6. CÁC BIỆN PHÁP THÔNG GIÓ, CHIẾU SÁNG, GIẢM ỒN, CÁCH ÂM, CÁCH
6.3.Tính toán cân bằng nhiệt hệ thống điều hòa nhiệt độ
Việc tính toán cân bằng nhiệt độ trong xe để làm cơ sở cho việc chọn công suất hệ thống điều hòa cho phù hợp, đảm bảo hiệu quả sử dụng cho xe.
Nguồn nhiệt lượng làm nóng không gian trong khoang hành khách chủ yếu do hai dạng phô biến:
+ Nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong không gian điều hòa (khoang hành khách) gọi là các nguồn nhiệt tỏa: ΣQtỏa. Bao gồm:
Q1 – Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng nhân tạo; Q2 – Nhiệt do người tỏa ra;
Q3 – Nhiệt tỏa ra từ bề mặt sàn phía trên động cơ.
+ Nhiệt truyền qua kết cấu bao che (vỏ, kính ô tô) gọi là nguồn nhiệt thẩm thấu: ΣQtt. Bao gồm:
Q4 – Nhiệt do bức xạ mặt trời qua cửa kính;
Q5 – Nhiệt do bức xạ mặt trời qua thành và nóc xe; Q6 – Nhiệt do lọt không khí vào khoang hành khách; Q7 – Nhiệt truyền qua kết cấu bao che.
Tổng hai nguồn nhiệt trên gọi là nhiệt thừa: ΣQT = ΣQtỏa + ΣQtt
Để duy trì chế độ nhiệt trong không gian điều hòa, trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta phải cấp cho hệ thống một lượng không khí nào đó và lấy ra cũng lượng không khí như vậy. Như vậy, lượng không khí lấy ra này đã lấy đi từ không gian điều hòa một lượng nhiệt là ΣQT. ΣQT được sử dụng để xác định năng suất lạnh của hệ thống điều hòa. Tuy nhiên, công suất lạnh của hệ thống điều hòa cần phải lớn hơn ΣQT, do ngoài những nhiễu loạn về nhiệt (ΣQT) hệ còn chịu tác dụng do nhiễu loạn về ẩm, về phát tán các chất độc hại...
Ở mức độ của đề tài này, ta chỉ xác định ΣQT để qua đó xác định sơ bộ công suất lạnh cần thiết của hệ thống điều hòa, nhằm chọn được hệ thống điều hòa phù hợp để bố trí cho ô tô thiết kế.
- Nhiệt độ không khí bên ngoài ô tô là tN = 350C (vào các ngày nóng nhất); - Nhiệt độ yêu cầu trong khoang hành khách là tT = 240C;
- Khoang hành khách đảm bảo kín để không lọt không khí bên ngoài vào; - Tính cho trường hợp không có các rèm cửa.
6.3.1. Nhiệt tỏa ra do các nguồn sáng nhân tạo Q1
Nhiệt do nguồn sáng nhân tạo trong trường hợp này chủ yếu là của 04 bóng đèn trần. Đèn trần được sử dụng là loại đèn huỳnh quang có công suất mỗi bóng là 21W. Đối với đèn huỳnh quang, khoảng 25% năng lượng đầu vào biến thành quang năng, 25% được phát ra dưới dạng bức xạ nhiệt, 50% dưới dạng đối lưu và dẫn nhiệt. Tuy nhiên, đối với đèn huỳnh quang phải trang bị thêm bộ chấn lưu, công suất bộ chấn lưu cỡ 25% công suất đèn. Vì vậy, tổn thất nhiệt trong trường hợp này:
Q1 = 1,25xNhq = 1,25x4x21 = 105 [W]
6.3.2. Nhiệt do người tỏa ra Q2
Nhiệt do người tỏa ra gồm 2 thành phần:
- Nhiệt hiện: Do truyền nhiệt từ người ra môi trường thông qua đối lưu, bức xạ và dẫn nhiệt: qh
-Nhiệt ẩn: Do tỏa ẩm: qa
→ Nhiệt toàn phần: Bằng tổng nhiệt ẩn và nhiệt hiện Q2 = n.(qh + qa) = n.q [W]
Trong đó:
n - là tổng số người trên xe, n = 29 [người];
qh, qa, q - là nhiệt hiện, nhiệt ẩn và nhiệt toàn phần do 1 người tỏa ra trong 1 đơn vị thời gian và được xác định theo bảng 3.5, trang 57, [6].
Tra bảng với mức độ hoạt động là Ngồi yên tĩnh ta được: qh = 67 W/người, qa
= 33 W/người.
→ Q2 = 29x(67 + 33) = 2900 [W]
6.3.3. Nhiệt tỏa ra từ bề mặt sàn phía trên động cơ Q3
Q3 = αw.Fw.(tw – tT) [W] Trong đó:
αw – Hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt nóng, khi tính toán có thể chọn giá trị gần đúng là: αw = 10 W/m2.K, trang 58, [6];
Fw – Diện tích bề mặt sàn phía trên động cơ, Fw ≈ 1,2 [m2]; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tw – Nhiệt độ bề mặt sàn, do bề mặt sàn phía trên động cơ có lót vật liệu cách nhiệt nên nhiệt độ tại bề mặt này có thể lấy gần đúng: tw ≈ 350C;
→ Q3 = 10x1,2x(35 – 24) = 132 [W]
6.3.4. Nhiệt do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q4
Lượng nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính phụ thuộc vào mức độ nhiễm bụi của không khí, mây mù, thời điểm trong ngày và trong năm, địa điểm xe đang hoạt động, độ cao so với mực nước biển, nhiệt độ đọng sương của không khí, tính chất kính và hướng bề mặt nhận bức xạ. Do đặc thù của ô tô là thường xuyên di chuyển từ nơi này đến nơi khác nên ta chỉ tính gần đúng cho trường hợp khắc nghiệt nhất.
Đối với ô tô, Mặt Trời chỉ chiếu trực tiếp được tối đa ½ diện tích bề mặt kính. Diện tích kính trên ô tô là:
- Kính trước: 1,675 m2
- Kính lái cả hai phía: 0,914 m2
- Kính cửa sổ: 10,478 m2
- Kính cửa lên xuống: 2,01 m2
- Kính sau: 1,675 m2
→ Tổng diện tích cửa kính là: 16,752 m2
Trong trường hợp cơ bản, tổn thất nhiệt do bức xạ qua kính được tính theo công thức:
Q4 = nt.Q’4 [W] Trong đó:
nt – Hệ số tác động tức thời, theo bảng 3.12, trang 71, [6] chọn: nt = 0,76; Q’4 – Nhiệt bức xạ tức thời qua khoang hành khách, [W].
Q’4 = Fk.Rmax.εc.εds.εmm.εkh.εk.εm ,W Trong đó:
- Fk: Diện tích bề mặt kính, m2. Fk = 0,5x16,752 = 8,376 [m2]
- Rmax: Nhiệt bức xạ mặt trời cực đại xâm nhập qua cửa kính vào không gian điều hòa, tra theo bảng 3.10, trang 69, [6], Rmax = 517 [W/m2]. Ứng với: 10oBắc, tháng 9 và 3, hường Tây hoặc Đông;
- εc: Hệ số tính đến độ cao H (m) nơi xe hoạt đông so với mực nước biển: εc = 1 + 0,023.
1000 H
, độ cao H không đáng kể nên: εc = 1;
- εds: Hệ số xét tới ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ đọng sương so cới 20oC εds = 1- 0,13. 10 20 ts − , 0C
Với tN = 350C, độ ẩm φN = 72,1 %, tra đồ thị I-d ta được ts = 310C. → ε = 0,857
- εmm: Hệ số xét tới ảnh hưởng của mây mù. - Trời không mây: ε =1
- Trời có mây: ε = 0,85
Vào thời gian tháng 9 và tháng 3 bầu trời gần như không có mây, do đó chọn: εmm = 1;
- εkh : Hệ số xét tới ảnh hưởng của khung kính. + Khung gỗ: εkh =1.
+ Khung kim loại: εkh = 1,17.
Khung cửa sổ trên ô tô thiết kế làm bằng kim loại, lấy εkh = 1,17; - εk: Hệ số kính, theo bảng 3.7, trang 61, [6] chọn: εk = 0,94;
- εm: Hệ số mặt trời, hệ sô này xét tới ảnh hưởng của rèm che tới bức xạ của mặt trời. Khi không có rèm che: εm = 1.
→ Q’4 = 8,376 x 517 x 1x 0,857 x 1 x 1,17 x 0,94 x 1 = 4081,5 [W] Vậy: Q4 = nt.Q’4 = 0,76x4081,5 = 3102 [W] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.3.5. Nhiệt do bức xạ mặt trời qua thành và nóc xe Q5
Dưới tác dụng của các tia bức xạ mặt trời, bề mặt bên ngoài cúng của thành và nóc xe sẽ dần dần nóng lên do hấp thụ nhiệt. Lượng nhiệt này sẽ tỏa ra môi trường một phần, phần còn lại sẽ dẫn nhiệt vào bên trong và truyền cho không khí trong khoang hành khách bằng đối lưu và bức xạ.
Lượng nhiệt truyền qua thành và nóc xe do bức xạ và độ chênh lệch nhiệt độ trong khoang hành khách và ngoài trời được xác định theo công thức:
Q5 = F.k.φm.Δt [W] Trong đó:
- F – Diện tích thành và nóc xe (chỉ tính cho diện tích 1 thành bên + diện tích thành trước hoặc sau + diện tích nóc xe)
+ Diện tích nóc xe: Fn = 12,48 [m2]
+ Diện tích thành bên phải xe: Ft = 7,16 [m2] + Diện tích thành sau xe: Fđ = 2,48 [m2]
→ F = 12,48 + 7,16 + 2,48 = 22,12 [m2];
- k – Hệ số truyền nhiệt qua thành và nóc xe, [W/m2.K]. Thành và nóc xe có kết cấu và vật liệu tương tự nhau nên hệ số truyền nhiệt bằng nhau. Ở đây, do thân và vỏ xe sự dụng của xe tham khảo nên hệ số truyền nhiệt lấy theo thông số do công ty sản xuất đưa ra. Ta có: k = 0,021 [W/m2.K];
- φm – Hệ số màu của thành và nóc xe:
+ Màu sáng: φm = 0,78.
Tính cho trường hợp màu thẫm, nên φm = 1, theo trang 73, [6]; - Δt = tTD – tT – Độ chênh nhiệt độ tương đương
N xn S T TD R t t α ε . + = , K Trong đó: + εS – Hệ số hấp thụ của bề mặt, theo bảng 3.13, [6], chọn εS = 0,83. Ứng với bề mặt quét sơn màu tím;
+ Rxn = 0R,max88 = 0517,88= 587,5 [W/m2] – Nhiệt bức xạ đập vào thành và nóc xe;
+ αN = 20 [W/m2.K] – Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí bên ngoài. → ∆ = . =0,8320.587,5=24,4 N xn S R t α ε [K] Vây: Q5 = 22,12 x 0,021 x 1 x 24,4 = 11,334 [W]
6.3.6. Nhiệt do lọt không khí vào khoang hành khách Q6
Xét cho trường hợp tất cả các cửa đều đóng kín, khoang hành khách đảm bảo kín để không lọt không khí bên ngoài vào.
Vậy: Q6 = 0
6.3.7. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q7
a. Nhiệt truyền qua thành và nóc xe Q71
Q71 = k1.F1.φ.Δt Trong đó:
k1 = 0,021 – Hệ số truyền nhiệt của thành và nóc xe; F1 – Diện tích thành và nóc xe
+ Diện tích nóc xe: Fn = 12,48 [m2]
+ Diện tích thành bên phải xe: Ftp = 7,16 [m2] + Diện tích thành bên trái xe: Ftt = 7,16 [m2] + Diện tích thành sau xe: Fs = 2,48 [m2] + Diện tích thành trước xe: Fđ = 1,94 [m2]
→ F1 = 12,48 + 2x7,16 + 2,48 +1,94 = 31,22 [m2];
φ – Hệ số xét đến vị trí của vách, thành và nóc xe tiếp xúc trực tiếp với môi trường không khí bên ngoài, nên φ = 1;
Δt – Độ chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong phòng. → Vậy: Q71 = 0,021x31,22x1x (35-24) = 7,21 [W]
b. Nhiệt truyền qua sàn xe Q72
Q72 = k2.F2.φ.Δt Trong đó:
k2 = 0,07 – Hệ số truyền nhiệt của sàn xe; F2 – Diện tích sàn xe, F2 = 11,41 m2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
→ Vậy: Q72 = 0,07x11,41x1x (35-24) = 8,79 [W]
c. Nhiệt truyền qua cửa kính xe Q73
Q73 = k3.F3.φ.Δt Trong đó:
K3 = 1,325 – Hệ số truyền nhiệt cửa kính xe; F3 – Diện tích kính xe, F3 = 16,752 m2
→ Vậy: Q73 = 1,325x16,752x1x (35-24) = 244,16 [W]
Tổng nhiệt lượng tiêu hao trong khoang hành khách là:
ΣQT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q71 + Q72 + Q73
= 105 + 2900 + 132 + 3102 + 11,334 + 0 + 7,21 + 8,79 + 224,16 = 6510,5 [W] = 22214 [BTU/h]
Như vậy, để đảm bảo nhiệt độ trong xe luôn nhỏ hơn 240C, ta phải lắp dàn điều hòa không khí có công suất lạnh lớn hơn 22214 BTU/h.