CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KIỂM TRA PHỤ TẢI CÔNG TRÌNH
2. Phương pháp tính toán
2.1 Tính nhiệt hiện và nhiệt ẩn cho công trình
2.1.1. Nhiệt hiện bức xạ qua cửa kính Q 11
Nhiệt hiện bức xạ qua cửa kính Q11 sẽ được tính theo biểu thức (2.2) bên dưới.
Q11 = nt . Q11′ , (W) (2.2)
Trong đó:
- Q11′: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào trong phòng điều hòa.
- nt: Hệ số tác dụng tức thời của lượng bức xạ mặt trời qua kính.
Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào trong phòng điều hòa Q11’ được nhóm em tính theo biểu thức (2.3) bên dưới:
Q11′ = F. RT. εc. εđs. εkh. εm. εr. εmm , (W) (2.3) Trong đó:
- F: Diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung làm bằng thép, nếu là khung làm bằng gỗ thì lấy bằng 0,85F (m2).
- RT: Nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng điều hòa (W/m2).
- εc: Là hệ số ảnh hưởng bởi độ cao so với mặt nước biển đối với công trình.
- εđs: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ đọng sương của không khí được quan sát với nhiệt độ đọng sương của không khí ở trên mặt nước biển là 20℃.
- εkh: Là hệ số ảnh hưởng của khung, đối với khung được làm bằng gỗ lấy εkh = 1 và đối với khung được làm bằng kim loại lấy εkh = 1,17.
- εm: Là hệ số kính, phụ thuộc vào màu sắc và kiểu loại kính.
- εr: Là hệ số mặt trời, kể đến ảnh hưởng của kính khi có rèm che bên trong.
- εmm: Là hệ số ảnh hưởng của mây mù, đối với khi trời có mây lấy ɛmm = 0,85 và đối với khi trời không có mây lấy ɛmm = 1.
Ví dụ: Tại công trình này, các mặt kính đều được sử dụng là kính Antisun 12 mm và có rèm che mành mành màu sáng được lắp bên trong.
❖ Xác định lượng nhiệt bức xạ mặt trời tức thời qua kính vào bên trong phòng điều hòa Q11’.
- Do kính được sử dụng là loại kính khác với kính cơ bản nên Q11’ sẽ được tính theo biểu thức (2.3) được thay thế RT = RK để tính toán:
20 Q11′ = F. R𝐾. εc. εđs. εkh. εm. εr. εmm , (W) (2.3) Với:
RK = [0,4. αK+ τK. (αk+ τm+ ρK. ρm+ 0,4. αK. αm)]. RN (2.4)
RN = RT
0,88 (2.5)
Trong đó:
- RN: Bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính.
- αK, αm: Là hệ số hấp thụ của kính và của rèm che bên trong phòng.
- τK, τm: Là hệ số xuyên qua của kính và rèm che bên trong phòng.
- ρK, ρm: Là hệ số phản xạ của kính và rèm che bên trong phòng.
❖ Xác định hệ số bị ảnh hưởng bởi các độ cao 𝜀𝐶:
- Hệ số ảnh hưởng của độ cao tại công trình so với mặt nước biển được tính theo biểu thức sau:
εC = 1 + H
1000. 0,023 (2.6)
- Độ cao tại công trình so với mặt nước biển tại mặt đất đo được là 31 m. Vậy hệ số ảnh hưởng bởi độ cao tại tầng 1 của công trình dùng theo biểu thức (2.6) là:
εC−Tầng 1= 1 + H
1000 . 0,023 = 1 +31 + 5,4
1000 . 0,023 = 1,00837
- Bảng thống kê chi tiết hệ số ảnh hưởng bởi độ cao εC đối với các tầng còn lại được thể hiện chi tiết ở Bảng 2.1 bên dưới:
Bảng 2.1: Thống kê hệ số ảnh hưởng bởi độ cao 𝛆𝐂.
Tầng
Độ cao so
với mặt
đất (m)
Hệ số ảnh hưởng độ
cao 𝛆𝐂
Tầng
Độ cao so
với mặt đất (m)
Hệ số ảnh hưởng độ
cao 𝛆𝐂
Tầng
Độ cao so với
mặt đất (m)
Hệ số ảnh hưởng độ
cao 𝛆𝐂
1 5,4 1,000837 11 46,2 1,001775 21 83,4 1,002631 2 10,8 1,000961 12 49,8 1,001858 22 87 1,002714
21 3 14,4 1,001044 13 53,4 1,001941 23 90,6 1,002796
4 18 1,001127 14 57 1,002024 24 94,2 1,002879
5 23,4 1,001251 15 60,6 1,002106 25 97,8 1,002962 6 28,2 1,001361 16 65,4 1,002217 26 101,4 1,003045
7 31,8 1,001444 17 69 1,0023 27 105 1,003128
8 35,4 1,001527 18 72,6 1,002382 28 108,6 1,003210 9 39 1,001610 19 76,2 1,002465 29 112,2 1,003293 10 42,6 1,001692 20 79,8 1,002548 30 115,8 1,003376
➢ Nhận xét: Ta thấy các hệ số ɛc đều xấp xỉ bằng 1, để thuận tiện cho việc tính toán nhóm chúng em chọn εC = 1.
❖ Xác định hệ số ảnh hưởng chênh lệch nhiệt độ đọng sương 𝜀đ𝑠:
- Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ đọng sương của không khí được quan sát với nhiệt độ đọng sương của không khí ở trên mặt nước biển tại 20oC được tính toán theo biểu thức dưới đây:
εđs = 1 −(ts− 20)
10 . 0,13 (2.7)
- Tra Bảng 1.7, 1.8 theo Tài liệu [10] ta có:
- Địa điểm: Tỉnh Bình Dương thuộc tiểu vùng IIC, do không có thông số tại Tỉnh Bình Dương nên lấy thông số tại khu vực gần nhất trong tiểu vùng là Thành phố Hồ Chí Minh.
- Cấp điều hòa của công trình là 2 với hệ số đảm bảo Kbđ = 0,977. Số giờ không đảm bảo là 200h/năm.
- Tra tại Phụ lục B Tài liệu [11] ở Thành phố Hồ Chí Minh với các thông số trên:
➢ Nhiệt độ và độ ẩm môi trường bên ngoài lần lượt là: tN = 36 ℃ ; φN = 49,9 %.
- Có thể tra nhiệt độ đọng sương ts bằng đồ thị t-d hoặc phần mềm AirCalc, nhóm chúng em sử dụng phần mềm AirCalc.
22 Hình 2.2:Tra các thông số không khí bên ngoài bằng phần mềm AirCalc.
- Kết quả phần mềm AirCalc được ts = 23,9 ℃.
- Tiếp tục tính bằng biểu thức (2.7).
εđs = 1 −(ts− 20)
10 . 0,13 = 1 −23,9 − 20
10 . 0,13 = 0,9493
❖ Xác định hệ số ảnh hưởng của mây mù:
- Để tính toán cho hệ thống ĐHKK, ta chọn điều kiện đối với thời tiết là trời quang không có mây để có thể tính được lượng tải lớn nhất, chọn εmm = 1.
❖ Xác định hệ số ảnh hưởng đối với khung 𝜀𝑘ℎ:
- Các khung cửa được làm bằng kim loại nên ta chọn εkh = 1,17.
❖ Xác định hệ số kính 𝜀𝑚:
- Tại công trình sử dụng toàn bộ kính Antisun, dày 12 mm. Nhóm em tra theo Bảng 4.3 của Tài liệu [10] ta có được hệ số kính εm = 0,58.
- Ngoài ra, cũng tại bảng trên nhóm em cũng tra được các hệ số khác của kính như là:
αk = 0,74 ; ρk = 0,05 ; τk = 0,21
❖ Xác định hệ số mặt trời 𝜀𝑟:
- Công trình có sử dụng rèm và kính là loại khác kính cơ bản, rèm mành mành màu sáng, tra theo Bảng 4.4 Tài liệu [10] ta có các hệ số của rèm là:
αm = 0,37 ; ρm = 0,51 ; τm = 0,12.
23 - Đối với loại màn che này, nhóm em cũng tra theo Bảng 4.4 Tài liệu [10] ta có hệ số
mặt trời: εr = 0,56.
❖ Xác định lượng nhiệt bức xạ qua kính vào phòng.
mục đích sử dụng, hệ thống ĐHKK hoạt động từ 6h – 22h, nên ta chọn RT = RTmax. - Tra Bảng 4.2 Tài liệu [10] với công trình nằm tại 10 Vĩ độ Bắc ta có được các giá
trị RTmax tương ứng với từng hướng thể hiện ở Bảng 2.2, từ đó tính được giá trị bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính.
Ví dụ: Tính lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính (kính cơ bản) vào phòng theo hướng Đông:
- Lượng nhiệt bức xạ tức thời được tính toán bằng biểu thức (2.5):
RN−Đ =RTmax
0,88 = 126
0,88 = 143,18
➢ Bảng thống kê chi tiết lượng nhiệt bức xạ qua kính vào phòng theo 4 hướng được thể hiện ở Bảng 2.2 bên dưới.
Bảng 2.2: Lượng bức xạ mặt trời lớn nhất xâm nhập qua kính và lượng bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính theo các hướng.
Hướng 𝐑𝐓𝐦𝐚𝐱 (𝐖 𝐦⁄ 𝟐) 𝐑𝐍(𝐖 𝐦⁄ 𝟐)
Bắc 126 143,18
Nam 378 429,55
Đông 517 587,50
Tây 517 587,50
Với các giá trị lượng bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính (kính cơ bản), do công trình sử dụng kính Antisun 12 mm. Từ đó nhóm em tính được giá trị RK.
Ví dụ: Lượng nhiệt bức xạ vào phòng qua mặt kính khác kính cơ bản theo hướng Đông là: Tiến hành dùng biểu thức (2.4).
RK = [0,4 . αK + τK . (αm+ τm+ ρK . ρm+ 0,4. αK . αm)] . RN
RK = [0,4 . 0,74 + 0,21 . (0,37 + 0,12 + 0,05 . 0,51 + 0,4 . 0,74 . 0,37)] . 587,5 = 251
24 Bảng 2.3: Lượng nhiệt bức xạ vào phòng với kính khác kính cơ bản.
Hướng 𝐑𝐊
Bắc 60,9
Nam 182,7
Đông 249,9
Tây 249,9
Ví dụ: Tính lượng nhiệt bức xạ tức thời qua mặt kính vào trong TTTM 1 của tầng 1 theo hướng Đông với diện tích kính Fk = 194,4 m2.
- Xác định lượng nhiệt bức xạ tức thời qua mặt kính vào trong phòng sẽ dùng biểu thức (2.3) với ɛr = 1.
Q11′(TTTM 1−T1−Đ) = 194,4 . 251 . 1 . 0,9493 . 1,17 . 0,58 . 1 Q11′(TTTM−T1−Đ) = 31435 (W)
➢ Bảng tổng hợp kết quả lượng nhiệt bức xạ mặt trời tức thời qua mặt kính vào phòng điều hòa theo từng hướng Q11’ được tính toán và thể hiện chi tiết tại Bảng 6.2.1.1
❖ Xác định hệ số tác dụng tức thời 𝑛𝑡.
nt = f(gs) (2.8)
Với:
gs =G′+ 0,5. G"
Fs , (kg/m2) (2.9)
Trong đó gồm:
- gs: Là khối lượng riêng (mật độ) diện tích trung bình kết cấu bao che bao gồm tường vách,... (kg/m2).
- G′: Là khối lượng của sàn nằm trên mặt đất, tường có mặt tiếp xúc với mặt trời (kg).
- G": Là khối lượng của sàn không nằm trên mặt đất, tường có mặt không tiếp xúc với mặt trời (kg).
- Fs: Là diện tích của sàn, (m2).
25 Thực hiện tra Bảng 4.11 của Tài liệu [10], ta có được mật độ của các vật liệu cấu tạo thành tường bao là:
▪ Tường bao cấu tạo từ gạch thông thường cùng với vữa nặng có mật độ là: 1800 (kg/m3).
▪ Tường bao cấu tạo từ sàn bê tông cốt thép có mật độ là: 2400 (kg/m3).
▪ Tường bao cấu tạo từ kính cửa sổ thủy tinh có mật độ là: 2500 (kg/m3).
❖ Từ các thông số mật độ của vật liệu ở trên, tiến hành tính toán cho khối lượng của 1 m2 tường bao từng loại:
+ Khối lượng của 1 m2 tường bao có độ dày là 0,22 m được làm từ vật liệu là gạch thường cùng với lớp vữa nặng:
0,22 . 1800 = 396 (kg/m2)
+ Khối lượng của 1 m2 tường bao có độ dày là 0,63 m được làm từ vật liệu là gạch thường với lớp vữa nặng:
0,63 . 1800 = 1134 (kg/m2)
+ Khối lượng của 1 m2 tường bao có độ dày là 0,38 m được làm từ gạch thường với lớp vữa nặng:
0,38 . 1800 = 684 (kg/m2)
+ Khối lượng của 1 m2 tường bao có độ dày là 0,11 m được làm từ vật liệu gạch thường cùng với lớp vữa nặng:
0,11 . 1800 = 198 (kg/m2)
+ Khối lượng của 1 m2 vách ngăn có độ dày là 0,006 m được làm từ vật liệu kính cửa sổ thủy tinh:
0,006 . 2500 = 15 (kg/m2)
+ Khối lượng của 1 m2 sàn có độ dày là 0,17 m được làm từ vật liệu bê tông cốt thép:
0,17 . 2400 = 408 (kg/m2)
+ Khối lượng của 1 m2 sàn có độ dày là 0,24 m được làm từ vật liệu bêtông cốt thép:
0,24 . 2400 = 576 (kg/m2)
➢ Bảng thống kê diện tích của các mặt kết cấu tường bao che được thống kê thể hiện chi tiết ở tại Bảng 6.2.1.2.
26 Ví dụ: Tính toán giá trị của mật độ diện tích trung bình xét cho VP1 ở tầng 17, ta tính được:
❖ Khối lượng tường tiếp xúc với mặt trời:
Do tầng 17 có diện tích sàn không ở tại mặt đất nên khối lượng tường không bao gồm sàn.
G′(VP1−T7) = 118,4 . 396 + 216 . 15 = 50126,4 (kg)
❖ Khối lượng tường không tiếp xúc với mặt trời:
Bao gồm cả sàn và trần vì phía trên trần có tầng 18 nên:
G"(VP1−T17) = 396 . 576 . 2 = 456192 (kg)
❖ Nhóm em tiến hành sử dụng biểu thức (2.9) để tính toán mật độ diện tích trung bình:
gs(VP1−T17) =50126,4 + 0,5 . 456192
396 = 702,58 (kg/m2)
➢ Chi tiết Bảng tổng hợp giá trị mật độ đối với toàn bộ kết cấu bao che từng tầng xem ở Bảng 6.2.1.3.
- Nhóm em tiến hành lấy giá trị của gs ≥ 700 kg/m2 sàn, tra thông số theo Bảng 4.6 của Tài liệu [10] ta được giá trị hệ số tác động tức thời qua mặt kính khi có rèm che ở bên trong phòng lớn nhất ứng với từng hướng được thống kê thể hiện ở Bảng 2.4 bên dưới:
Bảng 2.4: Giá trị hệ số tác động tức thời tương ứng với các hướng.
Hướng nt Giờ
Bắc 0,88 18
Tây 0,65 17
Nam 0,67 13
Đông 0,62 8
❖ Lượng nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11.
Ví dụ: Tính toán lượng nhiệt hiện bức xạ qua mặt kính vào Văn phòng 1 tầng 17 là:
Từ các số liệu ở Bảng 6.2.1.3 và Bảng 2.4 ta tính được Q11. Nhóm em dùng biểu thức (2.2).
27 Q11 = 0,88 . 0 + 0,67 . 10,64 + 0,62 . 7,57 + 0,65 . 12,81 = 20,1 (kW)
➢ Bảng tổng hợp tính toán nhiệt hiện của bức xạ qua kính Q11 được nhóm em thống kê thể hiện chi tiết ở tại Bảng 6.2.1.4.