- 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 75 150 230 355 165 305 115 200 280 415 250 465
- Trạng thái là lao động nhẹ, nhiệt độ bên trong phòng tT = 25 oC Chọn :qn = 115 g/h.người
39
W1 = 8.115 = 920 g/h = 0,000255 kg/s
*Tính ẩm thừa cho phòng mẫu 2: với số người n =10 ; qn = 115 g/h.người W1 = 10.115 = 1150 g/h = 0,00032 kg/s
2.2 Thiết kế sơ đồ hệ thống điều hòa không khí: 2 .2.1 Lựa chọn sơ đồ điều hòa không khí: 2 .2.1 Lựa chọn sơ đồ điều hòa không khí:
Thành lập sơ đồ điều hòa không khí là xác định quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên đồ thị i-d nhằm mục đích xác định các khâu xử lý và năng suất của nó để đạt được trạng thái không khí cần thiết trước khi cho vào phòng
Sơ đồ điều hòa không khí được thành lập trên cơ sở:
+ Điều kiện khí hậu địa phương lắp đặt công trình, để chọn thông số tính toán ngoài trời.
+ Yêu cầu về tiện nghi hoặc công nghệ sản xuất để chọn thông số tính toán bên trong công trình.
+ Các kết quả tính cân bằng nhiệt: QT, WT cho mỗi công trình, điều đó đồng nghĩa với việc đã xác định được hệ số tia của quá trình thay đổi trạng thái của không khí sau khi thổi vào phòng
+ Điều kiện vệ sinh và sức khỏe con người
Trong điều kiện cụ thể mà ta có thể chọn các sơ đồ: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp, sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp. Chọn và thành lập sơ đồ điều hoà không khí là một bài toán kĩ thuật, kinh tế. Mỗi sơ đồ đều có ưu điểm đặc trưng, tuy nhiên dựa vào đặc điểm của công trình và tầm quan trọng của hệ thống điều hoà mà ta quyết định lựa chọn hợp lý.
Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp được sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh, vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế cao phù hợp với bệnh viện.
Qua phân tích đặc điểm của công trình, ta nhận thấy đây là công trình điều hoà đòi hỏi tương đối nghiêm ngặt về chế độ nhiệt ẩm, do đó ta chọn sử dụng sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp để sử dụng cho công trình, vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế.
2.2.2 Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp:
40
Hình 2.1: Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp Trong đó:
O: Trạng thái không khí sau thiết bị xử lí
C: Trạng thái điểm hòa trộn
V: Trạng thái không khí thổi vào phòng
T: Trạng thái không khí trong phòng
LN: Lượng gió tươi cấp vào phòng (m3/h)
LT: Lượng không khí hồi (m3/h)
L=LN+LT: là lượng không khí cấp vào phòng (m3/h) 1. Cửa lấy gió tươi
2. Cửa lấy gió hồi 3. Buồng hòa trộn
4. Thiết bị xử lí không khí 5. Quạt cấp gió vào phòng
6. Đường ống dẫn không khí vào phòng 7. Cửa lấy gió vào phòng
8. Không gian điều hòa 9. Cửa gió hồi
41 10. Đường ống gió hồi
11. Quạt lấy gió hồi
* Nguyên lý làm việc: Không khí bên ngoài trời có trạng thái N(tN,φN) với lưu lượng LN qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1), được đưa vào buồng hòa trộn (3) để hòa trộn với không khí hồi có trạng thái T(tT,φT) với lưu lượng LT từ các miệng hồi gió (2). Hỗn hợp hòa trộn có trạng thái C sẽ được đưa đến thiết bị xử lý (4), tại đây nó được xử lý theo một chương trình định sẵn đến một trạng thái O và được quạt (5) vận chuyển theo kênh gió (6) vào phòng (8) . Không khí sau khi ra khỏi miệng thổi (7) có trạng thái V vào phòng nhận nhiệt thừa QT và ẩm thừa WT và tự thay đổi trạng thái từ V đến T(tT, φT). Sau đó một phần không khí được thải ra ngoài và một phần lớn được quạt hồi gió (11) hút về qua các miệng hút (9) theo kênh (10) .
2.2.3 Xác định thông số tại các điểm nút:
Trên sơ đồ tuần hoàn không khí ta có các điểm cần xác định sau: - Điểm N: Trạng thái không khí ngoài trời.
- Điểm T: Trạng thái không khí trong không gian cần điều hòa. - Điểm C: Trạng thái không khí tại điểm hòa trộn.
- Điểm O: Trạng thái không khí sau khi được xử lý nhiệt ẩm. - Điểm V: Trạng thái không khí thổi vào không gian điều hòa.
Trong các điểm trên cần xác định trên đồ thị I – d trên, ta đã biết trạng thái của hai điểm T và N với các thông số như sau:
- Điểm N: + Nhiệt độ : tN = 36oc + Độ ẩm : φN = 49.9% + Dung ẩm: dN = 0,01885 kg/kgkkk + Entanpy : IN = 84.5 kJ/kgkkk - Điểm T: + Nhiệt độ tT = 25 oC; + Độ ẩm φT = 65 %; + Dung ẩm dT = 0,01291 kg/kgkkk + Entanpy IT = 58,01 kJ/kgkkk
- Sau đó xác định V bằng cách kẻ tia quá trình εT= 𝑄𝑇
42
điểm cắt giữa εT và độ ẩm của không khí ngoài trời φ= 95%
- Lưu lượng không khí cần thiết để triệt tiêu toàn bộ nhiệt thừa và ẩm thừa: G= GN+GT = GC = 𝑄𝑇
𝐼𝑇−𝐼𝑉 = 𝑊𝑇 𝑑𝑇−𝑑𝑉
GN: lưu lượng gió tươi (kg/s) để đảm bảo oxy cần thiết cho người, đảm bảo