Giao trinh bai tap chuong 10

Các thông số trạng thái của không khí ẩm 15Nhiệt độ điểm sương t s , o C  Khi làm lạnh không khí ẩm chưa bão hòa trong điều kiện d không đổi đến lúc nào đó thì không khí ẩm sẽ bão hòa

Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 1

Chương 1

Chương 1: Tổng quan về thông gió 2

Nội dung

1.1 Không khí và những đặc tính của thông gió

1.2 Vai trò của thông gió trong giảm thiểu chất ô

nhiễm 1.3 Các loại thông gió

1.1 Không khí và những đặc tính của thông gió 3

 G, V, P lần lượt là khối lượng, thể tích và áp suất.

 Ký hiệu: k - không khí khô, h - hơi nước

 M : phân tử khối, kg/kmol, Mk = 29, Mh = 18

 T : nhiệt độ tuyệt đối, T(oK) = t(oC) + 273

T

R M

G V

P

k

k k

k 

T

R M

G V

P

h

h h

h 

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 6

Các thông số đặc trưng của không khí ẩm

 Độ ẩm tuyệt đối (ρh, g/m3)

 Độ ẩm tương đối (φ, %)

 Dung ẩm (d, kg/kg kkk)

 Nhiệt dung riêng của không khí ẩm (C, kJ/kg.K)

 Thể tích riêng của không khí ẩm (v, m3/kg)

 Khối lượng riêng của không khí ẩm (ρ, kg/m3)

 Nhiệt độ điểm sương, (ts, oC)

 Nhiệt độ ướt, (tư, oC)

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 7

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 8

 Ghmax : lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa (g)

 Phb : áp suất hơi nước bão hòa (kPa)

 1 mmHg = 133,3 Pa, 1 mmH2O = 9,81 Pa

% 100



1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 9

 φ có giá trị từ 0 – 100

 φ = 0, không khí khô.

 φ = 100, không khí ẩm bão hòa.

 Ở điều kiện áp suất khí quyển:

 Khi nhiệt độ t ≤ 100, φ giảm theo nhiệt độ.

 Khi nhiệt độ t > 100, φ không thay đổi.

 Áp suất hơi nước bão hòa theo nhiệt độ tính gần đúng(Bolton, 1980):

 Phb : áp suất hơi bão hòa, kPa.

67 ,

17 exp

6122 ,

0

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 10

P P

B

P P

P d

.

622

, 0 622

, 0 622

, 0

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 11

Nhiệt dung riêng của không khí ẩm (C, kJ/kg.K)

 Là nhiệt dung riêng của hỗn hợp không khí khô và hơi nước, tính theo công thức hỗn hợp khí lí tưởng.

 Công thức:

 Trong đó:

 Ck ≈ 1 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng của không khí khô

 Ch ≈ 1,84 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng của hơi nước ở

0oC

d

C d

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 12

Thể tích riêng của không khí ẩm (v, m 3 /kg)

 Ta có

 Thay vào v, ta có:

d

v G

V G

k k

k k

k

k k

k

P P

T M

P

T R G

V v

T

R M

G V

.

) 1

).(

(

287 ,

0

d P

P

T v

hb 







1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 13

Khối lượng riêng của không khí ẩm (ρ, kg/m 3 )

 Theo định nghĩa, ta có

 Theo phương trình trạng thái, ta có

 Thay từng giá trị ρh, ρk vào, ta có

 Trong khoảng nhiệt độ điều hòa không khí, ta thườnglấy gần đúng ρ = 1,2 kg/m3 ở 20oC, độ ẩm 50%, 760mmHg

T

d P

B v

hb

287 ,

0

) 1

).(

(

0 1

( 287 ,

P T

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 14

Entanpi của không khí ẩm (I, kJ/kgkkk)

 Entanpi (nhiệt lượng riêng): là lượng nhiệt chứa trong1kg không khí khô

 Công thức:

 Trong đó:

 Ik = Ck.t (kJ/kg) : entanpi của không khí khô

 Ih = r + Ch.t (kJ/kg): entanpi của hơi nước

 r = 2500 kJ/kg : nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở 0oC

 Thay Ck, Ch vào biểu thức trên, ta có:

h

k d I I

I  

).84,12500

d t

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 15

Nhiệt độ điểm sương (t s , o C)

 Khi làm lạnh không khí ẩm chưa bão hòa (trong điều kiện d không đổi) đến lúc nào đó thì không khí

ẩm sẽ bão hòa và trong không khí ẩm xuất hiện những giọt nước nhỏ ngưng tụ dưới dạng sương

 Nhiệt độ không khí ẩm khi đó gọi là nhiệt độ điểm sương (nhiệt độ đọng sương).

 Phân áp suất Ph của hơi nước trong không khí ẩm càng lớn thì nhiệt độ điểm sương càng cao.

 Công thức tính gần đúng nhiệt độ điểm sương:

s

s

t

t d

622 ,

0 (

6122 ,

0

ln

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 16

Nhiệt độ ướt (t ư , o C)

 Khi cho không khí ẩm chưa bão hòa tiếp xúc với lớpnước mỏng thì sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt và traođổi chất giữa không khí và nước

 Khi không khí bão hòa hơi nước thì quá trình trao đổichất và trao đổi nhiệt ngừng lại, nhiệt độ của không khílúc này là nhiệt độ ướt

1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm 17

Nhiệt độ hiệu quả tương đương

 Để đánh giá ảnh hưởng đồng thời của 3 yếu tố nhiệt độ,

độ ẩm, vận tốc gió, người ta dùng khái niệm nhiệt độhiệu quả tương đương

t

t hq  0 , 5 (  u)  1 , 94

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 18

Nhiệt độ hiệu quả tương

1.1.3 Đồ thị không khí ẩm 19

Nội dung

 Đồ thị I – d (Đồ thị Mollier).

 Đồ thị t – d (Đồ thị Carrier).

Đồ thị I – d 20

Mô tả

 Đồ thị I-d được thành lập ở áp suất khí quyển 760mmHg, góc hợp bởi 2 trục chính của đồ thị là góc tù 135oC.

 Trục d nằm ngang, tra vuông góc d = const

 Trục I đứng, tra theo đường chéo I = const

 Ngoài ra còn có các đường sau:

 Đường t = const để tra theo nhiệt độ

 Đường φ = const để tra độ ẩm tương đối

 Đường áp suất hơi riêng phần Ph

21

Đồ thị I – d 22

 Cách sử dụng biểu đồ

 Xác định trạng thái không khí ẩm

 Phải biết được 2 trong 4 thông số,

dựa vào các đường t, d, H, φ tra các thông số còn lại.

 Xác định nhiệt độ điểm sương ts

 Từ điểm A (t, d) ta theo đường d =

const hạ xuống đường φ = 1 sẽ cắt tại điểm B, ứng với nhiệt độ ts.

 Xác định nhiệt độ ướt tư

 Từ điểm A (t, d) ta theo đường H =

const kéo dài để đường φ = 1 sẽ cắt tại điểm C, ứng với nhiệt độ tư.

24

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 25

 Quá trình tạo ẩm đẳng nhiệt.

 Quá trình tạo ẩm đoạn nhiệt.

 Quá trình làm mát có tách ẩm.

 Quá trình làm mát có tách ẩm và hâm nóng.

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 26

Một số khái niệm và thuật ngữ.

 Công thức tính nhiệt và ẩm

 Hệ số góc tia quá trình ε

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 27

 Q > 0: quá trình nhận nhiệt, Q < 0: quá trình nhả nhiệt.

 W > 0: quá trình tăng ẩm, W < 0: quá trình tách ẩm.

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 28

 Hệ số góc tia quá trình (ε, kJ/kg)

 Quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm từ trạng thái

A (t1, φ1) sang trạng thái B (t2, φ2) được biểu diễn trên đồ thị là đoạn AB.

 Đoạn AB với mũi tên chỉ chiều quá trình được gọi là tia

AB, hệ số góc tia quá trình AB là:

 Để dễ dàng cho việc tính toán trên đồ thị, người ta đã vẽ sẳn các tia có trị số ε cho trước ngoài biên của đồ thị, các tia có cùng trị số thì song song nhau.

 Một số quá trình đặt biệt: đẳng ẩm: ε = ∞, đoạn nhiệt: ε = 0, đẳng nhiệt: ε = ro

1 2

1 2

d d

I I

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 29

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 30

C A

B C

C A

B

A

I I

I I

d d

d d

G

G BC

AC n

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 31

Quá trình làm nóng và làm

lạnh đẳng ẩm

 Dung ẩm không đổi, d =

const

 Quá trình được thực hiện

nhờ các thiết bị trao đổi

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 32

Quá trình tạo ẩm đẳng nhiệt

 Nhiệt độ nước cấp vào =

nhiệt độ không khí.

nhiệt độ không đổi.

 Biểu diễn quá trình nằm

trên đường t = const.

 Quá trình này khó và ít

thực hiện trong thực tế.

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 33

Quá trình tạo ẩm đoạn

nhiệt

 Là quá trình bay hơi

đoạn nhiệt của nước

vào không khí.

 Trong quá trình này,

entanpy của không khí

coi như không đổi, I =

const.

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 34

coil lạnh hoặc nhiệt độ

nước phun phải nhỏ

hơn ts

1.1.4 Các quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm 35

1.2 Vai trò của thông gió trong giảm thiểu chất ô nhiễm 36

Vai trò của thông gió

1.2.1 Ảnh hưởng của môi trường không khí đến con

người và sản xuất 1.2.2 Vai trò của thông gió trong giảm thiểu chất ô

nhiễm

1.2.1 Ảnh hưởng của MTKK 37

Nội dung

 Ảnh hưởng của MTKK đối với con người

 Ảnh hưởng của MTKK đối với sản xuất

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 38

Đặt vấn đề

 Cơ thể con người duy trì ở nhiệt độ khoảng 37oC

 Tuy nhiên, cơ thể luôn sản sinh ra một lượng nhiệt

nhiều hơn nó cần → phải thải nhiệt ra ngoài

 Các phương pháp thải nhiệt: bức xạ, đối lưu, bay hơi

 Bức xạ: phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt xung quanh.

 Đối lưu: phụ thuộc và nhiệt độ không khí.

→ 2 loại nhiệt thải trực tiếp này gọi là nhiệt hiện.

 Bay hơi: phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ không khí xung quanh.

→ Loại nhiệt thải gián tiếp này gọi là nhiệt ẩn.

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 39

Nội dung

 Ảnh hưởng của nhiệt độ.

 Ảnh hưởng của độ ẩm.

 Ảnh hưởng của tốc độ không khí.

 Ảnh hưởng của các chất độc hại.

 Nhiệt độ hiệu quả tương đương.

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 40

Ảnh hưởng của nhiệt độ

 Là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh rõ rệt nhất của cơ thểcon người

 Truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt da, hoặcdẫn nhiệt qua lớp quần áo, chỉ xảy ra khi có sự chênhlệch nhiệt độ với môi trường

 Khi nhiệt độ thấp hơn 37oC, cơ thể bị mất nhiệt, nếumất nhiệt quá mức sẽ có cảm giác lạnh

 Khi nhiệt độ cao hơn 37oC, cơ thể nhận nhiệt và cócảm giác nóng

 Cơ thể thải nhiệt hiện khi nhiệt độ môi trường thấp vànhiệt ẩn (dạng hơi nước) khi nhiệt độ môi trường cao

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 41

Ảnh hưởng của độ ẩm

 Là yếu tố quyết định bay hơi mồ

hôi vào không khí

 Quá trình bay hơi chỉ xảy ra khi φ

< 100%, khi φ lớn, mồ hôi thoát ra

ngoài da bay hơi kém

 Trung bình cơ thể thải 2400 J/g

 Bảng bên cạnh cho thấy tỉ lệ nhiệt

ẩn/nhiệt hiện do con người thải ra

Nhiệt độ ( o C)

Tỉ lệ (%)

26,7 30

36 100 37,8 120 40,6 160 43,3 200

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 42

Ảnh hưởng của tốc độ gió

 Vận tốc không khí càng

lớn thì tốc độ truyền nhiệt

và truyền chất càng cao.

 Do vậy, gió vào mùa đông

sẽ gây cảm giác lạnh, mùa

Tốc độ gió (m/s)

Ảnh hưởng của MTKK đối với con người 43

Ảnh hưởng của các chất độc hại

 Môi trường không khí ngoài các yếu tố t, φ, v còn phải đảm bảo độ trong sạch nhất định.

 Một số chất độc hại trong không khí:

 Bụi

 Khí carbonic và hơi nước

 Các hóa chất độc hại dạng khí: CO, SO2, NH3, NOx,VOCs, …

 Nồng độ các chất này phải đảm bảo nằm trong tiêu chuẩn cho phép.

Ảnh hưởng của MTKK đối với sản xuất 44

 Ảnh hưởng của môi trường không khí đến sản xuấtgồm có các yếu tố:

 Nhiệt độ

 Độ ẩm

 Độ trong sạch của không khí

 Tốc độ không khí

Ảnh hưởng của MTKK đối với sản xuất 45

Sản xuất sợi dệt

 Nhiệt độ và độ ẩm đều ảnh hưởng đến quá trình sảnxuất sợi dệt

 Đối với sợi bông, độ ẩm ảnh hưởng đến:

 Trọng lượng: thủy phần của sợi có mối quan hệ mật thiết với độ ẩm không khí.

 Tính năng vật lý: khi sợi bông hút ẩm thì độ căng, tính đàn hồi, tính dính bết đều tăng, tính dẫn điện cũng tăng.

 Nhiệt độ ảnh hưởng tới sợi: làm chảy lớp sáp bọcquanh sợi khi nhiệt độ cao, hoặc làm nó hóa rắn khinhiệt độ thấp

 Tốc độ không khí: nếu vận tốc cao sẽ làm rối sợi vàlàm bay các bông sợi

1.2 Vai trò của thông gió trong giảm thiểu chất ô nhiễm 46

Khái niệm thông gió:

 Thông gió là quá trình trao đổi không khí trong nhà

và ngoài trời để đảm bảo thải ra ngoài nhiệt thừa,

ẩm thừa và các chất độc hại, … nhằm giữ cho các thông số vật lý – khí tượng không vượt quá giới hạn cho phép.

1.2 Vai trò của thông gió trong giảm thiểu chất ô nhiễm 47

Vai trò của thông gió

 Thông gió có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm cho môi trường kín (sinh hoạt và lao động), bao gồm:

 Cung cấp oxy

 Thải khí CO2

 Thải những chất gây mùi

 Thải hơi nước

 Thải nhiệt thừa

 Thải những chất ô nhiễm (khí, bụi, hơi, vi sinh vật)

1.2 Vai trò của thông gió trong giảm thiểu chất ô nhiễm 48

Vai trò của thông gió

 Nhiệm vụ của thông gió là đảm bảo bên trong công trình có thành phần và trạng thái không khí thích hợp với:

 Điều kiện vệ sinh:

• Vd: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, nhiệt độ bề mặt trong phòng

 Điều kiện nhà xưởng:

• Vd: phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ sản xuất, điều kiện bảo quản và nâng cao chất lượng sản phẩm, bảo trì thiết bị và kết cấu nhà xưởng

1.3 Các loại thông gió 49

Nội dung

1.3.1 Phân loại thông gió

1.3.2 Tổ chức thông gió

1.3.1.1 Phân loại thông gió 50

Phân loại thông gió

 Thông gió hút vs thổi

 Thông gió chung vs cục bộ

 Thông gió cơ khí vs tự nhiên

1.3.1 Phân loại thông gió 51

Thông gió thổi (thông gió cấp)

 Để tạo điều kiện môi trường tiện nghi trong phòng/nhà xưởng (hệ thống HVAC)

 Để thay thế không khí thải trong nhà xưởng (hệ thống thay thế)

1.3.1 Phân loại thông gió 52

Thông gió hút (thông gió thải)

 Thông gió chung

 Thông gió cục bộ

1.3.1 Phân loại thông gió 53

Thông gió chung

 Để kiểm soát nhiệt/nhiệt độ

 Để thải bỏ chất ô nhiễm (thông gió pha loãng)

1.3.1 Phân loại thông gió 54

Thông gió cục bộ

 Để hút chất ô nhiễm ở tại hoặc gần nguồn phát sinh

 Hiệu quả hơn

 Lưu lượng thấp hơn

• Giảm chi phí sưởi ấm / làm mát

• Giảm công suất thiết bị làm sạch khí

1.3.1 Phân loại thông gió 55

Thông gió cơ khí

 Hệ thống thông gió hoạt động do động lực từ máy quạt

1.3.1 Phân loại thông gió 56

Thông gió tự nhiên

 Thông gió nhờ động lực tự nhiên:

 Nhờ cửa mái, cửa gió, chụp thoát gió, các mương dẫngió

 Nhờ chênh lệch áp suất gây ra bởi gió và chênh lệchnhiệt độ

1.3.2 Tổ chức thông gió 57

Tổ chức thông gió

 Những sơ đồ thông gió cơ bản

 Các phương pháp thông gió trong những phòng kín

 Tổ chức trao đổi không khí trong nhà

1.3.2 Tổ chức thông gió 58

Những sơ đồ thông gió cơ bản

 Thông gió chung

 Thông gió khống chế

 Thông gió cục bộ

 Thông gió phối hợp

 Thông gió sự cố

Những sơ đồ thông gió cơ bản 59

Thông gió chung

 Lượng không khí sạch thổi vào phòng khá lớn

 Các chất độc hại được pha loãng đến giới hạn chophép

 Ưu điểm: thực hiện dễ dàng, đơn giản

 Nhược điểm: sự chênh lệch về chất lượng không khí

Thông gió khống chế

 Hút toàn bộ khí độc tại nguồn phát sinh

 Sử dụng chụp hút, tủ hút

 Ưu điểm: kiểm soát chất độc hại tại nguồn phát sinh

 Nhược điểm: không phải lúc nào cũng thực hiện được

về mặt kỹ thuật

Hình Sơ đồ thông gió chung và thông gió khống chế 60

Những sơ đồ thông gió cơ bản 61

Thông gió cục bộ

 Phân xưởng rộng, số công nhân ít và tập trung thànhcụm, thường dùng hoa sen không khí

 Ưu điểm: có tính kinh tế cao

 Nhược điểm: không khả thi khi số lượng công nhânnhiều và phân bố rải rác khắp phân xưởng

Thông gió phối hợp

 Là sự kết hợp các dạng thông gió trên, thường trongnhà công nghiệp

Thông gió sự cố

 Thường được sử dụng trong các nhà máy hóa chất hoặctrạm nhiệt (lò hơi) để sử dụng khi có sự cố: vỡ bình hóachất hoặc khi nghỉ lò hơi để thau rửa

Hình Sơ đồ thông gió cục bộ 62

Các phương pháp thông gió trong những phòng kín 63

Theo cách thức thông gió:

 Sự rò gió

 Sự thông thoáng

 Thông gió tự nhiên

 Thông gió cơ khí

Theo tính chất làm việc

 Hệ thống thông gió hút

 Hệ thống thông gió thổi

Các phương pháp thông gió trong những phòng kín 64

 Sự rò gió

 Là hiện tượng trao đổi không khí một cách vô tổ chức.

 Nhờ chênh lệch áp suất gây ra bởi gió và nhiệt độ + các khe

hở, lỗ hổng và khe cửa.

 Không thể điều chỉnh lưu lượng và hướng dòng khí.

 Sự thông thoáng

 Tương tự như sự rò gió.

 Trao đổi không khí được thực hiện qua các cửa sổ, cửa đi, các lam gió, …

 Thông gió tự nhiên

 Nhờ cửa mái, cửa gió, chụp thoát gió, các mương dẫn gió

 Nhờ chênh lệch áp suất gây ra bởi gió và chênh lệch nhiệt độ.

Hình Sơ đồ thông gió trong phòng kín 65

Các phương pháp thông gió trong những phòng kín 66

Thông gió cơ khí

67Hình Chuyển động của không khí trong phòng thông gió

Các phương pháp thông gió trong những phòng kín 68

Hệ thống thông gió hút

 Là hệ thống thu không khí đã bị ô nhiễm trong phòng và thải ra ngoài.

 Thường dùng để kiểm soát không khí ô nhiễm.

Hệ thống thông gió thổi

 Là hệ thống lấy không khí bên ngoài, lọc sạch bụi,

xử lý rồi cấp vào trong phòng.

 Thường áp dụng để cấp khí sạch và duy trì chế độ nhiệt ẩm và độ trong sạch cần thiết.