4.2.3.1 Cơ sở lý thuyết
Trên cơ sở kích thước chi tiết ống dẫn mà ta đã xác định được bằng phương pháp đã chọn, vấn đề tổn thất áp suất sinh ra trong quá trình chuyển động của không khí trên đường ống là vấn đề then chốt để có cơ sở chọn lựa quạt cho thích hợp. Để đảm bảo quạt có thể thổi gió tới các dàn lạnh, ta phải tính trở lực trên đoạn ống có tổng trở lực lớn nhất, một cách tương đối đó là tính trên đoạn ống dài nhất, có nhiều
ngoặc nhất. Trở lực trên tồn bộ đoạn ống bao gồm trở lực ma sát, trở lực cục bộ, trở lực tại lưới lọc, trở lực tại dàn lạnh.
Tổn thất áp suất do ma sát:
pm = pi . L, Pa.
Trong đó:
+ pi: Tổn thất áp suất trên 1 m chiều dài ống (Pa - N/m2). + L: Tổng chiều dài ống. Tổn thất áp suất cục bộ: pcb = n.d Trong đó: + n: hệ số trở lực cục bộ + pd: áp suất động, Pa.
Mỗi quan hệ giữa tốc độ chuyển động thực sự của không khí và áp suất động như sau: pd = 0,602x2- công thức 10.9 [3,tr.343].
4.3.2.2 Tính toán tổn thất áp suất
Tổn thất ma sát trên toàn bộ chiều dài ống: P = l.pi, (Pa).
Trong đó:
l = 74,6 m, chiều dài đường ống. Pi = 0,85 Pa/m.
Vậy ΣPms = 63,41 Pa.
Tổn thất cục bộ
- Trở lực cục bộ tại các đoạn rẽ nhánh chữ Tê
Pcb = n.Pđ (ω)=0,3.13,8 =4,14 (Pa).
- Trở lực cục bộ tại các đoạn rẽ nhánh (Co T) .
Đoạn rẽ nhánh là đoạn mà dòng phân thành 2 nhánh nhỏ trở lên. Trường hợp này tính tổn thất theo tốc độ đầu vào của đoạn ống [3,tr.190].
P2 = n.Pđ (Pa).
Tra bảng 10.4 [2-342] ta được Pđ.
Hình 4.13. Tê 900.
Trong đó:
Ac tiết diện ống.
V-lưu lượng không khí. ω -tốc độ không khí.
Ta có: ωc = 4,79 m/s, ωb = 3,54m/s → ωb/ωc = 0,74. Vc = 672,25 l/s, Vb = 186l/s → Vb/Vc = 0,27. Tra bảng 9.24 [3,tr.191] ta được β = 0,1.
Với ωc = 4,79 m/s tra bảng 10.4 [2,tr.342] ta được: Pđ = 13,9 Pa. Vậy: ΔPcb = 0,1.13,9= 1,39 Pa.
Tổng tổn thất tại các côn thu: ΣΔPcbcoT
= 18,07 Pa.
- Trở lực cục bộ tại các côn thu
Côn thu là nơi tiết diện giảm theo chiều chuyển động của dòng khí. Đường ống cấp gió tươi sử dụng côn thu có tiết diện hình chữ nhật và thay đổi từ từ.
Tính toán trở lực theo tiết diện và tốc độ đầu vào [3,tr.188].
P3 =n.Pđ, Pa. n - hệ số trở lực cục bộ, theo bảng 9.17 [3,tr.188] o 40 15 . Tra bảng 10.4 [2,tr.342] ta được Pđ.
Hình 4.14: Loại Côn giảm
Ta có: ω1 = 4,79 m/s tra bảng 10.4 [2,tr.342] ta được Pđ = 13,9 Pa. A2/A1 = 0,8, θ = 200 tra bảng 9.17[3,tr.188] ta được n = 0,05. Vậy: ΔPcb = 0,05.13,9 = 0,7 Pa.
Tổng tổn thất tại các côn thu: ΣΔPcbct
= 1,4 Pa. - Trở lực cục bộ qua cút 900
Đối với cút 900 để tính tổn thất áp suất ta có thể tính toán theo công thức:
P4 =ltđ . Pi , (Pa). [1,tr.375]
ltđ- chiều dài tương đương, xác định theo các bảng 10.8 [2,tr.347].
Pi – tổn thất áp suất trên 1m chiều dài ống.
Hình 4.15. Co 900 tiết diện hình chữ nhật
Ta có: H = 200mm, W = 500mm, R = 450mm → H/W = 0,4, R/W = 0,9 tra bảng 10.8 [2,tr.347] ta được a = ltđ/W = 7,2 → ltđ = 2,52m.
Với ΔPi = 0,85 Pa/m.
Vậy: ΔPcb = 2,52.0,85 = 2,142 Pa. Tổng tổn thất trên đường ống cấp gió tươi
ΣΔP = 90,5 Pa
4.2.4. Chọn quạt
4.2.4.1. Cơ sở lý thuyết
Hình 4.16. Đồ thị đặc tính của quạt
Quan hệ giữa cột áp H và lưu lượng V ứng với tốc độ guồng cánh n của quạt được biểu bằng đồ thị đặc tính của quạt (hình 4.16). Có đồ thị còn biểu thị hiệu suất quạt ηq hoặc công suất trên trục Nq. Mỗi quạt gió bất kì ở số vòng quay n nào đó của guồng cánh đều có thể tạo ra những cột áp Hq khác nhau và lưu lượng Vq khác nhau tương ứng với tổn thất áp suất ΔP của dòng khí đi qua đường ống với lưu lượng V. Quan hệ ΔP – V gọi là đặc tính mạng đường ống.
Trên đồ thị đặc tính của quạt điểm A – điểm làm việc của quạt - được xác định bởi tốc độ làm việc của quạt và tổng trở lực trên mạng đường ống. Như vậy ở một tốc độ quay quạt có thể có nhiều chế độ làm việc khác nhau tùy thuộc vào đặc tính mạng đường ống. Do đó hiệu suất quạt sẽ khác nhau và đòi hỏi công suất khác nhau.
Nhiệm vụ của người thiết kế là tạo ra mạng đường ống có kết cấu thích hợp sao cho điểm làm việc của quạt ở hiệu suất cao nhất hoặc càng gần ηmax càng tốt.
Lựa chọn và tính toán quạt gió:
Muốn chọn quạn và định điểm làm việc của quạt trước hết phải xác định được các đại lượng:
- Lưu lượng cần thiết của quạt Vq. - Cột áp cần thiết của quạt Hq.
Các đại lượng trên được xác định dựa vào lưu lượng tính toán Vtt và cột áp tính toán Htt = ΣΔP. Sau đó lưu ý đến độ ồn cho phép, độ rung tại nơi đặt máy, nhiệt độ chất khí, khả năng gây ăn mòn kim loại, nồng độ bụi của chất khí mà quạt sẽ tải.
Lưu lượng cần thiết của quạt được xác định như sau: - Môi trường sạch (ít bụi, kể cả quạt khói): Vq = Vtt. - Với quạt hút bụi và tải liệu: Vq = 1,1.Vtt.
Cột áp cần thiết của quạt: chọn theo áp suất khí quyển B (mmHg) và nhiệt độ không khí tkoC. Hq = Htt. kk k k B t . 760 . 293 273 .
Ρk kg/m3 là mật độ của chất khí quạt tải ở 00C, 760mmHg, ρkk kg/m3 là mật độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn 00
C,760mmHg.
Cách chọn quạt:
- Căn cứ vào Vq, Hq yêu cầu chọn loại quạt thích hợp bằng cách xem xét họ đường đặc tính V-H của quạt sao cho điểm làm việc nằm trên hoặc gần sát đường ηmax.
- Định điểm làm việc, xác định số vòng quay n và xác định hiệu suất của nó. Từ đó tính được công suất động cơ kéo.
- Khi chọn quạt cần xác định tốc độ tiếp tuyến cho phép nằm trong khoảng .
/ 45 40 m s
u Để tránh gây ồn quá mức. Riêng quạt có kích thước lớn D0
1000mm cho phép chọn u60m/s.
- Công suất yêu cầu trên trục quạt:
kw H V N q q q q 3 10 . . Trong đó: Vq – m3/s, Hq – Pa. Với quạt hút chất bụi hoặc tải chất:
kw H V N q q q q 3 10 . . . 2 , 1
kw K N N td dt q đc . Trong đó: tđ
- Hiệu suất truyền động, được xác định như sau: Nếu động cơ nối trực tiếp với quạt tđ = 1.
Nếu động cơ truyền dộng bằng khớp mềm: tđ = 0.98. Truyền động bằng đai: tđ = 0.95.s
Ktđ – là hệ số dự trữ, phụ thuộc công suất yêu cầu trên trục quạt, tra bảng 9.58 [3,tr.221].
4.2.4.2. Chọn quạt hỗ trợ cấp gió tƣơi
Ví dụ chọn quạt cấp gió tươi cho tầng 1:
Quạt hỗ trợ dùng để cấp gió tươi lưu lượng và cột áp cần thiết để chọn quạt là: - Lưu lượng: Vq = Vtt = 990 (l/s) = 0,99 m3/s.
- Tổng tổn thất: Hq = ΣP = 90,5 Pa.
Dựa vào Catalog của hãng Kruger ta chọn được quạt TDA-315. Khi sử dụng phần mềm ta cũng chọn được quạt có Model tương tự.
Các thông số của quạt được cho trong phần phụ lục ( Catalogue Quạt).
4.3 TÍNH TOÁN THÔNG GIÓ CHO KHU NHÀ VỆ SINH
Để tránh luồng không khí không sạch từ nhà vệ sinh, tầng hầm, khu vực bếp nấu ăn lan toả vào không gian điều hoà ta cần phải thiết kế hệ thống thông gió hút gió từ nhà vệ sinh, tầng hầm, nhà bếp ra không gian khác.
Phương án: thông gió cục bộ cho từng nhà vệ sinh . -Lưu lượng gió yêu cầu là : Ly/c = ACH.V (m3/h)
Với: ACH-là số lần thay đổi không khí trong 1h. Chọn ACH = 15 lần/h
Thiết kế ví dụ cho tầng 3 tòa nhà:
Thể tích của khu nhà vệ sinh của mỗi phòng là: V = 1,5x3= 4,5 m3
Tổng lưu lượng không khí cấp cho mỗi phòng toilet là : Lt = V.ACH=4,5x15 = 67,5 m3/h
Vậy tổng lưu lượng gió thải nhà vệ sinh tầng 3 là:
Lq = 14 . Lt = 14x67,5= 945 m3/h = 0,26 m3/s - Tổng lưu lượng không khí phải hút từ toilet tầng 3 là :
ΣQ = 14x(1,5×3×15×1.1) = 1039,5(m3/h) =0,31 m3/s. Với 1.1 là hệ số an toàn.
- Chọn miệng hút:
+ Lưu lượng gió qua các miệng hút: L1
4
q L
=236 m3/h = 0,065 m3/s
+ Theo [1,tr.368] ta chọn tốc độ gió tại các miệng hút là ω = 3 m/s. Vậy ta có thể chọn miệng hút có tiết diện là:
Sh 1 L 0,021 3 065 , 0 m2
Với tiết diện trên ta có thể chọn miệng hút có kích thước là: 300 x 300 mm.
Thiết kế đường ống gió
+ Tổng lưu lượng gió thải khu nhà vệ sinh: Lq = 1039,5 m3/h = 0,35 m3/s
+ Từ bảng 7.1 và 7.2 [1,tr.369] ta chọn sơ bộ tốc độ khởi đầu đoạn OA là 7 m/s.
Ta có sơ đồ bố trí đường ống gió thải tầng 3 như trong bản vẽ phần phụ lục: + Vậy tiết diện đoạn ống AB là:
S1 0,05 7 35 , 0 q L m2 dtđ = S . 4 = 05 , 0 . 4 = 0,252 (m) =252 (mm). + Theo bảng 7.3[1,tr.370] chọn ống có kích thước: a x b = 300 x 200 mm + Tính lại tốc độ gió: ω 5 07 , 0 35 , 0 S Lq m/s
Với kết quả này ta tra trên đồ thị hình 7.24 [1,tr.371] lưu lượng gió 289 l/s; tốc độ gió ω= 5 m/s ta được Δpl = 0,80 Pa/m; dtd = 260 mm. Tra bảng 7.3 [1,tr.370] có đường kính tương đương chính xác hơn là: 266 mm.
Sử dụng bảng 7.11 [1,tr.386] ta xác định các đoạn ống còn lại theo phần trăm lưu lượng. Riêng các đoạn nối từ miệng hút đến các vị trí ống gió ta dùng ống mềm để nối vì nó dễ thi công lắp đặt hơn.
Bảng 4.3: Kết quả tính toán các đoạn ống gió thải nhà vệ sinh tại tầng 3
Đoạn ống Lưu lượng
gió, m3/h Ω (m/s) Tiết diện ống Cỡ ống chọn, mm×mm AB 1039,5 5 0,05 300x300 BC 742,5 3,44 0,045 300x200 CD 519,75 2,89 0,037 250x200 DE 222,25 2,06 0,03 150x200 EF 74,25 2.06 0,025 100x100
Các tầng được thể hiện trong bản vẽ phần phụ lục ( bản vẽ MBGI1->MBGIM)
Tính tổn thất áp suất:
Ta thấy đoạn ống dài nhất và có tổn thất áp suất lớn nhất là đoạn ống từ quạt đến miệng hút cuối cùng (đoạn AF) . Do vậy ta tiến hành tính trở kháng trên đoạn này để xác định cột áp quạt.
Tổng chiều dài tương đương đoạn là:
Σltđ = l + ltđ cút= lAB + ltđ cút = 15+ 3,5 = 18,5m Tổn thất áp suất trên đoạn là:
Δp = Σltđ . Δpl
= 18,5. 0,85 = 15,7Pa = 1,6 mm H2O Chọn áp suất làm việc với các miệng hút là: 3,8 mm H2O
Tổng áp suất tĩnh để chọn quạt:
Do không đảm bảo áp suất tĩnh đồng đề trên từng đoạn ống cần bố trí các van gió để điều chỉnh lưu lượng các nhánh
4.3.1 Tính chọn quạt hút
Do Quạt hút khí thải từ các phòng vệ sinh sẽ được dẫn lên tầng mái để thoát nên Quạt hút sẽ được đặt trên đó, lưu lượng để chọ cũng sẽ là tổng lưu lượng từ tầng 3 – tầng 21, Quạt được chọn thể hiện trong phần phụ lục
Chọn quạt hút tại các phòng của toilet:
Với lưu lượng hút của khu toilet là: 1039,5m3/h. Chọn 14 quạt EAF ký hiệu:
Quạt KCE -60X với lưu lượng 100m3/h.
Hình 4.17. Quạt hút KCE-60X
Vậy lưu lượng thực tế hút khí thải từ một toilet là: 100m3/hở toilet.
4.3.2 Nguyên lý điều khiển hoạt động của quạt hút toilet cho các tầng
Các quạt hút toilet trong tầng được cấp nguồn chung với hệ thống chiếu sáng trong toilet nên khi ta bật đèn trong toilet thì quạt hút đó hoạt động. Mỗi quạt đó đều có dây tín hiệu điều khiển kết nối về tủ điều khiển trung tâm BAS ( buliding automatic system ) nên khi các quạt này hoạt động thì tủ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển quạt hút toilet trung tâm trên tầng mái hoạt động.
Ngoài ra, trên mỗi đường ống nhánh này ta đặt các van chặn lửa 700C được lắp đặt trước đường ống kết nối vào trục riser chính, quạt sẽ được điều khiển bởi phòng kiểm soát cháy trung tâm lấy tín hiệu từ các đầu dò khói, ở chế độ vận hành thông thường cho việc thông gió quạt sẽ được điều khiển bởi tủ điều khiển đặt tại tầng hầm. Khi nhiệt độ không khí cao hơn 700C thì van chặn lửa (fire damper) sẽ tự động đóng lại nhằm ngăn ngừa lửa cháy lây lan ra các tầng khác đồng thời tủ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển tắt quạt.
Quạt hút trung tâm trên tầng mái hoạt động dựa vào hai tín hiệu : + Quạt hút toilet phòng chạy.
+ Cài đặt timer (một ngày chạy từ 8h sáng cho tới 5h tối hoặc theo giờ hoạt động của toà nhà). Tín hiệu này được ưu tiên trước.
4.4 TÍNH TOÁN TĂNG ÁP CẦU THANG
Trong các công trình nhà ở, đặc biệt là các tòa nhà cao tầng thì các cầu thang bộ được dùng làm lối thoát hiểm trong trường hợp có hỏa hoạn xảy ra, vì vậy theo tiêu chuẩn thì các cầu thang bộ này cần được thiết kế hệ thống thông gió điều áp cho cầu thang và buồng đệm của cầu thang, để đảm bảo cho người thoát nạn an toàn khi có cháy, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho lực lượng chữa cháy hoạt động.
Theo tiêu chuẩn thì để ngăn khói lan vào các cầu thang và buồng đệm thì áp suất tại các vị trí này khi có cháy là 50Pa trong cầu thang bộ.
Để tính toán cụ thể thì ta dựa vào các tiêu chuẩn sau:
- Tiêu chuẩn Singapore CP13 -1999: Vận tốc không khí đi qua mỗi cửa khi có cửa mở là ω = 1m/s.
Vậy ta có lưu lượng không khí đi qua 3 cửa sẽ được tính theo công thức sau: Q3 cua = Scửa.ω , m3/s .
Ngoài ra ta cần cộng thêm lưu lượng không khí bị rò rỉ tại các của còn lại: để tính toán lượng không khí bị rò rỉ qua các của còn lại ta dựa theo tiêu chuẩn BS 5588 phần 4 – 1978 (Tiêu chuẩn Anh). Theo tiêu chuẩn này thì lượng không khí rò rỉ qua các của có kích thước 2000x800mm (chu vi cửa là 5,6m) được cho trong phần tiêu chuẩn này với chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài buồng thang là 50Pa.
Theo tiêu chuẩn này thì ứng với mỗi loại của khác nhau sẽ có hệ số diện tích rò rỉ khác nhau:
Với loại của đẩy vào cầu thang: với chu vi của 5,6 m (ứng với kích thước của là 2000x800mm) thì ta có hệ số diện tích rò rỉ là 0,01m2. Và hệ số diện tích rò rỉ trên một mét chu vi cửa là: 0,001786 .
6 , 5 01 , 0 m
Với loại của kéo vào từ cầu thang: với chu vi của 5,6 m (ứng với kích thước của là 2000x800mm) thì ta có hệ số diện tích rò rỉ là 0,02m2. Và hệ số diện tích rò rỉ trên một mét chu vi cửa là: 0,003571 .
6 , 5 02 , 0 m
Kích thước cửa, của cầu thang thoát hiểm, của công trình StarCity Hotel là