Hq yêu cầu chọn loại quạt thích hợp bằng cách xem xét họ đường đặc tính V-H của quạt sao cho điểm làm việc nằm trên hoặc gần sát đường η_max.

- Định điểm làm việc, xác định số vòng quay n và xác định hiệu suất của nó. Từ đó tính được công suất động cơ kéo.

- Khi chọn quạt cần xác định tốc độ tiếp tuyến cho phép nằm trong khoảng

. / 45

40 m s

u  Để tránh gây ồn quá mức. Riêng quạt có kích thước lớn D0

1000mm cho phép chọn u60m/s.

- Công suất yêu cầu trên trục quạt:

kw H V N q q q q 3 10 . . _   Trong đó: Vq – m³/s, Hq – Pa. Với quạt hút chất bụi hoặc tải chất:

kw H V N q q q q 3 10 . . . 2 , 1   

- Công suất đặt của động cơ:

kw K N N td dt q đc  .  Trong đó: tđ

 - Hiệu suất truyền động, được xác định như sau: Nếu động cơ nối trực tiếp với quạt _tđ = 1.

Nếu động cơ truyền dộng bằng khớp mềm: _tđ = 0.98. Truyền động bằng đai: _tđ = 0.95.s

Ktđ – là hệ số dự trữ, tùy thuộc công suất yêu cầu trên trục quạt, tra bảng 9.58 [3, tr 221].

4.3.4.2. Chọn quạt hỗ trợ cấp gió tươi. Ví dụ chọn quạt cấp gió tươi cho tầng 12.

- Lưu lượng hút: V_q = 210 l/s.

- Cột áp: H = ΣΔP.1,2 = 164,73 Pa (1,2 là hệ số an toàn). Theo phần mềm chọn quạt Fantech 4.0, ta chọn được quạt:

- Loại quạt: Hướng trục. - Model: AP0312AA10/10. - Lưu lượng: 210 l/s

- Cột áp: H = 165 Pa. - Số lượng: 1.

Thông số kĩ thuật của quạt xem chi tiết ở phần phụ lục 2.

4.4. Tính toán đường ống gió thải nhà vệ sinh. 4.4.1. Tiết diện của ống gió. 4.4.1. Tiết diện của ống gió.

Đối với các buồng vệ sinh để đảm bảo chất lượng không khí và tránh trường hợp không khí từ trong các khu này tràn ra ngoài hành lang và lan vào phòng ta cần tiến hành hút không khí trong các buồng vệ sinh để thải ra ngoài.

Theo tiêu chuẩn CP13 – 1999 (Tiêu chuẩn Singapo):.  Vận tốc không khí đi trong ống là: 7m/s.

 Hệ số trao đổi không khí cho nhà vệ sinh là: n = 5 lần/h.

Để tính toán lưu lượng không khí thải của toilet ta có thể tính theo công thức: Q = V.n, m³/s.

Trong đó:

V – thể tích phòng, m³. Thể tích = diện tích sàn × chiều cao. n – hệ số trao đổi không khí, lần/h.

Ví dụ tính cho phòng 12-06:

- Diện tích sàn: 6,65 m². - Chiều cao: 2,7 m.

Hình 4.7 . Sơ đồ ống gió thải tầng 12.

- Lưu lượng không khí hút cho toilet 12-06 là:Qi = 89,775 m³/h = 0,0249 m³/s. - Tổng lưu lượng không khí phải hút từ tất cả các phòng là :ΣQ = 0,325 m³/s. - Chọn tổn thất áp suất chuẩn trên đường ống: 0,85 N/m² cho 1m chiều dài ống.

Xét đoạn ống AD:

Với:  0,85 N/m² và lưu lượng V = 325 (l/s) tra đồ thị hình 7.24 [1, tr 373] ta xác định được: dtđ = 286 (mm).

Từ đường kính tương đương ta tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta có kích thước ống hình chữ nhật:

a = 350 (mm), b = 200 (mm), dtd = 286 (mm). Ta tính diện tích tiết diện ống:

S = 2 2 2 . .0, 286 0, 064( ) 4 4 td d m     .

Vận tốc không khí đi trong ống: 0, 307 0, 064 V S    = 4,80 (m/s). Xét đoạn ống BC:

Với:  0,85 N/m² và lưu lượng V = 21,15 (l/s) tra đồ thị hình 7.24 [1, tr 373] ta xác định được: dtđ = 103 (mm).

Từ đường kính tương đương ta tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta có kích thước ống hình chữ nhật:

a = 100 (mm), b = 100 (mm), dtd = 100 (mm). Ta tính diện tích tiết diện ống:

). ( 0079 . 0 4 1 , 0 . 4 . 2 2 ₂ m d S ^ tđ  ^ 

Vận tốc không khí đi trong ống: 0, 021 0, 0079 V S   = 2,69 (m/s). Xét đoạn ống DE :

Lưu lượng không khí trong đọan ống này là: V = 236,5 (l/s). Phần trăm về lưu lượng: % 0.7277

325 5 . 236   V =72,77%.

Từ phần trăm về lưu lượng, ta xác định phần trăm về tiết diện theo bảng 7.11 [1, tr 386]. Ta được: %S = 79%.

Diện tích tiết diện của ống :

S = 0,79 x 0.064= 0,051 (m²). Đường kính tương đương của ống:

dtđ =  S . 4 = 0.255 14 , 3 051 , 0 . 4  = 0,255(m) = 255 (mm).

Tra bảng 7.3 [1, tr 370]. Ta được kích thước của đoạn ống tiết diện hình chữ