Tính nhiệt tải và chọn các FCU cho công trình

Chương 7 TÍNH NHIỆT TẢI VÀ CHỌN CÁC FCU CHO CÔNG TRÌNH Nguyên lý cơ bản của Điều hoà không khí là cấp không khí có trạng thái không khí thích hợp sau khi đã được xử lý nhiệt - ẩm vào phòng để khử nhiệt thừa và ẩm thừa trong phòng và bằng cách đó giữ cho nhiệt độ và độ ẩm của không khí bên trong phòng ổn định ở mức đã chọn tuỳ theo yêu cầu tiện nghi hoặc công nghệ. Phương pháp tính cân bằng nhiệt trong đồ án này theo phương pháp Carrier, các bước đã được em trình bày ở chương 3. Theo phương pháp Carrier ta có: Qo = Qt = Qht + Qât 3.1. Tính nhiệt hiện thừa - nhiệt ẩn thừa. Do số lượng phòng nhiều và không đồng loạt nên không thể trình bày các bước tính toán cân bằng nhiệt ẩm cho từng phòng một nên ở đây chỉ trình bày phương pháp, công thức tính toán đồng thời giải thích chi tiết từng thành phần, cách tra số liệu ở bảng nào, sách tham khảo nào. Tòa nhà gồm 6 tầng với mỗi tầng là một không gian sử dụng khác nhau nên em chỉ tính toán chi tiết cho một số phòng hoặc từng tầng một làm ví dụ, các phòng còn lại tính toán tương tự bằng cách lập bảng trong chương trình Excel và kế quả tính toán của từng phòng được lập trong các bảng ở các phụ lục ghi kết quả tính toán nhiệt. 3.1.1. Nhiệt bức xạ qua kính Q11 Với các công trình xây dựng hiện đại kính được sử dụng rất nhiều, ngoài việc để lấy ánh sáng tự nhiên kính còn được sử dụng như một cách trang trí để tăng vẻ đẹp, tính hiện đại của công trình. Công trình Siêu thị Nhà hàng Văn phòng cho thuê Cầu Dứa với tất cả các cửa, cửa sổ đều là cửa kính. Kính được dùng là loại kính trong phẳng ( khác kính cơ bản) dầy 6mm không có. Tất cả các cửa sổ đều có phương thẳng đứng. Nhiệt hiện bức xạ qua kính được xác định theo biểu thức sau: Q11= nt . Q ’ 11 ; kw nt: Hệ số tác động tức thời. n = f(gs); trong đó gs là mật độ diện tích trung bình, kg/m2 của toàn bộ kết cấu bao che vách, trần, sàn. Giá trị gs xác định như sau: gs = Fs GG ''5,0' ; kg/m2 G’: khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn nàm trên mặt đất, kg. G’’: khối lượng tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất, kg. Fs : diện tích sàn, m2. Tòa nhà xây dựng bằng tường gạch trát ngoài có khối lượng là 296 kg/m2 tường và sàn bê tông có khối lượng 360 kg/m2 sàn. Ta có: G’ = 51356 , kg G’’= 841496 , kg F = 2238 , m2 Vậy gs = Fs GG ''5,0' = 2238 841496.5,051356  gs = 211 ; kg/m 2 Hệ thống điều hòa không khí hoạt động 24/24 h với gs = 211 kg/m2, hướng Đông Bắc tra bảng 4.6 [1] ta xác định được nt= 0,74 lớn nhất vào 7 giờ sáng. Q’11: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính, ở đây sử dụng kính khác kính cơ bản nên: Q’11 = F. Rk. c. ds. mm. kh. m , W Trong đó; F : Diện tích cửa kính, m2. Rk: nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng, W/m2 Rk= [0,4k + k (m + m + km + 0,4km)] RN , W RN: nhiệt bức xạ mặt trời đến bên ngoài mặt kính, W/m2 88,0 T N R R  Nha Trang ở Bắc bán cầu vĩ độ 12o.25’ tra bảng 4.2 [1] ta được RT = RTmax= 483,0 ; W/m 2 (hướng Đông Bắc) Vậy 86,548 88,0 483 88,0  TN R R ; W/m2 RT = RTmax= 514 ; W/m 2 (hướng Tây Nam) Vậy 584 88,0 514 88,0  TN R R ; W/m2 Các hệ số của kính: k, k, k, m, m, m, m. Từ bảng 4.3[1] và 4.4[1]. Ta tra được Đặc tính bức xạ, hệ số kính của kính trong phẳng, dày 6mm không có màn che. k : Hệ số hấp phụ của kính: k = 0,15. k : Hệ số phản xạ của kính: k = 0,08. k : Hệ số xuyên qua của kính:k = 0,77. m: Hệ số kính: m = 0,94. m : Hệ số hấp phụ của màn che: m = 1, (không có màn che). m : Hệ số phản xạ của màn che: m = 1, (không có màn che). m : Hệ số xuyên qua của màn che:m= 1, (không có màn che). Thay số ta được: RK= [0,4.0,15 + 0,77(1 + 1 + 0,08.1 + 0,4.0,15)].548,86 RK= 937,34 ; W/m 2 ( hướng Đông Bắc ) Và: RK= [0,4.0,15 + 0,77(1 + 1 + 0,08.1 + 0,4.0,15)].584 RK= 998,64 ; W/m 2 ( hướng Tây Nam ) c: là hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mực nước biển, được tính theo công thức: 023,0. 1000 1 H C  H: là độ cao tương đối của vị trí lắp đặt kính trong toàn công trình cần tính toán. Hệ số này sẽ thay đổi khi ta tính vị trí các tầng khác nhau, ở Nha Trang được coi là vị trí có độ cao ngang với mực nước biển nên H = 0. 1C đs: là hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh nhiệt độ đọng sương của môi trường vùng lắp đặt so với nhiệt độ đọng sương ở không khí trên mặt nước biển là 200C, do có nhiệt độ đọng sương lớn nên đs giảm và được tính theo công thức: 8752,013,0. 10 206,29 113,0. 10 )20ts( 1 ds mm: là hệ số ảnh hưởng của mây mù, khi trời không có mây chọn mm = 1, khi trời có mây chọn mm = 0,85, kh: hệ số ảnh hưởng của khung cửa kính, trong trường hợp này khung cửa kính là khung kim loại (nhôm) nên lấy kh = 1. Như vậy: Q’11 = F. 937,34.1.0,8752.1.1.0,94 ; W Q’11 = F.771,13 ; W Ví dụ tính cho tầng 2. Diện tích kính của tầng 2 là 507,5 m2 với hệ số tác động tức thời nt = 0.74 ta tính được nhiệt bức xạ qua kính: Q 11= nt.Q’11= 0,74.507,5.771,13 Q 11= 289597,87 ; W Các phòng, tầng khác, tính tương tự kết quả được tổng hợp trong bảng 3.1. 3.1.2. Nhiệt hiện truyền qua mái bằng bức xạ do t : Q21 Các trần nằm ở giữa hai tầng điều hòa thì lấy t = 0 và Q21= 0. Riêng tầng 5 có trần là sàn của tầng thượng và 1 phần của tầng 6 (tầng thượng) nên có bức xạ mặt trời. Lượng nhiệt này được tính toán như sau: Q21 = k.F. tdt Q: Dòng nhiệt đi vào không gian điều hòa do sự tích nhiệt của các kết cấu mái và do sự chênh lệch nhiệt độ của không khí giữa bên trong và bên ngoài. k: Hệ số truyền nhiệt qua mái, F : Diện tích mái, m2 Tính toán đối với tầng 5: Do phía trên là phòng không điều hòa nên: Q21 = k.F. t Với - k: Hệ số truyền nhiệt qua mái. Tra bảng 4.15 [1] cho trần bê tông dày 100 mm lớp vữa xi măng dày 25mm có lát gạch ta được k = 3,07 ;W/m2 0C Hình 4.1. Kết cấu trần nhà. Bitum Vữa Bê tông F : Diện tích mái, F = 2019,6 ; m2  t = 0,5(tN - t T )  t = 0,5(33,7 - 25) = 4,35 K Vậy : Q21 = 3,07.2019,6. 4,35 Q21 = 26970,7 ; W Tính toán đối với tầng 6: Tầng 6 có trần mái tiếp xúc với bức xạ mặt trời nên Q21 được tính: Q21 = k.F. tdt . k : tra bảng 4.9 [1] cho trần bê tông dày 100 mm lớp vữa xi măng dày 25mm trên có lớp bitum (Xem hình 4.1) và có trần giả bằng gỗ ta được: k = 1,72 ; W/m2 0C tdt : Hiệu nhiệt độ tương đương. N NS TNT N NS NTefNtd R ttt R tttt     . )( . .  S : Hệ số hấp thụ bức xạ của vật liệu làm trần, tra bảng 4.10 [1] cho mặt bê tông phẳng, nhẵn là S = 0,6 RN = 548,86 ; W/m 2 đã tính ở trên, N = 20 ; W/m 2.K Thay số ta được: K R ttt N NS TNtd 16,2520 86,548.6,0 )257,33( . )(    Diện tích là 218,4 m2: nhiệt truyền qua mái bằng bức xạ được tính như sau: Q21 = k.F. tdt = 1,72.218,4.25,16 Q621 = 9451,3 ; W Kết quả được tổng hợp trong bảng 3.2. 3.1.3. Nhiệt hiện truyền qua vách Q22 Tính toán nhiệt truyền qua vách là toàn bộ diện tích bao che gồm: tường, cửa ra vào, kính cửa sổ. Q22 = Q22t + Q22c + Q22k ; W 3.1.3.1. Nhiệt hiện truyền qua tường Q22t Nhiệt hiện truyền qua tường được xác định theo công thức: Q22t = k. F. t ; W. a. Tính nhiệt qua tường bao : Kết cấu của tường bao gồm có: 2 lớp vữa ximăng,1 lớp gạch rỗng, ngoài cùng là lớp đá granit đánh bóng màu xám hình 3.2. Hình 3.2. Kết cấu tường bao kt : hệ số truyền nhiệt qua tường được xác định bằng biểu thức: kmWk Tg g V V d d N t 2/, 1 2 1 1          Tất cả các hệ số này tra theo bảng 4.10 và bảng 4.11 [1] V: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vữa trên bề mặt tường, V = 0,93 ;W/mK. g: Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch trên bề mặt tường, g = 0,52 ;W/mK. d: Hệ số dẫn nhiệt của lớp đá ốp ngoài tường, d = 0,60 ;W/mK. d: là độ dày của lớp đá ốp ngoài cùng, đ = 0,003 m. V: là độ dày của lớp vữa trên bề mặt tường, V = 0,005 m. g: là độ dày của lớp gạch trên bề mặt tường, g = 0,2 m. 69,1 10 1 52,0 2,0 93,0 005,0 2 60,0 003,0 20 1 1   tk ; W/m 2K  t : Hiệu nhiệt độ trong và ngoài phòng.  t = tN - t T = 33,7 - 25 = 8,7 K Tính toán đối với tầng 2: F : Diện tích tường ngăn, F= 173,5 m2 Q22tb = k. F. t ; W. Q22tb = 1,69.173,5.8,7 = 2550,97 ; W b. Tính nhiệt qua tường ngăn : Kết cấu của tường ngăn gồm có: 2 lớp vữa ximăng, 1 lớp gạch rỗng. Tất cả các hệ số này tra theo bảng 4.10 và bảng 4.11 [1] k : hệ số truyền nhiệt qua tường được xác định bằng biểu thức: Tg g V V N tk      1 2 1 1   V: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vữa trên bề mặt tường, V = 0,93 ; W/mK g: Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch trên bề mặt tường, g = 0,52 ; W/mK V: là độ dày của lớp vữa trên bề mặt tường, V = 0,005 m g: là độ dày của lớp gạch trên bề mặt tường, g = 0,2 m 85,1 10 1 52,0 2,0 93,0 005,0 2 20 1 1   tk ; W/m 2K  t : Hiệu nhiệt độ trong phòng và ngoài hành lang  t = tN - t T = 30 - 25 = 5 K Tính toán đối với tầng 2: F : Diện tích tường bao, F= 121 m2 Q22tn = k. F. t ; W. Q22tn = 1,85.121.5 = 1119,25 ; W 3.1.3.2. Nhiệt hiện truyền qua cửa ra vào Q22c Nhiệt hiện truyền qua cửa được xác định theo công thức: Q22c= k. F. t ; W F : Diện tích cửa, m2  t: Hiệu nhiêt độ giữa trong và ngoài nhà  t = tN - t T = 33,7 - 25 = 8,7 K. Tính toán đối với tầng 2: Cửa ra vào ở đây toàn bộ là cửa kính, tra bảng 4.13 [1] ta được hệ số truyền nhiệt: k = 5,89 W/m2.K Với tổng diện tích cửa là 21 m2 Vậy Q22c = 5,89.21.8,7 Q22c = 1076,1 ; W 3.1.3.3. Nhiệt hiện truyền qua kính cửa sổ Q22k Nhiệt hiện truyền qua kính cửa sổ được xác định theo công thức: Q22k= k. F . t ; W F : Diện tích kính cửa sổ, m2 t : Hiệu nhiêt độ giữa trong và ngoài nhà  t = tN - t T = 33,7 - 25 = 8,7 ; K Tính toán đối với tầng 2: Cửa sổ toàn bộ là cửa kính, tra bảng 4.13 [1] ta được hệ số truyền nhiệt k : k = 5,89 ;W/m2.K Với tổng diện tích kính cửa sổ là 13 m2 Q22k = k. F . t = 5,89.13.8,7 Q22k = 666.16 ; W Các phòng khác tính tương tự kết qủa được tổng hợp trong bảng 3.3. 3.1.4. Nhiệt hiện truyền qua nền Q23 Nhiệt hiện truyền qua nền chỉ tính cho các phòng tầng 1 vì tầng 1 có sàn đặt ngay trên mặt đất. Và một phần của tầng 2 có không gian không điều hòa. Còn các tầng khác sàn của tầng trên là trần của tầng dưới có điều hòa nên Q23 =0. Nhiệt hiện truyền qua nền cũng được tính theo công thức: Q23 = k . F . t ,W k: Hệ số truyền nhiệt qua nền. nền bê tông dày 100 mm có lớp vữa ở trên dày 25 mm, có lát gạch dày 3 mm. Ta chọn đươc hệ số truyền nhiệt k theo bảng 4.15 [1] k = 3,07 ;W/m2.K t : Hiệu nhiệt độ: F: Diện tích nền. Ví dụ tính toán cho tầng 1: Đối với tầng 1: t = (tN - tT). t = 8,7 K Diện tích nền là: 859,85 m2 và nhiệt hiện truyền qua nền được tính như sau: Q123 = 3,07.859,85.8,7 = 22965,73 ; W Tính toán cho tầng 2: Đối với tầng 2: t = 0.5(tN - tT). t = 4,35 ; K Diện tích nền là: 1208,15 m2 và nhiệt hiện truyền qua nền được tính như sau: Q223 = 3,07.1208,15.4,35 = 5258,52 ; W Kết quả các tầng khác được tổng hợp trong bảng 3.4. 3.1.5. Nhiệt hiện tỏa do đèn chiếu sáng Q31 Trong tòa nhà phần lớn đều là các phòng trưng bày, các shop, phòng giải trí vì vậy đèn chiếu sáng cần đảm bảo cung cấp đầy đủ ánh sáng đảm bảo yêu cầu theo tiêu chuẩn 12 W/m2 sàn. Tất cả các đèn chiếu sáng là đèn đôi nêon, mỗi bóng có công suất 40 W, điện áp sử dụng 220 V. Nhiệt tỏa ra do chiếu sáng cũng gồm 2 thành phần bức xạ và đối lưu. Phần bức xạ cũng bị kết cấu bao che hấp thụ nên nhiệt tác động lên phụ tải lạnh cũng nhỏ hơn trị số tính toán được. Q32 = nt.nđ.Q Q: Tổng nhiệt tỏa do chiếu sáng. nt: Hệ số tác dụng tức thời của đèn chiếu sáng. nđ: Hệ số tác dụng đồng thời. Tra bảng 4.8 [1] cho trường hợp gs = 700 kg/m2 sàn, thời gian sử dụng đèn 10 giờ được: nt = 0,87. Đối với công trình nhà cao tầng phục vụ cửa hàng bách hóa này ta chọn nđ = 0,95 Tính toán cho tầng 2: Diện tích của tầng 2 là 2068 m2 nên theo tiêu chuẩn cần có hệ thống chiếu sáng là 24816 W và nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng sẽ là: Q32 = nt.nđ.Q = 0,87.0,5.24816 = 20510,42 ; W. Các phòng còn lại tính toán tương tự, kết quả được tổng kết ở bảng 3.5. 3.1.6. Nhiệt hiện tỏa do máy móc Q32 Nhiệt hiện toả do máy và dụng cụ dùng điện như tivi, radio, máy tính, các dụng cụ sử dụng trong văn phòng, công sở là các loại máy không dùng động cơ điện có thể tính như nguồn nhiệt toả của đèn chiếu sáng: Q32 = Ni ; W Ni: Công suất điện ghi trên dụng cụ, W Đối với tầng 2 Do là văn phòng làm việc nên không có các thiết bị máy móc sử dụng động cơ, máy móc trong phòng chủ yếu là máy tính, máy in, tivi. Với máy tính thường thì công suất Ni = 300 W/máy, máy in là 400 W/máy tính cho giả sử có 10 máy tính, 10 máy in giả sử chúng hoạt động với thời gian 16/24h ta có: Q32 = Ni = 16/24.(10.300 + 10.400) = 4666,6 ; W. Các phòng khác tính tương tự, kết qủa được tổng hợp trong bảng 3.6. 3.1.7. Nhiệt hiện và ẩn do ngưới toả ra Q4 3.1.7.1. Nhiệt hiện do người toả ra. Nhiệt hiện do người toả vào phòng chủ yếu bằng đối lưu và bức xạ, được xác định bằng biểu thức: Q4h = n. qh, W n : Số người trong phòng điều hoà. qh: nhiệt hiện toả ra từ một người (W/người). Tính toán cho tầng 2: Do không gian tầng 2 sử dụng chủ yếu vào Siêu thị, bán hàng. Nên việc xác định số người trong phòng điều hòa là rất khó chính xác. Theo bảng 4.17 [1] cho không gian điều hoà là cửa hàng ta chọn định tính mật độ người là 2 m2/người. Vậy ta có số người trong phòng là: n = 2 2068 = 1034 người. Theo bảng 4.18 [1] nhiệt toả ra từ cơ thể con người với hoạt động trung bình cho các loại cửa hàng, với nhiệt độ phòng điều hoà: 250C là qh = 65W/người. Đây là toà nhà lớn nên cần nhân thêm hệ số tác dụng không đồng thời nđ = 0,85 Như vậy Q4h = nđ.n.qh, ; W Q4h = 0,85.1034.65 Q4h = 57128,5 ; W 3.1.7.2. Nhiệt ẩn do người toả ra: Q4â = n. qâ, W n: Số người trong phòng điều hoà. Qâ: nhiệt hiện toả ra từ một người (W/người). Theo bảng 4.18 [1] nhiệt ẩn từ cơ thể con người lấy trung bình cho hoạt động ở các cửa hàng bách hóa, với nhiệt độ phòng điều hoà là 250C thì qa= 65 W/người. Tính ví dụ cho tầng 2: n = 1034 người, ( tính ở trên). Q4a= n.qâ Q4a =1034.65 = 67210 ; W Các phòng khác tính toán tương tự kết quả được giới thiệu trong bảng 3.7. 3.1.8. Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào Qhn và Qân Không gian điều hoà cần thiết phải đưa gió tươi vào để đảm bảo lượng ôxi cần thiết và nồng độ CO2 không vượt quá mức cho phép cho con người ở trong phòng. Do gió tươi có trạng thái ngoài trời có entanpy IN, nhiệt độ tN và ẩm dung dN lớn hơn không khí trong nhà do vậy khi đưa vào phòng, gió tươi sẽ toả ra 1 lượng nhiệt hiện QhN và nhiệt ẩn QâN. QhN = 1,2.n.l(tN - tT), W QâN = 3,0.n.l(dN - dT), W n: Số người làm việc trong phòng. l: lượng không khí tươi cần thiết cho 1 người trong 1 giây. Ví dụ tính toán cho tầng 2: n = 1034 người, ( tính ở trên). l: Lấy theo định hướng của Carrier đối với không gian điều hoà là Siêu thị, bán hàng theo bảng 4.19 [1] là 5 l/sngười. Vậy nhiệt ẩn và nhiệt hiện do gió tươi mang vào được tính như sau: QhN = 1,2.n.l(tN - tT) = 1,2.1034.5(33,7 - 25) QhN = 53974,8 ; W QâN = 3,0.n.l(dN - dT) = 3,0.1034.5(27 - 14) QâN = 201630 ; W Các phòng khác tính tương tự kết qủa được tổng hợp trong bảng 3.8. 3.1.9. Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt Q5h và Q5â Do gió ngoài trời có entanpy IN, nhiệt độ tN và ẩm dung dN lớn hơn trong nhà do vậy khi lọt vào phòng, gió này sẽ toả ra 1 lượng nhiệt hiện Q5h và nhiệt ẩn Q5â. Q5h = 0,39..V.(tN - tT), W Q5â = 0,84..V(dN - dT), W V: Thể tích phòng, m3 : Hệ số kinh nghiệm, xác đinh theo bảng 4.20 [1] Ví dụ tính toán cho tầng 2: Ta có thể tích > 3000 m2 nên chọn  = 0,35 Tầng 2 có thể tích 8512m3 nhiệt ẩn và nhiệt hiện do gió lọt mang vào được tính như sau: Q5h = 0,39..V.(tN - tT) = 0,39.0,35.8512(33,7 - 25) Q5h = 1010,4 ; W Q5â = 0,84..V(dN - dT) = 0,84.0,35.8512(27 - 14) Q5â = 21772 ; W Các phòng khác tính tương tự kết qủa được tổng hợp trong bảng 3.9.