9.4.1. Thơng gió tự nhiên
Thơng gió tự nhiên là giải pháp làm thơng thống và mát cho nhà xƣởng nhờ tác dụng theo quy luật của gió và nhiệt.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 161
* Thơng gió bằng cách thƣờng mở của phía dƣới và phía trên
- Thơng gió tự nhiên đơn giản, kinh tế, phù hợp với điều kiện kinh tế.
- Trong xƣởng làm việc, mơi trƣờng khơng khí bị nóng, khói bụi và các hơi độc bay xung quanh. Khi thiết kế, nhà xƣởng cần phải cao, thống gió, nhà hai mái, có cửa chớp. Lợp bằng kính, vừa đảm bảo thơng gió, vừa sử dụng ánh sáng tự nhiên, tƣờng nhà để nhiều cửa sổ rộng (diện tích cửa bằng 1/4 1/5 diện tích nền nhà).
- Dựa theo nguyên lý các hơi khí bị nóng bốc lên thốt ra ngồi, khơng khí bên ngồi nhà xƣởng mát hơn tràn qua cửa, đẩy khơng khí nhẹ hơn thốt ra ngồi qua cửa trên mái nhà (cửa chớp lật).
- Khơng khí bên ngồi vào trong nhà xƣởng lại bị nung nóng nhẹ hơn và bốc lên cao, khơng khí bên ngồi nặng hơn tràn qua cửa đẩy khơng khí bị nung nóng bay lên, qua cửa mái nhà và thoát ra ngồi (cửa trời). Q trình đó xảy ra liên tục, tạo bầu khơng khí trong sạch trong nhà xƣởng.
* Thơng gió tự nhiên bằng cách lợi dụng sức gió
- Nhà xƣởng phải xây dựng theo đúng hƣớng gió. Mở nhiều loại cửa phía hƣớng gió. Gió thổi qua các cửa sổ trong phân xƣởng, có áp lực cao hơn phía bên kia của phân xƣởng, khơng khí bị ơ nhiễm trong phân xƣởng sẽ thốt ra ngồi.
Hình 9.11 - Thơng gió tự nhiên bằng cách lợi dụng sức gió
9.4.2. Thơng gió nhân tạo * Thơng gió bằng quạt
Dùng quạt thơng gió có cơng suất cao đặt trong tƣờng sát trần xƣởng. Khi quạt hoạt động hút khơng khí bẩn trong xƣởng đẩy ra ngồi trời. Đặt hệ thống quạt sát nền
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 162
xƣởng, hút khí trời vào nhà. Phƣơng pháp này hạn chế là khơng đẩy hết đƣợc khơng khí ơ nhiễm ra ngồi và khơng khí này có thể bay sang khu vực khác.
Hình 9.12 - Hệ thống thơng gió bằng quạt
* Thơng gió cục bộ
Gió đƣợc bơm vào / thổi ra hệ thống ống dẫn khí chung, có đƣờng ống đến tận bộ phận sản xuất có các yếu tố bất lợi nhƣ nhiệt độ quá nóng, bụi nhiều, nồng độ hơi khí độc cao.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 163
* Hút gió
Lắp đặt hệ thống quạt trên tƣờng, khi quạt hoạt động sẽ hút khơng khí bẩn trong xƣởng và đẩy ra ngồi. Khơng khí bên ngồi tràn vào khe hở.
Hút bụi trong khu vực làm việc Hút khói hàn trong khu vực hàn
Hình 9.14 - Hút gió trong sản xuất
* Thơng gió bằng phƣơng pháp bơm và hút
Đây là hệ thống phối hợp cả hai hệ thống bơm vào và hút ra. Hệ thống này có ƣu việt là bơm vào từng bộ phận và hút khí bẩn ra ngồi từng vị trí một.
9.4.3. Xác định lƣu lƣợng trao đổi khơng khí hệ thống thơng gió chung
Lưu lượng trao đổi khơng khí là thể tích hoặc trọng lƣợng khơng khí thổi vào
hoặc hút ra khỏi phịng trong một giờ. Lƣu lƣợng trao đổi khơng khí cịn đƣợc gọi là lƣu lƣợng thơng gió. Lấy lƣu lƣợng thơng gió tính theo thể tích chia cho thể tích phịng đƣợc trị số m đƣợc gọi là bội số trao đổi khơng khí hoặc bội số thơng gió.
Tùy theo nhiệm vụ của thơng gió là khử nhiệt hoặc khử khí hơi có hại và bụi mà cách xác định lƣu lƣợng thơng gió sẽ khác nhau.
* Xác định lƣu lƣợng thơng gió khử nhiệt
Lƣợng nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt trong nhà có thể lớn hơn lƣợng nhiệt mất đi do truyền nhiệt qua kết cấu bao che của nhà, sinh ra lƣợng nhiệt thừa và làm cho nhiệt độ trong nhà tăng cao.
∑ ∑ ( ờ) ó ∑ là tổng lƣợng nhiệt tỏa ra trong xƣởng.
∑ là lƣợng nhiệt mất mát qua kết cấu bao che. Qth là nhiệt thừa.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 164
Để khử nhiệt thừa cần thổi khơng khí vào nhà có nhiệt độ thấp hơn để khi thổi qua nó sẽ khử nhiệt thừa trong nhà và tăng dần nhiệt độ rồi thốt ra ngồi.
Xác định lượng nhiệt mất mát qua các kết cấu Qm
∑ ∑ ( )
trong đó tT, tN (OC) là nhiệt độ khơng khí trong xƣởng và ngồi trời. F (m2) là diện tích kết cấu bao che.
K (kcal/m2.giờ.OC) là hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che.
∑
trong đó N, T là hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt bên ngoài và bên trong của kết cấu bao che.
i (m) là chiều dày từng lớp vật liệu riêng biệt trong kết cấu. i (kcal/m.giờ.OC) là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu.
Xác định lượng nhiệt tỏa ra Qt
Lƣợng nhiệt do ngƣời gồm nhiệt ẩn và nhiệt hiện.
Nhiệt hiện là lƣợng nhiệt tỏa ra bằng đối lƣu, bức xạ và do nguội dần của hơi
thở và hơi nƣớc bốc hơi từ bề mặt da đến nhiệt độ khơng khí xung quanh.
Nhiệt ẩn là lƣợng nhiệt hóa hơi chứa trong hơi nƣớc từ cơ thể tỏa ra.
Chính lƣợng nhiệt này là phần nhiệt có tác dụng làm tăng nhiệt độ khơng khí xung quanh.
Lƣợng nhiệt do các máy chạy bằng động cơ điện
trong đó 860 (kcal/kW.giờ) tƣơng đƣơng lƣợng nhiệt của điện năng. N (kW) là công suất đặt máy tổng cộng của các động cơ điện. 1 (0,9 0,7) là hệ số sử dụng công suất đặt máy của động cơ điện. 2 (0,8 0,5) là hệ số phụ tải.
3 (1,0 0,5) là hệ số hoạt động đồng thời của các động cơ. 4 là hệ số chuyển biến thành nhiệt tỏa ra trong phòng.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 165
Lƣợng nhiệt tỏa ra từ bề mặt nung nóng (tƣờng lị nung, thành bể chứa,...) ( ) ( ) ( ờ)
trong đó t0 (OC) là nhiệt độ của khơng khí bên trong thiết bị. tbm (OC) là nhiệt độ bề mặt ngoài của thiết bị. tk (OC) là nhiệt độ khơng khí xung quanh.
F (m2) là diện tích bề mặt (mặt phẳng) tỏa nhiệt của thiết bị.
N (kcal/m2.giờ.OC) là hệ số trao đổi nhiệt bề mặt của thành thiết bị. K là hệ số truyền nhiệt.
Trong các phân xƣởng gia cơng nóng kim loại, các sản phẩm và vật liệu nóng đƣợc để nguội dần trong phân xƣởng là nguồn tỏa nhiệt đáng kể. Lƣợng nhiệt tỏa ra từ những nguồn đó cũng đƣợc xác định
( ) ( ờ) trong đó t0 (OC) là nhiệt độ bao đầu.
tk (OC) là nhiệt độ cuối. C là tỷ lệ nhiệt của vật liệu. G là trọng lƣợng của vật liệu.
Trƣờng hợp nếu quá trình nguội dần, vật liệu biến đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn thì lƣợng nhiệt tỏa ra đƣợc xác định
[ ( ) ( )] ( ờ)
trong đó C1, Cr (kcal/kg.OC) là tỷ nhiệt của vật liệu tƣơng ứng với thể lỏng và thể rắn của nó.
tnc (OC) là nhiệt độ nóng chảy của vật liệu. qnc (kcal/kg) là nhiệt nóng chảy của vật liệu.
Sau khi xác định đƣợc lƣợng nhiệt thừa trong xƣởng Qth, lƣu lƣợng thơng gió chung L đƣợc tính
( ) ( ) trong đó C = 0,24 kcal/kg. OC là tỷ nhiệt của khơng khí.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MÔI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 166
tv (OC) là nhiệt độ khơng khí thổi vào xƣởng. Khi khơng khí thổi vào đƣợc lấy trực tiếp từ bên ngồi, khơng qua khâu trung gian gia cơng nhiệt làm nóng hay làm lạnh gì cả thì tv là nhiệt độ khơng khí ngồi trời tn.
(kg/m3) là trọng lƣợng đơn vị của khơng khí.
Từ cơng thức trên, nếu nhiệt độ khơng khí thổi vào tv càng thấp thì lƣu lƣợng
thơng gió sẽ càng nhỏ, hệ thống gió sẽ càng gọn nhỏ và kinh tế. Tuy nhiên, nhiệt độ khơng khí thổi vào tv khơng đƣợc q thấp so với nhiệt độ khơng khí trong xƣởng từ 3OC 8OC. Nếu nhiệt độ tv thấp hơn nữa thì khơng khí thổi vào sẽ gây ra cảm giác
khó chịu, có khi gây cảm lạnh nếu có miệng thổi gió bố trí ngay tại cùng làm việc của ngƣời lao động. Trong trƣờng hợp này, ta bố trì các miệng thổi hoặc cửa gió trên cao so với tính tốn, sao cho luồng gió mát chìm dần xuống đến vùng làm việc thì nhiệt độ đã tăng dần lên xấp xỉ với nhiệt độ khơng khí trong xƣởng.
* Xác định lƣu lƣợng thơng gió khử khí độc và bụi
Lƣu lƣợng đƣợc tính
( )
trong đó G (kg/h) là lƣợng độc bụi (hơi, khí hoặc bụi) tỏa ra trong xƣởng.
ycp, yv (g/m3 hoặc mg/h) là nồng độ cho phép của loại độc hại cần khử và nồng độ của chất độc hại đó trong khơng khí thổi vào.
Lƣợng khơng khí rị rỉ qua khe hở của các thiết bị áp lực
√
trong đó n = 1 2 là hệ số dự trữ kể đến mức độ hƣ hỏng của thiết bị. C là hệ số phụ thuộc vào áp xuất của hơi hoặc khí trong thiết bị. V (m3) là thể tích bên trong của thiết bị.
M là trọng lƣợng phân tử của hơi hoặc khí chứa trong thiết bị. T (OK) là nhiệt độ tƣơng đối của hơi.
Trong nhiều trƣờng hợp, lƣợng khí - hơi có hại tỏa ra trong xƣởng khơng thể xác định bằng tính tốn lý thuyết đƣợc. Ta có thể tiến hành đo đạc cụ thể và tính toán
( ) ( )
( ) trong đó V (m3) là thể tích của xƣởng.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 167
L (m3/h) là lƣu lƣợng thơng gió.
y1,y2 (g/m3) là hàm lƣợng của chất khí, hơi hoặc bụi trong khơng khí thổi vào và trong khơng khí hút ra khỏi phịng.
z (giờ) là thời gian.
9.4.4. Xác định lƣu lƣợng trao đổi khơng khí hệ thống thơng gió tự nhiên
Hệ thống thơng gió tự nhiên thực hiện đƣợc một lƣu lƣợng trao đổi khơng khí rất lớn, bội số trao đổi có thể đạt đƣợc từ 10 20 lần và khơng địi hỏi tốn kém năng lƣợng.
Lƣu lƣợng trong trƣờng hợp khử nhiệt
( ) ( ) Lƣu lƣợng trong trƣờng hợp khử độc hại
( ) trong đó tN (OC) là nhiệt độ khơng khí ngồi trời.
tR (OC) là nhiệt độ khơng khí trong xƣởng.
yN (g/m3 hoặc mg/l) là hàm lƣợng độc hại trong khơng khí ngồi trời. (kg/m3) là trọng lƣợng đơn vị của khơng khí.
* Thơng gió tự nhiên dƣới tác dụng của nhiệt thừa
Hình 9.15 - Thơng gió tự nhiên dƣới tác dụng của nhiệt thừa
Do có nhiệt thừa, nhiệt độ khơng khí tại vùng làm việc bên trong nhà sẽ có trị số tT cao hơn nhiệt độ khơng khí ngồi trời tự nhiên. Khơng khí nóng tại cùng làm việc bốc lên cao, trên đƣờng đi nó tiếp tục khử nhiệt thừa nên nhiệt độ tăng dần đến tR rồi
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 168
theo cửa F2 thốt ra ngồi. Ngƣợc lại, khơng khí ngồi trời mát và nặng hơn khơng
khí trong nhà, sẽ theo cửa F1 đi vào thay chỗ cho lƣợng khơng khí đã thốt ra ngồi. Hiện tƣợng nêu trên xảy ra là vì sự chênh lệch áp suất bên trong và bên ngoài xƣởng tại các cửa sổ. Tại cửa dƣới F1, áp suất khơng khí bên ngồi cao hơn áp suất khơng khí bên trong xƣởng. Tại cửa sổ F2 thì ngƣợc lại, áp suất bên trong cao hơn áp suất khơng khí bên ngồi. Nhƣ vậy, nếu đi từ dƣới lên trên sẽ tìm đƣợc một độ cao trung bình h1 nào đó kể từ tâm cửa dƣới mà tại đó, áp suất khơng khí trong và ngồi xƣởng bằng nhau. Mặt phẳng a-a nằm tại độ cao đó đƣợc gọi là mặt phẳng trung hịa. Nếu gọi áp suất khơng khí trên mặt phẳng trung hịa là pa thì áp suất trong xƣởng tại tâm bên dƣới và bên trên sẽ là
( )
( ) Áp suất khơng khí ngồi xƣởng tại tâm các cửa
( )
( ) Độ chênh lệch áp suất tại tâm các cửa
- Tại cửa dƣới F1: ( ) - Tại cửa trên F1: ( )
Trong công thức trên là trọng lƣợng đơn vị của khơng khí trong xƣởng ứng với nhiệt độ trung bình
Theo thủy lực học tại một tiết diện nào đó có chênh lệch áp suất là P thì dịch thể sẽ chuyển động qua tiết diện đó với vận tốc V
√ ( )
trong đó P (kg/m2) là chênh lệch áp suất ở hai tiết diện đang xét. g (m/s2) là gia tốc trọng trƣờng.
(kg/m3) là trọng lƣợng đơn vị của dịch thể.
Nếu thay P vừa tìm đƣợc ở trên, sẽ xác định đƣợc vận tốc chuyển động của khơng khí V1 và V2 qua các cửa F1 và F2.
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 169
√ ( ) ( ) √ ( ) ( ) trong đó N và R là trọng lƣợng đơn vị của khơng khí tƣơng ứng với nhiệt độ tN và tR.
Do có sức cản cục bộ, vận tốc thực tế của khơng khí tại các của sẽ nhỏ hơn một ít so với vận tốc tính đƣợc theo cơng thức nêu trên. Để tìm vận tốc thực tế đƣa thêm vào hệ số vận tốc ( = 0,97). Ngồi ra, khi qua cửa của dịng khơng khí bị thắt nhỏ lại, tức là tiết diện thực tế dịng khơng khí đi qua bé hơn diện tích cửa. Hệ số thắt nhỏ, dịng chảy là . Tích số của hai hệ số và đƣợc gọi là hệ số lưu lượng . Thơng thƣờng, có thể lấy = 0,64.
Lƣu lƣợng khơng khí thực tế đi vào nhà qua cửa dƣới
√ ( ) ( ) Và từ nhà thoát qua cửa trên
√ ( ) ( )
Áp dụng phƣơng trình cân bằng lƣu lƣợng và cho rằng 1 = 2 = , lƣu lƣợng vào bằng lƣơng lƣợng ra.
( )
( )
( )
( ) trong đó H (m) là khoảng cách thẳng đứng giữa tâm các cửa.
Vị trí mặt phẳng trung hòa
( ) ầ
Vậy, khoảng cách từ mặt phẳng trung hòa đến tâm các cửa gió vào và gió tỷ lệ nghịch với bình phƣơng diện tích. Nếu F1 = F2 thì mặt phẳng trung hỏa sẽ ở trình độ
cao cách đều tâm các cửa đó.
Khi tính tốn thơng số gió tự nhiên dƣới tác dụng của nhiệt thừa, lƣu lƣợng trao đổi khơng khí, các trị số nhiệt độ khơng khí vào, khơng khí trong xƣởng và khơng khí ra đã biết. Do vậy, cần xác định diện tích các cửa sổ. Chọn tỷ số F1/F2 và tính đƣợc
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP ThS. Bùi Thành Tâm 170 { ( ) Từ đó tính đƣợc F1 và F2. √ ( ) √ ( )
b. Thơng gió tự nhiên dƣới tác dụng của gió
Khi gió thổi vào bề mặt xƣởng sinh ra áp suất P.
( ) trong đó Vg (m/s) là vận tốc gió ngồi trời.
g (9,8 m/s2) là gia tốc trọng trƣờng.
(kg/m3) là trọng lƣợng đơn vị khơng khí.
k là hệ số khí động. Trên mặt đón gió k > 0 thì P > 0 và ngƣợc lại.
Hình 9.16 - Thơng gió tự nhiên dƣới tác dụng của gió
Áp suất gió gây ra tại cửa và
AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ MƠI TRƢỜNG CƠNG NGHIỆP
ThS. Bùi Thành Tâm 171
Áp suất tại phần bên ngoài xƣởng tại tâm các cửa và - Tại cửa : PN1 = Pa + P1.
- Tại cửa : PN2 = Pa - H. + P2.
Do ảnh hƣởng của gió, trên mặt phẳng chuẩn 1-1 về phía trong nhà chênh lệch nhau một lƣơng với áp suất khí quyển Pa một đại lƣợng Px (áp suất dƣ).
- Tại cửa : PT1 = Pa + Px. - Tại cửa : PT2 = Pa + Px - H..
Lƣợng chênh lệch áp suất P giữa bên ngoài và bên trong xƣờng tại các cửa - Tại cửa : P1 = PN1 - PT1 = (Pa + P1) - (Pa + Px) = P1 - PX.
- Tại cửa : P2 = PT2 - PN2 = (Pa - H. + P2) - (Pa + Px - H.) = Px.P2. Do sự chênh lệch về áp suất nên đã tạo ra sự lƣu thơng khơng khí. Khơng khí đi vào xƣởng với V1 và ra qua cửa thốt V2.
Phƣơng trình cân bằng lƣu lƣợng
√ ( ) √ ( ) Khi 1 = 2 thì
Áp suất dƣ trong xƣởng Px đã xác định đƣợc, do đó tính đƣợc vận tốc khơng khí tại các cửa V1, V2. Từ đó xác định diện tích các cửa F1, F2 nếu cho trƣớc lƣu lƣợng
thơng gió L1, L2 hoặc ngƣợc lại xác định lƣu lƣợng thơng gió L1, L2 khi biếtdiện tích