1.4.1 Chọn cấp điều hòa:
Theo TCVN 5687, tùy theo mức độ quan trọng của công trình mà hệ thống điều hòa không khí được chia làm 3 cấp:
- Cấp 1: hệ thống điều hòa phải duy trì được các thông số trong nhà ở mọi phạm vi biến thiên độ ẩm ngoài trời cả mùa đông và mùa hè (phạm vi sai lệch là 0h), dùng cho các công trình đặc biệt quan trọng.
- Cấp 2: hệ thống phải duy trì được các thông số trong nhà ở phạm vi sai lệch là 200h một năm, dùng cho các công trình tương đối quan trọng.
- Cấp 3: Hệ thống phải duy trì các thông số trong nhà trong phạm vi sai lệch không quá 400h một năm, dùng trong các công trình thông dụng như khách sạn, văn phòng, nhà ở,…
Điều hoà không khí cấp 1 tuy có mức độ tin cậy cao nhất nhưng chi phí đầu tư, lắp đặt, vận hành rất lớn nên chỉ sử dụng cho những công trình điều hoà tiện nghi đặc biệt quan trọng trong các công trình điều hoà công nghệ.
Đối với hê thống điều hòa không khí cấp 3 tuy có chi phí đầu tư thấp nhưng lại không đảm bảo được yêu cầu về độ tin cậy cho công trình.
Đối với công trình bệnh viện do có mức độ quan trọng tương đối cao. Do vậy yêu cầu về độ tin cậy của hệ thống điều hòa tương đối lớn. Do đó để đáp ứng độ tin cậy đồng thời tiết kiệm được chi phí đầu tư nên ta quyết định lựa chọn sử dụng hệ thống điều hòa không khí cấp 2 để sử dụng cho công trình.
1.4.2 Chọn thông số tính toán ngoài nhà:
- Nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí bên ngoài ký hiệu tN,φN. Trạng thái của không khí ngoài trời được biểu thị bằng điểm N trên đồ thị không khí ẩm. Việc chọn thông số tính toán ngoài trời phụ thuộc vào mùa nóng, mùa lạnh và cấp điều hòa. Theo Phụ Lục B TCVN 5687 2010 ta chọn thông số tính toán bên ngoài cho hệ thống điều hòa theo số giờ không đảm bảo, m (h/năm) hoặc hệ số Kbđ
Bảng 1.6: Dẫn chứng thông số tính toán ngoài trời từ TCVN 5687 m, h/năm Kbđ I kJ/kg/kcal/kg t, ℃ φ, % tu, ℃ Pkq mbar(mmhg) 0 1,000 112,00 / 26,75 38,0 67,0 32,2
25 35 0,996 94,05 / 22,46 36,8 56,0 28,8 1006,4 (754,3) 50 0,994 91,43 / 21,84 36,6 54,2 28,3 100 0,989 86,80 / 20,73 36,3 50,8 27,3 150 0,983 85,38 / 20,39 36,1 50,1 27,0 200 0,977 84,50 / 20,18 36,0 49,9 26,8 250 0,971 83,86 / 20,03 35,9 49,6 26,7 300 0,966 83,54 / 19,95 35,8 49,6 26,6 350 0,960 83,22 / 19,88 35,7 49,7 26,5 400 0,954 82,90 / 19,80 35,6 49,7 26,5 450 0,949 82,57 / 19,72 35,5 49,7 26,4 500 0,943 82,24 / 19,64 35,4 49,6 26,3
Ta có: Vị trí công trình tại Tp Hồ Chí Minh, điều kiện tính toán vào mùa hè, hệ thống điều hòa không khí sử dụng là hệ thống điều hòa không khí cấp 2 với số giờ không đảm bảo m = 200 (h/năm)
Dựa vào các thông số trên ta lựa chọn được các thông số tính toán ngoài trời cho công trình:
- Nhiệt độ: tN = 36oC ; Độ ẩm: φ N = 49.9%; Entanpy: IN = 84.5 kj/kgkkk - Từ đó ta xác định được các thông số khác:
I = t+dx(2500+2t) => d = 0.01885 kg/kgkkk
- Như vậy ta có các thông số tính toán cho không khí bên ngoài không gian điều hòa như sau :
+ Nhiệt độ : t = 36oc + Độ ẩm : φ = 49.9%
+ Dung ẩm: d = 0,01885 kg/kgkkk + Entanpy : I = 84.5 kJ/kgkkk
1.4.3 Chọn thông số tính toán trong nhà:
- Nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí trong nhà ký hiệu tT,φT. Theo TCVN 5687: 2010 phụ lục A ( trang 56) quy định thông số tính toán không khí trong nhà dùng để thiết kế ĐHKK đảm bảo điều kiện tiện nghi cho cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái nghĩ ngơi tỉnh tại hay lao động ở các mức nhẹ, vừa hoặc nặng.
26
Bảng 1.7 : Dẫn chứng thông số tính toán trong nhà từ TCVN 5687 Thứ
tự
Trạng thái lao động
Mùa đông Mùa hè
Nhiệt độ t, ℃ Độ ẩm tương đối φ, % Vận tốc gió v, m/s Nhiệt độ t, ℃ Độ ẩm tương đối φ, % Vận tốc gió v, m/s 1 Nghĩ ngơi tĩnh tại từ 22 đến 24 từ 70 đến 60 từ 0,1 đến 0,2 từ 25 đến 28 từ 70 đến 60 từ 0,5 đến 0,6 2 Lao động nhẹ từ 21 đến 23 từ 70 đến 60 từ 0,4 đến 0,5 từ 23 đến 26 từ 70 đến 60 từ 0,8 đến 1,0 3 Lao động vừa từ 20 đến 22 từ 70 đến 60 từ 0,8 đến 1,0 từ 22 đến 25 từ 70 đến 60 từ 1,2 đến 1,5 4 Lao động nặng từ 18 đến 20 từ 70 đến 60 từ 1,2 đến 1,5 từ 20 đến 23 từ 70 đến 60 từ 2,0 đến 2,5
Ta có: Đối với bệnh viện chọn trạng thái lao động ở mức lao động nhẹ, điều kiện tính toán sử dụng cho mùa hè.
Dựa vào các yêu cầu trên ta chọn thông số tính toán trong nhà cho công trình: Chọn nhiệt độ tT= 25oC ; độ ẩm φT = 65% Từ đó ta xác định các thông số khác Phmax = 𝑒12− 4026,42 235,5+𝑡 = 0,0315 bar Ph = Phmaxx φ = 0,0205 bar D = 0,622x 𝑝ℎ 1−𝑝ℎ = 0,01291 kg/kgk I = t+dx(2500+2t) = 58,01 kJ/kgk
Như vậy ta có các thông số tính toán cho không khí bên trong không gian điều hòa như sau:
- Nhiệt độ: t = 25,0 oC; - Độ ẩm: φ = 65,0 %;
- Dung ẩm: d = 0,01291 kg/kg; - Entanpy: I = 58,01 kJ/kg.
27
1.5 Kết luận:
- Đối với Công trình Bệnh viện Quân Dân Y Miền Đông tại thành phố Hồ Chí Minh ta lựa chọn sử dụng hệ thống điều hòa không khí Water Chiller giải nhiệt nước. - Chọn cấp điều hòa là hệ thống điều hòa không khí cấp 2 để đảm bảo độ tin cậy cho hệ thống
- Chọn thông số tính toán ngoài nhà là: Nhiệt độ: tN= 36oC ; Độ ẩm: φ N= 49.9% - Chọn thông số tính toán trong nhà là: Nhiệt độ tT= 25oC ; độ ẩm φT = 65%
28
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ WATER CHILLER
2.1 Tính toán nhiệt xác định công suất hệ thống:
- Chọn phòng mẫu để tính toán:
+ Chọn phòng khám và tư vấn 4 tầng 2 làm phòng mẫu 1. + Chọn phòng sinh hoạt chung tầng 3 làm phòng mẫu 2.
2.1.1 Xác định nguồn nhiệt thừa:
- Xác định các nguồn nhiệt tỏa vào phòng từ các nguồn khác nhau như do người, máy móc, chiếu sáng, rò lọt không khí, bức xạ mặt trời, thẩm thấu qua kết cấu bao che,… - Phương trình cân bằng nhiệt có dạng:
Qt = Q tỏa + Q tt (W) Qt nhiệt thừa trong phòng, W
Q tỏa nhiệt tỏa ra trong phòng, W
Q tt nhiệt thẩm thấu từ ngoài vào kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ, W Q tỏa = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8
Q1 Nhiệt tỏa từ máy móc Q2 Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng Q3 Nhiệt tỏa từ người
Q4 Nhiệt tỏa từ bán thành phẩm
Q5 Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q6 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q7 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che Q8 Nhiệt tỏa do rò lọt không khí qua cửa
Q tt = Q9 + Q10 + Q11
Q9 Nhiệt thẩm thấu qua vách Q10 Nhiệt thẩm thấu quatrần (mái) Q11 Nhiệt thẩm thấu quanền
2.1.1.1 Nhiệt từ máy móc thiết bị tỏa ra Q1 :
- Trong phòng có thể trang bị các dụng cụ điện khác nhau như: máy chiếu bóng, tivi, máy tính,… Đa số các thiết bị điện chỉ phát nhiệt hiện. Đối với các thiết bị phát ra là nhiệt hiện thì nhiệt hiện tỏa ta bằng chính công suất ghi trên thiết bị.
29
- Khi tính toán tổn thất nhiệt do máy móc và thiết bị điện phát ra cần lưu ý không phải tất cả máy móc và thiết bị điện cũng đều hoạt động đồng thời. Để cho công suất máy lạnh không quá lớn, cần phải tính đến hoạt động đồng thời của các động cơ. Trong trường hợp tổng quát:
Q1= Σq1 x ktt x kđt (W) - Trong đó: q1: công suất ghi trên thiết bị (w)
ktt: hệ số tính toán bằng tỷ số giữa công suất làm việc thực tế với công suất định mức
kđt: hệ số đồng thời tính đến mức độ hoạt động đồng thời
* Tính nhiệt từ máy móc thiết bị điện tỏa ra cho phòng mẫu 1: gồm 2 máy tính để bàn với công suất mỗi máy qmt = 200 W.
- Trong quá trình tính toán ta sẽ tính toán theo điều kiện khắc nghiệt nhất là 2 máy hoạt động cùng lúc, vậy ta chọn kđt = 1
Q1 = 2 x qmt = 2 x 200 = 400 W
* Tính nhiệt từ máy móc thiết bị điện tỏa ra cho phòng mẫu 2: gồm 1 tivi với công suất mỗi máy qtv = 200 W.
Q1 = 1 x qtv = 200 W
2.1.1.2 Nhiệt tỏa ra từ đèn chiếu sáng Q2 :
Q2 = Ncs (W) Ncs: tổng công suất của tất cả đèn chiếu sáng (w)
Một vấn đề thường gặp trên thực tế là khi thiết kế không biết bố trí đèn cụ thể trong phòng sẽ như thế nào người thiết kế không có điều kiện khảo sát chi tiết toàn bộ công trình hoặc không có kinh nghiệm về cách bố trí đèn của các đối tượng, trong trường hợp này ta có thể xác định công suất chiếu sáng tương đối theo diện tích và mục đích không gian điều hòa.
Q2= qs x F (w) Với : F là diện tích chiếu sáng (m2)
qs là công suất chiếu sáng (w/m2) Theo QCVN 09 :2013/BXD
30 Bảng 2.1 : Dẫn chứng Bảng 2.12 QCVN 09 :2013/BXD Loại công trình LPD (W/m2) Văn phòng 11 Khách sạn 11 Bệnh viện 13 Trường học 13 Thương mại, dịch vụ 16 Chung cư 8
Khu đỗ xe kín, trong nhà, trong hầm 3
Khu để xe ngoài nhà hoặc đỗ xe mở ( chỉ
có mái) 1,6
Đối với bệnh viện ta chọn công suất chiếu sáng qs= 13 w/m2
*Nhiệt tỏa ra từ đèn chiếu sáng cho phòng mẫu 1 :
Q2 = qs x F Với: F = 18 m2
Vậy: Q2 = qs x F = 13 x 18 = 234 W
*Nhiệt tỏa ra từ đèn chiếu sáng cho phòng mẫu 2 :
Q2 = qs x F Với: F = 24.5 m2
Vậy: Q2 = qs x F= 13 x 24.5 = 318.5 W
2.1.1.3 Nhiệt tỏa ra do người Q3:
Q3 = n x q (W) Trong đó: n: tổng số người trong phòng
q: nhiệt toàn phần do 1 người tỏa ra trong 1 đơn vị thời gian (w) Nhiệt do người tỏa ra gồm 2 thành phần:
31
- Nhiệt hiện: do truyền nhiệt từ ngoài ra môi trường thông qua đối lưu, bức xạ và dẫn nhiệt: qh
- Nhiệt ẩn: do tỏa ẩm: qa
- Nhiệt toàn phần bằng tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn Q = qh+ qa
- Mỗi trạng thái lao động ứng với một lượng nhiệt chuyển hóa bên trong cơ thể - gọi là lượng nhiệt metabolism QM. Theo nhiều nguồn tài liệu đã công bố trên thế giới, lượng nhiệt metabolism QM được nêu trong TCVN 5687-2010, ta có bảng thông số nhiệt tỏa ra do người W/Người
Bảng 2.2: Bảng thông số nhiệt và nhiệt hiện do người tỏa ra W/Người
Trạng thái lao động Trị số Metabolism QM (W) Trị số QM trung bình
(W)
Nghỉ ngơi tĩnh tại ≤ 100 90
Lao động nhẹ từ 140 đến 175 160
Lao động vừa từ 175 đến 300 240
Lao động nặng > 300 350
* Tính nhiệt do người tỏa ra tại phòng mẫu 1 :
Số lượng người tối đa trong phòng: n = 8
Nhiệt tỏa ra ở mức độ lao động nhẹ. Ta lấy nhiệt thừa trung bình q=160W/người Vậy: Q3 = n x q = 8 x 160 = 1280 (W)
* Tính nhiệt do người tỏa ra tại phòng mẫu 2 :
Số lượng người tối đa trong phòng: n = 10
Nhiệt tỏa ra ở mức độ lao động nhẹ. Ta lấy nhiệt thừa trung bình q = 160W/người Vậy: Q3 = n x q = 10 x 160 = 1600 (W)
2.1.1.4 Nhiệt tỏa ra từ bán thành phẩm Q4:
32
gian điều hoà thường xuyên và liên tục đưa vào và đưa ra các sản phẩm có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ trong phòng.
- Nhiệt toàn phần do sản phẩm mang vào phòng được xác định theo công thức Q4 = G4 . Cp (t1-t2) + W4 . r (KW)
- Trong đó:
Nhiệt hiện : Q4h = G4 . Cp ( t1 - t2 ) (KW) Nhiệt ẩn : Q4w = W4 . ro (KW)
G4- Lưu lượng sản phẩm vào ra , kg/s;
Cp-Nhiệt dung riêng khối lượng của sản phẩm ,kJ/kg.K;
W4- Lượng ẩm tỏa ra ( nếu có ) trong một đơn vị thời gian, kg/s; ro - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ro = 2500 kJ/kg.
Với công trình bệnh viện không có bán thành phẩm thải ra nhiệt thừa như các phân xưởng chế biến, sản xuất. Q4 = 0 W
2.1.1.5 Nhiệt tỏa ra từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q5:
- Nếu trong không gian đều hòa thiết bị trao đổi nhiệt chẳng hạn như lò sưởi, thiết bị sấy, ống dẫn hơi,..thì có thêm tổn thất do tỏa ra từ bề mặt nóng vào phòng. Đối với không gian bệnh viện không có các thiết bị trao đổi nhiệt trong không gian đều hòa (trừ dàn lạnh của máy điều hòa không khí) nên Q5=0 (W)
2.1.1.6 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6:
Theo nhiệt từ bức xạ mặt trời qua của kính xác định theo công thức: Q6 = Isd.Fk.τ1.τ2.τ3.τ4 , W
- Isd: Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đứng, phụ thuộc hướng địa lý (W/m2) - Fk: Diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán (m2)
- τ1: Hệ số trong suốt của cửa kính, với kính 1 lớp chọn τ1 = 0,90; - τ2: Hệ số bám bẩn, với kính 1 lớp đặt đứng chọn τ2 = 0,80; - τ3: Hệ số khúc xạ, với kính 1 lớp khung kim loại chọn τ3 = 0,75; - τ4: Hệ số tán xạ do che nắng, với kính che trong chọn τ4 = 0,6; Ta có:
33
Bảng 2.3 : Cường độ bức xạ cực đại trên mặt đứng theo các hướng tại địa điểm thành phố Hồ Chí Minh (W/m2)
Đông Tây Nam Bắc
Trực xạ 0 570,3 0 225,8
Tán xạ 101,2 157,6 101,7 141,1
Bức xạ 101,2 727,9 101,7 366,9
* Tính nhiệt do bước xạ mặt trời qua cửa kính cho phòng mẫu 1:
- Diện tích cửa kính: + Phía tây: 3.6 m2
+ Phía nam: 4.8 m2
Ta có : Q6 = 727.9x3.6x0.32+101.7x4.8x0.32= 994,7W
* Tính nhiệt do bước xạ mặt trời qua cửa kính cho phòng mẫu 2:
- Diện tích cửa kính: + Phía tây: 3.6 m2
+ Phía nam: 4.8 m2
Ta có : Q6 = 727.9x3.6x0.32+101.7x4.8x0.32= 994,7W
2.1.1.7 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che Q7:
- Khác với cửa kính cơ chế bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che được thực hiện như sau:
- Dưới tác dụng của các tia bức xạ mặt trời, bề mặt bên ngoài cùng của kết cấu bao che sẽ dần dần nóng lên do hấp thụ nhiệt. Lượng nhiệt này sẽ toả ra môi trường một phần, phần còn lại sẽ dẫn nhiệt vào bên trong và truyền cho không khí trong phòng bằng đối lưu và bức xạ. Quá trình truyền này sẽ có độ chậm trễ nhất định. Mức độ chậm trễ phụ thuộc bản chất kết cấu tường, mức độ dày mỏng.
- Thông thường người ta bỏ qua lượng nhiệt bức xạ qua tường. Lượng nhiệt truyền qua mái do bức xạ và độ chênh nhiệt độ trong phòng và ngoài trời được xác định theo công thức:
34
Q7 = F.k.m.∆t, W F - Diện tích mái (hoặc tường), m2
k - Hệ số truyền nhiệt qua mái (hoặc tường), W/m2.K ∆t = tTD - tT độ chênh nhiệt độ tương đương
tTD = εs .Rxn / αN εs
- Hệ số hấp thụ của mái và tường
αN = 20 W/m2 .K - Hệ số toả nhiệt đối lưu của không khí bên ngoai Rnx = R/0,88 - Nhiệt bức xạ đập vào mái hoặc tường, W/m2
R - Nhiệt bức xạ qua kính vào phòng , W/m2
m - Hệ số màu của mái hay tường + Màu thẩm m = 1