Y tế cao cấp
3.1.1. Thông số trạng thái không khí trong nhà Error: Reference source not
Theo kinh nghiệm thiết kế, đồng thời tham khảo đồ thị miền tiện nghi [5], ta chọn các thông số tính toán trong nhà nh sau:
Đối với các phòng bệnh, phòng làm việc, thông thờng chọn các thông số trạng thái không khí trong nhà cả về mùa hè và mùa đông là:
- Nhiệt độ vùng làm việc: tT = 25 ± 20 C - Độ ẩm vùng làm việc : ϕT = 65 ± 5%
Dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm (xem phần phụ lục), ta có: Entanpi: IT= 58 kJ/ kg
Độ chứa ẩm: dT= 13 g/ kg
Đối với các hành lang có điều hoà, để tránh sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa các vùng, gây ra sốc đối với con ngời, đặc biệt là các bệnh nhân bị các bệnh về tim mạch,… ta dùng các hành lang này làm các không gian đệm. Tại các vùng này ta chọn các thông số nhiệt ẩm tại vùng làm việc:
• Vào mùa hè là:
- Nhiệt độ vùng làm việc: tTHL = 28 ± 20 C - Độ ẩm vùng làm việc : ϕTHL = 65 ± 5%
Dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm (xem phần phụ lục), ta có: Entanpi: it= 67 kJ/ kg
Độ chứa ẩm: dT= 15,5 g/ kg • Vào mùa đông là:
- Nhiệt độ vùng làm việc: THL
t = 28 ± 20 C - Độ ẩm vùng làm việc : ϕTHL = 65 ± 5% Dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm, ta có:
Độ chứa ẩm: dT= 10,5 g/ kg
3.1.2. Thông số trạng thái không khí ngoài trời
Thông số trạng thái không khí ngoài trời đối với hệ thống điều hoà không khí cấp 3 đợc xác định theo tiêu chuẩn TCVN5687-92 và TCVN4088-85 đợc xác định nh sau
• Về mùa hè
Nhiệt độ tính toán ngoài trời là nhiệt độ cực đại trung bình trong thời gian từ 13 đến 15 giờ của tháng nóng nhất (TNN), độ ẩm tính toán ngoài trời là độ ẩm tơng ứng với nhiệt độ trên:
H tb (13 15) N max t =t ữ TNN, H tb (13 15) N max TNN ϕ =ϕ ữ
Theo đó, các thông số trạng thái không khí ngoài trời đối với mùa hè đợc xác định tại: H N t = 32.80C H N ϕ = 66%
Từ các thông số trên, dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm, ta tìm đợc các thông số còn lại:
Entanpi: ITH= 86 kJ/ kg Độ chứa ẩm: dTH= 21,0 g/ kg • Về mùa đông
Nhiệt độ tính toán ngoài trời là nhiệt độ cực tiểu trung bình trong thời gian từ 13 đến 15 giờ của tháng lạnh nhất (TLN), độ ẩm tính toán ngoài trời là độ ẩm tơng ứng với nhiệt độ trên:
D mintb (13 15) N t =t ữ TLN D mintb (13 15) N TLN ϕ =ϕ ữ
Theo đó, các thông số trạng thái không khí ngoài trời đối với mùa hè đợc xác định tại: D N t = 13,80 C D N ϕ = 64%
Từ các thông số trên, dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm, ta tìm đợc các thông số còn lại:
Entanpi: ITD= 27kJ/ kg Độ chứa ẩm: dTD= 5,9 g/ kg
3.2. tính toán cân bằng nhiệt ẩm
Để tính toán hệ thống điều hoà không khí cho công trình cần phải xác định đợc lợng nhiệt và lợng ẩm trong không gian cần điều hoà không khí mà hệ thống cần xử lý, đó là lợng nhiệt thừa và ẩm thừa.
3.2.1.Tính toán nhiệt thừa
Lợng nhiệt thừa QT đợc xác định bằng tổng lợng nhiệt toả, nhiệt bức xạ và nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che và các nguồn nhiệt khác[5]
QT= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (W) Trong đó:
QT : Lợng nhiệt thừa (W) Q1 : Nhiệt toả do ngời (W) Q2 : Nhiệt toả từ các thiết bị (W) Q3 : Nhiệt toả từ các đèn chiếu (W) Q4: Nhiệt do bức xạ mặt trời (W) Q5 : Nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che (W)
Q6 : Các nguồn nhiệt khác( từ bán thành phẩm, từ thiết bị trao đổi nhiệt…) (W)
Do số lợng các phòng rất lớn, vì vậy không thể trình bày toàn bộ các bớc tính nhiệt cho từng phòng nên ở đây chỉ tính toán đại diện cho một phòng và các phòng còn lại tính tơng tự. Phòng mổ có những yêu cầu mang tính đặc thù của một bệnh viện: không chỉ ở yêu cầu chiếu sáng, công suất thiết bị, yêu cầu nhiệt độ, độ ẩm,…mà nó còn có yêu cầu đặc biệt về sự lu thông không khí, độ sạch, độ vô trùng của không khí, đồng thời phòng mổ còn có sự khác biệt về nhiệt toả của con ngời trong điều kiện tập trung cao độ … Chính vì vậy, ta chọn phòng mổ để làm đại diện tính toán và lựa chọn thiết bị thông gió, phân phối không khí trong nhà..
a. Nhiệt toả do ngời
Lợng nhiệt do ngời toả ra đợc tính theo công thức [5]: Q1=n*q (W)
Trong đó:
n : Số ngời trong phòng, số liệu cụ thể đã đợc cho trớc ở bảng số liệu ban đầu, (ngời)
q: lợng nhiệt toả ra từ mỗi ngời (W)
Lợng nhiệt toả ra từ mỗi ngời còn phụ thuộc vào điều kiện làm việc, nhiệt độ và độ ẩm của môi trờng xung quanh.
Đối với công trình là một bệnh viện:
- Trong phòng bệnh thông thờng, đợc tính toán với điều kiện làm việc của các bệnh nhân và các nhân viên y tế là lao động nhẹ, ứng với q =125(W/ngời. giờ)
- Trong các phòng đặc biệt nh phòng mổ, phòng cấp cứu,..là nơi bác sĩ và các nhân viên y tế làm việc với yêu cầu tập trung cao độ, nên ta có thể chọn chế độ làm việc của họ là lao động nặng, ứng với q=250 (W/ngời. giờ)
Trong phòng mổ, nhiệt lợng toả ra ứng với số lợng ngời n= 8 là Q1=8*250 = 2000 (W)
b. Nhiệt toả từ các thiết bị
Lợng nhiệt do máy móc toả ra Q2 đợc tính theo công thức [5] Q2 = n Nd * Kft* Kdt* T 1 1 1 K η − + ữ (W)
Trong đó:
Nđ: Tổng công suất đặt của động cơ (W).
Kft: Hệ số phụ tải. Đợc xác định theo mức độ dự trữ động cơ [5] Kft = lv
d N N
với Nlv: Công suất làm việc thực của động cơ (W). Kdt: Hệ số đồng thời [5] Kdt = i* / 24i i N N τ ∑ ∑
Với Ni: Công suất của động cơ thứ i (W). τi: Thời gian làm việc tơng ứng (h). η1: Hiệu suất làm việc thực tế của động cơ η η1= d *Khc.
Khc: Hệ số hiệu chỉnh.
ηđ: Hiệu suất của động cơ theo Catalog KT: Hệ số tản nhiệt. , lấy KT = 1
Tuy nhiên trong qua trình lập dự án, chủ đầu t đã dự kiến trớc các thiết bị bố trí trong phòng và trong toà nhà, và đợc cho trớc trong bảng số liệu ban đầu nên ta không cần tính toán theo công thức trên.
Nh vậy, theo số liệu đã cho, nhiệt toả do thiết bị đối với phòng mổ là Q2 = 1000 W
c. Nhiệt toả ra từ đèn chiếu sáng
Thiết bị chiếu sáng toàn bộ công trình chiếm đến 60 –70 % là bóng đèn huỳnh quang. Ngoài việc chiếu sáng cho phòng, hệ thống chiếu sáng cũng toả nhiệt vào môi trờng không khí bên trong phòng [5]:
Q3 = Ns (W). Trong đó:
Ns: Tổng công suất của tất cả các thiết bị chiếu sáng (W).
Theo yêu cầu của chủ đầu t và t vấn, công suất chiếu sáng tính trên mỗi mét vuông sàn nh sau:
- Các phòng bệnh, phòng khám, phòng làm việc… công suất chiếu sáng phải đạt 12 W/m2
- Các phòng mổ, công suất chiếu sáng phải đạt 20 W/m2. Nh vậy, đối với phòng mổ, nhiệt toả ra từ đèn chiếu sáng là: Q3 = 20* S sàn = 20*33,48 = 669,6 (W)
d. Nhiệt toả do bức xạ mặt trời
Nhiệt toả ra do bức xạ mặt trời Q4 [5] gồm
- Nhiệt toả do bức xạ mặt trời qua cửa kính: Qk .
Q4 = Qk + Qbc
Trong đó:
- Nhiệt bức xạ qua kính đợc tính theo công thức [5]: Qk = Is* Fk * τ1* τ2*τ3*τ4 (W) Với:
Is: Cờng độ bức xạ mặt trời trên mặt đứng phụ thuộc vào hớng địa lý, (W/m2).
Fk: Diện tích kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, m2. τ1: Hệ số trong suốt của kính. Với kính 1 lớp, τ1 = 0,9 τ2: Hệ số bám bẩn. Với kính 1 lớp đặt đứng, τ2 = 0,8 τ3: Hệ số khúc xạ.Với kính 1 lớp khung kim loại,τ3 = 0,75 τ4: Hệ số tán xạ do che nắng. Với kính có rèm che bên trong, τ4 = 0,6
Do toàn bộ toà nhà đều trang bị các cửa kính một lớp đặt đứng, có khung kim loại, có rèm che bên trong nên ta có thể lấy 1 giá trị chung:
τ τ τ τ τ= 1* * *2 3 4 =0,9 * 0,8* 0,75* 0,6 0,32=
Tuy nhiên theo thiết kế phòng mổ mà chúng ta đang xét, do xung quanh có hành lang bao bọc nên không có diện tích kính tiếp xúc với không khí. Vì vậy, QK = 0
- Nhiệt bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che (Tính chủ yếu cho mái) [5]: Qbc = 0.055*k* Is* F*εs (W)
Với:
F: Diện tích bề mặt nhận bức xạ theo phơng nằm ngang, m2. k: Hệ số truyền nhiệt qua mái, W/ m2.K
Is: Cờng độ bức xạ mặt trời trên mặt ngang (W/m2). εs: Hệ số bức xạ mặt trời của bề mặt bao che.
e. Lợng nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che
Do bức xạ mặt trời đã đợc tính nh một nguồn nhiệt toả nên lợng nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao che đợc tính trong điều kiện không có nắng và đợc tính theo công thức tổng quát [5]:
Q5 =∑K Fi * *i ∆ti (W) Trong đó:
Ki: Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che thứ i, (W/m2.K) Ki= 1 1 1 i T N i δ α +α +∑λ Với:
• αN, αT: Hệ số toả nhiệt bên ngoài và bên trong của vách, W/m2.K αT = 10 (W/m2.K) nếu vách trơn.
αT = 8 (W/m2.K) nếu vách có trang âm.
αN = 10 (W/m2.K) nếu vách có tiếp xúc gián tiếp với không khí ngoài trời • δi: là chiều dày lớp vật liệu thứ i (m) có hệ số dẫn nhiệt λi (W/m.K)
• Fi: Diện tích bề mặt kết cấu bao che thứ i, (m2)
• ∆ti: Hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà của kết cấu bao che thứ i, (K). ∆ti = tN −tT nếu tờng tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời.
∆ti =0,7 (tN −tT) nếu tờng tiếp xúc gián tiếp với không khí ngoài trời qua
một lớp không gian đệm.
∆ti =0,4 (tN −tT) nếu tờng tiếp xúc gián tiếp với không khí ngoài trời qua
hai lớp không gian đệm.
- Kết cấu mái gồm các vật liệu và bề dày, hệ số truyền nhiệt qua mái đợc chỉ ra trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Hệ số truyền nhiệt của các lớp vật liệu làm mái [5]
TT Vật liệu δ (m) λ(W/m.K) 1 Gạch lá nem 0,01 0,77 2 Vữa trát tổng hợp 0,01 0,70 3 Gạch lỗ trống thấm 0,20 0,45 4 Vữa trát tổng hợp 0,01 0,70 5 Bê tông chống thấm 0,05 1,00 6 Bê tông cốt thép 0,10 1,28 7 Lớp vữa trát trong 0,05 1,20
Với kết cấu mái nh trên, theo tài liệu [5], chọn ε =S 0,65, đồng thời tính đ-
ợc hệ số truyền nhiệt k theo công thức:
1 1 1 i T N i k δ α α λ = + +∑ 2 1 1 1 0,01 0,01 0,2 0,1 0,05 0,015 0,01 ( ) 20 10 0,77 0,7 0,45 1,28 1 1,2 0,77 1,289( W ) m K = + + + + + + + + =
- Kết cấu tờng gồm các vật liệu, độ dày và hệ số truyền nhiệt qua tờng đợc chỉ ra trong bảng 3.2
Bảng 3.2: Hệ số truyền nhiệt của các lớp vật liệu làm tờng [5]
TT Vật liệu δ (m) λ(W/m.K)
1 Vữa trát tổng hợp 0,01 0,77
2 Gạch đỏ 0,22 0,45
- Với kết cấu tờng nh trên, tính đợc hệ số truyền nhiệt k theo công thức: 1 1 1 i T N i k δ α α λ = + +∑ 2 1 1 1 0,015 0,22 0,015 ( ) 20 10 0,77 0,45 0,77 1,475( W ) m K = + + + + =
- Hệ số truyền nhiệt qua kính:
Theo Cataloge kỹ thuật của vật liệu kính làm cửa sổ do chủ đầu t cung cấp, thì hệ số truyền nhiệt qua lớp kính dầy 5 mm, màu xanh là: 6,1 (W/m2.K)
- Hệ số truyền nhiệt qua cửa:
Các cửa của toà nhà đợc làm bằng nhôm hộp có bề dầy δC=0,05 (m), λC
=71,5 (W/m.K), Vậy có thể tính đợc hệ số truyền nhiệt qua cửa:
2 1 1 6,636( ) 1 1 1 1 0,05 20 10 71,5 i T N i W k m K δ α α λ = = = + +∑ + +
f. Lợng nhiệt toả ra từ các nguồn nhiệt khác
Nếu trong phòng có đặt các thiết bị trao đổi nhiệt, các đờng ống dẫn môi chất có nhiệt độ làm việc khác với nhiệt độ không gian điều hoà thì lợng nhiệt toả ra hoặc thu vào từ không gian điều hoà đợc xác định theo biểu thức[4]:
Q6 = αTB * Ftb * (ttb – tt) (W) Trong đó:
αTB : Hệ số toả nhiệt do đối lu và bức xạ vách từ thiết bị trao đổi nhiệt, W/m2.K;
Ftb : Diện tích bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt, m2
ttb – tt : hiệu nhiệt độ bề mặt thiết bị và nhiệt độ phòng, K.
Theo số liệu của chủ đầu t thì hầu hết tất cả các phòng đợc bố trí hệ thống điều hoà không khí không có các thiết bị trao đổi nhiệt hoặc có các bán thành phẩm có nhiệt độ cao đa vào nên ta có thể bỏ qua các nguồn nhiệt này.
g. Lợng nhiệt do không khí lọt từ ngoài vào qua cửa
Lợng nhiệt do không khí lọt từ ngoài vào qua cửa đợc tính theo công thức [4]: QL = 103 * 3600 L *(IN - IT) (W) Trong đó:
Bình thờng khó xác định đợc lợng không khí rò lọt, Tuỳ trờng hợp có thể lấy L = (1,5 đến 2 ) * V
Với V là thể tích phòng, khi cửa ít mở và kín khít lấy L =1,5 *V Tuy nhiên ta có thể tính theo công thức thực nghiệm sau:
L = n * Ln * ρ (kg/h) Trong đó:
n: Số ngời qua cửa trong một giờ, (ng/h),
Ln: Lợng không khí lọt qua cửa khi có một ngời qua, ta chọn Ln = 0,00032 (m3/ng),
ρ: Khối lợng riêng của không khí: Lấy ρ = 1,2 (kg/m3),
IN, IT: Entanpi của trạng thái không khí ngoài trời và trong nhà (kJ/kg) Theo đồ thị I-d ta xác định đợc entanpi của trạng thái không khí ngoài trời và trong nhà đối với điều kiện mùa đông và mùa hè:
Mùa hè ngoài trời : H 67 /
N
I = kJ kg
Mùa đông ngoài trời: D 47 /
N
I = kJ kg
Trong nhà: IT =58kJ kg/
Từ các công thức tính toán trên ta có kết quả tính toán nhiệt cho các phòng trong các bảng 3.3 và 3.4 (kết quả tính toán tổn thất nhiệt cho công trình mùa hè và mùa đông).
Bảng 3.3. Kết quả tính toán tổn thất nhiệt cho công trình (mùa hè)
3.3.1. Nhiệt toả do ngời, máy móc, đèn chiếu sáng và nhiệt do lọt không khí từ ngoài vào
TT Tên phòng mặt bằng Diện tích Công suấtthiết bị Số ngời Số ngời quacửa (ngời/h) khí lọt qua cửaLợng không (m3/h) Nhiệt toả do ngời (Q1) Nhiệt toả do thiết bị (Q2) Nhiệt toả do đèn (Q3) Nhiệt do lọt không khí từ ngoài vào Tầng I 1 Phòng 101 81 0 25 50 180 3125 0 972 1400 2 Phòng 102 36 0,15 10 20 72 1250 150 432 560 3 Phòng 103 41 0 11 22 79,2 1375 0 492 616 4 Phòng 104 33 0 2 4 14,4 250 0 396 112 Tầng II 5 Phòng 201 27 0 7 14 50,4 875 0 324 392 6 Phòng 202 54 0,2 4 8 28,8 500 200 648 224 7 Phòng 203 27 0 5 10 36 625 0 324 280 8 Phòng 204 27 0 5 10 36 625 0 324 280 9 Phòng 205 26 0 5 10 36 625 0 312 280 10 Phòng 206 30 0,2 3 6 21,6 375 200 360 168 11 Phòng 207 26 0,2 3 6 21,6 375 200 312 168 12 Phòng 208 26 0,2 3 6 21,6 375 200 312 168 13 Phòng 209 30 0,3 8 16 57,6 1000 300 360 448 14 Hành lang 404 0 25 50 180 3125 0 1248 1400 15 Phòng 210 54 0,2 8 16 57,6 1000 200 648 448 16 Phòng 211 41 0,6 10 20 72 1250 600 492 560