Giáo trình

Điều hòa không khí và thông gió

Science and Technology

Ảnh hưởng của môi trường không khí và chọn thông số tính toán các hệ thống điều hoà không khí

Tác giả: Võ Chí Chính

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Môi trường không khí xung quanh chúng ta có tác động rất lớn trực tiếp đến con người và các hoạt động khác của chúng ta. Khi cuộc sống con người đã được nâng cao thì nhu cầu về việc tạo ra môi trường nhân tạo phục vụ cuộc sống và mọi hoạt động của con người trở nên vô cùng cấp thiết.

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

- Nhiệt độ không khí t, oC;

- Độ ẩm tương đối φ, %;

- Tốc độ lưu chuyển của không khí ω, 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 của các nhân tố đó.

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ ĐẾN CON NGƯỜI

Anh hưởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đối với con người. Cơ thể con người có nhiệt độ xấp xỉ 37oC. Trong quá trình vận động cơ thể con người luôn luôn 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 càng lớn. Vì vậy để duy trì thân nhiệt cơ thể thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. Để thải nhiệt ra môi trường cơ thể có 02 hình thức trao đổi:

- Truyền nhiệt ra môi trường do chênh lệch nhiệt độ Δt. Nhiệt lượng trao đổi theo dạng này gọi là nhiệt hiện qh.

- Thải nhiệt ra môi trường do thoát mồ hôi hay còn gọi là toả ẩm. Nhiệt lượng trao đổi dưới hình thức này gọi là nhiệt ẩn qâ.

Mối quan hệ giữa 2 hình thức thải nhiệt và nhiệt toả của cơ thể được thể hiện bởi phương trình sau đây:

Đây là một phương trình cân bằng động, giá trị của mỗi một đại lượng trong phương trình có thể thay đổi tuỳ thuộc vào cường độ vận động, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động của không khí môi trường xung quanh vv... Trong phương trình đó qâ là đại lượng mang tính chất điều chỉnh, giá trị của nó lớn nhỏ phụ thuộc vào mối quan hệ của qtoả và qh để đảm bảo phương trình (2-1) luôn luôn cân bằng.

- Nếu cường độ vận động của con người không đổi thì qtoả = const, nhưng qh giảm, chẳng hạn khi nhiệt độ môi trường tăng, Δt = tct-tmt giảm; khi tốc độ gió giảm hoặc khi nhiệt trở tăng. Phương trình (2-1) mất cân bằng, khi đó cơ thể sẽ thải ẩm, qâ xuất hiện và tăng dần nếu qh giảm.

- Nếu nhiệt độ môi trường không đổi, tốc độ gió ổn định và nhiệt trở cũng không đổi thì qh = const, khi cường 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 qâ cũng tăng lên tương ứng.

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

Quan hệ giữa nhiệt hiện và nhiệt ẩn theo nhiệt độ môi trường được thể hiện trên hình 2-1.

Quan hệ giữa nhiệt hiện qh và nhiệt ẩn qa theo nhiệt độ phòng

- Nhiệt hiện : Truyền nhiệt từ cơ thể con người vào môi trường xung quanh dưới 3 phương thức: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Nhiệt hiện qh phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường xung quanh Δt = tct-tmt, tốc độ chuyển động của dòng không khí và nhiệt trở (áo quần, chăn vv . . . )

Đặc điểm của nhiệt hiện là phụ thuộc rất nhiều vào Δt = tct-tmt : khi nhiệt độ môi trường tmt nhỏ hơn thân nhiệt, cơ thể truyền nhiệt cho môi trường, khi nhiệt độ môi trường lớn hơn thân nhiệt thì cơ thể nhận nhiệt từ môi trường. Khi nhiệt độ môi trường khá bé, Δt = tct-tmt lớn, qh lớn, cơ thể mất nhiều nhiệt nên có cảm giác lạnh và ngược lại khi nhiệt độ môi trường lớn khả năng thải nhiệt ra môi trường giảm nên có cảm giác nóng.

Khi nhiệt độ môi trường không đổi, tốc độ không khí ổn định thì qh không đổi. Nếu cường độ vận động của con người thay đổi thì lượng nhiệt hiện qh không thể cân bằng với nhiệt toả qtoả Để thải hết nhiệt lượng do cơ thể sinh ra, cần có hình thức trao đổi thứ 2, đó là toả ẩm.

- Nhiệt ẩn: Nhiệt truyền ra môi trường dưới hình thức toả ẩm gọi là 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 càng nhiều. Nhiệt năng của cơ thể được thải ra ngoài cùng với hơi nước dưới dạng nhiệt ẩn, nên lượng nhiệt này 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 môi trường thông qua hình thức tỏa ẩm, đó là thoát mồ hôi. Người ta đã tính được rằng cứ thoát 1 g mồ hôi thì cơ thể thải được một lượng nhiệt xấp xỉ 2500J. Nhiệt độ càng cao, độ ẩm môi trường càng bé thì mức độ thoát mồ hôi càng nhiều.

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

Rỏ ràng rằng, con người có thể sống trong một phạm vi thay đổi nhiệt độ khá lớn, tuy nhiên nhiệt độ thích hợp nhất đối với con người chỉ nằm trong khoảng hẹp. Nhiệt độ và độ ẩm thích hợp đối với con người có thể lấy theo TCVN 5687-1992 cho ở bảng 2-1 dưới đây.

Thông số và khí hậu tiện nghi ứng với trạng thái lao động
Trạng thái lao động
Mùa Hè Mùa Đông
toC φ, % ω, m/s toC φ, % ω, m/s
Nghỉ ngơi 22 - 24 60 - 75 0,1-0,3 24 - 27 60 - 75 0,3-0,5
Lao động nhẹ 22 - 24 60 - 75 0,3-0,5 24 - 27 60 - 75 0,5-0,7
Lao động vừa 20 - 22 60 - 75 0,3-0,5 23 - 26 60 - 75 0,7-1,0
Lao động nặng 18 - 20 60 - 75 0,3-0,5 22 - 25 60 - 75 0,7-1,5

Trên hình 2.2 biểu thị đồ thị vùng tiện nghi của hội lạnh, sưởi ấm, thông gió và điều hoà không khí của Mỹ giới thiệu. Đồ thị này biểu diễn trên trục toạ độ với trục tung là nhiệt độ đọng sương ts và trục hoành là nhiệt độ vận hành tv, nhiệt độ bên trong đồ thị là nhiệt độ hiệu quả tương đương. Nhiệt độ vận hành tv được tính theo biểu thức sau:

tk, tbx - Nhiệt độ không khí và nhiệt độ bức xạ trung bình, oC;

αđl, αbx - Hệ số toả nhiệt đối lưu và bức xạ, W/m2.K

Nhiệt độ hiệu quả tương đương được tính theo công thức:

tư - Nhiệt độ nhiệt kế ướt, oC;

ωK - Tốc độ chuyển độ của không khí, m/s.

Đồ thị vùng tiện nghi theo tiêu chuẩn ASHRAE (Mỹ)

Nhiệt độ hiệu quả tương đương xác định ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố : nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ chuyển động của không khí đến con người.

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

Rỏ ràng theo đồ thị này vùng tiện nghi của Mỹ có những điểm sai khác so với TCVN.

Trên hình 2.3 là đồ thị vùng tiện nghi được biểu diễn theo trục tung là nhiệt độ nhiệt kế ướt tư và trục hành là nhiệt độ nhiệt kế khô tk, nhiệt độ ở giữa là nhiệt độ hiệu quả tc.

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.

Đồ thị vùng tiện nghi theo nhiệt độ tk và tư

Anh hưởng của độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng lớn đến khả năng thoát mồ hôi vào trong môi trường không khí xung quanh. Quá trình này chỉ có thể xảy ra khi φ < 100%. Độ ẩm càng thấp thì khả năng thoát mồ hôi càng lớn, cơ thể sẽ cảm thấy dễ chịu.

Độ ẩm quá cao, hay quá thấp đều không tốt đối với con người.

Khi độ ẩm cao:

Khi độ ẩm tăng lên khả năng thoát mồ hôi kém, cơ thể cảm thấy rất nặng nề, mệt mỏi và dễ gây cảm cúm. Người ta nhận thấy ở một nhiệt độ và tốc độ gió không đổi khi độ ẩm lớn khả năng bốc mồ hôi chậm hoặc không thể bay hơi được, điều đó làm cho bề mặt da có lớp mồ hôi nhớp nháp.

Trên hình 2.4 biểu thị miền xuất hiện mồ hôi trên bề mặt da. Theo đồ thị này ta thấy, ứng với một giá trị độ ẩm nhất định, khi

Giới hạn miền mồ hôi trên da
hiện lớp mồ hôi và ngược lại khi độ ẩm cao trên bề mặt da xuất hiện mồ hôi ngay cả khi nhiệt độ không khí khá thấp. Ví dụ ở độ ẩm trên 75% thì xuất hiện mồ hôi ngay cả khi nhiệt độ dưới 20oC.

Độ ẩm thấp:

Khi độ ẩm thấp mồi hôi sẽ bay hơi nhanh làm da khô, gây nứt nẻ chân tay, môi vv. ... Như vậy độ ẩm quá thấp cũng không tốt cho cơ thể.

Độ ẩm thích hợp đối với cơ thể con người nằm trong khoảng tương đối rộng φ= 60 75% và có thể chọn theo TCVN 5687-1992 nêu ở bảng 2-1.

Anh hưởng của tốc độ không khí

Tốc độ không khí xung quanh có ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt và trao đổi chất (thoát mồ hôi) giữa cơ thể con người với môi trường xung quanh. Khi tốc độ lớn cường độ trao đổi nhiệt ẩm tăng lên. Vì vậy khi đứng trước gió ta cảm thấy mát và thường da khô hơn nơi yên tĩnh trong cùng điều kiện về độ ẩm và nhiệt độ.

Khi nhiệt độ không khí thấp, tốc độ quá lớn thì cơ thể mất nhiều nhiệt gây cảm giác lạnh. Tốc độ gió thích hợp tùy thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ gió, cường độ lao động, độ ẩm, trạng thái sức khỏe của mỗi người vv...

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

Giới hạn vùng làm việc

Tốc độ không khí lưu động được lựa chọn theo nhiệt độ không khí trong phòng nêu ở bảng 2-2. Khi nhiệt độ phòng thấp cần chọn tốc độ gió nhỏ , nếu tốc độ quá lớn cơ thể mất nhiều nhiệt, sẽ ảnh hưởng sức khoẻ .

Để có được tốc độ hợp lý cần chọn loại miệng thổi phù hợp và bố trí hợp lý .

Tốc độ tính toán của không khí trong phòng

Theo TCVN 5687:1992 tốc độ không khí bên trong nhà được quy định theo bảng 2-3.

Tốc độ không khí trong nhà qui định theo TCVN 5687 : 1992
Loại vi khí hậu Mùa Hè Mùa Đông
Vi khí hậu tự nhiên ≥ 0,5 m/s ≤ 0,1 m/s
Vi khí hậu nhân tạo 0,3 m/s 0,05

Như vậy, ở chế độ điều hoà không khí, tốc độ gió thích hợp khá nhỏ. Vì vậy người thiết kế phải hết sức chú ý đảm bảo tốc độ hợp lý.

Anh hưởng của bụi

Độ trong sạch của không khí là một trong những tiêu chuẩn quan trọng cần được khống chế trong các không gian điều hoà và thông gió. Tiêu chuẩn này càng quan trọng đối với các đối tượng như bệnh viện, phòng chế biến thực phẩm, các phân xưởng sản xuất đồ điện tử, thiết bị quang học .. vv

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

Khi trong không khí có các chất độc hại chiếm một tỷ lệ lớn thì nó sẽ có ảnh hưởng đến sức khỏe con người: ảnh hưởng đến hệ hô hấp, thị giác và chất lượng cuộc sống. Đặc biệt đối với đường hô hấp, hạt bụi càng nhỏ ảnh hưởng của chúng càng lớn, với cỡ hạt 0,5 10μm chúng có thể thâm nhập sâu vào đường hô hấp nên còn gọi là bụi hô hấp. Mức độ tác hại của mỗi một chất tùy thuộc vào bản chất của bụi, nồng độ của nó trong không khí, thời gian tiếp xúc của con người, tình trạng sức khỏe, kích cỡ hạt bụi vv. . .

- Kích thước càng nhỏ thì càng có hại vì nó tồn tại trong không khí lâu và khả năng thâm nhập vào cơ thể sâu hơn và rất khó khử bụi. Hạt bụi lớn thì khả năng khử dễ dàng hơn nên ít ảnh hưởng đến con người.

- Về bản chất : Bụi có 2 nguồn gốc hữu cơ và vô cơ. Nói chung bụi vô cơ có hại hơn bụi hữu có vì thường có kích thước nhỏ hơn và có số lượng lớn hơn, thường gặp hơn trong thực tế. Nhất là tình hình các đô thị Việt Nam hiên nam đang trong quá trình cải tạo 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 theo hàm lượng ôxit silic (SiO2) và được lấy thao bảng 2.4 dưới đây:

Nồng độ cho phép của bụi trong không khí

Theo TCVN 5687:1992 nồng độ bụi cho phép của các chất được cho cụ thể theo bảng 2.5 dưới đây.

Nồng độ cho phép của các loại bụi theo TCVN 5687:1992

Anh hưởng của các chất độc hại

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

Cho tới nay không có tiêu chuẩn chung để đánh giá mức độ ảnh hưởng tổng hợp của các chất độc hại trong không khí. Theo TCVN 5687 : 1992 nồng độ các chất độc hại của không không khí trong phòng cho ở bảng 2.5 dưới đây.

Nồng độ cho phép của một số chất theo TCVN 5687:1992

Anh hưởng của khí CO2 và tính toán lượng gió tươi cung cấp

Khí CO2 không phải là một khí độc, nhưng khi nồng độ của chúng lớn thì sẽ làm giảm nồng độ O2 trong không khí, gây nên cảm giác mệt mỏi. Khi nồng độ quá lớn có thể dẫn đến ngạt thở, kích thích thần kinh, tăng nhịp tim và các rối loạn khác.

Trong các công trình dân dụng, chất độc hại trong không khí chủ yếu là khí CO2 do con người thải ra trong quá trình sinh hoạt.

Bảng 2-7 dưới đây trình bày mức độ ảnh hưởng của CO2 theo nồng độ của nó trong không khí. Theo bảng này khi nồng độ CO2 trong không khí chiếm 0,5% theo thể tích là có thể gây nguy hiểm cho con người. Nồng độ cho phép của CO2 trong không khí thường lấy là 0,15% theo thể tích.

Ảnh hưởng của nồng độ CO2 trong không khí

Căn cứ vào nồng độ cho phép có thể tính được lượng không khí cần cung cấp cho 1 người trong 1 giờ như sau:

trong đó:

- VCO2 là lượng CO2 do 01 người thải ra trong 1 giờ, m3/h.người

- β Nồng độ CO2 cho phép, % thể tích. Thường chọn β = 0,15

- a Nồng độ thể tích của CO2 có trong không khí bên ngoài môi trường, % thể tích. Thường người ta chọn a=0,03%.

- VK : Lượng không khí tươi cần cung cấp cho 1 người trong 1 giờ, m3/h.người

Lượng CO2 do 01 người thải ra phụ thuộc vào cường độ lao động, nên Vk cũng phụ thuộc vào cường độ lao động. Các đại lượng này có thể lấy theo bảng 2-8 dưới đây

Bảng 2.8. Lượng CO 2 do một người phát thải và lượng khí tươi cần cấp trong một giờ

(m3/h.người)

Cường độ vận động VCO2, m3/h.người
VK, m3/h.người
β=0,1 β=0,15
- Nghỉ ngơi 0,013 18,6 10,8
- Rất nhẹ 0,022 31,4 18,3
- Nhẹ 0,030 43,0 25,0
- Trung bình 0,046 65,7 38,3
- Nặng 0,074 106,0 61,7

Trong trường hợp trong không gian điều hoà có hút thuốc lá, lượng không khí tươi cần cung cấp đòi hỏi nhiều hơn, để loại trừ ảnh hưởng của khói thuốc và có thể lấy theo bảng 2-9.

Lượng khí tươi cần cung cấp khi có hút thuốc

Anh hưởng của độ ồn

Độ ồn ảnh hưởng đến con người thông qua các nhân tố sau:

- Anh hưởng đến sức khoẻ: Người ta phát hiện ra rằng khi con người làm việc lâu dài trong khu vực có độ ồn cao thì lâu ngày cơ thể sẽ suy sụp, có thể gây một số bệnh như: Stress, bồn chồn và gây các rối loạn gián tiếp khác. Độ ồn tác động nhiều đến hệ thần kinh và sức khoẻ của con người.

- Anh hưởng đến mức độ tập trung vào công việc hoặc đơn giản hơn là gây sự khó chịu cho con người. Ví dụ các âm thanh của quạt trong phòng thư viện nếu quá lớn sẽ làm mất tập trung của người đọc và rất khó chịu. Độ ồn trong các phòng ngủ phải nhỏ không gây ảnh hưởng đến giấc ngủ của con người, nhất là những người lớn tuổi.

- Anh hưởng đến chất lượng công việc. Chẳng hạn trong các phòng Studio của các đài phát thanh và truyền hình, đòi hỏi độ ồn rất thấp, dưới 30 dB. Nếu độ ồn cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh.

Vì vậy độ ồn là một tiêu chuẩn quan trọng không thể bỏ qua khi thiết kế một hệ thống điều hòa không khí. Đặc biệt các hệ thống điều hoà cho các đài phát thanh, truyền hình, các phòng studio, thu âm thu lời thì yêu cầu về độ ồn là quan trọng nhất.

Độ ồn cho phép trong các công trình có thể tham khảo theo bảng 2.10 dưới đây

Độ ồn cho phép trong phòng
Khu vực Giờ trong ngày
Độ ồn cực đại cho phép, dB
Cho phép Nên chọn
- Bệnh viện, Khu điều dưỡng 6 - 2222 - 6 3530 3030
- Giảng đường, lớp học 40 35
- Phòng máy vi tính 40 35
- Phòng làm việc 50 45
- Phân xưởng sản xuất 85 80
- Nhà hát, phòng hòa nhạc 30 30
- Phòng hội thảo, hội họp 55 50
- Rạp chiếu bóng 40 35
- Phòng ở 6 - 2222 - 6 4030 3030
- Khách sạn 6 - 2222 - 6 4540 3530
- Phòng ăn lớn, quán ăn lớn 50 45

ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN SẢN XUẤT

Con người là một yếu tố vô cùng quan trọng trong sản xuất. Các thông số khí hậu có ảnh hưởng nhiều tới con người tức cũng có ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng sản phẩm một cách gián tiếp.

Ngoài ra các yếu tố khí hậu cũng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm. Trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu ở khía cạnh này. Nhiều sản phẩm đòi hỏi tiến hành sản xuất trong những điều kiện khí hậu rất nghiêm ngặt. Dưới đây chúng ta đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đó.

Anh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến nhiều loại sản phẩm. Một số quá trình sản xuất đòi hỏi nhiệt độ phải nằm trong một giới hạn nhất định. Ví dụ:

- Kẹo Sôcôla: 7 - 8 oC

- Kẹo cao su: 20oC

- Bảo quả rau quả: 10oC

- Đo lường chính xác: 20 - 24 oC

- Dệt : 20 - 32oC

- Chế biến thịt, thực phẩm: Nhiệt độ cao làm sản phẩm chóng bị thiu.

Bảng 2.11 dưới đây là tiêu chuẩn về nhiệt độ và độ ẩm của một số quá trình sản xuất thường gặp

Điều kiện công nghệ của một số quá trình
Quá trình Công nghệ sản xuất Nhiệt độ, oC Độ ẩm, %
Xưởng in - Đóng và gói sách- Phòng in ấn- Nơi lưu trữ giấy- Phòng làm bản kẽm 21  2424  2720  3321  33 4545  5050  6040  50
Sản xuất bia - Nơi lên men- Xử lý malt- Ủ chín- Các nơi khác 3  410  1518  2216  24 50  7080  8550  6045  65
Xưởng bánh - Nhào bột- Đóng gói- Lên men 24  2718  2427 45  5550  6570  80
Chế biến thực phẩm - Chế biến bơ- Mayonaise- Macaloni 162421  27 6040  5038
Công nghệ chính xác - Lắp ráp chính xác- Gia công khác 20  2424 40  5045  55
Xưởng len - Chuẩn bị- Kéo sợi- Dệt 27  2927  2927  29 6050  6060  70
Xưởng sợi bông - Chải sợi- Xe sợi- Dệt và điều tiết cho sợi 22  2522  2522  25 55  6560  7070  90

Anh hưởng của độ ẩm tương đối

Độ ẩm cũng có ảnh nhiều đến một số sản phẩm nếu không thoả mãn những điều kiện yêu cầu:

Khi độ ẩm cao có thể gây nấm mốc cho một số sản phẩm nông nghiệp và công nghiệp nhẹ, chẳng hạn như trong công nghệp thuốc lá, sợi dệt, dày da vv . . .

Ví dụ

+ Sản xuất bánh kẹo: Khi độ ẩm cao thì kẹo chảy nước. Độ ẩm thích hợp cho sản xuất bánh kẹo là φ = 50-65%

+ Ngành vi điện tử, bán dẫn: Khi độ ẩm cao làm mất tính cách điện của các mạch điện

Khi độ ẩm thấp sản phẩm sẽ khô, giòn không tốt có thể gây gãy vỡ các sản phẩm hoặc bay hơi làm giảm chất lượng sản phẩm hoặc hao hụt trọng lượng.

Ví dụ công nghiệp thuốc lá và dệt, khi độ ẩm nhỏ, hơi nước bay hơi nhiều các sợi thuốc lá, sợi vải quá khô rất dễ gãy. Trong kỹ thuật chế biến thực phẩm, rau quả, độ khô lớn làm bay hơi nước giảm số lượng và chất lượng thực phẩm.

Anh hưởng của vận tốc không khí.

Tốc độ không khí cũng có ảnh hưởng đến sản xuất nhưng ở một khía cạnh khác

Khi tốc độ lớn:

Trong nhà máy dệt, sản xuất giấy vv. . sản phẩm nhẹ sẽ bay khắp phòng hoặc làm rối sợi. Trong một số trường hợp thì sản phẩm bay hơi nước nhanh làm giảm chất lượng và trọng lượng. Ngoài ra tốc độ cao cũng ảnh hưởng đến người làm việc trong phòng đặc biệt các khu vực nhiệt độ thấp.

Vì vậy trong một số xí nghiệp sản xuất người ta cũng qui định tốc độ không khí không được vượt quá mức cho phép.

Khi chọn tốc độ nhỏ:

tuần hoàn gió trong phòng quá thấp thì khả năng trao đổi không khí bị hạn chế nên có những ảnh hưởng nhất định. Lượng hơi ẩm hoặc nhiệt có thểvtích tụ tại một số vùng nhất định trong phòng, ít nhiều ảnh hưởng đến con người và chất lượng sản phẩm trong phòng.

Anh hưởng của độ trong sạch của không khí.

Độ trong sạch của không khí được thể hiện qua nồng độ bụi có trong không khí, nồng độ đã được dẫn ra trong các tài liệu chuyên môn cho từng loại bụi.

Có nhiều ngành sản xuất yêu cầu phải thực hiện trong gian cực kỳ trong sạch. Ví dụ như ngành sản xuất hàng điện tử bán dẫn, phim ảnh, sản xuất thiết bị quang học. Một số ngành khác cũng đòi hỏi môi trường trong sạch như ngành sản xuất và chế biến thực phẩm và các ngành sản xuất khác.

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ

Khái niệm về điều hoà không khí

Không gian điều hoà luôn luôn chịu tác động của nhiểu loạn bên trong và bên ngoài làm cho các thông số của nó luôn luôn có xu hướng xê dịch so với thông số yêu cầu đặt ra. Vì vậy nhiệm vụ của hệ thống điều hoà không khí là phải tạo ra và duy trì chế độ vi khí hậu đó.

Điều hòa không khí còn gọi là điều tiết không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn định các thông số vi khí hậu của không khí trong phòng theo một chương trình định sẵn không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài.

Khác với thông gió, trong hệ thống điều hòa , không khí trước khi thổi vào phòng đã được xử lý về mặt nhiệt ẩm. Vì thế điều tiết không khí đạt hiệu quả cao hơn thông gió.

Phân loại các hệ thống điều hoà không khí

Cho đến nay có rất nhiều cách phân loại các hệ thống điều hoà không khí dựa trên những cơ sở rất khác nhau. Dưới đây trình bày 2 cách phổ biến nhất :

Theo mức độ quan trọng của các hệ thống điều hoà :Người ta chia ra làm 3 cấp như sau:

Hệ thống điều hòa không khí cấp I

Là hệ thống điều hoà có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với mọi phạm vi thông số ngoài trời, ngay tại cả ở những thời điểm khắc nghiệt nhất trong năm về mùa Hè lẫn mùa Đông.

Hệ thống điều hòa không khí cấp II

Là hệ thống điều hoà có khả năng duy trì các thông số vi khí hậu trong nhà với sai số không qúa 200 giờ trong 1 năm, tức tương đương khoảng 8 ngày trong 1 năm. Điều đó có nghĩa trong 1 năm ở những ngày khắc nghiệt nhất về mùa Hè và mùa Đông hệ thống có thể có sai số nhất định, nhưng số lượng những ngày đó cũng chỉ xấp xỉ 4 ngày trong một mùa.

Hệ thống điều hòa không khí cấp III

Hệ thống điều hoà có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không qúa 400 giờ trong 1 năm, tương đương 17 ngày.

Khái niệm về mức độ quan trọng mang tính tương đối và không rõ ràng. Chọn mức độ quan trọng là theo yêu cầu của khách hàng và thực tế cụ thể của công trình. Tuy nhiên hầu hết các hệ thống điều hoà trên thực tế được chọn là hệ thống điều hoà cấp III.

Việc chọn cấp của các hệ thống điều hoà không khí có ảnh hưởng đến việc chọn các thông số tính toán bên ngoài trời trong phần dưới đây.

Theo phương pháp xử lý nhiệt ẩm :

Hệ thống điều hoà kiểu khô

Không khí được xử lý nhiệt ẩm nhờ các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt. Đặc điểm của việc xử lý không khí qua các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt là không có khả năng làm tăng dung ẩm của không khí . Quá trình xử lý không khí qua các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt tuỳ thuộc vào nhiệt độ bề mặt mà dung ẩm không đổi hoặc giảm. Khi nhiệt độ bề mặt thiết bị nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương ts của không khí đi qua thì hơi ẩm trong nó sẽ ngưng tụ lại trên bề mặt của thiết bị, kết quả dung ẩm giảm. Trên thực tế, quá trình xử lý luôn luôn làm giảm dung ẩm của không khí.

Hệ thống điều hoà không khí kiểu ướt

Không khí được xử lý qua các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hổn hợp. Trong thiết bị này không khí sẽ hổn hợp với nước phun đã qua xử lý để trao đổi nhiệt ẩm. Kết quả quá trình trao đổi nhiệt ẩm có thể làm tăng, giảm hoặc duy trì không đổi dung ẩm của không khí.

Theo đặc điểm khâu xử lý nhiệt ẩm :

Hệ thống điều hoà cục bộ

Là hệ thống nhỏ chỉ điều hòa không khí trong một không gian hẹp, thường là một phòng. Kiểu điều hoà cục bộ trên thực tế chủ yếu sử dụng các máy điều hoà dạng cửa sổ , máy điều hoà kiểu rời (2 mãnh) và máy điều hoà ghép.

Hệ thống điều hoà phân tán

Hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi. Có thể ví dụ hệ thống điều hoà không khí kiểu khuyếch tán trên thực tế như hệ thống điều hoà kiểu VRV (Variable Refrigerant Volume ) , kiểu làm lạnh bằng nước (Water chiller) hoặc kết hợp nhiều kiểu máy khác nhau trong 1 công trình.

Hệ thống điều hoà trung tâm

Hệ thống điều hoà trung tâm là hệ thống mà khâu xử lý không khí thực hiện tại một trung tâm sau đó được dẫn theo hệ thống kênh dẫn gió đến các hộ tiêu thụ. Hệ thống điều hoà trung tâm trên thực tế là máy điều hoà dạng tủ, ở đó không khí được xử lý nhiệt ẩm tại tủ máy điều hoà rồi được dẫn theo hệ thống kênh dẫn đến các phòng.

Theo đặc điểm môi chất giải nhiệt

Giải nhiệt bằng gió (air cooled)

Tất cả các máy điều hoà công suất nhỏ đều giải nhiệt bằng không khí, các máy điều hoà công suất trung bình có thể giải nhiệt bằng gió hoặc nước, hầu hết các máy công suất lớn đều giải nhiệt bằng nước.

Giải nhiệt bằng nước (water cooled)

Để nâng cao hiệu quả giải nhiệt các máy công suất lớn sử dụng nước để giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ. Đối với các hệ thống này đòi hỏi trang bị đi kèm là hệ thống bơm, tháp giải nhiệt và đường ống dẫn nước.

Theo khả năng xử lý nhiệt

Máy điều hoà 1 chiều lạnh (cooled only air conditioner)

Máy chỉ có khả năng làm lạnh về mùa Hè về mua đông không có khả năng sưởi ấm.

Máy điều hoà 2 chiều nóng lạnh (Heat pump air conditioner)

Máy có hệ thống van đảo chiều cho phép hoán đổi chức năng của các dàn nóng và lạnh về các mùa khác nhau. Mùa Hè bên trong nhà là dàn lạnh, bên ngoài là dàn nóng về mùa đông sẽ hoán đổi ngược lại.

Theo đặc điểm của máy nén lạnh

Người ta chia ra các loại máy điều hoà có máy nén piston (reciprocating compressor), trục vít (screw compressor), kiểu xoắn, ly tâm (Scroll compressor).

Theo đặc điểm, kết cấu và chức năng của các máy điều hoà

Theo đặc điểm này có rất nhiều cách phân loại khác nhau.

Chọn thông số tính toán bên ngoài trời

Thông số ngoài trời được sử dụng để tính toán tải nhiệt được căn cứ vào tầm quan trọng của công trình, tức là tùy thuộc vào cấp của hệ thống điều hòa không khí và lấy theo TCVN 5687 - 1992 như bảng 2-11 dưới đây:

Nhiệt độ và độ ẩm tính toán ngoài trời
Trong đó :

tmax , tmin Nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất tuyệt đối trong năm đo lúc 1315 giờ, tham khảo phụ lục PL-1

ttbmax , ttbmin Nhiệt độ của tháng nóng nhất trong năm, tham khảo phụ lục PL-2, và PL-3.

ϕmax1315 size 12{ϕ rSub { size 8{"max"} } rSup { size 8{"13" - "15"} } } {}, ϕmin1315 size 12{ϕ rSub { size 8{"min"} } rSup { size 8{"13" - "15"} } } {}- Độ ẩm đo lúc 13-15 giờ của tháng nóng nhất và lạnh nhất trong năm.

Thông số tính toán bên ngoài trời

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT ẨM

Xét một hệ nhiệt động bất kỳ, hệ luôn luôn chịu tác động của môi trường bên ngoài và các đối tượng bên trong về nhiều mặt. Kết quả các thông số vi khí hậu của hệ bị thay đổi. Ta gọi các tác động đó là các nhiễu loạn. Đối với không gian điều hoà, các nhiễu loạn đó bao gồm: nhiễu loạn về nhiệt, về ẩm, về phát tán các chất độc hại vv. ..

Phương trình cân bằng nhiệt

Hệ điều hoà chịu tác động của các nhiễu loạn nhiệt dưới hai dạng phổ biến sau:

- Nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong hệ gọi là các nguồn nhiệt toả: ΣQtỏa

- Nhiệt truyền qua kết cấu bao che gọi là nguồn nhiệt thẩm thấu: ΣQtt

Tổng hai thành phần trên gọi là nhiệt thừa

Để duy trì chế độ nhiệt trong không gian điều hoà, trong kỹ thuật điều hoà không khí nguời ta phải cấp cho hệ một lượng không khí có lưu lượng Gq (kg/s) ở trạng thái V(tV, φV) nào đó và lấy ra cũng lượng như vậy nhưng ở trạng thái T(tTT). Như vậy lượng không khí này đã lấy đi từ phòng một lượng nhiệt bằng QT. Ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau:

Gq - Gọi là lưu lượng thải nhiệt thừa, kg/s.

Phương trình cân bằng ẩm

Tương tự như trên, ngoài các nhiễu loạn về nhiệt hệ cũng bị tác động của các nhiễu loạn về ẩm như 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

WT = ΣWtỏa + ΣWtt (3-3)

Để hệ cân bằng ẩm và có trạng thái không khí trong phòng không đổi T(tT, φT) nguời ta phải cung cấp cho hệ một lượng không khí có lưu lượng Gw (kg/s) ở trạng thái V(tV, φV). Như vậy lượng không khí này đã lấy đi từ hệ một lượng ẩm bằng WT. Ta có phương trình cân bằng ẩm như sau:

WT = Gw.(dT - dV) (3-4)

GW - Gọi là lưu lượng thải ẩm thừa, kg/s.

Phương trình cân bằng nồng độ chất độc hại (nếu có)

Để khử các chất độc hại phát sinh ra trong hệ người ta thổi vào phòng lưu lượng gió Gz (kg/s) sao cho:

Mđ = Gz.(zT - zV), kg/s (3-5)

Mđ: Lưu lượng chất độc hại tỏa ra và thẩm thấu qua kết cấu bao che, kg/s;

ZT và Zv: Nồng độ theo khối lượng của chất độc hại của không khí cho phép trong phòng và thổi vào.

Nhiệt thừa, ẩm thừa và lượng chất độc toả ra là cơ sở để xác định năng suất của các thiết bị xử lý không khí. Trong phần dưới đây chúng ta xác định hai thông số quan trọng nhất là tổng nhiệt thừa QT và ẩm thừa WT.

Lượng chất độc hại phát sinh thực tế rất khó tính nên trong phần này không giới thiệu. Riêng lượng CO2 phát sinh do con người đã được xác định ở chương 2, phụ thuộc cường độ vận động của con người.

Mục lục
Đánh giá:
5.0 dựa trên 2 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự