Tài liệu Giáo trình xây dựng_Thông gió 5 ppt

I I ---- KHÁI NIỆM KHÁI NIỆM KHÁI NIỆM Thông gió tự nhiên là hiện tượng trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài nhà một cách có tổ chức dưới tác dụng của những yếu tố tự nhiên nh

I

I KHÁI NIỆM KHÁI NIỆM KHÁI NIỆM

Thông gió tự nhiên là hiện tượng trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài nhà một cách có tổ chức dưới tác dụng của những yếu tố tự nhiên như gió, nhiệt thừa, hoặc tổng hợp cả 2 yếu tố gió và nhiệt thừa Yêu cầu ở đây là chúng ta phải dự tính trước được lượng không khí trao đổi và điều chỉnh được lượng không khí trao đổi ấy tùy theo các điều kiện bên ngoài: nhiệt độ không khí, hướng và vận tốc gió

Yï nghĩa của thông gió tự nhiên là nó cho phép thực hiện được quá trình trao đổi không khí với lưu lượng rất lớn mà không đòi hỏi chi phí năng lượng

Thông gió tự nhiên áp dụng được hầu hết các công trình chỉ trừ một số ít phân xưởng trong đó yêu cầu công nghệ cần phải có chế độ nhiệt ẩm nhất định

Khi tính toán thông gió tự nhiên, ta có thể phân biệt 2 trường hợp khác nhau sau đây:

- Trường hợp thứ nhất: xác định diện tích cửa để đảm bảo lượng không khí trao đổi đã định trước

- Trường hợp thứ hai: khi đã biết diện tích cửa, cần xác định lưu lượng trao đổi không khí

CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN ĐỂ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN :

- Giả thiết thư nhất: trong điều kiện ổn định, trọng lượng của khối không khí vào nhà và từ nhà thoát ra ngoài trong cùng đơn vị thời gian phải bằng nhau:

LV = LR hoặc VV.γV = VR.γR , [kg/h]

- Giả thiết thứ hai: lượng nhiệt cùng với không khí vào nhà cộng với lượng nhiệt tỏa ra bên trong nhà phải bằng lượng nhiệt do không khí ra mang theo Lúc đó:

L.IV + Qth = L.IR , [kcal/h]

Hoặc L.Ck.tV + Qth = L.Ck.tR , [kcal/h]

L = LV = LR : lượng không khí vào hoặc ra, [kg/h]

IV , IR : nhiệt hàm không khí vào và ra, [kcal/kgKK]

Qth : nhiệt thừa trong nhà, [kcal/h]

VV , VR : lưu lượng thể tích của không khí vào và ra, [m3/h]

γV , γR : tỉ trọng của không khí vào và ra, [kg/m3]

Ck : tỉ nhiệt của không khí, [kcal/kgoC]

tV , tR : nhiệt độ của không khí vào và ra, [oC]

Giả sử nhiệt độ trong nhà tT lớn hơn nhiệt độ ngoài nhà tN, từ sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến sự khác nhau về khối lượng riêng (γT < γN) và sự chênh lệch áp suất bên trong và bên ngoài nhà

Xét tại mặt phẳng O-O, chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài nhà được gọi là áp suất thừa tại mặt phẳng O-O:

Nếu xét tại mặt phẳng B-B phía trên mặt phẳng O-O một đoạn là

h thì áp suất phía ngoài và bên trong nhà:

Hình 1: Phân bố áp suất do chênh lệch nhiệt độ

Từ đó ta thấy, nếu tại mặt phẳng O-O có áp suất thừa ∆P(OO) = 0, nghĩa là áp suất bên trong bằng áp suất bên ngoài và ta gọi đó là mặt phẳng trung hòa Những điểm nằm dưới mặt phẳng trung hòa sẽ có áp suất thừa dương (áp suất ngoài > áp suất trong) và không khí sẽ chuyển động từ ngoài vào trong Những điểm nằm trên mặt phẳng trung hòa sẽ có áp suất thừa âm và không khí đi từ trong ra ngoài

2/ SỰ PHÂN BỐ ÁP SUẤT TRÊN BỀ MẶT CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA GIÓ:

Khi có gió thổi tới công trình sẽ xuất hiện tại mỗi điểm trên bề mặt của tường ngoài một áp suất P và được tính bằng công thức:

N

2 g

g2

v.kP

vg: vận tốc gió thổi, [m/s]

γN : khối lượng riêng của không khí ngoài, [kg/m3]

k : hệ số khí động của gió trên bề mặt công trình, được xác định bằng thực nghiệm, nó có giá trị từ -1 đến +1 Trong tính toán thông gió có thể lấy k như sau:

- đối với phía đón gió: k = 0,4 ÷ 0,8

- đối với phía khuất gió: k = -0,3 ÷ -0,6

Hình 2: Phân bố áp suất do chênh lệch nhiệt độ

Hệ số khí động k không phụ thuộc vào vận tốc gió mà phụ thuộc vào góc gió thổi, vào hình dáng mặt cắt ngang của nhà và vào vị trí giữa các nhà với nhau (hình 3 và hình 5)

3/ SỰ PHÂN BỐ ÁP SUẤT TRÊN BỀ MẶT CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TỔ HỢP CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ & GIÓ :

Khi có tác động

đồng thời của cả gió và

nhiệt độ thì biểu đồ phân

bố áp suất chung sẽ bằng

tổng đại số của các biểu

đồ thành phần và được thể

cm

h

nh

III

III Đ Đ ĐẶC ĐIỂM KHÍ ĐỘNG TRÊN CÔNG TRÌNH ẶC ĐIỂM KHÍ ĐỘNG TRÊN CÔNG TRÌNH ẶC ĐIỂM KHÍ ĐỘNG TRÊN CÔNG TRÌNH

1/ VÙNG GIÓ QUẨN SAU TƯỜNG CHẮN:

Giả sử có một tường chắn có chiều cao h bằng một đơn vị, còn chiều dài rất lớn (so với chiều cao) đứng trước luồng gió thổi vuông góc với nó

Đường biên giới giữa vùng gió quẩn với xung quanh cho biết được vùng ảnh hưởng của tường chắn gió tới những vị trí đứng sau nó

Càng xa tường chắn thì góc α của đường biên giới càng nhỏ:

α = 0o khi khoảng cách l >15h

Khi tường chắn có bề dày đáng kể và chiều dài nhất định thì đặc điểm khí động vẫn không thay đổi bao nhiêu Vì vậy đối với hình dạng nhà hình hộp có thể vận dụng đặc điểm khí động sau tường chắn để bố trí các nhà phía sau nó như thế nào đó cho phù hợp

2/ VÙNG GIÓ QUẨN XUNG QUANH CÔNG TRÌNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ THÔNG GIÓ

a/ Đối với nhà dân dụng đứng riêng biệt:

Sự trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài nhà phụ thuộc rất nhiều vào cách bố trí các cửa đón gió và khuất gió và các bộ phận của kết cấu kiến trúc

Ví dụ: hình b và hình d ở trên, khi bố trí thêm tường chắn gió sẽ tạo điều kiện cho gió vào nhà nhiều hơn, nên việc thông gió sẽ tốt hơn hình a và c

b/ Đối với nhà công nghiệp:

Cửa mái dùng để lấy ánh sáng và thoát hơi khí độc ra ngoài Đối với cửa sổ 2 luôn có hệ số k < 0 nên không khí dễ dàng đi ra ngoài

Đối với cửa sổ 1 (hình 8) thì hệ số k có thể âm hoặc dương, nó phụ thuộc vào x/ho và hcm/ho

Để đảm bảo thoát hơi độc ra ngoài ta phải có k < 0
đối với cửa 1 phải xây thêm tường chắn gió (hình 9) Nó có thể xây ngay ở tường phía trước hoặc bằng cách bố trí các tấm chắn ở phía trước cửa

Hình 7: Vùng gió quẩn trên mặt bằng nhà dân dụng

mái Lúc đó cửa mái luôn có áp suất âm và tấm chắn mái còn có tác dụng chắn mưa nữa

Hình 8: Khả năng thông gió phụ thuộc

vào kích thước nhà

ho

vg

Hình 9: Tạo tường chắn trước cửa đón gió tạo thuận lợi cho vấn đề thông gió

Ngoài ra, người ta còn có thể bố trí cửa mái hướng vào nhau và đều ở phía khuất gió để tạo điều kiện cho không khí dễ dàng đi ra (hình 10)

c/ Đối với khu nhà ở:

Lúc này các nhà ở phía sau chịu ảnh hưởng của các nhà ở phía trước Để việc thông gió được tốt ta bố trí các nhà ở xen kẽ nhau Nói chung là phải có cách bố trí như thế nào đó để gió thổi từ mọi hướng đến đều có khả năng thông gió tốt cho tất cả các nhà

IV

IV TÍNH TÍNH TÍNH TOÁN THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TOÁN THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TOÁN THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN

1/ TÍNH THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA NHIỆT THỪA:

Tại một cửa thông gió i nào đó, khi có sự chênh lệch áp suất ∆Pigiữa bên trong và bên ngoài nhà sẽ có sự chuyển động của không khí

đi qua cửa tuân theo quy luật:

i

2 i

g2

P.g2v

Muốn biết vi thì cần phải biết ∆Pi, tức làì cần xác định được mặt phẳng trung hòa

a/ Xác định mặt phẳng trung hòa:

Hình vẽ trên cho biết cửa 1 có diện tích F1, cửa 2 có diện tích F2 Trong nhà có nhiệt thừa Qth, khối lượng riêng không khí trung bình trong nhà γTBT 2, còn ngoài là γN

Giả sử O-O là mặt phẳng trung hòa Lúc đó:

Tại cửa 1 có sự chênh lệch áp suất:

( TB)

T N 1

1 h

∆Tại cửa 2 có sự chênh lệch áp suất:

( TB)

T N 2

2 h

Chính sự chênh lệch áp suất này tạo điều kiện cho gió đi qua cửa

1 và 2 theo phương trình sau:

( TB)

T N 1 N

2 1

g2

2 2

g2

2

Hình 12: Xác định mặt phẳng trung hoà

Ở đây, γR là khối lượng riêng của dòng không khí đi ra ở cửa 2

Chia 2 đẳng thức trên cho nhau ta được:

R

N 2 2

2 1 2

1

v

vh

F.v

F.v

µrút ra được :

N 1 1

1 F

Lv

γµ

R 2 2

2 F

Lv

γµ

2 1 1

F

F 1

Hh

µ+

H và mặt phẳng trung hòa qua tâm cửa 2

b/ Phương pháp tính toán:

 Bài toán 1: Biết lưu lượng L, xác định diện tích F1 , F2 Cách tính như sau:

Giả sử tỉ số diện tích cửa F1/F2 để tính vị trí mặt phẳng trung hòa Xác định áp suất thừa tại các cửa, tính vận tốc không khí tại các cửa đó

Sau khi tính được diện tích cửa F1 và F2 cần kiểm tra lại tỉ số

F1/F2 và so sánh với trị số giả thiết ban đầu nếu sai khác nhau ≤ 5% là

được, còn nếu trên > 5% thì cần giả thiết lại tỉ số F1/F2 và quá trình tính được lặp lại

 Bài toán 2: Biết diện tích cửa F1 , F2 , tìm lưu lượng L Cách tính như sau:

Tính vị trí mặt phẳng trung hòa Xác định áp suất thừa tại các cửa từ đó tính được vận tốc không khí tại các cửa và tìm được lưu lượng không khí L

c/ Xác định nhiệt độ không khí ra ngoài nhà:

Trong các phân xưởng nếu nguồn nhiệt phân bố tương đối đều thì sự tăng nhiệt độ theo chiều cao nhà có thể theo qui luật tuyến tính Khi này nhiệt độ không khí thoát ra (tR) có thể xác định theo công thức:

hvlv : chiều cao vùng làm việc, khoảng 1,5 ÷ 2m

a : hệ số kể đến sự tăng nhiệt độ theo 1m chiều cao nhà xưởng Thông thường a = 1 ÷ 1,5oC/m (tuỳ thuộc phân xưởng)

N R

tốt nhất nên sử dụng công thức tính để có kết quả được chính xác hơn

theo công thức: 2/9 1/92vlv/3 2vlv/9

h.t.q.14,3

N vlv

H : khoảng cách tâm cửa gió vào và ra, [m]

tN : nhiệt độ không khí ngoài nhà, [oC]

2/ TÍNH THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA GIÓ

Giả sử có một luồng gió thổi tới bề mặt căn nhà với vận tốc vg và trong nhà không có nguồn nhiệt (tN = tT)

a/ Trường hợp nhà có 2 cửa:

Ký hiệu áp suất gió phía ngoài cửa 1 là P1 và ngoài cửa 2 là P2 Aïp suất gió P1, P2 nhận được khi nhân hệ số khí động k với áp suất

g2

v

P.k

Tiếp nhận mặt phẳng đi qua tâm cửa 1 làm mức ban đầu để tiến hành tính toán, áp suất bên ngoài cửa 1 bằng 0, còn áp suất bên trong nhà bằng Px (cùng trên một mặt phẳng qua tâm cửa) Như vậy hiệu số áp suất ∆P1 (áp suất dư) tại 1 được tính bằng:

x

1 PP

Xét tại cửa 2 ta có:

Aïp suất phía trong cửa: Px −H.γT

Aïp suất phía bên ngoài: P2 −H.γN

Hiệu số áp suất: ∆P2 = Px −P2 ; (γT = γN)

Chính hiệu số áp suất ∆P1 tại cửa 1 và ∆P2 tại cửa 2 đã gây ra sự chuyển động của dòng không khí qua cửa 1 với vận tốc v1 và qua cửa

2 với vận tốc v2, cụ thể là:

N

2 1 x 1

g2

vPP

∆

T

2 2 2 x

g2

vPP

1.F 2.g.γ P −P

Giả thiết hệ số lưu lượng µ1 = µ2 sau khi giải phương trình ta có:

2 2

2 1

2

2 2 1

2 1

P.FP.FP

+

+

=

Nếu đóng cửa 2 (F2=0) ta sẽ có Px = P1

Nếu đóng cửa 1 (F1=0) mở cửa 2 thì Px=P2

Khi F1 = F2 ta sẽ có:

2

PP

x

+

=Nếu đặt α = F1/F2 thì đẳng thức trên sẽ đưa về dạng sau:

2 21 2

PP.P

α+

+α

=

b/ Trường hợp nhà có nhiều cửa:

Trong trường hợp này sơ đồ thông gió có thể theo 2 phương án:

 Phương án 1: Cửa 1 và 3 gió vào, còn cửa 2 gió ra (đường liền)

 Phương án 2 : Cửa 1 gió vào, còn cửa 2 và 3 gió ra (đường đứt)

So sánh 2 phương án ta thấy phương án 1 thông gió cho nhà tốt hơn, đảm bảo sự thoát chất độc hại và nhiệt ra ngoài mà ít ảnh hưởng đến người

Phương trình áp suất tại các cửa:

x 1

2 2

2 2 3 2

P P

.P

βη+α

βη+α

Khi η=1 ta sẽ có: 2 23 22 2

x

P.P

.P

β+α

β+α

=

điều kiện:

- Đối với phương án 1: P2< Px< P3, P1

- Đối với phương án 2: P2, P3< Px< P1

3/ TÍNH THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TỔ HỢP NHIỆT THỪA VÀ GIÓ:

Trong trường hợp này trong nhà có nguồn tỏa nhiệt và nhiệt độ không khí tT > tN và có luồng gió thổi với vận tốc vg

Phương pháp tính toán cho trường hợp này được qui về theo phương pháp tính toán thông gió cho nhà dưới tác dụng của gió, nhưng với lưu ý γT ≠ γN (do tT ≠ tN)

Hiệu số áp suất tại cửa 1 và cửa 3 được xác định như sau:

x 1

Còn tại cửa 2 thì:

Chênh lệch áp suất tại cửa 2:

N 2

trưng cho áp suất gió ở cửa 2 khi trong nhà không có nguồn nhiệt và được gọi là áp suất qui ước, ký hiệu là P2qư

N 2

1- Xác định lưu lượng không khí trao đổi

2- Chọn sơ đồ thông gió và phân phối lưu lượng cho các cửa Thí dụ chọn L1/L3=1; L1=L3=L2/2

3- Tìm áp suất qui ước tại cửa 2:

N 2

qư 2 2 2 3 2

P P

.P

βη+α

βη+α

x

P.P

.P

β+α

β+α

1

1 2.g P P

LF

−γ

µ

=

( x 2qư)

R 2

2

2 2.g .P P

LF

−γ

µ

=

( 3 x)

N 3

3

3 2.g P P

LF

−γ

µ

=

4/ TÍNH THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO NHIỀU KHẨU ĐỘ:

Trong nhà xưởng có nhiều khẩu độ liên tiếp nhau cần phải chú ý chọn lựa sơ đồ thông gió tự nhiên cho phù hợp Nếu ta bố trí các phân xưởng nguội và phân xưởng nóng xen kẽ nhau (hình 13î) thì hiệu quả trao đổi không khí sẽ rất tốt Khi bố trí các vách ngăn giữa các khẩu độ thì sẽ giảm đáng kể lượng không khí nóng tuần hoàn giữa các gian nhà, không làm tăng nhiệt độ vùng không khí đi qua các cửa khá ổn định

Trong trường hợp này diện tích của các cửa tường ngăn đã biết trước, ta cần phải tìm diện tích cửa 1, 2, 3, 4, 5

Ký hiệu áp suất dư trên mặt phẳng ngang qua tâm các cửa 1, 5 của các khẩu độ là Px, Py , Pz thì có thể xem mỗi khẩu độ là riêng biệt nhau sau khi đã thay thế khẩu độ kề bên cạnh bằng áp suất tương ứng của khẩu độ đó (Px , Py và Pz) Thí dụ khẩu độ I xem là đứng độc lập, sau khi thay khẩu độ II bằng tác động áp suất Py thì việc tính toán sẽ tương tự như trên

5/ TÍNH THÔNG GIÓ CHO PHÂN XƯỞNG NHIỀU TẦNG:

nhiệt thừa riêng biệt trong tầng I ký hiệu là QI, còn trong tầng II là QII Lượng không khí cần thiết để khử nhiệt thừa trong tầng I sẽ là:

( rI N)

I 5

QL

L

−

=+

Nếu trI < trII thì cần thiết xác định phần nhiệt thừa Q' của tầng II được dòng không khí từ tầng I (có trI) mang ra ngoài qua cửa thoát (có

trII):

(L1 L5)( trII trI)

.C

'QQL

L

−

−

=+

Cửa 3 và 3' sẽ được tính toán để thải tất cả lưu lượng không khí ngoài nhà đi vào qua các cửa 1, 2, 4 và 5:

4 2 5 1 ' 3

QL

L

−

=+

Nếu trI > trII thì ngoài QII tầng II còn nhận thêm một lượng nhiệt Q'' do dòng khí từ tầng I đi vào:

(L1 L5)( trI trII)

.C

''QQL

L

−

+

=+

Trong tất cả các trường hợp đã nêu trên đây, đẳng thức cân bằng nhiệt cho nhà cần được tuân theo:

(L1 L5 L2 L4) ( trII tN) QI QII