Giáo trình điều hòa không khí - Chương 2

Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè tương đối nóng nực và có độ ẩm khá cao. Cùng với sự phát triển của đất nước đời sống nhân dân ngày một cải thiện và nâng cao, do đó nhu cầu v

Chương 2

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

VÀ CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Môi trường không khí có ảnh hưởng rất lớn đếncon người và các hoạt động khác của chúng ta Khicuộc sống được nâng cao thì nhu cầu về việc tạo

ra môi trường nhân tạo thích hợp với đời sống vàmọi hoạt động khác của con người trở nên vô cùngcấp thiết và một yêu cầu có tính bắt buộc

Môi trường không khí tác động lên con người và cácquá trình sản xuất thông qua nhiều nhân tố, trong đócác nhân tố sau đây ảnh hưởng nhiều nhất:

- Nhiệt độ không khí t, oC;

- Độ ẩm tương đối , %;

- Tốc độ lưu chuyển của không khí , m/s;

- Nồng độ bụi trong không khí Nbụi, %;

- Nồng độ của các chất độc hại Nz; %

- Nồng độ ôxi và khí CO2 trong không khí; NO2, NCO2, %;

- Độ ồn Lp, dB

Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu ảnh hưởng củacác nhân tố đó và lựa chọn các thông số tính toánthiết kế các hệ thống điều hoà không khí

2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ ĐẾN CON NGƯỜI

2.1.1 Aính hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đốivới con người Cơ thể con người có nhiệt độ xấp xỉ

37oC Trong quá trình vận động cơ thể con người luônluôn thải ra môi trường nhiệt lượng qtỏa Lượng nhiệt

do cơ thể toả ra phụ thuộc vào cường độ vận động(vận động càng nhiều thì nhiệt lượng toả ra cànglớn), giới tính, tuổi tác và trọng lượng bản thân Vìvậy để duy trì thân nhiệt cơ thể thường xuyên traođổi nhiệt với môi trường xung quanh dưới 02 hìnhthức:

- Truyền nhiệt: Là hình thức thải nhiệt ra môi

trường do chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và môitrường Quá trình truyền nhiệt cũng được thựchiện theo các phương thức như dẫn nhiệt, toả nhiệtđối lưu và bức xạ Nhiệt lượng trao đổi theo dạngnày gọi là nhiệt hiện, ký hiệu qh

- Toả ẩm: Ngoài hình thức thải nhiệt như trên cơ

thể còn có hình thức khác là toả ẩm Khi hình thứctruyền nhiệt thông thường không đáp ứng đòi hỏi vềthải nhiệt, cơ thể bắt đầu thải mồ hôi Các giọt mồhôi thải ra môi trường mang theo một nhiệt lượng khálớn, không những thế khi thoát ra bề mặt da, cácgiọt nước tiếp tục bay hơi và nhận nhiệt lượngtrên bề mặt da, góp phần hạ thân nhiệt Nhiệtlượng trao đổi dưới hình thức toả ẩm gọi là nhiệtẩn, ký hiệu qa Người ta nhận thấy khi vận độngnhiều trong điều kiện ngoài trời hoặc nóng bức, nếu

cơ thể không cung cấp đủ nước cần thiết để thảinhiệt, thân nhiệt có thể tăng cao có nguy cơ đến tínhmạng của con người

Mối quan hệ giữa nhiệt lượng thải ra dưới 2 hìnhthức truyền nhiệt và toả ẩm được thể hiện bởiphương trình sau đây:

Đây là một phương trình cân bằng động, giá trịcủa mỗi một đại lượng trong phương trình có thểthay đổi tuỳ thuộc vào cường độ vận động, nhiệtđộ, độ ẩm, tốc độ chuyển động của không khí xungquanh vv Trong phương trình đó qa là đại lượng mangtính chất điều chỉnh, giá trị của nó lớn nhỏ phụthuộc vào mối quan hệ của qtoả và qh để đảm bảophương trình (2-1) luôn luôn cân bằng

- Nếu cường độ vận động của con người khôngđổi thì có thể coi qtoả = const, nhưng qh giảm, chẳnghạn khi nhiệt độ môi trường tăng, t = tct-tmt giảm; khitốc độ gió giảm hoặc khi nhiệt trở tăng Phương trình(2-1) mất cân bằng, khi đó cơ thể sẽ thải ẩm, qa xuấthiện và tăng dần nếu qh giảm

- Nếu nhiệt độ môi trường không đổi, tốc độ gióổn định và nhiệt trở cũng không đổi thì qh = const, khicường độ vận động tăng qtoả tăng, phương trình (2-1)mất cân bằng, khi đó cơ

thể cũng sẽ thải ẩm, qtoả càng tăng cao thì qa cũngtăng lên tương ứng

Nếu vì một lý do gì đó mất cân bằng thì sẽ gâyrối loạn và sinh đau ốm

Quan hệ giữa nhiệt hiện và nhiệt ẩn theo nhiệtđộ môi trường được thể hiện trên hình 2.1 Theoquan hệ này khi nhiệt độ không khí tăng, nhiệt hiệngiảm và nhiệt ẩn tăng

ẩn q w theo nhiệt độ phòng

- Nhiệt hiện : Truyền nhiệt từ cơ thể con người

vào môi trường xung quanh dưới 3 phương thức: dẫnnhiệt, đối lưu và bức xạ Nhiệt hiện qh phụ thuộcvào độ chênh nhiệt độ giữa cơ thể và môi trườngxung quanh t = tct-tmt, tốc độ chuyển động của dòngkhông khí và nhiệt trở (áo quần, chăn chiếu vv )Đặc điểm của nhiệt hiện là phụ thuộc rất nhiềuvào độ chênh nhiệt độ giữa cơ thể với nhiệt độ môitrường t = tct-tmt

Khi nhiệt độ môi trường tmt nhỏ, t lớn nên cơ thểmất nhiều nhiệt nên có cảm giác lạnh Ngược lạikhi nhiệt độ tmt lớn khả năng thoát nhiệt của cơ thể

dưới hình thức nhiệt hiện kém nên có cảm giácnóng Tuy nhiên cùng một điều kiện cảm giác nónglạnh còn phụ thuộc vào tuổi tác, sức khoẻ và hoạtđộng của con người.

Nhiệt hiện qh còn phụ thuộc vào các yếu tố nhưtốc độ gió, nhiệt trở của cơ thể (áo quần, chăn,chiếu vv )

- Nhiệt ẩn: Tỏa ẩm có thể xảy ra trong mọi phạm

vi nhiệt độ và khi nhiệt độ môi trường càng cao,cường độ vận động càng lớn thì toả ẩm càngnhiều Nhiệt năng của cơ thể được thải ra ngoài cùngvới hơi nước dưới dạng nhiệt ẩn, nên lượng nhiệtnày được gọi là nhiệt ẩn

Ngay cả khi nhiệt độ môi trường lớn hơn thân nhiệt(37oC), cơ thể con người vẫn thải được nhiệt ra môitrường thông qua hình thức tỏa ẩm Người ta đã tínhđược rằng cứ thoát 1 g mồ hôi thì cơ thể thải đượcmột lượng nhiệt xấp xỉ 2500J Nhiệt độ càng cao,độ ẩm môi trường càng bé thì mức độ thoát mồ hôicàng nhiều

Hình 2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến cảm

giác con người

Nhiệt ẩn có giá trị càng cao khi hình thức thảinhiệt bằng truyền nhiệt không thuận lợi.

Quan hệ giữa con người và môi trường được thểhiện trên hình 2.2 Ở đây cơ thể trao đổi nhiệt với môitrường qua 2 hình thức truyền nhiệt và toả ẩm, quátrình đó chịu tác động của nhiều yếu tố như tốcđộ không khí, nhiệt độ không khí, nhiệt độ bề mặt,độ ẩm, nhiệt trở truyền nhiệt Tổng hợp tất cảcác yếu tố trên sẽ tác động lên con người Tuy nhiêncảm khác mỗi người sẽ khác nhau phụ thuộc vàonhiều yếu tố như sức khoẻ, tuổi tác và mức độvận động của cơ thể

Rỏ ràng rằng, con người có thể sống trong mộtphạm vi thay đổi nhiệt độ khá lớn, tuy nhiên nhiệtđộ thích hợp nhất đối với con người chỉ nằm trongkhoảng hẹp Nhiệt độ và độ ẩm thích hợp đối vớicon người có thể lấy theo TCVN 5687-1992 cho ở bảng2.1 dưới đây

Bảng 2.1 Thông số vi khí hậu tiện nghi ứng

với trạng thái lao động

24 60-75 0,1-0,3 24-27 60-75 0,3-0,5Lao động

nhẹ 22-24 60-75 0,3-0,5 24-27 60-75 0,5-0,7Lao động

vừa 20-22 60-75 0,3-0,5 23-26 60-75 0,7-1,0Lao động

nặng 18-20 60-75 0,3-0,5 22-25 60-75 0,7-1,5

Trên hình 2.3 biểu thị đồ thị vùng tiện nghi của hộilạnh, sưởi ấm, thông gió và điều hoà không khí củaMỹ giới thiệu Đồ thị này biểu diễn trên trục toạđộ với trục tung là nhiệt độ đọng sương ts và trụchoành là nhiệt độ vận hành tv, nhiệt độ bên trong

đồ thị là nhiệt độ hiệu quả tương đương Nhiệt độvận hành tv được tính theo biểu thức sau:

bx dl

bx bx k dl v

t.t

.t

K ư

k

c 0 , 5 ( t t ) 1 , 94

tư - Nhiệt độ nhiệt kế ướt, oC;

K - Tốc độ chuyển độ của không khí, m/s

Nhiệt độ hiệu quả tương đương xác định ảnhhưởng tổng hợp của các yếu tố : nhiệt độ, độ ẩmvà tốc độ chuyển động của không khí đến conngười

Theo đồ thị tiện nghi, nhiệt độ hiệu quả thíchhợp nằm trong khoảng 2026oC, độ ẩm tương đốikhoảng 3070%, nhiệt độ đọng sương 215oC

Rỏ ràng theo đồ thị này vùng tiện nghi của Mỹ cónhững điểm khác so với TCVN

Trên hình 2.4 là đồ thị vùng tiện nghi được biểudiễn theo trục tung là nhiệt độ nhiệt kế ướt tư vàtrục hành là nhiệt độ nhiệt kế khô tk, nhiệt độ ởgiữa là nhiệt độ hiệu quả tc

Hình 2.3 Đồ thị vùng tiện nghi theo tiêu chuẩn

ASHRAE (Mỹ)

Theo đồ thị này vùng tiện nghi nằm trong khoảng nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 1020oC, nhiệt độ nhiệt kế khô từ 1828oC và nhiệt độ hiệu quả từ 1724oC

Hình 2.4 Đồ thị vùng tiện nghi theo nhiệt độ tk

và t ư

2.1.2 Aính hưởng của độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng lớn đến khả năngthoát mồ hôi vào không khí Quá trình này chỉ có thểxảy ra khi  < 100% Độ ẩm càng thấp thì khả năngthoát mồ hôi càng lớn, cơ thể sẽ cảm thấy dễ chịu Độ ẩm quá cao, hay quá thấp đều không tốt đốivới con người

- Khi độ ẩm cao: Khi độ ẩm cao khả năng thoát mồ

hôi kém, cơ thể cảm thấy rất nặng nề, mệt mỏi vàdễ gây cảm cúm Người ta nhận thấy ở một nhiệtđộ và tốc độ gió không đổi khi độ ẩm lớn khả năngbốc mồ hôi chậm hoặc không thể bay hơi được,điều đó làm cho bề mặt da có lớp mồ hôi nhớp nháp.Độ ẩm cao còn tạo ra những khó chịu khác cho conngười như hiện tượng đọng sương trên bề mặt cácđồ vật, nấm mốc vv

Trên hình 2.5 biểu thị miền xuất hiện mồ hôi trênbề mặt da Theo đồ thị này ta thấy, ứng với một

giá trị độ ẩm nhất định, khi nâng nhiệt độ lên mộtgiá trị nào đó thì trên bề mặt da xuất hiện lớp mồhôi và ngược lại khi độ ẩm cao trên bề mặt da xuấthiện mồ hôi ngay cả khi nhiệt độ không khí kháthấp Ví dụ ở độ ẩm trên 75% thì xuất hiện mồ hôingay cả khi nhiệt độ dưới 20oC

Hình 2.5 Giới hạn miền mồ hôi trên da

- Độ ẩm thấp: Khi độ ẩm thấp mồi hôi sẽ bay hơi

nhanh làm da khô, gây nứt nẻ chân tay, môi vv Ngoài

ra độ ẩm thấp còn gây ra nhiều vấn đè phiền toáikhác trong cuộc sống như làm cho đồ vật khô cứng,thực phẩm bị mất nước và giảm chất lượng vv Như vậy độ ẩm quá thấp cũng không tốt cho cơthể

Độ ẩm thích hợp đối với cơ thể con người nằmtrong khoảng tương đối rộng = 60 75% và có thểchọn theo TCVN 5687-1992 nêu ở bảng 2.1

2.1.3 Aính hưởng của tốc độ không khí

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởngđến cường độ trao đổi nhiệt và ẩm giữa cơ thể conngười với môi trường xung quanh Khi tốc độ luânchuyển lớn cường độ trao đổi nhiệt ẩm tăng lên Vìvậy khi đứng trước gió ta cảm thấy mát và thường

da khô hơn nơi yên tĩnh trong cùng điều kiện về nhiệtđộ và độ ẩm

Khi nhiệt độ không khí thấp, tốc độ quá lớn thì cơthể mất nhiều nhiệt gây cảm giác lạnh Tốc độ gióthích hợp tùy thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ

gió, cường độ lao động, độ ẩm, trạng thái sứckhỏe của mỗi người vv

Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta chỉ quantâm tốc độ gió trong vùng làm việc, tức là vùngdưới 2m kể từ sàn nhà Đây là vùng mà một ngườibất kỳ khi đứng trong phòng đều lọt hẳn vào trongkhu vực đó (hình 2.5)

Hình 2.6 Giới hạn vùng làm việc

Tốc độ không khí lưu động được lựa chọn theonhiệt độ không khí trong phòng nêu ở bảng 2.2 Khinhiệt độ phòng thấp cần chọn tốc độ gió nhỏ,nếu tốc độ quá lớn cơ thể mất nhiều nhiệt gâycảm giác lạnh, nếu mất nhiều có thể sẽ bị cảmlạnh Để có được tốc độ hợp lý cần chọn loạimiệng thổi phù hợp và bố trí hợp lý

Bảng 2.2 Tốc độ tính toán của không khí trong

> 30 1,3  1,5 Theo TCVN 5687:1992 tốc độ không khí bên trongnhà được quy định theo bảng 2.3 Theo bảng này tathấy, ở chế độ điều hoà không khí, tốc độ gió thíchhợp khá nhỏ Vì vậy người thiết kế phải hết sứcchú ý đảm bảo tốc độ hợp lý.

Tốc độ không khí có ảnh hưởng đến cảm giác vàsức khoẻ con người trong phòng, nhưng hướng giócũng rất quan trọng Hình 2.7 dưới đây minh hoạ cáchướng gió tốt, xấu, nên và không nên sử dụng, dùngđể tham khảo khi bố trí và lắp đặt các máy điềuhoà và chọn hướng gió phù hợp trong phòng Theohình vẽ hướng tốt nhất là thổi đối diện với ngườingồi, các hướng có thể chấp nhận được là thổi từtrên xuống, thổi ngang vuông góc với người ngồi, cáchướng nên tránh là thổi từ phía sau, thổi dưới chân

Hình 2.7 Aính hưởng của hướng gió thổi

Bảng 2.3 Tốc độ không khí trong nhà qui định

theo TCVN 5687: 1992

Loại vi khí hậu Mùa Hè Đông Mùa

Độ trong sạch của không khí là một trong nhữngtiêu chuẩn quan trọng cần được khống chế trongcác không gian điều hoà và thông gió Tiêu chuẩn nàycàng quan trọng đối với các đối tượng như bệnhviện, phòng chế biến thực phẩm, các phân xưởngsản xuất đồ điện tử, thiết bị quang học vv

Bụi là những phần tử vật chất có kích thướcnhỏ bé khuếch tán trong môi trường không khí

Khi trong không khí có các chất độc hại chiếmmột tỷ lệ lớn thì nó sẽ có ảnh hưởng đến sứckhỏe con người, như hệ hô hấp, thị giác và chấtlượng cuộc sống Đặc biệt đối với đường hô hấp,hạt bụi càng nhỏ ảnh hưởng của chúng càng lớn, vớicỡ hạt 0,5 10m chúng có thể thâm nhập sâu vàođường hô hấp nên còn gọi là bụi hô hấp Mức độtác hại của mỗi một chất tùy thuộc vào bản chấtcủa bụiï, nồng độ của nó trong không khí, thời giantiếp xúc của con người, tình trạng sức khỏe, kích cỡhạt bụi vv

- Kích thước càng nhỏ thì càng có hại vì nó tồntại trong không khí lâu và khả năng thâm nhập vào cơthể sâu hơn và rất khó khử bụi Hạt bụi lớn thìkhả năng khử dễ dàng hơn nên ít ảnh hưởng đến conngười

- Về bản chất : Bụi có 2 nguồn gốc hữu cơ và vô

cơ Nói chung bụi vô cơ có hại hơn bụi hữu có vìthường có kích thước nhỏ hơn và có số lượng lớnhơn, thường gặp hơn trong thực tế Nhất là tình hìnhcác đô thị Việt Nam hiện nay đang trong quá trình cảitạo và xây dựng toàn diện

- Nồng độ bụi cho phép trong không khí phụ thuộc

vào bản chất của bụi và thường được đánh giá theohàm lượng ôxit silic (SiO2) và được lấy thao bảng 2.4dưới đây:

Bảng 2.4 Nồng độ cho phép của bụi trong không

khí Hàm

lượng Nồng độ bụi cho phép của Nồng độ bụi cho

SO 2 , % không khí

trong khu làm việc

phép của không khí tuần hoàn

1 Bụi khoáng và bụi hưu cơ 1,0

2 Bụi chứa trên 70% SiO2 2,0

3 Bụi chứa từ 10% đến 70% SiO2 2,0

4 Bụi amiăng và bụi hỗn hợp

10 Bụi sợi thuỷ tinh và sợi khoáng 4,0

11 Bụi xilicát (bột tan, olivin ) chứa

12 Bụi borit,apatit,fosforic,ximăng

13 Bụi đá mài nhân tạo 6,0

14 Bụi ximăng, đất sét, đá khoáng

và hỗn hợp chúng không chứa

SiO2

2,0

15 Bụi than, bụi than - đất, chứa

16 Bụi than chứa dưới 0% SiO2 3,0

17 Bụi thuốc lá và bụi chè 2,0

18 Bụi nguồn gốc thực động vật

(bông, đay, gỗ, ) chứa trên 10%

SiO2

19 Bụi nguồn gốc thực và động

vật chứa dưới 10% SiO2 4,0

20 Bụi bột ép và chất dẻo amin 6,0

42 Etil phốtpho thuỷ ngân 0,005

43 Etil clorid thuỷ ngân 0,005

67 Uran (hỗn hợp hoà tan) 0,075

68 Uran (hỗn hợp không hoà tan) 0,1

69 Anhydrid crôm, crômet, bicrômat quy

72 Dôn bari quy ra NaOH

2.1.5 Aính hưởng của các chất độc hại

Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt trong khôngkhí có thể có lẫn các chất độc hại như NH3, Clo vv Đó là những chất rất có hại đến sức khỏe conngười

Cho tới nay không có tiêu chuẩn chung để đánh giámức độ ảnh hưởng tổng hợp của các chất độchại trong không khí Theo TCVN 5687 : 1992 nồng độcác chất độc hại của không không khí trong phòng cho

ở bảng 2.6 dưới đây

Bảng 2.6 Nồng độ cho phép của một số chất

theo TCVN 5687:1992

TT Tên chất

Nồng độ cho phép (mg/

Lít)

TT Tên chất

Nồng độ cho phép (mg/ Lít)

1 Acrolein 0,0007 56 Hydro sunfua 0,01

2 Amilaxetat 0,1 57 Metafos 0,0001

3 Amoniắc 0,02 58 Metyl axetat 0,01

4 Anilin 0,003 59 Metyl hexylxeton 0,2

5 Axêtandehit 0,005 60 Ete metylic của

axit aoxylic

0,02

6 Axêtôn 0,2 61 Metyl propilxeton 0,2

7 Dung môi xăng 0,3 62 Metylsytôc 0,0001

8 Xăng nhiên liệu 0,1 63 Metyletylketon 0,2

9 Bezen 0,02 64 Monôbutilamin 0,01

10 Butyl axêtat 0,2 65 Monômêtylamin 0,005

11 Vinyl axêtat 0,01 66 Monôclostyrôn 0,05

diizoxiznat 0,00005 68 Rượu mêtylic 0,05

14 Điôxin 0,01 69 Rượu propylic 0,2

15 Diclobenzôn 0,02 70 Rượu etylic 1,0