CHƢƠNG 3 : TÍNH TỐN PHỤ TẢI LẠNH VÀ ỔCẮM
3.1 Tính tốn phụ tải lạnh
3.1.3 Phƣơng pháp xác định năng xuất lạnh của máy điều hịa khơng khí
- Để tính tốn phụ tải cho điều hồ khơng khí, ta cĩ thể tính bằng phƣơng pháp xác định tất cả các lƣợng nhiệt thừa phát sinh trong khơng gian cần điều hồ khơng khí hoặc ta cĩ thể tính một cách tƣơng đối chính xác bằng phƣơng pháp đơn vị cơng suất
Phƣơng pháp 1 (Phƣơng pháp xác định tất cả các lƣợng nhiệt thừa phát sinh trong khơng gian cần điều hồ khơng khí)
Năng suất lạnh (Q0) của máy điều hịa khơng khí (khi bỏ qua nhiệt của đƣờng ống dẫn khí) cũng chính là tổng nhiệt thừa (Q) của khơng gian cần điều hịa cần phải lấy đi cộng với nhiệt do tổn thất thơng giĩ (QFAF). Do đĩ năng suất lạnh bao gồm:
Q0 = Q + QFAF = ( Qhf + Qaf + QhN + QaN ) + QFAF
Trong đĩ:
- Qhf: Là lƣợng nhiệt thừa của phịng, (W). - Qaf: Là lƣợng nhiệt ẩn toả ra của phịng, (W).
- QhN :Là lƣợng nhiệt hiện do khơng khí tƣơi từ ngồi trời đƣa vào phịng, (W). - QaN: Là lƣợng nhiệt ẩn do khơng khí tƣơi từ ngồi trời đƣa vào phịng, (W). - QFAF: Là lƣợng nhiệt do tổn thất thơng giĩ, (W).
Xác định lƣợng nhiệt thừa của phịng Qhf
Lƣợng nhiệt thừa của phịng Qhf gồm: Qhf =Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 (W)
Trong đĩ:
45
- Q2 là nhiệt bức xạ mặt trời qua mái và trần, (W). - Q3 là nhiệt hiện truyền qua sàn, (W).
- Q4 là nhiệt hiện truyền qua tƣờng, (W). - Q5 là nhiệt hiện do ngƣời toả ra, (W).
- Q6 là nhiệt hiện toả ra từ đèn chiếu sáng, (W). - Q7 là nhiệt hiện toả ra từ các dụng cụ điện, (W).
Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính vào phịng Q1
Q1 = S.Rn.c.đs.mm.kh.m.r (W) (Q1.1) Với:
Trong đĩ:
- R là lƣợng bức xạ mặt trời qua kính vào khơng gian điều hịa. R phụ thuộc vào hƣớng, vĩ độ, giờ ngày, tháng…và đƣợc xác định theo sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001 (W/m2
).
- k, k, k, m, m, m là hệ số hấp thụ, hệ số xuyên qua, hệ số phản xạ của kính và màn che, đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001
- S là diện tích bề mặt kính, (m2).
+ Khung gỗ: S = 0.85S’ (S’ là diện tích của kính và khung) + Khung kim loại: S=S’
- c là hệ số ảnh hƣởng ở độ cao H (m) nơi đặt kính so với mặt nƣớc biển, đƣợc tính theo cơng thức 023 , 0 . 1000 1 H C (Q1.2)
Vì Tp.Hồ Chí Minh nằm ở độ cao gần bằng mặt nƣớc biển nên c 1
- đs là hệ số ảnh hƣởng của độ chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sƣơng tđs (0C) và nhiệt độ đọng sƣơng của khơng khí ở mặt nƣớc biển, và đƣợc tính theo cơng thức:
13 , 0 . 10 ) 20 ( 1 đs đs t (Q1.3) - mm là hệ số mây mù:
+ Khi trời khơng cĩ mây mm: = 1. + Khi trời cĩ mây: mm = 0,85.
( ) [ ] 0,88 R . . 0,4. + . + + + 0,4. = Rn αk τk αm τm ρk ρm αk αm
46 - kh là hệ số ảnh hƣởng của khung cửa kính + Khung kính bằng gỗ: kh = 1.
+ Khung kính bằng kim loại: kh = 1,17.
- m là hệ số kính, phụ thuộc vào sắc màu của kính và m đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001
- r là hệ số mặt trời ảnh hƣởng đến kính khi cĩ màn che bên trong kính, và r
đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001
Nhiệt bức xạ mặt trời qua trần nhà Q2
Nhiệt bức xạ mặt trời khơng chỉ truyền qua kính mà cịn truyền qua kết cấu bao che của cơng trình nhƣ trần, tƣờng…và nhiệt bức xạ mặt trời qua trần nhà đƣợc tính theo cơng thức:
Q2 = Str.Ktr. t (W) (Q2.1)
Trong đĩ:
- Str là diện tích trần nhà, (m2).
- Ktr là hệ số truyền nhiệt qua trần nhà, và đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001 (W/m2.0C).
- t là độ chênh lệch nhiệt độ bên ngồi và bên trong khơng gian điều hịa, (0
C). Chỉ tính nhiệt truyền qua trần khi phía trên trần là phịng khơng cĩ điều hịa khơng khí và t = 0,5.(tN – tT).
Nhiệt hiện truyền qua sàn Q3
Q3 = Ss.Ks.t (W) (Q3.1) Trong đĩ:
- Ss là diện tích sàn nhà, (m2).
- Ks là hệ số truyền nhiệt qua sàn, và đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001 .(W/m2
.0C).
- t là độ chênh lệch nhiệt độ bên ngồi và bên trong khơng gian điều hịa, (0C). Chỉ tính nhiệt qua sàn khi phía dƣới sàn là phịng khơng cĩ điều hịa khơng khí và t = 0,5.(tN – tT).
Nhiệt hiện truyền qua tƣờng Q4
Q4 = Stƣ.Ktƣ.t (W) (Q4.1)
Trong đĩ:
47
- Ktƣ là hệ số truyền nhiệt qua tƣờng, (W/m2.0C). Và đƣợc tính theo cơng thức:
(W/m2.0C) (Q4.2)
N là hệ số toả nhiệt giữa mặt ngồi tƣờng với khơng khí.
N = 20 (W/m2.0C) khi tƣờng tiếp xúc trực tiếp với khơng khí ngồi trời.
N = 10 (W/m2.0C) khi tƣờng tiếp xúc gián tiếp với khơng khí ngồi trời.
T là hệ số toả nhiệt giữa mặt trong tƣờng với khơng khí trong phịng
T = 10 (W/m2.0C)
Ri là nhiệt trở dẫn thứ i cấu tạo nên tƣờng, và đƣợc xác dịnh theo sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001 (W/m2.0C).
- t là độ chênh lệch nhiệt độ bên ngồi và bên trong khơng gian điều hịa, (0C). + Khi mặt ngồi của tƣờng tiếp xúc trực tiếp với khơng khí ngồi trời:
t = (tN – tT) (Q4.3)
+ Khi mặt ngồi của tƣờng khơng tiếp xúc trực tiếp với khơng khí ngồi trời mà tiếp xúc qua một khơng gian khơng cĩ điều hịa:
t = 0,7.(tN – tT). (Q4.4)
+ Khi mặt ngồi của tƣờng tiếp xúc với khơng khí của khơng gian khơng cĩ điều hịa: t = 0, nghĩa là Q4 =0.
Nhiệt hiện do ngƣời toả ra Q5
Q5 = n.Qh (Q5.1)
Trong đĩ:
- n: Là số ngƣời trong khơng gian điều hịa, (ngƣời).
- Qh: Là nhiệt hiện toả ra từ một ngƣời, và đƣợc xác định theo sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001 (W/ngƣời).
Nhiệt hiện toả ra từ đèn chiếu sáng Q6
Đối với đèn dây tĩc:
Q6 = Pđm (W) (Q6.1) Đối với đèn huỳnh quang:
Q6 = 1,5.Pđm (W) (Q6.2) T i N tường α 1 + ΣR + α 1 1 = k
48
Với: Pđm (W) là cơng suất định mức đƣợc ghi trên bĩng đèn.
Nhiệt hiện toả ra từ các dụng cụ khác Q7
Các dụng cụ điện khác nhƣ là tivi, máy vi tính, máy sấy tĩc... Q7 = Pđm (W) (Q7.1)
Với Pđm (W) là cơng suất định mức đƣợc ghi trên dụng cụ điện
Nhiệt ẩn toả ra của phịng Qaf (Q8)
+ Trong khơng gian điều hịa, lƣợng nhiệt ẩn toả ra của phịng Qaf cĩ thể bao gồm: nhiệt ẩn toả ra từ ngƣời (do mồ hơi, hơi thở…), nhiệt ẩn toả ra từ thức ăn… Tổng quát, ta cĩ thể tính lƣợng nhiệt ẩn tỏa ra của phịng theo cơng thức sau:
Qaf = Q8 = n.Qa (W) (Q8.1)
Với:
- n là số ngƣời trong khơng gian điều hịa, (ngƣời).
- Qa là lƣợng nhiệt ẩn toả ra từ một ngƣời, và đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001
Q9 (QhN1):Là nhiệt hiện do khơng khí tƣơi từ ngồi chủ động đƣa vào phịng, (W).
Trong hệ thống điều hịa khơng khí, trung tâm luơn luơn phải đƣa vào một lƣợng khơng khí tƣơi (chứa nhiều O2) từ ngồi trời LN(l/s) cĩ nhiệt độ tN(0C), độ chứa hơi dN(g/kg) vào phịng điều hịa cĩ nhiệt độ tT(0C), độ chứa hơi dT(g/kg). Lúc này khơng khí ngồi trời sẽ toả ra nhiệt hiện QhN1:
QhN1 = Q9 = 1,23.LN.(tN – tT) (W) (Q9.1)
Q10(QaN1):Là nhiệt ẩn do khơng khí tƣơi từ ngồi chủ động đƣa vào phịng, (W).
QaN1 = Q10 = 3.LN.(dN – dT)(W) (Q10.1) Với : LN = n.l1 (l/s)
Trong đĩ:
- n là số ngƣời trong phịng cần điều hịa, (ngƣời).
- l1 (l/s) là lƣợng khơng khí tƣơi từ ngồi cần đƣa vào cho một ngƣời, và đƣợc cho ở sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001
Q11 là nhiệt hiện của khơng khí rị rỉ từ ngồi vào phịng, (W).
+ Nhiệt hiện của khơng khí từ ngồi rị rỉ vào phịng QhN2
+ Khơng gian cần điều hịa là khơng gian kín, tuy nhiên vẫn cĩ hiện tƣợng khơng khí lọt vào phịng qua khe hở cửa… Do đĩ lƣợng nhiệt hiện (QhN2) do khơng khí đƣa vào đƣợc xác định theo cơng thức thực nghiệm sau:
49
QhN2 = Q11 = 0,39.(tN – tT).V. (W) (Q11.1)
Q12 là nhiệt ẩn của khơng khí rị rỉ từ ngồi vào phịng (W).
+ Nhiệt ẩn của khơng khí từ ngồi rị rỉ vào phịng QaN2
+ Khơng gian cần điều hịa là khơng gian kín, tuy nhiên vẫn cĩ hiện tƣợng khơng khí lọt vào phịng qua khe hở cửa… Do đĩ lƣợng nhiệt ẩn (QaN2) do khơng khí đƣa vào đƣợc xác định theo cơng thức thực nghiệm sau:
QaN2 = Q12 = 0,84.(dN – dT).V. (W) (Q12.1)
Trong đĩ:
- tN, tT là nhiệt độ khơng khí ngồi trời và trong phịng (0C). V là thể tích của phịng cần điều hịa (m3).
- là hệ số kinh nghiệm, đƣợc xác định theo sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001
Nhiệt do tổn thất thơng giĩ QFAF (Q13)
QFAF = Q13 = n.V..(IN – IT) (w) (Q13.1) Trong đĩ:
- n :là số ngƣời trong khơng gian cần điều hịa (ngƣời).
- V :là lƣợng khơng khí tƣơi cần bổ sung cho một ngƣời trong một giờ (m3/h.ngƣời).
- : là khối lƣợng riêng của khơng khí (kg/m3).
- IN, IT là Entanpy của khơng khí bên ngồi và bên trong (kJ/kg).
Vậy tổng năng suất lạnh của máy điều hịa khơng khí là:
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9 + Q10 + Q11 + Q12 + Q13 (W)
Trong đĩ:
Q1 là nhiệt hiện do bức xạ mặt trời qua kính vào phịng (W). Q2 là nhiệt bức xạ mặt trời qua trần nhà (W).
Q3 là nhiệt hiện truyền qua sàn (W). Q4 là nhiệt hiện truyền qua tƣờng (W). Q5 là nhiệt hiện do ngƣời toả ra (W).
Q6 là nhiệt hiện toả ra từ đèn chiếu sáng (W). Q7 là nhiệt hiện toả ra từ các dụng cụ điện (W). Q8 là nhiệt ẩn toả ra của phịng (W).
Q9 là nhiệt hiện do khơng khí tƣơi từ ngồi chủ động đƣa vào phịng (W). Q10 là nhiệt ẩn do khơng khí tƣơi từ ngồi chủ động đƣa vào phịng (W).
50
Q11 là nhiệt hiện của khơng khí rị rỉ từ ngồi vào phịng (W). Q12 là nhiệt ẩn của khơng khí rị rỉ từ ngồi vào phịng (W). Q13 là nhiệt do tổn thất thơng giĩ (W).
Phƣơng pháp 2:( Phƣơng pháp đơn vị cơng suất)
+ Để tính tốn phụ tải cho điều hồ khơng khí, ta cĩ thể tính bằng phƣơng pháp xác định tất cả các lƣợng nhiệt thừa phát sinh trong khơng gian cần điều hồ khơng khí hoặc ta cĩ thể tính một cách tƣơng đối chính xác bằng phƣơng pháp đơn vị cơng suất.
+ Đối với phƣơng pháp này ta khơng xác định cụ thể lƣợng nhiệt thừa phát sinh trong khơng gian cần điều hồ, mà ta chỉ xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích.
Khi đĩ cơng suất điện của máy nén đƣợc xác định theo cơng thức : P = P0 x F
-F : Diện tích khu vực cần điều hồ (m2) -P0: Suất phụ tải (w/m2)
Theo kinh nghiệm thực tế, ta chọn suất phụ tải chung : P0 = 75 w/m2.
Đối với trƣờng hợp trong khơng gian cần điều hồ cĩ động cơ điện, suất phụ tải P0 sẽ đƣợc tính nhƣ sau :
P0 = 75+
F
đmn
-Pđmn : cơng suất điện của máy nén dùng để điều hồ lƣợng nhiệt do động cơ sinh ra Pđmn = i Q Trong đĩ
- : Là hệ số làm lạnh của máy nén, đối với điều hịa khơng khí : = 4
-Qi: Là nhiệt thừa của động cơ thứ i, nhiệt thừa này đƣợc xác định trong phần tính tốn lƣợng nhiệt thừa phát ra từ động cơ ở trên .
Phụ tải lạnh đƣợc tính theo cơng thức: S=P/ŋ x cos
Hệ số ŋ,cos đƣợc tra trong tài liệu hƣớng dẫn thiết kế lắp đặt điện.
3.1.4 Áp dụng tính tốn phụ tải lạnh một số phịng trong cơng ty. + Phịng giám đốc:
Chiều dài: a = 8 (m). Chiều rộng: b = 5(m).
51 Chiều cao: h = 4 (m)
Diện tích và thể tích của phịng giám đốc là: S = 40 (m2)
V = 160(m3)
Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính vào phịng
Phịng giám đốc cĩ hai cửa sổ kính, và mỗi cửa sổ cĩ diện tích là: 0,54 (m2
)
+ Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính vào phịng Q1:
Q1 = S.Rn.c.đs.mm.kh.m.r (W)
Với:
Trong đĩ:
R là lƣợng bức xạ mặt trời đến bề mặt kính, (W/m2). Tra phụ lục bảng 4-2 trang 203 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001 ta đƣợc R = 514 (W/m2)
Với kính cửa sổ là loại kính trong phẳng dày 6mm. Tra bảng 4-3 trang 215 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001 ta đƣợc:
- Hệ số hấp thụ: k = 0,15 - Hệ số phản xạ: k = 0,008 - Hệ số xuyên qua: k = 0,77
Với rèm che trong kính cĩ màu trung bình. Tra bảng 4-4 trang 216 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001 ta đƣợc:
- Hệ số hấp thụ: m = 0,58 - Hệ số phản xạ: m = 0,39 - Hệ số xuyên qua: m = 0,03
= 339 (W/m2)
S là diện tích bề mặt kính. Vì khung cửa sổ là khung gỗ, nên: S = 0,85.S’ (Với S’ tổng diện tích hai khung cửa sổ).
( ) [ ] 0,88 R . . 0,4. + . + + + 0,4. = Rn αk τk αm τm ρk ρm αk αm [ ] 0,88 514 . ,58) 0,4.0,15.0 + 0,08.0,39 + 0,03 + 0,77.(0,58 + 0,4.0,15 = Rn
52 S = 0,85.2.0,54 = 0,92 (m2).
c là hệ số ảnh hƣởng ở độ cao h (m) nơi đặt kính so với mặt nƣớc biển và c = 1.
.0,13 10 20) (t 1 đs đs
Nhiệt độ đọng sƣơng ở Tp.Hồ Chí Minh là tđs = 27 (0C).
.0,13 0,91 10 20) (27 1 đs
Khi trời khơng mây: mm = 1.
Vì khung cửa sổ là khung gỗ, nên: kh = 1.
Với kính trong phẳng dày 6 mm. Tra bang 4-3 trang 215 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001
ta đƣợc: m = 0,94.
Với kính khơng phải là kính cơ bản (kính cơ bản là kính trong suốt dày 3mm) và cĩ màn che trong kính, nên r = 1.
Q1 = S.Rn.c.đs.mm.kh.m.r
= 0,92.333,9.1.0,901.1.1.0,94.1 = 260,22 (W)
+ Nhiệt bức xạ mặt trời qua trần nhà Q2 :
Q2 = Str.Ktr. t Trong đĩ:
Str = 8 x 5 = 40 (m2)
Với:
Mái bê tơng dày 300 mm, cĩ lớp vữa dày 25 mm
Hệ số truyền nhiệt của trần theo bảng 4-5 trang 220 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001:
Ktr = 1,41 (W/m2.0C)
Vì mặt ngồi của tƣờng tiếp xúc với vùng khơng cĩ điều hịa khơng khí nên: Theo (Q4.4)
t = 0,7(tN – tT)
t = (tN – tT) = 0,7 x (33,9 – 24) = 6,93(0C)
Q2 = Ktr.Str. t = 1,41 x 40 x 6,93 = 390,852(W)
+ Nhiệt truyền qua sàn Q3
53 Trong đĩ:
Ss = 40 (m2)
Theo bảng 4-7 trang 222 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001
Hệ số truyền nhiệt của sàn: Ks = 2,15 (W/m2.0C)
Vì phía dƣới sàn là đất nên:
t = 0,7.(tN – tT) = 0,7.(33,9 – 24) = 6,93 (0C)
Q3 = 40 x.2,15 x.6,93 = 595.98 (W)
+ Nhiệt xâm nhập qua tƣờng Q4
Q4 = Stƣ.Ktƣ. t Tƣờng bao gồm:
Lớp gạch dày 90 mm. Nên theo bảng 4-10 trang 224 sách “Hệ thống điều hịa khơng khí và thơng giĩ”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2001
Nhiệt trở dẫn nhiệt của lớp gạch R1 = 0,111 (m2.0C/W).
Hai lớp vữa(hồ), mỗi lớp dày 15 mm. Nên theo bảng 4-10 trang 224 sách “Hệ