Giáo trình Kỹ thuật thông gió (Bản đẹp)

130 trang ngocly 1550

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật thông gió (Bản đẹp)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ky_thuat_thong_gio_ban_dep.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật thông gió (Bản đẹp)

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG 1. KHƠNG KHÍ VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NĨ. Khơng khí là một mơi trường mà con người suốt cuộc đời sống, làm việc và nghỉ ngơi trong đĩ. Sức khoẻ, tuổi thọ và cảm giác nhiệt của con người phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp của khơng khí, độ trong sạch và đặc tính lý hố của nĩ. Ta cĩ thể khẳng định rằng mơi trường khơng khí vơ cùng quan trọng và khơng thể thiếu được đối với sự sống của con người và các hệ sinh thái khác. Nhiệm vụ của kỹ thuật thơng giĩ là phải tạo ra mơi trường khơng khí thật trong sạch cĩ đầy đủ các thơng số: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động của khơng khí phù hợp với yêu cầu mong muốn của con người và đáp ứng được yêu cầu cơng nghệ của các nhà máy. 1.1. Thành phần hố học của khơng khí. Khơng khí là hỗn hợp của nhiều chất khí mà chủ yếu là khí nitơ, Ơxy và một ít hơi nước. Ngồi ra trong khơng khí cịn chứa một lượng nhỏ các chất khí khác như cacbonnic, các chất khí trơ: Acgon, Nêon, Hêli, Ơzon bụi, hơi nước và các vi trùng. Khơng khí chứa hơi nước gọi là khơng khí ẩm. Ngược lại là khơng khí khơ. Thành phần hố học của khơng khí khơ tính theo phần trăm (%) thể tích và trọng lượng cho ở bảng1.1 Bảng 1-1 thành phần hố học của khơng khí Tỉ lệ % theo thể tích Loại khí Ký hiệu Thể tích Trọng lượng Ni-tơ N2 78.08 75.6 Ơ- xy O2 20.95 23.1 Argơn Ar 0.93 1.286 Các bơnic CO2 0.03 0.046 Nêơn, Hêli Ne, He Khơng đáng kể Khơng đáng kể Kríptơn, xenon Kr, Xe Khơng đáng kể Khơng đáng kể Hyđrơ, Ơzơn H2, O3 Khơng đáng kể Khơng đang kể 1
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Thành phần hơi nước trong khơng khí ẩm thay đổi theo thời tiết, theo vùng địa lý và theo thời gian trong ngày, trong năm. Trên đây là thành phần tự nhiên của khơng khí sạch. Trong thực tế do hoạt động sinh hoạt, hoạt động cơng nghiệp và hoạt dộng giao thơng vận tải của con người cũng như do tự nhiên mà trong khơng khí cịn cĩ nhiều chất khí độc: SO2, NO2, NH3, H2S, CH4 và hại làm ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ con người và sinh vật nĩi chung. 1.2. Các thơng số lý học của khơng khí ẩm. Chúng ta coi khơng khí ẩm là hỗn hợp của khơng khí khơ và hơi nước. Trong phạm vi sai số cho phép của kỹ thuật ta cĩ thể xem khơng khí ẩm là hỗn hợp của 2 chất khí lý tưởng, do đĩ tuân theo định luật Bon Mariot và Gay Lutxac viết phương trình trạng thái của chúng như sau: Đối với 1 kg khơng khí: PV = RT (1-1) Đối với G kg khơng khí: PV = GRT (1-2) Tron đĩ: + P: Áp suất của chất khí [ mmHg; KG/m2] + V: Thể tích đơn vị của chất khí. [m3 + T: Nhiệt độ tuyệt đối của chất khí [0K]. T = t + 273 Nếu ta lấy một khối khơng khí ẩm cĩ thể tích V(m3); dưới áp suất khí quyển 0 Pkq và cùng nhiệt độ tuyệt đối T[ K] và trọng lượng Gâ tách ra 2 thành phần riêng biệt là khơng khí khơ và hơi nước, theo sơ đồ biểu diễn sau đây: V,T V,T V,T Gâ = Gk + Ghn Pa Pk Phn Theo nguyên lý bảo tồn trọng lượng Gâ = Gk + Ghn (1-3) Theo đinh luật Đanton: Pkq = Pk + Phn (1-4) Phương trình trạng thái viết cho từng khối khí riêng biệt như sau: - Đối với thành phần khơng khí khơ: 2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Pk.V = Gk.Rk.T (1-5). - Đối với phần hơi nước: Phn.V = Ghn.Rhn.T (1-6). Trong đĩ: + Pkq [mmHg]: Áp suất khí quyển. + Pk, Phn [mmHg]: Áp suất riêng phần của khơng khí khơ và của hơi nước. + Gâ, Gk, Ghn [kg]: Trọng lượng khơng khí ẩm, trọng lượng khơng khí khơ và trọng lượng phần hơi nước của khơng khí. mmHg.m3 + Rk = 2.153 : Hằng số của khơng khí khơ. kg 0 K mmHg.m3 + Rhn = 3.461 : Hằng số khí của hơi nước. kg 0 K Dựa vào các phương trình từ (1-1) ÷ (1-6) ta xác định được các thơng số vật lý của khơng khí ẩm. 1.2.1. Độ ẩm của khơng khí: cĩ 2 loại độ ẩm khác nhau - đĩ là độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối. a) Độ ẩm tuyệt đối: ký hiêu D [kg/m3] + Đinh nghĩa: Độ ẩm tuyệt đối của khơng khí là đại lượng biểu thị lượng hơi nước chứa trong 1 m3 khơng khí ẩm. G P + Cơng thức tính: D = hn = hn (1-7) V R hn .T 3 mmHg.m Phn Thay Rhn = 3.416 vào (1-7) ta cĩ D = 0,289 (1-7 a) kg 0 K T Ở áp suất và nhiệt độ nhất định, nếu khơng khí bão hồ hơi nước thì độ ẩm tuyệt đối của nĩ nĩ sẽ cĩ giá trị lớn nhất và gọi là độ ẩm tuyệt đối bão hồ (Dbh): Pbh Dbh = . (1-7 b) R hn Khi đạt trạng thái bảo hồ khơng khí khơng cịn khả năng nhận thêm được hơi nước nữa. Nếu cung cấp thêm hơi nước vào khơng khí thì ngay lúc đĩ lượng hơi 3
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - nước thừa sẽ đọng lại thành nước, hiện tượng này ta gọi là hiện tượng “đọng sương”. b) Độ ẩm tương đối: φ [%]. + Đinh nghĩa: Độ ẩm tương đối của khơng khí là đại lượng biểu thị bằng tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối D và độ ẩm tuyệt đối bão hồ (Dbh) ở cùng nhiệt độ và áp suất: D P + Cơng thức: φ = 100% = hn .100% (1-8) D bh P bh Phn φ = .100% => Pbh = φ Phn (1-9) P bh Trong đĩ: Phn : Áp suất hơi nước bão hồ. Độ ẩm tương đối của khơng khí φ biểu thị ở mức độ “no” hơi nước của khơng khí. 1.2.2 Dung ẩm: d [g/kg khơng khí khơ; kg/kg khơng khí khơ]. + Định nghĩa: Dung ẩm là đại lượng biểu thị lượng hơi nước tính bằng gam (hay kilơgam) chứa trong một khối khơng khí ẩm cĩ trọng lượng phần khơ là 1kg. G + Cơng thức: d = hn 103 (1-10 a) G k Thay Gbn và Gk từ phương trình (1-5) và (1-6) ta cĩ: 3 R k Phn 3 mmHg.m D = 10 mà Rk = 2,153 0 ; Rk = 3.461 R hn Pk kg K P Vậy d = 622 hn [g/kg khơng khí khơ] Pk Thay Phn = φ Pbh vào ta cĩ: P D = 622φ bh [g/kg khơng khí khơ] (1-10) Pkg − ưPbh 3 1.2.3 Trọng lượng đơn vị của khơng khí ẩm: γâ [kg/m ] 4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + Định nghĩa: Trọng lượng đơn vị của khơng khí ẩm là trọng lượng của 1 m3 khơng khí ẩm: Gâ G k + Ghn + Cơng thức: γâ = = V V Rút Gk và Ghn từ (1-5) và (1-6) thay vào ta cĩ: Pk Phn + 3 R k R hn 1 Pk Phn mmHg.m γâ = = ( + ) mà Rhn = 3.461 0 T T R k R hn kg. K 1 1 => γâ = (0,465 Pk + 0,289 Phn) = [0,465 (Pk + Phn) – 0,176Phn] T T 1 γâ = (0,465 Pkq – 0,176 Phn) T 1 γâ = (0,465 Pkq – 0,176φPbh) (1-11). T Nhận xét: Trọng lượng khơng khí ẩm (γâ) hồn tồn phụ thuộc vào áp suất khí quyển, nhiệt độ của khơng khí, độ ẩm tương đối của khơng khí và áp suất hơi nước cĩ trong khơng khí. Nếu khơng khí hồn tồn khơ thì Phn = 0 và do đĩ: 0,465 Phn ưPbh γk = Pkq => γâ = γk – 0,176 = γk – 0,176 (1-12). T T T ta cĩ thể xác định được trọng lượng đơn vị của khơng khí ở nhiệt độ t theo cơng thức sau: γ γ = 0 [kg/m3] t t 1+ 273 3 nếu Pkq = 760 mmHg thì γ 0 = 1,293 Kg/m nên. 1,293 γ = [kg/m3] t t 1+ 273 1.2.4. Nhiệt hàm (nhiệt dung hay entanpi) của khơng khí ẩm.Ký hiệu Iâ 5
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + Định nghĩ; Nhiẹt hàm của khơng khí âm là nhiệt chứa trong một khối khơng khí ẩm cĩ trọng lượng phần khơ là 1 kg. Kí hiệu Iâ, đơn vị Kcal/kg khơng khí khơ. d + Cơng thức: Iâ = Ik + Ihn 1000 Trong đĩ: Iâ: Nhiệt hàm của khơng khí ẩm, Kcal/kg khơng khí khơ. Ik: Nhiệt hàm của khơng khí khơ. Ik = Ckht Kcal Ckh: Tỷ nhiệt của khơng khí khơ.Ckh = 0,24 kg 0C Ihn: Nhiệt hàm của hơi nước: Ihn = r + Chn.t r: 597,3 (Kcal/Kg) nhiệt hố hơi của nước. Chn = 0,44(Kcal/Kg tỷ nhiệt của hơi nước. d Thau vào: Iâ = 0,24t + (597,3 + 0,44t) (1-14) (Kcal/Kg khơng khí khơ) 1000 1.2.5 Nhiệt độ khơng khí: Nhiệt độ khơng khí là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến cảm giác nhiệt của người ở trong nhà, nhiệt độ khơng khí phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, nĩ luơn thay đổi từng giờ trong ngày, từng mùa trong năm. Đường cong biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ khơng khí tương ứng với đường cong biểu diễn cường đồ bức xạ mặt trời nhưng do quán tính nhiệt nên nĩ chậm hơn 1 số giờ. Thơng thường trong một ngày đêm, nhiệt độ cao nhất vào lúc 13h. Trong năm nhiệt độ cao nhất vào tháng 7 và thấp nhất vào tháng giêng. Trong tính tốn thơng giĩ phải biết được địa điểm xây dựng ở các địa phương – Tra bảng phụ lục một số giáo trình. 2: BIỂU ĐỒ I.D CỦA KHƠNG KHÍ ẨM: 2.1 Giới thiệu -Cấu tạo biểu đồ I.d. Trong thơng giĩ muốn xác định một trạng thái bất kỳ của khơng khí ta cần từ 3 đến 5 thơng số đĩ là: t, φ, I, d, và Phn chứ khơng thể xác định trạng thái của khơng 6
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - khí mới chỉ biết 2 thơng số: Cho nên trong tính tốn sẽ gặp rất nhiều khĩ khăn và phức tạp. Để tiện lợi và nhanh chĩng, trong kỷ thuật người ta lập biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa các thơng số của trạng thái khơng khí ẩm. Việc lập biểu đồ ở các nước cĩ khác nhau. Các nước tư bản thường dùng biểu đồ I-t của Mollier (Đức). Các nước xã hội chủ nghĩa (Liên Xơ cũ) và đa số các nước dùng biểu đồ I-d của Giáo sư RamZin(Nga) thiết lập năm 1918. Nhờ cĩ biểu đị này, nếu biết trước 2 trong các thơng số trên ta cĩ thể tìm được các thơng số cịn lại. Để lập biểu đồ I-d người ta sử dụng 2 phương trình (1-10) và (1-14) ϕ P'' d = 622 hn (1-10) [g/kg khơng khí khơ] Pkq −ϕ P''bh d Ia = 0,24t + (597,3 + 0,44t) (1-14) [Kcal/kg khơng khí khơ] 1000 Cấu tạo của biểu đồ Hai trục của biểu đồ hợp với nhau 1 gĩc 1350. Trên đồ thị biểu diễn các thơng số: t, ϕ , I, d, Phn. Đường ϕ = 100% chia biểu đồ thành 2 vùng: Vùng phía trên đặc trưng cho khơng khí chưa bảo hồ hơi nước, nĩ cịn cĩ khả năng nhận thêm hơi nước. Vùng phía dưới là vùng khơng ổn định. Khơng khí nằm trong vùng này cĩ xu hướng trở về trạng thái bão hồ giới hạn ϕ = 100%, hơi nước thừa trong khơng khí sẽ ngưng lại thành nước. Trục tung, trên đĩ ghi các giá trị của nhiệt hàm I (Kcal/kg) và trục hồnh, trên đĩ ghi các giá trị của dung ẩm d (g/kg khơng khí khơ) Các đường nhiệt hàm I = Const đi xiên song song với trục hồnh d. Cịn các đường dung ẩm d = const cĩ hướng thẳng đứng song song với trục tung I. Ngồi các đường I và d, trên biểu đồ I-d cịn cĩ các đường đẳng nhiệt độ t = const và độ ẩm tương đối ϕ = const. Các đường t = const là những đường thẳng gần song song nhau hướng chếch lên trên, tại phía gốc của mỗi đường ta ghi trị số nhiệt độ của nĩ. Các đường ϕ = const là đường cong biểu thị mức độ “no” hơi nước của khơng khí được xếp lần lượt từ trên xuống dưới theo trị số ϕ tăng dần (Hình 1-1) 7
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 1-1 Để cho kích thước biểu đồ gọn nhẹ, thơng thường trên biểu đồ khơng thể hiện trục d thực (tức trục d xiên gĩc) mà chỉ cĩ trục hồnh phụ trợ hợp với trục tung thẳng gĩc 900 như các hệ trục vuơng gĩc khác và trên trục phụ trợ ấy người ta chiếu tỷ lệ xích các trị số dung ẩm d từ trục d xiên gĩc xuống (hình1-2) HÌNH 1-2 Khi áp suất khí quyển tăng cao thì đường bảo hồ = 100% của biểu đồ I-d dịch chuyển lên phía trên và ngược lại. Áp suất khí quyển thay đổi trong phạm vi ± 20 mmHg thì sự dịch chuyển ấy khơng đáng kể nên việc sử dụng biểu đồ I-d đã lập vẫn đả m bảo độ chính xác. Thơng thường người ta lập biểu đồ I-d với áp suất khí quyển Pkq = 760 mmHg và Pkq = 745 mmHg. Ở phía dưới biểu đồ I-d người ta vẽ đường biểu diễn áp suất riêng của hơi nước Phn trong khơng khí ẩm. 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Một điểm bất kỳ nào đĩ trên I-d cũng đặc trưng cho trạng thái nhất định của khơng khí. Thật vậy, nếu A là điểm đạc trưng cho một trạng thái khơng khí nào đĩ thì ứng với trạng thái khơng khí đĩ ta sẽ cĩ nhiệt độ tA và áp suất riêng của hơi nước Phn(A) 0 Ví dụ: cho trạng thái khơng khí cĩ tA= 32 C, độ ẩm ϕ A = 60%. Dựa vào biểu đồ I.d tìm các thơng số cịn lại: IA, dA, Phn(A) khi biết Pkq= 760 mmHg. Giải: Dùng biểu đồ I.d lập cho Pkq= 760mmHg, ta tìm được toạ độ điểm A 0 (tức là giao đường tA=32 C và ϕ A = 60% ). Tại điểm A ta đọc được trị số dA = 18 g/kg; IA= 18,7 Kcal/kg và Phn(A)=21,4 mmHg. Cách xác định thể hiện trên ( hình 1-3) HÌNH 1.3 Hình 1.3 9
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.2. Các điểm đặc biệt trên I.d. 2.2.1 Điểm khơng khí bảo hồ hơi nước. Điểm cĩ độ ẩm tương đối ϕ = 100% gọi là điểm khơng khí bảo hịa hơi nước. Tại đây khơng khí khơng nhận thêm hơi nước nữa vì đã “no”. Nếu tiếp tục cung cấp hơi nước sẽ xuất hiện hiện tượng đọng sương. 0 2.2.2 Nhiệt độ ướt: tư ( C) Hình 1.4 + Định nghĩa: nhiệt độ ướt là nhiệt độ cần thiết để cĩ được trạng thái khơng khí bão hồ hơi nước. Trong điều kiện nhiệt dung khơng thay đổi. + Ví dụ: Cho trạng thái khơng khí A (tA, ϕ A). Yêu cầu tìm nhiệt độ ướt tương ứng (A) của trạng thái A. Hình 1-4 +Giải: Từ tA và ϕ A ta tìm được vị trí A trên biểu đồ. Qua A kẻ đường IA= const. Cắt đường ϕ = 100% tại điểm M. Tìm nhiệt độ qua điểm M. Đĩ là nhiệt độ ướt của trạng thái (A). 2.2.3. Nhiệt độ điểm sương. + Định nghĩa: Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ cần thiết để cĩ được trạng thái khơng khí bão hồ trong điều kiện dung ẩm khơng thay đổi. + Ví dụ: Cho trạng thái khơng khí A (tA, ϕ A). Yêu cầu tìm nhiệt độ điểm sương của trạng thái A (tđs(A)). Hình 1-5 10
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - +Giải: Từ tA và ϕ A ta tìm được vị trí A trên biểu đồ. Qua A kẻ đường dA= const. Cắt đường ϕ = 100% tại điểm S. Tìm nhiệt độ qua điểm S. Đĩ là nhiệt độ điêm sương của trạng thái (A). Hình 1.5 2.2.4. Các quá trình thay đổi trạng thái của khơng khí. a) Quá trình sấy nĩng và làm lạnh: Quá trình sấy nĩng và làm lạnh trạng thái khơng khí mà khơng cĩ sự thay đổi của dung ẩm (d=const) được thực hiện trên biểu đồ I.d Hình 1-6 Hình 1.6 11
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Nếu khơng khí cĩ trạng thái ban đầu biểu diễn bằng điểm 1(t1,ϕ 1) được sấy nĩng trong thiết bị trao đổi nhiệt thì quá trình được biểu diễn bằng đường thẳng đứng hướng từ dưới lên đi qua điểm 1. Nếu làm lạnh thì chiều ngược lại (Hướng xuống dưới). Nếu tiếp tục làm lạnh khơng khí đến điểm 3. Điểm 3 là nhiệt độ đọng sương của trạng thái K (1). b) Quá trình hồ trộn: Trong thơng giĩ để tiết kiệm nhiệt về mùa đơng người ta hồ trộn hai trạng thái khơng khí cĩ thơng số khác nhau để tạo thành trạng thái thứ 3 cĩ thơng số phù hợp. Giả sử khối khơng khí A cĩ khối lượng GA(kg), nhiệt hàm IA và dung ẩm dA hồ trộn với khối khơng khí B cĩ khối lượng là GB(kg), nhiệt hàm IB, dung ẩm dB. Sau khi hồ trộn khối khơng khí hồ trộn cĩ trạng thái C với khối lượng GC = GA+ GB. Khi cho A và B hồ trộn với nhau, chúng sẽ trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm cho nhau. Ta viết được phương trình cân bằng nhiệt GAIA + GBIB = (GA+ GB)IC GA(IA – IC) = GB(IC - IB) G I - I A = C B = n (1-15) G B I A - I C Phương trình cân bằng ẩm: GAdA + GBdB = (GA + GB) IC GA( d A - d C ) = GB( d c - d B ) G d - d A = C B = n (1-16) G B d A - d C Từ (1-15) và (1-16) ta cĩ: I - I d - d G C B = C B = A = n (1-17) I A - I C d A - d C G B 12
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Phương trình (1-17) là phương trình chính tắc của đường thẳng đi qua 3 điểm: A(IA, dA); B (IB, dB) và C (IC, dC) hay nĩi cách khác điểm C cĩ trạng thái (IC,dC ) nằm trên G đường thẳng nối AB và chia đoạn AB theo tỷ số n = A . G B Bây ta tìm được diểm hồ trộn C bằng cách. Đặt véctơ trọng lượng GA và GB song song và ngược chiều nhau. Tại A đặt véc tơ GB ,t ại B đặt véc tơ GA. Nối 2 đầu mút của véctơ cắt AB tại C. Điểm C là điểm hồ trộn, tại đĩ khơng khí cĩ thơng số C(Ic,dc,) và khối lượng Gc. 13
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. TÁC DỤNG CỦA MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ ĐẾN CON NGƯỜI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT. 3.1 Tác dụng của mơi trường khơng khí đến con người. 3.1.1 Phương trình cân bằng nhiệt giữa cơ thể với mơi trường. Giữa cơ thể với mơi trường luơn trao đổi nhiệt cho nhau. Phương trình cân bằng nhiệt được viết như sau: M ± Qbx ± QĐL ± QMT -Qmh +QLV ± ∆Q = 0 (1-18) a. M[ Kcal/h]: Lượng nhiệt do các quá trình sinh lý trong cơ thể sinh ra. Lượng nhiệt M phụ thuộc vào: - Đặc điểm sinh lý của cơ thể, lứa tuổi. - Trạng thái và mức độ lao động. - Tình trạng sức khoẻ. - Mức độ ăn mặc. Thơng lượng nhiệt M được tra bảng. Bảng 1-2: Lượng nhiệt do quá trình sinh lý trong cơ thể sinh ra Dạng cơng việc M Dạng cơng việc M[Kcal/ (Kcal/h) h] 1-Người ở trạng thái yên -Đánh máy chữ,sữ dụng máy cơng - Nằm 70 cụ,các cơng việc tương đương. 120-170 - Ngồi 75-80 - Cơng tác đúc (luyện kim) 150-250 85 - Đứng - Đào đất rèn 250-420 - Đứng nghiêm 90-100 3-Lao động trí ĩc. 2-Lao động chân tay - Đọc sách 100 100-120 -May máy, sắp chữ (in) - Giảng bài 170-270 14
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - b. Lượng nhiệt cơ thể trao đổi với mơi trường bằng bức xạ: Qbx = 2,16(35-tbx) [Kcal/h] (1-19) -2,16: hệ số - 35 = tda: nhiệt độ bề mặt da. 0 - tbx [ C]: nhiệt độ bức xạ trong phịng. ∑ Fiτi tbx = (1-20) ∑Fi Fi và τi: Diện tích và nhiệt độ bề mặt của kết cấu thứ I trong phịng. c. Lượng nhiệt cơ thể trao đổi bằng đối lưu. QĐL = 8,89 v (35-tk) [Kcal/h] (1-21) - v: vận tốc giĩ trong phịng (m/s) 0 - tk: Nhiệt độ khơng khí trong phịng ( C) - 35 = tda: nhiệt độ bề mặt da. d. Lượng nhiệt do bức xạ mặt trời chiếu vào: QMT = (1-a) I FCT [Kcal/h] (1-22) - a: Hệ số phản bức xạ của bề mặt da hay quần áo phụ thuộc vào màu sắc. Ví dụ: + Da màu trắng: a = 0,45 + Da màu vàng: a = 0,4 + Da màu đen: a= 0,16÷0,22 - I [Kcal/m2h]: Cường độ bức áo màu trắng: a = 0,75. Bức xạ của mặt trời chiếu vào người tra bảng theo tài liệu khí hậu của địa phương. 2 - FCT (m ): Diện tích bề mặt cơ thể chịu bức xạ mặt trờivà cĩ thể lấy như sau: + Khi đứng: F = 0,6. m2 + Khi ngồi: F = 0,25 m2 15
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - e. Lượng nhiệt mà cơ thể trao đổi với mặt trời do bốc hơi mồ hơi. 0,8 Qmh = 29,1.v (42-eT) [Kcal/h] (1-23) - v(m/s): vận tốc giĩ trong phịng. - eT(mmHg): áp suất riêng của hơi nước trong khơng khí. - 42: áp lực riêng của hơi nước bão hồ trên bề mặt da. f: Lượng nhiệt tổn hao cho lao động cơ học của con người: Lượng nhiệt này chiếm từ 20÷35% lượng nhiệt do sinh lý sinh ra của con người và được tính: Qlđ = 0,2 (M-My) (1-24) - M[Kcal/h]: lượng nhiệt do quá trình sinh lý sinh ra khi cơ thể lao động. - My[Kcal/h]: lượng nhiệt do quá trình sinh lý sinh ra khi con người khơng lao động. h. ∆Q[Kcal/h] = M - [ ± Qlx ± QLĐ-Qmh+QMT+Qlv] (1-25) ∆Q: Lượng nhiệt cong lại trong cơ thể_Nĩ quyết định cảm giác nhiệt của người ở trong phịng. - ∆Q>0: cơ thể con người thừa nhiệt, nên cảm giác nĩng bức khĩ chịu. - ∆Q<0: cơ thể con người thiếu nhiệt, nên cảm giác lạnh buốt khĩ chịu. - ∆Q=0: cơ thể cân bằng về nhiệt, nên cảm giác dễ chịu ám áp về mùa đơng và mát mẻ về mùa hè. 0 3.1.2 Nhiệt độ hiệu quả tương đương: thqtd ( C) Sự trao đổi nhiệt giữa cơ thể với MT xung quanh phụ thuộc vào nhiệt độ (t), độ ẩm (ϕ ) và tốc độ chuyển động của khơng khí (v). Ba yếu tố này được tổ hợp lại để đánh giá tác động của vi khí hậu đến cơ thể con người được đặc trưng bằng “nhiệt độ hiệu quả tương đương”. a.Định nghĩa: Nhiệt độ hiệu quả tương đương (thqtd) của mơi trường khơng khí cĩ nhiệt độ t, độ ẩm ϕ , tốc độ chuyển động của khơng khí v là nhiệt độ của khơng khí 16
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - bảo hồ (ϕ = 100%); khơng chuyển động (v=0) nhưng cùng cĩ tác dụng gây cảm giác (nĩng, lạnh, dễ chịu) như tác dụng của mơi trường khơng khí đang xét. b.Cơng thức: thqtd = 0,5 (tk-tư) – 1,94 v (1-26) 0 - tk, tư( C): Nhiệt độ khơ và nhiệt độ ướt của khơng khí. - v(m/s): vận tốc chuyển động của khơng khí trong phịng. c. Biểu đồ xác định nhiệt độ hiệu quả tương đương (Hình 1-8) . Hình 1.8 17
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Biểu đồ xác định nhiệt độ hiệu quả tương đương được xây dựng dựa trên cơng thức (1-26) do hội kỹ thuật thơng giĩ Mỹ đưa ra: Cấu tạo biểu đồ gồm: - Trục đứng bên trái cho giá trị nhiệt độ khơ tk. - Trục đứng bên phải cho giá trị nhiệt độ ướt tư. - Chùm đường cong giữa hai trục đứng ghi tốc độ chuyển động của khơng khí v = (0÷3,5); điểm thắt của chùm đường cong ứng với t = 36,50C là nhiệt độ của cơ thể người bình thường khỏe mạnh. - Đường chéo cắt ngang đường cong cho trị số thqtd. d. Cách sử dụng: Biết tk, ϕ , v của trạng thái khơng khí. Từ biểu đồ I.d ta tìm được tư của trạng thái khơng khí đĩ. Trên biểu đồ hình 1-8 ta nối tk và tư gặp đường cong v tại đâu thì ở đĩ ta tìm được thqtd. 0 Ví dụ: cho tk = 20 C, ϕ = 60% và v = 0 m/s. Tìm thqtd = ? Dựa vào biểu đồ I.d ta tìm được nhiệt độ ướt của trạng thái khơng khí. Với tk = 0 0 20 C, ϕ = 60% ta cĩ tư=15 C. Trên biểu đồ nhiệt độ hiệu quả tương đương ở 2 trục 0 0 đứng ta xác định được hai điểm A và B tưng ứng với tk = 20 C và tư = 15 C. Nối 2 điểm A và B; đường thẳng AB cắt đường cong v = 0 m/s tại điểm C. Điểm C cho trị 0 số thqtd = 18,3 C. 0 Nếu khơng khí cĩ tk và tư như trên nhưng v = 0,5 m/s thì thqtd = 17,5 C. e. Một số trường hợp đặc biệt. 0 + Khơng khí cĩ nhiệt độ tk cao hơn thân nhiệt (36,5 C) thì giĩ càng lớn thì thqtd càng lớn và cảm giác nhiệt càng nĩng bức. 0 + Khơng khí cĩ nhiệt độ tk < 7,5 C, độ ẩm của khơng khí càng lớn, tư càng thấp nên thqtd càng thấp nên cảm giác nhiệt của con người càng lạnh buốt. + Trên biểu đồ thqtd (hình 1-8)cĩ xác định vùng ơn hồ về mùa hè và mùa 0 0 đơng (mùa hè thqtd từ 17.5-25.5 C và mùa đơng thqtd từ 15.5-23.5 C)và độ ẩm từ (60- 70)%với vgiĩ=0.5m/s(khi khơng làm việc); vgiĩ=3-4m/s(khi lao động) 18
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.2. Tác dụng của mơi trường khơng khí đến quá trình sản xuất: Trong các nhà máy, giải quyết tốt mơi trường làm việc cho cơng nhân thì sức khoẻ của họ được đảm bảo, tuổi thọ được kéo dài và năng suất lao động tăng. Mặt khác mơi trường khơng khí cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất, đến chất lượng sản phẩm trong hầu hết các ngành cơng nhiệp: hố chất, thực phẩm, dệt, in, chế tạo cơng cụ và thiết bị. Mỗi quá trình cơng nghệ địi hỏi phải tiến hành trong 1 mơi trường khơng khí cĩ nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động của khơng khí ổn định. 3.2.1 Cơng nghệ dệt: Nguyên liệu trong cơng nghệ dệt là bơng và sợi, nĩ rất dễ hút ẩm nên ứng với mỗi trạng thái khơng khí sẽ cĩ độ ẩm tương đương của sợi, Nếu độ ẩm lớn, sợi sẽ thơ, nhiều mắt, khi dệt mặt vải khơng mịn, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Ngược lại, nếu độ ẩm của mơi trường khơng khí quá nhỏ dẫn đến sợi mịn, nhỏ nhưng khi dệt dễ đứt (khĩ dệt), mặt vải đều và đẹp hơn. Do đĩ cấu tạo và mơi trường khơng khí thích hợp. Bảng 1-2: Trạng thái khơng khí cần thiết trong cơng nghệ sợi, dệt. Cơng nghệ Chải ghép Kéo sợi Dệt Mùa t0C ϕ (%) t0C ϕ (%) t0C ϕ (%) Mùa hè 32 55 29 80 30 75 Mùa đơng 20 55 20 80 23 75 3.2.2 Nhà máy thuốc lá: Để đảm bảo chất lượng thuốc lá phải tạo ra một mơi trường khơng khí thích hợp trong qua trình sản xuất và bảo quản. Đặc biệt là khâu lên men để đảm bảo chất lượng và làm cho thuốc cĩ hương vị thích hợp. Việc lên men được thực hiện nhiều 19
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - cấp trên dây chuyền sản xuất với yêu cầu và thời gian trạng thái khơng khí khác nhau trong các phịng đặc biệt. Bảng 1.3. Trạng thái khơng khí cần thiết trong cơng nghệ thuốc lá Cơng nghệ Thơng số Làm ẩm Tước cuống Cuốn điếu Đĩng bao Bảo quản Nhiệt độ 22-24 22-24 22-24 22-24 18-20 Độ ẩm ϕ = 90-93% ϕ = 75-80% ϕ = 55-60% ϕ = 60% ϕ = 60-65% 3.2.3 Nhà máy thực phẩm Các nhà máy thực phẩm sử dụng nguyên liệu ở dạng bột (bột mỳ, bột ngũ cốc) cần giảm nồng độ bụi và khả năng tán bụi ra mơi trường xung quanh. - Đối với kho bột: t = (20÷25)0C; ϕ = 60% - Khu vực nhào trộn: t = (25÷27)0C; ϕ = (60% ÷ 75%) - Khu vực lên men: t = (0÷5)0C; ϕ = 60%. Sản xuất bia cũng yêu cầu mơi trường khơng khí đặc biệt: - Phịng lên men: t = (8÷15)0C - Phịng bảo quản: t = 50C; ϕ = (60%÷65%) 4: BỤI TRONG KHƠNG KHÍ VÀ ĐỘC HẠI 4.1 Bụi trong khơng khí: Bụi trong khơng khí là yếu gây nhiều tác hại: tổn thương đường hơ hấp, ảnh hưởng đến mặt, da và các bộ phận khác của cơ thể con người. Mặt khác bụi cịn làm giảm cường độ ánh sáng mặt trời, tăng sự mài mịn chi tiết máy, làm giảm sự phát triển của thực vật và mơi trường tốt cho vi trùng phát triển. Ở nồng độ nhất định cĩ thể gây nổ. 20
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Dựa vào kích thước, cỡ hạt bụi mà người ta chia ra thành các loại sau: - Khĩi hoặc mây: là các hạt cĩ δ 10 µ m và rơi trong khơng khí cĩ gia tốc. Nồng độ bụi trong tự nhiên phụ thuộc vào địa điểm: Ở nơng thơn, rừng núi ít bụi hơn ở thành phố và khu đơ thị Tất cả các loại bụi đều gây hại đối với con người dưới các dạng sau: - Biến dạng dần cơ phổi do bụi silic, bụi amiăng, bui XM - Gây độc do thở phải bụi chì (Bb), bụi Asen (As) - Gây vàng da do thở bụi kẽm. Muốn giảm tốt nhất lượng bụi trong khơng khí ta phải tiến hành lọc bụi trước khi đưa khi đưa khơng khí vào phịng, hút và làm sạch bụi khí thải trước khi thải vào mơi trường. 4.2 Khí độc hại: cĩ nhiều loại. 4.2.1 Mùi hơi thối: Thường được sinh ra từ nhà bếp, khu vệ sinh trong các phịng thí nghiệm, trong các phân xưởng sản xuất và quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong mơi trường. Ở nước ta, điều kiện giữ vệ sinh khơng tốt, thời tiết mưa nắng thất thường tạo điều kiện cho sự phát triển mùi hơi thối, nấm mốc 4.2.2 Khí độc hại trong cơng nghiệp: Các nhà máy sản xuất cơng nghiệp đều sinh ra các loại khi độc hại như CO, CO2, SO2, Nox - Khí CO: sinh ra do quá trình cháy khơng hồn tồn khi đốt nhiên liệu là than, là loại khí độc hại đối với con người. - Khí SO2: là khí khơng màu, cĩ mùi khĩ chịu. Ảnh hưởng đến hệ hơ hấp và làm tổn thương phổi. Khí SO2 được hình thành do đốt nhiên liệu cĩ chứa hợp chất lưu huỳnh. 21
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Hơi Clo (Cl2): cĩ mùi khĩ chịu, tác dụng đến bộ máy hơ hấp, nồng độ cao làm rối loạn nhịp tim và gây tử vong. - Hơi Clorua hyđrơ (HCl): Gây run giật, tổn thương phế quản cĩ khả năng ăn mịn kim loại. Ngồi ra, trong các dây chuyền sản suất, cịn sinh ra các chất khí độc hại khác nhau. Tuỳ theo thời gian tiếp xúc và nồng độ của chúng mà cĩ thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người và các hệ sinh thái khác. 22
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chương II: TỔ CHỨC THƠNG GIĨ. 1: CÁC SƠ ĐỒ THƠNG GIĨ CƠ BẢN. Trong một phịng kín ta cĩ thể thay đổi khơng khí bên trong đã bị ơ nhiễm (do nhiệt,do bụi,do khí độc ) bằng khơng khí trong sạch đưa từ ngồi vào trong một khoảng thời gian nhất định (thơng giĩ định kỳ) hoặc trong một thời gian khơng hạn chế (thơng giĩ thường xuyên ). được gọi là thơng giĩ cho phịng. 1. 1Thơng giĩ định kỳ: Là hệ thống thơng giĩ hoạt động theo những thời gian nhất định, thường áp dụng ở những nơi lưu lượng trao đổi khơng khí khơng lớn lắm, lượng độc hại toả ra ít, hệ thống thơng giĩ đơn giản, hoặc dùng ở những nơi chất độc hại toả ra định kỳ. Trường hợp đặt biệt của thơng giĩ định kỳ là thơng giĩ sự cố. Đĩ là sự thay đổi nhanh chĩng thể tích khơng khí trong phịng đã bị ơ nhiễm để khỏi ảnh hưởng đến sức khoẻ của cơng nhân và tác hại đến sản xuất. Trong thơng giĩ sự cố thường dùng hệ thống thơng giĩ áp suất âm (chỉ cĩ hút chứ khơng cĩ thổi) đảm bảo khí độc hại khơng bị lan toả ra ngồi. Thiết bị phát hiện và xử lý thường tự động (các rơ le kích thích nồng độ độc hại, các rơle nối mạch điện ) hoặc đĩng mở hệ thống bằng tay. Trong các phịng cĩ bố trí hệ thống thơng giĩ sự cố, để nhanh chĩng đưa nồng độ độc hại giảm nhanh xuống dưới mức cho phép, ngồi việc bố trí hệ thống hút cĩ lưu lượng lớn_Các hệ 1.2.Thơng giĩ thường xuyên. Là hệ thống thơng giĩ hoạt động liên tục trong suốt thời gian làm việc và nghỉ ngơi của con người. Đặc điểm của hệ thống thơng giĩ này: + Lượng khơng khí đưa vào phịng tương đối lớn để cho yp nồng độ cho phép theo TCMT. + Hệ thống này thường thực hiện trong tồn phịng hay một số vị trí trong phịng. Nĩ gồm 2 loại. 23
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1.2.1.Thơng giĩ chung: Được thực hiện trong phịng mà nguồn độc hại phân bố đều (trường học, nhà hát, bệnh viện) hoặc ở những phịng mà khơng đốn trước được nguồn độc hại sẽ xuất hiện ở vị trí nào(cửa hàng ăn,quán giải khát, câu lạc bộ .) + Hệ thống thơng giĩ chung cĩ nhược điểm là nơi khơng cĩ độc hại cũng bị ảnh hưởng của nguồn độc hại nơi khác tràng qua. 1.2.2.Thơng giĩ cục bộ. Được thực hiện để thải chất trực tiếp chất độc hại từ nguồn phát sinh ra ngồi (thải cục bộ) hoặc là thổi khơng khí sạch vào các vị trí cần thiết và biết trước (thổi cục bộ Hình 2-1- Thơng giĩ cục bộ Hình 2-1- Thơng giĩ tải chỗ Hình 2.1 Hình 2.2 Tuỳ theo điều kiện thực tế, trong một cơng trình cĩ thể vừa kết hợp thơng giĩ chung vừa thơng giĩ cục bộ. 24
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2: PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THƠNG GIĨ. Người ta căn cứ vào sự chuyển động của khơng khí để phân loại.Thường cĩ hai loại: thơng giĩ tự nhiên và thơng giĩ cưỡng bức. 2.1.Thơng giĩ tự nhiên. Sự chuyển động của khơng khí từ trong nhà ra ngồi nhà (hay ngược lại) là do chênh lệch nhiệt độ bên trong ra bên ngồi nhà(hay ngược lại) là do chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngồi. Từ chỗ chênh lệch nhiệt độ dẫn tới chênh lệch áp suất và làm cho khơng khí chuyển động. 2.1.1 Hiện tượng giĩ lùa: Khơng khí vào nhà và ra khỏi nhà qua các khe hở của cửa và qua các lỗ trên tường khi cĩ giĩ thổi được gọi là giĩ lùa. Hiện tượng giĩ lùa đều khơng khống chế được lưu lượng, khơng điều chỉnh được vận tốc giĩ và hướng giĩ nên cịn được gọi là thơng giĩ tự nhiên vơ tổ chức. 2.1.2 Thơng giĩ tự nhiên cĩ tổ chức: Xác định được diện tích của giĩ vào, diện tích giĩ ra – xác định được lưu lượng thơng giĩ cho phịng -> điều chỉnh được vận tốc hướng giĩ đĩ là hiện tượng thơng giĩ tự nhiên cĩ tổ chức. Thơng giĩ tự nhiên cĩ tổ chức cĩ ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế vì khơng tốn kém thiết bị, khơng tốn điện năng nhưng vẫn giải quyết tốt vấn đề thơng giĩ. Vì vậy, ở Việt Nam được áp dụng rất nhiều đặc biệt là trong các phân xưởng nĩng cĩ nhiệt thừa và trong các nhà cơng nghiệp một tầng. 2.1.3 Thơng giĩ trọng lực: là hệ thống thơng giĩ tự nhiên dưới sức đẩy của trọng lực hay cịn gọi là thơng giĩ cột áp là thơng giĩ tự nhiên bằng mương dẫn được áp dụng trong các nhà dân dụng và cơng cộng. Khơng khí chuyển động trong mương dẫn do chênh lệch áp suất của cột khơng khí bên trong và bên ngồi nhà. Thường dùng để thơng giĩ ở các ống khĩi của các nhà ở gia đình. Hình 2.3: Thơng giĩ trong các phịng ở Hình 2.4: Thơng giĩ tự nhiên trong nhà cơng nghiệp Hình 2.5: Thơng giĩ tự nhiên trong nhà ở, nhà cơng cộng 25
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.2. Thơng giĩ cưỡng bức.(thơng giĩ cơ khí): Là hệ thống thơng giĩ hoạt động để đưa khơng khí từ trong phịng ra ngồi (hay ngược lại) nhờ tác động của máy quạ và động cơ. Thường cĩ hai loại: 2.2.1 Hút cơ khí: Hút khơng khí bị ơ nhiễm, hút nhiệt, hút bụi từ các nguồn phát sinh để đưa ra khỏi phịng để đảm bảo điều kiện vệ sinh cho mơi trường gọi là hút I cơ khí. Lúc đĩ ε = V 1 (2-2) I R 3 Với Lv, LR (m /h): là lưu lượng khơng khí vào, ra khỏi phịng. 26
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.2.3 Hệ thống điều hồ khơng khí: Trong hệ thống thơng giĩ cơ khí cĩ đầy đủ các thiết bị để xử lý khơng khí đảm bảo yêu cầu của con người và yêu cầu cơng nghệ gọi là hệ thống điều hồ khơng khí. Các thiết bị đĩ bao gồm: thiết bị lọc bụi, thiết bị sấy nĩng, làm lạnh, làm ẩm khơng khí 3. XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG KHƠNG KHÍ TRAO ĐỔI. (Lưu lượng thơng giĩ) 3.1 Khái niệm: Lưu lượng thơng giĩ L(m3/h) là lượng khơng khí cần thiết để đưa vào nhà (hay đưa ra khỏi nhà) trong một đơn vị thời gian. Việc xác định lưu lượng thơng giĩ phụ thuộc vào tính chất đặc điểm cơng trình và được xác định cho từng trường hợp riêng biệt. 3.2 Cách xác đinh L(m3/h, kg/h) 3.2.1 Đối với phịng nhà ở và phịng cơng cộng. Lưu lượng trao đổ khơng khí ở đây nhằm đảm bảo yêu cầu về vệ sinh nên xác đinh theo hai trường hợp sau đây: + Bội số trao đổi khơng khí m: L m = -> L = m.V (m3/h) (2-3) V Trong đĩ: - L(m3/h, kg/h): lưu lượng thơng giĩ. - V: Thể tích phịng (m3) - m: bội số trao đổi khơng khí - số lần thể tích khơng khí thay đổi trong một giờ. Thường tra trong bảng. Ví dụ: -Trong trường học: m = (3-6) lần số lầ n hút -Nhà trẻ m = (2-5) lần + Thể tích khơng khí bình quân: Là thể tích khơng khí tính bình quân cho một người trong một giờ. Thơng thường mỗi người trong một giờ cần (20-40) m3 27
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - khơng khí tuỳ theo tính chất của từng phịng mà chọn tiêu chuẩn bình quân đầu người và hệ số m cho phù hợp. 3.2.2 Đối với các phân xưởng, nhà cơng nghiệp: Trong các nhà cơng nghiệp, khơng khí bị nhiễm bẩn do các quá trình cơng nghệ, toả nhiệt,toả chất độc từ các thiết bị sản xuất. Nhiệm vụ chính là phải xác định được lưu lượng khơng khí đưa vào trong phịng để khử hết chất độc hại này. a) Thơng giĩ khử nhiệt thừa. Lượng nhiệt do các nguồn toả ra từ các thiết bị vào trong nhà khi khơng truyền qua hết các lớp kết cấu bao che (tường,mái, cửa) mà cịn lưu lại trong gian xưởng ta gọi là nhiệt thừa, ký hiệu Qth. Lượng nhiệt thừa cĩ tác dụng nung nĩng khơng khí trong phịng. Vì vậy trong thơng giĩ ta phải xác đinh lưu lượng thơng giĩ để khử hết lượng nhiệt thừa này. Q L = th [kg/h; m3/h] (2-4) C(tR − tV ) Trong đĩ : Qth: Lượng nhiệt thừa cịn lại trong nhà. (KCa1/h) C = 0,24 [Kcal/h]: Tỉ nhiệt của khơng khí 0 tR, tV [ C]:Nhiệt độ của khơng khí đi ra và đi vào nhà b)Thơng giĩ chống độc hại. G L = CÐ [Kg/h] (2-5) ycf − y0 Trong đĩ: -GCÐ [Kg/h]: Lượng chất độc toả ra trong một giờ. - ycf ; y0 [mg/g hay g/kg]: nồng độ độc hại cho phép và nồng độ độc hại của khơng khí đưa vào. c) Thơng giĩ chống hơi nước. 28
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - G L = hn [Kg/h] (2-6) dR − dV Trong đĩ: + Ghn: lượng hơi nước toả vào trong phịng [g/h] + dR, dv: Dung ẩm của khơng khí của khơng khí ra và vào được xác định tương ứng theo biểu đồ I.d với cặp thơng số t, φ 4: SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHƠNG KHÍ TRONG CÁC PHỊNG THƠNG GIĨ 4.1. Quy luật chuyển động của khơng khí ở miệng thổi độc lập: Dịng khơng khí xuất phát từ các miệng thổi theo từng luồng. +Nếu nhiệt độ của luồng khơng khí bằng nhiệt độ mơi trường xung quanh (tl = txq) thì luồng phát triển về hai phía và nhận trục của luồng làm trục đối xứng: +Nếu tl txq thì luồng sẽ hướng lên trên. Hình (2-6) 29
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4.1.1 Khảo sát sự chuyển động của khơng khí của luồng tự do đẳng nhiệt: Hình 2.7 a)Đối với miệng thổi hình trịn: Trên hình (2-5)biểu diễn sự chuyển động của khơng khí xuất phát từ miệng thổi hình trịn, tự do và đẳng nhiệt luồng khơng khí ra khỏi miệng thổi với gĩc mở α và được xác định bằng cơng thức sau: tgα = 3,4 a. (2-7) + Với a: hệ số rối của luồng được xác định theo bảng 2-1 (hệ số rối của luồng phụ thuộc vào cấu tạo của miệng thổi) Luồng được phân thành 2 đoạn. -Đoạn đầu: Vận tốc dọc trục vx khơng đổi vx= v0. Luồng tạo thành một hình chĩp cĩ đáy là miệng thổi và đỉnh là điểm cuối đoạn đầu, ta gọi hình chĩp là nhân của luồng. *Chiều dài đoạn đầu: d0 l0= 0,335 (2-8) a Trong đĩ: + d0: đường kính của miệng thổi. + a: Hệ số rối của luồng. 30
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - -Đoạn chính: kể từ điểm cuối của đoạn đầu trở đi. Vận tốc dọc trục trong đoạn chính tại tiết diện x. 0.48 v = v (2-9) x 0 a x + 0,145 d0 Vận tốc tại tiết diện x và cách trục 1 đoạn y là a.x vxy = 4,36 L0 ( + 0,145) (2-10) d0 Với v0(m/s): vận tốc tại miệng thổi. 3 l0 (m /h): Lưu lượng tại miệng thổi. b. Luồng phẳng. Đối với một luồng khơng khí xuất phát từ miệng phẳng (hoặc miệng thổi hình chữa nhật cĩ chiều cao rất bé so với chiều rộng) cũng giống như miệng thổi trịn. Các thơng số được xác định như sau: + Gĩc mở α: tgα = 2,14a (2-11) b0 + Chiều dài đoạn đầu: l0 = 0,515 (2-12) a 0,848 + Vận tốc dọc trục đoạn chính: vx = vo (2-13) a.x + 0.205 b0 +Lưu lượng của luồng tại tiết diện x a.x Lx = 1,7 l0 + 0.205 (2-13) b0 Trong đĩ: -a: hệ số rối của luồng -b0: chiều rộng của khe (m) 4.1.2.Tác dụng tương hổ giữa các luồng và sự biến dạng của luồng 31
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - a) Nếu đặt miệng thổi sát với tường (hình 2-8). Ta thấy dịng khơng khí sẽ phát triển về một phía và nhận mép tường làm trục đối xứng. Cơng thức tính tốn cũng giống như luồng trịn nhưng hệ số rối lấy bằng 0,71a trong bảng b) Miệng thổi đặt xa tường một ít: Nếu đưa miệng thổi ra xa tường thì luồng sẽ cong về phía tường vì ảnh hưởng của áp suất âm xuất hiện về phía tường. Hình dáng của luồng bị biến dạng theo hình (2-9) c) Hai miệng thổi đặt gần nhau: (hình 2-10) biểu diễn 2 luồng từ hai miệng thổi giống nhau. đoạn AB vẫn giữ nguyên tính chất của hai luồng khí riêng biệt. Điểm A là điểm bắt đầu hồ trộn. Đoạn AB khi hai luồng đã hồn trộn vào nhau nhưng vẫn giữ nguyên trục riêng biệt. Từ B trở đi hai luồng nhập làm một, cĩ trục luồng nằm giữa hai trục luồng riêng biệt. Loại miệng thổi này rất thơng dụng trong các phịng thơng giĩ cĩ chiều cao thấp và sự trao đổi khơng khí lớn. 4.1.3.Sự chuyển động của khơng khí trong phịng cĩ giới hạn Trong khơng gian giới hạn, khi ra khỏi miệng thổi một đoạn nào đĩ luồng khơng thể phát triển được nữa mà bị thắt lại. Diện tích luồng chỉ phát triển được đến (20-25)% diện tích mặt cắt ngang của phịng. Khi luồng phát triển đến trị số tối đa F L = (40 − 42)% thì luồng bé dần và tan ra khi đĩ khơng gian trong phịng chỉ cịn lại phần FP khơng khí tuần hồn 32
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 2.10 4.2 Quy luật chuyển động của khơng khí tại miệng hút. 33
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Phạm vi tác dụng của miệng hút hẹp, tốc độ chuyển động của khơng khí xung quanh miệng hút giảm khá nhanh. Nếu là miệng hút trịn (hình 2-11) thì thường tốc độ được phân bố trên những mặt cầu cĩ tâm là tâm của miệng hút. Lượng khơng khí qua các mặt cầu hầu như khơng thay đổi mấy mà diện tích lại tỷ lệ với bán kính nên tốc độ trên các mặt cầu giảm, tỷ lệ nghịch với bình phương bán kính. Vì vậy xa miệng hút, tốc độ chuyển động của khơng khí giảm rất nhanh. Quy luật giảm vận tốc tại vùng gần miệng hút phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của miệng hút (hình 2-10) Hình 2.11 Nếu tại kết cấu gấp vài lần đường kính của miệng thổi, tức là đoạn đầu của luồng tự do,vận tốc của luồng khơng đổi thì đối với miệng hút tại khoảng cách bằng một đường kính của miệng;vận tốc của khơng khí chỉ cịn 5% vận tốc lớn nhất tại miệng hút (hình 2-11a) 34
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chương III TÍNH TỐN NHIỆT THỪA Nhiệm vụ chính của kỷ thuật thơng giĩ là: Chống nĩng, chống lạnh, khử các loại khí độc , khử hơi nước, khử bụi, nhưng chống nĩng vẫn là nhiệm vụ quan trọng hơn cả. Trong sản xuất, cũng như trong sinh hoạt, con người sử dụng rất nhiều năng lượng. Các dạng năng lượng này thường chuyển hố và sinh ra nhiệt thừa phát tán vào trong khơng khí làm tăng nhiệt độ của mơi trường. Để giải quyết được vấn đề thơng giĩ chống nhiệt, chúng ta cần phải xác định được lượng nhiệt thừa toả ra trong phịng. Vậy: lượng nhiệt thừa của một phịng là hiệu số giữa lượng nhiệt toả ra bên trong nhà và lượng nhiệt tổn thất ra bên ngồi nhà. n n Q thừa = ∑∑Qi(toa) − Qi(TT ) (3-1) i=1 Trong đĩ: + Q thừa: lượng nhiệt thừa cịn lại trong nhà. n + ∑Qi(toa) [kcal/h]: tổng lượng nhiệt toả ra trong nhà do các i=1 nguyên nhân sau: - Toả nhiệt do người - Toả nhiệt do thắp sáng và các máy mĩc dùng điện. - Toả nhiệt do các quá trình cơng nghệ. - Toả nhiệt do đốt cháy nguyên liệu, do các bề mặt lị nung. - Toả nhiệt do bức xạ mặt trời truyền qua kết cấu. n +∑Qi(TT ) [kcal/h]: Lượng nhiệt tổn thất ra ngồi nhà chỉ xẩy ra i=1 trong trường hợp nhiệt độ bên trong nhà lớn hơn nhiệt độ bên ngồi nhà và lượng nhiệt này truyền qua kết cấu bao che (tường, mái, trần, cửa ) 35
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trường hợp nhiệt độ bên ngồi nhà cao hơn nhiệt độ khơng khí bên trong nhà thì chiều dịng nhiệt sẽ ngược lại và lúc đĩ phải coi lượng nhiệt này như lượng nhiệt toả ra bên trong nhà. n 1. TÍNH TỐN LƯỢNG NHIỆT TỔN THẤT ∑Qi(TT ) [kcal/h]: i=1 1.1 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che. Khi cĩ sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngồi nhà, thì cĩ sự truyền nhiêt qua các kết cấu bao che của nhà, chiều dịng nhiệt đi từ phía cĩ nhiệt độ cao đến phía cĩ nhiệt độ thấp và lượng nhiệt này được xác định theo cơng thức sau đây: Q = k.F.∆ttt (Kcal/h) Trong đĩ : + K: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che (kcal/m2hoc) + F: Diện tích truyền nhiệt của kết cấu bao che,(m2) + ∆ttt :Hiệu số nhiệt độ tính tốn giửa nhiệt độ bên trong và bên ngồi nhà:(oc). Trong quá trình tính tốn chúng ta phải tính được hệ số truyền nhiệt k của tất cả các loại kết cấu và diện tích của nĩ cũng như sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai phía của kết cấu đĩ, cuối cùng tổng kết lại mới tìm được lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của căn phịng hay phân xưởng ta phải tính tốn. 1.1.1- Hiệu số truyền nhiệt của kết cấu bao che. Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che của nhà, cơng trình được xác theo cơng thức sau đây. 1 1 1 k = = n = n (3-4) R0 1 1 δ i 1 RT + ∑ Ri + ∑ + i=1 RN α T i=1 λi α N Trong đĩ: + k: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che (kcal/m2h0C) 36
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2 0 + R0: Tổng nhiệt trở của kết cấu bao che. (m h C/ kcal) + αT αN: Hệ số trao đổ nhiệt bề mặt bên trong và bên ngồi kết cấu bao che (kcal/m2h0C) + δi: Bề dày lớp vật liệu thứ i của kết cấu (m) 0 + λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i của kết cấu (kcal/mh C) a) Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt α. Trên bề mặt phía trong cũng như phía ngồi của kết cấu bao che cĩ hiện tượng trao đổi nhiệt với khơng khí xung quanh, sự trao đổi nhiệt giữa các bề mặt với khơng khí xung quanh theo lý thuyết truyền nhiệt, xảy ra dưới hai hình thức: trao đổi nhiệt bức xạ và tra đổi nhiệt đối lưu được biểu diễn theo biểu thức: 2 0 α = αđl + αbx ( Kcal/m h C) (3-5) Trong đĩ: + αĐL : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu + αBX: Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ . Trong thực tế quá trình trao đổi nhiệt bức xạ ở đây khơng lớn lắm mà chủ yếu là quá trình trao đổi nhiệt đối lưu.Trong thực tế hệ số này thường xác định bằng thực nghiệm. Bảng 3-1:HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT BỀ MẶT α 2 0 2 0 Loại va vị trí của kết cấu bao α(kcal/m h C) R’(m h C/ kcal) che αT αN RT RN * Bề mặt trong của tường sàn, trần là bề mặt nhẵn 7.5 - 0.133 - * Bề mặt trong của tường, trần, sàn cĩ gờ 6.5-7 - 0.154-0.143 - * Bề mặt ngồi của tường, 37
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - sàn, mái cĩ tiếp xúc trực tiếp với khơng khí. - 20-25 0.05-0.04 - * Bề mặt ngồi của tường, mái tiếp xúc khơng trực tiếp với khơng khí ngồi nhà. 10-15 0.1-0.07 b- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu. λ Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thay đổi phụ thuộc vào các tính chất của vật liệu như: độ rỗng, độ ẩm, nhiệt độ v.v . Độ rỗng của vật liệu càng lớn thì hệ số dẫn nhiệt càng bé vì trong các lỗ rỗng của vật liệu chứa đầy khơng khí mà ta biết khơng khí là loại cĩ hệ số dẫn nhiệt bé nhất.Trong thực tế,ta thường gặp,các loại vật liệu xốp, rỗngcĩ trọng lượng riêng nhỏ. Độ ẩm của vật liệu càng lớn thì hệ số dẫn nhiệt càng lớn.Khi vật liệu ẩm tức là trong các lỗ rỗng chứa đầy nước mà nước lại cĩ hệ số dẫn nhiệt lớn hơn rất nhiều so với khơng khí. 0 0 Ta cĩ: λkk=0.06(Kcal/mh C); λn=(0.5-2)Kcal/mh C Nhiệt độ của vật liệu càng tăng thì hệ số dẫn nhiệt càng tăng. Sự thay đổi hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ biểu diễn theo biểu thức sau. λt = λ0 + b.t (3-5)@ Trong đĩ: 0 λ0: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở 0 C 0 λt: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở t C. b: Hệ số tỷ lệ kể đến độ tăng hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ.Hệ số b thường nhỏ và thay đổi trong giới hạn= (0,0001-0,001) 38
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - t0c: Nhiệt độ của vật liệu Hệ số dẫn nhiệt của các loại vật liệu cĩ thể tham khảo ở bảng 3-2 Bảng 3-2.Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu:λ HỆ SỐ Trọng lượng Vật liệu Loại 3 (Kcal/mh0C) riêng (Kg/m ) Bê tơng cốt thép 1.4 2500 Bê tơng gạch 0.9 2000 Bê tơng xỉ 0.65 1600 Bê tơng Bê tơng bọt 0.34 1000 Gạch đất sét, vữa nặng 0.6-0.70 1800 Tường Gạch đất sét vữa nhẹ 0.65 1700 gạch Tường gạch silicat 0.90 1900 Gỗ dọc thớ 0.30 550 Gỗ Gỗ ngang thớ 0.15 550 Kính Kính thường 0.65 2500 1.1.2 Diện tích truyền nhiệt của kết cấu bao che. F(m2) Diện tích truyền nhiệt của kết cấu bao che được tính theo kích thước kết cấu. a,+Chiều cao phịng lấy từ mặt sàn tầng nọ đến mặt sàn tầng kia. b,+Đối với diện tích tường: -Đối với tường ngồi: kích thước lấy từ mép ngồi tường. -Đối với tường trong: kích thước lấy từ tim tường. -Đối với cửa sổ cửa đi: kích thước lấy theo mép trong. 39
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - c, Đối với nền: việc tính tốn truyền nhiệt qua nền rất phức tạp và thường dùng phương pháp tính tốn gần đúng phù hợp với thực nghiệm. Ta chia nên ra thành bốn dải (hình 3-1) dọc theo tường ngồi theo thứ tự I,II,III,IV từ ngồi vào trong. Dải I,II, và III mỗi dải rộng 2m, riêng dải IV là dải cuối cùng theo phần diện tích cịn lại. Dải I các gĩc được tính 2 lần vì ở đĩ cĩ sự truyền nhiệt qua nền ra 2 phía Hình 3.1 +Đối với nền tầng một ta chia như hình 3-2a +Đối với nền tầng hầm ta chia như hình 3-2b. Hình 3.2a Hình 3.2b 40
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Về cấu tạo nền chia thành nhiều loại, về phương diện truyền nhiệt cĩ thể phân thành nền cách nhiệt, nền khơng cách nhiệt hay nền đặt trên gối tựa. *Đối với nền khơng cách nhiệt (tức là lớp vật liệu của nền cĩ λ >1 Kcal/mh0C) và khi đĩ hệ số truyền nhiệt k của các dải lấy như sau: 2 0 Dải I cĩ KI= 0.4 và RI = 2,5 (m h C/ kcal) 2 0 Dải II cĩ KI= 0.2 và RII = 5 (m h C/ kcal) 2 0 Dải III cĩ KIII=0.1 và RIII = 10 (m h C/ kcal) 2 0 Dải I cĩ KIV= 0.06 và RIV = 16,5 (m h C/ kcal) *Đối với nền cách nhiệt: tức là nền cĩ một trong các lớp vật liệu cĩ hệ số λ < 1 Kcal/mh0C thì nhiệt trở của các lớp nền cách nhiệt được tính như sau: ' CN KCN δ Ri = Ri + (3-6) λ' CN Trong đĩ: - Ri : nhiệt trở của các dải nền cách nhiệt. KCN - Ri : nhiệt trở của các dải nền khơng cách nhiệt. - δ ' , λ' : Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp nền cách nhiệt, tức là lớp cĩ λ < 1 Kcal/mh0C * Đối với nền đặt trên gối tựa, ta cũng chia thành các dải như trên, nhưng nhiệt trở được xác đinh theo cơng thức CN gối Ri Ri = (3-7) 0.85 0 1.1.3 - Hiệu số nhiệt độ tính tốn ∆ttt ( C) Hiệu số nhiệt độ tính tốn giữa khơng khí bên trong và bên ngồi nhà được xác định theo cơng thức. tt tt 0 ∆ttt = Ψ(t T – t N ) ( C) Trong đĩ: 41
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tt tt : Nhiệt độ bên tính tốn trong nhà. Nhiệt độ này đã được tiêu chuẩn hố tuỳ theo mùa, tuỳ theo tính chất và cơng dụng của từng loại nhà, từng loại phân xưởng. tt tN : Nhiệt độ bên ngồi nhà, trị số nhiệt độ này luơn thay đổi theo từng mùa trong năm, từng ngày trong tháng và từng giờ trong ngày nên ta phải chọn sao cho H phù hợp.Nhiệt độ tính tốn của khơng khí ngồi trời về mùa hè(t N)thường được lấy theo nhiệt độ trung bình của tháng nĩng nhất(đo vào tháng 6 hay tháng 7)đo vào lúc 13 giờ. D Nhiệt độ tính tốn ngồi nhà về mùa đơng (t N)dùng để “tính tốn thống kế thơng giĩ”được lấy bằng nhiệt độ độ tối thấp trung bình của tháng lạnh nhất(tháng 1 và tháng 12) φ: Hệ số kể đến vị trí tương đối của kết cấu so với khơng khí ngồi nhà.Hệ số này được xác định theo từng trường hợp cụ thể: + Đối với trần dưới hầm mái - Mái lợp tơn, ngĩi, phi brơximăng với kết cấu mái khơng kín: φ = 0.9 - Mái lợp tơn, ngĩi, phi brơximăng với kết cấu mái kín: φ = 0.8 - Khi mái cĩ lớp giấy dầu φ = 0.75 + Đối với tường ngăn cách giữa phịng được thơng giĩ và phịng khơng được thơng giĩ. -Nếu phịng khơng thơng giĩ tiếp xúc trực tiếp với khơng khí bên ngồi thì φ=0.7. -Nếu phịng khơng thơng giĩ khơng tiếp xúc trực tiếp với khơng khí bên ngồi thì:φ=0.4. + Đối với sàn trên tầng hầm - Nếu tầng hầm cĩ cửa sổ: φ=0.6. - Nếu tầng hầm khơng cĩ cửa sổ: φ = 0.4. +Đối với tường mái, tiếp xúc với khơng khí bên ngồi φ=1 42
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 1.1.4.Nhiệt trở yêu cầu của kết cấu Kết cấu bao che và cơng trình ngồi chức năng chịu lực và phân cách giữa khơng gian bên ngồi với khơng gian bên của cơng trình để tạo ra hình khối kiến trúc,cịn cần phải đáp ứng các yêu cầu về nhiệt và vệ sinh mơi trường. Đĩ là chống thấm hơi nước về mùa đơng và chống nĩng về mùa hè. Xuất phát về yêu cầu về chống lạnh về nhiệt độ,kết cấu ngăn che cần phải cĩ nhiệt trở khơng nhỏ hơn trị số giới hạn,gọi là nhiệt trở yêu cầu.Ryc(m2h0C/kcal)và xác định theo cơng thức: D D 0 (tT − tN ).ϕ.m R yc = tr .RT (3-9) ∆tbm Trong đĩ: D D 0 D +tT ,t N ( C) :nhiệt độ tính tốn bên trong(tT )và bên ngồi về mùa đơng. +φ: Hệ số kể đến vị trí tương đối của kết cấu so với khơng khí bên ngồi nhà. +m:Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt quán tính của kết cấu ngăn che. Tra bảng 3-3 phụ thuộc vào độ kiên cố của kết cấu. Chỉ số quán tính nhiệt của kết cấu: n D = R1S1+R2S2 + R3S3 RnSn = ∑ Ri Si (3-10) i=1 δ n 2 0 Trong đĩ: R1,R2, Rn = (m h C/ kcal) gọi là nhiệt trở của các lớp vật λn liêu. S1,S2, Sn; hệ số hàm nhiệt của vật liệu. Chỉ số nhiệt quán tính D là đại lượng khơng cĩ thứ nguyên. 43
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Bảng 3-3: bảng xác định hệ số m và chỉ số nhiệt quán tính D. Loại kết cấu Hệ số nhiệt quán tính m Chỉ số nhiệt quán tính D Kết cấu nặng 1.00 D ≥ 7.1 Kết cấu trung bình 1.08 D = 4.1÷7 Kết cấu nhẹ 1.20 D = 2,1 ÷ 4 Kết cấu quá nhẹ 1.30 D ≤ 2 0 ∆tbm( C): Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt trong và nhiệt độ khơng khí trong phịng. ∆tbm = tT(Đ) - TT (3.11) 0 Trong đĩ: + tT(Đ) ( C): nhiệt độ tính tốn bên trong nhà về mùa đơng của kết cấu. 0 + TT ( C) nhiệt độ bề mặt trong của kết cấu bao che. 2 0 +RT (m h C/ kcal) nhiệt độ trong của kết cấu. 1 2 0 RT = (3.12) với αT (kcal/m h C) gọi là hệ số trao đổi nhiệt của bề mặt αT trong kết cấu với khơng khí trong nhà. (xác định ở bảng 3.1) 1.2.Tính tốn tổn thất nhiệt bổ sung theo phương hướng. Trong quá trình tính tốn lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che (mái, 44
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tường, nền.). Đối với tường ngồi ta phải bổ sung thêm một lượng nhiệt mất mát nữa – đĩ là sự trao đổi nhiệt bên ngồi tăng lên ở các hướng khác nhau, ta cĩ trị số mất mát bổ sung khác nhau. (Hình 3-3). 1.3 Tổn thất nhiệt bổ sung do rị giĩ. Hiện tượng khơng khí lạnh lọt vào nhà chủ yếu do giĩ lùa về mùa đơng.Lượng giĩ lùa về mùa đơng qua các khe hở của cửa phía đĩn giĩ và sẽ thốt ra khỏi nhà phía khuất giĩ. Lượng giĩ lùa vào nhà phụ thuộc vào gĩc độ giĩ thổi, cấu tạo của cửa và tốc độ giĩ. Vậy lượng nhiệt bổ sung do rị giĩ được tính: Qgiĩ = C.Ggiĩ.(tT –tN).Σl (kcal/h) (3-13). Trong đĩ: C = 0.24(kcal/kgoC): Tỷ nhiệt của khơng khí. tt tt 0 tT , tN ( C): Nhiệt độ tính tốn bên trong và bên ngồi nhà. Ggiĩ(kg/m.h):Lượng giĩ lùa vào nhà qua 1m chiều dài khe hở của cửa.Lấy theo bảng 3-4. Σl: Tổng chiều dài các khe hở của cửa lâý theo hình 3-4. chiều giĩ chiều giĩ chiều giĩ 45
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Bảng 3-4:Bảng xác định lượng giĩ lùa qua cửa: Lượng giĩ Ggiĩ (kg/mh) LOẠI CỬA vg = 1m/s 2m/s 3m/s 4m/s 5m/s 1.Cửa sổ và cửa trời một lớp: -Khung gỗ: 5.60 9.1 11.20 12.60 17.50 -Khung thép 2.48 3.9 4.80 5.45 7.65 2.Cửa sổ và cửa trời hai lớp - Khung gỗ, 2,8 4,55 5,61 6,3 8,75 -Khung thép 1,25 1,98 2,44 2,78 3,9 3.Cửa đi và cữa lớn 11,2 18,2 22,4 25,2 35 46
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - BÀI 2. TÍNH TỐN TOẢ NHIỆT 2.1:Toả nhiệt do thắp sáng . Được xác định theo cơng thức: QTS = 860.N (kcal/h) (3-14) Trong đĩ: 860: Đương lượng nhiệt điện. N(Kw): cơng suất của tất cả các thiết bị chiếu sáng. (KW) 2.2 Toả nhiệt từ các máy mĩc động cơ dùng điện. Q = φ1 .φ2 .φ3 φ4. 860.N (kcal/h) (3-15) Trong đĩ: φ1: Hệ số sử dụng cơng suất điện: φ1 =0.7 -0.9 φ2: Hệ số phụ tải, là tỉ số giữa cơng suất tiêu thụ với cơng suất cực:φ2= 0.5- 0.8 φ3: Hệ số làm việc đồng thời của các động cơ điện:φ3= 0.5- 1.0 φ4: Hệ số chuyển biến cơ năng thành nhiệt năng và toả nhiệt vào khơng khí xung quanh:φ4= 0.65-1. 860: Đường lượng nhiệt của cơng. N(KW): cơng suất tiêu chuẩn của các đơng cơ điện 2.3 Toả nhiệt do đốt cháy nhiên liệu. Trong các nhà máy đều cĩ sự liên quan đến sự toả nhiệt từ các sản phẩm của quá trình cháy như rèn,đúc.Khi tiến hành cơng việc này thì nhiệt của quá trình cháy được thải trực tiếp vào phịng sản xuất và làm cho nhiệt độ trong phịng tăng lên.Lượng nhiệt đĩ được tính bằng cơng thức: CT QNL = η. Qth . GNL ( kcal/h) (3-16). Trong đĩ: 47
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - QNL(kcal/h): Lượng nhiệt toả ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. CT Qth (kcal/h) : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu cơng tác. η: Hệ số kể đến sự cháy khơng hồn tồn của nhiên liệu và thường lấy:η= 0.9 - 0.97. GNL(kg/h):Lượng nhiên liệu tiêu thụ 2.4. Toả nhiệt trong quá trình nguội dần của sản phẩm. Trong trường hợp vật được nung nĩng ở một nơi nào đĩ và được đem gia cơng tại một phịng, lượng nhiệt toả ra do vật nĩng nguội dần được tính tốn theo hai trường hợp: 2.4.1. Vật nguội dần mà vẫn giữ nguyên trạng thái vật lý ban đầu. (trường hợp rèn chi tiết.) Qsp = Gsp.Csp(t1 – t2)(kcal/h) (3-17) Trong đĩ: Qsp(kcal/h): Lượng nhiệt do sản phẩm nguội dần toả ra. 0 Csp (Kg/kg C): tỷ nhiệt của sản phẩm 0 t1, t2( C) : Nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm. Gsp (Kg/h): Lượng sản phẩm đưa vào gia cơng trong 1 giờ b- Đối với sản phẩm nguội dần nhưng cĩ thay đổi trạng thái(chuyển từ lỏng sang đặc) Qsp = Gsp[CL(t1-tnc) + inc + Cđ(tnc – t2)](kcal/h) (3-18) Trong đĩ: Qsp(kcal/h): Lượng nhiệt do sản phẩm nguội dần toả ra. Gsp (Kg/h): Lượng sản phẩm đưa vào gia cơng trong 1 giờ o CL(kcal/kg C): tỷ nhiệt của sản phẩm ở trạng thái lỏng. o Cđ (kcal/kg C): tỷ nhiệt của sản phẩm ở trạng thái đặc. 48
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - o t1 và t2( C) : Nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm. o tnc( C): nhiệt độ nĩng chảy của sản phẩm. inc(kcal/kg): Nhiệt hàm nĩng chảy của sản phẩm 2.5 Toả nhiệt do người Lượng nhiệt do người toả ra gồm cĩ nhiệt hiện và nhiệt ẩn. Nhiệt hiện (qh) cĩ tác dụng làm tăng nhiệt độ xung quanh nên trong thơng giĩ khử nhiệt thừa phải tính lượng nhiệt hiện này. Cịn nhiệt ẩn này (qâ) làm tăng quá trình bốc hơi mồ hơi trên bề mặt da. Nhiệt ẩn tuy cĩ làm tăng entanpi của khơng khí nhưng hầu như khơng ảnh hưởng đến nhiệt độ. Khi tính tốn hệ thống điều hồ khơng khí phải tính lượng nhiệt tồn phần gồm cả nhiệt hiện và nhiệt ẩn (qtp = qh + qâ) Lượng nhiệt do người toả ra được tính theo cơng thức: Qngười = n.qh (kcal/h) (3-19) Trong đĩ: n: số người cĩ trong phịng qh: (kcal/người.h): Lượng nhiệt hiện do một người toả ra trong một giờ được xác định theo bảng (3.5) Bảng 3.5 lượng nhiệt qh, qâ, qtp: lượng hơi nước, lượng khí CO2 do một người toả ra trong một giờ. Trạng thái lao nhiệt lượng nhiệt (kcal/h) lượng lượng động độ ẩm (g/h) CO2 của (g/h) nhiệt nhiệt ẩn nhiệt phịng hiện (qh) (qâ) tồn (oC) phần (qtp) Người ở trạng thái 15 100 25 125 40 30 49
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - yên tĩnh (rạp hát, 20 80 25 105 45 câu lạc bộ, hội 25 50 30 80 50 hợp ) 30 30 50 80 80 35 - - - 130 Làm việc yên tĩnh 15 100 35 135 55 35 (trường học,cơ 20 85 45 130 75 quan ) 25 55 70 125 120 30 35 90 125 140 35 - - - 240 Làm việc nhẹ và 15 115 65 180 110 40 trung bình (khâu 20 90 85 175 140 máy, ngồi lắp các 25 60 110 170 180 dụng cụ) 30 40 130 170 230 35 - - - 290 Cơng việc nặng 15 140 110 250 185 68 (rèn, đúc, chạy 20 110 140 250 220 nhảy, khuân vác, 25 80 170 250 300 cuốc đất ) 30 45 205 250 360 35 - - - 430 Trẻ em dưới 12 - 35 15 50 23 18 tuổi. 50
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.6 Toả nhiệt do các lị nung Đối với các lị nung, lị sấy đốt bằng than bằng điện hay bằng dầu. Lượng nhiệt toả ra ở thành lị, đáy lị, đỉnh lị và khi mở cửa lị tương đối lớn nên ta phải tính trong các trường hợp sau đây. 2.6.1 Toả nhiệt từ các bề mặt xung quanh của lị nung. Ta cĩ mặt cắt lị như hình 3- 5 thì: Hình 3.5 Q = K.F (t1 – t4) (kcal/kg) (3-20) Trong đĩ: K(kcal/m2hoC): Hệ số truyền nhiệt của thành lị: 1 k = (kcal/m2hoC) (3-21) 1 δ 1 + ∑ 1 + α1 λ1 α 4 α1: Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt trong của lị. 51
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - α4: Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngồi lị. Các hệ số α1 và α4 xác định bằng cơng thức sau hay xác định thực nghiệm. C 0,25 qd ⎡ T1 4 T2 4 ⎤ 2 0 α1 = l(t1 – t2) + ⎢( ) − ( ) ⎥ (3-22) (kcak/m h C) t1 + t2 ⎣ 100 100 ⎦ 0,25 Cqd ⎡ T3 4 T4 4 ⎤ 2 0 α4 = l (t3 – t4) + ⎢( ) − ( ) ⎥ (kcak/m h C) (3-23) t3 + t4 ⎣ 100 100 ⎦ Trong đĩ: + l: Hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí của thành lị - Đối với bề mặt đứng: l = 2,2 - Đối với bề mặt ngang: l = 2,8 0 +T1, T2( K): Nhiệt độ tuyệt đối ở trong lị và bề mặt trong của thành lị: 0 T1 = t1 + 273 ( K) (3-24) 0 T2 = t2 + 273 ( K) (3-25) + Cqd. Hệ số bức xạ nhiệt quy dần. 1 C = (3-26) qd 1 1 1 + − C1 C2 Cden C1, C2: hệ số bức xạ nhiệt của thành lị và của bề mặt chung quanh tường, nền, trần nhà. 2 0 4 Cđen= 4,96 (kcal/m h K ): hệ số bức xạ nhiệt của vật đen tuyệt đối. 2 0 lấy gần đúng Cqd = 4,2 (kcal/m h K) * Đối với bề mặt bên trong thành lị: Q = α1(t1 – t2).F (kcal/h) (3-27) * Đối với bề mặt bên ngồi thành lị: Q = α4(t3 – t2).F (kcal/h) (3-28) 52
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chúng ta cĩ tất cả 6 phương trình với 6 ẩn số Q, K, α1, α4, t3, t2. Giải hệ thống 6 phương trình đĩ bằng phương pháp giải tích rất lâu. Để đơn giản người ta giải bằng phương pháp gần đúng kết hợp với đồ thị được tiến hành như sau: 0 + Nhận (giả thiết) nhiệt độ bề mặt trong của thành lị là t2 = t1 – 5 C + Giải thiết nhiệt độ bề mặt ngồi của lị là t3. + Xác định hệ số trao đổi nhiệt α4 theo cơng thức 3-23 + Tính lượng nhiệt toả trên 1m2mặt ngồi của thành lị theo cơng thức (3-28) 2 q = α4(t3 - t4) (kcal/m h) - Kiểm tra lượng nhiệt truyền qua 1m2 bề dày của thành lị theo cơng thức: 2 q”= k1(t2 – t3) (kcal/m h) (3-29) Trong đĩ: 1 k = (Kcal/m2h0C) (3-30) 1 δ ∑ λ - Thành lập phương trình cân bằng nhiệt theo nguyên tắc: Lượng nhiệt truyền qua 1 m2 thành lị bằng lượng nhiệt truyền qua 1 m2 từ mặt ngồi của thành lị ra khơng khí xung quanh. K1(t2 – t3) = α4(t3-t4) (3-25) Nếu điều kiện cân bằng trên thoả mãn thì giả thiết nhiệt độ t2 và t3 là đúng. Nếu điều kiện trên khơng cân bằng thì giả thiết t2 và t3 là sai và phải giả thiết và lặp lại quá trình tính từ đầu. Nếu lần thứ 2 cũng khơng đạt điều kiện cân bằng thì ta dùng kết quả của hai lần tính vừa rồi mà tìm lượng nhiệt toả ra bằng phương pháp đồ thị (hình 3-6) 53
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 3.6 Trên trục hồnh ứng với giả thiết lần 1 và lần 2 của nhiệt độ t3. Ta đặt các trị số q’ và q” rồi nối các điểm tương ứng với nhau thành 2 đường thẳng.Các đường q’và q” của hai lần giả thiết cắt nhau tại điểm M, điểm này sẽ cho ta biết nhiệt độ thực trên bề mặt ngồi t3 và lượng nhiệt do lị toả ra. Sở dĩ ta nối bằng các đường thẳng vì khi hệ số k1 và nhiệt độ t2 khơng đổi thì lượng nhiệt q” tỷ lệ theo quy luật đường thẳng với nhiệt độ trên bề mặt bên ngồi. Ví dụ: Xác định lượng nhiệt toả ra qua thành lị nung khi biết: 0 +Nhiệt độ bên trong lị nung: t1 = 1200 C 0 +Nhiệt độ khơng khí xung quanh: t4 = 27 C 0 +Bề mặt thành lị: δ1 = 480 mm, λ1 = 1,1 (kcal/mh C) 0 δ 2 = 115 mm, λ2 = 0,17 (kcal/mh C) +Diện tích bề mặt thành lị: F = 10 m2. Giải: 0 a.Giả thiết nhiệt độ bên trong thành lị: t2 = t1 – 5= 1200 – 5 = 1195 C b.Giả thiết nhiệt độ trên bề mặt ngồi thành lị: t3 = 150 0C (giả thiết lần 1) c.Xác định α4. Dùng cơng thức 3-23 ta cĩ 0,25 4,2 ⎡ 150 + 273 4 27 + 273 4 ⎤ α4 = 2,2(150-27) + ( ) − ( ) = 15,49 150 − 27 ⎣⎢ 100 100 ⎦⎥ (Kcal/m2h0C) 54
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - d.Xác định lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 bề mặt bên ngồi của lị nung 2 q’(1)= α4(t3 - t4) = 15,49(150-27)= 1905 (Kcal/m h) e.Xác định hệ số truyền nhiệt k1 theo cơng thức (3-30) 1 1 k = = = 0,9 (Kcal/m2h0C) 1 δ 0,48 0,115 + ∑ λ 1,1 0,17 f. Tính lượng nhiệt truyền qua 1m2 thành lị theo cơng thức (3-29) KCal q" = k (t − t ) = 0,9(1195 −150) = 940,5 (1) 1 2 3 m2h ' " Ta nhận thấy rằng q(1) ≠ q(1) cĩ nghĩa là nhiệt độ t3 giả thiết khơng đúng vì vậy cần giả thiết lại lần 2. ' " 0 Ta nhận thấy rằng q(1) 〉q(1) nên nhiệt độ t3 = 150 C cao hơn t3 thực tế. Lần này 0 ta giả thiết t3 = 125 C (lần 2) . Tính lại α4 0,25 4,2 ⎡ 125 + 273 4 27 + 273 4 ⎤ Lúc đĩ : α4 = 2,2 ( 125 – 27) + ( ) − ( ) = 14,2 125 − 27 ⎣⎢ 100 100 ⎦⎥ KCal Tính q" = 14,2(125 − 27) = 1392 (2) m 2 h KCal Hệ số K1khơng thay đổi và K1 = 0,9 m 2 h0C KCal Tính q" = K ()t − t = 0,9(1195 −125) = 963 (2) 1 2 3 m 2 h ' " Vậy 2 giá trị q(2) và q(2) cũng khơng bằng nhau nên cho phép ta lập đồ thị theo hình 3.7 Hình 3.7 55
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 0 Để được chính xác, ta chọn thêm 1 trị số t3 nữa : t3 = 100 C (gt lần 3) 0,25 4,2 ⎡ 100 + 273 4 27 + 273 4 ⎤ Tính lại : α4 = 2,2 ( 100 – 27) + ( ) − ( ) =12,9 100 − 27 ⎣⎢ 100 100 ⎦⎥ 2 q’(3)=12,9(100-27)=942(kcal/m h) 0 KCal Hai đường cắt nhau tại điểm M. Từ M ta tìm được t3=103 C và q = 990 m 2 h0C 0 Kiểm tra lại t3 =103 C . 0,25 4,2 ⎡ 103 + 273 4 27 + 273 4 ⎤ KCal +Tínhα4 = 2,2 ( 103 – 27) + ( ) − ( ) = 13,6 103 − 27 ⎣⎢ 100 100 ⎦⎥ m 2 h 0C KCal q" = 13,6()103 − 27 = 993 (4) m 2 h " q(4) = 0,9(1195 −103) = 982,8 So sánh q’&q” thì sai lệch nhau khoảng 1% Đạt yêu cầu lượng nhiệt trung 993 + 982,8 KCal bình sẽ là: = 988 2 m 2 h Vậy lượng nhiệt toả ra tồn bề mặt thành lị là: KCal QTL =q.F = 988 x 10 =9880 h Để đơn giản và nhanh chĩng hơn người ta lập biểu đồ để lượng nhiệt toả ra do bề mặt bị nung nĩng của lị nung ( hình 3.8) 56
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 38 δ Trên trục hồnh là nhiệt trở củ bản thân thành lị nung ∑ Các trục tung bên λ trái là hướng nhiệt tồn phần q0 lượng nhiệt qDL và lượng nhiệt qBX toả ra trên 1m2 KCal bề mặt xung quanh của thành lị ⎡ ⎤ . ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ ⎡ KCal ⎤ Các trục tung bên phải là hệ số trao đỏi nhiệt và nhiệt độ [0C]trên bề mặt ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ ngồi của lị. 2.6.2. Toả nhiệt từ cửa lị khi mở trống : Trong quá trình hoạt động, lị nung phải mở cửa để đưa sản phảm cần nung vào lị và đưa sản phẩm đã nung xong ra khỏi lị. Cường độ dịng nhiệt toả ra khi lị mở cửa được tính như sau: ⎡ KCal ⎤ Q = η .qBX.Fcửa .∆τ. ( 3.32) ⎣⎢ h ⎦⎥ ⎡ T1 4 T2 4 ⎤ ⎡ KCal ⎤ Trong đĩ : qBX = C ( ) − ( ) lị (3-33) ⎢ ⎥ ⎢ 2 ⎥ ⎣ 100 100 ⎦ ⎣ m h ⎦ Là cường độ nhiệt bức xạ khi mở cửa lị 57
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + C = 4,96 ⎡ KCal ⎤ : Hệ số bức xạ nhiệt quy dẫn ⎣⎢m 2 h0K ⎦⎥ 0 + T1 [ K] . Nhiệt độ tuyệt đối bề mặt trong của lị 0 + T2 [ K ] .Nhiệt độ tuyệt đối các bề mặt đối diện của lị T T Trong cơng thức (3.33) đại lượng ( 2 ) 4 bé hơn ( 1 ) 4 nhiều lần nên ta cĩ 100 100 T thể bỏ qua đại lượng ( 2 ) 4 và cơng thức (3-33) sẽ là: 100 4 ⎡ T1 ⎤ Qlx= C ⎢ ⎥ (3.34). Lượng nhiệt này cũng cĩ thể tra biểu đồ ⎣100⎦ *η: Hệ số nhiễu xạ, cịn gọi là hệ số chẵn (Hình 3-9) Hình 39 Cách xác định hệ số η như sau: + Đường (1) dùng để tra cửa trịn và hình vuơng -Cửa hình trịn lấy A = d -Cửa hình vuơng lấy A= a +Đường (2) dùng để cho cửa hình chữ nhật cĩ A:B = 1:2 58
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - +Đường (3) dùng để tra cửa hình chữ nhật cĩ A,B bất kỳ η A B Lúc đĩ η = (3-35) với η1= ; η2 = 2 σ σ • F (m2) : Diện tích của cửa lị • ∆τ(giờ) : Thời gian mở cửa của lị nung Ví dụ: Tính lương nhiệt toả ra khi mở cửa lị nung biết: -Cửa lị cĩ kích thước A x B = 70 x 40 cm – Bề dày cửa lị σ = 36cm -Nhiệt độ bên trong lị là 1200C. Trong 1 giờ cửa lị mở 10 phút 0 KCal Giải: Dùng đồ thị hình 3.8 ứng với t = 1200 C ta cĩ qbx = 21000 m 2 h A 70 B 40 Các tỷ số: = = 1,94; = = 1,1 σ 36 σ 36 Dùng đồ thị hình 3.9 ta tìm được : η1 = 0,725 và η2 = 0,61 η +η 0,725 + 0,61 Vậy : η = 1 2 = = 0,67 2 2 Vậy lượng nhiệt toả ra trong 1 giờ là: 10 KCal Qmở cửa = η.qbx . F.∆τ = 2100 . 0,67 . 0,7.0,4 . =657 60 h *Khi cửa lị đĩng: Cánh cửa lị thường làm bằng gang và bên trong là 1 lớp gạch chịu lửa . Hình 3-18 Hình 3.10 59
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Lượng nhiệt toả ra từ cánh cửa lị khi đĩng cũng xác định tương tự như do thành lị toả ra. Khi tính tốn hệ số truyền nhiệt của lớp gạch chịu lửa. Ta lấy tương ứng với nhiệt độ trung bình của nĩ. Khi mở cửa thì bản thân cánh cửa vẫn tiếp tục toả nhiệt nhưng ít hơn. Người ta nhận rằng lượng nhiệt toả ra do cánh cửa lị khi mở bằng ½ lúc đĩng. 2.6.3 Lượng nhiệt truyền qua đây là: F.λ(t1 − t4 ) ⎡ KCal ⎤ Qđáy lị =ϕ. (3-36) ∆ ⎣⎢ h ⎦⎥ *Trong đĩ: + F [m 2 ]: Diện tích của đáy lị +λ ⎡ KCal ⎤ : Hệ số dấu nhiệt của nền ⎣⎢m 2 h0C ⎦⎥ +∆ [m 2 ]: Bề rộng của đáy hay đường kính đáy 0 +t1 = t4 [ C] : Nhiệt độ của lị và của khơng khí xung quanh. +ϕ : Hệ số kế đến hình dạnh của đáy lị tạm tính như sau: -Đối với đáy hình trịn : ϕ = 4,133 -Đối với đáy hình vuơng : ϕ= 4,58 -Đối với đáy hình chữ nhật : ϕ = 4,58 (5,87 Ngồi phương pháp tính toả nhiệt qua đáy lị như tên người ta cịn tính gần đúng bằng cơng thức : ⎡ KCal ⎤ Qđáy = 0,7 . qĐ . F (3-37) ⎣⎢ h ⎦⎥ *Trong đĩ: ⎡ KCal ⎤ + Qđáy : Lượng nhiệt toả ra từ đáy lị ⎣⎢ h ⎦⎥ + 0,7 : Hệ số hiệu chính 60
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ⎡ KCal ⎤ 2 + qđáy : Lượng nhiệt toả ra trên 1m đáy lị, tính gần đúng như thanh ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ lị. + F [m 2 ] : Diện tích của đáy lị 2.6.4. Toả nhiệt từ đỉnh lị : Lượng nhiệt truyền qua đỉnh lị là : ⎡ KCal ⎤ Q = 1,3 .qĐỉnh lị . FĐỉnh (3-38) ⎣⎢ h ⎦⎥ *Trong đĩ : KCal + Q ⎡ ⎤ : Lượng nhiệt truyền qua đỉnh lị ⎣⎢ h ⎦⎥ + 1,3 : Hệ số hiệu chỉnh ⎡ KCal ⎤ +qĐỉnh :Lượng nhiệt truyền qua 1m2 đình lị ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ Tính gần đúng giống như thành là: + F[m 2 ] Diện tích của đỉnh lị Vậy lượng nhiệt truyền qua lị nung: Qlị = QTL + Qcửa lị + Qđáy lị + QĐỉnh lị (3-39) 2.7.Toả nhiệt từ các thiết bị sử dụng hơi nước 2.7.1.Các thiết bị chạy bằng hơi nước: Trong cơng nghiệp ta gặp rất nhiều thiết bị chạy bằng hơi nước như búa hơi, lị xây bằng hơi nước, thiết bị trao đổi nhiệt. Lượng nhiệt do thiết bị sử dụng hơi nước toả ra như sau: ⎡ KCal ⎤ Qhn = Ψ (I1- I2) Ghn (3-40) ⎣⎢ h ⎦⎥ *Trong đĩ: 61
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + Ψ : Hệ số kể đến sự làm việc khơng đồng thời của thiết bị ⎡ KCal ⎤ + I1, I2 ⎢ ⎥ : Nhiệt hàm ứng với áp suất khi vào và ra khỏi thiết bị ⎣ kg ⎦ ⎡ KCal ⎤ - Ghn : Lượng hơi nước do thiết bị tiêu thụ trong 1hπ ⎣⎢ h ⎦⎥ 2.7.2.Toả nhiệt từ ống dẫn hơi nước. Lượng nhiệt toả ra từ các ống dẫn hơi nước được xác định như sau: ⎡ KCal ⎤ Q = π.dN αN (thn – tKK).l (3-41) ⎣⎢ h ⎦⎥ *Trong đĩ : + dN (m) : Đường kính ngồi của ống dẫn KCal + α ⎡ ⎤ : Hệ số trao đổi nhiệt từ mặt ngồi với khơng khí được N ⎢ 2 0 ⎥ ⎣m h C ⎦ xác định bằng thực nghiệm hay xác định bằng cơng thức sau: -Nếu khơng khí bên ngồi chuyển động yếu thì hệ số trao đổi nhiệt coi như khơng phụ thuộc vào tốc độ v : αN = 8 + 0,04t (3-42) Với t là nhiệt độ chất mang nhiệt trong ống. -Nếu khơng khí chuyển động với vận tốc v (m/s) thì : αN = 8 + 0,04t + 0,4 v (3-43) *Trong đĩ : + thn : Nhiệt độ của hơi nước (0C) + tKK : Nhiệt độ của khơng khí (0C) + l : Độ dài ống dẫn (m) 62
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.THU NHIỆT BỨC XẠ MẶT TRỜI Lượng nhiệt này chỉ tính cho mùa hè ; cịn mùa đơng thì khơng phải tính. 3.1 Thu nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính: K ⎡ KCal ⎤ Qbx = τ1.τ2.τ3.τ4. qbx . FK . (3-44) ⎣⎢ h ⎦⎥ *Trong đĩ: +τ1 : Hệ số trong suốt của kính – tra bảng Ví dụ : Với kính trắng 1 lớp thì τ1 = 0,9 + τ2 : Hệ số bẩn ( bám bụi) tra bảng + τ3 : Hệ thống che khuất bởi cánh cửa – Tra bảng τ3 phụ thuộc vào cấu tạo loại cửa. + τ4 : Hệ thống che khuất bởi hệ thống che nắng ⎡ KCal ⎤ +qbx : Cường độ bức xạ của mặt trời được lấy theo tài liệu khí hạu ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ của từng địa phương + F [m 2 ] : Diện tích phần kính chịu bức xạ của mặt trời 3.2 Thu nhiệt của bức xạ mặt trời qua cửa mái lượng nhiệt mà mà hấp thu bức xạ của mặt trời được tính bằng cơng thức sau: bx tb tb Atong ⎡ KCal ⎤ Qmai = Km.Fm (ttong − tt ) + αt .Fm (3-45) υ ⎣⎢ h ⎦⎥ Trong đĩ: ⎡ KCal ⎤ +Km : Hệ số truyền nhiệt của mái ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ 2 +Fm [m ] : Diện tích của mái nhà 0 + ttổng [ C] : Nhiệt độ tổng hợp ngồi nhà ( tính giá trị trung bình) 63
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ρqtb ttb = t tb + bx []0C (3-46) tong n αN t0 0 +t N [ C] : Nhiệt độ trung bình của khơng khí ngồi nhà + ρ : Hệ số hấp thụ nhiệt bức xạ mặt trời của bề mặt kết cấu. Tra bảng, ρ phụ thuộc vào màu sắc và tính chất của các lớp vật liệu. tb +qlx : Cường độ bức xạ trung bình của mặt trời lấy theo tài liệu khí hậu của địa phương. ∑ q q tb = lx (3.47) lx 24 - ∑ qlx là tổng bức xạ mặt của các giờ trong ngày ⎡ KCal ⎤ -αN : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngồi của kết cấu ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ với khơng khí ngồi nhà. 0 +ATổng [ C] : Biên độ dao động của nhiệt độ tổng hợp ngồi nhà và được xác định như sau: ATổng = (AtN + Atd ) ψ (3-48) *Trong đĩ: 0 +AtN [ C] :Biên độ dao động của nhiệt độ khơng khí ngồi nhà : tb AtN = t13 -t N (3-49) 0 - t13 [ C] : Nhiệt độ trung bình đo lúc 13h của tháng nĩng nhất ( lấy theo niêm giám khí tượng ở các địa phương) tb 0 - t N [ C] : Nhiệt độ trung bình tháng của tháng nĩng nhất 0 + Atd [ C] : Biên độ dao động của nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời gây ra: ϕ.Aq 0 Atd = []C (3-50) αN 64
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - ρ : Hệ số hấp thu bức xạ mặt trời ⎡ KCal ⎤ - αN : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bề mặt ngồi của kết cấu ⎣⎢m 2 h0C ⎦⎥ với khơng khí ngồi nhà. KCal -Aq ⎡ ⎤ : Biên độ dao động của cường độ bức xạ mặt trời ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ mã tb Aq = qbx − qlx (3-51) mã ⎡ KCal ⎤ - qbx : Cường độ bức xạ cực đại lấy theo niên giám khí tượng ⎣⎢ m 2 h ⎦⎥ ở các địa phương. Hình 3.11 -Ψ : Hệ số kể đến sự lệch pha của hai dao động thành phần ( đĩ là dao động của nhiệt độ khơng khí ngồi nhà và nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời gây ra).Xác định theo bảng sau. 65
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hệ số lệch pha Ψ Atd Độ lệch pha ∆z (h) At N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0,99 0,96 0,92 0,87 0,79 0,71 0,64 0,50 0,38 0,26 2 0,99 0,97 0,93 0,88 0,82 0,75 0,66 0,57 0,49 0,41 3 0,99 0,97 0,94 0,90 0,85 0,79 0,73 0,66 0,60 0,55 5 1,00 0,98 0,96 0,93 0,89 0,85 0,81 0,76 0,73 0,69 Ta nhận thấy rằng nhiệt độ khơng khí ngồi nhà dao động điều hồ với chu kỳ T = 24 giờ. Cường độ bức xạ mặt trời cũng là đại dương dao động điều hồ nên nhiệt độ tổng hợp ngồi nhà cũng là đại dương dao động điều hồ với chu kỳ T = 24 giờ. + υ : Hệ số tắt dần dao động của nhiệt độ tổng hợp ngồi nhà Atong υ= ( 3-52) Aτ *Trong đĩ : + Aτ : Biên độ dao động của nhiệt độ mặt trong kết cấu Hệ số υ tính theo cơng thức gần đúng như sau : ΣR D υ =2 (0,83+3,5 D ).υl.υk (3-53) Trong đĩ: D:Tổng hệ số nhiệt quán tính của kết cấu bao che n D= RiSi (3-54) ∑i=1 66
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - + Si: Hệ số hàm nhiệt vật liệu của lớp thứ i- Tra bảng + Ri:Nhiệt trở lớp khí của kết cấu. Trong đĩ: + υk : Hệ số xét ảnh hưởng của tầng khơng khí kín đến hệ số tắt dao D động υk = 1+0,5Rk. ΣR ở đây +Rk : Nhiệt trở của tầng khơng khí Nếu kết cấu khơng cĩ tầng khơng khí kín thì υk=1. +υl : Hệ số xét ảnh hưởng của thứ tự các lớp kết cấu đến hệ số tắt dao động. Khi đĩ chỉ xét đến hai lớp chủ yếu cách nhiệt và chịu lực cĩ hệ số hàm nhiệt S2 là S1và S2. υl = 0,85+0,15 (3-34) S1 Chú ý:Thứ tự 1 và 2 trong cơng thức (3-34)lấy theo chiều của dịng nhiệt. BÀI 4 TÍNH TỐN NHIỆT THỪA. ⎡ KCal ⎤ Qthừa : Lương nhiệt thừa cịn lại trong nhà cĩ tác dụng làm tăng nhiệt ⎣⎢ h ⎦⎥ độ của khơng khí trong phịng. Vì vậy, trong thơng giĩ ta phải đưa giĩ vào để khử hết lượng nhiệt thừa này. 4.1.Tính tốn nhiệt thừa về mùa hè: he n n n Qthua = Σi=1Qi(toa) + Σi=1Qi(thu) − Σi=1Qi(TT ) (3-55) Trong đĩ : ⎡ KCal ⎤ +ΣQtoả :Tổng lượng nhiệt toả ra trong nhà về mùa hè ⎣⎢ h ⎦⎥ ⎡ KCal ⎤ +ΣQthu :Tổng lượng nhiệt mà kết cấu thu được từ bức xạ mặt ⎣⎢ h ⎦⎥ trời về mùa hè. ⎡ KCal ⎤ +ΣQTT :Tổng lượng nhiệt tổn thất từ trong nhà ra ngồi qua kết ⎣⎢ h ⎦⎥ cấu bao che. 67
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 4.2.Tính tốn nhiệt thừa về mùa đơng: Đong n n Qthua = Σi=1Qi(toa) − Σi=1Qi(TT ) (3-56) So sánh (3-55) với (3-56) thì lượng nhiệt thừa về mùa hè lớn hơn mùa đơng. Vì vậy ta thường chọn nhiệt thừa về mùa hè để tính tốn thơng giĩ cho cơng trình. 68
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CHƯƠNG IV CẤU TẠO TÍNH TỐN THIẾT BỊ THƠNG GIĨ I: NHỮNG BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CỦA HỆ THỐNG THƠNG GIĨ. Mục đích của thơng giĩ là làm thế nào cĩ sự trao đổi giữa khơng khí trong sạch ngồi trời với khơng khí trong nhà, nhằm tạo mơi trường khơng khí trong nhà thật thống mát, dễ chiụ hợp vệ sinh. Muốn vậy phải tiến hành hút khơng khí trong nhà đưa ra ngồi rồi thay vào đĩ bằng cách thổi khơng khí sạch vào nhà. Do đĩ trong một cơng trình thường được bố trí hệ thống thổi và hệ thống hút khơng khí. Các hệ thống này gồm các bộ phận chính sau: 1- Bộ phận thu hoặc thải khơng khí. 2- Buồng máy: Để bố trí máy quạt, động cơ, thiết bị lọc bụi, xử lý khơng khí. 3- Hệ thống ống dẫn: Để đưa khơng khí đến những vị trí theo ý muốn hoặc tập trung khơng khí bẩn lại để thải ra ngồi trời 4- Các bộ phận phận phối khơng khí: Bao gồm các miệng thổi và hút khơng khí. 5- Các bộ phận điều chỉnh: Van điều chỉnh lưu lượng, lá hướng dịng. v.v.v Ngồi ra cịn cĩ các dụng cụ đo: lưu lượng, nhiệt độ, tốc độ. chuyển động, áp suấtv.v.v II. CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ KHƠNG KHÍ. 1. Bộ sấy khơng khí: Trong các hệ thống điều tiết khơng khí, thơng giĩ, sấy khơ nhất là hệ thống thơng giĩ kết hợp với sưởi ấm, khơng khí trước khi đưa vào phịng, phải tiến hành sấy nĩng bằng bộ sấy (Kaloripher) để đưa nhiệt độ khơng khí tăng từ nhiệt độ ngồi trời tng lên đến nhiệt độ yêu cầu theo ý muốn. Cách tính tốn, lựa chọn bộ sấy trong kỹ thuật thơng giĩ như sau: a- Xác định lượng nhiệt để sấy nĩng khơng khí 3 Nếu lưu lượng thơng giĩ là L ( m /h) khi thổi vào phịng cĩ Is trong khi đĩ nhiệt hàm khơng khí bên ngồi Ing về mùa đơng thường thấp, do đĩ ta phải sấy từ Ing lên Is khi đĩ lượng nhiệt yêu cầu là: 69
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Qyc = L γ (Is-Ing) (kcal/h) (4-1) Các chỉ số Is và Ing xác định theo biểu đồ I – d. hoặc theo cơng thức đã biết trong chương I. I = 0,24 t + (597,4 +0,43t).0,001d (Kcal/kg) Trong thực tế tính tốn, lượng nhiệt để sấy lượng ẩm nhỏ, ta bỏ qua nên cơng thức (4-1) cĩ thể viết lại: Qyc = L γ (ts-tng) (kcal/h) (4-2) Trong đĩ: ts: Nhiệt độ khơng khí đã sấy để đưa vào phịng. tng: Nhiệt độ khơng khí ngồi trời. Các thơng số tính tốn trong và ngồi nhà được lựa chọn theo các tiêu chuẩn thiết kế và số liệu khí tượng đã biết. b- Phân loại và cấu tạo bộ sấy khơng khí Loại đơn giản nhất là bộ sấy bằng thép .Loại này đơn giản, chế tạo tại chỗ, trở lực khơng khí nhỏ được áp dụng trong trường hợp sấy lượng khơng khí nhỏ và thổi vào tự nhiên. Loại cĩ diện tích tiếp nhiệt lớn hơn là loại sấy ống trơn chế tạo từ các ống cĩ đường kính d = (18-24) mm các ống 1 bố trí theo dạng ơ vuơng, được nối với bảng ống, bảng ống bắt bít 3 với hợp gĩp 2 ở phía trên và dưới hộp gĩp nối với cái đầu ống, 4 để đưa hơi nước hoặc nước nĩng vào. Khơng khí đi qua khoảng giữa ống, nhược điểm của bộ sấy ống trơn là: diện tích tiếp nhiệt nhỏ, nhưng cĩ thể tăng giảm diện tích một cách dễ dàng bằng cách đặt thêm các cánh thép mỏng hoặc bớt số lượng ống đi. Ngày nay người ta sản xuất các lọai bộ sấy sau: - Loại trơn với ống trịn - Loại trơn với ống dẹp - Loại ống cĩ cánh. Trong các lọai này, chất mang nhiệt cĩ thể bố trí một luồng hoặc nhiều luồng. Loại một luồng chất mang nhiệt cĩ thể là nước nĩng hoặc hơi nước. Loại nhiều luồng buộc phải sử dụng nước nĩng. Loại một luồng cĩ ký hiệu: 70
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - -k Φ c: (Loại trung bình) - k Φ b (Loại lớn) Diện tích truyền nhiệt F= (9,9-69,9)m2 Loại nhiệt luồng cĩ ký hiệu - KMC (Loại trung bình) - KMb (Loại lớn) C- Sơ đồ bố trí bộ sấy. Sự truyền nhiệt của bộ sấy phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của chất được sấy nĩng và chất mang nhiệt. Nếu tăng tốc độ thì sự truyền nhiệt tăng và ngược lại. Điều đĩ dẫn đến khi bố trí bộ sấy nên bố trí theo nhĩm.Theo chiều khơng khí đi, người ta chia hai loại sơ đồ song song và nối tiếp ( hình 4-1a). Sơ đồ nĩi tiếp 2 so với sơ đồ song song 1, tốc độ khơng khí tăng lên, dẫn tới tăng hệ số truyền nhiệt, nhưng lại làm tăng trở lực chuyển động của khơng khí nên tăng thêm năng lượng điện khi vận hành.Vậy khi chọn sơ đồ bố trí nên giới hạn tốc độ trọng lượng của khơng khí khơng vượt quá (5+10) kg/s.m2. Cách nối ống dẫn chất mang nhiệt tới bộ sấy cũng cĩ thể thực hiện bằng hai loại sơ đồ: nếu chất mang nhiệt là nước nĩng thì khơng những nối theo sơ đồ song song 1, mà cịn nối theo sơ đồ nối tiếp 2 (hình 4-1b) nhưng thường nối theo sơ đồ nối tiếp vì nâng cao được tốc độ nước do đấy nâng cao hệ số truyền nhiệt K. Khi chất mang nhiệt là hơi thì chỉ áp dụng theo sơ đồ song song. 2 3 1 1 1 1 1 1 4 3 3 5 6 4 5 5 a ) b ) c ) Hình 4.1. So d? c?p ch?t m?ng nhi?t cho b? s?y a) song song (d?i v?i nu?c nĩng) b) n?i ti?p( d?i v?i nu?c nĩng) 1. Bộ sấy, 2. đường cấp nước, 3. đường ống hồi, 4. van khĩa, 5. vịi tháo nước, 6. van thủy lực 71
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - d.Chọn bộ sấy khơng khí. Trước hết phải tính diện tích truyền nhiệt của bộ sấy. Q yc 2 F = 1 2 m (4 − 3) K(t tb − t tb ) Trong đĩ: Q: Lượng nhiệt yêu cầu (kcal/h) K: Hệ số truyền nhiệt của bộ sấy (kcal/m2h0C) Mỗi loại bộ sấy, hệ số K được xác định theo bảng hoặc theo biểu đồ. Chất mang nhiệt là hơi, K chỉ phụ thuộc tốc độ trọng lượng của khơng khí. Chất mang nhiệt là nước, K phụ thuộc tốc độ nước và tốc độ trọng lượng khơng khí. 1 t tb: Nhiệt độ trung bình chất mang nhiệt. Đối với nước nĩng: 1 tv + tr 0 t tb = ( C) 2 (4-4) 0 tv và tr : Nhiệt độ nước vào và ra khỏi bộ sấy ( C) 1 0 Đối với hơi bão hồ cĩ áp suất p = 0,3 ata,ttb = 100 C ; p > 0,3 ata ta lấy tương ứng. 2 t tb: Nhiệt độ trung bình của khơng khí 2 t d + t c t s + t ng 0 t tb = = ( C )(4 − 5) 2 2 0 td và tc : Nhiệt độ khơng khí ban đầu và cuối cùng, lấy bằng ts và tng ( C) Tốc độ trọng lượng của khơng khí qua bộ sấy. G vγ = (kg / m 2 .s) 3600 f kk Từ đĩ G f = (m 2 )(4 − 6) kk 3600.v.γ Trong đĩ: G: Lưu lượng khơng khí (kg/h) 2 fkk: Diện tích sĩng cho khơng khí qua (m ). Tốc độ nước đi trong ống dẫn: 72
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Q vn = (m / s) (4-7) 3600.γ n (tv − t r ). f n Trong đĩ: 1 γn: Trọng lượng riêng của nước ứng với nhiệt độ t tb. 2 fn: Diện tích sĩng cho nước qua (m ) Như vậy bài tốn tính diện tích truyền nhiệt của bộ sấy được giải quyết như sau: + Tính lượng nhiệt yêu cầu Qyc (kcal/h) và trọng lượng khơng khí lưu thơng trong1 giờ G (kg/h) +Gỉa thiết tốc độ v γ. để tính diện tích sĩng, tính tốn ft cho khơng khí qua. + Theo ft, tra bảng tìm loại bộ sấy, cĩ diện tích sĩng fkk và diện tích truyền nhiệt F, diện tích fn. + Tính hệ số truyền nhiệt K. + Tính lại diện tích F, so sánh với diện tích thực đã chọn, sai số cho phép trong phạm vi 20 % là được 2. Làm sạch bụi trong khơng khí . a.Các phương pháp tách bụi ra khỏi khơng khí : Khơng khí đưa vào phịng phải là khơng khí trong sạch, bởi vậy khơng khí bên ngồi phải đưa qua bộ phận lọc bụi.Nồng độ bụi trong khơng khí phụ thuộc vào tính chất của khu cơng nghiệp, mức độ xây dựng, cường độ giao thơng vận tải. Nồng độ bụi trong khơng khí ở các vùng như sau. Các thành phố cơng nghiệp: 4 mg/m3. Thành phố nhỏ và trung bình (0.25-0.5) mg/m3. Vùng nơng thơn: (0.2-0.3) mg/ m3. Tuy nồng độ bụi trong khơng khí nhỏ, nhưng khi ta lấy khơng khí ngồi trời để đưa vào các phịng vẫn phải đưa qua các bộ lọc bụi, nhất là phịng cĩ yêu cầu chất lượng khơng khí cao như: phịng bệnh nhân, phịng mổ, cửa hàng thực phẩm, nhà bảo tàng, rạp hát, chiếu phim. Trong kỹ thuật cũng quy định: khi thải khơng khí bẩn vào khí quyển cũng phải lọc với mức độ nhất định. Nếu nồng độ bụi khơng khí thải ra là n (mg/m3); thì nồng độ bụi của khơng khí trong phịng là k (mg/m3) k< 2 mg/m3 n = 30 mg/m3 73
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - k< 3 – 4 mg/m3 n = 60 mg/m3 k = 4 – 6 mg/m3 n = 80 mg/m3 k = 6 – 10 mg/m3 n = 100 mg/m3 Phương pháp lọc bụi dựa trên nguyên tắc lắng các hạt do sức nặng của hạt hoặc lực ly tâm, theo nguyên tắc này người ta sản xuất các bộ lọc như: buồng lắng bụi, thùng lọc ly tâm, thùng lọc nơn chớp hoặc rơto . Ngồi các cách trên,người ta cịn cịn lọc bằng cách đưa khơng khí qua các lớp vật liệu rỗng, xốp hoặc các lớp lưới nhỏ, để các hạt bụi lại.(gọi là phương pháp rây lọc) Hiệu suất lọc của các thiết bị tính theo cơng thức: K − K η = 1 2 .100(%) (4-8) K1 Trong đĩ: k1 và k2: Nồng độ bụi trong khơng khí trước và sau khi lọc. Trường hợp bố trí nhiều thiết bị để lọc sạch bụi nhiều cấp thì: η tổng = η1 + η2 - η1.η2 (%) (4-9) Sau đây ta xét một số loại thiết bị lọc bụi. b- Buồng lắng bụi. Gỉa sử cĩ hạt vật liệu A đứng yên trong mơi trường khơng khí . Dưới tác dụng của trọng lực P hạt sẽ rơi với tốc độ v, lực cản trở của mơi trường khơng khí là R. Nếu trọng lượng vật khắc phục được sức cản khơng khí thì nĩ sẽ rơi với tốc độ tăng dần đều, gia tốc g, khi nào hạt đạt trị số vận tốc v khơng thay đổi, đĩ là tốc độ giới hạn của hạt. Trong thơng giĩ là tốc độ treo, tốc độ treo phụ thuộc trị số Râynol (Re), độ nhớt động học (υ), đường kính hạt d được xác định theo cơng thức: Re .D v = (m / s)(4 −10) d Thường các hạt bụi cĩ kích thước nhỏ, đối với hạt nhỏ đến 65 µm và Re <1 thì tốc độ treo của hạt được xác định theo cơng thức: d 2.γ v = (m / s)(4 −11) 18µ Trong đĩ: γ: Trọng lượng riêng của hạt bụi (kg/m3) 74
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - µ: Độ nhớt của khơng khí, (kg/m2s) Khi nhiệt độ khơng khí t= 200C, thì µ = 1,83.10-6 ( kg/m2s) Trường hợp hạt A chuyển động trong dịng khơng khí ( hình 4-2b), tốc độ hạt rơi trong khơng khí đứng yên là VR, khơng khí chuyển động với tốc độ VKK, hạt sẽ chuyển động theo phương hợp với phương ngang gĩc α, tốc độ vh Hình 4-2 Muốn cho hạt bụi lắng lại trong buồng lắng bụi trong quá trình chuyển động thì luồng phải cĩ độ dài l, độ cao h cần thiết để hạt rơi trong buồng lắng với gĩc α. Muốn đạt hiệu quả lắng bụi tốt người ta dùng buồng lắng bụi nhiều ngăn kiểu nằm ngang ( hình 4-3) loại này cĩ kích thước lớn, được dùng nhiều trong nhà máy dệt sợi. Hiệu quả lắng bụi đạt đến (85-95) % 75
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 4-3 76
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - C.Thùng tách bụi ly tâm Loại này được sử dụng để làm sạch kỹ và trung bình khơng khí cĩ lẫn bụi ở dạng hạt và dạng sợi ở trạng thái khơ. Sự lọc bụi dựa vào sức ngăn trở li tâm Hình 4-4 Sơ đồ thiết bị (hình 4-4) bao gồm: thùng lọc hình trụ 3 cĩ đáy là hình chĩp cụt, ống dẫn khơng khí cĩ lẫn bụi đi vào theo phương tiếp tuyến với thân thùng, nhờ thế khơng khí vào thùng sẽ cĩ chuyển động xốy theo chiều mũi tên và hướng từ trên xuống dưới. Khi gặp phần thắt hình chĩp của đáy thùng khơng khí sạch được bốc lên trên theo ống 1 ra ngồi. Các hạt bụi dưới cĩ tác dụng của lực ly tâm bị ép sát vào thành thùng 3 và sau rơi xuống ống 2. Hiệu quả lọc bụi càng tăng khi tăng tốc độ chuyển động của khơng khí và thời gian nĩ lưu lại trong thùng tốc độ khơng khí đi vào thùng thường lấy (10-25) m/s. Trong một số trường hợp, để tăng cường hiệu quả lọc sạch bụi, người ta phảm nước tưới ướt bề mặt trong của thùng 3 để bụi dễ dàng dính vào thành, rồi sau đĩ bị nước cuốn theo. Cách bố trí thùng lọc như vậy ta gọi là thùng lọc ly tâm cĩ màng nước 77
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - d- Lưới lọc dầu. Lưới lọc dầu là loại lọc kiểu rây (hình 4-5) cấu tạo gồm 12-18 mắt lưới thép đan vào nhau theo dạng ơ vuơng. Lưới được tẩm ước bằng dầu Hình 4-5 Hạt bụi khi khơng khí qua lưới sẽ bị giữ lại.Năng suất của mỗi tấm lưới là (1100 – 2200) m3/h.Người ta thường ghép nhiều tấm lại với nhau để lọc khơ khơng khí cĩ nồng độ bụi khơng vượt quá 20mg/m3, hiệu quả lọc sạch (95-98) % thời gian làm việc của tấm lưới phụ thuộc vào nồng độ bụi ban đầu.Theo chu kỳ người ta phải rửa bụi bám vào các mắt lưới. Nếu nồng độ bụi >20mg/m3 thì sau 10 ngày làm sạch một lần. Nồng độ 100 mg/m3 thì sau 10 giờ làm sạch một lần. Làm sạch lưới trong các bể dung dịch kiềm 10 % cĩ nhiệt độ 60-70 0C.Sau khi ngâm cho bụi tan, khơng cịn bám vào các mắt lưới thì rửa sạch lại bằng dầu, rồi lại lắp thiết bị sử dụng như cũ. Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả lọc, người ta nhét vào giữa tấm lưới các vỏ dăm bào thép. 3- Máy quạt. a- Khái niệm: Trong hệ thống thơng giĩ cơ khí, phải dùng máy quạt để vận chuyển khơng khí. Tuỳ thuộc áp suất của quạt, người ta chia làm 3 loại: 78
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Quạt áp suất :100 kg/m2. - Quạt áp suất trung bình: (100 – 300) kg/m2. - Quạt áp suất cao: (300 – 1200) kg/m2. Trong thơng giĩ và điều tiết khơng khí thường dùng loại quạt cĩ áp suất thấp và trung bình, quạt cĩ áp suất cao được sử dụng trong các dây chuyền cơng nghệ sản xuất. Tuỳ điều kiện làm việc của quạt, ở mơi trường khơng khí trong sạch, hoặc cĩ bụi, hoặc cĩ lẫn các chất ăn mịn mà vật liệu làm quạt được sử dụng các loại khác nhau. Quạt thơng thường được sử dụng trong điều kiện khơng khí ít bụi và nhiệt độ đến 1500C, loại quạt chịu ăn mịn (làm bằng nhựa tổng hợp và các loại vật liệu khác) để vận chuyển khơng khí cĩ hồ lẫn chất ăn mịn thép thơng thường và các chất gây nổ.Trong trường hợp đĩ bánh xe cơng tác và miệng vào phải chế tạo bằng thép hoặc nhơm để tránh bị phá hỏng. Khi vận chuyển khơng khí cĩ nồng độ bụi cao hơn 150mg/m3 ta sử dụng loại quạt bụi chế tạo bằng vật liệu cĩ khả năng chịu sức mài mịn cao b- Cách chọn quạt. Quạt được lựa chọ theo tính chất khí động của nĩ.Tính chất của quạt biểu diễn bỡi sự phụ thuộc của các đại lượng: ∆P, L, n và u ∆P: Áp suất của quạt (kg/m2) L: Lưu lượng quạt, (m3/h) n : Số vịng quay , vịng / phút u: Tốc độ quay (m/s) Tốc độ quay xác định theo cơng thức π.d.n u = (m / s)(4 −12) 60 d: Đường kính bánh xe cơng tác (m) Tốc độ quay của quạt được giới hạn bởi độ ồn cho phép trong phịng Khi chọn kiểu và số hiệu quạt, hệ số hiệu suất phải đạt lớn nhất với tốc độ quay cho phép.Cơng suất quạt phải dự trữ 10 % để đề phịng những tổn thất bổ sung và sự hút thêm khơng khí trên ống dẫn: Cơng suất động cơ theo cơng thức 79
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - L.∆P N = (KW )(4 −13) 3600.102η q .η td Trong đĩ: ηq: Hiệu suất của quạt (%) ηtđ: Hiệu suất truyền động (%) Cơng suất đặt máy của động cơ: Nđc = K.N (KW) (4-14) K: Hệ số dự trử chon K=(1.05 -1.3). Dộng cơ càng nhỏ cĩ hệ số dự trữ càng lớn. 4-Thiết bị làm mát và làm ẩm khơng khí. a-Làm ẩm khơng khí trực tiếp trong phịng. Trong nhà ở đơng người và các phịng sản xuất (dệt) yêu cầu độ ẩm φ ≥ 60 %, người ta thường bố trí hệ thống làm ẩm bổ sung trực tiếp trong đĩ: Nếu khơng khí được đưa qua điều tiết khơng khí trung tâm, độ ẩm φ đạt tới (90- 95) %, sau đĩ thổi vào phịng mà ở đĩ lượng nhiệt toả ra lớn, lượng ẩm rất nhỏ,do đĩ nhiệt độ khơng khí được nâng cao, nhưng độ ẩm tương đối lại giảm đi, khi đĩ ta phải làm ẩm bổ sung bằng hệ thống làm ẩm bổ sung Hệ thống bao gồm các mũi phun thơ bố trí trực tiếp trong phịng, nước phun ra sẽ được bay hơi hồn tồn, nhiệt tiêu thụ để bay hơi của nước là lượng nhiệt kín.Vậy lượng nước cấp cho hệ thống phải bằng lượng nước bay hơi tiêu thụ để nồng độ ẩm tương đối đến trị số cho trước Mũi phun nước cĩ lưu lượng khơng khí 4,3m3/h, áp suất dư 1 kg/cm2 năng suất 3 l/h. b- Làm giảm nhiệt độ khơng khí gián tiếp do bay hơi quá nhiệt. Trong một số trường hợp, để giảm nhiệt độ khơng khí cĩ thể sử dụng bằng hơi nước quá nhiệt.Nguyên tắc “làm lạnh” khơng khí như thế trên cơ sở hiệu quả bay hơi bằng phun nước quá nhiệt.Làm lạnh theo đúng nghĩa của nĩ trong trường hợp này khơng xảy ra vì nhiệt hàm khơng khí tăng cao hơn lúc đầu.Bởi vậy khi giảm nhiệt độ khơng khí xuống vài độ thì ta mới dùng nước quá nhiệt. Nước cĩ nhiệt độ cao hơn 100 0C, đưa vào khơng khí với áp lực khí quyển thì phần lớn nước sẽ dần dần biến thành hơi.Người ta ngiên cứu cho biết rằng lượng tạo 80
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - bởi hơi lớn hơn lượng nhiệt của nước,tất cả lượng nhiệt đĩ đều lấy từ khơng khí làm cho nhiệt độ khơng khí giảm xuống. Nước quá nhiệt cĩ nhiệt độ 1300C, (áp suất 3 kg/cm2) bay hơi 50%.Vậy khi phun 1 kg nước bay hơi thì lượng nhiệt hiện nhận từ khơng khí là: Q’ = 585.0,5 – (130-tKK) = 162,5 + tKK (4-15) Trong đĩ: 585: Nhiệt hĩa hơi ở điều kiện 200C. tKK: Nhiệt độ cuối cùng của khơng khí. III. ỐNG DẪN KHƠNG KHÍ VÀ CÁCH BỐ TRÍ ỐNG DẪN TRONG MỘT SỐ LOẠI NHÀ. 1- Những yêu cầu đối với ống dẫn khơng khí: - Ống dẫn phải làm bằng các loại vật liệu khơng cháy hoặc khĩ cháy. - Thành ống dẫn khơng thấm hơi nước và khơng khí - Cách nhiệt tốt trong điều kiện độ chênh nhiệt độ cao. - Bề mặt trong ống phải nhẵn để giảm trở lực ma sát. - Tiết diện ống dẫn cĩ hình dáng thích hợp để sức cảng thuỷ lực nhỏ và tiết kiệm vật liệu. Do các yêu cầu đĩ ống dẫn khơng khí thường xây bằng gạch,bêtơng, hoặc ghép bằng các tấm phibrơxi măng,làm ngầm trong trường, dưới nền, trên trần hầm mái.Trong cơng nghiệp thường dùng ống tơn,nhựa. Về hình dạng ống dẫn cĩ phải là: trịn, vuơng, chữ nhật.Nếu cùng vận chuyển lưu lượng khơng khí như nhau thì ống cĩ tiết diện trịn sẽ cĩ chu vi bé nhất nên tiết kiệm vật liệu nhất, trở lực thuỷ lực cũng nhỏ nhất,do đĩ cơng suất quạt và động cơ cũng sẽ bé nhất, ống vuơng và chữ nhật tuy cĩ một số nhược điểm so với ống trịn nhưng thường áp dụng trong nhà ở nĩ cĩ thể phối hợp với các kết cấu kiến trúc để bảo đảm điều kiện mỹ quan trong nhà. 2. Ống dẫn khơng khí trong dân dụng. Hình 4-7 trình bày một vài cách bố trí ống dẫn trong tường, kết hợp với tủ tường, với sàn, trần 81
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 4-6 3. Ống dẫn khơng khí trong cơng nghiệp. Yêu cầu mỹ quan trong cơng nghiệp khơng cao nên đường dẫn khơng khí bố trí ngay trong khơng gian,các phân xưởng. Thường chế tạo bằng tơn, thép mỏng cĩ bề dày δ = (0,5 – 1,5)mm. Ống tơn và thép cĩ thể chế tạo nhanh hàng loạt và lắp ghép dễ dàng, thì cơng lắp đặt thuận tiện. IV. MIỆNG THỔI VÀ MIỆNG HÚT KHƠNG KHÍ. 1. Những yêu cầu về cấu tạo. - Hình dáng kích thước thích hợp cĩ sức cản nhỏ nhất. - Cĩ trang trí mỹ thuật, nhất là các cơng trình dân dụng. - Cĩ thể điều chỉnh được lưu lượng và chiều hướng luồng giĩ. - Kích thước gọn gàng, khơng cồng kềnh. 2. Cấu tạo miệng thổi trong dân dụng và cơng nghiệp. a- Trong dân dụng. Bố trí ngay trên tường. Thường vận tốc trong ống dẫn khơng khí khá lớn, để giảm bớt tốc độ thổi ra ngồi, miệng thổi phải cĩ tiết diện rộng hơn tiết diện ống dẫn. Gĩc mở α = (4-10)0,ta cĩ luồng khơng khí thổi ra đều đặn khơng bị rối loạn (hình 4-7a). 82
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 4-7 Các loại miệng thổi này bố trí trong tường, mặt ngồi trang trí bằng những hình hoạ để bảo đảm mỹ quan chung. b- Trong cơng nghiệp. Trong cơng nghiệp thường phải đưa khơng khí thích hợp đến các vùng hoặc từng chõ làm việc của cơng nhân. Đường ống và miệng thổi khơng cần phải đặt ngầm một số dạng thường gặp như (hình 4-8) .Tuỳ theo cách phân phối, khơng khí mà ta bố trí cấu tạo các dạng như hình a,b, c, d. Hinh 4-8 83
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - c- Đặc biệt tiện lợi thích dụng là miệng thổi ra tư (hình4-9d), cĩ thể quay miệng thổi theo trục đứng và vị trí của lá chắn hướng dịng để điều chỉnh gĩc thổi và hướng giĩ, mặt khác khơng khí ra cũng đều đặn hơn. Miệng thổi baturin thường đặt ở độ cao 2 m so với nền và cách nơi cơng nhân làm việc từ 1 đến 3 m. 3- Cấu tạo miệng hút: Những vị trí cĩ toả bụi, toả nhiệt, toả khí độc ta phải bố trí hút tại đĩ để thải bụi, nhiệt và khí độc ra ngồi. a- Miệng hút thải khí nĩng. Loại này thường lắp trên các nguồn toả nhiệt với hình dạng các chụp hút. Chụp bố trí ở phía trên các nguồn toả nhiệt, các bề lị rèn các cửa lị.v.v. b- Miệng hút để thải bụi. Trong cơng nghiệp nguồn tỏa bụi thường là những máy mĩc và thiết bị như:bàn máy mài, máy tiện, bàn phay, máy nghiền, máy cưa, băng chuyền nguyên vật liệu, bàn dỡ khuơn đúc Trong điều kiện cho phép các thiết bị trên đều phải được bao kín hồn tồn hoặc một phần từ đĩ hút bụi thải ra ngồi, hạn chế sự lan truyền bụi trong khơng gian phịng Trình bày cách hút bụi ở các máy mài. Chiều quay của đá mài và miệng hút phải bố trí với gĩc độ thích hợp để vụn mài khơng bắn ra ngồi. Lưu lượng hút ở bàn đá mài theo tiêu chuẩn: Nếu d = 250 mm thì L = 2.d (m3/h) Nếu d = 600 mm thì L = 2.d (m3/h) Nếu d = 600 mm thì L = 1,8.d (m3/h) Nếu d > 600 mm thì L = 1,6.d (m3/h) c- Miệng hút hoi và khí độc. Bố trí trên thành bể chứa các dung dịch hố học trong các phân xưởng mạ điện, tơi kim loại bằng dầu,axit và muối . . . Dưới tác dụng của nhiệt độ cao trên mặt thống dung dịch sẽ xảy ra hiện tượng bốc hơi, nhờ cĩ sức hút tạo ra ở hai bên thành bể mà hơi dung dịch, khơng bốc lên cao 84
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - để lan toả xung quanh được mà hồn tồn bị hút vào miệng hút đã bố trí để thốt ra ngồi (hình 4-10). Hình 4-10 Khi tính tốn thiết kế,vận tốc tại các miệng hút phải đủ lớn để đảm bảo các hơi độc bốc lên đều bị cuống vào miệng hút.Các miệng hút thường bố trí ở hai bên thành bể. Nếu bề rộng bể b < 0,7 m, chỉ cần bố trí hút ở một bên thành.Nếu b ≥ 0,7 m ta bố trí hai bên thành. Tính tốn lưu lượng hút theo cơng thức. 1/ 2 ⎛ T − T ⎞ ⎜ nc KK 3 ⎟ Ltt = 3600.l.A⎜ϕ .gb ⎟ (4 − 22) ⎝ 3.TKK ⎠ Trong đĩ: 3 Ltt: Lưu lượng tính tốn (m /h). A: Hằng số phụ thuộc vào cách hút một hoặc hai bên. Nếu hút một bên thì A = 0,35 Nếu hút hai bên thì A = 0,56 l: Chiều dài của bể (m) b: Chiều rộng bể (m) g: Gia tốc trọng trường = 9,81. 0 Tnc, TKK: Nhiệt độ tuyệt đối của nước và của khơng khí trong phịng ( T). φ: Hệ số gĩc tác dụng phụ thuộc vào cách bố trí bể. Lưu lượng thực tế phải hút Lttế = Ltt.K1.K2 (4-23). 85
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong đĩ: K1: Hệ số,kể đến mức độ độc hại của khí bốc lên: K1 = 0,80: bể thường K1 = 2,00 bể crơm K2: Hệ số kể đến sự cấu tạo của bể K2 = 1 Khi l = 1,6 và hút một bên K2 = 1,28 Khi hút hai bên và bể vuơng ( l = b) CHƯƠNG V TÍNH TỐN THUỶ LỰC ỐNG DẪN KHƠNG KHÍ I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN. 1. Biểu đồ phân bố áp suất trong hệ thống ống dẫn khơng khí Trên hình 5-1a trình bày một đoạn ống dẫn của khơng khí, chiều mũi tên chỉ phương chuyển động của dịng khơng khí.Sở dĩ khơng khí chuyển động trong ống được là nhờ áp suất của nĩ lớn hơn áp suất của khí quyển ở mơi trường xung quanh độ chênh áp suất là: ∆P = PKK - PKq. Hình 5-1 Gọi là áp suất thừa.Áp suất thừa đĩ nhỏ, thường được đo bằng vi áp kế cĩ chất lỏng là rượu.Ta cĩ thể dùng loại áp kế đơn giản là loại ống thuỷ tinh hình chữ U một đầu hở, chứa nước. Trên hình 5-1 áp kế 1 nối thành ống,cịn áp kế hai hướng về dịng khơng khí ở giữa ống.Vì áp suất của khơng khí bên trong ống lớn hơn áp suất chung quanh nên 86
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - nước trong áp kế bị ép và tạo thành độ chênh cao cột nước hình chữ U.Độ chênh đĩ chính là áp suất thừa ∆P1 và ∆P2 .Ta nhận thấy ∆P2>∆P1. Nếu ta đĩng kín đầu ra của ống dẫn khơng khí và dùng quạt thì khơng khí trong ống khơng chuyển động và áp suất trong áp kế khơng cịn nữa, nước sẽ dâng lên thăng bằng nhau. Khi khơng khí động tất cả năng lượng khơng khí sẽ chuyển thành lượng tĩnh năng (hoặc áp suất tĩnh).Nhưng nếu ta mở đầu ra của ống và cho quạt làm việc thì một phần năng lượng tĩnh chuyển thành năng lượng động (hoặc áp suất động) Áp suất thừa gọi là áp suất tồn phần ∆Ptp (hoặc Ptp) cịn áp lực tĩnh là ∆Pt (hoặc Pt), áp suất động là ∆Pđ (hoặc Pđ).Ta tính: ∆Ptp = ∆Pt + ∆Pđ (5-1) Áp kế 2 chỉ trị số ∆Ptp, áp kế 1chỉ trị số ∆Pt độ chênh giữa chúng là ∆Pđ vậy : ∆P2 = ∆Ptp và ∆P1 = Pt Theo lý thuyết thuỷ lực thì áp suất động bằng: v 2 ∆P = .γ (5-2) d 2g Trong đĩ: γ: Trọng lượng đơn vị của dịch thể (ở đây là khơng khí) g: Gia tốc trọng trường v: Tốc độ chuyển động trung bình của dịch thể (ở đây là khơng khí). Ta khảo sát trường hợp khơng khí được hút vào trong ống dẫn (hình 5-1b), khi đĩ Pkg >Pkk.Trong ống dẫn được tạo ra áp suất chân khơng, trị số này bằng ∆P = Pkq- Pkk, cho nên khơng khí ngồi trời sẽ được hút vào trong ống dẫn.Cột nước bên trái ống chữ U, sẽ dâng lên và bên phải sẽ hạ xuống thấp.Các trị số áp suất trong áp kế ∆P và ∆Ptp cĩ giá trị âm và lúc này ∆P2< P1.Về giá trị tuyệt đối thì lúc này ∆Ptp sẽ nhỏ hơn ∆Pt một đại lượng ∆Pđ, Vậy: Trong đoạn ống đẩy áp suất tồn phần luơn luơn dương, áp suất tĩnh cũng luơn luơn dương, cịn trong ống hút áp suất tồn phần và áp suất tĩnh luơn luơn âm. II.TÍNH TỐN TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG. Như ta đã thấy ở phần trên ống đẩy hoặc ống hút khi làm việc đều sinh ra tổn thất dưới hai dạng: Do ma sát và do chướng ngại cục bộ. 1- Tổn thất áp suất do ma sát. 87
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tổn thất áp suất do ma sát được tính theo cơng thức λ U v2 ∆P = . l. γ (5-4)a ms 4 F 2g hay ∆Pms= R.l. Trong đĩ: λ: Hệ số ma sát, phụ thuộc vào độ nhám tương đối của thành ống và chế độ chảy của dịng khơng khí. U: Chu vi ướt của ống (m) F: Diện tích của ống (m2) l: Chiều dài của ống (m) v 2 .γ : Áp suất động của dịng (kg/m2) 2g R: Tổn thất áp suất ma sát đơn vị (nghĩa là tổn thất áp suất ma sát trên 1 m dài ống dẫn). (kg/mm) Để đơn giản trong tính tốn trị số R được xây dựng và lập thành bảng với loại ống tơn (cĩ λ cố định) cĩ tiết diện trịn (đường kính d),khơng khí bên trong cĩ nhiệt độ 0 tiêu chuẩn tkk= 20 C. Vậy khi muốn dùng cho đường ống làm bằng vật liệu ống (cĩ λ 0 ≠ λ tơn) phải nhân với hệ số điều chỉnh nước, hoặc nhiệt độ khơng khí tkk ≠ 20 C phải hiệu chỉnh với hệ số η. Trong thiết kế và sử dụng ống dẫn khơng khí trong các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp ta gặp khơng những loại cĩ tiết diện trịn mà cịn cĩ loại tiết diện chữ nhật vậy phải đưa thêm khái niệm về đường kính tương đương dtđ.Ta thường tính đường kính tương dương theo hai dạng:Tương đương theo tốc độ dtđ (v) hay tương đương theo lưu lượng dld(L) Đường kính tương đương theo tốc độ của ống tiết diện chữ nhật là đường kính của ống trịn cĩ tổn thất ma sát giống như tổn thất áp suất ma sát ống dẫn tiết diện chữ nhật nĩi trên với điều kiện vận tốc của chúng như sau: CN Ο ∆Pms = ∆Pms Thay thế vào cơng thức tính tổn thất áp suất do ma ssát bằng đường kính ống trịn và cạnh của ống chữ nhật ta cĩ: 88