Tính toán, thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà gion building thành phố hồ chí minh ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

Vai trò của điều hòa không khí Hệ thống điều hòa không khí được áp dụng lần đầu tiên vào khoảng năm 1920 mục đích của nó nhằm tạo ra môi trường thuận lợi cho các hoạt động của con ngư

Vai trò của điều hòa khồng khí

Hệ thống điều hòa không khí được áp dụng lần đầu tiên vào khoảng năm 1920 mục đích của nó nhằm tạo ra môi trường thuận lợi cho các hoạt động của con người và thiết lập các điều kiện phù hợp với các công nghệ sản xuất, chế biến, bảo quản máy móc thiết bị,

Trước đây thường có ý nghĩ sai lầm rằng hệ thống điều hòa không khí là hệ thống dùng để làm mát không khí Thật ra vấn đề không hoàn toàn đơn giản như vậy Ngoài nhiệm vụ duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức yêu cầu, hệ thống điều hòa không khí phải giữ độ ẩm không khí trong không gian đó ổn định ở một mức quy định nào đó Bên cạnh đó, cần phải chú ý đến vấn đề bảo đảm độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và sự lưu thông hợp lý của dòng không khí Nói chung, có thể chia khái niệm điều hòa không khí thường được mọi người sử dụng thành 3 loại với các nội dung rộng hẹp khác nhau:

- Điều tiết không khí: thường được dùng để thiết lập các môi trường thích hợp với việc bảo quản máy móc, thiết bị, đáp ứng các yêu cầu của công nghệ sản xuất, chế biến cụ thể

- Điều hòa không khí: nhằm tạo ra các môi trường tiện nghi cho các sinh hoạt của con người

- Điều hòa nhiệt độ: nhằm tạo ra môi trường có nhiệt độ thích hợp

Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở trong vùng quy định nào đó, nó không thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hoặc sự biến đổi của phụ tải bên trong Từ những điều đã nói, rõ ràng có một mối liên hệ mật thiết giữa các điều kiện thời tiết ở bên ngoài không gian cần điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí

Mặc dù hệ thống điều hòa không khí có những tính chất tổng quát đã nêu trên, tuy nhiên trong thực tế người ta thường quan tâm đến chức năng cải thiện và tạo ra môi trường tiện nghi nhằm phục vụ con người là chủ yếu Với ý nghĩa đó, có thể nói rằng, trong điều kiện khí hậu Việt Nam, nhất là ở các tỉnh phía nam, nhiệm vụ của hệ thống điều hòa không khí thường chỉ là làm giảm nhiệt độ và độ ẩm của không khí ở

2 bên trong không gian cần điều hòa so với không khí ở bên ngoài và duy trì nó ở vùng đã quy định Điều hòa không khí không chỉ ứng dụng cho các không gian đứng yên như: nhà ở, hội trường, nhà hát, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, văn phòng làm việc,

Mà còn ứng dụng cho các không gian di động như ô tô, tàu thủy, xe lửa, máy bay,

1.2 Quan hệ giữa con người và môi trường

Tùy từng mục đích cụ thể mà hệ thống điều hòa không khí có chức năng khác nhau, chủ yếu ta xem hệ thống điều hòa không khí là phương tiện nhằm tạo ra môi trường tiện nghi, thoải mái cho các hoạt động của con người

Không thể có tiêu chuẩn hoặc yêu cầu về môi trường giống nhau cho tất cả mọi con người Nói chung, tùy theo tuổi tác và mức độ vận động của cơ thể mà việc phát nhiệt và sự cảm nhận dễ chịu hay không dưới tác động của môi trường xung quanh hoàn toàn khác nhau

Như chúng ta đã biết, cơ thể con người có thể được xem tương tự như một cái máy nhiệt Đối với một con người bình thường, nhiệt độ phần bên trong của cơ thể khoảng chừng 37 o C Do cơ thể luôn luôn sản sinh ra một lượng nhiệt nhiều hơn nó cần, cho nên để duy trì ổn định nhiệt độ của phần bên trong cơ thể con người luôn luôn thải nhiệt ra môi trường xung quanh Thông thường người ta chia mức độ vận động đó ra thành các loại: nhẹ, trung bình và nặng Có thể đưa ra một số ví dụ sau: hoạt động của cơ thể con người trong các lớp học, phòng làm việc, được xem là vận động nhẹ, các hoạt động trong vũ trường xem là vận động nặng

Tùy vào mức độ vận động của cơ thể mà lượng nhiệt thải ra sẽ ít hay nhiều Như đã rõ, nhiệt phát ra từ cơ thể con người thông qua 2 hình thức: truyền nhiệt (dẫn nhiệt, toả nhiệt đối lưu và bức xạ) và toả ẩm Ở trường hợp đối lưu, lớp không khí tiếp xúc với cơ thể sẽ dần dần nóng lên và có xu hướng đi lên, khi đó lớp không khí lạnh hơn sẽ tiến đến thế chỗ và từ đó hình thành nên sự chuyển động tự nhiên của lớp không khí bao quanh cơ thể, chính sự chuyển động này đã lấy đi một phần nhiệt lượng của cơ thể thải ra môi trường Bức xạ là hình thức thải nhiệt thứ hai, trong trường hợp này nhiệt từ cơ thể sẽ bức xạ ra bất kỳ bề mặt xung quanh nào có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ của của cơ thể, hình thức trao đổi nhiệt này hoàn toàn độc lập với hiện tượng đối lưu đã nói ở trên và không phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí xung quanh

Cần phải chỉ rõ ra rằng, 3 thông số môi trường có ảnh hưởng lớn đến mức độ trao đổi nhiệt giữa môi trường và cơ thể là: nhiệt độ, độ ẩm tương đối và đặc điểm chuyển động của dòng không khí

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ không khí xung quanh giảm xuống, cường độ trao đổi nhiệt đối lưu giữa cơ thể và môi trường sẽ tăng lên Cường độ này càng tăng khi độ chênh lệch nhiệt độ này khá lớn thì nhiệt lượng cơ thể mất đi càng lớn và đến một mức nào đó sẽ bắt đầu có cảm giác khó chịu và ớn lạnh Việc giảm nhiệt độ của các bề mặt xung quanh sẽ làm gia tăng cường độ trao đổi nhiệt bằng bức xạ, ngược lại, nếu nhiệt độ của các bề mặt xung quanh tiến gần đến nhiệt độ cơ thể thì thành phần trao đổi nhiệt bằng bức xạ sẽ giảm đi rất nhanh

- Ảnh hưởng của độ ẩm: chính độ ẩm tương đối của không khí xung quanh quyết định mức độ bay hơi, bốc ẩm từ cơ thể ra ngoài môi trường Nếu độ ẩm tương đối giảm xuống, lượng ẩm bốc ra từ cơ thể sẽ càng nhiều, điều đó cũng có nghĩa là cơ thể sẽ thải nhiệt ra môi trường nhiều hơn Kinh nghiệm cho thấy, nếu nhiệt độ của không khí là 27 o C thì độ ẩm không khí để có cảm giác dễ chịu nên vào khoảng 50%

- Ảnh hưởng của dòng không khí: Tùy thuộc vào mức độ chuyển động của dòng không khí mà lượng ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít Khi chuyển động của dòng không khí tăng lên thì lớp không khí bảo hòa xung quanh bề mặt cơ thể càng dễ bị kéo đi để nhường chổ cho không khí khác ít bảo hòa hơn, do đó khả năng bốc ẩm từ cơ thể sẽ nhiều hơn Cũng cần phải thấy chuyển động của dòng không khí không chỉ ảnh hưởng đến lượng ẩm bốc mà còn ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt bằng đối lưu Rõ ràng, quá trình đối lưu càng mạnh khi chuyển động của dòng không khí càng lớn.

Giới thiệu công trình

Tòa nhà GION building Thủ Đức là công trình được xây dựng bao gồm 11 tầng, được qui hoạch trên một khu đất rộng 405 m 2 Tòa nhà dự án tổ hợp căn hộ studio, văn phòng tọa lạc tại 53A đường số 2, Thủ Đức Tp HCM

Hình 2.1 GION BUILDING 2.1.1 Đặc điểm của công trình:

Công trình thuộc khu vực TP.HCM trong vùng chuyển tiếp giữa Đông Nam

Bộ và Tây Nam Bộ ,có hai mùa rõ rệt, độ ẩm và nhiệt độ rất cao

Công trình gồm 11 tầng lầu và mục đích sử dụng của công trình như sau:

• Tầng 1: 1 phòng quản lý, 1 sảnh và 1 văn phòng 184 m 2

• Tầng 3: 2 văn phòng, 2 nhà vệ sinh

• Tầng 4: 1 phòng co-working, 1 văn phòng, 2 phòng họp, 2 phòng vệ sinh

• Tầng 5,6: 12 căn hộ, 1 bếp, sảnh sinh hoạt chung và 1 phòng giặt

• Tầng 7: 9 căn hộ studio và 1 phòng kỹ thuật

• Tâng 8: 1 phòng ngủ bà, 9 căn hộ studio

• Tầng 9: 1 dining room, 1 lobby, 1 living room, 1 kitchen, 1 laundry room, 1 phòng bếp, 1 phòng storage và 1 phòng vệ sinh ngoài

• Tầng 10: 2 phòng ngủ, 1 phòng master room và không gian gia đình

• Tầng 11: Entertainment room , Gym/yoga, 1 mini golf yard và hồ bơi

Công trình có 4 hướng được trình bày như sau:

Ví dụ đối với công trình tầng 1 dưới đây ( Các tầng khác có phương hướng tương tự )

Hình 2.2 Hướng của mặt bằng

• Có 2 cầu thang bộ thoát hiểm chính

Tòa nhà được xây dựng với kết cấu gồm các trụ bê tông và dầm vững chắc, tường bao gồm lớp gạch bê tông dày 100 mm, bên ngoài trát vữa ximăng dày 20 mm Tất cả các tầng đều có gắn trần giả bằng thạch cao

Kính được sử dụng là kính trong phẳng dày 6mm, bên trong có rèm che cho các phòng Hệ thống điều hòa cần được phục vụ toàn bộ diện tích của tòa nhà tầng

1 đến tầng 12 Khu vệ sinh có hệ thống ống gió thải và có hệ thống quạt hút từ các khu vệ sinh từng tầng Khu cầu thang máy bố trí quạt và các hệ thống tăng áp để có áp suất dương đề phòng các trường hợp hỏa hoạn xảy ra

Hệ thống điều hòa không khí đảm bảo tiện nghi thoải mái, thỏa mãn yêu cầu vi khí hậu nhưng không được làm ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng và trang trí nội thất bên trong toà nhà cũng như cảnh quan sân vườn cây cảnh, bể bơi bên ngoài tòa nhà

2.2 Chọn phương án thiết kế cho Trung tâm hành chính GION BUILDING: 2.2.1 Chọn thông số thiết kế trong nhà:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam mới TCVN 5687 – 2008, (bảng 1.1[10]) yêu cầu tiện nghi của con người được chọn như sau:

- Nhiệt độ không khí trong nhà, tT = 25 o C,

- Độ ẩm tương đối không khí trong nhà, φ = 65 %

Từ các thông số trên, dựa vào đồ thị I- d của không khí ẩm ta tìm được các thông số còn lại:

- Entanpy của không khí trong nhà, IT = 58,2 kJ/kg,

- Độ chứa hơi của không khí trong nhà, dT = 13 g/kg không khí khô

Bảng 2-1 Các thông số thiết kế trong nhà

Thông số Nhiệt độ t N 0 C Độ ẩm ω N %

Entanpi i (kJ/kg.k) Độ chứa hơi d (g/kg.k)

Vậy thông số thiết kế hệ thống điều hòa không khí trong nhà và ngoài nhà cho công trình là:

Bảng 2-2 Thông số thiết kế trong và ngoài nhà

Khu vực Nhiệt độ t N 0 C Độ ẩm ω N %

Entanpi i (kJ/kgkkk) Độ chứa hơi d (g/kg kkk)

Theo mức độ quan trọng của công trình, điều hoà không khí được chia làm

3 cấp như sau: Điều hoà không khí cấp 1 : Là điều hoà tiện nghi có độ tin cậy cao nhất, duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà trong giới hạn cho phép không phụ thuộc vào biến động khí hậu cực đại ngoài trời của cả mùa hè và mùa đông đã ghi nhận được trong nhiều năm Điều hoà không khí cấp 2 : Là điều hoà không khí có độ tin cậy trung bình, duy trì được các thông số vi khí hậu trong nhà với phạm vi sai lệch không quá 200h trong một năm khi có biến động khí hậu cực đại ngoài trời của cả mùa hè và mùa đông Điều hoà không khí cấp 3 : Là điều hoà tiện nghi có độ tin cậy thấp, duy trì được các thông số vi khí hậu trong nhà với phạm vi sai lệch không quá 400h trong 1 năm khi có biến động khí hậu cực đại ngoài trời của mùa hè và mùa đông Điều hoà không khí cấp 1 tuy có mức độ tin cậy cao nhất nhưng chi phí đầu tư, lắp đặt, vận hành rất lớn nên chỉ sử dụng cho những công trình điều hoà tiện nghi đặc biệt quan trọng trong các công trình điều hoà công nghệ

Các công trình ít quan trọng hơn như khách sạn 4 – 5 sao, bệnh viện quốc tế thì nên chọn điều hoà không khí cấp 2

Trên thực tế, đối với hầu hết các công trình như điều hoà không khí khách sạn, văn phòng, nhà ở, siêu thị, hội trường, thư viện, chỉ cần điều hoà cấp 3 Điều hoà cấp 3 tuy độ tin cậy không cao nhưng đầu tư không cao nên thường được sử dụng cho các công trình trên

Với các phân tích trên, dựa trên yêu cầu của chủ đầu tư và đặc điểm của công trình, phương án cuối cùng được lựa chọn là điều hoà không khí cấp 3

Thông số ngoài nhà chọn cho điều hoà cấp 3 theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 – 1992 biểu diễn trên đồ thị I - d của không khí ẩm Điều kiện khí hậu lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4088 – 85, bảng 1.6 [1]

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Có hai phương pháp phổ biến được áp dụng tính toán là phương pháp hệ số nhiệt ẩm thừa (phương pháp truyền thống) và phương pháp hệ số nhiệt hiện (phương pháp Carrier) Ở đây phương pháp Carrier được lựa chọn để tính cân bằng nhiệt ẩm Lượng nhiệt tổn thất được tính theo:

Giới thiệu sơ đồ đơn giản tính các nguồn nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩn thừa theo Carrier được minh họa trên hình 3.1:

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán nhiệt theo phương pháp Carrier

TÍNH NHIỆT HIỆN THỪA VÀ NHIỆT ẨN THỪA

3.2.1 Nhiệt xâm nhập qua cửa kính do bức xạ mặt trời Q 11

Do các phòng đều được lắp kính bao quanh, nên chịu bức xạ của mặt trời khá lớn Đa số các cửa kính đều thẳng đứng theo kiến trúc của toà nhà Bức xạ mặt trời tác động vào một mặt tường thẳng đứng, nghiêng hoặc ngang là liên tục thay đổi Mặt kính quay hướng Đông là nhận nhiệt bức xạ là lớn nhất từ 8h  9h và kết thúc vào 12h Mặt kính quay hướng Tây nhận bức xạ cực đại từ 16h  17h Vì vậy mức độ bức

10 xạ phụ thuộc rất lớn vào thời gian, cường độ và hướng bức xạ Lượng nhiệt bức xạ này xác định gần đúng theo kinh nghiệm:

 nt - Hệ số tác dụng tức thời;

 Q11’ - Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng, W;

 F - Diện tích bề mặt cửa sổ có khung kim loại, m 2 ;

 RT - Bức xạ mặt trời qua mặt kính vào trong phòng, W/m 2 Giá trị của

RT phụ thuộc vào vĩ độ, tháng, hướng của kính, cửa sổ, giờ trong ngày

 e - Hệ số hiệu chỉnh kể đến các ảnh hưởng; e = c×đs×mm×kh×m×r (3-3)

 c - Hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển tính theo công thức: c ε = 1+ H ×0,023

H - là độ cao tương đối của vị trí lắp đặt kính trong toàn công trình cần tính toán (m) Hệ số này sẽ thay đổi khi tính vị trí các tầng khác nhau, ở đây sẽ tính trung bình các tầng với tầng 1 cao hơn mực nước biển là 19 m

H = 19 + 31.4 = 50.4 m Như vậy tính toán chung cho các cửa sổ ở các tầng với hệ số c là:

 đs - Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh giữa nhiệt độ đọng sương của môi trường không khí trong vùng lắp đặt so với nhiệt độ đọng sương của không khí trên mặt nước biển là 20 0 C, do có nhiệt độ đọng sương lớn nên đs giảm và được tính theo công thức: s đs t -20 ε = 1 - ×0,13

Nhiệt độ đọng sương mùa hè ở HCM là ts = 24 0 C

 mm - Hệ số ảnh hưởng của mây mù, khi trời không mây mm = 1, khi trời có mây chọn mm = 0.85;

 kh - Hệ số ảnh hưởng của khung kim loại kh = 1.17;

 m - Hệ số kính phụ thuộc vào màu sắc, kiểu loại kính khác kính cơ bản Kính được sử dụng là kính cơ bản, dày 6mm nên m = 0.94;

 r - Hệ số mặt trời kể đến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên trong Do tất cả các phòng đều được trang bị rèm che (màn che loại Metalon 310/2) có r = 0,58

 k - Hệ số hiệu chỉnh đối với phòng có rèm che: c ds mm kh m r k = ε ×ε ×ε ×ε ×ε ×ε =1,0534×0,948×1×1,17×0.94×0.58=0.637

* RT - Bức xạ mặt trời qua kính vào trong không gian điều hoà, (W/m 2 )

TP.HCM nằm ở bán cầu Bắc, vĩ độ 10 tra bảng 4.2 [1] ta được:

Bảng 3-1 Bức xạ mặt trời qua mặt kính vào trong phòng lớn nhất ở các hướng Hướng Đông–Bắc Tây Nam Bắc Tây Bắc Tây nam

Tra bảng 4.6 [1]: Với hệ thống điều hoà hoạt động 24h/24h, gs = 500kg/m 2 , mặt kính hướng về phía nào ta tìm được hệ số tác động tức thời nt lớn nhất ở phía ấy Nhiệt xâm nhập qua kính do bức xạ mặt trời Q11:

Kết quả tính toán cho các phòng được tổng kết ở bảng 3.2 (quy ra đơn vị kW)

Bảng 3-2 Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11 tại từng tầng

STT Tên phòng Diện tích( m 2 )

Hệ số tác dụng đồng thời các hướng Q 11 (kW)

Căn hộ studio ( 4 phòng, mỗi phòng có S

1 Dining room – living room - lobby

2 Gym/Yoga 20 0.6 1.42 Đặc điểm công trình là sử sụng nhiều kính tại vì thế nhiệt bức xạ mặt trời rất cao Ngoài ra nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che như tường sàn cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí trong phòng

3.2.2 Nhiệt hiện truyền qua mái do bức xạ và chênh lệch nhiệt độ Q 21

Lượng nhiệt này được xác định theo công thức :

 k - Hệ số truyền nhiệt qua mái;

 F - Diện tích trần nhà chịu bức xạ mặt trời, m 2 ;

 t - Hiệu nhiệt độ giữa trần và không khí tầng trên, (K);

 Với không gian trong không có điều hòa:

Stt Vật liệu Mật độ Độ dày mm Hệ số dẫn nhiệt Trở nhiệt

Các tầng còn lại trần tiếp xúc với không gian điều hòa phía dưới nên:

t= 0 Kết quả tính toán nhiệt hiện truyền qua mái Q21 được tổng kết ở bảng 3.4 (quy ra đơn vị kW)

3: Lớp vữa xi măng dày 15mm

4: Lớp bê tông cốt thép dày 220mm

5: Lớp không khí dày 100mm

6: Lớp thạch cao làm trần giả

Bảng 3-4 Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ và do ∆t: Q21

Diện tích mái tiếp xúc (m 2 ) Delta t Q21

Khu vực dining room - living room - lobby

3.2.3 Nhiệt hiện truyền qua vách Q 22

Nhiệt truyền qua vách Q22 cũng gồm 2 thành phần:

- Do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài trời và trong nhà t = tN – tT

- Do bức xạ mặt trời vào tường Tuy nhiên, ta coi lượng nhiệt này bằng không, do bề mặt xung quanh của công trình được lắp kính toàn bộ

Nhiệt truyền qua vách được tính theo biểu thức sau:

 Q2i - Nhiệt truyền qua tường, cửa ra vào và kính, (W);

 ki - Hệ số truyền nhiệt tương ứng của tường, cửa ra vào và kính, (W/m 2 K);

 Fi - Diện tích tường, cửa ra vào, kính tương ứng, (m 2 ) a) Nhiệt truyền qua tường Q 22t

Hệ số truyền nhiệt của tường xác định theo biểu thức:

 N = 20W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời;

 N = 10W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc với không gian đệm (hành lang, sảnh);

 T = 10W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt phía trong nhà;

 i - Độ dày lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, (m);

 i - Hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu thứ i của cấu trúc tường, (W/mK);

Kết cấu xây dựng của tường nhà công trình lắp đặt ĐHKK thể hiện trên hình 3.2

Hình 3.3 Kết cấu xây dựng của tường

- Hệ số dẫn nhiệt: 1 = 0,93W/mK;

- Khối lượng riêng của xi măng: 1 = 1800kg/m 3

Lớp gạch là gạch rỗng xây với vữa nhẹ:

- Hệ số dẫn nhiệt: 2 = 0,81 W/mK;

- Khối lượng riêng của gạch: 2 = 1350kg/m 3

 Đối với tường tiếp xúc với không khí ở sảnh (tường ngăn):

 Đối với tường tiếp xúc với không khí ở không gian đệm (tường ngăn):

 Đối với tường tiếp xúc với không khí ngoài trời (tường bao):

Ta có thể bỏ lượng nhiệt này qua do hầu hết diện tích xung quanh của khu trung tâm thương mại và văn phòng đều được lắp kính b) Nhiệt truyền qua kính Q 22k

Nhiệt truyền qua kính Q22k được xác định như sau:

Q22k = kk×Fk×ti, (W) (3-10) Trong đó:

 Fk - Diện tích kính, (m 2 ) ;

 t - Hiệu nhiệt độ trong và ngoài nhà hoặc hiệu nhiệt độ giữa hành lang đệm và phòng điều hòa, (K);

- Tiếp xúc với không khí ngoài trời:

- Tiếp xúc với không gian ngoài sảnh:

 kk - Hệ số truyền nhiệt qua cửa kính, (W/m 2 K)

Tra bảng 4.13 [1] với kính 2 lớp cho mùa hè ta được: kk = 2.89 W/m 2 K c) Nhiệt truyền qua cửa ra vào Q 22c

Nhiệt truyền qua cửa ra vào Q22c được xác định như sau :

Q22c = kc×Fc×ti, (W) (3-11) Trong đó:

 Fc - Diện tích cửa m 2 ;

 ti - Hiệu nhiệt độ trong và ngoài cửa hoặc hiệu nhiệt độ giữa hành lang và phòng điều hòa, K;

 Tiếp xúc với không khí ngoài trời:

 Tiếp xúc với không gian ngoài không gian có điều hòa:

 Tiếp xúc với không gian ngoài không gian không điều hòa:

 kc - Hệ số truyền nhiệt qua cửa, W/m 2 K

Ta có các cửa ra vào các không gian điều hoà là cửa gỗ có chiều dày 50mm Tra bảng 4.12 [1] ta được: kc= 2.01 W/m 2 K

Kết quả tính toán nhiệt hiện truyền qua vách Q22 được tổng kết ở bảng 3.5 (quy ra đơn vị (kW)

Bảng 3-5 Nhiệt hiện truyền qua vách Q22

Phòng Quản lý 9 m 2 0.052 0 0.085 0.137 Sảnh 28 m 2 0.078 0.127 0.275 0.48 Hội trường 184 m 2 0.02 0.05 4.221 4.291

Căn hộ studio 35 m 2 0.826 0.05 0.781 1.657 Căn hộ 14,09 m 2 0.226 0.05 0.035 0.311 Căn hộ 12,11 m 2 0.226 0.05 0.029 0.305 Căn hộ 11,55 m 2 0.142 0.05 0.029 0.221 Căn hộ 14,21 m 2 0.257 0.05 0.035 0.342 Căn hộ 11,66 m 2 x 4 0.153 0.05 0.026 0.229 Căn hộ 12,45 m 2 0.179 0.05 0.032 0.261 Căn hộ 13,42 m 2 0.197 0.05 0.032 0.279 Căn hộ 12,54 m 2 0.205 0.05 0.032 0.287

Căn hộ 12,11 m 2 0.226 0.05 0.029 0.305 Căn hộ 11,55 m 2 0.142 0.05 0.029 0.221 Căn hộ 14,21 m 2 0.257 0.05 0.035 0.342 Căn hộ 11,66 m 2 x 4 0.153 0.05 0.026 0.229 Căn hộ 12,45 m 2 0.179 0.05 0.032 0.261 Căn hộ 13,42 m 2 0.197 0.05 0.032 0.279 Căn hộ 12,54 m 2 0.205 0.05 0.032 0.287

Dining room - Living room - lobby 109,64 m 2

Nhiệt truyền qua kết cấu bao che gồm có tường, sàn và trần, lượng nhiệt phụ thuộc vào rất nhiều về kết cấu của công trình như diện tích tường bao, tường ngăn, diện tích trần, sàn tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời hay không gian đệm Độ

20 dày của tường, trần, sàn Ở công trình thì lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che ở các căn hộ của các tầng là gần tương đương nhau vì đều là khu văn phòng hành chính có kết cấu tường, trần, sàn gần giống nhau Ở các tầng còn lại có các khu có lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che cao như văn phòng làm việc tiếp giáp sảnh hành lang không điều hòa Đặc biệt là ở tầng 11 thì gần như toàn bộ diện tích trần tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời nên dẫn đến lượng nhiệt Q21 ở các khu vực này có và nhiều hớn khu vực còn lại

3.2.4 Nhiệt hiện truyền qua nền Q 23

Nhiệt truyền qua nền được xác định theo công thức sau:

 FN - Diện tích nền của phòng, (m 2 );

 ti - Hiệu nhiệt độ trong và ngoài cửa hoặc hiệu nhiệt độ giữa hành lang và phòng điều hòa, (K);

- Tiếp xúc với không khí ngoài trời:

- Tiếp xúc với không gian ngoài không gian có điều hòa:

- Tiếp xúc với không gian ngoài không gian không điều hòa:

 kN - Hệ số truyền nhiệt qua nền Nền bê tông dầy 150mm có lớp vữa ở trên dày 20mm, có lát gạch Ta chọn được hệ số truyền nhiệt k theo bảng 4.15 [1], ta được: k =2,78 W/m 2 K

Tầng 1 tiếp giáp trực tiếp với tầng hầm, tầng 11 sân thượng có phần diện tích tiếp giáp trực tiếp với ngoài trời, nên:

Các tầng còn lại, sàn tiếp xúc với không gian điều hòa phía dưới nên:

t= 0 Kết quả tính toán cho các phòng được tổng kết ở bảng 3.6 (quy ra đơn vị kW)

Bảng 3-6 Nhiệt hiện truyền qua nền Q23

3.2.5 Nhiệt hiện toả ra do đèn chiếu sáng Q 31

Nhiệt hiện toả ra do đèn chiếu sáng cũng gồm hai thành phần bức xạ và đối lưu Phần bức xạ cũng bị kết cấu bao che hấp thụ nên nhiệt tác động lên phụ tải lạnh cũng nhỏ hơn trị số tính toán được

 Q - Tổng nhiệt toả ra do chiếu sáng, W;

 qđ - Công suất đèn trên 1m 2 sàn là 10 ÷ 12W/m 2 sàn;

 F - Diện tích mặt sàn của phòng, m 2 ;

 nt - Hệ số tác dụng đồng thời của đèn chiếu sáng;

Với số giờ hoạt động của đèn là 10h/ngày và gs = 500kg/m 2 , tra bảng 4.8 [1] ta được: nt = 0.9

 nđ - Hệ số tác dụng đồng thời Đối với nhà công sở có: nđ = 0,7 ÷ 0,85, ta chọn nđ = 0,8

Kết quả tính toán cho các phòng được tổng kết ở bảng 3.7 (quy ra đơn vị kW)

Bảng 3-7 Nhiệt toả do đèn chiếu sáng Q31

Phòng diện tích sàn F

Q31: Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng

Dining room - Living room - lobby 109,64 m2

Dựa vào bảng trên cho thấy nhiệt lượng tỏa ra từ nguồn sáng nhân tạo tại văn phòng có diện tích lớn là cao nhất, với diện tích từ 100 m 2 nên việc phân bố đèn chiếu sáng rất nhiều Các phòng còn lại lượng nhiệt tỏa ra từ bóng đèn điện khá nhỏ, dao động từ 0,03 đến 0,3 kW Vậy lượng nhiệt tỏa ra do nguồn sáng nhân tạo phụ thuộc nhiều vào diện tích phòng, với diện tích càng lớn thì nhiệt tỏa ra càng cao

3.2.6 Nhiệt hiện toả ra do máy móc Q 32

Phương pháp chung nhất để tính lượng nhiệt do máy móc (thiết bị) toả ra là tính theo công suất động cơ điện của máy (coi điện năng được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng)

+ Nđc: Công suất động cơ lắp đặt máy, W

+ Ktt: Hệ số phụ tải

+ Kđt: Hệ số đồng thời

+ KT: Hệ số thải nhiệt

+ : Hiệu suất làm việc thực tế của động cơ

Do công trình tích hợp căn hộ và phòng làm việc nên các phòng làm việc sẽ có máy tính và căn hộ sẽ có 1 tivi

Tính toán lượng ẩm thừa

W1 - lượng ẩm thừa do người toả ra, kg/s;

W2 - lượng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm, kg/s;

W3 - lượng ẩm bay hơi đoạn nhiệt từ sàn ẩm, kg/s;

W4 - lượng ẩm bay hơi từ thiết bị, kg/s;

W5 - lượng ẩm do không khí lọt từ ngoài mang vào, kg/s

Do trong nhà không có bán thành phẩm mang ẩm, không có các thiết bị sinh hơi, các phòng được điều hoà có sàn khô, sàn ẩm ở các nhà vệ sinh với miệng hút riêng nên các thành phần W2, W3, W4 có thể bỏ qua

Mặt khác khi có rò lọt không khí qua cửa vào nhà, dòng không khí nóng cũng mang theo lượng ẩm nhất định vì độ chứa hơi của không khí nóng cao hơn nhưng lượng ẩm này cũng coi như bỏ qua hoặc tính vào phần cung cấp khí

Như vậy lượng ẩm chỉ còn hai thành phần chính là W1

3.3.1 Lượng ẩm do con người tỏa ra W 1

Lượng ẩm do người toả ra W1 được xác định theo công thức 3.30 [1]:

W1 = n.qn , (kg/s) (3-24) Trong đó: n - số người trong phòng điều hoà; qn - lượng ẩm mỗi người toả ra trong một đơn vị thời gian, kg/s

Cũng giống như toả nhiệt, toả ẩm của mỗi người phụ thuộc vào cường độ lao động và nhiệt độ phòng được xác định theo bảng 3.5 [1],trang 117: tT = 25 o C suy ra qn = 115 (g/h.người = 0,115 (kg/h.người) = 0,03194 (g/s)

Bảng 3-13 Bảng lượng ẩm thừa WT

Tầng Phòng Diện tích sàn

3.3.2 Lượng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm W 2

Do các phòng đều là văn phòng làm việc, không có bán thành phẩm nên W2 = 0

3.3.3 Lượng ẩm bay hơi đoạn nhiệt từ sàn W 3

Bên dưới các tầng có điều hòa đồng thời lót gạch nên lượng ẩm bay hơi đoạn nhiệt có thể bỏ qua, W3 = 0

3.3.4 Lượng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm W 4

Các thiết bị là các thiết bị điện nên không có hơi ẩm, W4 = 0.

Kiểm tra đọng sương trên vách

Hiện tượng đọng sương xảy ra khi nhiệt độ vách nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của không khí Hiện tượng đọng sương trên vách không những làm tổn thất nhiệt mà còn gây mất mỹ quan của công trình do ẩm ướt, nấm mốc và có thể ảnh hưởng nghiêm trọng tới tuổi thọ của các kêt cấu xây dựng công trình Vì vậy để tránh xảy ra hiện tượng này, cần kiểm tra xem các kết cấu bao che có đảm bảo không bị đọng sương hay không và có biện pháp khắc phục

Do ta chọn nhiệt độ và độ ẩm trong nhà là như nhau nên ta kiểm tra sự đọng sương trên vách chung cho tất cả các phòng

Hiện tượng đọng sương chỉ xảy ra ở bề mặt vách phía nóng nghĩa là khi kiểm tra đọng sương trên vách chỉ tiến hành ở mặt ngoài của vách

Từ các hệ thức phương trình mật độ dòng nhiệt qua vách: q = k (tN – tT) =  N (tN – twN) =  T (tT – twT) (3-25) k = N N wN

Ta thấy khi nhiệt độ trên vách giảm thì hệ số truyền nhiệt k tăng Khi nhiệt độ vách giảm xuống đến nhiệt độ đọng sương ts thì hệ số truyền nhiệt đạt trị số cực đại k = kmax và xảy ra hiện tượng đọng sương

Vậy để không xảy ra hiện tượng đọng sương thì vách cần có hệ số truyền nhiệt k < kmax kmax = 0,95 N N sN

 t -t , W/m 2 K (3-26) Nếu k < kmax thì không xảy ra hiện tượng đọng sương

Nếu k > kmax thì xảy ra hiện tượng đọng sương

 N - hệ số toả nhiệt phía ngoài nhà

 N = 20 W/m 2 K nếu bề mặt ngoài tiếp xúc với không khí ngoài trời;

 N = 10 W/m 2 K nếu có không gian đệm

 T - hệ số toả nhiệt phía trong nhà,  T = 10 W/m 2 K tsN - nhiệt độ đọng sương bên ngoài, được xác định theo tN và  N mùa hè như sau:

Khi không có không gian đệm:

Tra đồ thị I-d của không khí ẩm ta tìm được nhiệt độ đọng sương của không khí: tsN = 28,25 0 C

- Khi không có không gian đệm: max

- Khi có không gian đệm: max

Từ các tính toán ở phần trên (tính toán nhiệt thừa) ta đã tìm được:

Qua kết quả tính toán và kiểm tra ta thấy tất cả các bề mặt đều không bị đọng sương

CHƯƠNG 4: THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU

4.1 Lựa chọn và thành lập sơ đồ điều hoà không khí:

4.1.1 Lựa chọn sơ đồ điều hòa không khí:

Sơ đồ điều hoà không khí được thiết lập dựa trên kết quả tính toán cân bằng nhiệt ẩm, đồng thời thoả mãn các yêu cầu về tiện nghi của con người và yêu cầu công nghệ, phù hợp với điều kiện khí hậu Việc thành lập sơ đồ điều hoà phải căn cứ trên các kết quả tính toán như nhiệt hiện, nhiệt thừa của phòng

Trong điều kiện cụ thể mà ta có thể chọn các sơ đồ: sơ đồ thẳng, sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp, sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp Chọn và thành lập sơ đồ điều hoà không khí là một bài toán kĩ thuật, kinh tế Mỗi sơ đồ đều có ưu điểm đặc trưng, tuy nhiên dựa vào đặc điểm của công trình và tầm quan trọng của hệ thống điều hoà mà ta quyết định lựa chọn hợp lý

Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp được sử dụng rộng rãi nhất

Sơ đồ tuần hoàn 1 cấp được sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống tương đối đơn giản, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh, vận hành không phức tạp lại có tính kinh tế cao Sơ đồ này được sử dụng cả trong lĩnh vực điều hoà tiện nghi và điều hoà công nghệ phân xưởng sản xuất linh kiện điện tử, quang học, máy tính…

Sơ đồ tuần hoàn 2 cấp thường được sử dụng trong điều hoà tiện nghi khi nhiệt độ thổi vào quá thấp, không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các phân xưởng sản xuất khi cần điều chỉnh đồng thời cả nhiệt độ và độ ẩm như nhà máy dệt, thuốc lá … So với sơ đồ điều hoà không khí 1 cấp thì chi phí đầu tư lớn hơn

Qua phân tích đặc điểm của công trình ta thấy đây là công trình điều hoà thông thường không đòi hỏi nghiêm ngặt về chế độ nhiệt ẩm Do đó chỉ cần sử dụng sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp là đủ đáp ứng các yêu cầu đặt ra

Hình 4.1 Giới thiệu nguyên lý cấu tạo hệ thống điều hoà không khí một cấp

Hình 4.1 Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp

1- Cửa lấy gió tươi 7 - Không gian điều hoà

2- Buồng hoà trộn 8 - Miệng hồi

3 - Thiết bị xử lý nhiệt ẩm 9 - Ống gió hồi

4 - Quạt gió cấp 10 - Lọc bụi

5 - Ống gió cấp 11 - Quạt gió hồi

6 - Miệng thổi 12 – Cửa tự thải

* Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Không khí ngoài trời (lưu lượng LN, trạng thái N (tN, φN) qua cửa lấy gió trời đi vào buồng hoà trộn 2 Tại đây diễn ra quá trình hoà trộn giữa không khí ngoài trời với không khí tuần hoàn trạng thái T (tN, φN), lưu lượng LT Không khí sau khi hoà trộn có trạng thái H được xử lí nhiệt ẩm trong thiết bị xử lí 3 đến trạng thái O rồi được quạt gió 4 vận chuyển theo đường ống 5 tới không gian điều hoà 7 qua các miệng thổi 6

Trạng thái không khí thổi vào kí hiệu là V Do nhận nhiệt thừa và ẩm thừa trong phòng nên không khí tự thay đổi trạng thái từ V đến T theo tia VT có hệ số góc

W Sau đó không khí trong phòng có trạng thái T được hút với lưu lượng LT qua các miệng hút 8 đi vào đường ống hồi 9 nhờ quạt hút 11, qua lọc bụi 10, vào buồng hoà trộn 2 Một phần không khí trong phòng được thải ra ngoài qua cửa tự thải

4.1.2 Thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp mùa hè

Sự thay đổi trạng thái không khí của sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp mùa hè được trình bày trên đồ thị t-d (hình 4.2)

Sơ đồ tuần hoàn một cấp với các điểm N, T, H, O, V, S với các hệ số nhiệt hiện, hệ số đi vòng được giới thiệu trên hình 3.4, tính toán sơ đồ một cấp được thực hiện theo các bước sau:

- Xác định toàn bộ lượng nhiệt thừa hiện và ẩn của không gian điều hoà do gió tươi mang vào;

- Xác định tổng lượng nhiệt hiện;

- Xác định tổng lượng nhiệt ẩn;

- Xác định tổng lượng nhiệt ẩn và thừa của không gian cần điều hoà;

- Xác định hệ số đi vòng;

- Xác định các điểm: T (tT; T), N (tN; N), G (24 0 C; 50%);

- Qua T kẻ đường song song với G - hef cắt  = 100% tại S, ta xác định được nhiệt độ đọng sương ts

- Qua S kẻ đường song song với G - ht cắt đường NT tại H, ta xác định được điểm hoà trộn H

- Qua T kẻ đường song song với G - hf cắt đường SH tại O Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và từ đường ống gió ta có V  O là điểm thổi vào

Hình 4.2 Sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp mùa hè d t

Hình 4.3 Đồ thị không khí ẩm t-d được thể hiện sơ đồ ĐHKK tuần hoàn 1 cấp

Nguồn: Đồ thị không khí ẩm t-d thể hiện các điểm bằng vẽ CAD

Việc xác định các thông số tại các điểm nút được tiến hành như sau:

Thông số tại hai điểm N và T đã biết theo phần chọn các thông số tính toán: Ngoài trời: tN = 35,6 0 C, φN = 66%

Chọn độ ẩm của không khí tại điểm thổi vào V là: φV %

Do VT là quá trình tự thay đổi trạng thái khử ẩm thừa và nhiệt thừa với hệ số góc tia quá trình là T nên V là giao điểm của đường T với đường φ %

4.2 Các bước tính toán sơ đồ tuần hoàn một cấp

4.2.1 Điểm gốc G và hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible Heat Factor):  hef Điểm gốc G được xác định trên ẩm đồ ở t = 24 0 C và  = 50% Thang chia hệ số nhiệt hiện h đặt ở bên phải ẩm đồ

4.2.2 Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (Room Sensible Heat Factor):  hf

Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (Room Sensible Heat Factor) hf: là tỉ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng nhiệt hiện và ẩn của phòng chưa tính đến thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi và gió lọt QhN và QâN đem vào không gian điều hoà

 Qhf -Tổng nhiệt hiện của phòng (không có nhiệt hiện của gió tươi), W;

 Qâf -Tổng nhiệt ẩn của phòng (không có nhiệt ẩn của gió tươi), W

4.2.3 Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (Grand Sensible Heat Factor):  ht

Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF ht: là tỉ số giữa nhiệt hiện tổng và nhiệt tổng

 Qh - Thành phần nhiệt hiện, kể cả phần nhiệt nhiệt do gió tươi và gió lọt đem vào, kW;

 Qâ - Thành phần nhiệt ẩn, kể cả phần nhiệt ẩn do gió tươi đem vào và

QâN có trạng thái ngoài, kW;

 Qt - Tổng nhiệt thừa, kW

4.2.4 Hệ số đi vòng:  BF

THÀNH LẬP - TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Các bước tính toán sơ đồ tuần hoàn một cấp