Giáo trình Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí - Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí
CHƯƠNG I
NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ
KHÔNG KHÍ ẨM
Điều hòa không khí là kỹ thuật tạo ra và duy trì điều kiện vi khí hậu thích hợp với con
người và công nghệ của các quá trình sản xuất.
Để có thể đi sâu nghiên cứu kỹ thuật điều hoà không khí trước hết chúng tôi sơ lược
các tính chất nhiệt động cơ bản của không khí ẩm.
1.1 KHÔNG KHÍ ẨM
Không khí xung quanh chúng ta là hỗn hợp của nhiều chất khí, chủ yếu là N2 và O2 ngoài
ra còn một lượng nhỏ các khí trơ, CO2, hơi nước . . .
- Không khí khô : Không khí không chứa hơi nước gọi là không khí khô.Trong các tính
toán thường không khí khô được coi là khí lý tưởng.
Thành phần của các chất trong không khí khô được phân theo tỷ lệ sau :
Bảng 1-1 : Tỷ lệ các chất khí trong không khí khô
Thành phần
Theo khối lượng (%) Theo thể tích (%)
- Ni tơ : N2
- Ôxi : O2
- Argon - A
75,5
23,1
1,3
78,084
20,948
0,934
- Carbon-Dioxide : CO2
0.1
0,0314
- Không khí ẩm : Không khí có chứa hơi nước gọi là không khí ẩm. Trong tự nhiên không
có không khí khô tuyệt đối mà toàn là không khí ẩm. Không khí ẩm được chia ra :
+ Không khí ẩm chưa bão hòa : Là trạng thái mà hơi nước còn có thể bay hơi
thêm vào được trong không khí.
+ Không khí ẩm bão hòa : Là trạng thái mà hơi nước trong không khí đã đạt
tối đa và không thể bay hơi thêm vào đó được. Nếu bay hơi thêm vào bao nhiêu thì có bấy
nhiêu hơi ẩm ngưng tụ lại.
+ Không khí ẩm quá bão hòa : Là không khí ẩm bão hòa và còn chứa thêm
một lượng hơi nước nhất định. Tuy nhiên trạng thái quá bão hoà là trạng thái không ổn định
mà có xu hướng biến đổi đến trạng thái bão hoà do lượng hơi nước dư bị tách dần ra khỏi
không khí . Ví dụ như sương mù là không khí quá bão hòa.
Tính chất vật lý và ảnh hưởng của không khí đến cảm giác con người phụ thuộc
nhiều vào lượng hơi nước tồn tại trong không khí.
1
1.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ ẨM
1.2.1 Áp suất.
Ap suất không khí thường được gọi là khí áp. Ký hiệu là B. Nói chung giá trị B thay
đổi theo không gian và thời gian. Tuy nhiên trong kỹ thuật điều hòa không khí giá trị chênh
lệch không lớn có thể bỏ qua và người ta coi B không đổi. Trong tính toán người ta lấy ở
trạng thái tiêu chuẩn Bo = 760 mmHg .
Đồ thị I-d của không khí ẩm thường được xây dựng ở áp suất B = 745mmHg và Bo =
760mmHg .
1.2.2 Khối lượng riêng và thể tích riêng.
Khối lượng riêng của không khí là khối lượng của một đơn vị thể tích không khí . Ký
hiệu là ρ, đơn vị kg/m3 .
Đại lượng nghịch đảo của khối lượng riêng là thể tích riêng. Ký hiệu là v
1
v = , m3 / kg
(1-1)
ρ
Khối lượng riêng và thể tích riêng là hai thông số phụ thuộc.
Khối lượng riêng thay đổi theo nhiệt độ và khí áp. Tuy nhiên cũng như áp suất sự
thay đổi của khối lượng riêng của không khí trong thực tế kỹ thuật không lớn nên người ta
lấy không đổi ở điều kiện tiêu chuẩn : to = 20oC và B = Bo = 760mmHg : ρ = 1,2 kg/m3
1.2.3 Độ ẩm
1.2.3.1. Độ ẩm tuyệt đối .
Là khối lượng hơi ẩm trong 1m3 không khí ẩm. Giả sử trong V (m3) không khí ẩm có
chứa Gh (kg) hơi nước thì độ ẩm tuyệt đối ký hiệu là ρh được tính như sau :
Gh
,kg / m3
(1-2)
ρh =
V
Vì hơi nước trong không khí có thể coi là khí lý tưởng nên:
ph
1
ρh =
=
, kg / m3
(1-3)
vh Rh .T
trong đó :
ph - Phân áp suất của hơi nước trong không khí chưa bão hoà, N/m2
Rh - Hằng số của hơi nước Rh = 462 J/kg.oK
T - Nhiệt độ tuyệt đối của không khí ẩm, tức cũng là nhiệt độ của hơi nước , oK
1.2.3.2. Độ ẩm tương đối.
Độ ẩm tương đối của không khí ẩm , ký hiệu là ϕ (%) là tỉ số giữa độ ẩm
tuyệt đối ρh của không khí với độ ẩm bão hòa ρmax ở cùng nhiệt độ với trạng thái đã cho.
ρh
ρmax
ϕ =
,%
2
(1-4)
hay :
Độ ẩm tương đối biểu thị mức độ chứa hơi nước trong không khí ẩm so với không khí ẩm
bão hòa ở cùng nhiệt độ.
Khi ϕ = 0 đó là trạng thái không khí khô.
(1-5)
ph
ϕ =
,%
pmax
0 < ϕ < 100 đó là trạng thái không khí ẩm chưa bão hoà.
ϕ = 100 đó là trạng thái không khí ẩm bão hòa.
- Độ ẩm ϕ là đại lượng rất quan trọng của không khí ẩm có ảnh hưởng nhiều đến cảm
giác của con người và khả năng sử dụng không khí để sấy các vật phẩm.
- Độ ẩm tương đối ϕ có thể xác định bằng công thức, hoặc đo bằng ẩm kế . Ẩm kế là
thiết bị đo gồm 2 nhiệt kế : một nhiệt kế khô và một nhiệt kế ướt. Nhiệt kế ướt có bầu bọc
vải thấm nước ở đó hơi nước thấm ở vải bọc xung quanh bầu nhiệt kế khi bốc hơi vào không
khí sẽ lấy nhiệt của bầu nhiệt kế nên nhiệt độ bầu giảm xuống bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt tư
ứng với trạng thái không khí bên ngoài. Khi độ ẩm tương đối bé , cường độ bốc hơi càng
mạnh, độ chênh nhiệt độ giữa 2 nhiệt kế càng cao. Do đó độ chênh nhiệt độ giữa 2 nhiệt kế
phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nó được sử dụng để làm cơ sở xác định độ ẩm tương đối
ϕ. Khi ϕ =100%, quá trình bốc hơi ngừng và nhiệt độ của 2 nhiệt kế bằng nhau.
1.2.4
Dung ẩm (độ chứa hơi).
Dung ẩm hay còn gọi là độ chứa hơi, được ký hiệu là d là lượng hơi ẩm chứa trong 1
kg không khí khô.
Gh
Gk
(1-6)
d =
, kg / kgkkk
- Gh : Khối lượng hơi nước chứa trong không khí, kg
- Gk : Khối lượng không khí khô, kg
Ta có quan hệ:
Gh ρh
ph Rk
.
d =
=
=
(1-7)
(1-8)
Gk
ph
ρk
ph
pk Rh
d = 0,622.
=
, kg / kgkkk
pk p − ph
Sau khi thay R = 8314/µ ta có
1.2.5 Nhiệt độ.
Nhiệt độ là đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh. Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến
cảm giác của con người. Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường sử dụng 2 thang
nhiệt độ là độ C và độ F. Đối với một trạng thái không khí nhất định nào đó ngoài nhiệt độ
thực của nó trong kỹ thuật còn có 2 giá trị nhiệt độ có ảnh hưởng nhiều đến các hệ thống và
thiết bị là nhiệt độ điểm sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt.
- Nhiệt độ điểm sương: Khi làm lạnh không khí nhưng giữ nguyên dung ẩm d (hoặc
phân áp suất ph) tới nhiệt độ ts nào đó hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành nước
bão hòa. Nhiệt độ ts đó gọi là nhiệt độ điểm sương.
Như vậy nhiệt độ điểm sương của một trạng thái bất kỳ nào đó là nhiệt độ ứng với trạng
thái bão hòa và có dung ẩm bằng dung ẩm của trạng thái đã cho. Hay nói cách khác nhiệt độ
3
điểm sương là nhiệt độ bão hòa của hơi nước ứng với phân áp suất ph đã cho. Từ đây ta thấy
giữa ts và d có mối quan hệ phụ thuộc.
- Nhiệt độ nhiệt kế ướt : Khi cho hơi nước bay hơi đoạn nhiệt vào không khí chưa
bão hòa (I=const) . Nhiệt độ của không khí sẽ giảm dần trong khi độ ẩm tương đối tăng lên.
Tới trạng thái ϕ = 100% quá trình bay hơi chấm dứt. Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà
cuối cùng này gọi là nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ướt và ký hiệu là tư . Người ta gọi nhiệt độ
nhiệt kế ướt là vì nó được xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ướt nước.
Như vậy nhiệt độ nhiệt kế ướt của một trạng thái là nhiệt độ ứng với trạng thái bão
hòa và có entanpi I bằng entanpi của trạng thái đã cho. Giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế
ướt tư có mối quan hệ phụ thuộc. Trên thực tế ta có thể đo được nhiệt độ nhiệt kế ướt của
trạng thái không khí hiện thời là nhiệt độ trên bề mặt thoáng của nước.
1.2.6 Entanpi
Entanpi của không khí ẩm bằng entanpi của không khí khô và của hơi nước chứa
trong nó.
Entanpi của không khí ẩm được tính cho 1 kg không khí khô. Ta có công thức:
I = Cpk.t + d (ro + Cph.t) kJ/kg kkk
(1-9)
Trong đó :
Cpk - Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô Cpk = 1,005 kJ/kg.oC
Cph - Nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nước ở 0oC : Cph = 1,84 kJ/kg.oC
ro - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở 0oC : ro = 2500 kJ/kg
Như vậy:
I = 1,005.t + d (2500 + 1,84.t) kJ/kg kkk
(1-10)
1.3 ĐỒ THỊ I-d VÀ t-d CỦA KHÔNG KHÍ
ẨM
1.3.1 Đồ thị I-d.
Đồ thị I-d biểu thị mối quan hệ của các đại lượng t, ϕ, I, d và pbh của không khí ẩm . Đồ
thị được giáo sư L.K.Ramzin (Nga) xây dựng năm 1918 và sau đó được giáo sư Mollier
(Đức) lập năm 1923. Nhờ đồ thị này ta có thể xác định được tất cả các thông số còn lại của
không khí ẩm khi biết 2 thông số bất kỳ . Đồ thị I-d thường được các nước Đông Âu và Liên
xô (cũ) sử dụng.
Đồ thị I-d được xây dựng ở áp suất khí quyển 745mmHg và 760mmHg.
Đồ thị gồm 2 trục I và d nghiêng với nhau một góc 135o. Mục đích xây dựng các trục
nghiêng một góc 135o là nhằm làm giãn khoảng cách giữa các đường cong tham số để thuận
lợi cho việc tra cứu.
Trên đồ thị này các đường I = const nghiêng với trục hoành một góc 135o, đường d =
const là những đường thẳng đứng. Đối với đồ thị I-d được xây dựng theo cách trên cho thấy
các đường tham số hầu như chỉ nằm trên góc 1/4 thứ nhất .Vì vậy, để hình vẽ được gọn
người ta xoay trục d lại vuông góc với trục I mà vẫn giữ nguyên các đường cong như đã biểu
diễn, tuy nhiên khi tra cứu entanpi I của không khí ta vẫn tra theo đường nghiêng với trục
hoành một góc 135o.
Trên đồ thị I-d các đường đẳng nhiệt t=const là những đường thẳng chếch lên trên , các
đường ϕ = const là những đường cong lồi, càng lên trên khoảng cách giữa chúng càng xa.
4
Các đường ϕ = const không cắt nhau và không đi qua gốc toạ độ. Đi từ trên xuống dưới độ
ẩm ϕ càng tăng. Đường cong ϕ =100% hay còn gọi là đường bão hoà ngăn cách giữa 2 vùng
: Vùng chưa bão hoà và vùng ngưng kết hay còn gọi là vùng sương mù. Các điểm nằm trong
vùng sương mù thường không ổn định mà có xung hướng ngưng kết bớt hơi nước và chuyển
về trạng thái bão hoà .
Khi áp suất khí quyển thay đổi thì đồ thị I-d cũng thay đổi theo. Áp suất khí quyển
thay đổi trong khoảng 20mmHg thì sự thay đổi đó là không đáng kể.
Trên hình 1.1 là đồ thị I-d của không khí ẩm , xây dựng ở áp suất khí quyển Bo=
760mmHg. Trên đồ thị này ở xung quanh còn có vẽ thêm các đường ε=const giúp cho tra
cứu các sơ đồ tuần hoàn không khí trong chương 4.
Hình 1.1 : Đồ thị I-d của không khí ẩm
5
1.3.2 Đồ thị d-t.
Đồ thị d-t được các nước Anh, Mỹ , Nhật, Úc ...vv sử dụng rất nhiều
Đồ thị d-t có 2 trục d và t vuông góc với nhau , còn các đường đẳng entanpi I=const
tạo thành gốc 135o so với trục t. Các đường ϕ = const là những đường cong tương tự như
trên đồ thị I-d. Có thể coi đồ thị d-t là hình ảnh của đồ thị I-d qua một gương phản chiếu.
Hình 1.2 : Đồ thị t-d của không khí ẩm
Đồ thị d-t chính là đồ thị t-d khi xoay 90o , được Carrrier xây dựng năm 1919 nên
thường được gọi là đồ thị Carrier.
Trục tung là độ chứa hơi d (g/kg), bên cạnh là hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible)
Trục hoành là nhiệt độ nhiệt kế khô t (oC)
Trên đồ thị có các đường tham số
- Đường I=const tạo với trục hoành một góc 135o. Các giá trị entanpi của không khí
cho tbên cạnh đường ϕ=100%, đơn vị kJ/kg không khí khô
6
- Đường ϕ=const là những đường cong lõm, càng đi lên phía trên (d tăng) ϕ càng lớn.
Trên đường ϕ=100% là vùng sương mù.
- Đường thể tích riêng v = const là những đường thẳng nghiêng song song với nhau,
đơn vị m3/kg không khí khô.
- Ngoài ra trên đồ thị còn có đường Ihc là đường hiệu chỉnh entanpi (sự sai lệch giữa
entanpi không khí bão hoà và chưa bão hoà)
1.4 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRÊN ĐỒ
THỊ I-d
1.4.1 Quá trình thay đổi trạng thái của không khí .
Quá trình thay đổi trạng thái của không khí ẩm từ trạng thái A (tA, ϕA) đến B (tB, ϕB)
được biểu thị bằng đoạn thẳng AB, mủi tên chỉ chiều quá trình gọi là tia quá trình.
IA
I
A
IB
α
45°
B
C
ϕ=100%
D
d
Hình
1.3 :
Ý nghĩa
hình học của ε
Đặt (IA - IB)/(dA-dB) = ∆I/∆d =εAB gọi là hệ số góc tia của quá trình AB
Ta hãy xét ý nghĩa hình học của hệ số εAB
Ký hiệu góc giữa tia AB với đường nằm ngang là α. Ta có
∆I
= IB - IA
= m.AD
∆d= dB - dA = n.BC
Trong đó m, n là tỉ lệ xích của các trục toạ độ.
Từ đây ta có
ε
ε
AB = ∆I/∆d = m.AD/n.BC
AB = (tgα + tg45o).m/n = (tgα + 1).m/n
Như vậy trên trục toạ độ I-d có thể xác định tia AB thông qua giá trị εAB . Để tiện cho
việc sử dụng trên đồ thị ở ngoài biên người ta vẽ thêm các đường ε = const . Các đường ε =
const có các tính chất sau :
- Hệ số góc tia ε phản ánh hướng của quá trình AB, mỗi quá trình ε có một giá trị nhất
định.
- Các đường ε có trị số như nhau thì song song với nhau.
- Tất cả các đường ε đều đi qua góc tọa độ (I=0 và d=0).
7
1.4.2 Quá trình hòa trộn hai dòng không khí.
Trong kỹ thuật điều hòa không khí người ta thường gặp các quá trình hòa trộn 2
dòng không khí ở các trạng thái khác nhau để đạt được một trạng thái cần thiết. Quá trình
này gọi là quá trình hoà trộn.
Giả sử hòa trộn một lượng không khí ở trạng thái A(IA, dA) có khối lượng phần khô là
LA với một lượng không khí ở trạng thái B(IB, dB) có khối lượng phần khô là LB và thu được
một lượng không khí ở trạng thái C(IC, dC) có khối lượng phần khô là LC. Ta xác định các
thông số của trạng thái hoà trộn C.
I
IA
A
IC
IB
C
B
d
dB dC
dA
Hình 1.4 : Quá trình hoà trộn trên đồ thị I-d
Ta có các phương trình:
- Cân bằng khối lượng
LC = LA + LB
(1-11)
- Cân bằng ẩm
dC.LC = dA .LA + dB .LB
(1-12)
- Cân bằng nhiệt
IC.LC = IA .LA + IB .LB
(1-13)
Thế (a) vào (b), (c) và trừ theo vế ta có :
(IA - IC).LA = (IC - IB).LB
(dA - dC).LA = (dC - dB).LB
hay :
Từ biểu thức này ta rút ra:
I A − IC
dA − dC dC − dB
IC − IB
(1-14)
(1-15)
=
I A − IC d A − dC LB
IC − IB dC − dB LA
=
=
- Phương trình (1-14) là các phương trình đường thẳng AC và BC, các đường thẳng
này có cùng hệ số góc tia và chung điểm C nên ba điểm A, B, C thẳng hàng. Điểm C nằm
trên đoạn AB.
- Theo phương trình (1-15) suy ra điểm C nằm trên AB và chia đoạn AB theo tỷ lệ
LB/LA
8
Trạng thái C được xác định như sau :
LA
LC
LB
LC
IC = I A .
+ IB .
(1-16)
(1-17)
LA
LC
LB
LC
dC = d A .
+ dB .
* * *
9
CHƯƠNG 2
MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ CHỌN
THÔNG SỐ
TÍNH TOÁN CHO CÁC HỆ THỐNG
ĐIỀU HOÀ
Để thiết kế hệ thống điều hoà không khí cần phải tiến hành chọn các thông số tính toán
của không khí ngoài trời và thông số tiện nghi trong nhà. Các thông số đó bao gồm:
- Nhiệt độ t (oC) .
- Độ ẩm tương đối ϕ (%) .
- Tốc độ chuyển động không khí trong phòng ω (m/s) .
- Độ ồn cho phép trong phòng Lp (dB) .
- Lượng khí tươi cung cấp LN (m3/s) .
- Nồng độ cho phép của các chất độc hại trong phòng .
2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG TỚI
CON NGƯỜI VÀ SẢN XUẤT
2.1.1 Ảnh hưởng của môi trường đến con người
2.1.1.1 Nhiệt độ.
Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đối với con người. Cơ thể con người có nhiệt
độ là tct = 37oC. Trong quá trình vận động cơ thể con người luôn luôn toả ra nhiệt lượng qtỏa.
Lượng nhiệt do cơ thể toả ra phụ thuộc vào cường độ vận động. Để duy trì thân nhiệt cơ thể
thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường. Sự trao đổi nhiệt đó sẽ biến đổi tương ứng với
cường độ vận động. Có 2 hình thức trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh.
- Truyền nhiệt : Truyền nhiệt từ cơ thể con người vào môi trường xung quanh dưới 3
cách: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Nói chung nhiệt lượng trao đổi theo hình thức truyền
nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường xung quanh.
Lượng nhiệt trao đổi này gọi là nhiệt hiện . Ký hiệu qh
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 bé, ∆t = 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. Nhiệt hiện qh phụ thuộc vào ∆t = tct-tmt và tốc độ chuyển động của không khí . 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 lượng nhiệt
do cơ thể sinh ra. Để thải hết nhiệt lượng do cơ thể sinh ra, cần có hình thức trao đổi thứ 2,
đó là toả ẩm.
- Tỏa ẩm : Ngoài hình thức truyền nhiệt cơ thể còn trao đổi nhiệt với môi trường xung
quanh thông qua tỏa ẩm. Tỏ ẩm có thể xảy ra trong mọi phạm vi nhiệt độ và khi nhiệt độ môi
trường càng cao thì cường độ càng lớn. 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. Ký hiệu qw.
1
Ngay cả khi nhiệt độ môi trường lớn hơn 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.
Tổng nhiệt lượng truyền nhiệt và tỏa ẩm phải đảm bảo luôn luôn bằng lượng nhiệt do cơ
thể sản sinh ra.
Mối quan hệ giữa 2 hình thức phải luôn luôn đảm bảo :
qtỏa = qh + qW
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
Nếu vì một lý do gì đó mất cân bằng thì sẽ gây rối loạn và sinh đau ốm
Nhiệt độ thích hợp nhất đối với con người nằm trong khoảng 22-27 oC .
2.1.1.2 Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng quyết định tới khả năng thoát mồ hôi vào trong môi
trường không khí xung quanh. Quá trình này chỉ có thể tiến hành khi ϕ < 100%. Độ ẩm càng
thấp thì khả năng thoát mồ hôi càng cao, cơ thể cảm thấy dễ chịu.
Độ ẩm quá cao, hay quá thấp đều không tốt đối với con người.
- 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.
- 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= 50÷
70%.
2.1.1.3 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 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 thỏm vào trong khu vực đó.
2.1.1.4 Nồng độ các chất độc hại.
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. Mức độ tác hại của mỗi một chất tùy thuộc vào bản chất chất khí,
nồng độ của nó trong không khí, thời gian tiếp xúc của con người, tình trạng sức khỏe ...vv.
Các chất độc hại bao gồm các chất chủ yếu sau :
- Bụi : Bụi ảnh hưởng đến hệ hô hấp . Tác hại của bụi phụ thuộc vào bản chất bụi,
nồng độ và kích thước của nó. Kích thước càng nhỏ thì càng có hại vì nó tồn tại trong không
2
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. Bụi có 2 nguồn gốc hữu cơ và vô cơ.
- Khí CO2, SO2 . . Các khí này không 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 .
- Các chất độ hại khác : Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt trong không khí có thể
có lẫn các chất độc hại như NH3, Clo . . vv 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.
Tuy các chất độc hại có nhiều nhưng trên thực tế trong các công trình dân dụng chất
độc hại phổ biến nhất đó là khí CO2 do con người thải ra trong quá trình hô hấp. Vì thế trong
kỹ thuật điều hoà người ta chủ yếu quan tâm đến nồng độ CO2.
Để đánh giá mức độ ô nhiểm người ta dựa vào nồng độ CO2 có trong không khí.
Bảng 2.1 trình bày mức độ ảnh hưởng của nồng độ CO2 trong không khí . Theo bảng này
khi nồng độ CO2 trong không khí chiếm 0,5% theo thể tích là gây nguy hiểm cho con người.
Nồng độ cho phép trong không khí là 0,15% theo thể tích.
Bảng 2.1 : Ảnh hưởng của nồng độ CO2 trong không khí
Nồng độ CO2
% thể tích
0,07
0,10
0,15
0,20-0,50
> 0,50
Mức độ ảnh hưởng
- Chấp nhận được ngay cả khi có nhiều người trong phòng
- Nồng độ cho phép trong trường hợp thông thường
- Nồng độ cho phép khi dùng tính toán thông gió
- Tương đối nguy hiểm
- Nguy hiểm
- Hệ thần kinh bị kích thích gây ra thở sâu và nhịp thở gia
tăng. Nếu hít thở trong môi trường này kéo dài thì có thể gây
ra nguy hiểm.
4 ÷ 5
8
- Nếu thở trong môi trường này kéo dài 10 phút thì mặt đỏ
bừng và đau đầu
18 hoặc lớn hơn - Hết sức nguy hiểm có thể dẫn tới tử vong.
2.1.1.5 Độ ồn
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. Mặt khác khi độ ồn lớn có thể làm
ảnh 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.
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.
3
2.1.2 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 có nghĩa cũng 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.
2.1.2.1. 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 2.2 dưới đây là tiêu chuẩn về nhiệt độ và độ ẩm của một số quá trình sản xuất thường
gặp
Bảng 2.2 : Điều kiện công nghệ của một số quá trình
Quá trình
Xưởng in
Công nghệ sản xuất
- Đóng và gói sách
- Phòng in ấn
- Nơi lưu trữ giấy
- Phòng làm bản kẽm
Nhiệt độ, oC
21 ÷ 24
24 ÷ 27
20 ÷ 33
21 ÷ 33
3 ÷ 4
Độ ẩm, %
45
45 ÷ 50
50 ÷ 60
40 ÷ 50
50 ÷ 70
80 ÷ 85
50 ÷ 60
45 ÷ 65
45 ÷ 55
50 ÷ 65
70 ÷ 80
60
40 ÷ 50
38
40 ÷ 50
45 ÷ 55
60
50 ÷ 60
60 ÷ 70
55 ÷ 65
60 ÷ 70
70 ÷ 90
- Nơi lên men
- Xử lý malt
- Ủ chín
Sản xuất bia
Xưởng bánh
10 ÷ 15
18 ÷ 22
16 ÷ 24
24 ÷ 27
18 ÷ 24
27
- Các nơi khác
- Nhào bột
- Đóng gói
- Lên men
- Chế biến bơ
- Mayonaise
- Macaloni
- Lắp ráp chính xác
- Gia công khác
- Chuẩn bị
- Kéo sợi
- Dệt
16
24
Chế biến thực phẩm
Công nghệ chính xác
21 ÷ 27
20 ÷ 24
24
27 ÷ 29
27 ÷ 29
27 ÷ 29
22 ÷ 25
22 ÷ 25
22 ÷ 25
Xưởng len
- Chải sợi
- Xe sợi
- Dệt và điều tiết cho sợi
Xưởng sợi bông
2.1.2.2 Độ ẩm tương đối
Độ ẩm cũng có ảnh nhiều đến một số sản phẩm
4
- Khi độ ẩm cao có thể gây nấm mốc cho một số sản phẩm nông nghiệp và công
nghiệp nhẹ.
- Khi độ ẩm thấp sản phẩm sẽ khô, giòn không tốt hoặc bay hơi làm giảm chất lượng
sản phẩm hoặc hao hụt trọng lượng.
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
2.1.2.3 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 . . 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.
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.
2.1.2.4. Độ trong sạch của không khí.
Có nhiều ngành sản xuất bắt buộc phải thực hiện trong phòng không khí cực kỳ trong
sạch như sản xuất hàng điện tử bán dẫn, tráng phim, quang học. Một số ngành thực phẩm
cũng đòi hỏi cao về độ trong sạch của không khí tránh làm bẩn các thực phẩm.
2.2 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU
HOÀ KHÔNG KHÍ
2.2.1 Định nghĩa
Điều hòa không khí còn gọi là điều tiết không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn định các
thông số trạng thái của không khí 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 đạt hiệu quả cao hơn thông gió.
2.2.2. Phân loại các hệ thống điều hoà 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 : Hệ thống điều hoà có khả năng duy trì các thông
số tính toán trong nhà với mọi phạm vi thông số ngoài trời.
+ Hệ thống điều hòa không khí cấp II : Hệ thống điều hoà có khả năng duy trì các thông
số tính toán trong nhà với sai số không qúa 200 giờ trong 1 năm.
+ 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.
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.
5
- Theo chức năng :
+ 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.
2.3 CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CÁC HỆ
THỐNG ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ
Việc chọn các thông số tính toán bao gồm thông số tính toán trong nhà và ngoài trời.
Đối với thông số tính toán trong nhà tuỳ thuộc vào mục đích của hệ thống điều hoà.
- Đối với hệ thống điều hoà dân dụng, tức là hệ thống điều hoà chỉ nhằm mục đích
tạo điều kiện tiện nghi cho con người. Các thông số tính toán trong nhà được lựa chọn theo
các tiêu chuẩn sẽ nêu ở bảng 2-3 dưới đây.
- Đối với hệ thống điều hoà công nghiệp , tức hệ thống điều hoà phục vụ công nghệ của
một quá trình sản xuất cụ thể. Trong trường hợp này , người thiết kế phải lấy số liệu thực tế
từ nhà sản xuất là chính xác và phù hợp nhất . Các thông số tính toán này có thể tham khảo
ở bảng dữ liệu 1.2.
2.3.1 Chọn nhiệt độ và độ ẩm tính toán
2.3.1.1. Nhiệt độ và độ ẩm trong nhà
Nhiệt độ và độ ẩm trong nhà được chọn tuỳ thuộc vào chức năng của phòng. Có thể
chọn nhiệt độ và độ ẩm trong nhà theo bảng 2.3:
Bảng 2.3 Nhiệt độ và độ ẩm tính toán trong phòng
MÙA HÈ
Bình thường
tT, oC
MÙA ĐÔNG
KHU VỰC
Hạng sang
tT, oC
tT, oC
ϕ, %
ϕ, %
ϕ, %
Khu công cộng : Chung
cư, Nhà ở, Khách sạn, Văn
phòng, Bệnh viện, trường
học
23 ÷ 24 45 ÷ 50 25 ÷ 26 45 ÷ 50 23 ÷ 25 30 ÷ 35
Cửa hàng, cửa hiệu :
Ngân hàng, của hàng bánh
kẹo, mỹ phẩm, siêu thị
Phòng thu âm thu lời, Nhà
thờ, Quán bar, nhà hàng,
nhà bếp. . .
24 ÷ 26 45 ÷ 50 25 ÷ 27 45 ÷ 50 22 ÷ 24 30 ÷ 35
24 ÷ 26 50 ÷ 55 26 ÷ 27 50 ÷ 60 22 ÷ 24 35 ÷ 40
25 ÷ 27 45 ÷ 55 27 ÷ 29 50 ÷ 60 20 ÷ 23 30 ÷ 35
6
Nhà máy, phân xưởng, xí
nghiệp
2.3.1.
2 Nhiệt độ và độ ẩm 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 bảng 2-
4 dưới đây:
Bảng 2.4 Nhiệt độ và độ ẩm tính toán ngoài trời
Hệ thống
Hệ thống cấp I
+ Mùa hè
Nhiệt độ tN , oC
Độ ẩm ϕN, %
ϕ(tmax
tmax
tmin
)
+ Mùa đông
ϕ(tmin)
Hệ thống cấp II
+ Mùa hè
+ Mùa đông
0,5(tmax + ttb
0,5(tmin + ttb
)
)
0,5[ϕ (tmax) + ϕ(ttbmax)]
0,5[ϕ (tmin) + ϕ(ttbmin)]
max
min
Hệ thống cấp III
+ Mùa hè
+ Mùa đông
ttb
ϕ(ttb
ϕ(ttb
)
)
max
max
ttb
min
min
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 , ttb
Nhiệt độ của tháng nóng nhất trong năm, tham khảo phụ lục PL-2, và PL-3.
min
ϕ(tmax) , ϕ(tmin ) Độ ẩm ứng với nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất tuyệt đối trong năm. Tuy
nhiên do hiện nay các số liệu này ở Việt Nam chưa có nên có thể lấy bằng ϕ(ttbmax) và
ϕ(ttb
)
min
ϕ(ttbmax) , ϕ(ttbmin ) Độ ẩm trung bình ứng với tháng có nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất trong
năm, tham khảo phụ lục PL-4
2.3.2 Chọn tốc độ không khí tính toán trong phòng
Tốc độ không khí lưu động được lựa chọn theo nhiệt độ không khí trong phòng nêu ở
bảng 2.5. 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 con người.
Để có được tốc độ hợp lý cần chọn loại miệng thổi phù hợp và bố trí hợp lý .
Bảng 2.5 Tốc độ tính toán của không khí trong phòng
Nhiệt độ không khí, oC
Tốc độ ωk, m/s
< 0,25
0,25 ÷ 0,3
0,4 ÷ 0,6
0,7 ÷ 1,0
1,1 ÷ 1,3
1,3 ÷ 1,5
16 ÷ 20
21 ÷ 23
24 ÷ 25
26 ÷ 27
28 ÷ 30
> 30
7
2.3.3 Độ ồn cho phép trong phòng
Độ ồn có ảnh hưởng đến trạng thái và mức độ tập trung vào công việc của con người.
Mức độ ảnh hưởng đó tuỳ thuộc vào công việc đang tham gia, hay nói cách khác là tuỳ thuộc
vào tính năng của phòng.
Người ta đã qui định độ ồn cho phép cho từng khu vực điều hòa nhất định nêu ở
bảng 2.6.
Đối với các máy công suất lớn, khi chọn cần xem xét độ ồn của máy có đảm bảo yêu
cầu để lắp đặt vào vị trí hay không. Trong trường hợp độ ồn quá lớn cần có các biện pháp
khử ồn cần thiết hoặc lắp đặt ở phòng máy riêng biệt.
Bảng 2.6 Độ ồn cho phép trong phòng
Giờ trong
Độ ồn cực đại cho phép,
Khu vực
ngày
dB
Cho phép
35
Nên chọn
30
- Bệnh viện, Khu điều dưỡng
6 - 22
22 - 6
30
30
- Giảng đường, lớp học
- Phòng máy vi tính
- Phòng làm việc
40
40
50
35
35
45
- Phân xưởng sản xuất
- Nhà hát, phòng hòa nhạc
- Phòng hội thảo, hội họp
- Rạp chiếu bóng
85
30
55
40
80
30
50
35
- Phòng ở
6 - 22
22 - 6
6 - 22
22 - 6
40
30
45
40
30
30
35
30
- Khách sạn
- Phòng ăn lớn, quán ăn lớn
50
45
2.3.4 Nồng độ các chất độc hại.
Để đánh giá mức độ ô nhiểm người ta dựa vào nồng độ CO2 có trong không khí, vì CO2 là
chất độc hại phổ biến nhất do con người thải ra trong quá trình sinh hoạt và sản xuất.
Lưu lượng không khí tươi cần thiết cung cấp cho 1 người trong 1 giờ được xác định
như sau :
VK = VCO2 / (β-a)
(2-1)
Ở đây :
- VCO2 là lượng CO2 do con người thải ra : m3/h.người
- β Nồng độ CO2 cho phép, % thể tích. Thường chọn β = 0,15
- a Nồng độ CO2 trong không khí môi trường xung quanh, % thể tích. Thường chọn
a=0,03%.
- VK Lưu lượng không khí cần cấp, 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.
Bảng 2.7 : Lượng không khí tươi cần cấp
Cường độ vận động
VCO2
,
VK, m3/h.người
β=0,1 β=0,15
m3/h.người
8
- Nghỉ ngơi
- Rất nhẹ
- Nhẹ
- Trung bình
- Nặng
0,013
0,022
0,030
0,046
0,074
18,6
31,4
43,0
65,7
106,0
10,8
18,3
25,0
38,3
61,7
Bảng 2.8 đưa ra nồng độ cho phép của một số chất độc hại khác. Căn cứ vào nồng độ
cho phép này và phương trình (2-1) có thể xác định được lượng không khí tươi cần cung cấp
để giảm nồng độ đến mức yêu cầu.
Bảng 2.8 : Nồng độ cho phép của một số chất
TT
Tên chất
Nồng độ cho TT
phép
Tên chất
Nồng độ cho
phép
mg/m3
10
100
300
1
100
1
5
15
50
20
0,5
5
0,1
5
3
mg/m3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Acrolein
2
2
19 Đicloetan
20 Đivinin
Amoniac
Ancolmetylic
Anilin
50
5
200
5
21 Ete etylic
22 Etylen oxit
23 Hidrosunfua
24 Iot
Axeton
Axit acetic
Axit nitric
Axit sunfuric
Bezen
5
2
25 Kẽm oxit
26 Magie oxit
27 Metylenclorua
28 Naphtalen
29 Nicotin
50
30
1%o
0,1
1
10 Cacbon monooxit
11 Cacbon dioxit
12 Clo
13 Clodioxit
14 Clobenzen
15 Dầu hoả
16 Dầu thông
17 Đioxit sunfua
18 Điclobezen
30 Nitơ oxit
31 Ôzôn
50
300
300
20
20
32 Phênôn
33 Bụi thuốc lá, chè
34 Bụi có SiO2
35 Bụi xi măng, đất
1
6
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.
Bảng 2.9 : Lượng khí tươi cần cung cấp khi có hút thuốc
Mức độ hút thuốc,
điếu/h.người
0,8 ÷ 1,0
Lượng không khí tươi
cần cung cấp, m3/h.người
13 ÷ 17
1,2 ÷ 1,6
20 ÷ 26
2,5 ÷ 3
3 ÷ 5,1
42 ÷ 51
51 ÷ 85
♦ ♦ ♦
9
CHƯƠNG 3
CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG ẨM
3.1 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(tT,ϕT). 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)
* Phương trình cân bằng ẩm
(3-2)
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)
* 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
(3-4)
(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.
21
3.2 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT THỪA QT
3.2.1 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 η 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 :
- 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
N
q1 =
(3-6)
η
η - 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)
- 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:
N.(1−η)
q1 =
(3-8)
η
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:
Bảng 3.1 : Tổn thất nhiệt của các động cơ điện
Công
suất mô
tơ đầu
ra, kW
(1)
0,04
0,06
0,09
0,12
0,18
0,25
0,37
0,55
0,75
1,1
Hiệu suất
η
Tổn thất nhiệt q1, kW
Mô tơ và cơ cấu
truyền động đặt
trong phòng
(3)
0,10
0,12
0,16
0,20
0,30
0,37
0,53
0,76
1,03
1,39
1,88
3,66
Mô tơ ngoài
cơ cấu truyền
động trong phòng ngoài
(4)
Mô tơ trong, cơ
cấu truyền động
( % )
(2)
41
49
55
60
64
67
70
72
73
79
80
82
(5)
0,04
0,06
0,09
0,12
0,18
0,25
0,37
0,55
0,75
1,1
0,06
0,06
0,07
0,08
0,11
0,12
0,16
0,21
0,28
0,29
0,38
0,66
1,5
2,2
1,5
2,2
22
Tải về để xem bản đầy đủ
210 trang
10/01/2024
9180
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Tính toán thiết kế hệ thống điều hòa không khí - Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_tinh_toan_thiet_ke_he_thong_dieu_hoa_khong_khi_ng.pdf
