Ánh sáng tự nhiên là ánh sáng ban ngày do mặt trời phản chiếu. Nó là nguồn sáng có sẵn, có tác dụng tốt về mặt sinh lí đối với con người, nhưng có đặc điểm là thất thường vì phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên. Ánh sáng tự nhiên trong các phòng ngoài ánh sáng trực của mặt trời còn có ánh sáng phản xạ nằm trong hay ngoài phòng như sàn, mặt tường, mặt sàn trần, các kết cấu che chắn bề mặt, các công trình kiến trúc đối diện.
Ở đây ta tính toán dựa trên chiếu sáng bên (qua cửa sổ, cửa chính) và chiếu sáng trên (qua cửa trời).
Để tính chiếu sáng tự nhiên cho nhà xưởng công nghiệp chúng ta áp dụng theo TCXD 29-1991.
60 7.5.1. Chiếu sáng cửa sổ 100 ×𝑆𝑐𝑠 𝑆𝑠 = 𝑒𝑡𝑐 × 𝜂𝑐𝑠 × 𝐾 𝜏𝑐𝑠 × 𝑟1 Trong đó: • 𝑆𝑐𝑠: Diện tích cửa sổ (m2)
• 𝑆𝑠: Diện tích của sàn nhà công nghiệp (m2)
• 𝑒𝑡𝑐 : Trị số độ rọi ánh sáng tự nhiên tiêu chuẩn (%). Trong môi trường làm việc ở xưởng sản xuất, công nhân chỉ cần phân biệt rõ đến kích thước milimet (>0,5 mm) nên tra Bảng 2 trong TCXD 29-1991 thì 𝒆𝒕𝒄 = emin = 0,5.
• K: Hệ số dự trữ được xác định theo Bảng 1 trong TCVN 29-1991. K=1,2.
• 𝜂𝑐𝑠 : Chỉ số ánh sáng của cửa sổ được xác định theo Bảng 5 trong TCVN 29- 1991. ⟹𝜼𝒄𝒔 = 7,5
• 𝑟1: Hệ số tăng ánh sáng do phản xạ bên trong phòng và từ mặt đất ở mặt trước cửa sổ được xác định theo Bảng 10 trong TCXD 29-1991.⟹ r1 = 1,1.
• 𝜏𝑐𝑠 : Hệ số xuyên sáng toàn phần của cửa sổ xác định theo công thức sau:
𝜏𝑐𝑠 = 𝜏1. 𝜏2 . 𝜏3 . 𝜏4 . 𝜏5
Với:
𝜏1 : Hệ số xuyên suốt ánh sáng của vật liệu được xác định theo Bảng 6 tiêu chuẩn
chiếu sáng TCXD 29-1991. Vật liệu là kính thường 1 lớp ⟹𝝉𝟏 = 0,9
𝜏2 : Hệ số xuyên suốt ánh sáng có tính đến ảnh hưởng của khuôn cửa được xác định theo Bảng 7 tiêu chuẩn chiếu sáng TCXD 29-1991. Sử dụng khuôn kim loại, cánh đơn ⟹ 𝝉𝟐 = 0,9
𝜏3 : Hệ số xuyên suốt ánh sáng có tính đến ảnh hưởng do các kết cấu chịu lực che ánh sáng được xác định theo Bảng 8 tiêu chuẩn chiếu sáng TCXD 29-1991. Vì ta dùng hệ lưới thép bảo vệ phía trong ⟹ 𝝉𝟑 = 0,9
𝜏4 : Hệ số xuyên suốt ánh sáng tính đến ảnh hưởng do các kết cấu che nắng được xác định theo Bảng 9 tiêu chuẩn chiếu sáng TCXD 29-1991. Ta không dùng kết cấu che nắng ⟹ 𝝉𝟒 = 1
𝜏5 : Hệ số tăng ánh sáng có tính đến lưới bảo vệ đặt ở dưới cửa mái được lấy 𝝉𝟓 = 0,9. ⟹ 𝝉𝒄𝒔 = 0,9 . 0,9 . 0,9 . 1. 0,9 = 0,6561
61
Bảng 7.9. Giá trị các đại lượng chiếu sáng của sổ
Đại lượng Giá trị
Ss 864 etc 0,5 K 1,2 𝜂𝑐𝑠 7,5 𝜏𝑐𝑠 0,6561 r1 1,1
Thay vào công thức tính ở trên ta tính được diện tích chiếu sáng của cửa sổ là : Scs = 53,87 m2
Cửa sổ có kích thước 1,5 × 0,8 thì số lượng cửa sổ cần dùng là 44 cái.
7.5.2. Chiếu sáng cửa mái
100 ×𝑆𝑐𝑚
𝑆𝑠 = 𝜏𝑒𝑡𝑐 × 𝜂𝑐𝑚 × 𝐾
𝑐𝑚 × 𝑟2 × 𝑘𝑐𝑚
Trong đó :
• Scm: diện tích cửa mái (m2)
• 𝑆𝑠: Diện tích của sàn nhà công nghiệp (m2)
• K: Hệ số dự trữ được xác định theo Bảng 1 trong TCVN 29-1991. K=1,2
• 𝑒𝑡𝑐 : Trị số độ rọi ánh sáng tự nhiên tiêu chuẩn (%). Trong môi trường làm việc ở xưởng sản xuất, công nhân chỉ cần phân biệt rõ đến kích thước milimet (>0,5 mm), thời gian quan sát là chu kì, từng đợt không lâu nên tra Bảng 2
trong TCXD 29-1991 thì 𝒆𝒕𝒄 = 1.
• 𝜂𝑐𝑚: là hệ số tính năng lấy ánh sáng của cửa mái được xác định theo Bảng 14 trong TCXD 29-1991.
• ⟹𝜼𝒄𝒎 = 8
• 𝑟2 : hệ số tăng ánh sáng do phản xạ bên trong phòng được xác định theo Bảng
12 trong TCXD 29-1991. ⟹𝑟2 = 1.25
• kcm: hệ số theo loại cửa mái được chọn theo Bảng 13 trong TCXD 29-1991. Cửa sổ được sử dụng là loại cửa 2 phía lắp kính thẳng đứng hình chữ nhật ⟹
kcm = 1,2
• 𝜏𝑐𝑠 : Hệ số xuyên sáng toàn phần của cửa mái xác định theo công thức sau:
𝜏𝑐𝑠 = 𝜏1. 𝜏2 . 𝜏3 . 𝜏4 . 𝜏5
Tính hệ số xuyên sáng toàn phần của cửa mái tương tự như cửa sổ
62
Bảng 7.10. Giá trị các đại lượng chiếu sáng cửa mái
Đại lượng Giá trị
Ss 864 etc 1 K 1,2 𝜂𝑐𝑚 8 𝜏𝑐𝑚 0,6561 r2 1,25 kcm 1,2
Vậy diện tích cửa mái là : Scm = 84,23 m2
63
CHƯƠNG 8. TÍNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ NƯỚC
Nguồn năng lượng sử dụng chủ yếu tại nhà máy là điện năng. Do sử dụng thiết bị có công suất lớn và nhiều motor, nên nhà máy sử dụng mạng điện 3 pha do thành phố cung cấp.
Do tính liên tục của quy trình công nghệ và quy trình sản xuất nên nhà máy cần trang bị thêm máy phát điện dự phòng. Điện năng sử dụng trong nhà máy chủ yếu cho hai mục đích là:
• Dùng để chiếu sáng.
• Dùng để sản xuất.
Trong phần này phải xác định được điện năng tiêu thụ hàng năm của nhà máy, tính toán chọn máy biến áp và tìm biện pháp nâng cao hệ số công suất nếu cần thiết.
8.1. Tính điện
8.1.1. Điện năng cho chiếu sáng 8.1.1.1. Số lượng bóng đèn sử dụng 8.1.1.1. Số lượng bóng đèn sử dụng
Tổng quang thông của nhà máy là:
Φ∑ = 𝐸 × 𝑆 × 𝐾
𝑈 × 𝑍
Trong đó:
• Φ∑: quang thông tổng trong toàn phòng
• E : độ rọi tiêu chuẩn (lux)
• S: diện tích phòng (m2)
• K: hệ số dự trữ.
• Z: bình suất ánh sáng ( chọn Z = 1,2)
• U: hệ số sử dụng quang thông, chọn U=0,79
Theo tiêu chuẩn về thiết kế chiếu sáng, tiêu chuẩn TCVN 3743-1983 ta tra được các hệ số và kết quả tính toán cho trong bảng sau:
64
Bảng 8.1. Quang thông của các khu vực chiếu sáng
STT Khu vực S a b E K Z U 𝚽∑
1 Xưởng sản xuất 216 18 12 300 2 1,2 0,79 136.708 2 Kho nguyên liệu 108 18 6 100 1,5 1,2 0,79 17.088 3 Kho lưu trữ 1 198 18 11 100 1,5 1,2 0,79 31.329
4 Xưởng cắt 144 18 8 100 1,5 1,2 0,79 22.785
5 Kho lưu trữ 2 198 18 11 100 1,5 1,2 0,79 31.329 6 Nhà hành chính 240 24 10 200 2 1,2 0,79 101.266
7 Xưởng cơ khí 40 8 5 150 2 1,2 0,79 12.658
8 Nhà ăn 80 8 10 100 1,5 1,2 0,79 12.658
9 Nhà để xe máy 75 15 5 100 1,5 1,2 0,79 11.867 10 Nhà bảo vệ 17,5 2,5 3,5 100 1,5 1,2 0,79 2.769 11 Nhà vệ sinh 36 6 3 100 1,5 1,2 0,79 5.696 12 Trạm biến áp 6 3 2 150 2 1,2 0,79 1.898 13 Tổ điện 39 6 6,5 100 1,5 1,2 0,79 6.171 14 Kho phế liệu 78 13 6 100 1,5 1,2 0,79 12.342 15 Hội trường 85 10 8,5 200 2 1,2 0,79 35.865 Tổng 442.429 Chọn đèn:
Trong xưởng sản xuất ta chọn đèn LED nhà xưởng 250W. Còn những khu vực như nhà hành chính, nhà ăn, nhà xe, nhà bảo vệ, nhà vệ sinh, tổ điện, kho lưu trữ 1, xưởng cắt và kho lưu trữ 2, xưởng cơ khí, kho phế liệu ta chọn đèn LED thanh 36W. Đối với đèn đường giao thông và đèn cổng chính ta sử dụng đèn cao áp 250W.
Bảng 8.2. Thông số kỹ thuật của đèn LED highbay 250W
Công suất 250W
Model HLHB3-250w
Điện áp vào/ Tần số 220-240V/50-60Hz
Hiệu suất chiếu sáng 130Lm/W
Tuổi thọ (giờ) 65.000
Màu Trắng ấm/ trắng
65
Bảng 8.3. Thông số kỹ thuật của đèn LED LEDBN01 36
Công suất 36 W
Model LEDBN01
Điện áp vào/ Tần số 220 V/50Hz
Hiệu suất chiếu sáng 85 Lm/W
Tuổi thọ (giờ) 30.000
Màu Trắng
Quang thông (Lm) 3060
Bảng 8.4. Thông số kỹ thuật của đèn cao áp.
Công suất 150W
Điện áp vào 85-256V
Hiệu suất chiếu sáng 120 Lm/W
Tuổi thọ (giờ) 50 000
Màu Vàng
Quang thông (Lm) 18.000
Bảng 8.5. Số bóng đèn sử dụng cho từng khu vực
STT Khu vực 𝚽∑ Loại đèn 𝚽đ Số bóng
1 Xưởng sản xuất 136.708 LED nhà xưởng 32500 5 2 Kho nguyên liệu 17.088 LED thanh 3060 6 3 Kho lưu trữ 1 31.329 LED thanh 3060 10
4 Xưởng cắt 22.785 LED thanh 3060 8
5 Kho lưu trữ 2 31.329 LED thanh 3060 10 6 Nhà hành chính 101.266 LED thanh 3060 33
7 Xưởng cơ khí 12.658 LED thanh 3060 4
8 Nhà ăn 12.658 LED thanh 3060 4
9 Nhà để xe máy 11.867 LED thanh 3060 4
10* Nhà bảo vệ 2.769 LED thanh 3060 2
11* Nhà vệ sinh 5.696 LED thanh 3060 4
12 Trạm biến áp 1.898 LED thanh 3060 1
13 Tổ điện 6.171 LED thanh 3060 2
14 Kho phế liệu 12.341 LED thanh 3060 4
15 Hội trường 35.865 LED thanh 3060 12
16 Đèn giao thông LED Cao áp 18000 1
66
* Chú ý
Do có hai chốt bảo vệ đặt ở 2 góc của nhà máy nên ta chọn mỗi chốt bảo vệ một LED thanh.
Do có tổng cộng 2 nhà vệ sinh, nên mỗi nhà vệ sinh sẽ được trang bị 4 cái đèn LED thanh.
=> Số đèn được ghi trong bảng đã bao gồm cả 2 khu vực được nói ở trên.
8.1.1.2. Công suất tiêu thụ
Công suất tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng được tính như sau:
Bảng 8.6. Công suất tiêu thụ của các loại bóng đèn STT Loại đèn Công suất
đèn (W) Số bóng
Công suất (KW)
1 LED nhà xưởng 250 5 1,25
2 LED thanh 36 104 3,7
3 LED Cao áp 150 5 0,75
Tổng 5,73
Chọn hiệu suất sử dụng đèn là 0,8 ⟹ Thời gian sử dụng trong ngày là 19,2 giờ. Đối với đèn giao thông và cổng chính ⟹ Thời gian sử dụng trong ngày là 12 giờ. Điện năng chiếu sáng cho 299 ngày làm việc bình thường là.
A = ∑ (Công suất đèn) × Số giờ sử dụng
= (4,95 × 19,2 × 299) + (0,75 × 12 × 299) = 31.108 KWh
Điện năng chiếu sáng cho những ngày nghỉ và ngày lễ (66 ngày): Bảo vệ, trạm biến áp, cổng chính, đèn giao thông. Thời gian sử dụng chỉ là 12h.
Ann = 66 × ((3× 36×12) + (5×150×12)) = 680 KWh Tổng số điện thắp sáng cho 1 năm là:
A 1 năm = 1,03 × (31.108 + 680) = 32.742 KWh Với 1,03 là hệ số tổn thất trên đường dây
8.1.2. Điện năng cho sản xuất
Điện năng dùng cho động cơ: Ađc = Pđc×t
Với:
• t: số giờ máy hoạt động năm 1 năm.
67
Bảng 8.7. Thống kê điện năng tiêu thụ của các thiết bị S T T Loại thiết bị Số lượng Pđc (KW) Hệ số sử dụng Điện năng tiêu thụ một giờ (KW) Số giờ sử dụng trong ngày (giờ) Tổng điện năng tiêu thụ một ngày (KW) 1 Đùn phun 2 7,5 0,8 12 24 288 2 Máy trộn 2 0,1 0,16 24 3,84 3 Máy cuộn 2 5,5 8,8 24 211,2 4 Máy cắt vải 2 2.2 3,52 8 28,16 5 Máy nạp khí 1 90 72 24 1726 6 Thùng gia nhiệt 2 25 20 24 960 Tổng 117 3217 Vậy
Tổng điện năng sản xuất tiêu thụ trong 1 giờ: 117 × 1,03 = 120 KWh
Tổng công suất sản xuất trong 1 ngày: 3217 × 1,03 = 3314 KW
Tổng công suất sản xuất trong 1 năm (299 ngày): 2737 × 299 ×1,03 = 842.914 KW
Với 1,03 là hệ số tổn thất trên đường dây.
Tổng điện sử dụng cho nhà máy trong một năm là: 32.742 + 842.914 = 875.656 KW
8.1.3. Chọn máy biến áp và máy phát điện
• Tính toán cho máy biến áp
Công suất biểu kiến của máy biến áp: S = 𝑃1ℎ
cos 𝜑 = 120
0,9 = 134 KVA
Giả sử công suất làm việc của máy biến áp đạt 80% thì công suất định mức của máy biến áp là:
Pđm= 80% S = 134
0,8 = 168 KVA Chọn một máy biến áp có công suất 200 KVA.
68
• Tính toán cho máy phát điện dự phòng
Sử dụng máy phát điện dự phòng để giúp việc sản suất được tiến hành liên tục khi xảy ra sự cố mất điện.
Từ Bảng 8.7 ta có tổng công suất tiêu thụ trong một giờ là: P = 120 KWh Chọn hiệu suất sử dụng máy là 0,8
Công suất máy cần có Pmáy = 120
0,8 = 150 KWh
Chọn 1 máy phát điện có công suất 200 KWh
8.2. Tính nước
8.2.1. Nước sinh hoạt
• Lượng nước sinh hoạt dùng cho công nhân sản xuất trong ngày
Qcn = 𝑞𝑡𝑡 × 𝑁𝑐𝑛
1 ×1000 × Kcn
Trong đó :
• Qcn : Lượng nước dùng cho công nhân sản xuất
• 𝑞𝑐𝑛 : tiêu chuẩn dùng nước (chọn 45 lít/người/ca)
• Ncn : Số công nhân làm việc trong nhà máy một ngày tổng 3 ca ( Ncn=25)
• Kcn: hệ số không điều hòa giờ (Kcn=2,5)
• Các thông số 𝑞𝑐𝑛 , Kcn được tra cứu tại Bảng 3.4 trong TCXDVN 33:2006. Vậy Qcn = 45 ×25
1 ×1000 × 2,5 = 2,8 m3/ngày
• Lượng nước sinh hoạt dùng cho cán bộ nhân viên trong ngày.
Qcb = 𝑞𝑐𝑏 × 𝑁𝑐𝑏
1 ×1000 × Kcb
Trong đó :
• Qcb : Lượng nước dùng cho cán bộ nhân viên trong ngày.
• 𝑞𝑐𝑏 : Tiêu chuẩn dùng nước (chọn 25lít/người/ngày)
• Ncb : Số cán bộ nhân viên làm việc trong nhà máy một ca ( Ncb=56)
• Kcb: hệ số không điều hòa (Kcn=3)
• Các thông số 𝑞𝑐𝑏 , Kcn được tra cứu tại Bảng 3.4 trong TCXDVN 33:2006. Vậy Qcb = 1 × 100025 ×56 × 3 = 4,2 m3/ngày
8.2.2. Nước tưới cây, đường
Qtc = qt× F
Trong đó :
• qt : tiêu chuẩn nước dùng cho tưới cây, tưới đường, chọn 5 lít/m2/ngày.
69 Tổng diện tích nhà máy là 3000 m2 với 40% là diện tích đường giao thông và cây xanh:
F = 40% × 4000 = 1600 m2 Vậy Qtc = 8 m3/ngày.
Tổng lượng nước sinh hoạt của nhà máy là 15m3/ngày.
8.2.3. Nước phòng cháy, chữa cháy
Nhằm đảm bảo an toàn PCCC ta phải bố trí một nguồn dữ trữ nước dành riêng cho PCCC. Đây là lượng nước được cung cấp một lần và được sử dụng trong trường hợp nhà máy gặp vấn đề về cháy nổ và được cấp trở lại sau khi đã sử dụng hết. Lưu lượng nước chữa cháy cho nhà máy gồm có 2 phần chính là: lưu lượng nước chữa cháy vách tường và lưu lượng nước chữa cháy ngoài nhà được tính toán sau đây:
• Lưu lượng nước chữa cháy vách tường.
Theo Bảng 14, 15 trong TCVN 2622:1995 ta có:
– Số lượng họng tính toán: 2 họng chữa cháy đồng thời cho một đám cháy. – Lưu lượng thiết kế mỗi họng : 2,5 lít/giây
– Thể tích nước phục vụ chữa cháy và làm mát trong 3 giờ với lưu lượng 5 lít/giây cho hai họng là:
Đổi đơn vị: 1 lít/giây =3,6 m3/giờ
Qvách tường = 5 × 3,6×3= 54 m3
• Lưu lượng nước chữa cháy bên ngoài xưởng
Dựa vào TCVN 2622:1995 ta có:
Lượng nước này phải đủ cung cấp cho 2 van cứu hỏa, đặt ở 2 đầu trong phân xưởng, làm việc liên tục trong 3 giờ, lưu lượng vòi cứu hỏa là 15 lít/giây. Qua đó ta tính lưu lượng nước chữa cháy ngoài xưởng như sau:
Qngoài xưởng = 15×3,6×2×3= 324 m3 Vậy lượng nước cần dự trữ cho chữa cháy là :
Qpccc = Qvách tường + Qngoài xưởng = 54 + 324 = 378 m3 Lượng nước dự trữ cho PCCC là: Qpccc = 378 m3
Cần phải thiết kế một bể nước ngầm hình hộp chữ nhật có thể tích 400m3. Kích thước 10m×8m×5m.
8.2.4. Bồn nước dự trữ
Tổng lượng nước sử dụng trong một ngày của nhà máy là : Qsh = Qcn + Qcb + Qtc = 2,8 + 4,2 + 8 = 15,0 m3/ngày
70
• Chọn bồn nước
Do lượng nước sử dụng trong một ngày của nhà máy là 15 m3 nên để đảm bảo lượng nước sử dụng liên tục không bị trì trệ nên ta sử dụng thể tích bồn chứa gần gấp khoảng 3 lần lượng nước sử dụng một ngày, vậy ta nên chọn 2 bồn có sức chứa mỗi bồn là 20 m3. Ta có thể tham khảo một vài sản phẩm bồn chứa nước có sẵn trên thị trường như sau:
Bảng 8.8. Thông số kỹ thuật của các loại bồn chứa