TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG THOÁNG PHÒNG THỰC TẬP THEO PHƯƠNG PHÁP ĐA BIẾN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
THÔNG THOÁNG PHÒNG THỰC TẬP
THEO PHƯƠNG PHÁP ĐA BIẾN

Họ và tên sinh viên: THÁI KHẮC SÁNG
NGUYỄN ĐẶNG ĐÔNG PHƯƠNG
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2008 – 2012

Tháng 06/2012


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
THÔNG THOÁNG PHÒNG THỰC TẬP
THEO PHƯƠNG PHÁP ĐA BIẾN

Tác giả
THÁI KHẮC SÁNG
NGUYỄN ĐẶNG ĐÔNG PHƯƠNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:
Kỹ sư: Nguyễn Thị Hoài Thu
Thạc sĩ: Nguyễn Hùng Tâm

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 06/2012

i


LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TP Hồ Chí Minh,
nhất là các thầy trong bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh đã tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng tôi thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này.
Chúng tôi xin cảm ơn K.s Nguyễn Thị Hoài Thu cùng với Th.s Nguyễn Hùng Tâm
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như dõi theo từng bước tiến triển của luận văn từ
lúc bắt đầu cho tới khi kết thúc nên chúng tôi mới có thể hoàn thành luận văn một cách
tốt nhất.
Chúng tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn
bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình học cũng như trong thời gian
làm luận văn tốt nghiệp đầy khó khăn, thử thách.

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Thái Khắc Sáng
Nguyễn Đặng Đông Phương

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống thông thoáng phòng thực tập theo

phương pháp đa biến”.
Sinh viên thực hiện:

Giáo viên hướng dẫn

Thái Khắc Sáng

Kỹ sư: Nguyễn Thị Hoài Thu

Nguyễn Đặng Đông Phương

Thạc sĩ: Nguyễn Hùng Tâm

Mục đích:
Tính toán, thiết kế hệ thống thông gió sử dụng quạt và cooling pad cho phòng
thực tập CK03, khoa Cơ khí – Công Nghệ.
Nội dung:
-

Khảo nghiệm hệ thống quạt – cooling pad trong phòng CK03:
 Sử dụng nước cấp có nhiệt độ ban đầu 28,50C.
 Sử dụng nước cấp có nhiệt độ ban đầu 240C.

-

Tính toán phụ tải nhiệt của phòng CK03, năng suất lạnh của hệ thống cooling
pad và chi phí điện nước sử dụng (Phương).

-

Thiết kế, lập bản vẽ mô hình máy làm lạnh nước cung cấp cho hệ thống quạt cooling pad (Sáng).

Kết quả đạt được
-

Phụ tải nhiệt của phòng CK03: Q0 = 10,05 kW.

-

Các thông số đặc tính của hệ thống quạt - cooling pad có sẵn.

-

Đã chế tạo thành công mô hình máy làm lạnh nước, dựa trên cơ sở máy lạnh 1
cục có sẵn công suất 3,5 Hp.

Hiệu suất
tăng ẩm, %

87

Năng suất lạnh
khi sử dụng nước
ban đầu có nhiệt
độ 28,50C, kW

Năng suất lạnh
khi sử dụng nước
ban đầu có nhiệt
độ 240C, kW

Năng suất lạnh
khi sử dụng nước
ban đầu có nhiệt
độ 200C, kW

Lượng nước
tiêu thụ, lw

18,2

26

26

3,6

iii

(kg/h)


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii 
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii 
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv 
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU .................................................. vii 
DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................................ix 
DANH SÁCH CÁC BẢNG ...........................................................................................xi 
Chương 1. MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 

1.1.  Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 
1.2.  Mục đích đề tài................................................................................................... 2 
Chương 2. TỔNG QUAN................................................................................................ 3 
2.1.  Khái niệm, mục đích và phân loại các hệ thống thông gió ................................ 3 
2.1.1. 

Khái niệm ................................................................................................. 3 

2.1.2. 

Mục đích của thông gió ........................................................................... 3 

2.1.3. 

Phân loại .................................................................................................. 3 

2.1.4. 

Ứng dụng của thông gió .......................................................................... 6 

2.2.  Đặc điểm khí hậu của TP Hồ Chí Minh /TL11/ ................................................ 6 
2.3.  Ô nhiễm không khí và vấn đề thông gió ............................................................ 7 
2.3.1. 

Tác dụng của môi trường không khí đối với con người /TL4/ ................ 7 

2.3.2. 

Tác dụng của môi trường không khí tới sản xuất .................................... 9 

2.4.  Không khí ẩm /Chương 3 - TL4/ .....................................................................11 
2.4.1. 

Khái niệm cơ bản ...................................................................................11 

2.4.2. 

Các loại không khí ẩm ...........................................................................11 

2.4.3. 

Các thông số đặc tính của không khí ẩm ...............................................12 

2.5.  Các quá trình trao đổi nhiệt và ẩm đa biến /Chương 3 - TL4/ .........................13 

iv


2.5.1. 

Khái niệm ...............................................................................................13 

2.5.2. 

Các quá trình trao đổi nhiệt và ẩm đa biến ............................................14 

2.6.  Phương pháp làm mát bay hơi /Chương 7 – TL4/ ...........................................15 
2.6.1. 

Làm mát bay hơi kiểu trực tiếp ..............................................................16 

2.6.2. 

Làm mát bay hơi kiểu gián tiếp .............................................................18 

2.6.3. 

Làm mát bay hơi kiểu hỗn hợp ..............................................................19 

2.7.  Các phương pháp thông thoáng trong phòng thực tập, sản xuất .....................19 
2.7.1. 

Thông gió tự nhiên .................................................................................20 

2.7.2. 

Thông gió cơ khí không sử dụng kênh dẫn gió .....................................20 

2.7.3. 

Thông gió cơ khí sử dụng kênh dẫn gió ................................................21 

2.8.  Bơm, quạt, coolingpad /TL5/ ...........................................................................23 
2.8.1. 

Bơm........................................................................................................23 

2.8.2. 

Quạt thông gió .......................................................................................24 

2.8.3. 

Tấm làm mát (cooling pad)....................................................................26 

Chương 3. PHƯƠNG PHÁP – PHƯƠNG TIỆN ..........................................................30 
3.1.  Phương pháp thực hiện ....................................................................................30 
3.1.1. 

Phương pháp kế thừa .............................................................................30 

3.1.2. 

Phương pháp thực nghiệm .....................................................................31 

3.2.  Phương tiện nghiên cứu ...................................................................................31 
3.2.1. 

Nguồn tài liệu.........................................................................................31 

3.2.2. 

Các phần mềm phụ trợ ...........................................................................31 

3.2.3. 

Dụng cụ và thiết bị khảo nghiệm ...........................................................31 

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................................33 
4.1.  Tổng quan về công trình ..................................................................................33 

4.1.1. 

Vị trí địa lý .............................................................................................33 

v


4.1.2. 

Kết cấu ...................................................................................................33 

4.1.3. 

Kết quả khảo sát phòng CK03 ..............................................................34 

4.2.  Tính toán phụ tải lạnh cho nhà phòng CK03 ...................................................35 
4.2.1. 

Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11 .............................................................35 

4.2.2. 

Nhiệt hiện truyền qua vách Q22..............................................................35 

4.2.3. 

Nhiệt hiện truyền qua nền Q23 ...............................................................38 

4.2.4. 

Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng Q31 ................................................38 

4.2.5. 

Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra Q4 .............................................38 

4.2.6. 

Xác định phụ tải lạnh .............................................................................39 

4.3.  Lựa chọn sơ đồ nguyên lý của hệ thống ..........................................................39 
4.4.  Khảo nghiệm mô hình với hệ thống quạt - cooling pad có sẵn .......................40 
4.4.1. 

Cách đo nhiệt độ, vận tốc ......................................................................40 

4.4.2. 

Tính toán các thông số đặc tính của hệ thống quạt - cooling pad..........42 

4.4.3. 

Khảo nghiệm hệ thống quạt - cooling pad với nước thường t = 28,50C 43 

4.4.4. 

Khảo nghiệm hệ thống quạt - cooling pad với nước lạnh t = 240C .......45 

4.4.5. 

Tính toán chi phí điện nước ...................................................................47 

4.4.6. 

Nhận xét chung ......................................................................................50 

4.5.  Quá trình tính toán, thiết kế, chế tạo máy làm lạnh nước ................................51 
4.5.1. 

Các dữ liệu đầu vào ...............................................................................51 

4.5.2. 

Quá trình tính toán, thiết kế, chế tạo ......................................................51 

Chương 5. KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ .............................................................................60 
5.1.  Kết luận ............................................................................................................60 
5.2.  Đề nghị .............................................................................................................61 
PHỤ LỤC ......................................................................................................................62 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................76 

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
ĐHKK – Điều hòa không khí.
Ak – Diện tích miệng thổi không khí của thiết bị.
vk – Vận tốc gió của thiết bị.
αN – Hệ số tỏa nhiệt của không khí ngoài trời.
αT – Hệ số tỏa nhiệt của không khí trong nhà.

B – Nồng độ CO2 có thể chấp nhận được trong không gian cần điều hòa, % thể tích.
cw – Nhiệt dung riêng của nước.
ck – Nhiệt dung riêng của không khí.
d – Độ chứa hơi của không khí ẩm.
εsat – Hiệu suất tăng ẩm của thiết bị.
E – Tỉ số giữa lưu lượng khối của nước và không khí vào.
φ – Độ ẩm tương đối.
ρ – Khối lượng riêng của không khí.
ik – Enthalpy của không khí khô có trong không khí ẩm đang khảo sát.
ih – Enthalpy của hơi nước có trong không khí ẩm đang khảo sát.
i’’ – Nhiệt ẩn hóa hơi của nước.
I – Enthalpy của không khí ẩm.
Lq – Lưu lượng quạt.
Lb – Lưu lượng bơm.
Lw – Lượng nước tiêu thụ của thiết bị.
η – Hiệu suất.
N – Độ ồn.
ρh – Độ ẩm tuyệt đối.
Q – Công suất lạnh.
Q0 – Phụ tải nhiệt.
tkv – Nhiệt độ bầu khô của không khí vào thiết bị.
tưv – Nhiệt độ bầu ướt của không khí vào thiết bị.
tkr – Nhiệt độ không khí ra thiết bị.
tkrtd – Nhiệt độ không khí ra thiết bị đạt độ ẩm tương đối φ = 100%.
vii


tktb – Nhiệt độ bầu khô của không khí ra khỏi thiết bị.
tưtb – Nhiệt độ bầu ướt của không khí ra khỏi thiết bị.
tkn – Nhiệt độ bầu khô của không khí ngoài trời.

tkn – Nhiệt độ bầu ướt của không khí ngoài trời.
dn – Độ chứa hơi của không khí ngoài trời.
dtb – Độ chứa hơi của không khí ra khỏi thiết bị.
B – Góc bức xạ giữa bề mặt kết cấu với đầu người.
tk – Nhiệt độ không khí trong phòng.
tR – Nhiệt độ mặt trong kết cấu lấy trung bình.
v – Tốc độ chuyển động của không khí trong phòng.
PL – Phụ lục.

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Thông gió kiểu thổi ....................................................................................... 4 
Hình 2.2: Thông gió kiểu hút ........................................................................................ 4 
Hình 2.3: Thông gió kết hợp ......................................................................................... 5 
Hình 2.4: Các quá trình trao đổi nhiệt và ẩm đa biến .............................................14 
Hình 2.5: Nguyên lý làm mát bay hơi kiểu trực tiếp ................................................16 
Hình 2.6: Trạng thái của không khí qua thiết bị làm mát bay hơi kiểu trực tiếp .17 
Hình 2.7: Làm mát bay hơi kiểu gián tiếp ................................................................18 
Hình 2.8: Quá trình làm mát bay hơi kiểu hỗn hợp .................................................19 
Hình 2.9: Thông gió tự nhiên......................................................................................20 
Hình 2.10: Hệ thống thông gió sử dụng quạt cấp và thải ........................................21 
Hình 2.11: Hệ thống thông thoáng sử dụng cooling pad .........................................22 
Hình 2.12: Phân loại bơm ...........................................................................................23 
Hình 2.13: Các loại quạt hút .......................................................................................25 
Hình 2.14: Mô hình các loại quạt đẩy làm mát.........................................................25 
Hình 2.15: Cấu tạo tấm cooling pad ..........................................................................26 
Hình 2.16: Biểu đồ mô tả sự giảm nhiệt độ trong ngày của hệ thống làm mát
cooling pad............................................................................................................28 

Hình 2.17: Cấu tạo tấm cooling pad của Poultec......................................................29 
Hình 3.1: Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn theo Carrier ......................30 
Hình 4.1: Mặt bằng phòng CK03 ...............................................................................33 
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cooling pad sử dụng máy làm lạnh nước......39 
Hình 4.3: Sơ đồ bố trí nhiệt kế đo nhiệt độ trong phòng CK03 /TL11/ .................40 
Hình 4.4: Bố trí khảo nghiệm đo nhiệt độ và ẩm độ phòng CK03 /TL11/ .............41 
Hình 4.5: Bố trí các vị trí đo vận tốc gió qua thiết bị /TL5/ ....................................41 
Hình 4.6: Mô hình khảo nghiệm hệ thống quạt - cooling pad /TL11/ ....................44 
Hình 4.7: Bố trí khảo nghiệm hệ thống quạt- cooling pad với nước lạnh từ tủ kem
công suất ¾ Hp .....................................................................................................45 
Hình 4.8: Bản vẽ chi tiết bình chứa nước lạnh .........................................................54 
ix


Hình 4.9: Bố trí khảo nghiệm tại phòng CK03 với máy làm lạnh nước.................57 
Hình 4.10: Bố trí nhiệt kế trong phòng CK03 ..........................................................57 
Hình 4.11: Bản vẽ lắp đặt hệ thống quạt – cooling pad ...........................................59 

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Khí hậu TP Hồ Chí Minh ............................................................................ 7 
Bảng 2.2: Nồng độ CO2 cho phép trong không gian cần điều hòa ............................ 8 
Bảng 2.3: Lưu lượng không khí tươi cần cung cấp vào không gian điều hòa ......... 9 
Bảng 2.4: Nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho sản xuất ...............................................10 
Bảng 2.5: Các thông số đặc tính của tấm cooling pad..............................................28 
Bảng 2.6: Hiệu suất làm mát của tấm cooling pad Poultec .....................................29 
Bảng 2.7: Trở lực của tấm cooling pad Poultec ........................................................29 
Bảng 4.1: Các kích thước phòng CK03 .....................................................................34 

Bảng 4.2: Các phụ tải trong phòng ............................................................................34 
Bảng 4.3: Nhiệt độ trung bình và ẩm độ trung bình của không khí tại phòng
CK03 đo vào ngày 07/03/2012 (Bảng 1 - Phụ lục 6) .........................................34 
Bảng 4.4: Vận tốc của không khí qua thiết bị ...........................................................42 
Bảng 4.5: Hiệu suất tăng ẩm trung bình của thiết bị ...............................................42 
Bảng 4.6: Lượng nước tiêu thụ trung bình của thiết bị ...........................................43 
Bảng 4.7: Năng suất lạnh của thiết bị khi sử dụng với nước ở t = 28,50C..............44 
Bảng 4.8: Kết quả khảo nghiệm hệ thống quạt - cooling pad với nước ở t = 28,50C
(Bảng 2 – Phụ lục 6).............................................................................................44 
Bảng 4.9: Năng suất lạnh của thiết bị khi sử dụng nước lạnh từ tủ kem ...............46 
Bảng 4.10: Vận tốc gió đo tại các vị trí gắn nhiệt kế và công suất của hệ thống
cooling pad............................................................................................................46 
Bảng 4.11: Kết quả khảo nghiệm hệ thống cooling pad với nước lạnh ở t = 240C
(Bảng 3 – Phụ lục 6).............................................................................................46 
Bảng 4.12: Chi phí điện, nước khi sử dụng cooling pad với nước thường .............47 
Bảng 4.13: Chi phí điện, nước khi sử dụng cooling pad với nước lạnh từ tủ kem
công suất ¾ Hp .....................................................................................................48 
Bảng 4.14: Chi phí điện, nước khi sử dụng cooling pad với nước lạnh từ máy làm
lạnh nước ..............................................................................................................49 
Bảng 4.15: So sánh năng suất lạnh của hệ thống khi sử dụng với nước thường và
nước lạnh từ tủ kem công suất ¾ Hp .................................................................50 
xi


Bảng 4.16: So sánh các kết quả khảo nghiệm hệ thống cooling pad với nước
thường và nước đã được làm lạnh từ tủ kem công suất ¾ Hp ........................50 
Bảng 4.17: Kết quả khảo nghiệm hệ thống cooling pad với nước lạnh ở nhiệt độ
trung bình là: 200C (Bảng 4– Phụ lục 6) ...........................................................58 
Bảng 4.18: Năng suất lạnh của thiết bị khi sử dụng máy làm lạnh nước...............58 

xii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước, ngành
ĐHKK và thông gió cũng đã có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng trở nên
quen thuộc trong đời sống và sản xuất.
Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm. Vì vậy ĐHKK và thông gió
có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với các hoạt động sản xuất và đời sống của con người.
Cùng với sự phát triển như vũ bảo của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật ĐHKK
và thông gió cũng có những bước tiến đáng kể trong một vài thập kỷ vừa qua.
Với mục tiêu phấn đấu đến năm 2020, nước ta cơ bản trở thành một nước công
nghiệp theo hướng hiện đại thì nhu cầu về lắp đặt các hệ thống ĐHKK và thông gió
cho các kho hàng, nhà phòng, các trung tâm thương mại ngày càng nhiều cùng với đó
là những yêu cầu về đảm bảo sức khỏe cho người lao động, bảo quản nguyên nhiên
liệu, máy móc, thiết bị và sản phẩm phục vụ cho đời sống. Việc lựa chọn hệ thống
thông thoáng thích hợp cho công trình là hết sức quan trọng, nó phải thỏa mãn các yêu
cầu do công trình đề ra cả về mặt kỹ thuật, mỹ thuật, môi trường, sự tiện dụng về vận
hành, bảo dưỡng, sửa chữa, độ an toàn, độ tin cậy, tuổi thọ và hiệu quả kinh tế.
Nằm trên địa bàn TP Hồ Chí Minh và chịu ảnh hưởng chung của nền nhiệt này, bị
hạn chế bởi kết cấu xây dựng đã có sẵn, phòng CK03 bị che chắn khá kỹ không có
hiện tượng thông gió tự nhiên. Vì vậy, nhóm chúng tôi đã bàn bạc và đưa ra biện pháp
là kết hợp sử dụng cooling pad với quạt để thông thoáng.
Chính từ những yêu cầu thực tế đó, rất nhiều tác giả đã nghiên cứu và thiết kế mô
hình ĐHKK và thông thoáng với những quy mô khác nhau. Các anh, chị khóa trước

của Khoa Cơ Khí Công Nghệ, Trường ĐH Nông Lâm TP Hồ Chí Minh cũng đã có
những công trình nghiên cứu thiết thực cho lĩnh vực này. Cụ thể là đề tài “Tính toán,
thiết kế mô hình hệ thống thông gió sử dụng quạt và cooling pad” của anh Mai Văn
Khanh và Huỳnh Thế Bảo, DH07NL – K33. Tuy nhiên, ở đề tài này mới chỉ dừng lại ở
việc dùng nước lạnh từ tủ đá cấp cho cooling pad kết hợp dùng quạt để thông thoáng
cho phòng CK03.
1


Vì vậy, trên cơ sở của đề tài này và được sự hướng dẫn của K.s Nguyễn Thị Hoài
Thu và Th.s Nguyễn Hùng Tâm, chúng tôi muốn mở rộng thêm tính ứng dụng của hệ
thống bằng cách chúng tôi sẽ: “Tính toán thiết kế hệ thống thông thoáng phòng thực
tập theo phương pháp đa biến” cụ thể là chế tạo máy làm lạnh nước trên cơ sở sử dụng
máy lạnh một cục có sẵn để cấp nước lạnh liên tục cho cooling pad ở một nhiệt độ nhất
định thay vì cấp bằng nước lạnh từ tủ kem như các đề tài trước đó. Với biện pháp này,
chúng tôi hy vọng nhiệt độ của phòng sẽ được giảm xuống đáng kể và có tính ứng
dụng cao hơn.
1.2.

Mục đích đề tài

Từ đề tài “Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống thông gió sử dụng quạt và cooling
pad” của DH07NL - K33, chúng tôi sẽ nghiên cứu và mở rộng thêm nhằm làm cho đề
tài thêm phong phú, đồng thời đáp ứng phần nào cho nhu cầu ngày càng cao của con
người. Để đạt được mục đích đó, chúng tôi sẽ tiến hành những công việc sau:
 Khảo sát nhanh môi trường tại phòng thực tập CK03 Khoa Cơ Khí Công Nghệ
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM:
 Đo đạc các thông số: Nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc không khí.
 Xác định vị trí địa lý, kết cấu xây dựng và tính phụ tải nhiệt của phòng.
 Khảo nghiệm hệ thống cooling pad có sẵn trong hai trường hợp:

 Trường hợp 1: Nước cấp cho tấm cooling pad là nước thường.
 Trường hợp 2: Nước cấp cho tấm cooling pad là nước được làm lạnh từ tủ kem
công suất ¾ Hp, từ đó xác định nhiệt độ tối ưu t0 của nước cấp theo /TCVN
5687 – 1992, các thông số vi khí hậu thích ứng với các trạng thái lao động khác
nhau của con người/.
 Xác định năng suất làm mát của hệ thống.
 Tính toán, thiết kế, chế tạo máy làm lạnh nước xuống nhiệt độ t0 cấp cho
cooling pad và khảo nghiệm lại hệ thống.
Với đề tài “Tính toán thiết kế mô hình hệ thống thông thoáng phòng thực tập theo
phương pháp đa biến” sẽ giúp chúng tôi nắm bắt và củng cố những kiến thức đã được
học.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.

Khái niệm, mục đích và phân loại các hệ thống thông gió

( />2.1.1. Khái niệm
Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người trong không gian điều hoà
thường sinh ra các chất độc hại và nhiệt thừa, ẩm thừa làm cho các thông số khí hậu
trong đó thay đổi, mặt khác nồng độ ôxi cần thiết cho con người giảm, sinh ra mệt mỏi
và ảnh hưởng lâu dài về sức khoẻ. Vì vậy cần thiết phải thải không khí đã bị ô nhiễm
(bởi các chất độc hại và nhiệt) ra bên ngoài, đồng thời thay thế vào đó là không khí đã
được xử lý, không có các chất độc hại, có nhiệt độ phù hợp và lượng ôxi đảm bảo. Quá
trình như vậy gọi là thông gió. Quá trình thông gió thực chất là quá trình thay đổi
không khí trong phòng đã ô nhiễm bằng không khí mới bên ngoài trời đã qua xử lý.

2.1.2. Mục đích của thông gió
Thông gió có nhiều mục đích khác nhau tuỳ thuộc vào từng công trình và phạm vi
nhất định. Các mục đích chính bao gồm:
-

Thải các chất độc hại trong phòng ra bên ngoài. Trong các không gian sinh hoạt
chất độc hại phổ biến nhất là CO2.

-

Thải nhiệt thừa và ẩm thừa ra bên ngoài.

-

Cung cấp lượng ôxi cần thiết cho sinh hoạt của con người.

-

Trong một số trường hợp đặc biệt mục đích thông gió là để khắc phục các sự cố
như lan toả chất độc hại hoặc hoả hoạn.
2.1.3. Phân loại

a. Theo hướng chuyển động của gió
Người ta chia ra các loại sau:
 Thông gió kiểu thổi: Thổi không khí sạch vào phòng và không khí trong phòng
thải ra bên ngoài qua các khe hở của phòng nhờ chênh lệch cột áp.

3

Hình 2.1: Thông gió kiểu thổi
Phương pháp thông gió kiểu thổi có ưu điểm là có thể cấp gió đến các vị trí cần
thiết, nơi tập trung nhiều người, hoặc nhiều nhiệt thừa, ẩm thừa, tốc độ gió luân
chuyển thường lớn. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là áp suất trong
phòng là dương nên gió tràn ra mọi hướng, do đó có thể tràn vào các khu vực không
mong muốn.
 Thông gió kiểu hút: Hút xả không khí bị ô nhiễm ra khỏi phòng và không khí
bên ngoài tràn vào phòng theo các khe hở hoặc cửa lấy gió tươi nhờ chênh lệch
cột áp.

Hình 2.2: Thông gió kiểu hút
Thông gió kiểu hút xả có ưu điểm là có thể hút trực tiếp không khí ô nhiễm tại nơi
phát sinh, không cho phát tán ra trong phòng, lưu lượng thông gió nhờ vậy không yêu
cầu quá lớn, nhưng hiệu quả cao. Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là
gió tuần hoàn trong phòng rất thấp, hầu như không có sự tuần hoàn đáng kể, mặt khác
không khí tràn vào phòng tương đối tự do, do đó không kiểm soát được chất lượng gió
vào phòng, không khí từ những vị trí không mong muốn có thể tràn vào.

4


 Thông gió kết hợp: Kết hợp cả hút xả lẫn thổi vào phòng, đây là phương pháp
hiệu quả nhất.

Hình 2.3: Thông gió kết hợp
Thông gió kết hợp giữa hút xả và thổi gồm hệ thống quạt hút và thổi. Vì vậy có thể
chủ động hút không khí ô nhiễm tại những vị trí phát sinh chất độc và cấp vào những
vị trí yêu cầu gió tươi lớn nhất. Phương pháp này có tất cả các ưu điểm của hai phương
pháp nêu trên, nhưng loại trừ các nhược điểm của hai kiểu cấp gió đó. Tuy nhiên
phương pháp kết hợp có nhược điểm là chi phí đầu tư cao hơn.

b. Theo động lực tạo ra gió
 Thông gió tự nhiên: Là hiện tượng trao đổi không khí trong nhà và ngoài trời
nhờ chênh lệch cột áp. Thường cột áp được tạo ra do chênh lệch nhiệt độ giữa
bên ngoài và bên trong, dòng gió tạo nên.
 Thông gió cưỡng bức: Quá trình thông gió thực hiện bằng ngoại lực tức là sử
dụng quạt.
c. Theo phương pháp tổ chức
 Thông gió tổng thể: Thông gió tổng thể cho toàn bộ phòng hay công trình.
 Thông gió cục bộ: Thông gió cho một khu vực nhỏ đặc biệt trong phòng hay
các phòng có sinh các chất độc hại lớn.
d. Theo mục đích
 Thông gió bình thường: Mục đích của thông gió nhằm loại bỏ các chất độc
hại, nhiệt thừa, ẩm thừa và cung cấp ôxi cho sinh hoạt của con người.
 Thông gió sự cố: Nhiều công trình có trang bị hệ thống thông gió nhằm khắc
phục các sự cố xảy ra.
-

Đề phòng các tai nạn tràn hoá chất: Khi xảy ra các sự cố hệ thống thông gió
hoạt động và thải khí độc đến những nơi định sẵn hoặc ra bên ngoài.

5


-

Khi xảy ra hoả hoạn: Để lửa không thâm nhập các cầu thang và cửa thoát hiểm,
hệ thống thông gió hoạt động và tạo áp lực dương trên những đoạn này để mọi
người thoát hiểm dễ dàng.

-

Hệ thống thông gió sự cố chỉ hoạt động khi xảy ra sự cố.
2.1.4. Ứng dụng của thông gió

Được áp dụng nhiều trong các ngành công nghiệp:
 Nhà phòng sản xuất may mặc, dệt len, giầy da, bao bì, phòng cơ khí, gara ô tô,
đan lát mây tre, gốm sứ,…
 Trong các ngành dịch vụ: Nhà hàng, siêu thị, quán bia, khu vui chơi giải trí,…
 Trong lĩnh vực trồng trọt: Nhà kính vườn ươm cây giống, trồng hoa, cây
cảnh,…
 Trong lĩnh vực chăn nuôi: Chuồng nuôi gia súc, gia cầm,…
2.2.

Đặc điểm khí hậu của TP Hồ Chí Minh /TL11/

Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, TP Hồ Chí Minh có nhiệt độ cao
đều trong năm và hai mùa mưa và khô rõ rệt. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 tới tháng 11,
còn mùa khô từ tháng 12 tới tháng 4. Trung bình, TP Hồ Chí Minh có 160 tới 270 giờ
nắng/tháng, nhiệt độ trung bình 270C, cao nhất lên tới 400C, thấp nhất xuống 13,80C.
Hằng năm, thành phố có 330 ngày nhiệt độ trung bình từ 25 tới 280C. Lượng mưa
trung bình thành phố đạt 1949 mm/năm. Một năm ở TP Hồ Chí Minh có trung bình
159 ngày mưa, tập trung nhiều nhất vào hai tháng 6 và tháng 9. Trên phạm vi không
gian thành phố, lượng mưa phân bố không đều, có khuynh hướng tăng theo trục Tây
Nam – Đông Bắc. Các quận nội thành và các huyện phía Bắc có lượng mưa cao hơn
các huyện còn lại.
TP Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng của hai hướng gió chính là gió mùa Tây – Tây
Nam và Bắc – Đông Bắc. Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương, tốc độ trung bình 3,6
m/s vào mùa mưa. Gió Bắc – Đông Bắc từ Biển Đông, tốc độ trung bình 2,4 m/s.
Ngoài ra còn có gió Tín Phong theo hướng Nam – Đông Nam vào khoảng tháng 3 tới
tháng 5, trung bình 3,7 m/s. Có thể nói TP Hồ Chí Minh thuộc vùng không có gió bão,

cũng như lượng mưa độ ẩm không khí thành phố lên cao vào mùa mưa 80% và xuống

6


thấp vào mùa khô 74,5%. Trung bình, độ ẩm không khí đạt bình quân 79,5%/năm.
(Theo Wikimedia Foundation, Inc).
Bảng 2.1: Khí hậu TP Hồ Chí Minh
(Nguồn: Đại sứ quán Việt Nam tại Luân Đôn, 26/02/2008)
Tháng
Nhiệt độ trung bình
cao (0C)
Nhiệt độ trung bình
thấp (0C)
Lượng mưa trung
bình (mm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

32

33

34

34

33

32

31

32

31

31

30

31

21

22

23

24

25

24

25

24

23

23

22

22

14

4

12

42

220 331 313 267 334 268 115 56

-

Độ ẩm trung bình của TP Hồ Chí Minh: φ = 79,5%

-

Độ ẩm trung bình của TP Hồ Chí Minh vào mùa mưa: φ = 80%

-

Độ ẩm trung bình của TP Hồ Chí Minh vào mùa khô: φ = 74,5%

2.3.

Ô nhiễm không khí và vấn đề thông gió

2.3.1. Tác dụng của môi trường không khí đối với con người /TL4/
Như đã biết, không gian cần điều hòa không khí là không gian khép kín, trong
không gian đó có thể có sự hiện diện của đủ loại người và có thể có sự tồn tại của đủ
loại vật dụng khác nhau. Bên cạnh ảnh hưởng của bụi bặm và các vật thể li ti có sẵn
trong không khí, chính người và các vật dụng đã nói là nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm

không khí trong không gian cần điều hòa, trong đó sự hiện diện của con người và các
hoạt động của con người trong không gian cần ĐHKK là nguyên nhân chủ yếu.
Có thể kể ra đây một số nguyên nhân cụ thể như sau:
-

Do hít thở

-

Do hút thuốc lá

-

Do những loại mùi khác nhau tỏa ra từ cơ thể.

7


Chính đây là nguồn gốc làm gia tăng hàm lượng CO2 và CO; là môi trường làm lây
lan các loại bệnh cúm, một vài loại vi khuẩn, các loại nấm gây bệnh và làm tăng tác
động của một số loại khí độc khác hiện diện trong không gian điều hòa.
Để làm cho không khí trong không gian điều hòa trong lành hơn, bớt ô nhiễm hơn,
cần thiết phải thực hiện kỹ thuật thông gió. Trong ĐHKK, có thể hiểu thông gió là biện
pháp kỹ thuật nhằm thay đổi một bộ phận không khí trong không gian đó bằng một
lượng không khí tươi tương ứng lấy từ bên ngoài. Tất nhiên, để hạn chế bụi bặm và
các vật thể li ti khác, cần thiết phải sử dụng các biện pháp lọc và làm sạch không khí
tươi trước khi đưa nó vào không gian cần điều hòa.
Bảng 2.2: Nồng độ CO2 cho phép trong không gian cần điều hòa
Nồng độ CO2, % thể tích

Ý nghĩa

Ghi chú

Đây là mức độ chấp nhận được Các giá trị này bản thân
0,07

khi có nhiều người trong phòng nó chưa được xem là
(theo Pettenkofer)

mức độ nguy hiểm, tuy

Nồng độ cho phép trong các nhiên – với tư cách là
0,10

trường hợp thông thường (theo chỉ số ô nhiễm không
khí – nó là các con số

Pettenkofer)

Nồng độ cho phép khi dùng để cần lưu ý nếu như nồng
0,15

tính toán thông gió (theo độ CO2 tiếp tục gia
tăng.

Rietchel)
0,20 ÷ 0,50

Nồng độ tương đối nguy hiểm

0,5 hoặc lớn hơn

Nồng độ nguy hiểm
Hệ thần kinh bị kích thích gây ra thở sâu và nhịp thở gia

4÷5

tăng. Nếu sự hít thở trong môi trường này kéo dài thì có
thể gây ra nguy hiểm.

8
18 hoặc lớn hơn

Nếu kéo dài sự hít thở trong môi trường này lâu hơn 10
phút thì mặt sẽ đỏ bừng và bị đau đầu.
Hết sức nguy hiểm có thể dẫn đến tử vong.

8


Ứng với nồng độ CO2 ở mức độ chấp nhận nào đó, có thể tính toán lưu lượng
không khí tươi cần phải đưa vào không gian điều hòa như sau:
(2.1)

                                                       
Trong đó:
k – lượng khí CO2 do con người thải ra thông qua hoạt động hít thở,
3

m /(h.người).
β – nồng độ CO2 có thể chấp nhận trong không gian cần điều hòa, % thể tích
a – nồng độ CO2 trong không khí ở ngoài trời (thông thường là 0,03 % thể
tích)
– lưu lượng không khí tươi phải cung cấp vào không gian cần điều hòa
để nồng độ CO2 luôn luôn được duy trì ở mức chấp nhận β, m3/(h.người).
Bảng 2.3: Lưu lượng không khí tươi cần cung cấp vào không gian điều hòa
Cường độ vận động

, m3/(h.người)

3

k, m /(h.người)

Khi β = 0,10%

Khi β = 0,15%

Nghỉ ngơi

0,013

18,6

10,8

Rất nhẹ

0,022

31,4

18,3

Nhẹ

0,03

43,0

25,0

Trung bình

0,046

65,7

38,3

2.3.2. Tác dụng của môi trường không khí tới sản xuất
Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao cho quá trình sản xuất và yêu cầu cải thiện điều
kiện lao động của con người trong nhiều ngành công nghiệp như: Dệt, thực phẩm,
giấy, in, máy chính xác, tin học, điện tử,… kỹ thuật ĐHKK – thông gió ngày càng
được áp dụng để tạo ra môi trường không khí có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ và độ trong
sạch cùng độ ồn thích hợp. Bảng 2.4 giới thiệu giá trị thích hợp về nhiệt độ, độ ẩm
tương đối của không khí cho một công nghệ sản xuất của một số ngành công nghiệp.

9

Bảng 2.4: Nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho sản xuất
Ngành công nghiệp

Công nghệ sản xuất

Nhiệt độ, 0C

Độ ẩm tương đối,
%

Phòng in

Đóng và gói sách
Phòng in ấn
Nơi lưu trữ giấy
Phòng làm bản kẽm

21 ÷ 24
24 ÷ 27
20 ÷ 23
21 ÷ 23

45
45 ÷ 50
50 ÷ 60
40 ÷ 50

Nơi lên men

Xử lý malt
Ủ chín
Các bộ phận chế
biến khác

3÷4
10 ÷ 15
18 ÷ 22
16 ÷ 24

50 ÷ 70
80 ÷ 85
50 ÷ 60
45 ÷ 65

Nhào bột
Đóng gói
Lên men

24 ÷ 27
18 ÷ 24
27

45 ÷ 55
50 ÷ 65
70 ÷ 80

Chế biến bơ
Mayonaise
Macaloni

16
24
21 ÷ 27

60
40 ÷ 50
38

Lắp ráp chính xác
Gia công khác

20 ÷ 24
24

40 ÷ 50
45 ÷ 55

Chuẩn bị
Kéo sợi
Dệt

27 ÷ 29
27 ÷ 29
27 ÷ 29

60
50 ÷ 60
60 ÷ 70

Chải sợi
Se sợi
Dệt và điều tiết cho
sợi

22 ÷ 25
22 ÷ 25
22 ÷ 25

55 ÷ 65
60 ÷ 70
70 ÷ 90

Sản xuất bia

Phòng bánh
Chế biến thực
phẩm
Công nghệ chính
xác
Phòng len

Phòng sợi bông

10


2.4.

Không khí ẩm /Chương 3 - TL4/

2.4.1. Khái niệm cơ bản
Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô (gồm O2, N2, CO2…) và hơi
nước. Không khí thông thường dù ít hay nhiều đều chứa một lượng hơi nước và một
phần nhỏ các khí khác, trong kỹ thuật không khí ẩm là một chất môi giới được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ trong kỹ thuật sấy không khí ẩm đóng vai trò chất
tải ẩm, trong nhiều lĩnh vực khác như kỹ thuật thông gió vệ sinh công nghiệp, kỹ thuật
điều hòa nhiệt độ… đều có liên quan với đặc tính xử lý không khí ẩm.
2.4.2. Các loại không khí ẩm
Phụ thuộc vào lượng hơi nước có chứa trong không khí ẩm mà ta có thể chia không
khí ẩm ra làm hai loại là không khí ẩm bão hòa (Saturated Moist Air) và không khí ẩm
chưa bão hòa (Unsaturated Moist Air).
-

Không khí ẩm chưa bão hòa: Là trạng thái mà hơi nước còn có thể bay hơi
thêm vào được trong không khí, nghĩa là không khí vẫn còn tiếp tục có thể nhận
thêm hơi nước.

-

Không khí ẩm bão hòa: Là trạng thái mà hơi nước trong không khí đã đạt tối
đa và không thể bay hơi thêm vào đó được. Nếu tiếp tục cho bay hơi nước vào
không khí thì có bao nhiêu hơi bay vào không khí sẽ có bấy nhiêu hơi ẩm
ngưng tụ lại.

-

Không khí ẩm quá bão hòa: Là không khí ẩm bão hòa và còn chứa thêm một
lượng hơi nước nhất định. Tuy nhiên trạng thái quá bão hòa là trạng thái không
ổn định và có xu hướng biến đổi đến trạng thái bão hòa do lượng hơi nước dư bị

tách dần ra khỏi không khí. Ví dụ như trạng thái sương mù là không khí quá
bão hòa.

11


2.4.3. Các thông số đặc tính của không khí ẩm
a) Độ ẩm tuyệt đối ρh, kg hơi nước/m3
Gọi:
mh – lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm, kg hơi nước
Vkka – thể tích của khối không khí ẩm đang khảo sát, m3
Lúc đó, ta gọi độ ẩm tuyệt đối là tỷ số sau đây:

                                                 

 

(2.3)

b) Độ ẩm tương đối φ, %
Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa lượng hơi nước hiện có trong khối không khí ẩm
đang khảo sát so với lượng hơi nước chứa trong không khí đó khi nó được làm cho bão
hòa ở nhiệt độ không đổi.

                                                 

(2.4)

Trong đó:
mh – lượng hơi nước có chứa trong không khí ẩm đang khảo sát, kg hơi nước.

mbh – lượng hơi nước chứa trong không khí đó khi nó được làm cho bão hòa ở
nhiệt độ không đổi, kg hơi nước.
c) Độ chứa hơi
Được xác định như sau:

                                                 

(2.5)

Trong đó:
d – độ chứa hơi, kg hơi nước/kg không khí khô.
mh – lượng hơi nước có chứa trong không khí ẩm đang khảo sát, kg hơi nước.
mk – lượng không khí khô chứa trong không khí ẩm đang khảo sát, kg không
khí khô.
d) Enthalpy của không khí ẩm
                                                 

(2.6)

.

Nếu quy ước chọn điểm gốc tại t = 00C và p = 101,325 kPa thì:
ik = 1,006t
ih = 2500,77 + 1,84t

12