Hệ Thống Thông Gió Là Gì? Phân Loại Hệ Thống Thông Gió

Giữa bối cảnh xã hội ngày một phát triển, diện tích đất thu hẹp (đặc biệt ở các thành phố lớn), các nhà ở được xây dựng san sát nhau hoặc xấy với số tầng cao hơn. Việc này đặt ra một nan đề cho con người là chất lượng không khí trong tòa nhà. Chính bởi nhu cầu thực tế này mà các hệ thống thông gió đã ra đời để mang đến một bầu không khí trong lành, tươi mới và sạch sẽ cho các cư dân.

Trong chuyên đề này, hãy cùng Nam Phương Việt tìm hiểu cặn kẽ về hệ thống thông gió và các khía cạnh liên quan về nó nhé.

Hệ thống thông gió là gì? Các từ viết tắt trong hệ thống thông gió

Khái niệm hệ thống thông gió là gì?

Trước tiên, hãy cùng định nghĩa lại một chút, hệ thống thông gió là gì nào?

Theo thông tin được tổng hợp từ nhiều nguồn, bao gồm các bài báo khoa học, tài liệu chuyên ngành và các tiêu chuẩn kỹ thuật thì: Hệ thống thông gió là một hệ thống kỹ thuật của hệ thống HVAC (Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí), hệ thống này được thiết kế để đảm bảo chất lượng không khí phù hợp và sự thoải mái trong không gian tòa nhà.

Hệ thống hoạt động bằng cách trao đổi không khí trong nhà với không khí ngoài trời, lọc các chất ô nhiễm, kiểm soát độ ẩm và duy trì nhiệt độ thông qua một loạt các thiết bị phức tạp.

=> Có thể bạn quan tâm: Hệ thống sưởi sàn nhà là gì?

Các từ viết tắt thường dùng trong hệ thống thông gió

• IAQ: Chất lượng của không khí trong nhà
• ERV: Thông gió phục hồi năng lượng
• HRV: Thông gió thu hồi nhiệt
• MVHR: Thông gió cơ học với thu hồi nhiệt
• MEV: Thông gió chiết xuất cơ học
• DCV: Thông gió kiểm soát theo nhu cầu
• CFM: Feet khối mỗi phút (thước đo luồng không khí)
• ACH: Thay đổi không khí mỗi giờ
• HEPA: Không khí dạng hạt hiệu suất cao (bộ lọc)
• MERV: Giá trị báo cáo hiệu quả tối thiểu (xếp hạng bộ lọc)
• CO2: Carbon Dioxide (thường được theo dõi IAQ)
• VOC: Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (chất ô nhiễm được giám sát IAQ)
• BMS: Hệ thống quản lý tòa nhà
• VFD: Biến tần (điều khiển tốc độ quạt)
• RTU: Bộ phận trên mái nhà (một loại thiết bị HVAC)
• AHU: Bộ xử lý không khí
• FCU: Bộ cuộn dây quạt
• MAU: Bộ xử lý không khí bổ sung gió tươi
• DOAS: Hệ thống không khí ngoài trời chuyên dụng
• UFAD: Phân phối không khí dưới sàn
• VAV: Thể tích không khí thay đổi
• CAV: Thể tích không khí không đổi
• HVLS: Tốc độ thấp âm lượng cao (quạt)

Lý do cần sử dụng hệ thống thông gió

Hãy thử tưởng tượng bạn đang ở trong căn phòng của mình trong tình trạng: cửa sổ không mở, máy lạnh không bật và các cửa đều được đóng kín.

Một tiếng sau khi bạn vào ở trong phòng, không khí có thể còn dễ chịu và tương đối thoải mái. Ba tiếng sau, bạn bắt đầu có cảm giác ngột ngạt, khó thở. Năm tiếng sau, bạn bắt đầu cảm thấy hoa mắt, chóng mặt. Bảy tiếng sau, nếu bạn vẫn còn ở trong căn phòng đó, bạn có thể bị mất dần ý thức.

Câu chuyện trên đây chỉ là một ví dụ minh họa nhỏ về vai trò của việc lưu thông không khí trong phòng, trong tòa nhà. Nếu không khí trong tòa nhà không có sự tuần hoàn tốt: không khí ô nhiễm, CO2,.. không được đẩy ra ngoài chúng sẽ tích tụ trong phòng và ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của cư dân trong đó.

Như bạn thấy đấy, hệ thống ống gió đảm bảo bạn sẽ được hít thở không khí trong lành ngay chính trong căn nhà của mình.

Theo một bài báo của tổ chức y tế thế giới WHO xuất bản năm 2003, các chất ô nhiễm do quá trình đốt cháy gây ra các vấn đề liên quan đến hệ hô hấp, mệt mỏi, đau ngực và đầu, chóng mặt. Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) có thể gây kích ứng mắt, da, niêm mạc và đường hô hấp, cũng như các bệnh nghiêm trọng hơn như hen suyễn và ung thư. Đối với các hạt lơ lửng, tác động của chúng đối với sức khỏe cũng rất rộng nhưng có thể chia thành các tác động về hô hấp và tim mạch, làm tăng tỷ lệ tử vong do tiếp xúc.

Các vị trí cần lắp đặt thông gió: hệ thống hút khói hành lang, hệ thống tăng áp cầu thang, thông gió tầng hầm,…

Phân loại hệ thống thông gió

Hệ thống thông gió có thể được phân loại theo chức năng, chiến lược phân phối, theo nguyên lý thông gió hoặc kết hợp. Cụ thể:

Phân loại theo chức năng:

• Thông gió: Việc cung cấp gió tươi và thoát khí không sạch nhằm mục đích tạo ra môi trường khí hậu trong phòng, tòa nhà theo nhu cầu.
• Khí hậu: Cung cấp và thoát khí với mục đích chính là duy trì nhiệt độ và khí hậu khí quyển theo yêu cầu.
• Sưởi ấm hoặc làm mát: Hệ thống tái chế với mục đích chính là cung cấp nhiệt hoặc làm mát cần thiết cho tòa nhà.
• Hệ thống kết hợp.

Phân loại theo chiến lược phân phối:

• Tập trung: Hệ thống sử dụng một nhà máy trung tâm để cung cấp gió tươi và trích xuất không khí gây ô nhiễm từ toàn bộ tòa nhà.
• Phân cấp: Mỗi phòng/ khu vực của tòa nhà đều có hệ thống thông gió riêng.
• Hệ thống kết hợp

Phân loại theo nguyên lý thông gió:

• Lưu lượng của không khí dịch chuyển qua phòng – CAV (Thể tích không khí không đổi) hoặc VAV (Thể tích không khí thay đổi
• Luồng không khí hỗn hợp qua phòng – CAV (Thể tích không khí không đổi) hoặc VAV (Thể tích không khí thay đổi.

Hoặc bạn cũng có thể phân các hệ thống này vào 3 hệ thống thông gió lớn, bao gồm:

Hệ thống thông gió cưỡng bức

Thông gió cưỡng bức hay thông gió cơ khí, là hệ thống sử dụng các thiết bị cơ khí như hệ thống quạt hút, máy bơm, hệ thống ống dẫn (kênh gió), cửa gió, lưới lọc, AHU, van điều khiển để tạo ra luồng không khí di chuyển theo một hướng nhất định.

Khác với hệ thống thông gió tự nhiên dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất để tạo ra dòng đối lưu, hệ thống thông gió cưỡng bức chủ động tạo ra dòng khí, giúp không khí lưu thông nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Phân loại hệ thống thông gió cơ học trong thực tế

• Biện pháp thông gió kiểu hút: Hệ thống sử dụng các quạt hút để hút không khí ô nhiễm bên trong ra ngoài. Trong khi không khí sạch sẽ đi vào tòa nhà nhờ các khe hở hoặc cửa lấy gió tươi nhờ chênh lệch áp suất không khí giữa trong và ngoài tòa nhà.
• Biện pháp thông gió kiểu thổi: Hệ thống cũng sử dụng các quạt gió để thổi không khí sạch từ bên ngoài vào tòa nhà, đồng thời đẩy không khí không sạch ra ngoài qua các khe hở, cửa thoát gió,…
• Thông gió kết hợp: Sử dụng hệ thống quạt hút và thổi để kiểm soát và điều tiết lưu lượng gió và không khí bên trong tòa nhà. Giúp không khí luôn thông thoáng và có sự trao đổi không khí liên tục.

Ưu điểm của biện pháp thông gió cơ học

Thông gió cưỡng bức mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với thông gió tự nhiên. Bao gồm:

• Kiểm soát toàn diện lưu lượng, chất lượng, nhiệt độ và độ ẩm trong không khí.
• Quạt công suất lớn đảm bảo không khí được phân phối đều đến mọi vị trí trong phòng. Đồng thời tốc độ làm mát / sưởi ấm không khí cũng diễn ra nhanh chóng hơn.
• Dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác như hệ thống sưởi ấm và hệ thống điều hòa không khí để tạo ra một hệ thống HVAC hoàn chỉnh.
• Nhiều hệ thống thông gió hiện đại sử dụng biến tần để điều khiển quạt và tích hợp các hệ thống quản lý tòa nhà thông minh. Nhờ đó kiểm soát được chất lượng gió, lưu lượng cấp gió tươi cho tòa nhà một cách tự động và tiết kiệm năng lượng.

Nhược điểm của thông gió cơ học

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng phương pháp thông gió cơ học cũng có thể là nguồn gây ô nhiễm trong nhà và góp phần gây ra các vấn đề về không khí trong nhà nếu chúng được thiết kế, vận hành hoặc bảo trì kém.

Ví dụ:

• Các máy biến tần được dùng để điều khiển các quạt hút hoạt động không đảm bảo do lập trình không chuẩn xác. Dẫn đến hệ thống cấp gió tươi không đủ.
• Vị trí các lỗ thông hơi, quạt thông gió được thiết kế và bố trí không hợp lý. Dẫn đến việc đưa không khí bị ô nhiễm vào, đặc biệt là từ khí thải ô tô và xe tải, khói từ thùng rác, khí thải lò hơi hoặc không khí thoát ra từ phòng tắm và nhà bếp.

Đôi khi, các vi khuẩn có hại hoặc các chất gây ô nhiễm sinh học sinh sôi trong các tháp giải nhiệt, máy tạo độ ẩm, máy hút ẩm, máy điều hòa không khí hoặc bên trong bề mặt ống thông gió sẽ bị phát tán vào bên trong tòa nhà thông qua các hệ thống hút gió.

Bên cạnh đó, thông gió cơ học cũng làm tiêu tốn nhiều năng lượng của tòa nhà để vận hành các máy móc, thiết bị trong hệ thống.

Hệ thống thông gió tự nhiên

Hệ thống thông gió tự nhiên là phương pháp tận dụng các yếu tố tự nhiên như gió, nhiệt độ để tạo ra dòng đối lưu không khí, giúp không gian luôn thông thoáng, mát mẻ. Đây là một giải pháp thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và mang lại cảm giác thoải mái cho người sử dụng.

Hệ thống thông gió tự nhiên hoạt động dựa trên sự chênh lệch về nhiệt độ và áp suất giữa không khí ở bên trong và bên ngoài ngôi nhà. Không khí nóng, nhẹ hơn sẽ tự động di chuyển lên trên, tạo ra một khoảng trống, hút không khí lạnh từ bên ngoài vào để thay thế. Quá trình này diễn ra liên tục, giúp không gian luôn được lưu thông không khí.

Các loại thông gió tự nhiên phổ biến

• Thông gió cho phòng thông qua hệ thống các cửa sổ
• Thông gió nhờ giếng trời cho các nhà cấp 4, nhà thấp tầng, nhà ở dân dụng
• Thông gió qua các ống gió
• Thông gió qua các mái hiên

Ưu điểm của thông gió tự nhiên

Ưu điểm chính của thông gió tự nhiên là không cần năng lượng điện để vận hành quạt, trong một số tòa nhà, năng lượng này có thể chiếm tới 25% mức tiêu thụ năng lượng điện.

Bên cạnh đó, hệ thống cũng rất đơn giản và dễ thi công vì không yêu cầu các thiết bị, máy móc phức tạp.

Nhược điểm của thông gió tự nhiên

Nhược điểm của thông gió tự nhiên là hiệu quả thông gió tốt hay không phụ thuộc vào cấu trúc thiết kế của ngôi nhà như vị trí, số lượng và kích thước các cửa sổ; cấu trúc mái, bố trí cảnh quan; vận tốc và hướng gió.

Hệ thống thông gió kết hợp

Nhận thấy được những ưu điểm và nhược điểm của 2 hệ thống thông gió cơ học và tự nhiên, người ta đã nghĩ ra phương pháp kết hợp 2 hệ thống này. Mục đích của hệ thống là để tối hiệu suất của toàn hệ. Đồng thời tiết kiệm năng lượng tối đa, qua đó tiết kiệm chi phí vận hành cho chủ đầu tư.

Hệ thống thông gió kết hợp tận dụng tối đa các yếu tố tự nhiên như gió, nhiệt độ để tạo ra dòng đối lưu không khí, đồng thời bổ sung các thiết bị cơ khí như quạt, máy điều hòa, ống dẫn để tăng cường hiệu quả thông gió và điều hòa không khí.

=> Xem thêm: Top 7 hệ thống thông gió nhà xưởng hiện nay

Cấu tạo và nguyên lý của hệ thống thông gió

Cấu tạo hệ thống thông gió

Một hệ thống thông gió đảm bảo chất lượng và hoạt động hiệu quả cần có những thiết bị và các thành phần chính như sau:

• Quạt: Quạt hướng trục, quạt ly tâm, và quạt hỗn hợp
• Hệ thống đường ống dẫn (hay kênh dẫn): Thường hình tròn, oval hoặc hình chữ nhật làm từ tole kẽm
• Các bộ lọc không khí: Bộ lọc sợi thủy tinh, bộ lọc xếp nếp, và bộ lọc HEPA (High-Efficiency Particulate Air)
• Các cửa thông gió để cấp gió vào và thoát gió ra khỏi tòa nhà
• Các Dampers hay bộ điều chỉnh lưu lượng
• Bộ trao đổi nhiệt: Chuyển nhiệt giữa luồng không khí vào và ra trong các hệ thống ERV và HRV
• Hệ thống điều khiển và cảm biến: BMS (Building Management System), biến tần VFD (Variable Frequency Drive).
• Hệ thống quạt hút gió: Gồm quạt thổi, ống dẫn, và cửa gió cấp.
• Hệ thống đường ống gió thải: Gồm quạt hút, ống dẫn, và cửa gió thải.
• Hệ thống xử lý không khí AHU: Gồm quạt, bộ lọc, bộ trao đổi nhiệt, và các thành phần điều khiển.
• Hệ thống điều hòa không khí cục bộ: Gồm máy điều hòa không khí, quạt và bộ lọc.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông gió

Hệ thống thông gió hoạt động dựa trên nguyên lý đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức.

• Đối lưu tự nhiên: Không khí nóng nhẹ hơn sẽ tự động di chuyển lên trên, trong khi không khí lạnh nặng hơn sẽ chìm xuống.
• Cưỡng bức: Sử dụng quạt để tạo ra áp suất, đẩy không khí di chuyển theo một hướng nhất định.

Hệ thống thông gió được thiết kế nhằm tạo ra sự lưu thông không khí giữa không gian bên trong và bên ngoài một công trình. Qua đó, không khí không sạch được thay thế bằng không khí sạch.

Quy trình tính toán thiết kế hệ thống thông gió

Quy trình tính toán thiết kế hệ thống thông gió yêu cầu sự chính xác và cẩn thận để đảm bảo rằng hệ thống được thiết kế hiệu quả và đáp ứng đầy đủ yêu cầu về chất lượng của không khí trong nhà. Quy trình này bao gồm nhiều bước như sau:

1. Tính toán tải nhiệt và tải làm mát, bao gồm nhiệt hiện và nhiệt ẩn

Tính toán tải nhiệt và làm mát bằng

• Tính toán tải nhiệt hoặc làm mát trong nhà
• Tính toán nhiệt độ xung quanh hoặc tải làm mát

Bạn đọc có thể xem bài viết về hệ thống HVAC của Nam Phương Việt để biết cách tính nhiệt ẩn, nhiệt hiện.

2. Tính toán mức độ ô nhiễm do con người và các hoạt động của họ tạo ra

Tính toán sự thay đổi không khí theo Người chiếm giữ hoặc bất kỳ quy trình nào. Giai đoạn này, người thiết kế cần ước tính số lượng cư dân, vật nuôi,… trong tòa nhà. Và lượng khí ô nhiễm mà họ phát thải trung bình ra môi trường.

3. Tính toán nhiệt độ cần cung cấp cho không khí

Đề xuất:

• Nếu không khí được cấp vào dùng để sưởi ấm, 38 – 50 ^oC (100 – 120 ^oF) có thể phù hợp.
• Đối với việc làm mát nơi các cửa hút gió gần các khu vực có người ở, có thể để nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng từ 6 – 8 ^oC (10 – 15 ^oF).
• Đối với việc làm mát khi sử dụng các tia khuếch tán tốc độ cao, có thể để nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng 17 ^oC (30 ^oF).

4. Tính toán lưu lượng không khí cần lưu thông

a, Trường hợp không khí dùng để sưởi ấm

Lưu lượng không khí cần lưu thông được tính theo công thức:

q_h = H_h / (ρ * c_p * (t_s – t_r))

Trong đó:

• q_h = Lưu lượng không khí cần thiết để sưởi ấm (m³ /s)
• H_h = Tải nhiệt (W) – Kết quả được lấy từ bước 1 của quá trình tính toán
• c_p = Nhiệt dung riêng của không khí (J/kg K) – 1.006 kJ/kgK = 0.24028 Btu(IT)/(lbm °F) or kcal/(kg K) ở 0 ^oC và 1 bara.
• t_s = Nhiệt độ cung cấp (^oC)
• t_r = Nhiệt độ phòng (^oC)
• ρ = Khối lượng riêng của không khí (kg/m³ ) – 1.276 kg/m³ = 0.00248 slug/ft³ = 0.0797 lb/ft³ ở 0 ^oC và 1 bara.

b, Trường hợp không khí dùng để làm mát

Nếu không khí được sử dụng để làm mát thì tốc độ dòng không khí cần thiết có thể được biểu thị bằng:

q_c = H_c / (ρ * c_p * (t_o – t_r))

Trong đó:

• q_c = Lưu lượng không khí cần cấp để làm mát (m³ /s)
• H_c = Tải làm mát (W) – Kết quả được lấy từ bước 1 của quá trình tính toán
• t_o = Nhiệt độ đầu ra (^oC) trong đó t_o = t_r nếu không khí trong phòng được trộn lẫn.

c, Trường hợp không khí bên ngoài ẩm hơn không khí trong nhà

Nếu không khí ở bên ngoài ẩm hơn không khí trong nhà – thì không khí trong nhà có thể được làm ẩm bằng cách cung cấp không khí từ bên ngoài.

q_mh = Q_h / (ρ * (x₁ – x₂))

Trong đó:

• q_mh = Lưu lượng không khí cần cấp để làm ẩm (m³ /s)
• Q_h = Độ ẩm cần cung cấp (kg/s)
• ρ = Khối lượng riêng của không khí (kg/m³ )
• x₂ = Độ ẩm không khí trong phòng (kg/kg)
• x₁ = Độ ẩm không khí cung cấp (kg/kg)

d, Trường hợp không khí bên ngoài ít ẩm hơn không khí trong nhà

Nếu không khí ở bên ngoài ít ẩm hơn không khí trong nhà – thì không khí trong nhà có thể được khử ẩm bằng cách cung cấp không khí từ bên ngoài.

q_md = Q_d / (ρ * (x₂– x₁ ))

Trong đó:

q_md = Lưu lượng không khí để khử ẩm (m³ /s)

Q_d = Độ ẩm cần được hút ẩm (kg/s)

5. Tính toán tổn thất nhiệt độ trong ống dẫn

Tổn thất nhiệt từ ống dẫn có thể được tính như sau:

H = A_k * ((t₁ + t₂) / 2 – t_r) (a)

Trong đó:

• H = Nhiệt lượng mất đi (W)
• A = Diện tích thành ống dẫn (m²)
• t₁ = Nhiệt độ ban đầu trong ống dẫn (^oC)
• t₂ = Nhiệt độ cuối cùng trong ống dẫn (^oC)
• k = Hệ số mất nhiệt của thành ống (W/m²K) – (5.68  W/m²K đối với ống dẫn bằng kim loại tấm, 2.3 W/m²K đối với ống dẫn cách nhiệt)
• t_r = Nhiệt độ xung quanh phòng (^oC)

Sự mất nhiệt trong luồng khí có thể được tính theo công thức

H = 1000 * q * c_p (t₁ – t₂) (b)

Trong đó:

• q = Khối lượng dòng chảy không khí (kg/s)
• c_p = Nhiệt dung riêng của không khí (kJ/kg K)

Từ (a) và (b) ta có công thức tổng như sau:

H = A_k * ((t₁ + t₂) / 2 – t_r )) = 1000 * q * c_p * (t₁ – t₂)

6. Tính toán đầu ra của các thành phần – máy sưởi, máy làm mát, máy tạo độ ẩm

Các thiết bị như máy sưởi, bộ lọc, v.v. phải được lựa chọn từ danh mục sản xuất dựa trên lượng không khí và công suất.

Bộ lọc không khí

Được đánh giá mức độ hiệu quả bởi khả năng giữ lại các hạt bụi, mạt bụi, phấn hoa, nấm mốc, vi khuẩn trong quá trình cấp gió vào trong tòa nhà.

Trên thị trường có các loại bộ lọc sau:

• Bộ lọc từ sợi tổng hợp, bông thủy tinh hoặc lưới kim loại. Chức năng loại bỏ các hạt bụi lớn, sợi vải, côn trùng và các tạp chất thô sơ.
• Bộ lọc bằng sợi thủy tinh, sợi tổng hợp hoặc giấy lọc đặc biệt. Chức năng loại bỏ các hạt bụi kích thước trung bình, phấn hoa và các hạt mịn hơn.
• Lọc tinh (HEPA/ULPA), có thể loại bỏ hầu hết các hạt bụi siêu mịn, vi khuẩn, virus và các hạt vật chất có kích thước siêu nhỏ. Hiệu suất lên tới 99,97% các hạt có kích thước 0,3 micron trở lên.

Máy hút mùi

Máy hút mùi là thiết bị cần thiết trong nhà bếp, phòng thí nghiệm và ứng dụng công nghiệp để loại bỏ khói, sương mù, chất gây ô nhiễm,… trước khi chúng phát tán ra môi trường xung quanh.

Để máy hút mùi hoạt động hiệu quả, cần thiết kế máy hút mùi hợp lý:

• Khoảng cách từ mặt bàn đến máy hút mùi không qua 1,2m
• Khoảng cách giữa mép bàn đến mép máy hút mùi không được nhỏ hơn 0,4m
• Tốc độ máy hút không được nhỏ hơn 0,15 – 0,20 m/s (30 – 40 ft/phút)

Các loại máy hút mùi trên thị trường:

• Máy hút mùi có tấm bên trong
• Máy hút mùi có vách bên

Động cơ quạt

Động cơ quạt phải có khả năng chạy quạt ở điều kiện vận hành. Đối với quạt vận chuyển khối lượng không khí lớn ở áp suất tĩnh thấp, công suất động cơ cần thiết trong quá trình hoạt động liên tục có thể không đủ để tăng tốc quạt và lúc này cần chọn máy biến tần phù hợp (Có thể sử dụng các loại biến tần Yaskawa như dòng A1000, V1000, U1000,…) để có thể bảo vệ và dừng quạt trước khi cuộn dây quá nóng và lớp cách điện bị hỏng.

Mômen khởi động của động cơ đối với quạt truyền động bằng dây đai có thể được tính như sau:

I_m = 1.1 * I_f * (n_f / n_m )²

Trong đó:

• I_m = Mômen quán tính mà động cơ phải có khả năng quay ở trục động cơ (lb_m ft², kg m²)
• I_f = Mômen quán tính của bánh răng quạt (lb_m ft², kg m²)
• n_f = Tốc độ quạt (rpm, min-1 )
• n_m = Tốc độ động cơ (rpm, min-1 )

Đối với quạt dẫn động trực tiếp I_m luôn lớn hơn I_f.

Tính toán chọn máy sưởi

Quá trình làm nóng không khí trong lò sưởi được tính theo phương trình sau:

H = ρ * c_p * q_v * (t_o – t_i)

Trong đó:

• H = nhiệt lượng (W)
• ρ = mật độ không khí (1,2 kg/m³ )
• c_p = nhiệt dung riêng của không khí (1,0 J/kg ^oC)
• q_v = lưu lượng thể tích không khí (m³ /s)
• t_o = nhiệt độ ra khỏi lò sưởi (^oC)
• t_i = nhiệt độ không khí vào lò sưởi (^oC)

Sự truyền nhiệt qua bề mặt bộ trao đổi nhiệt có thể được biểu thị như sau:

H = A * dt_m * U

Trong đó:

• A = diện tích bề mặt gia nhiệt (m²)
• dt_m = chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (^oC)
• U = hệ số truyền nhiệt (W/m 2 K)

Hệ số truyền nhiệt – U – phụ thuộc vào tốc độ không khí và tốc độ nước (chất lỏng) đi qua bộ gia nhiệt.

Quá trình gia nhiệt cho nước của bộ trao đổi nhiệt có thể được xác định như sau:

H = ρ_w*c_pw*q_w*(t_wi – t_wo)

Trong đó:

• ρ_w = Khối lượng riêng của nước (1000 kg/m³ )
• c_pw = Nhiệt dung riêng của nước (4.2 J/kg ^oC)
• q_w = Lưu lượng thể tích nước (m³ /s)
• t_wi = Nhiệt độ nước vào bình đun (^oC)
• t_wo = Nhiệt độ nước ra khỏi bình đun (^oC)

Nếu hơi nước bão hòa được sử dụng để làm nóng không khí thì quá trình làm nóng có thể được biểu thị như sau:

H = q_s * h_e

Trong đó:

• q_s = Lưu lượng hơi nước (kg/s)
• h_e = Nhiệt độ bốc hơi của nước (J/kg)

Nhiệt độ bốc hơi của nước phụ thuộc vào áp suất hơi nước. Ở áp suất tuyệt đối một bar (100 ^oC), nhiệt độ bốc hơi là 2258 kJ/kg (539 kcal/kg). Ở áp suất tuyệt đối mười bar (180 ^oC), nhiệt độ bốc hơi là 2014 kJ/kg (481 kcal/kg).

Tính toán bộ làm mát

Khi tính toán bộ làm mát, điều quan trọng là phải biết bề mặt khô hay ướt.

• Nếu môi trường làm mát có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ điểm sương của không khí – bề mặt có thể bị ướt
• Nếu môi trường làm mát có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ điểm sương của không khí – bề mặt luôn khô

Đối với bộ làm mát có bề mặt khô, có thể sửa đổi và sử dụng cùng phương trình được sử dụng cho quá trình gia nhiệt.

H_c = ρ * c_p * q_v * (t_i – t_o)

Trong đó:

• H_c = nhiệt lượng lấy ra khỏi không khí (W)
• ρ = mật độ không khí (kg/m³)
• c_p = nhiệt dung riêng của không khí (J/kg ^oC)
• q_v = lưu lượng thể tích không khí (m³ /s)
• t_o = nhiệt độ ra khỏi bộ làm mát (^oC)
• t_i = nhiệt độ không khí vào bộ làm mát (^oC)

Đối với bộ làm mát có bề mặt ướt, hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ và nhiệt lượng của không khí – nhiệt hiện và nhiệt ẩn – phải được sử dụng trong các phép tính:

H_c = ρ * q_v * (h_i – h_o)

Trong đó:

• h_o = nhiệt lượng trong không khí ẩm thoát ra từ bộ làm mát (kJ/kg)
• h_i = nhiệt lượng trong không khí ẩm vào bộ làm mát (kJ/kg)

7. Tính toán lựa chọn công suất nồi hơi

Công suất nồi hơi được tính theo phương trình sau:

B = H*(1 + x)

Trong đó:

• B = công suất nồi hơi (kW)
• H = tổng tải nhiệt của tất cả các thiết bị sưởi ấm trong hệ thống (kW)
• x = biên độ làm nóng hệ thống, thường dùng giá trị từ 0,1 đến 0,2

Phải chọn nồi hơi có công suất phù hợp từ danh mục của nhà sản xuất.

8. Thiết kế và tính toán kích thước hệ thống đường ống gió

Để tính toán được kích thước đường ống cũng như lựa chọn được đường ống cấp gió phù hợp. Bạn phải tính được tốc độ không khí trong ống dẫn, tổn thất áp suất trong ống dẫn và tổn thất áp suất do ma sát thành ống tạo ra.

Tốc độ không khí trong ống dẫn có thể được biểu thị như sau:

v = Q / A

Trong đó:

• v = Vận tốc không khí (m/s)
• Q = Thể tích không khí (m³ /s)
• A = Tiết diện ngang của ống dẫn (m²)

Tổng tổn thất áp suất trong ống dẫn có thể được tính như sau:

dp_t = dp_f + dp_s + dp_c

Trong đó:

• dp_t = tổng tổn thất áp suất trong hệ thống (Pa, N/m² )
• dp_f = tổn thất áp suất lớn trong ống dẫn do ma sát (Pa, N/m² )
• dp_s = tổn thất áp suất nhỏ trong các phụ kiện, chỗ uốn cong, v.v. (Pa, N/m² )
• dp_c = tổn thất áp suất nhỏ trong các thành phần như bộ lọc, bộ gia nhiệt, v.v. (Pa, N/m² )

Tổn thất áp suất lớn trong ống dẫn do ma sát có thể được tính như sau:

dp_f = R*l

Trong đó:

• R = lực cản ma sát của ống dẫn trên một đơn vị chiều dài (Pa, N/m² trên một m ống dẫn)
• l = chiều dài ống dẫn (m)

Lực cản ma sát của ống dẫn trên một đơn vị chiều dài có thể được tính như sau:

R = λ/d_h (ρ * v²/2)

Trong đó:

• R = tổn thất áp suất (Pa, N/m²)
• λ = hệ số ma sát
• d_h = đường kính thủy lực (m) = 4A/p (với A là tiết diện ống dẫn, p là chu vị “ướt” của ống dẫn)

Biện pháp thi công, lắp đặt hệ thống thông gió đúng kỹ thuật

Việc thi công, lắp đặt hệ thống thông gió đúng kỹ thuật là yếu tố quyết định hiệu quả hoạt động và tuổi thọ của hệ thống. Dưới đây là một số biện pháp cần lưu ý:

1. Giai đoạn chuẩn bị:

• Thiết kế chi tiết: Bản vẽ thiết kế phải chi tiết, rõ ràng, bao gồm các thông số kỹ thuật như lưu lượng gió, áp suất, kích thước ống gió, vị trí đặt thiết bị…
• Chuẩn bị vật liệu: Đảm bảo vật liệu sử dụng đúng chủng loại, kích thước, chất lượng theo thiết kế.

2. Giai đoạn thi công:

• Lắp đặt ống thông gió:
  • Đo đạc, cắt ống: Đo đạc chính xác, cắt ống theo kích thước đã thiết kế, đảm bảo các mối nối kín khít.
  • Lắp đặt co, tê: Lắp đặt co, tê đúng kỹ thuật, đảm bảo không gây cản trở luồng khí.
  • Cách âm, cách nhiệt: Tiến hành cách âm, cách nhiệt ống gió để giảm tiếng ồn và nhiệt lượng thất thoát.
• Lắp đặt quạt:
  • Lựa chọn vị trí: Lựa chọn vị trí lắp đặt quạt phù hợp, đảm bảo không gây rung động, tiếng ồn.
  • Cân chỉnh: Cân chỉnh quạt đúng vị trí, đảm bảo trục quay thẳng hàng.
• Lắp đặt các thiết bị khác:
  • Lọc gió: Lắp đặt lọc gió đúng quy cách, đảm bảo hiệu quả lọc bụi.
  • Van điều khiển: Lắp đặt van điều khiển để điều chỉnh lượng gió lưu thông.
  • Các thiết bị đo: Lắp đặt các thiết bị đo như đồng hồ đo áp suất, lưu lượng để kiểm soát hệ thống.
• Kiểm tra, thử nghiệm:
  • Kiểm tra mối nối: Kiểm tra kỹ lưỡng các mối nối, đảm bảo kín khít.
  • Thử nghiệm hệ thống: Vận hành thử nghiệm hệ thống để kiểm tra lưu lượng gió, áp suất, tiếng ồn, độ rung…

Để đảm bảo hệ thống thông gió hoạt động hiệu quả, bạn nên lựa chọn đơn vị thi công uy tín, có kinh nghiệm và năng lực thực hiện các công trình tương tự.

Nếu bạn muốn hiểu rõ hơn về hệ thống thông gió, hãy liên hệ cho Nam Phương Việt để được tư vấn các giải pháp nâng cấp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống thông gió trong môi trường sống của bạn nhé.

=> Xem thêm: Hệ thống điều hòa không khí là gì? Các hệ thống điều hòa không khí