- 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
+ Màu trung bình : m = 0,87 + Màu sáng : m = 0,78
εs - Hệ số hấp thụ của tường và mái phụ thuộc màu sắc, tính chất vật liệu.
* Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che cho phòng mẫu 1 và phòng mẫu 2 :
- Phần nhiệt này chủ yếu chỉ tính đối với mái. Nhưng do không gian điều hòa đang tính toán không tiếp xúc với mái nên: Q7 = 0
2.1.1.8 Nhiệt tỏa do rò lọt không khí qua cửa Q8:
Nhiệt tỏa do rò lọt không khí được xác định như sau: Q8 = G8 x (IN-IT) (W)
G8 là lưu lượng không khí rò lọt qua khe cửa hoặc mở cửa (Kg/s) IN, IT: entanpy không khí ngoài nhà và trong nhà (Kj/Kg)
Xác định G8 ta có:
G8 = ρ x L8 = 1,2 x (1,5 – 2) x Vphòng
* Ta tính nhiệt tỏa do rò lọt không khí qua cửa cho phòng mẫu 1, phòng mẫu 2 - Do 2 phòng mẫu đang tính toán là không gian kín và tiếp xúc với không gian điều hòa bên ngoài nên không có sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài khi mở cửa. Do đó Q8 = 0
2.1.1.9 Nhiệt thẩm thấu qua vách Q9:
35 Q9 . .( – k F TN TT), W - k: Hệ số truyền nhiệt qua vách, W/m2K
Bảng 2.4: Giá trị định hướng hệ số truyền nhiệt k qua kết cấu bao che
Dẫn chứng bảng 3.4 tài liệu Thiết kế hệ thống điều hòa không khí Nguyễn Đức Lợi
Kết cấu bao che k, W/m2.K
Tường được bao bằng gạch xây 200 mm không trát vữa Tường được bao bằng gạch xây 200 mm có trát vữa Tường được bao bằng gạch xây 300 mm không trát vữa Tường được bao bằng bê tông 150 mm không trát vữa Tường được bao bằng bê tông 300 mm có trát vữa Tường gạch rỗng 150 mm không trát vữa
Tường gạch rỗng 250 mm có trát vữa 2,22 1,48 1,25 3,30 2,34 4,42 1,12
Đối với tường xây 200 có trát vữa ta có K = 1,48 W/m2K - F: Diện tích vách, m2;
- tN, tT: Nhiệt độ ngoài và trong nhà, oC.
Hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà với vách tiếp xúc với không khí ngoài trời: Δt = tN – tT = 36 - 25 = 11 K
Hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà với vách tiếp xúc với không gian đệm: Δt = 0,7.(tN – tT) = 0,7.11 = 7,7 K
Hiệu nhiệt độ qua vách tiếp xúc với không gian điều hòa: Δt = 0 K
Từ đó ta xác định được nhiệt thẩm thấu qua vách theo các hướng.
*Ta tính nhiệt thẩm thấu qua vách cho phòng mẫu 1:
Hướng đông tiếp xúc với không gian điều hòa: Hướng tây với F = 10,6 m2 ; Δt = 11 K
Q9, tây = k.F.Δt = 1,48.10,6.11 = 172 W Hướng nam với F = 8.8 m2 ; Δt = 11 K Q9, nam = k.F.Δt= 1,47.8,8.11 = 142,3 W
Hướng bắc tiếp xúc với không gian không điều hòa với F = 5,5 m2 ; Δt = 7,7 K Q9, bắc = k.F.Δt = 1,47.5,5.7,7 = 62 W
36 Tổng nhiệt tỏa theo các hướng
Q9 = Q9, đông + Q9, tây + Q9, nam + Q9, bắc = 0+172+142,3 +62 = 376.3W
*Ta tính nhiệt thẩm thấu qua vách cho phòng mẫu 2:
Hướng đông tiếp xúc với không gian điều hòa: Hướng tây với F = 14,4 m2 ; Δt = 11 K
Q9, tây = k.F.Δt = 1,47.14,4.11 = 232 W Hướng nam với F = 8.8 m2 ; Δt = 11 K Q9, nam = k.F.Δt= 1,47.8,8.11 = 142,3 W Hướng bắc tiếp xúc với không gian điều hòa Tổng nhiệt tỏa theo các hướng
Q9 = Q9, đông + Q9, tây + Q9, nam + Q9, bắc =0 +232+142,3 +0= 374.3 W
2.1.1.10 Nhiệt thẩm thấu qua trần Q10:
Nhiệt thẩm thấu qua trần được xác định như sau:
Q10 = k x F x ( tN – t T ), W - k: Hệ số truyền nhiệt qua trần, W/m2K
- F: Diện tích trần , m2;
- tN, tT: Nhiệt độ ngoài và trong nhà, oC.
Phía tiếp giáp với trần của các không gian điều hòa là không gian điều hòa tầng trên nên tổn thất nhiệt này không đáng kể nên Q10 = 0
2.1.1.11 Nhiệt thẩm thấu qua nền Q11:
Biểu thức tính Q11 tương tự giống như Q9 và Q10: Q11 = ΣkixFixΔti (W) - Hiệu nhiệt độ ở đây cũng có 3 trường hợp:
+ Nếu phía dưới tiếp xúc với không gian điều hòa lấy bằng 0 và Q11= 0
+ Nếu phía dưới tiếp xúc với không gian đệm không điều hòa Δt = 0,7.(tN – tT) và ki
tính giống như qua trần hoặc qua vách và Fi là diện tích sàn quan sát.
+ Nếu đặt trực tiếp trên nền đất lấy Δt = (tN – tT) nhưng áp dụng theo phương pháp tính theo dải nền rộng 2m tính từ ngoài vào trong phòng với hệ số truyền nhiệt quy ước cho từng dãi cụ thể:
. Dải 1 rộng 2 m theo chu vi buồng với k = 0.47 w/m2.k . Dải 2 rông 2 m tiếp theo với k = 0.23 w/m2.k
37 . Dải 3 rộng 2 m tiếp theo với k = 0.12 w/m2.k
. Dải 4 là phần còn lại của buồng với k = 0.07 w/m2.k
* Tính toán nhiệt thẩm thấu qua nền cho phòng mẫu 1 và phòng mẫu 2:
- Nền của công trình cần tính toán có tiếp xúc với không gian điều hòa là tầng dưới, vì vậy nhiệt thẩm thấu qua nền không đáng kể nên ta có thể bỏ qua, Q11= 0 (W)
2.1.1.12 Tổng nhiệt thừa:
Ta có:
QT = Qt + Qtt
*Tổng nhiệt thừa của phòng mẫu 1 :
Trong đó, với mọi đối tượng: Q4 = Q5 = Q7 = Q8 = Q10 = Q11= 0 Vậy ta có với mỗi đối tượng:
Qt = Q1+ Q2+ Q3+ Q6+ Q9
Với lượng nhiệt từ các thành phần:
- Nhiệt toả từ máy móc thiết bị: Q1 = 400 W - Nhiệt toả từ đèn chiếu sáng Q2 = 234 W - Nhiệt toả từ người Q3 = 1280 W
- Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6 = 994,7 W - Nhiệt thẩm thấu qua vách Q9 = 376.3 W
Qt = 400+234+1280+994,7+376,3 = 3285 W
*Tổng nhiệt thừa của phòng mẫu 2 :
Trong đó, với mọi đối tượng:Q4 = Q5 = Q7 = Q8 = Q10 = Q11= 0 Vậy ta có với mỗi đối tượng:
Qt = Q1+ Q2+ Q3+ Q6+ Q9
Với lượng nhiệt từ các thành phần:
- Nhiệt toả từ máy móc thiết bị: Q1 = 200 W - Nhiệt toả từ đèn chiếu sáng Q2 = 318.5 W - Nhiệt toả từ người Q3 = 1600 W
- Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6 = 994,7 W - Nhiệt thẩm thấu qua vách Q9 = 374.3 W
38
2.1.2 Xác định ẩm thừa:
Ẩm thừa của công trình được xác định như sau:
WT = W1 + W2 + W3 + W4 , kg/s - W1: Lượng ẩm thừa do người tỏa ra, kg/s;
- W2: Lượng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm, kg/s; - W3: Lượng ẩm bay hơi đoạn nhiệt từ sàn ẩm, kg/s; - W4: lượng ẩm bay hơi từ thiết bị, kg/s.
Trong đó, W2, W3, W4 đối với bệnh viện là không đáng kể, ta bỏ qua trong tính toán.
Do vậy: WT = W1 , kg/s
Lượng ẩm thừa do người tỏa ra được xác định như sau: W1 = n.qn , kg/s
- n: số người trong không gian điều hòa;
- qn: lượng ẩm mỗi người tỏa ra trong một đơn vị thời gian, kg/s. - Lượng ẩm tỏa qn của một người, g/h.người
Bảng 2.5: Dẫn chứng bảng 3.5 tài liệu Thiết kế điều hòa không khí – Nguyễn Đức Lợi Nhiệt độ Trạng thái 15 20 25 30 35 Tĩnh tại Lao động nhẹ Lao động trung bình Lao động nặng Nhà ăn Vũ trường 40 55 110 185 90 160 40 75 140 240 90 160 50 115 185 295 171 200 75 150 230 355 165 305 115 200 280 415