TỔNG QUAN
Ứng dụng điều hòa không khí
1.1.1 Ứng dụng trong đời sống và sinh hoạt
Sức khoẻ con người là yếu tố quyết định năng suất lao động, vì vậy việc tạo ra điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp là rất quan trọng Hệ thống điều hoà không khí giúp tạo ra môi trường sống tiện nghi và nâng cao chất lượng cuộc sống Để đảm bảo một không gian thoải mái cho con người, điều hoà không khí là giải pháp hiệu quả nhất.
Trong ngành y tế, nhiều bệnh viện đã lắp đặt hệ thống điều hòa không khí trong các phòng điều trị để tạo môi trường tối ưu cho sức khỏe bệnh nhân Hệ thống này giúp duy trì không khí sạch, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm ở mức lý tưởng, hỗ trợ cho các quy trình y học quan trọng và bảo quản dược phẩm hiệu quả.
1.1.2 Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất
Ngành công nghiệp điều hòa không khí đã có những bước tiến vượt bậc, không thể tách rời khỏi các lĩnh vực như cơ khí chính xác, điện tử, vi điện tử, công nghệ phim ảnh, máy tính và quang học Để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hoạt động bình thường của máy móc, cần tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt về điều kiện không khí, bao gồm thành phần độ ẩm, nhiệt độ, độ bụi và hóa chất độc hại Chẳng hạn, trong ngành kỹ thuật điện, việc sản xuất dụng cụ điện yêu cầu nhiệt độ được duy trì từ 20°C đến 22°C và độ ẩm từ 50% đến 60%.
Trong ngành cơ khí, việc chế tạo dụng cụ đo lường và dụng cụ quang học yêu cầu độ trong sạch cùng với sự ổn định của nhiệt độ và độ ẩm để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của sản phẩm Đặc biệt trong công nghiệp sợi và dệt, điều hòa không khí đóng vai trò quan trọng; độ ẩm không khí cao sẽ làm tăng độ dính kết và ma sát giữa các sợi bông, gây khó khăn trong quá trình kéo sợi, trong khi độ ẩm quá thấp có thể khiến sợi dễ đứt, giảm năng suất kéo sợi.
Trong ngành chế biến thực phẩm, việc duy trì môi trường không khí phù hợp là rất quan trọng cho nhiều quy trình công nghệ Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch của không khí trong điều kiện tối ưu.
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm trong các nhà máy sản xuất phim và giấy ảnh, các thông số môi trường không khí cần được duy trì ổn định thông qua hệ thống điều hòa không khí Bụi có thể bám vào bề mặt phim và giấy ảnh, gây giảm chất lượng sản phẩm Nhiệt độ cao trong phân xưởng có thể làm nóng chảy lớp thuốc ảnh trên bề mặt phim, trong khi độ ẩm cao lại dẫn đến tình trạng sản phẩm dính bết vào nhau.
Điều hòa không khí là yếu tố thiết yếu trong đời sống và sản xuất, giúp duy trì nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch, từ đó đánh giá chất lượng sản phẩm và bảo vệ sức khỏe con người.
Phân loại hệ thống điều hòa không khí
Có rất nhiều cách phân loại các hệ thống điều hoà không khí Dưới đây trình bày 2 cách phổ biến nhất:
- Theo mức độ quan trọng:
Hệ thống điều hòa không khí cấp I được thiết kế để duy trì các thông số tính toán trong nhà, bất chấp mọi điều kiện thời tiết bên ngoài.
Hệ thống điều hòa không khí cấp II có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 200 giờ trong một năm, đảm bảo hiệu suất và độ ổn định trong việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.
Hệ thống điều hòa không khí cấp III có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 400 giờ mỗi năm Mức độ quan trọng của hệ thống này là tương đối và không rõ ràng, thường được xác định dựa trên yêu cầu của khách hàng và thực tế cụ thể của công trình Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống điều hòa hiện nay được lựa chọn là hệ thống cấp III.
Hệ thống điều hòa cục bộ là giải pháp hiệu quả để điều chỉnh không khí trong không gian hẹp, thường là một phòng riêng biệt Các loại máy điều hòa cục bộ phổ biến bao gồm máy điều hòa 1 khối, máy điều hòa 2 khối và máy điều hòa multi, giúp đáp ứng nhu cầu làm mát và sưởi ấm một cách linh hoạt.
Hình 1.1: Máy điều hòa 1 khối
Hình 1.2: Máy điều hòa 2 khối
Hình 1.3: Máy điều hòa multi
Hệ thống điều hòa phân tán là loại hệ thống điều hòa không khí với quá trình xử lý diễn ra tại nhiều vị trí khác nhau Một số ví dụ điển hình cho hệ thống này bao gồm hệ thống VRV (Variable Refrigerant Volume), VRF (Variable Refrigerant Flow) và hệ thống làm lạnh bằng nước (Water chiller).
Hình 1.4: Hệ thống điều hòa VRV
Hình 1.5: Hệ thống điều hòa Chiller
Hệ thống điều hòa trung tâm là một giải pháp hiệu quả cho việc điều chỉnh nhiệt độ và chất lượng không khí trong không gian lớn Hệ thống này hoạt động bằng cách xử lý không khí tại một trung tâm duy nhất, sau đó phân phối qua các kênh dẫn gió đến từng hộ tiêu thụ Việc sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm giúp tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh hoặc sưởi ấm cho toàn bộ khu vực.
Lí do chọn đề tài
Điều hòa không khí và thông gió là lĩnh vực thiết yếu trong Công nghệ kỹ thuật Nhiệt lạnh Nhằm áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, nhóm đã thực hiện đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa không khí cho trung tâm đào tạo nhân lực chất lượng cao HUTECH khối 15B”.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Trung tâm đào tạo nhân lực chất lượng cao HUTECH khối 15B
- Phạm vi nghiên cứu: thiết kế hệ thống điều hòa không khí, thiết kế hệ thống thông gió, áp dụng TCVN 5687: 2010, tiêu chuẩn CP 13, Singapore SS 553:2009 ACMV.
Giới thiệu công trình
Trung tâm đào tạo nhân lực chất lượng cao HUTECH, tọa lạc tại 10/80C Xa lộ Hà Nội, Phường Tân Phú, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh, là một tòa nhà 14 tầng hiện đại Tòa nhà được trang bị đầy đủ hệ thống kỹ thuật như điện, cấp thoát nước, điều hòa, phòng cháy chữa cháy, cùng với hệ thống tủ mạng, điện thoại và camera Với chức năng chính là tạo ra không gian học tập và nghiên cứu chuyên nghiệp, trung tâm này nhằm nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực.
Tòa nhà được thiết kế với kết cấu vững chắc, bao gồm trụ bê tông và dầm kiên cố, cùng với tường bao gạch bê tông dày 200 mm và lớp trát vữa ximăng dày 20 mm bên ngoài Mỗi tầng đều được lắp đặt trần giả bằng thạch cao, tạo không gian sang trọng Kính sử dụng là kính trong phẳng dày 10 mm, kèm theo rèm che cho các phòng, đảm bảo tính riêng tư Hệ thống điều hòa không khí phục vụ toàn bộ các tầng từ tầng 1 trở lên.
13 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 bộ có bố trí quạt tăng áp để có áp suất dương đề phòng các trường hợp hỏa hoạn xảy ra
Hình 1.6: Trung tâm đào tạo nhân lực chất lượng cao HUTECH khối 15B
Hệ thống điều hòa không khí cung cấp sự thoải mái và tiện nghi cho nhân viên và học sinh trong tòa nhà học tập và nghiên cứu, đồng thời đảm bảo không ảnh hưởng đến kết cấu, nội thất và cảnh quan bên ngoài của tòa nhà.
Công trình gồm 14 tầng và mục đích sử dụng của công trình như bảng sau:
Bảng 1.1: Thông tin cơ bản các phòng của công trình
STT Tầng Phòng Chức năng Diện tích (m 2 ) Ghi chú
1 1 Đại sảnh Sảnh 391 Có điều hòa
2 1 101 P.Làm việc 296 Có điều hòa
3 1 102 P.Làm việc 296 Có điều hòa
4 1 103 P.Làm việc 263 Có điều hòa
5 1 104 P.Làm việc 263 Có điều hòa
6 1 P.Kỹ thuật 12 Không có điều hòa
7 1 Phòng vệ sinh 30 Không có điều hòa
8 2 201 P.Làm việc 296 Có điều hòa
9 2 202 P.Làm việc 296 Có điều hòa
10 2 203 P.Làm việc 263 Có điều hòa
11 2 204 P.Làm việc 263 Có điều hòa
12 2 Phòng vệ sinh 48 Không có điều hòa
13 3 Thư viện Thư viện 1440 Có điều hòa
14 3 Phòng vệ sinh 48 Không có điều hòa
27 4→13 Phòng vệ sinh 48 Không có điều hòa
28 14 Phòng kỹ thuật thang máy 16 Không có điều hòa
29 14 Phòng kỹ thuật 60 Không có điều hòa
Bảng 1.2: Số liệu các phòng tính toán điều hòa
STT Tầng Tên phòng Chức năng Diện tích Mật độ người
Phân tích lựa chọn loại hệ thống điều hòa không khí
Để lựa chọn hệ thống điều hòa không khí phù hợp cho công trình, cần dựa vào các thông số ban đầu như vị trí, công năng, số tầng, số phòng, chức năng, diện tích và thiết bị Công trình này có thể được thiết kế theo nhiều phương án khác nhau.
Sử dụng hệ thống điều hòa cục bộ (máy 2 khối hoặc multi) là một phương án tiết kiệm chi phí và dễ lắp đặt, phù hợp cho các căn hộ chung cư, nhà hàng và văn phòng nhỏ với công suất dưới 34,000 BTU Tuy nhiên, do diện tích điều hòa mỗi phòng lớn, việc sử dụng nhiều máy để đạt công suất cần thiết có thể ảnh hưởng đến mỹ quan công trình và gây khó khăn trong việc lắp đặt cũng như điều khiển hệ thống.
Hệ thống điều hòa phân tán Water chiller là giải pháp lý tưởng cho các nhà xưởng hoạt động 24/24h như sơ sợi, in ấn và chế biến, cũng như cho các tòa nhà lớn như khách sạn, khu liên hợp thể thao và bệnh viện với diện tích sàn trên 20.000m² và năng suất lạnh trên 3000kW Tuy nhiên, việc lắp đặt và vận hành hệ thống này đòi hỏi không gian và nhân lực có trình độ cao để bảo trì thường xuyên Do chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu về sự ổn định trong nhu cầu làm lạnh, việc sử dụng hệ thống Water chiller có thể không khả thi cho một số công trình.
Phương án 3 đề xuất sử dụng hệ thống điều hòa phân tán kiểu VRV, VRF, phù hợp cho các công trình nhỏ, trung bình và lớn như tòa nhà văn phòng, khách sạn, cửa hàng, và nhà hàng Hệ VRV–IV với dàn nóng 60HP có năng suất làm lạnh lên đến 168kW, và không giới hạn số lượng dàn nóng, cho phép mở rộng năng suất lạnh theo nhu cầu Hệ thống này không cần phòng máy, có thể lắp đặt trên tầng thượng hoặc ban công, rất phù hợp cho các tòa nhà có nhiều văn phòng và phòng học hoạt động độc lập Việc lắp đặt VRV giúp tiết kiệm tối đa năng lượng khi các văn phòng không hoạt động đồng thời Hơn nữa, hệ thống VRV, VRF hoạt động êm ái và tự động, không cần công nhân vận hành, tương tự như máy điều hòa dân dụng hai cục.
Sau khi phân tích đặc điểm và yêu cầu của tòa nhà trung tâm đào tạo nhân lực chất lượng cao HUTECH khối 15B, chúng tôi nhận thấy rằng hệ thống điều hòa không khí VRV hoàn toàn đáp ứng các tiêu chí cần thiết của công trình Do đó, hệ thống VRV đã được lựa chọn cho tòa nhà này.
Thông số ban đầu cho tính toán thiết kế
Để thiết kế hệ thống điều hòa không khí hiệu quả, cần xác định các thông số tính toán của không khí ngoài trời và các thông số tiện nghi trong nhà, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng không khí.
- Tốc độ chuyển động không khí trong phòng ra (m/s)
- Độ ồn cho phép trong phòng Lp (dB)
- Lượng khí tươi cung cấp LN (m 3 /s)
- Nồng độ cho phép của các chất độc hại trong phòng
Để thiết kế hệ thống không khí, cần dựa vào thông số tính toán ngoài trời (TSTT), xác định số giờ m trong năm và hệ số bảo đảm Kbđ, tương ứng với phân loại hệ thống điều hòa theo mức độ quan trọng.
Hệ thống điều hòa cấp 1, với số giờ hoạt động 35 h/năm, thường được áp dụng cho các công trình quan trọng như khách sạn 4-5 sao và xưởng sản xuất linh kiện điện tử Cấp 2, với số giờ 150 ÷ 200 h/năm, phù hợp cho khách sạn và rạp chiếu phim, trong khi cấp 3, với 350 ÷ 400 h/năm, thích hợp cho các công trình như căn hộ và xưởng cơ khí Công trình trung tâm đào tạo HUTECH khối 15B, phục vụ cho văn phòng và phòng học, không cần sử dụng điều hòa cấp 1 do chi phí đầu tư và vận hành cao Do đó, hệ thống điều hòa cấp 3 được xem là lựa chọn phù hợp dựa trên tính thông dụng và yêu cầu của khách hàng.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam mới TCVN 5687 – 2010, (bảng 1.1) 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 = 60 %
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 = 55.56 kJ/kgkkk
- Độ chứa hơi của không khí trong nhà, dT = 11.94 g/kg không khí khô
Bảng 1.3: Các thông số thiết kế trong nhà
Thông số Nhiệt độ tT 0C Độ ẩm ωT %
I (kJ/kg) Độ chứa hơi d (g/kg kkk)
Nhiệt độ điểm sương, tS 0C
Theo bảng nhiệt độ và độ ẩm từ TCVN 4088-85, có thể tra cứu các thông số cần thiết cho việc tính toán hệ thống điều hòa không khí tại các địa phương.
Bảng 1.4: Các thông số thiết kế ngoài trời
Thông số Nhiệt độ tN 0C Độ ẩm ωN %
I (kJ/kg) Độ chứa hơi d (g/kg kkk)
Nhiệt độ điểm sương, tS 0C
Nhiệt độ tN và độ ẩm wN được chọn là nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất
Gió tươi và hệ số thay đổi không khí:
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687-2010, lượng gió tươi cần thiết cho mỗi người trong một giờ là 25m³, nhưng không được thấp hơn 10% lượng gió tuần hoàn Do đó, việc cung cấp gió tươi cho các công trình cần đảm bảo đáp ứng hai điều kiện quan trọng này.
- Đạt tối thiểu 10% lưu lượng gió tuần hoàn Trong đó lưu lượng không khí tuần hoàn bằng thể tích phòng nhân hệ số thay đổi không khí
- Hệ số thay đổi không khí: B, lần/h
Bảng 1.5 cung cấp thông tin về giá trị định hướng của gió tươi và hệ số thay đổi không khí cho các không gian điều hòa Những dữ liệu này rất quan trọng trong việc thiết kế và tối ưu hóa hệ thống điều hòa không khí.
Bảng 1.5: Gió tươi và hệ số thay đổi không khí
Tên phòng Gió tươi, m 3 /h.người Hệ số thay đổi không khí, m 3 /h/m 3 phòng (lần/h)
Độ ồn trong phòng học 15,12 có ảnh hưởng lớn đến trạng thái và khả năng tập trung của con người Mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào loại công việc mà người học đang thực hiện, cũng như các tính năng của phòng học.
Bảng 1.6: Độ ồn cho phép trong phòng
Khu vực Độ ồn cực đại cho phép dB
Khi lắp đặt máy công suất lớn trong phòng học 40 35, cần chú ý đến độ ồn của máy để đảm bảo phù hợp với yêu cầu lắp đặt Nếu độ ồn vượt quá mức cho phép, cần áp dụng biện pháp khử ồn hoặc lắp đặt máy ở phòng máy riêng biệt Độ ồn cho phép trong các phòng làm việc và phòng học nên nằm trong khoảng 35-45dB.
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG ẨM
Phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm
Để tính toán năng suất lạnh Q0, ta cần tổng hợp các nguồn nhiệt bên trong, được gọi là nhiệt tỏa ∑Qtỏa, cùng với nhiệt truyền qua kết cấu bao che, hay còn gọi là nhiệt thẩm thấu.
Trung tâm đào tạo nhân lực chất lượng cao HUTECH khối 15B tọa lạc tại thành phố Hồ Chí Minh, nơi có khí hậu nóng quanh năm với ít sự chênh lệch nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông Do đó, việc lắp đặt hệ thống sưởi là không cần thiết.
Và phương trình cân bằng nhiệt cho lượng không khí cấp tuần hoàn có lưu lượng L
Trong quá trình chuyển đổi không khí từ trạng thái V(tV, V ) sang trạng thái T(tT, T ), lượng không khí được lấy ra là một khối lượng nhất định (kg/s) Do đó, lượng không khí này đã hấp thụ một lượng nhiệt tương ứng là QT từ phòng.
QT = Lq.(IT – IV) (2-2) Trong đó:
- ∑Qtỏa: Nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong hệ
- ∑Qtt: Nhiệt truyền qua kết cấu bao che
- Lq: Lưu lượng thải nhiệt thừa, kg/s
- IT: Entanpi của không khí ở trạng thái T
- IV: Entanpi của không khí ở trạng thái V
❖ Phương trình cân bằng ẩm
Tương tự như trong hệ luôn luôn có các nhiễu loạn về ẩm sau
- Ẩm tỏa ra từ các nguồn bên trong hệ: ΣWtỏa
- Ẩm thẩm thấu qua kết cấu bao che: ΣWtt
Tổng hai thành phần trên gọi là ẩm thừa
Để duy trì hệ cân bằng ẩm và trạng thái không khí trong phòng ổn định, cần cung cấp một lượng không khí liên tục với lưu lượng L (kg/s) ở trạng thái V(tV, v ) Lượng không khí này sẽ hút đi một lượng ẩm tương ứng bằng WT từ phòng.
Ta có phương trình cân bằng ẩm như sau:
2.1.1 Xác định lượng nhiệt thừa Q T
2.1.1.1 Nhiệt tỏa ra từ thiết bị điện Q 1
Trong phòng, có thể trang bị nhiều thiết bị điện như ti vi, máy tính và máy in Hầu hết các thiết bị này đều phát nhiệt trong quá trình hoạt động Đối với những thiết bị điện sinh nhiệt, lượng nhiệt tỏa ra tương ứng với công suất ghi trên thiết bị.
Ktt - hệ số tính toán bằng tỷ số giữa công suất làm việc thực với công suất định mức
Kđt - Hệ số đồng thời, tính đến mức độ hoạt động đồng thời
Toàn bộ các phòng trong nhà được thiết kế để phục vụ cho mục đích làm việc và học tập, do đó, cần trang bị các thiết bị tỏa nhiệt phù hợp.
Bảng 2.1: Công suất thiết bị tỏa nhiệt
STT Thiết bị Công suất (W)
Hầu hết các phòng đều trang bị máy tính, trong khi một số phòng khác còn có thêm máy photocopy Tuy nhiên, do máy photocopy được sử dụng rất ít, chúng ta có thể không cần chú trọng đến thiết bị này.
Máy tính, với vai trò là thiết bị điện tử, thải ra lượng nhiệt tương ứng với công suất điện tiêu thụ, do đó, các hệ số phụ tải, hệ số thải nhiệt và hiệu suất đều được xác định là 1 Hơn nữa, tại các công sở hiện nay, máy tính thường xuyên hoạt động trong suốt thời gian làm việc, chỉ tắt màn hình trong giờ nghỉ trưa, dẫn đến hệ số đồng thời cũng được lấy là 1.
Tính toán nhiệt tỏa ra từ thiết bị điện cho phòng làm việc 101:
Bảng 2.2: Nhiệt tỏa ra từ thiết bị phòng 101
Tầng Tên phòng Chức năng Diện tích
Mật độ người (m 2 /người) Thiết bị Số lượng
1 101 P.làm việc 296 8 Máy tính bàn 37 máy in 4
Vậy ta có lượng nhiệt tỏa ra từ các thiết bị trong phòng là:
Các phòng còn lại cũng được trang bị tương tự Đặc biệt, các phòng chức năng như thư viện và phòng học sẽ có thêm thiết bị hỗ trợ như máy chiếu và máy photocopy.
Bảng 2.3: Nhiệt tỏa ra từ thiết bị
Tầng Tên phòng Chức năng Diện tích Thiết bị Số lượng Q1 (kW)
1 101 P.làm việc 296 Máy tính bàn 37
1 102 P.làm việc 296 Máy tính bàn 37
1 103 P.làm việc 263 Máy tính bàn 33
1 104 P.làm việc 263 May tính bàn 33
2 201 P.làm việc 296 Máy tính bàn 37
2 202 P.làm việc 296 Máy tính bàn 37
2 203 P.làm việc 263 Máy tính bàn 33
2 204 P.làm việc 263 Máy tính bàn 33
2.1.1.2 Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng nhân tạo Q 2 Ở đây ta chỉ dùng bóng đèn huỳnh quang nên trong quá trình phát sáng sẽ có trao đổi nhiệt bức xạ, đối lưu và dẫn nhiệt với môi trường xung quanh
Hiệu suất thắp sáng của đèn huỳnh quang: 25% năng lượng đầu vào biến thành quang năng, 25% được phát ra dưới dạng nhiệt, 50% dưới dạng đối lưu và dẫn nhiệt
Khi thiết kế ánh sáng cho không gian, nếu không xác định được vị trí cụ thể của đèn hoặc thiếu điều kiện khảo sát công trình một cách chi tiết, người thiết kế có thể lựa chọn giải pháp chiếu sáng dựa trên tiêu chí đảm bảo đủ ánh sáng cho toàn bộ khu vực.
- qs: Công suất chiếu sáng yêu cầu cho 1m 2 diện tích sàn, W/m 2
Ta có yêu cầu chiếu sáng cho công trình trường học, đại học là qs = 13 W/m 2 (Tr62, tài liệu [6])
Tính toán nhiệt tỏa ra từ nguồn sáng cho phòng làm việc 101:
Q2 = qs.F = 13x296848 (W) Bảng 2.4: Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng
Tầng Tên phòng Chức năng Diện tích Q2 (kW)
2.1.1.3 Nhiệt do người tỏa ra Q 3
Nhiệt do con người tỏa ra bao gồm hai thành phần chính: nhiệt hiện, được truyền ra môi trường qua đối lưu, bức xạ và dẫn nhiệt, và nhiệt ẩn, liên quan đến sự tỏa ẩm từ mồ hôi và hơi nước Tổng nhiệt tỏa ra được tính bằng tổng của nhiệt hiện và nhiệt ẩn, được biểu diễn bằng công thức q = qh + qW.
Lượng nhiệt tỏa ra từ người:
- n: Số người ở trong phòng điều hoà
- q: Nhiệt toàn phần tỏa ra từ 1 người, (W/người)
- nđt: Hệ số tác dụng không đồng thời
- Đối với văn phòng nđt = 0,9, phòng học chọn nđt =1 (Tr25, tài liệu [2])
Tra bảng 3.4, trang 25, tài liệu [2] ta có nhiệt hiện và nhiệt ẩn tỏa ra cho văn phòng làm việc và phòng học ở nhiệt độ điều hòa 25 0 C
Bảng 2.5: Nhiệt ẩn và nhiệt hiện do người toả ra, W/người
Loại không gian Nhiệt hiện qh (W/người) Nhiệt ẩn qw (W/người)
Tính toán nhiệt tỏa ra từ người cho phòng làm việc 101:
Q3 = Q3h + Q3w = 2,165+2,165 = 4,33 (kW) Bảng 2.6: Nhiệt tỏa ra do người Q3, W/người
Tầng Tên phòng Chức năng Số người
2.1.1.4 Nhiệt bức xạ qua kính Q 4
Kính sử dụng cho công trình là kính trong phẳng dày 10mm, bên trong có rèm che cho các phòng Nhiệt bức xạ qua kính được xác định theo công thức phù hợp với đặc điểm thiết kế này.
- Fk: Diện tích cửa kính, m 2
- Rxn: Lượng nhiệt bức xạ xâm nhập vào không gian điều hoà, W/m 2
- 𝛼k : hệ số hấp thụ của kính, 𝛼k = 0,15
- εc: Hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển, với H là độ cao trung bình nơi lắp đặt kính so với mặt nước biển
+ + - εds: Hệ số xét tới ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ đọng sương so với 20 0 C (với ts),28)
= − t − = − − - εmm: Hệ số xét tới ảnh hưởng của mây mù Do khí hậu TPHCM ít mây lấy εmm = 1
- εkh: Hệ số ảnh hưởng của khung kính Công trình sử dụng khung kim loại εkh =1,17
- k: Tích số các hệ số xét tới ảnh hưởng của các yếu tố như sương mù, độ cao, nhiệt động động sương, loại khung cửa và màn che
- k : hệ số hấp thụ của kính, k = 0,94
- k : hệ số xuyên qua của kính, k = 0,77
- k : hệ số phản xạ của màn, k = 0,08
Các hệ số k , k , k tra bảng 3-5 (Tr28, tài liệu [2]) theo kính trong, phẳng
- m : hệ số hấp thụ của màn, m =0,58
- m : hệ số xuyên qua của màn, m =0,03
- m : hệ số phản xạ của màn, m =0,39
Các hệ số m , m , m , m tra bảng 3-6 (Tr29, tài liệu [2]) theo rèm màu trung bình Bảng 2.7: Bức xạ mặt trời qua mặt kính vào trong phòng lớn nhất ở các hướng
Hướng Tây Bắc Tây Nam Đông bắc Đông Nam
(Tr34, tài liệu [2]) Xác định hệ số nt:
Hệ số tác động tức thời nt đại diện cho giá trị mật độ diện tích trung bình của toàn bộ kết cấu bao che, bao gồm vách, trần và sàn, được tính bằng kg/m².
G’: Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn nằm trên mặt đất (kg)
G”: Khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất (kg)
Tra theo bảng 4.11 (Tr166, tài liệu [1])
- Khối lượng 1m 2 tường (dày 0,2m): 1800.0,2 = 360 kg/m 2
- Khối lượng 1m 2 sàn bê tông (dày 0,14m): 2400.0,14 = 336 kg/m 2
Tính gs cho phòng làm việc 101:
Lấy giá trị gs >p0 kg/m 2 sàn Tra bảng 3-8b (Tr29, tài liệu [2]) ta được:
- Đối với hướng Tây Bắc: nt=0,49
- Đối với hướng Tây Nam: nt=0,66
- Đối với hướng Đông Bắc: nt=0,54
- Đối với hướng Đông Nam: nt=0,47
Vậy ta có Rxn’ theo các hướng như bảng sau:
Bảng 2.8: Rxn’ theo các hướng
Hướng Tây Bắc Tây Nam Đông bắc Đông Nam
Tính toán nhiệt bức xạ qua kính cho phòng 101:
Hướng Tây Bắc: Q4tb = Fk.R’xn.k.10 -3 = 41.37,265.0,9735.10 -3 = 1,4874 (kW) Hướng Tây Nam: Q4tn = Fk.R’xn.k.10 -3 = 5.217,932.0,9735.10 -3 = 1,061 (kW)
Hướng Đông Bắc và Đông Nam có F = 0 nên Q4db, Q4dn = 0
Vậy Q4 = Q4tb + Q4tn + Q4db + Q4dn = 1,4874+1,061+0+0 = 2,55 (kW)
Bảng 2.9: Nhiệt bức xạ qua kính Q4
Tầng Tên phòng Chức năng Diện tích Q4 (kw)
2.1.1.5 Nhiệt do lọt không khí vào phòng Q 5
Không khí bên ngoài có thể xâm nhập vào phòng qua khe cửa và khi cửa mở do có người ra vào Hiện tượng này diễn ra mạnh mẽ hơn khi có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa trong nhà và ngoài trời Nhiệt hiện và nhiệt ẩn từ không khí lọt vào có thể được xác định một cách rõ ràng.
- tN: Nhiệt độ không khí ngoài trời, tN4,6 0 C
- tT: Nhiệt độ không khí trong nhà, tT = 25℃
- dn: Dung ẩm không khí ngoài trời, dn = 26,16 g/kgkk
- dT: Dung ẩm không khí trong nhà, dT = 11,94 g/kgkk
- ξ : Hệ số kinh nghiệm được xác định theo bảng sau
Bảng 2.10: Hệ số kinh nghiệm ξ
(Tr40, tài liệu [2]) Tính toán nhiệt do lọt không khí cho phòng làm việc 101:
Q5w = 0,84.(dN - dT).V.ξ = 0,84.(26,16-11,94).1006,4.0,55 10 -3 = 6,611 (kW) Vậy nhiệt do lọt không khí:
Bảng 2.11: Nhiệt do lọt không khí vào phòng Q5
Tầng Tên phòng Chức năng Diện tích
2.1.1.6 Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q 6
Người ta chia ra làm 2 tổn thất: Tổn thất do truyền nhiệt qua trần mái, tường và sàn (tầng trên) Q61; Tổn thất do truyền nhiệt qua nền Q62
Tổng tổn thất truyền nhiệt:
❖ Nhiệt truyền qua tường, trần và sàn tầng trên Q61
Nhiệt lượng truyền qua kết cấu bao che được xác định theo công thức:
- K: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m 2 K
- F: Diện tích bề mặt kết cấu bao che, m 2
- φ: Hệ số xét đến vị trí của vách, theo (Tr41, tài liệu [2]) ta có:
• Đối với tường bao tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời: φ = 1
• Đối với tường ngăn tiếp xúc với không gian không có điều hòa và phòng đệm không tiếp xúc với không khí bên ngoài φ = 0,4
• Đối với trần có mái bằng tôn, ngoái, fibro ximang có kết cấu kín: φ = 0,8
- ∆𝑡: Độ chênh lệch giữa nhiệt độ bên ngoài và bên trong không gian điều hòa ( o C)
Khi không gian điều hòa tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời:
∆𝑡N = (TN – TT).φ = (34,6 – 25).1 = 9,6 ( o C) Khi không gian điều hòa tiếp xúc với không gian không được điều hòa:
❖ Xác định hệ số truyền nhiệt qua kết cấu tường bao và tường ngăn:
1 α với 𝛼𝑁: Hệ số tỏa nhiệt bề mặt bên ngoài của kết cấu bao che, (W/m 2 K)
Bề mặt kết cấu bao che tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời: 𝛼𝑁 = 23,3 (W/m 2 K)
Bề mặt kết cấu bao che tiếp xúc với không gian không điều hòa: 𝛼𝑁 = 11,6 (W/m 2 K)
- RT = 1 α T : 𝛼T Hệ số tỏa nhiệt bề mặt bên trong của kết cấu bao che, (W/m 2 K)
Bề mặt bên trong kết cấu bao che trơn, nhẵn: 𝛼T = 11,6 (W/m 2 K)
Các hệ số 𝛼 (Tra bảng 3.12, tr.42 tài liệu [2])
- Kết cấu tường bao và tường ngăn:
Hình 2.1: Kết cấu tường bao và tường ngăn
Tra bảng 3.15 (tr.43 tài liệu [2]) ta có:
- Hệ số dẫn nhiệt của gạch: λg = 0,581 (W/m.K) (gạch rỗng, xây vữa nhẹ)
- Hệ số dẫn nhiệt lớp vữa trát xi măng: λv = 0,93 (W/m.K)
26 Đối với tường bao: lớp gạch dày 200 mm, lớp vữa dày 10 mm
- Hệ số truyền nhiệt qua tường bao tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài:
Vậy Qtb = Ktb.∆𝑡N Ftb = 2,021.10,6.Ftb = 21,4226.Ftb (W) Đối với tường ngăn:
- Lớp gạch dày 100 mm, lớp vữa dày 10 mm
- Hệ số truyền nhiệt qua tường ngăn tiếp xúc với không gian không có điều hòa:
Vậy Qtng = Ktbg.∆𝑡T Ftng = 2,732.3,84.Ftng = 10,5.Ftng (W)
- Tường ngăn là kính dày 12mm
- Hệ số truyền nhiệt qua tường ngăn tiếp xúc với không gian không có điều hòa:
Vậy Qtnk = Ktbk.∆𝑡T Ftnk = 5,31.3,84.Ftnk = 20,4.Ftnk (W)
❖ Xác định hệ số truyền nhiệt qua trần mái: i
1 α với 𝛼𝑁: Hệ số tỏa nhiệt bề mặt bên ngoài của trần, (W/m 2 K)
Bề mặt kết cấu bao che tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời:
Bề mặt kết cấu bao che tiếp xúc với không gian không điều hòa: 𝛼𝑁,6 (W/m 2 K)
- RT = 1 α T : 𝛼T Hệ số tỏa nhiệt bề mặt bên trong của trần, (W/m 2 K)
Bề mặt bên trong kết cấu bao che trơn, nhẵn: 𝛼T = 11,6 (W/m 2 K)
RT= 0,0862 (m 2 K/W) Các hệ số 𝛼 (Tra bảng 3.12, tr.42 tài liệu [2])
Bảng 2.12: Vật liệu kết cấu trần
STT Lớp Chiều dày (m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.K)
Hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu được tra bảng 3.15 (tr.43 tài liệu [2])
Tra bảng 3.13 (tr.42 Tài liệu [2]) ta có:
+ Lớp đệm không khí: Rkk = 0,189 (m 2 K/W)
Vậy ∑ 𝑅𝑖 = Rg + Rv + Rbt + Rtc + Rkk = 0,0123+0,043+0,09+0,123+0,189
= 0,4573 (m 2 K/W) + Hệ số truyền nhiệt qua trần tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài:
Vậy Qtr1 = Ktr1.∆𝑡N Ftr1 (W) + Hệ số truyền nhiệt qua trần tiếp xúc với không gian không có điều hòa:
Vậy Qtr1 = Ktr1.∆𝑡N Ftr1 (W) Tính toán cho tổn thất do truyền nhiệt qua trần mái, tường và sàn cho phòng 101:
Qtn = 0 (do tường ngăn tiếp xúc với không gian điều hòa)
Qtr1 = 0 (do phòng trên là phòng có điều hòa)
Bảng 2.13: Tổn thất do truyền nhiệt qua trần mái, tường và sàn (tầng trên): Q61
❖ Xác định nhiệt lượng truyền qua nền đất (Q62): Để xác định nhiệt lượng truyền qua nền, chia nền thành 4 dãi, mỗi dãi rộng 2m theo hình vẽ
Chức năng Ftb (m 2 ) Qtb(kW) Ftng (m 2 ) Qtng(kW) Ftnk (m 2 ) Qtnk(kW) Q61 (kW)
Hình 2.3: Cách phân chia dãi nền
Theo cách phân chia này: