CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG GIÓ
4.1 Giới thiệu & chọn phương pháp tính đường ống gió
4.1.1 Phân loại
a. Theo chức năng
- Đường ống cung cấp khơng khí (Supply Air Duct – SAD) - Đường ống hồi gió (Return Air Duct - RAD)
- Đường ống cung cấp khơng khí tươi (Fresh Air Duct - FAD) - Đường ống thơng gió (Ventilation Air Duct - VAD)
- Đường ống thải gió (Exhaust Air Duct - EAD)
Do trong giới hạn của đề tài là thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí nên ta chỉ tính chọn các đường ống cấp gió thải và gió tươi.
b. Theo tốc độ
Bảng 4.1 Chọn ống gió theo tốc độ
Loại đường ống Hệ thống điều hòa dân dụng Hệ thống điều hịa cơng nghiệp Cấp gió Hồi gió Cấp gió Hồi gió Tốc độ thấp < 12,7 < 10,2 < 12,7 < 12,7
Tốc độ cao > 12,7 - 12,7 ÷ 25,4 -
c. Theo kết cấu và vị trí lắp đặt
- Đường ống gió treo - Đường ống gió ngầm
d. Theo hình dáng tiết diện đường ống
- Đường ống hình chữ nhật, hình vng - Đường ống trịn
- Đường ống ơ van
e. Theo vật liệu chế tạo đường ống
- Đường ống tôn tráng kẽm - Đường ống inox
- Đường ống nhựa PVC
Thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí VRV cho khách sạn Vĩnh Cường – Quảng Bình
4.1.2 Chọn loại đường ống gió
a. Hệ thống ống ngầm
Đường ống gió ngầm được xây dựng bằng gạch hoặc bê tơng và đi ngầm dưới đất. Đường ống gió ngầm thường kết hợp dẫn gió và lắp đặt các hệ thống đường nước, điện, điện thoại đi kèm nên gọn gàng và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên cũng gây ra một số rắc rối nhất định như vấn đề vệ sinh, tuần hồn gió…
Đường ống gió ngầm thường sử dụng là các đường ống gió hồi, rất ít khi sử dụng đường ống gió cấp do chất lượng gió ít nhiều bị ảnh hưởng, đặc biệt là đường ống gió cũ đã hoạt động lâu ngày bị ẩm mốc.
Nói chung đường ống gió ngầm địi hỏi chi phí lớn, khó xây dựng và có nhiều nhược điểm. Nó chỉ được sử dụng trong trường hợp bất khả kháng hoặc là trường hợp cần thu gom bụi.
b. Hệ thống ống kiểu treo
Là hệ thống đường ống được treo trên các giá đỡ đặt ở trên cao. Do đó u cầu đối với hệ thống ơng treo vơ cùng nghiêm ngặt.
+ Kết cấu gọn, nhẹ + Bền và chắc chắn
+ Dẫn gió hiệu quả, thi cơng nhanh chóng + Dễ chế tạo và giá thành thấp
Đường ống gió treo có thể chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, tiết diện đường ống cũng có hình dạng khác nhau. Đường ống gió treo cho phép dễ dàng điều chỉnh tiết diện để đảm bảo phân phối gió đều trên tồn bộ đường ống.
Hình 4.1 Treo đỡ đường ống gió Chú thích:
1- Trần hệ thống 5- Thanh sắt đỡ
2- Thanh treo 6- Bông thủy tinh cách nhiệt 3- Đoạn ren 7- Ống gió
4- Bu lơng + Đai ốc 8- Vít nở 6 5 4 3 2 1 7 8
Vật liệu sử dụng chủ yếu là tôn tráng kẽm có bề dày từ 0,5 ÷ 1,2 mm. Đường
ống gió có tiết diện hình chữ nhật được sử dụng phổ biến vì nó phù hợp với kết cấu nhà treo đỡ, chế tạo, dễ bọc cách nhiệt, và đặc biệt các chi tiết phụ như cút, xuyên, chạc 3, chạc 4… dễ chế tạo hơn các tiết diện khác (vng, trịn, ơ van).
=> Đối với cơng trình này, ta chọn đường ống gió kiểu treo.
4.1.3 Phương pháp tính tốn
a. Phương pháp ma sát đồng đều
Thiết kế hệ thống ống gió sao cho tổn thất áp suất trên 1m chiều dài đường ống đều nhau trên toàn tuyến ống, ở bất cứ tiết diện nào và bằng tổn thất trên 1 m chiều dài đoạn ống chuẩn. Đây là phương pháp sử dụng phổ biến nhất, nhanh và tương đối chính xác. Phương pháp này cho phép xác định bất cứ đoạn ống nào trên mạng mà không cần phải biết trước kích thước các đoạn trước, rất phù hợp với thực tế thi công tại các công trường. Phương pháp này thích hợp cho hệ thống tốc độ thấp (phịng ở, khách sạn, hội trường, nhà hàng …) cho cả ống đi, ống về và ống thải.
b. Phương pháp tính tốn lý thuyết
Dựa vào các công thức lý thuyết và tính tốn tuần tự kích thước đường ống từ đầu đến cuối tuyến ống sao cho áp suất tĩnh tại các vị trí lắp đặt miệng hút và miệng thổi khơng thay đổi. Đây là phương pháp có thể coi là chính xác nhất, nhưng phức tạp và mất nhiều thời gian.
c. Phương pháp giảm dần tốc độ
Người thiết kế bằng kinh nghiệm của mình chủ động thiết kế giảm dần tốc độ theo chiều chuyển động của dịng khơng khí trong tuyến ống. Tuy thiết kế nhanh nhưng phụ thuộc vào chủ quan của người thiết kế và khó chính xác. Thiết kế theo phương pháp này, hệ thống bắt buộc phải lắp các van điều chỉnh lưu lượng ống gió.
d. Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
Xác định kích thước của ống dẫn sao cho tổn thất áp suất trên đoạn đó đúng bằng độ gia tăng áp suất tĩnh do sự giảm tốc độ chuyển động của khơng khí sau mỗi nhánh rẽ. Phương pháp này tương tự với phương pháp lý thuyết, nhưng ở đây người ta thiết kế chủ yếu sử dụng các đồ thị.
Ngồi các phương pháp trên người ta cịn sử dụng một số phương pháp sau đây: - Phương pháp T
- Phương pháp tốc độ không đổi - Phương pháp áp suất tổng
Trong đồ án này ta chọn phương pháp ma sát đồng đều để tính tốn thiết kế hệ thống cấp khí tươi. Phương pháp ma sát đồng đều có ưu điểm là thiết kế rất nhanh, người thiết kế khơng bắt buộc phải tính tốn tuần tự từ đầu tuyến ống đến cuối mà có thể tính bất cứ đoạn ống nào tuỳ ý, điều này có ý nghĩa trên thực tế thi cơng ở cơng trường.
Thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí VRV cho khách sạn Vĩnh Cường – Quảng Bình
Có hai hướng lựa chọn thiết kế:
+ Cách 1: Chọn tiết diện đoạn đầu nơi gần quạt là tiết diện điển hình, chọn tốc độ chuyển động khơng khí phù hợp với đoạn ống đó. Từ đó xác định đoạn ống có kích thước điển hình, tổn thất ma sát trên 1m chiều dài của đoạn ống điển hình. Giá trị tổn thất đó được coi là chuẩn trên toàn tuyến ống.
+ Cách 2: Chọn tổn thất áp suất hợp lý và giữ nguyên giá trị đó trên tồn bộ hệ thống đường ống gió. Trên cơ sở từng đoạn lưu lượng đã biết tiến hành xác định kích thước từng đoạn.
Tuy nhiên cách 2 có nhược điểm là lựa chọn tổn thất thế nào là hợp lý. Nếu chọn tổn thất bé thì kích thước đường ống lớn dẫn đến chi phí đầu tư tăng, nhưng nếu chọn tốc độ lớn thì sẽ gây ồn, chi phí vận hành tăng.
Trên thực tế ta chọn cách thứ nhất vì tốc độ gió cho ở các bảng là các thơng số đã được xác định dựa trên tính tốn kĩ thuật đã được cân nhắc bởi các yếu tố nêu ở trên.
Sau đây là các bước thiết kế theo cách 1: Bước 1:
- Lựa chọn tiết diện đầu là tiết diện điển hình.
- Chọn tốc độ gió cho tiết diện đó và tính kích thước đoạn ống điển hình: Diện tích tiết diện F1, kích thước cạnh a1, b1 và đường kính tương đương dtd.
F1= V1
ω1= a1×b1 (4.1)
- Xác định đường kính tương đương dtđ đoạn ống điển hình theo bảng 6.4 Trang 64, Tài liệu [2] hoặc theo công thức sau:
dtđ= 1,3×(a1×b1)
0,625
(a1+b1)0,25 , mm (4.2) Từ lưu lượng và tốc độ tiến hành xác định tổn thất áp suất cho 1 m ống tiết diện điển hình (dựa vào đồ thị). Giá trị đó được cố định trên tồn tuyến ống.
Bước 2: Trên cơ sở tổn thất chuẩn tính kích thước các đoạn cịn lại dựa vào lưu lượng đã biết. Người ta nhận thấy với điều kiện tổn thất áp suất khơng đổi thì với một tỷ lệ % lưu lượng so với tiết diện điển hình sẽ có tỷ lệ % tương ứng về tiết diện. Để q trình tính toán dễ dàng và thuận tiện người ta xây dựng mối quan hệ tỷ lệ % tiết diện đoạn ống điển hình theo tỷ lệ % lưu lượng.
- Xác định tỷ lệ % lưu lượng của các đoạn ống theo tiết diện điển hình. kiL= Vi
V1×100% (4.3)
- Xác định kích thước các đoạn ống theo tỷ lệ % so với tiết diện đoạn ống điển hình F1
Bước 3: Tổng trở lực của đoạn ống có chiều dài tổng lớn nhất là cơ sở để chọn quạt dàn lạnh.
∑∆p = (∑L+∑Ltd).Δp1 (4.5) Trong đó:
∑L – Tổng chiều dài của các đoạn ống trên tuyến đang xét, m.
∑Ltd – Tổng chiều dài tương tương của các tổn thất cục bộ, m.
Δp1 – Tổn thất áp suất trên 1m chiều dài đường ống (giá trị cố định), N/m2. Đặc điểm của phương pháp này:
- Phương pháp ma sát đồng đều có ưu điểm là thiết kế rất nhanh, người thiết kế khơng bắt buộc phải tính tốn tuần tự từ đầu tuyến ống đến cuối mà có thể tính bất cứ đoạn ống nào tùy ý, điều này có ý nghĩa đến thực tế thi cơng ở công trường.
- Phương pháp ma sát đồng đều cũng đảm bảo tốc độ giảm dần dọc theo chiều chuyển động, có độ tin cậy cao hơn phương pháp giảm dần tốc độ.
- Không đảm bảo phân bố lưu lượng đều trên toàn tuyến ống nên các miệng thổi cần phân bố thêm van điều chỉnh.
- Việc lựa chọn tổn thất cho 1m ống khó khăn. Thường chọn Δp = 0,5 – 1,5 N/m2 cho 1m ống.
- Phương pháp ma sát đồng đều được sử dụng rất phổ biến.