Tính toán thông gió: Thu nhiệt do bức xạ mặt trời

C. THU NHIỆT DO BỨC XẠ MẶT TRỜI
Lượng nhiệt này chỉ tính cho mùa hè, còn mùa đông không cần phải tính.
I. Thu nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua cửa kính.
Bức xạ mặt trời truyền qua cửa kính được tính theo công thức:
Q
bx
kính
= τ
1
τ
2
τ
3
τ
4
q
bx
F
kính
[ kcal/h]
Trong đó:
+ τ
1
: hệ số trong suốt của kính (cửa kính 1 lớp τ
1
= 0,90)
+ τ
2
: hệ số mức độ bẩn mặt kính (mặt kính đứng 1 lớp τ
2
= 0,80)

+ τ
3
: hệ số che khuất bởi cánh khung cửa (cửa sổ 1 lớp kính thẳng đứng
khung nhôm τ
3
= 0,75 ÷ 0,79)
+ τ
4
: hệ số che khuất bởi hệ thống che nắng (kính sơn trắng đục τ
4
= 0,65
÷ 0,80)
+ F
kính
: diện tích phần kính chịu bức xạ của mặt trời, (m
2
)
+ q
bx
: cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chịu bức xạ tại thời điểm
tính toán, (Kcal/m
2
h)
Vì mặt trời mọc ở phía đông, năng lượng mặt trời truyền qua cửa kính sẽ rất cao
trong khoảng 8-9h sáng và giảm dần vào buổi trưa và buổi chiều, còn ở phía nam
bức xạ mặt trời lớn nhất vào lúc trưa 12h, ở phía tây nhiệt bức xạ mặt trời sẽ ngược
lại với phía đông, nó đạt được cực đại vào lúc 15- 16h, phía bắc sẽ nhận ít năng
lượng mặt trời hơn vào lúc 9h và 15h. Còn bức xạ ở trên mặt bằng tra vào lúc 12h.
Dựa vào bảng số liệu tra trực xạ trên mặt bằng và mặt đứng 8 hướng (W/m
2

) của
thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An, ta có:
+ Bức xạ mặt trời trên mặt bằng, tra vào lúc 12-13 h, ta có:

)(W/m33,896
3
924928837
3
2
876
=
++
=
++
=
bxbxbx
bx
qqq
q

+ Bức xạ mặt trời ở mặt đứng hướng Đông, tra vào lúc 8-9h, ta có:
)(W/m66,533
3
551541509
3
2
876
=
++
=

++
=
bxbxbx
bx
qqq
q
+ Bức xạ mặt trời ở mặt đứng hướng Tây, tra vào lúc 15-16h, ta có:
)(W/m577
3
621590520
3
2
876
=
++
=
++
=
bxbxbx
bx
qqq
q
+ Bức xạ mặt trời ở mặt đứng hướng Bắc, tra vào lúc 15h, ta có:
)(W/m33,102
3
31133143
3
2
876
=

++
=
++
=
bxbxbx
bx
qqq
q
+ Bức xạ mặt trời ở mặt đứng hướng Nam, tra vào lúc 12h, ta có: q
bx
= 73 (W/m
2
)
I.1. Hướng bắc.
)/(09.961860.33,102.24.8,0.79,0.8,0.9,0.10....
3
4321
hKcalFqQ
B
kínhbx
B
bxkính
===
−
ττττ
* Chú ý: 1kw = 10
3
W
1kw = 860 kcal/h
I.2. Hướng nam.

)/(37,411860.73.4,14.8,0.79,0.8,0.9,0.10....
3
4321
hKcalFqQ
N
kínhbx
N
bxkính
===
−
ττττ
I.3. Hướng đông.
)/(80,5145860.66,533.64,24.8,0.79,0.8,0.9,0.10....
3
4321
hKcalFqQ
D
kínhbx
D
bxkính
===
−
ττττ
I.4. Hướng tây.
)/(47,2673860.577.84,11.8,0.79,0.8,0.9,0.10....
3
4321
hKcalFqQ
T
kínhbx

T
bxkính
===
−
ττττ
Vậy tổng lượng bức xạ truyền qua cửa kính là:
=
kín h
b x
Q
9191,73 (Kcal/h)
II. Thu nhiệt bức xạ mặt trời truyền qua mái.
Được tính bằng công thức sau:

τ
A
bx
t
bx
mái
bx
QQQ
+=
∆
(kcal/h)
Trong đó :
+
t
bx
Q

∆
: bức xạ mặt trời do sự chênh lệch nhiệt độ, (kcal/h)
+
τ
A
bx
Q
: bức xạ mặt trời do dao động nhiệt, (kcal/h)
II.1. Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ
t
bx
Q
∆
:
Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ bề mặt ngoài của kết cấu bao che
tăng cao. Ta thay thế cường độ bức xạ bằng một trị số nhiệt độ tương đương t
tđ
của
không khí bên ngoài, ta có:
t
tđ
=
N
tb
bx
q
α
ρ
(
0

C).
Trong đó:
+
tb
bx
q
: cường độ bức xạ trung bình trên mặt phẳng kết cấu, (kcal/m
2
h)
+ α
N
: hệ số trao đổi nhiệt độ bề mặt ngoài của kết cấu bao che, α
N
= 20 [kcal/m
2
h
0
C]
+ ρ: hệ số hấp thụ bức xạ của bề mặt kết cấu bao che, tra bảng 3-9, trang 109, giáo trình kỹ
thuật thông gió, ĐH xây dựng, 1998.
Với tôn sáng màu ρ = 0,8
Ta có:
bx
q
24
tb
bx
q
=
∑

, trong đó
bx
q
∑
: tổng bức xạ trên mặt bằng trong
ngày.
)/(6545
3
664967616225
3
2
8
/
7
/
6
/
mw
qqq
q
ngàybxngàybxngàybx
bx
=
++
=
++
=
∑
bx
q

∑
=6545.10
-3
.860 = 5628,7 (kcal/m
2
h) ⇒
53,234
24
7,5628
24
===
∑
bx
tb
bx
q
q
Vậy:
C
q
t
N
tb
bx
tđ
0
38,9
20
53,234.8,0
===

α
ρ
Nhiệt độ tổng không khí bên ngoài nhà là:
Cttt
tđN
N
tong
0
18,3838,98.28
=+=+=
⇒ Bức xạ mặt trời do sự chênh lệch nhiệt độ là:
)(
tt
T
N
tongm áim ái
t
bx
ttFkQ
−⋅⋅=
∆
ϕ
= 1,66.13312,78(38,18 – 24) = 313366,86 (Kcal/h)
II.2. Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ
A
Q
bx
τ

Để xác định biên độ dao động của nhiệt độ tổng ta phải xem xét biên đọ của nhiệt độ tương

đương do bức xạ gây ra và biên độ của nhiệt độ không khí ngoài trời.
Với mái được xem là mặt phẳng nằm ngang với cường độ bức xạ mặt trời có biên độ dao
động điều hòa là:

max tb
A q q
q
bx bx
= −
(
0
C)
Trong đó:
max
q
bx
: là cường độ bức xạ đạt cực đại vào lúc 12h, tra bẳng ta có
max
q
bx
= 942 (W/m
2
) = 942.10
-3
.860 = 810,12 (kacl/m
2
h)
⇒
max tb
A q q

q
bx bx
= −
= 810.12 – 234,53 = 575,59 (kacl/m
2
h)
Ứng với biên độ dao động này, thì nhiệt độ tương ứng sẽ có biên độ dao động là:

C
A
A
N
q
t
tđ
0
02,23
20
59,575.8,0
===
α
ρ
Nhiệt độ của không khí ngoài phân xưởng cũng dao động điều hòa theo thời gian
với chu kỳ T = 24 giờ, với biên độ dao động là:

13
tb
A t t
n
t

n
= −
Trong đó:
+
13
t
: là nhiệt độ trung bình đo được vào lúc 13h của tháng nóng nhất, (tương
đương với nhiệt độ cực đại), tra bảng: nhiệt độ cao nhất trung bình của không khí
0
C,
phụ lục 1, trang 2, kỹ thuật thông gió, ĐH xây dựng, 1998. Ta có ở tỉnh Quảng Ngãi
tháng nóng nhất là tháng 7, là
13
t
=34,4
0
C.
+
tb
t
n
: nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất, tương tự tra bảng ta có
tb
t
n
=
28,8
0
C.
⇒

13
tb
A t t
n
t
n
= −
= 34,4 – 28,8 = 5,6
0
C
⇒ Biên độ dao động của nhiệt độ tổng hợp là:

( )
Ψ+=
ntđtong
ttt
AAA
Trong đó: ψ là hệ số phụ thuộc vào độ lệch pha ∆Z và tỉ số giữa biên độ dao
động nhiệt độ tương đương và nhiệt độ bên ngoài phân xưởng.
Nhiệt độ không khí cực đại vào lúc 14 giờ
⇒ ∆Z = 14 – 12 = 2

11,4
6,5
02,23
==⇒
n
tđ
t
t

A
A

⇒ ψ = 0,98, tra bảng hệ số lệch pha ψ, trang 66, giáo trình thông gió, ĐHBK Đà
Nẵng.
Biên độ dao động của bề mặt bên trong kết cấu:

A
t
t
=
A
t
tg
ν
Trong đó:
+ υ: là hệ số tắt dần,
( )
∑
∑
+=
D
R
5,383,02
ν
Trong đó:
+ ∑D: tổng số hàm nhiệt quán tính của kết cấu bao che, ∑D = ∑R
i
S
i

(S
i
: là nhiệt hàm của kết cấu bao che)
+ ∑R: tổng nhiệt trở của kết cấu bao che, , ∑R=
i
i
δ
λ
∑
Với lớp tôn mỏng, ta có υ = 1
⇒ Biên độ dao động của bề mặt bên trong kết cấu:

( )
( )
C
AA
A
A
ntđ
tg
t
tt
t
t
0
05,28
1
98,06,502,23
=
+

=
Ψ+
==
νν
⇒ Bức xạ do dao động nhiệt độ truyền qua mái là:
)/(09,280067678,13312.5,7.05,28.. hkcalFAQ
máiTt
A
bx
t
===
α
τ

⇒ Bức xạ mặt trời truyền qua mái là:
)/(95,311404209,280067686,313366 hkcalQQQ
A
bx
t
bx
mái
bx
=+=+=
∆
τ
II.3. Nhiệt bức xạ truyền qua tường
tuong
bx
Q
Được tính theo công thưc sau:

)/(....860.10
3
hKcalqFkQ
bx
tuong
bx
ρ
−
=
Trong đó:
+ K: lè hệ số truyền nhiệt của bộ phận kết cấu bao che (kcal/m
2
h
0
C)
+ ρ: hệ số hấp thụ của kết cấu bao che, phụ thuộc vào vật liệu, màu sắc, trạng
thái bề mặt của kết cấu, được xác định theo bảng 3-9, trang 109, kỹ thuật thông gió,
trường ĐHXD, 1998. Ta có đối với vữa trát xi măng thì ρ = 0,4.
a. Đối với tường hướng bắc, ta có:
B
bx
Q
= 10
-3
.860. 1,87. 658,5.0,4. 102,33 = 43346,97 (kcal/h)
b. Đối với tường hướng nam, ta có:
N
bx
Q

= 10
-3
.860.1,87. 683,1.0,4. 73= 32077,99(kcal/h)
c. Đối với tường hướng đông, ta có:
D
bx
Q
= 10
-3
.860.1,87. 814,02 .0,4. 533,66 = 279447,21 (kcal/h)
d. Đối với tường hướng tây, ta có:
T
bx
Q
= 10
-3
.860.1,87.966,16. 0,4. 577= 143444,83 (kcal/h)
⇒ Vậy nhiệt bức xạ truyền qua tường là:
)/(79831783,14344421,57944799,3207797,43346 hkcalQQQQQ
T
bx
D
bx
N
bx
B
bx
tuong
bx
=+++=+++=

Bảng: Thu nhiệt do bức xạ mặt trời.

Q
bx
kính
(kcal/h)

mái
bx
Q
(kcal/h)
tuong
bx
Q
(kcal/h)
Q
∑ bx
(kcal/h)
9191,73 3114012,95 798317 3921521,68