Tài liệu

Cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm

Social Sciences

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Xét một hệ nhiệt động bất kỳ, hệ luôn luôn chịu tác động của các nguồn nhiệt bên ngoài và bên trong. Các tác động đó người ta gọi là các nhiễu loạn về nhiệt . Thực tế các hệ nhiệt động chịu tác động của các nhiễu loạn 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

QT = ΣQtỏa + ΣQtt (3-1)

Để duy trì chế độ nhiệt ẩm trong không gian điều hoà , trong kỹ thuật điều hoà không khí nguời ta phải cấp tuần hoàn cho hệ một lượng không khí có lưu lượng L (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 :

QT = Lq.(IT - IV) (3-2)

* 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

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 luôn luôn cung cấp cho hệ một lượng không khí có lưu lượng L (kg/s) ở trạng thái V(tV, φV). Như vậy lượng không khí này đã lấy đi từ phòng một lượng ẩm bằng WT. Ta có phương trình cân bằng ẩm như sau :

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

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

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

Gđ = Lz.(zT - zV) , kg/s (3-5)

Gđ : 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.

XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT THỪA QT

Nhiệt do máy móc thiết bị điện tỏa ra Q1

3.2.1.1 Nhiệt toả ra từ thiết bị dẫn động bằng động cơ điện

Máy móc sử dụng điện gồm 2 cụm chi tiết là động cơ điện và cơ cấu dẫn động. Tổn thất của các máy bao gồm tổn thất ở động cơ và tổn thất ở cơ cấu dẫn động. Theo vị trí tương đối của 2 cụm chi tiết này ta có 3 trường hợp có thể xãy ra :

- Trường hợp 1 : Động cơ và chi tiết dẫn động nằm hoàn toàn trong không gian điều hoà

- Trường hợp 2 : Động cơ nằm bên ngoài, chi tiết dẫn động nằm bên trong

- Trường hợp 3: Động cơ nằm bên trong, chi tiết dẫn động nằm bên ngoài.

Nhiệt do máy móc toả ra chỉ dưới dạng nhiệt hiện.

Gọi N và  là công suất và hiệu suất của động cơ điện. Công suất của động cơ điện N thường là công suất tính ở đầu ra của động cơ. Vì vậy :

q1=Nη size 12{q rSub { size 8{1} } = { {N} over {η} } } {}(3-6) - Trường hợp 1: Toàn bộ năng lượng cung cấp cho động cơ đều được biến thành nhiệt năng và trao đổi cho không khí trong phòng. Nhưng do công suất N được tính là công suất đầu ra nên năng lượng mà động cơ tiêu thụ là

 - Hiệu suất của động cơ

- Trường hợp 2 : Vì động cơ nằm bên ngoài, cụm chi tiết chuyển động nằm bên trong nên nhiệt thừa phát ra từ sự hoạt động của động cơ chính là công suất N.

q1 = N (3-7)

q1=N.(1η)η size 12{q rSub { size 8{1} } = { {N "." \( 1 - η \) } over {η} } } {}(3-8) - Trường hợp 3 : Trong trường này phần nhiệt năng do động cơ toả ra bằng năng lượng đầu vào trừ cho phần toả ra từ cơ cấu cơ chuyển động:

Để tiện lợi cho việc tra cứu tính toán, tổn thất nhiệt cho các động cơ có thể tra cứu cụ thể cho từng trường hợp trong bảng 3-1 dưới đây:

Cần lưu ý là năng lượng do động cơ tiêu thụ đang đề cập là ở chế độ định mức. Tuy nhiên trên thực tế động cơ có thể hoạt động non tải hoặc quá tải. Vì thế để chính xác hơn cần tiến hành đo cường độ dòng điện thực tế để xác định công suất thực.

Nhiệt toả ra từ thiết bị điện

Ngoài các thiết bị được dẫn động bằng các động cơ điện, trong phòng có thể trang bị các dụng cụ sử dụng điện khác như : Ti vi, máy tính, máy in, máy sấy tóc ...vv. Đại đa số các thiết bị điện chỉ phát nhiệt hiện.

Đối với các thiết bị điện phát ra nhiệt hiện thì nhiệt lượng toả ra bằng chính công suất ghi trên thiết bị.

Khi tính toán tổn thất nhiệt do máy móc và thiết bị điện phát ra cần lưu ý không phải tất cả các máy móc và thiết bị điện cũng đều hoạt động đồng thời. Để cho công suất máy lạnh không quá lớn, cần phải tính đến mức độ hoạt động đồng thời của các động cơ. Trong trường hợp tổng quát:

Q1 = Σq1.Ktt.kđt (3-9)

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. Hệ số đồng thời của mỗi động cơ có thể coi bằng hệ số thời gian làm việc , tức là bằng tỷ số thời gian làm việc của động cơ thứ i, chia cho tổng thời gian làm việc của toàn bộ hệ thống.

Nhiệt tỏa ra từ các nguồn sáng nhân tạo Q 2

Nguồn sáng nhân tạo ở đây đề cập là nguồn sáng từ các đèn điện. Có thể chia đèn điện ra làm 2 loại : Đèn dây tóc và đèn huỳnh quang.

Nhiệt do các nguồn sáng nhân tạo toả ra chỉ ở dạng nhiệt hiện.

- Đối với loại đèn dây tóc : Các loại đèn này có khả năng biến đổi chỉ 10% năng lượng đầu vào thành quang năng, 80% được phát ra bằng bức xạ nhiệt, 10% trao đổi với môi trường bên ngoài qua đối lưu và dẫn nhiệt . Như vậy toàn bộ năng lượng đầu vào dù biến đổi và phát ra dưới dạng quang năng hay nhiệt năng nhưng cuối cùng đều biến thành nhiệt và được không khí trong phòng hấp thụ hết.

Q21 = NS , kW (3-10)

NS - Tổng công suất các đèn dây tóc, kW

- Đối với đèn huỳnh quang : Khoảng 25% năng lượng đầu vào biến thành quang năng, 25% được phát ra dưới dạng bức xạ nhiệt, 50% dưới dạng đối lưu và dẫn nhiệt. Tuy nhiên đối với đèn huỳnh quang phải trang bị thêm bộ chỉnh lưu , công suất bộ chấn lưu cỡ 25% công suất đèn. Vì vậy tổn thất nhiệt trong trường hợp này :

Q22 = 1,25.Nhq , kW (3-11)

Nhq : Tổng công suất đèn huỳnh quang, kW

Q2 = Q21 + Q22 , kW (3-12)

Một vấn đề thường gặp trên thực tế là khi thiết kế không biết bố trí đèn cụ thể trong phòng sẽ như thế nào hoặc người thiết kế không có điều kiện khảo sát chi tiết toàn bộ công trình, hoặc không có kinh nghiệm về cách bố trí đèn của các đối tượng. Trong trường hợp này có thể chọn theo điều kiện đủ chiếu sáng cho ở bảng 3-2.

Như vậy tổn thất do nguồn sáng nhân tạo , trong trường hợp này được tính theo công thức

Q2 = qs.F, W (3-13)

trong đó F - diện tích sàn nhà, m2

qs - Công suất chiếu sáng yêu cầu cho 1m2 diện tích sàn, W/m2

Nhiệt do người tỏa ra Q 3

Nhiệt do người tỏa ra gồm 2 thành phần :

- Nhiệt hiện : Do truyền nhiệt từ người ra môi trường thông qua đối lưu, bức xạ và dẫn nhiệt : qh

- Nhiệt ẩn : Do tỏa ẩm (mồ hôi và hơi nước mang theo) : qW

- Nhiệt toàn phần : Nhiệt toàn phần bằng tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn :

q = qh + qW (3-14)

Đối với một người lớn trưởng thành và khoẻ mạnh, nhiệt hiện, nhiệt ẩn và nhiệt toàn phần phụ thuộc vào cường độ vận động và nhiệt độ môi trường không khí xung quanh.

Tổn thất do người tỏa được xác định theo công thức :

- Nhiệt hiện :

Q3h = n.qh . .10-3, kW

- Nhiệt ẩn:

Q3w = n.qw . .10-3, kW

- Nhiệt toàn phần:

Q3 = n.q.10-3 , kW (3-15)

n - Tổng số người trong phòng

qh, qw, q - Nhiệt ẩn, nhiệt hiện và nhiệt toàn phần do một người tỏa ra trong một đơn vị thời gian và được xác định theo bảng 3.4.

Khi tính nhiệt thừa do người toả ra người thiết kế thường gặp khó khăn khi xác định số lượng người trong một phòng. Thực tế, số lượng người luôn luôn thay đổi và hầu như không theo một quy luật nhất định nào cả. Trong trường hợp đó có thể lấy theo số liệu phân bố người nêu trong bảng 3-2.

Bảng 3.4 dưới đây là nhiệt toàn phần và nhiệt ẩn do người toả ra. Theo bảng này nhiệt ẩn và nhiệt hiện do người toả ra phụ thuộc cường độ vận động của con người và nhiệt độ trong phòng. Khi nhiệt độ phòng tăng thì nhiệt ẩn tăng, nhiệt hiện giảm. Nhiệt toàn phần chỉ phụ thuộc vào cường độ vận động mà không phụ thuộc vào nhiệt độ của phòng.

Cột 4 trong bảng là lượng nhiệt thừa phát ra từ cơ thể một người đàn ông trung niên có khối lượng cơ thể chừng 68kg. Tuy nhiên trên thực tế trong không gian điều hoà thường có mặt nhiều người với giới tính và tuổi tác khác nhau. Cột 4 là giá trị nhiệt thừa trung bình trên cơ sở lưu ý tới tỉ lệ đàn ông và đàn bà thường có ở những không gian khảo sát nêu trong bảng. Nếu muốn tính cụ thể theo thực tế thì tính nhiệt do người đà bà toả ra chiếm 85% , trẻ em chiếm 75% lượng nhiệt thừa của người đàn ông.

Trong trường hợp không gian khảo sát là nhà hàng thì nên cộng thêm lượng nhiệt thừa do thức ăn toả ra cho mỗi người là 20W , trong đó 10W là nhiệt hiện và 10W là nhiệt ẩn

* Hệ số tác dụng không đồng thời

Khi tính toán tổn thất nhiệt cho công trình lớn luôn luôn xảy ra hiện tượng không phải lúc nào trong tất cả các phòng cũng có mặt đầy đủ số lượng người theo thiết kế và tất cả các đèn đều được bật sáng. Để tránh việc chọn máy có công suất quá dư , cần nhân các tổn thất Q2 và Q3 với hệ số gọi là hệ số tác dụng không đồng thời đt. Về giá trị hệ số tác dụng không đồng thời đánh giá tỷ lệ người có mặt thường xuyên trong phòng trên tổng số người có thể có hoặc tỷ lệ công suất thực tế của các đèn đang sử dụng trên tổng công suất đèn được trang bị. Trên bảng trình bày giá trị của hệ số tác động không đồng thời cho một số trường hợp.

Bảng 3.3 : Hệ số tác dụng không đồng thời

Khu vực
Hệ số đt
Người Đèn
- Công sở- Nhà cao tầng, khách sạn- Cửa hàng bách hoá 0,75 -0,90,4 - 0,60,8- 0,9 0,7 - 0,850,3- 0,50,9 - 1,0

Bảng 3.4 : Nhiệt ẩn và nhiệt hiện do người toả ra,W/người

Nhiệt do sản phẩm mang vào Q 4

Tổn thất nhiệt dạng này chỉ có trong các xí nghiệp, nhà máy, ở đó, trong không gian điều hoà thường xuyên và liên tục có đưa vào và đưa ra các sản phẩm có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ trong phòng.

Nhiệt toàn phần do sản phẩm mang vào phòng được xác định theo công thức

Q4 = G4.Cp (t1 - t2) + W4.r , kW (3-16)

trong đó :

- Nhiệt hiện : Q4h = G4.Cp (t1 - t2), kW

- Nhiệt ẩn : Q4w = W4.ro , kW

G4 - Lưu lượng sản phẩm vào ra, kg/s

Cp - Nhiệt dung riêng khối lượng của sản phẩm, kJ/kg.oC

W4 - Lượng ẩm tỏa ra (nếu có) trong một đơn vị thời gian, kg/s

ro - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ro = 2500 kJ/kg

Nhiệt tỏa ra từ bề mặt thiết bị nhiệt Q 5

Nếu trong không gian điều hòa có thiết bị trao đổi nhiệt, chẳng hạn như lò sưởi, thiết bị sấy, ống dẫn hơi . . vv thì có thêm tổn thất do tỏa nhiệt từ bề mặt nóng vào phòng. Tuy nhiên trên thực tế ít xãy ra vì khi điều hòa thì các thiết bị này thường phải ngừng hoạt động.

Nhiệt tỏa ra từ bề mặt trao đổi nhiệt thường được tính theo công thức truyền nhiệt và đó chỉ là nhiệt hiện. Tùy thuộc vào giá trị đo đạc được mà người ta tính theo công thức truyền nhiệt hay toả nhiệt.

- Khi biết nhiệt độ bề mặt thiết bị nhiệt t w :

Q5 = αW.FW.(tW-tT) (3-17)

Trong đó αW là hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt nóng vào không khí trong phòng và được tính theo công thức sau :

αW = 2,5.Δt1/4 + 58.ε .[(TW/100)4 - (TT/100)4 ] / Δt (3-18)

Khi tính gần đúng có thể coi αW = 10 W/m2. oC

Δt = tW - tT

tW, tT - là nhiệt độ vách và nhiệt độ không khí trong phòng.

- Khi biết nhiệt độ chất lỏng chuyển động bên trong ống dẫn t F :

Q5 = k.F.(tF-tT) (3-19)

trong đó hệ số truyền nhiệt k = 2,5 W/m2.oC

Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng Q6

Nhiệt bức xạ mặt trời

Có thể coi mặt trời là một quả cầu lửa khổng lồ với đường kính trung bình 1,39.106km và cách xa quả đất 150.106 km. Nhiệt độ bề mặt của mặt trời khoảng 6000OK trong khi ở tâm đạt đến 840.106 oK

Tuỳ thuộc vào thời điểm trong năm mà khoảng cách từ mặt trời đến trái đất thay đổi, mức thay đổi xê dịch trong khoảng +1,7% so với khoảng cách trung bình nói trên.

Do ảnh hưởng của bầu khí quyển lượng bức xạ mặt trời giảm đi khá nhiều. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới bức xạ mặt trời như mức độ nhiễm bụi, mây mù, thời điểm trong ngày và trong năm , địa điểm nơi lắp đặt công trình, độ cao của công trình so với mặt nước biển, nhiệt độ đọng sương của không khí xung quanh và hướng của bề mặt nhận bức xạ.

Nhiệt bức xạ được chia ra làm 3 thành phần

- Thành phần trực xạ - nhận nhiệt trực tiếp từ mặt trời

- Thành phần tán xạ - Nhiệt bức xạ chiếu lên các đối tượng xung quanh làm nóng chúng và các vật đó bức xạ gián tiếp lên kết cấu

- Thành phần phản chiếu từ mặt đất.

Xác định nhiệt bức xạ mặt trời .

Nhiệt bức xạ xâm nhập vào phòng phụ thuộc kết cấu bao che và được chia ra làm 2 dạng :

- Nhiệt bức xạ qua cửa kính Q61

- Nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che tường và mái : Q62

Q6 = Q61 + Q62 (3-20)

a. Nhiệt bức xạ qua kính

* Trường hợp sử dụng kính cơ bản :

Kính cơ bản là loại kính trong suốt, dày 3mm, có hệ số hấp thụ αm=6%, hệ số phản xạ ρm = 8% (ứng với góc tới của tia bức xạ là 30o)

Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính được tính theo công thức :

Q61 = Fk.R.εcdsmmεkhKm, W (3-21)

trong đó :

+ Fk - Diện tích bề mặt kính, m2. Nếu khung gổ Fk = 0,85 F’ (F’ Diện tích phần kính và khung), khung sắt Fk = F’

+ R- Nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính cơ bản vào phòng . Giá trị R cho ở bảng 3-7

(3 -22) εc=1+0,023H1000 size 12{ε rSub { size 8{c} } =1+0,"023" { {H} over {"1000"} } } {}+ εc - Hệ số tính đến độ cao H (m) nơi đặt cửa kính so với mực nước biển:

(3-23)+ εds - Hệ số xét tới ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ đọng sương so với 20oC

εds=10,13.ts2010 size 12{ε rSub { size 8{ ital "ds"} } =1 - 0,"13" "." { {t rSub { size 8{s} } - "20"} over {"10"} } } {}+ εmm - Hệ số xét tới ảnh hưởng của mây mù . Trời không mây lấy εmm = 1, trời có mây εmm=0,85

+ εkh - Hệ số xét tới ảnh hưởng của khung kính. Kết cấu khung khác nhau thì mức độ che khuất một phần kính dưới các tia bức xạ khác nhau. Với khung gỗ εkh = 1, khung kim loại εkh = 1,17

+ εK - Hệ số kính, phụ thuộc màu sắc và loại kính khác kính cơ bản và lấy theo bảng 3-5

Bảng 3-5 : Đặc tính bức xạ của các loại kính

+ εm - Hệ số mặt trời . Hệ số này xét tới ảnh hưởng của màn che tới bức xạ mặt trời. Khi không có màn che εm = 1. Khi có màn εm được chọn theo bảng 3-6

Bảng 3-6 : Đặc tính bức xạ của màn che

Bảng 3-7: Dòng nhiệt bức xạ mặt trời xâm nhập vào phòng R, W/m2

Công thức (3-21) trên đây chỉ tính cho các trường hợp sau :

- Kính là kính cơ bản (εK = 1) có hoặc không có rèm che

- Không phải kính cơ bản (εk ≠ 1) và không có rèm che (εm = 1).

Trường hợp kính không phải kính cơ bản (εK ≠ 1) và có rèm che (εm ≠ 1) người ta tính theo công thức dưới đây.

* Trường hợp không phải kính cơ bản và có rèm che :

Q61 = Fk.RxncdsmmεkhK , W (3-24)

trong đó

Fk - Diện tích cửa kính , m2

Rxn - Lượng nhiệt bức xạ xâm nhập vào không gian điều hoà

(3-25) Rxn=[0,4.αk+τk.(αm+τm+ρk.ρm+0,4.αk.ρm)]0,88.R size 12{R rSub { size 8{ ital "xn"} } = { { \[ 0,4 "." α rSub { size 8{k} } +τ rSub { size 8{k} } "." \( α rSub { size 8{m} } +τ rSub { size 8{m} } +ρ rSub { size 8{k} } "." ρ rSub { size 8{m} } +0,4 "." α rSub { size 8{k} } "." ρ rSub { size 8{m} } \) \] } over {0,"88"} } "." R} {} Trị số R lấy theo bảng 3-7, các giá trị αK, τK, ρK lấy theo bảng (3-5), αm, τm, ρm lấy theo bảng (3-6). Các hệ số khác vẫn tính giống như các hệ số ở công thức (3-21)

* Bức xạ mặt trời qua kính thực tế

Nhiệt bức xạ mặt trời khi bức xạ qua kính chỉ có một phần tác động tức thời tới không khí trong phòng, phần còn lại tác động lên kết cấu bao che và bị hấp thụ một phần, chỉ sau một khoảng thời gian nhất định mới tác động tới không khí

Vì vậy thành phần nhiệt thừa do các tia bức xạ xâm nhập qua cửa kính gây tác động tức thời đến phụ tải hệ thống điều hoà không khí

R’xn = Rmax.k.nt (3-26)

trong đó

R’xn - Lượng bức xạ mặt trời xâm nhập qua cửa kính gây tác động tức thời đến phụ tải của hệ thống điều hoà không khí, W/m2

Rmax - Lượng bức xạ mặt trời lớn nhất xâm nhập qua cửa kính, W/m2 (Tham khảo bảng 3-8a)

nt - Hệ số tác dụng tức thời (Tham khảo bảng 3-8b, và 3-8c)

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.

Hệ số tác động tức thời cho trong các bảng 3-8b và 3-8c. Cần lưu ý rằng để xác định hệ số tác dụng tức thời phải căn cứ vào khối lượng tính cho 1m2 diện tích. Thật vậy khi khối lượng riêng của vật càng lớn, khả năng hấp thụ các tia bức xạ càng lớn, do đó mức độ chậm trễ giữa điểm cực đại của nhiệt bức xạ và phụ tải lạnh càng lớn.

Bảng 3-8a : Lượng nhiệt lớn nhất xâm nhập qua cửa kính loại cơ bản Rmax, W/m2

Bảng 3-8b : Hệ số tác dụng tức thời nt của lượng bức xạ mặt trời xâm nhập qua cửa kính có màn che bên trong(Hoạt động 24giờ/24nhiệt độ không khí không đổi)

Bảng 3-8c : Hệ số tác dụng tức thời nt của lượng bức xạ mặt trời xâm nhập qua cửa kính không màn che hoặc trong râm(Hoạt động 24giờ/24, nhiệt độ không khí không đổi)

Ví dụ 1: Xác định lượng nhiệt bức xạ lớn nhất vào qua cửa sổ bằng kính cơ bản, rộng 5m2. Cho biết địa phương nới lắp đặt công trình ở vĩ độ 20o Bắc, kính quay về hướng Đông, khung cửa bằng sắt, nhiệt độ đọng sương trung bình là 25oC, trời không sương mù, độ cao so với mặt nước biển là 100m.

-Ứng với 20o Bắc , hướng Đông , theo bảng 3-8 , tra được Rmax = 520 W/m2 vào 8 giờ tháng 4 và tháng 8

- Hệ số εc = 1 + 0,023x100/1000 = 1,0023

- Hệ số εds = 1 - 0,13 (25-20)/10 = 1,065

- Trời không mây nên εmm = 1

- Khung cửa kính là khung sắt nên εkh = 1,17

- Kính là kính cơ bản và không có rèm che nên εk = εm =1

Theo công thức (3-21) ta có :

Q = 5 x 520 x 1,0023 x 1,065 x 1,17 = 3247 W

Ví dụ 2 : Xác định lượng nhiệt bức xạ xâm nhập không gian điều hoà qua 10m2 kính chống nắng màu xám dày 6mm, đặt hướng Tây Nam, ở TP. Hồ Chí Minh, bên trong có màn che kiểu Hà Lan. Vị trí lắp đặt có độ cao so với mặt nước biển không đáng kể, nhiệt độ động sương trung bình 24oC, trời không mây, khung cửa bằng gổ.

- Lượng nhiệt bức xạ qua kính được xác định theo công thức :

Q = F.Rxncdsmmεkh

- Các hệ số εc = εmm = εkh = 1

- Hệ số εds = 1+ 0,13.(24 - 20)/10 = 1,052

- Lượng nhiệt xâm nhập :

Rxn = [0,4αk + τk.(αmmkm+0,4αkm)].R / 0,88

= [ 0,4 x 0,51 + 0,44.(0,09 + 0,14 + 0,05x0,77+0,4x0,51x0.09] R/0,88 = 0,375.R

- Giá trị R tra theo bảng 3-7 với 10o vĩ Bắc, hướng Tây Nam : Rmax = 508 W/m2 vào lúc 15 giờ tháng 1 và 11.

Q = 10 x 0,375 x 508 x 1,052 = 2004 W

b. Nhiệt lượng bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che Q 62 .

Khác với cửa kính cơ chế bức xạ mặt trời qua kết cấu bao che được thực hiện như sau

- Dưới tác dụng của các tia bức xạ mặt trời, bề mặt bên ngoài cùng của kết cấu bao che sẽ dần dần nóng lên do hấp thụ nhiệt. Lượng nhiệt này sẽ toả ra môi trường một phần, phần còn lại sẽ dẫn nhiệt vào bên trong và truyền cho không khí trong phòng bằng đối lưu và bức xạ. Quá trình truyền này sẽ có độ chậm trễ nhất định. Mức độ chậm trễ phụ thuộc bản chất kết cấu tường, mức độ dày mỏng.

Thông thường người ta bỏ qua lượng nhiệt bức xạ qua tường. Lượng nhiệt truyền qua mái do bức xạ và độ chênh nhiệt độ trong phòng và ngoài trời được xác định theo công thức:

Q62 = F.k.φm.Δt, W (3-26)

F - Diện tích mái (hoặc tường), m2

k - Hệ số truyền nhiệt qua mái (hoặc tường), W/m2.oC

Δt = tTD - tT độ chênh nhiệt độ tương đương

tTD = εs.Rxn / αN (3-27)

εs - Hệ số hấp thụ của mái và tường

αN = 20 W/m2.K - Hệ số toả nhiệt đối lưu của không khí bên ngoài

Rnx = R/0,88 - Nhiệt bức xạ đập vào mái hoặc tường, W/m2

R - Nhiệt bức xạ qua kính vào phòng (tra theo bảng 3-7), W/m2

φm - Hệ số màu của mái hay tường

+ Màu thẩm : φm = 1

+ Màu trung bình : φm = 0,87

+ Màu sáng : φm = 0,78

εs - Hệ số hấp thụ của tường và mái phụ thuộc màu sắc, tính chất vật liệu, trạng thái bề mặt tra theo bảng dưới đây

Bảng 3.9 : Độ đen bề mặt kết cấu bao che

STT Vật liệu và mầu sắc Hệ số ε
A Mặt mái
1 Fibrô xi măng, mới, màu trắng 0,42
2 Fibrô xi măng , sau 6 tháng sử dụng 0,61
3 Fibrô xi măng , sau 12 năm sử dụng 0,71
4 Fibrô xi măng màu trắng, quét nước xi măng 0,59
5 Fibrô xi măng màu trắng sau 6 năm sử dụng 0,83
6 Tấm ép gợn sóng bằng bông khoáng 0,61
7 Giấy dầu lợp nhà để thô 0,91
8 Giấy dầu lợp nhà để thô, rắc hạt khoáng phủ mặt 0,84
9 Giấy dầu lợp nhà để thô, rắc cát màu xám 0,88
10 Giấy dầu lợp nhà để thô, rắc cát màu xẩm 0,90
11 Tôn màu sáng 0,8
12 Tôn màu đen 0,86
13 Ngói màu đỏ hay nâu 0,65
14 Ngói màu đỏ tươi 0,6
15 Ngói xi măng màu xám 0,65
16 Thép đánh bóng hay màu trắng 0,45
17 Thép đánh bóng hay mạ màu xanh 0,76
18 Tôn tráng kẽm mới 0,64
19 Tôn tráng kẽm bị bụi bẩn 0,90
20 Nhôm không đánh bóng 0,52
21 Nhôm đánh bóng 0,26
B Mặt quét sơn
22 Sơn màu đỏ sáng 0,52
23 Sơn màu xanh da trời 0,64
24 Sơn màu tím 0,83
25 Sơn màu vàng 0,44
26 Sơn màu đỏ 0,63
C Mặt tường
27 Đá granit mài nhẵn, màu đỏ, xám nhạt 0,55
28 Đá granit mài nhẵn đánh bóng, màu xám 0,60
29 Đá cẩm tạch mài nhẵn màu trắng 0,30
30 Gạch tráng men màu trắng 0,26
31 Gạch tráng men màu nâu sáng 0,55
32 Gạch nung mầu đỏ mới 0,70 0,74
33 Gạch nung, có bụi bẩn 0,77
34 Gạch gốm ốp mặt mầu sáng 0,45
35 Bê tông nhẵn phẳng 0,54 - 0,65
36 Trát vữa màu vàng, trắng 0,42
37 Trát vữa màu xi măng nhạt 0,47

Nhiệt do lọt không khí vào phòng Q7

Khi có độ chênh áp suất trong nhà và bên ngoài thì sẽ có hiện tượng rò rỉ không khí . Việc này luôn luôn kèm theo tổn thất nhiệt.

Nói chung việc tính tổn thất nhiệt do rò rỉ thường rất phức tạp do khó xác định chính xác lưu lượng không khí rò rỉ. Mặt khác các phòng có điều hòa thường đòi hỏi phải kín. Phần không khí rò rỉ có thể coi là một phần khí tươi cung cấp cho hệ thống.

Q7 = L7.(IN - IT) = L7 .Cp(tN-tT) + L7.ro(dN-dT) (3-28)

L7 - Lưu lượng không khí rò rỉ, kg/s

IN, IT - Entanpi của không khí bên ngoài và bên trong phòng, kJ/kg

tT, tN - Nhiệt độ của không khí tính toán trong nhà và ngoài trời, oC

dT, dN - Dung ẩm của không khí tính toán trong nhà và ngoài trời, g/kg.kk

Tuy nhiên, lưu lượng không khí rò rỉ Lrr thường không theo quy luật và rất khó xác định. Nó phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất, vận tốc gió, kết cấu khe hở cụ thể, số lần đóng mở cửa ...vv. Vì vậy trong các trường hợp này có thể xác định theo kinh nghiệm

Q7h = 0,335.(tN - tT).V. , W (3-29)

Q7w = 0,84.(dN - dT).V. , W (3-30)

V - Thể tích phòng, m3

 - Hệ số kinh nghiệm cho theo bảng 3.10 dưới đây

Bảng 3.10 : Hệ số kinh nghiệm

Thể tích V, m3 < 500 500 1000 1500 2000 2500 > 3000
0,7 0,6 0,55 0,5 0,42 0,4 0,35

Tổng lượng nhiệt do rò rỉ không khí:

Q7 = Q7h + Q7w (3-31)

Trong trường hợp ở các cửa ra vào số lượt người qua lại tương đối nhiều , cần bổ sung thêm lượng không khí .

Gc = Lc.n.ρ (3-32)

Gc - Lượng không khí lọt qua cửa, kg/giờ

Lc - Lượng không khí lọt qua cửa khi 01 người đi qua, m3/người

n - Số lượt người qua lại cửa trong 1 giờ.

ρ - Khối lượng riêng của không khí, kg/m3

Như vậy trong trường hợp này cần bổ sung thêm

Q’7h = 0,335.(tN - tT).Lc.n , W (3-33)

Q’7w = 0,84.(dN - dT). Lc.n , W (3-34)

Bảng 3-11 dưới đây dẫn ra lượng khô khí lọt qua cửa khi 01 người đi qua.

Bảng 3-11 : Lượng không khí lọt qua của Lc, m3/người

Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q8

Người ta chia ra làm 2 tổn thất

- Tổn thất do truyền nhiệt qua trần mái, tường và sàn (tầng trên) : Q81

- Tổn thất do truyền nhiệt qua nền : Q82

Tổng tổn thất truyền nhiệt

Q8 = Q81 + Q82 (3-35)

Nhiệt truyền qua tường, trần và sàn tầng trên Q 81

Nhiệt lượng truyền qua kết cấu bao che được tính theo công thức sau đây :

Q81 = k.F.Δt (3-36)

k -Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m2.oC

F - Diện tích bê mặt kết cấu bao che

Δt - Độ chênh nhiệt độ tính toán, oC

Xác định độ chênh nhiệt độ tính toán.

- Mùa hè :

ΔtH = φ.(tN - tT) (3-37)

- Mùa Đông :

ΔtĐ = φ.(tT - tN) (3-38)

tT - Nhiệt độ tính toán trong phòng, oC

tN - Nhiệt độ tính toán bên ngoài, oC

φ - Hệ số tính đến vị trí của kết cấu bao che đối với không khí bên ngoài

a) Đối với tường bao

Đối với tường bao trực tiếp xúc với môi trường không khí bên ngoài thì φ = 1. Trường hợp tường ngăn nằm bên trong công trình không trực tiếp tiếp xúc với không khí bên ngoài trời thì hệ số φ sẽ được chọn tuỳ trường hợp cụ thể dưới đây.

b) Đối với trần có mái

- Mái bằng tôn, ngói, fibrô xi măng với kết cấu không kín φ = 0,9

- Mái bằng tôn, ngói, fibrô xi măng với kết cấu kín φ = 0,8

- Mái nhà lợp bằng giấy dầu φ = 0,75

c) Tường ngăn với phòng không có điều hoà (phòng đệm)

- Nếu phòng đệm tiếp xúc với không khí bên ngoài φ = 0,7

- Nếu phòng đệm không tiếp xúc với không khí bên ngoài φ = 0,4

d) Đối với sàn trên tầng hầm

- Tầng hầm có cửa sổ φ = 0,6

- Tầng hầm không có cửa sổ φ = 0,4

e) Đối với tường ngăn với phòng có điều hoà

Trong trường hợp này ta không tính φ = 0

Xác định hệ số truyền nhiệt qua tường và trần.

(3-39)

k=1Ro=11αT+δiλi+1αN size 12{k= { {1} over {R rSub { size 8{o} } } } = { {1} over { { {1} over {α rSub { size 8{T} } } } + sum { {δi} over {λi} } + { {1} over {α rSub { size 8{N} } } } } } } {}αT - Hệ số toả nhiệt bề mặt bên trong của kết cấu bao che, W/m2, oC

αT - Hệ số toả nhiệt bề mặt bên ngoài của kết cấu bao che, W/m2, oC

δi, - Chiều dày của lớp thứ i , m

λi - Hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i, W/m.oC

a) Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài và bên trong phòng

Bảng 3.12 : Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài và bên trong

Dạng và vị trí bề mặt kết cấu bao che αT W/m2.oC αNW/m2.oC
- Bề mặt tường, trần, sàn nhẵn 11,6
- Bề mặt tường, trần, sàn có gờ, tỷ số chiều cao của gờ và khoảng cách 2 mép gờ < 0,24 8,7
- Trần có gờ h/a = 0,23 -0,3 8,1
- Trần có gờ h/a > 0,3 7,6
- Tường ngoài, sàn, mái tiếp xúc trực tiếp không khí bên ngoài. 23,3
- Bề mặt hướng ra hầm mái, hoặc hướng ra các phòng lạnh , sàn trên tầng hầm 11,6

b) Nhiệt trở của lớp không khí

Nếu trong kết cấu bao che có lớp đệm không khí thì tổng nhiệt trở dẫn nhiệt phải cộng thêm nhiệt trở của lớp không khí này. Thường lớp đệm này được làm trên trần để chống nóng.

Bảng 3.13 : Trị số nhiệt trở của không khí R kk

Ghi chú:

Trị số Rkk cho ở bảng trên đây ứng với độ chênh nhiệt độ trên 2 bề mặt của lớp không khí Δt = 10oC. Nếu Δt ≠ 10oC ta cần nhân trị số cho ở bảng 3-14 dưới đây

Bảng 3.14: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt trở không khí

Độ chênh nhiệt độ Δt, oC 10 8 6 4 2
Hệ số hiệu chỉnh 1 1,05 1,1 1,15 1,2

c) Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu xây dựng

Hệ số dẫn nhiệt λ của vật liệu thay đổi phụ thuộc vào độ rỗng, độ ẩm và nhiệt độ của vật liệu.

- Độ rỗng càng lớn thì λ càng bé, vì các lổ khí trong vật liệu có hệ số dẫn nhiệt thấp

- Độ ẩm tăng thì hệ số dẫn nhiệt tăng do nước chiếm chổ các lổ khí trong vật liệu, do hệ số dẫn nhiệt của nước cao hơn nhiều so với hệ số dẫn nhiệt của không khí.

- Nhiệt độ tăng, hệ số dẫn của vật liệu tăng. Sự thay đổi của hệ số dẫn nhiệt λ khi nhiệt độ thay đổi theo quy luật bậc nhất :

λ = λo + b.t kCal/m.h.oC (3-40)

trong đó:

λo - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở 0oC, kCal/m.h.oC

t - Nhiệt độ vật liệu, oC

b - Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất vật liệu, có giá trị nằm trong khoảng 0,0001  0,001.

Tuy nhiên, do sự phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu không đáng kể nên trong các tính toán thường coi hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu là không đổi và lấy theo bảng dưới đây.

Bảng 3.15 : Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu

Nhiệt truyền qua nền đất Q 82

Để tính nhiệt truyền qua nền người ta chia nền thành 4 dãi, mỗi dãi có bề rộng 2m như hình vẽ 3-1.

Theo cách phân chia này

- Dải I : k1 = 0,5 W/m2.oC , F1 = 4.(a+b)

- Dải II : k2 = 0,2 W/m2.oC , F2 = 4.(a+b) - 48

- Dải III : k3 = 0,1 W/m2.oC , F3 = 4.(a+b) - 80

- Dải IV : k4 = 0,07 W/m2.oC , F4 = (a-12)(b-12)

Khi tính diện tích các dải, dải I ở các góc được tính 2 lần vì ở các góc nhiệt có thể truyền ra bên ngoài theo 2 hướng

- Khi diện tích phòng nhỏ hơn 48m2 thì có thể coi toàn bộ là dải I

- Khi chia phân dải nếu không đủ cho 4 dải thì ưu tiên từ 1 đến 4. Ví dụ chỉ chia được 3 dải thì coi dải ngoài cùng là dải I, tiếp theo là dải II và III.

Tổn thất nhiệt qua nền do truyền nhiệt

Q82 = (k1.F1 + k2.F2 + k3.F3 + k4.F4).(tN - tT) (3-41)

Hình 3.1 : Cách phân chia dãi nền

Tổng lượng nhiệt thừa QT

QT=i=18Q,,kW size 12{Q rSub { size 8{T} } = Sum rSub { size 8{i=1} } rSup { size 8{8} } {Q rSub { size 8{,} } , ital "kW"} } {}(3-42)Tổng nhiệt thừa của phòng :

Nhiệt thừa QT được sử dụng để xác định năng suất lạnh của bộ xử lý không khí trong chương 4. Không nên nhầm lẫn khi cho rằng nhiệt thừa QT chính là năng suất lạnh của bộ xử lý không khí .

Tổng nhiệt thừa của phòng QT gồm nhiệt hiện Qhf và nhiệt ẩn Qwf của phòng.

- Tổng nhiệt hiện của phòng :

Qhf = Q1 + Q2 + Q3h + Q4h + Q5 + Q6 + Q7h + Q8

- Tổng nhiệt ẩn của phòng :

Qwf = Q3w + Q4w + Q7w

Như đã trình bày ở trên , trường hợp không gian khảo sát là nhà hàng thì bình quân mỗi người cộng thêm 20W do thức ăn toả ra , trong đó 10W là nhiệt hiện và 10w là nhiệt ẩn.

XÁC ĐỊNH LƯỢNG ẨM THỪA WT

Lượng ẩm do người tỏa ra W1

Lượng ẩm do người tỏa ra được xác định theo công thức sau :

W1 = n.gn , kg/s (3-43)

n - Số người trong phòng.

gn - Lượng ẩm do 01 người tỏa ra trong phòng trong một đơn vị thời gian, kg/s

Lượng ẩm do 01 người toả ra gn phụ thuộc vào cường độ lao động và nhiệt độ phòng. Trị số gn có thể tra cứu theo bảng 3.16 dưới đây :

Bảng 3.16 : Lượng ẩm do người tỏa ra, g/giờ,người

Trạng thái lao động
Nhiệt độ không khí trong phòng, oC
10 15 20 25 30 35
Trẻ em dưới 12 tuổi 15 18 22 25 35 60
Tĩnh tại 30 40 40 50 75 115
Lao động trí học (cơ quan, trường học) 30 40 75 105 140 180
Lao động nhẹ 40 55 75 115 150 200
Lao động trung bình 70 110 140 185 230 280
Lao động nặng 135 185 240 295 355 415
Phòng ăn, khách sạn 90 90 171 165 250
Vũ trường 160 160 200 305 465

Lượng ẩm bay hơi từ các sản phẩm W 2

Khi đưa các sản phẩm ướt vào phòng thì có một lượng hơi nước bốc vào phòng. Ngược lại nếu đưa sản phẩm khô thì nó sẽ hút một lượng ẩm.

W2 = G2.(y1% - y2%)/100 kg/s (3-44)

y1, y2 - Lần lượt là thủy phần của sản phẩm khi đưa vào và ra.

g2 - Lưu lượng của sản phẩm , kg/s

Thành phần ẩm thừa này chỉ có trong công nghệp

Lượng ẩm do bay hơi đoạn nhiệt từ sàn ẩm W 3

Khi sàn bị ướt thì một lượng hơi ẩm từ đó có thể bốc hơi vào không khí làm tăng độ ẩm của nó. Lượng hơi ẩm được tính như sau :

W3 = 0,006.Fs.(tT - tư) kg/s (3-45)

Fs - Diện tích sàn bị ướt, m2

tư - Nhiệt độ nhiệt kế ướt ứng với trạng thái trong phòng.

Lượng ẩm do bay hơi đoạn nhiệt được tính cho nơi thường xuyên nền nhà bị ướt như ở khu nhà giặt, nhà bếp, nhà vệ sinh . Riêng nền ướt do lau nhà thường nhất thời và không liên tục, nên khi tính lưu ý đến điểm này.

Lượng ẩm do hơi nước nóng mang vào W4

Khi trong phòng có rò rỉ hơi nóng , ví dụ như hơi từ các nồi nấu, thì cần phải tính thêm lượng hơi ẩm thoát ra từ các thiết bị này.

W4 = Gh (3-46)

Lượng ẩm thừa W T

WT=i=14Wi,kg/s size 12{W rSub { size 8{T} } = Sum cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{4} } {W rSub { size 8{i} } , ital "kg"/s} } {}(3-47) Tổng tất các nguồn ẩm toả ra trong phòng gọi là lượng ẩm thừa

Nhiệt thừa WT được sử dụng để xác định năng suất làm khô của thiết bị xử lý không khí ở chương 4.

KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG TRÊN VÁCH

Như đã biết khi nhiệt độ vách tW thấp hơn nhiệt độ đọng sương của không khí tiếp xúc với nó thì sẽ xãy ra hiện tượng đọng sương trên vách đó. Tuy nhiên do xác định nhiệt độ vách khó nên người ta quy điều kiện đọng sương về dạng khác.

* Về mùa hè : Mùa hè ta thực hiện chế độ điều hòa (làm lạnh), nhiệt độ bên ngoài lớn hơn nhiệt độ bên trong:

Khi đó tTW > tT> tTs , như vậyvách trong không thể xãy ra hiện tượng đọng sương.

Gọi tNs là nhiệt độ đọng sương vách ngoài ta có điều kiện đọng sương:

tNs> tNW

Theo phương trình truyền nhiệt ta có

k.(tN - tT) = αN.(tN - tNW)

hay:

k = α N.(tN - tNW)/ (tN - tT)

Khi giảm tNW thì k tăng, khi giảm tới tNs thì trên tường đọng sương, khi đó ta được giá trị kmax

kmax = α N.(tN - tNs )/ (tN - tT)

Điều kiện đọng sương được viết lại:

kmax = α N.(tN - tNs )/ (tN - tT) > k (3-48)

* Về mùa đông : Về mùa đông lý luận tương tự trên ta thấy nếu xãy ra động sương thì chỉ có thể xãy ra trên vách tường trong. Khi đó điều kiện để không đọng sương trên vách trong là:

kmax = α T.(tT - tTs )/ (tT - tN) > k (3-49)

Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự