CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG GIĨ
4.1. Giới thiệu và chọn phương pháp tính đường ống gió
4.1.1. Giới thiệu các loại đường ống gió.
Trong hệ thống điều hịa khơng khí, đường ống dẫn khơng khí được chia làm
nhiều loại dựa trên các cơ sở khác nhau: a. Theo chức năng:
- Đường ống cung cấp khơng khí (Supply Air Duct – SAD). - Đường ống gió hồi (Return Air Duct – RAD).
- Đường ống cấp khơng khí tươi (Fresh Air Duct – FAD). - Đường ống thơng gió (Ventilation Air Duct – VAD). - Đường ống thải gió (Exhaust Air Duct – EAD).
b. Theo kết cấu và vị trí lắp đặt: đường ống gió treo và đường ống gió ngầm.
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 được sử dụng khi khơng gian lắp đặt khơng có hoặc việc lắp đặt các hệ thống đường ống treo khơng thuận lợi, chi phí cao và tuần hồn gió trong phịng khơng tốt. Một trong những trường hợp người ta hay sử dụng đường ống gió ngầm là hệ thống điều hịa trung tâm cho các rạp chiếu bóng, hội trường, đặc biệt là các xí nghiệp dệt, may, nhuộm, …
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.
Đường ống thường có tiết diện hình chữ nhật và được xây dựng sẵn khi xây dựng cơng trình. Vì vậy, có thể nói đường ống gió ngầm rất khó đảm bảo phân phối gió đều vì tiết diện đường ống thường được xây dựng đều nhau từ đầu tới cuối, trong một số hệ thống người ta giảm dần tiết diện bằng cách thay đổi độ nơng sâu của kênh gió, tuy nhiên rất khó duy trì cột áp tĩnh.
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.
Hệ thống ống kiểu treo.
Là hệ thống đường ống được treo trên các giá đỡ đặt ở trên cao. Do đó, yêu cầu đối với hệ thống ống treo vô 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.
Vì vậy, đường ống gió treo được sử dụng rất phổ biến trên thực tế.
Hình 4.1 Treo đỡ đường ống gió. Chú thích
1- Trần bê tơng 4- Bu lông + đai ốc 7- Ống gió
2- Thanh treo 5- Thanh sắt đỡ 8- Vít nở
3- Đoạn ren 6- Bông thủy tinh cách nhiệt
Vật liệu sử dụng chủ yếu là tơn tráng kẽm có bề dày từ 0,5÷1,2mm. 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 (trịn, ơ van). [trang259 TL1]
6 5 4 3 2 1 7 8
Đối với cơng trình này, ta chọn đường ống gió kiểu treo. c. Theo hình dáng tiết diện đường ống:
- Đường ống chữ nhật, hình vng. - Đường ống trịn, ơ van.
Về mặt tiết diện thì ống hình trịn có tiết diện nhỏ nhất nhưng nó lại chiếm chổ rất nhiều, nên trong trường hợp bị khống chế chiều cao thì người ta khơng làm hình trịn mà sẽ làm hình vng, hình chử nhật, cịn trong trường hợp chiều cao thoải mái thì người ta sẽ làm hình trịn.
Đối với cơng trình này do có thiết kế trần giả nên sẽ bị giới hạn chiều cao, vì vậy ta chọn ống hình vng, chử nhật.
d. Theo vật liệu chế tạo đường ống: - Đường ống tôn tráng kẽm, inox - Đường ống nhựa PVC.
- Đường ống polyuretan (PU).
4.1.2. Các phương pháp tính đường ống gió.
4.1.2.1. Phương pháp ma sát đồng đều.
Thiết kế hệ thống đường 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 1m chiều dài đoạn ống chuẩn. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất, nhanh và tương đối chính xác. Khác với các phương pháp khác là phải tính tốn thiết kế đường ống một cách tuần tự, muốn xác định kích thước đoạn sau phải biết kích thước đoạn trước, phương pháp ma sát đồng đều cho phép xác định bất cứ đoạn ống nào trên mạng mà khơng cần phải biết kích thước của đoạn trước đó. Điều này rất phù hợp với thực tế thi công tại các công trường.
4.1.2.2. Phương pháp tính tốn lý thuyết.
Phương pháp này 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 ở các vị trí lắp các miệng thổi và hút không đổi. Đây là phương pháp có thể coi là chính xác nhất. Tuy nhiên, phương pháp này tính tốn khá phức tạp, địi hỏi nhiều thời gian.
4.1.2.3. Các phương pháp khác.
- 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 đường ống. Đây là phương pháp thiết kế tương đối nhanh nhưng phụ thuộc nhiều vào chủ quan người thiết kế và khó đánh giá được mức độ chính xác. Khi thiết kế theo phương pháp này hệ thống buộc phải lắp các van điều chỉnh lưu lượng gió.
- Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh: thiết kế theo nguyên tắc tổn thất áp lực bao nhiêu thì giảm dần tốc độ để biến áp suất động thành áp suất tĩnh để bù lại.
- Ngồi các phương pháp trên, người ta cịn sử dụng một số phương pháp sau đây:
+ Phương pháp T.
+ Phương pháp tốc độ khơng đổi: thích hợp cho hệ thống tốc độ cao (xưởng sản xuất).
+ Phương pháp áp suất tổng.
4.1.2.4. Lựa chọn phương pháp tình đường ống gió.
Trong cơng trình này, ta chọn phương pháp ma sát đồng đều để tính tốn thiết kế hệ thống cấp gió tươi. Phương pháp này cũng đảm bảo tốc độ giảm dần và thường hay được sử dụng cho kênh gió tốc độ thấp và chức năng cấp gió, hồi gió và thải gió. 4.2. Tính tốn hệ thống đường ống gió theo phương pháp ma sát đồng đều.
* Có 2 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 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 tồn tuyến ống.
- Cách 2: chọn tổn thất áp suất hợp lý và giữ ngun giá trị đó trên tồn bộ hệ thống kênh gió. Trên cơ sở từng đoạn lưu lượng đã biết, tiến hành xác định kích thước từng đoạn. Tuy nhiên, cách này có nhược điểm là lựa chọn tổn thất áp suất thế nào là hợp lý, nếu chọn tổn thất bé thì kích thước đường ống lớn chi phí đầu tư tăng, nhưng nếu chọn tốc độ lớn sẽ gây ồn, chi phí vận hành tăng.
Trên thực tế, người ta chọn cách 1 vì tốc độ gió cho ở các bảng là các thơng số đã xác định dựa trên tính tốn kinh tế kỹ thuật đã cân nhắc đến các yếu tố nêu trên.
* Các bước thiết kế theo cách thứ nhất là: - Bước 1:
+ Lựa chọn tiết diện đầu làm tiết diện điển hình, chọn tốc độ gió cho tiết diện đó ω1, dựa vào lưu lượng V1 và tốc độ ω1 đã chọn tính kích thước đoạn ống điển hình: diện tích tiết diện F1, kích thước cạnh a1 và b1, đường kính tương đương dtđ.
1 1 1 1 1 V F a b = = (TL1/tr309)
+ Xác định đường kính tương đương dtđ đoạn ống điển hình theo bảng 6.4 (Tr164/TL[2])
+ Từ lưu lượng và đường kính tương đương xác định tổn thất áp suất cho 1m chiều dài đường ống điển hình Δp1 (dựa vào đồ thị). Giá trị đó được cố định trên toàn tuyến.
- Bước 2:
+ Trên cơ sở tổn thất áp suất chuẩn Δp1 tính kích thước các đoạn còn lại dựa vào lưu lượng đã biết. Tuy nhiên, để tiện lợi cho việc tính tốn người ta đã đưa ra số liệu tính tốn trên bảng 9.49 [TL1/tr310]. Theo bảng này, nếu lấy tiết diện và lưu lượng đoạn ống điển hình làm chuẩn thì có thể xác định tỷ lệ % tiết diện của đoạn ống bất kỳ so với đoạn ống chuẩn này khi biết được tỷ lệ % lưu lượng của đoạn ống đó so với đoạn ống điển hình. Xác định tỷ lệ % lưu lượng của các đoạn ống trên tiết diện điển hình:
+ Xác định kích thước của các đoạn ống theo tỷ lệ % so với tiết diện đoạn ống điểm hình F1:
* 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 trên 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 nên các miệng thổi cần phải bố trí thêm van điều chỉnh.
+ Việc lựa chọn tổn thất cho 1m ống khó khăn.
+ Phương pháp ma sát đồng đều được sử dụng rất phổ biến.
4.2.1. Đặc điểm cơng trình
Cơng trình có trần giả cách trần thật 700mm. Do đó đường ống gió phải được chế tạo hình chữ nhật thay vì hình trịn hay hình vng, để đảm bảo đường ống có thể nằm lọt giữa khoảng cách giữa trần thật và trần giả, tránh trường hợp phải hạ trần giả xuống ảnh hưởng đến không gian và dễ chế tạo cũng như lắp đặt.
4.2.2. Tính tốn đường ống gió tươi.
4.2.2.1. Lựa chọn phương án cấp gió tươi.
- Cấp gió tươi trực tiếp vào phịng: Gió tươi phải được làm lạnh bằng bộ tận dụng
lạnh gió thải (HRV) hoặc dàn lạnh (PAU).
- Cấp gió tươi theo hệ thống điều hồ: Cấp gió tươi đến hộp hồ trộn của các dàn lạnh.
Tại cơng trình này, ta cấp gió tươi trực tiếp vào phòng Đây là phương pháp đơn giản,
sẽ được các quạt hút hút đưa qua các bộ lọc để làm sạch và đưa vào phịng. Việc cấp gió tươi vào phịng có thể trực tiếp từ các quạt hướng trục, hoặc qua hệ thống kênh dẫn gió đối với quạt gắn trần.
Do khơng khí tươi đã được làm lạnh sơ bộ, nên sẽ tránh được sự phân bố khơng đều nhiệt độ gió giữa các vị trí.
Ưu điểm của việc cấp gió tươi trực tiếp vào phịng là có thể dễ dàng cáp vào những khu vực cần thiết. Tuy nhiên, do có sự chênh lệch về nhiệt độ gió tươi và nhiệt độ trong phòng. Nên, khi bố trí các quạt gió khơng đều có thể làm cho nhiệt độ khơng khí trong phịng cũng trở nên khơng đồng đều.
Để khắc phục hạn chế trên, người ta thường sử dụng phương pháp làm lạnh sơ bộ (vào mùa hè) hoặc gia nhiệt sơ bộ (vào mùa đơng) trước khi thổi vào phịng. Hoặc thực hiện phương pháp hồi nhiệt với khí thải để đạt được hiệu quả tốt nhất.
4.2.2.2. Tính kích thước đường ống gió.
Từ các thơng số đã có cho mỗi tầng như:
- Tổng lưu lượng gió tươi cần thiết cho từng tầng
Được tính bằng tổng lưu lượng gió tươi cần cấp cho mỗi phịng, đơn vị kg/s - Tốc độ tối ưu
- Theo bảng 7.1 trang 368 TL[4] ta chọn tốc độ khơng khí đi trong ống là ω1 = 6 m/s.
Theo kết quả chương 2 ta có:
- Bảng 4.1: lưu lượng gió tươi các phịng
TẦNG CHỨC NĂNG G(N) kg/s
Tầng 1 Phòng trưng bày 0.91
Phịng nhân sự 0.1
1. Tính tốn thiết kế hệ thống cấp gió tươi cho tầng 1:
+ Theo kết quả chương 2 ở bảng 2.9, ta có lưu lượng gió tươi cấp vào khơng gian điều hòa ở tầng này là 1,01 kg/s.
Vậy: VAB= 1.01
1,2 = 0,842[m3/s] = 842 [l/s]
a. Bước 1: Chọn và xác định các thông số tiết diện điển hình.
+ Chọn tiết diện điển hình, lưu lượng gió ban đầu là VAB = 0,842 [m3/s]. + Chọn tốc độ ban đầu: ωAB = 8 [m/s] theo bảng 9.4 [TL1/tr270].
+ Diện tích đoạn ống đầu là: FAB = 𝑉𝐴𝐵
𝑤𝐴𝐵 =0,842
8 = 0,105 [m2] + Diện tích tiết diện đoạn ống đầu AB là: a x b = 525 x200[mm] Tra bảng 9.5 trang [TL1/tr272], ta được đường kính tương đương là dtđ=344mm.
Dựa vào lưu lượng V1 = 842 [l/s] và đường kính tương đương là dtđ = 344mm, ta tra đồ thị hình 9.9 [TL1/tr277], được tổn thất Δp = 2.63 [Pa/m].
b. Bước 2: Tính tốn kích thước các đoạn cịn lại.
Trên cơ sở tỷ lệ phần trăm lưu lượng của các đoạn kế tiếp, ta xác định được tỷ lệ phần trăm diện tích của nó theo bảng 9.49 [TL1/tr310]. Xác định được kích thước
i i
a b của các đoạn đó, xác định diện tích thực và tốc độ thực.
Đọan
Lưu lượng Tiết diện Tốc độ
m/s Kích thướt mm Đường kính tương đương mm % m3/s % m2 AB 100 0.842 100 0.105 8 400x200 305 BD 60 0.589 76.5 0,07 7.33 200x200 152
2. Tính tốn đường ống gió cấp.
Đường ống gió cấp tại cơng trình được tính tốn tại các tầng 1 đến tầng 23, nơi
mà được lắp đặt dàn lạnh giấu trần. Và đường ống ở đây mà ta tính tốn là loại ống gió mềm. Ống mềm là ống trịn, do đó: 2 4 4 T T T T d F F d = = [mm]
Dựa vào kết quả tính tốn ở bảng 2.11 ở chương 2 ta có lưu lượng gió cấp vào từng tầng
Ta có, bảng tốc độ gió khuyên dùng miệng thổi hoặc hồi ở [TL7]. Bảng 4.9 Bảng tốc độ gió khuyên dùng tại miệng thổi hoặc hồi
STT Đặt tại Tốc độ ω (m/s)
1 Vùng làm việc 0.3 – 0.75
2 Đặt trên cao từ 2-3m 1.5 – 3
3 Đặt trên 3m 3 – 4
Kết quả tính tốn đường ống gió cấp được thể hiện trong PHỤ LỤC 4.1 4.3 Tính tốn thiết kế miệng thổi, miệng hút:
4.3.1 Lựa chọn kiểu miệng thổi, miệng hút:
* Miệng thổi và miệng hút có rất nhiều dạng khác nhau:
a. Theo hình dạng:
- Miệng thổi tròn.
- Miệng thổi chữ nhật, vuông. - Miệng thổi dẹt.
b. Theo cách phân phối gió:
- Miệng thổi khếch tán:
Miệng thổi khuếch tán thường được sử dụng để lắp trên trần giả của các cơng trình, đây là loại miệng thổi được sử dụng thơng dụng nhất vì đơn giản và đẹp. Dịng khơng khí khi đi ngang qua miệng thổi sẽ được khuếch tán rộng ra nhiều hướng khác nhau nên tốc độ khơng khí tại vùng làm việc sẽ nhanh chóng giảm xuống và luồng khơng khí phân bố đồng đều trong tồn bộ không gian. Miệng thổi khuếch tán được sử dụng nhiều trong các cơng sở, phịng làm việc, phòng ngủ mà độ cao laphong khá thấp. - Miệng thổi có cánh điều chỉnh đơn và đơi:
Thường sử dụng để làm miệng hút. Có thể làm miệng thổi khi lưu lượng lớn. Được lắp trên trần, tường hoặc ống gió.
Khi làm miệng hút cần lắp them phin lọc. - Miệng thổi kiểu lá sách:
Miệng thổi kiểu lá sách được thiết kế từ nhôm định hình có khả năng chống ăn mịn cao. Được sử dụng khá phổ biến trong hệ thống lạnh, sưởi và thơng gió. Nó được thiết