Hệ thống phân phối và vận chuyển không khí bao gồm các phần như sau: - Hệ thống đường ống gió - Hệ thống các miệng thổi và hút - Quạt gió.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH GIÓ
Trong hệ thống điều hoà không khí hệ thống kênh gió có chức năng dẫn và phân gió tới các nơi khác nhau tuỳ theo yêu cầu.
Nhiệm vụ của người thiết kế hệ thống kênh gió là phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau :
- Ít gây ồn .
- Tổn thất nhiệt nhỏ.
- Trở lực đường ống bé.
- Đường ống gọn, đẹp và không làm ảnh hưởng mỹ quan công trình.
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp.
- Tiện lợi cho người sử dụng.
- Phân phối gió cho các hộ tiêu thụ đều.
Hệ thống kênh gió
Phân loại
Đường ống gió được chia làm nhiều loại dựa trên các cơ sở khác nhau :
* Theo chức năng :
Theo chức năng người ta chia hệ thống kênh gió ra làm các loại chủ yếu sau :
- Kênh cấp gió (Supply Air Duct - SAD)
- Kênh hồi gió (Return Air Duct - RAD)
- Kênh cấp gió tươi (Fresh Air Duct)
- Kênh thông gió (Ventilation Air Duct)
- Ống thải gió(Exhaust Air Duct)
* Theo tốc độ gió :
Theo tốc độ người ta chia ra loại tốc độ cao và thấp, cụ thể như sau :
Bảng 6-1
* Theo áp suất
Theo áp suất người ta chia ra làm 3 loại : Áp suất thấp, trung bình và cao như sau :
- Áp suất thấp: 95 mmH2O
172 mmH2O¸- Áp suất trung bình: 95
310 mmH2O¸- Áp suất cao: 172
* Theo kết cấu và vị trí lắp đặt :
- Kênh gió treo
- Kênh gió ngầm
Hệ thống kênh gió ngầm
- Kênh thường được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông và đi ngầm dưới đất. Kênh gió ngầm thường kết hợp dẫn gió và lắp đặt các hệ thống đường nước, điện, điện thoại đi kèm nên gọn gàng và tiết kiệm chi phí nói chung.
- Kênh gió ngầm được sử dụng khi không gian lắp đặt không có hoặc việc lắp đặt các hệ thống kênh gió treo không thuận lợi, chi phí cao và tuần hoàn gió trong phòng không tốt.
- Kênh gió ngầm thường sử dụng làm kênh gió hồi, rất ít khi sử dụng làm kênh gió cấp do sợ ảnh hưởng chất lượng gió sau khi đã xử lý do ẩm mốc trong kênh, đặc biệt là kênh gió cũ đã hoạt động lâu ngày. Khi xây dựng cần phải xử lý chống thấm kênh gió thật tốt.
- Kênh thường có tiết diện chữ nhật và được xây dựng sẵn khi xây dựng công trình.
- Hệ thống kênh gió ngầm thường được sử dụng trong các nhà máy dệt, rạp chiếu bóng. Các kênh gió ngầm này có khả năng thu gom các sợi bông tạo điều kiện khử bụi trong xưởng tốt. Vì vậy trong các nhà máy dệt, nhà máy chế biến gỗ để thu gom bụi người ta thường hay sử dụng hệ thống kênh gió kiểu ngầm.
Hệ thống ống kiểu treo.
Hệ thống kênh treo là hệ thống kênh được treo trên các giá đỡ đặt ở trên cao. Do đó yêu cầu đối với kênh gió treo là :
- Kết cấu gọn, nhẹ
- Bền và chắc chắn
- Dẫn gió hiệu quả, thi công nhanh chóng.
Vì vậy kênh gió treo được sử dụng rất phổ biến trên thực tế (hình 6.1).
* Vật liệu sử dụng : Tole tráng kẽm, inox, nhựa tổng hợp, foam định hình.
1,2mm theo tiêu chuẩn qui định phụ thuộc vào kích thước đường ống. Trong một số trường hợp do môi trường có độ ăn mòn cao có thể sử dụng chất dẻo hay inox. Hiện nay người ta có sử dụng foam để làm đường ống : ưu điểm nhẹ , nhưng gia công và chế tạo khó, do đặc điểm kích thước không tiêu chuẩn của đường ống trên thực tế.¸Trên thực tế sử dụng phổ biến nhất là tôn tráng kẽm có bề dày trong khoảng từ 0,5
Khi chế tạo và lắp đặt đường gió treo cần tuân thủ các qui định về chế tạo và lắp đặt. Hiện nay ở Việt nam vẫn chưa có các qui định cụ thể về thiết kế chế tạo đường ống. Tuy nhiên chúng ta có thể tham khảo các qui định đó ở các tài liệu nước ngoài như DW142, SMACNA. Bảng 6.2 trình bày một số qui cách về chế tạo và lắp đặt đường ống gió.
Bảng 6.2 : Các qui định về gia công và lắp đặt ống gió
* Hình dạng tiết diện :
Hình dáng kênh gió rất đa dạng : Chữ nhật, tròn, vuông, . .vv. Tuy nhiên, kênh gió có tiết diện hình chữ nhật được sử dụng phổ biến hơn cả vì nó phù hợp với kết cấu nhà, dễ treo đỡ, chế tạo, bọc cách nhiệt và đặc biệt các chi tiết cút, xuyệt, chạc 3, chạc 4 . .vv dễ chế tạo hơn các kiểu tiết diện khác.
* Cách nhiệt:Để tránh tổn thất nhiệt, đường ống thường bọc một lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh, hay stirofor, bên ngoài bọc lớp giấy bạc chống cháy và phản xạ nhiệt. Để tránh chuột làm hỏng người ta có thể bọc thêm lớp lưới sắt mỏng.
- Khi đường ống đi ngoài trời người ta bọc thêm lớp tôn ngoài cùng để bảo vệ mưa nắng
- Đường ống đi trong không gian điều hòa có thể không cần bọc cách nhiệt. Tuy nhiên cần lưu ý khi hệ thống mới hoạt động, nhiệt độ trong phòng còn cao thì có khả năng đọng sương trên bề mặt ống.
* Ghép nối ống:
- Để tiện cho việc lắp ráp, chế tạo, vận chuyển đường ống được gia công từng đoạn ngắn theo kích cỡ của các tấm tôn. Việc lắp ráp thực hiện bằng bích hoặc bằng các nẹp tôn. Bích có thể là nhôm đúc, sắt V hoặc bích tôn.
* Treo đỡ:
- Việc treo đường ống tùy thuộc vào kết cấu công trình cụ thể : Treo tường, trần nhà, xà nhà .
- Khi nối kênh gió với thiết bị chuyển động như quạt, động cơ thì cần phải nối qua ống nối mềm để khử chấn động theo kênh gió.
- Khi kích thước ống lớn cần làm gân gia cường trên bề mặt ống gió.
- Đường ống sau khi gia công và lắp ráp xong cần làm kín bằng silicon.
Thiết kế hệ thống kênh gió
Các cơ sở lý thuyết
1) Quan hệ giữa lưu lượng và tốc độ gió ra miệng thổi.
Nhiệm vụ của người thiết kế hệ thống kênh gió là phải đảm bảo phân bố lưu lượng gió cho các miệng thổi đều nhau. Giả sử tất cả các miệng thổi có kích cỡ giống nhau, để lưu lượng gió ra các miệng thổi bằng nhau ta chỉ cần khống chế tốc độ gió trung bình ở các miệng thổi bằng nhau là được.
Lưu lượng gió chuyển động qua các miệng thổi được xác định theo công thức:
gx = fx.vx , m3/s(6-1)
gx - Lưu lượng gió ra một miệng thổi, m3/s
fx - Tiết diện thoát gió của miệng thổi, m2.
vx - Tốc độ trung bình của gió ra miệng thổi, m/s
2) Quan hệ giữa cột áp tĩnh trên đường và vận tốc không khí ra các miệng thổi .
Tốc độ trung bình vx ở đầu ra miệng thổi được tính theo công thức :
vx = gx/fx , m/s(6-2)
Thực ra do bị nén ép khi ra khỏi miệng thổi nên tiết diện bị giảm và nhỏ hơn tiết diện thoát gió thực.
Theo định luật Becnuli áp suất thừa của dòng không khí (còn gọi là áp suất tĩnh Ht) đã chuyển thành cột áp động của dòng không khí chuyển động ra miệng thổi :
’.vx)2 /2 = Ht , Pab.(rpx - po =
px, là áp suất tuyệt đối của dòng không khí trong ống dẫn trước miệng thổi, N/m2
po là áp suất không khí môi trường nơi gió thổi vào, N/m2
’ Hệ số thu hẹp dòng phụ thuộc điều kiện thổi ra của dòng không khíb
Ht - Cột áp tĩnh tại tiết diện nơi đặt miệng thổi , N/m2
(6-3) vx=β'.2.Htρ−−−√,m/sTừ đó rút ra :
Theo (6-1) và (6-3) có thể nhận thấy để đảm bảo phân bố gió cho các miệng thổi đều nhau người thiết kế phải đảm bảo áp suất tĩnh dọc theo đường ống không đổi là được.
Vì vậy thay vì khảo sát tốc độ ra miệng thổi vx (hay gx vì tiết diện của các miệng thổi đều nhau) ta khảo sát phân bố cột áp tĩnh Ht dọc theo đường ống để xem xét với điều kiện nào phân bố cột áp tĩnh sẽ đồng đều trên toàn tuyến ống.
3) Sự phân bố cột áp tĩnh dọc đường ống dẫn gió.
n và Hn (hình 6-2).w2 và H2 ... và của miệng thổi thứ n là w1 và H1 , của miệng thổi thứ 2 là wXét một đường ống gió, tốc độ gió trung bình và cột áp tĩnh của dòng không khí tại tiết diện có miệng thổi đầu tiên là
pDSTrở kháng thủy lực tổng của đường ống là
Theo định luật Becnuli ta có :
p(6-4)DS2n /2 + wr21 /2 = Hn + wrH1 +
Hay:
pDS2n)/2 - w21 - w(rHn = H1 +
Từ đó suy ra :
p (6-5)DS2n)/2 - w21 - w(rH = Hn - H1 = D
2n)/2 gọi là độ giảm cột áp động.w21 - w(rThành phần
p = 0DS2n)/2 - w21 - w(rH =0 ta phải thiết kế hệ thống kênh gió sao cho DNhư vậy để duy trì cột áp tĩnh trên tuyến ống không đổi
Ta có các trường hợp có thể xãy ra như sau:
p : Giảm cột áp động bằng tổng tổn thất trên tuyến ống.DS2n)/2 = w21 - w(ra) Trường hợp
Như vậy cột áp động đã biến một phần để bù vào tổn thất trên tuyến ống.
Khi đó : H1 = Hn nghĩa là cột áp tĩnh không thay đổi dọc theo đường ống. Đây là trường hợp lý tưởng, tốc độ và lưu lượng ở các miệng thổi sẽ đều nhau.
2n)/2w21 - w(rb) Trường hợp > p hay H1DS < Hn
Giảm cột áp động lớn hơn tổng tổn thất áp lực trên tuyến ống.
Trong trường hợp này ta có Hn > H1 , phần cột áp động dư thừa góp phần làm tăng cột áp tĩnh cuối đường ống, lượng lượng gió các miệng thổi cuối lớn hơn, hay gió dồn vào cuối tuyến ống.
Trường hợp này có thể xãy ra khi :
- Tốc độ đoạn đầu quá lớn, nên áp suất tĩnh trên trong ống rất nhỏ trong khi tốc độ đoạn cuối nhỏ. Trong một số trường hợp nếu tốc độ đi ngang qua tiết diện nơi lắp các miệng thổi ở đoạn đầu quá lớn thì các miệng thổi đầu có thể trở thành miệng hút lúc đó tạo nên hiện tượng hút kiểu EJectơ. Để khắc phục, cần giảm tốc độ đoạn đầu, tăng tốc độ đoạn cuối. Vì thế khi lưu lượng dọc theo kênh gió giảm thì phải giảm tiết diện tương ứng để duy trì tốc độ gió, tránh không nên để tốc độ giảm đột ngột .
p rất nhỏ, nhưng tốc độ giảm nhanh theo lưu lượng. Để khắc phục cần giảm nhanh tiết diện đoạn cuối nhằm khống chế tốc độ phù hợp.DS- Đường ống ngắn, ít trở lực cục bộ nhưng có nhiều miệng thổi hoặc đoạn rẻ nhánh. Trường hợp này trở lực
2n)/2w21 - w(rc) Trường hợp < p hay H1DS > Hn
Giảm cột áp động nhỏ hơn tổng tổn thất áp lực trên tuyến ống.
Trong trường hợp này gió tập trung vào đầu tuyến ống.
Nguyên nhân gây ra có thể là:
- Tốc độ đoạn đầu nhỏ, áp suất tĩnh lớn nên lưu lượng gió của các miệng thổi đầu lớn và cuối tuyến ống lưu lượng không đáng kể.
- Tổn thất đường ống quá lớn : Đường ống quá dài, có nhiều chổ khúc khuỷu.
- Tiết diện đường ống được giảm quá nhanh không tương ứng với mức độ giảm lưu lượng nên tốc độ dọc theo tuyến ống giảm ít, không giảm thậm chí còn tăng. Vì thế cột áp tĩnh đầu tuyến ống lớn hơn cuối tuyến ống.
Vì vậy khi thiết kế đường ống cần phải chú ý :
- Thiết kế giảm dần tiết diện đường ống dọc theo chiều thổi một cách hợp lý , tuỳ thuộc vào trở lực của đường ống.
4) Sự phân bố cột áp tĩnh trên đường ống hút.
n và Hn .w2 và H2 ... và của miệng hút thứ n là w1 và H1 , của miệng hút thứ 2 là wXét một kênh hút, tốc độ trung bình và cột áp tĩnh của dòng không khí tại tiết diện có miệng hút đầu là
pDSTrở kháng thủy lực tổng của đường ống là
Hình 6.3 : Phân bố cột áp tĩnh dọc theo kênh hút
Theo định luật Becnuli ta có :
pDS2n /2 + wr21 /2 = Hn + wrH1 +
Hay:
pDS2n)/2 - w21 - w(rHn = H1 +
Hay :
p(6-6)DS2n)/2 - w21 - w(rH = Hn - H1 = D
p = 0DS2n)/2 - w21 - w(rH = 0 ta phải đảm bảo : DĐể
p.DSHay nói cách khác tốc độ gió dọc theo chiều chuyển động của dòng không khí phải giảm dần và mức độ giảm phải tương ứng với mức tăng tổn thất
Do lưu lượng dọc theo chiều chuyển động của gió trong kênh hút tăng dần và tốc độ gió cũng phải giảm dần , vì thế tiết diện kênh hút phải lớn dần.
Một số vấn đề liên quan tới thiết kế đường ống gió
1) Lựa chọn tốc độ không khí trên đường ống
Lựa chọn tốc độ gió có liên quan tới nhiều yếu tố.
- Khi chọn tốc độ cao đường ống nhỏ, chi phí đầu tư và vận hành thấp, nhưng trở lực hệ thống lớn và độ ồn do khí động của dòng không khí chuyển động cao.
- Ngược lại khi tốc độ bé, đường ống lớn chi phí đầu tư và vận hành lớn, khó khăn lắp đặt, nhưng trở lực bé.
Tốc độ hợp lý là một bài toán kinh tế, kỹ thuật phức tạp. Bảng 6.3 dưới đây trình bày tốc độ gió thích hợp dùng để tham khảo lựa chọn khi thiết kế.
Bảng 6.3 : Tốc độ gió trên kênh gió, m/s
2) Xác định đường kính tương đương của đường ống
Để vận chuyển không khí người ta sử dụng nhiều loại ống gió: Chữ nhật, vuông, ô van, tròn. Tuy nhiên để tính toán thiết kế đường ống gió thông thường người ta xây dựng các giãn đồ cho các ống dẫn tròn. Vì vậy cần qui đổi tiết diện các loại ra tiết diện tròn tương đương, sao cho tổn thất áp suất cho một đơn vị chiều dài đường ống là tương đương nhau, trong điều kiện lưu lượng gió không thay đổi.
Đường kính tương đương có thể xác định theo công thức hoặc tra bảng. Để thuận lợi cho việc tra cứu và lựa chọn , người ta đã lập bảng xác định đường kính tương đương của các đường ống dạng chữ nhật nêu ở bảng 6-4.
- Đường kính tương đương của tiết diện chữ nhật được xác định theo công thức sau :
(6-7) dtd=1,3.(a.b)0,625(a+b)0,25,mm
a, b là cạnh chữ nhật, mm
Tuy tổn thất giống nhau nhưng tiết diện trên 2 ống không giống nhau
S' = a x b > x dtđ2 / 4pS =
(6-8)- Đường kính tương đương của ống ô van:
dtd=1,55.A0,625p0,25A - Tiết diện ống ô van :
x b2 / 4 + b(a-b)pA =
a, b là cạnh dài và cạnh ngắn của ô van, mm
.b + 2(a-b), mmpp Là chu vi mặt cắt : p =
Bảng 6-4 : Đường kính tương đương của ống chữ nhật
Tiếp bảng (6-4)
3) Tổn thất áp suất trên đường ống gió
Có 2 dạng tổn thất áp lực:
pmsD- Tổn thất ma sát dọc theo đường ống
- Tổn thất cục bộ ở các chi tiết đặc biệt : Côn, cút, tê, van ...
(6-9)a. Tổn thất ma sát
Tổn thất ma sát được xác định theo công thức :
Δpms=λ.ld.ρω22,mmH2O - Hệ số trở lực ma sátl
l - chiều dài ống, m
d - đường kính hoặc đường kính tương đương của ống, m
- Khối lượng riêng của không khí, kg/m3r
- Tốc độ không khí chuyển động trong ống , m/sw
Hệ số trở lực ma sát có thể tính như sau :
(6-10) λ=0,3164Re−−−√4,khiRe<105* Đối với ống nhôm hoặc tôn mỏng bề mặt bên trong láng và tiết diện tròn
= 0,0032 + 0,221.Re-0,237, khi Rel > 105 (6-11)
trong đó:
nd/wRe là tiêu chuẩn Reynolds : Re =
- Độ nhớt động học của không khí , m2/sn
λ=1[1,81.logReRe.k1/d+7]2(6-12)* Đối với bề mặt nhám
k1 là hệ số mức độ gồ ghề trung bình, m
Bảng 6-5
λ=0,323d0,07.Re0,25* Đối với ống bằng nhựa tổng hợp
(6-13)- Đối với polyetylen
(6-14)- Đối với vinylpast λ=d0,010,39.Re0,25Việc tính toán theo các công thức tương đối phức tạp, nên người ta đã xây dựng đồ thị để xác tổn thất ma sát, cụ thể như sau:
Từ công thức (6-9) ta có thể viết lại như sau :
p1 (6-15)Dpms = l . D
l - Chiều dài đường ống, m
p1 - Tổn thất áp lực trên 1m chiều dài đường ống, Pa/mD
(m/s) trong đường ống, đường kính tương đương dtđ (mm) là xác định được tổn thất trên 1m chiều dài đường ống. Phương pháp xác định theo đồ thị rất thuận lợi và nhanh chóng.wp1 trên hình 6.4. Theo đồ thị này khi biết 2 trong các thông số sau : lưu lượng gió V (lít/s), tốc độ không khí DNgười ta đã xây dựng đồ thị nhằm xác định
Hình 6-4 : Đồ thị xác định tổn thất ma sát
b. Tổn thất cục bộ
Tổn thất áp lực cục bộ được xác định theo công thức:
2/2(6-16)wr.xpcb = D
trở lực cục bộ phụ thuộc hình dạng, kích thước và tốc độ gió qua chi tiết.xTrị số
Nếu tốc độ trên toàn bộ ống đều thì có thể xác đinh
.(6-17)xS2/2 x wrpcb = D
Có 2 cách xác định tổn thất cục bộ :
được xác định cho từng kiểu chi tiết riêng biệt: Cút, côn, Tê, Chạc ...vvx- Xác định tổn thất cục bộ theo công thức (6-16), trong đó hệ số
2/2 , N/m2wr.xpcb = D
- Qui đổi ra độ dài ống thẳng tương đương và xác định theo công thức tổn thất ma sát:
l.dtđ / xltđ =
p1(6-18)Dpc = ltđ . D
Dưới đây chúng tôi lần lượt giới thiệu cách tính tổn thất cục bộ theo 2 cách nói trên.
xc. Xác định hệ tổn thất cục bộ theo hệ số
2/2 , N/m2wr.xpcb = D
pcb - Tổn thất trở lực cục bộ , N/m2D
- Hệ số trở lực cục bộ.x
= 1,2 kg/m3r - Khối lượng riêng của không khí. Lấy r
- Tốc độ gió đi qua chi tiết nghiên cứu , m/sw
c.1 Cút tiết diện tròn
Cút tiết diện tròn có các dạng chủ yếu sau:
- Cút 90o tiết diện tròn, cong đều
5 đoạn¸- Cút 90o tiết diện tròn, ghép từ 3
- Cút 90o nối thẳng góc
o cong đều hoặc ghép.a- Cút tiết diện tròn
c.1.1- Cút 90o, tiết diện tròn, cong đều .
được tra theo tỷ số R/d ở bảng 6.6 dưới đây:xHệ số trở lực cục bộ
R - Bán kính cong tâm cút ống, m
d - Đường kính trong của ống, m
xBảng 6.6 : Hệ số
Đối với cút khác 90o cần nhân hệ số hiệu chỉnh K cho ở bảng 6.7 dưới đây:
Bảng 6.7 : Hệ số xét tới ảnh hưởng của góc cút
c.1.2. Cút 90o, tiết diện tròn, ghép từ 3-5 đoạn
xBảng 6.8 : Hệ số
R - Bán kính cong tâm cút ống, m
d - Đường kính trong của ống, m
c.1.3 Cút tiết diện tròn, ghép thẳng góc
xBảng 6.9 : Hệ số
- Góc của cúta
c.2 Cút tiết diện chữ nhật
Trên hình 6-6 là các dạng cút tiết diện chữ nhật có thể có.
- Trường hợp 1 : Cút 90o, tiết diện chữ nhật, cong đều. Yêu cầu kỹ thuật là bán kính trong R1 tuỳ chọn, nhưng không nên quá bé. Tối ưu là R1= 0,75W , R2=1,75W và R = 1,25W
- Trường hợp 2 : Cút 90o, thẳng góc và không có cánh hướng. Loại này ít dùng trên thực tế.
- Trường hợp 3 : Cút 90o, thẳng góc và có các tấm hướng dòng cánh đơn với bước cánh là S, đoạn thẳng của cánh là L
- Trường hợp 4 : Cút 90o, thẳng góc và có các cánh hướng dạng khí động, bước cánh S, bán kính cong của cánh là R.
c.2.1 Cút 90o, tiết diện hình chữ nhật , cong đều
R - Bán kính cong tâm cút ống, mm
H - Chiều cao của cút (khi đặt nằm), mm
W - Chiều rộng của cút : W = R2 - R1
R1, R2 - Bán kính trong và ngoài của cút, mm
xBảng 6.10 : Hệ số
Tỷ số tối ưu trong trường hợp này là R/W = 1,25
c.2.2 Cút 90o, tiết diện chữ nhật, thẳng góc, không có cánh hướng
xBảng 6.11 : Hệ số
c.2.3 Cút 90o, tiết diện chữ nhật , thẳng góc, có cánh hướng đơn
xBảng 6.12 : Hệ số
trong đó :
R - Bán kính cong của cánh hướng, mm
S- Bước cánh hướng, mm
L- Độ dài phần thẳng của cánh hướng, mm
* Số liệu để tham khảo
c.2.4 Cút 90o, tiết diện chữ nhật, thẳng góc, có cánh hướng đôi (dạng khí động)
xBảng 6.13 : Hệ số
trong đó:
R- Bán kính cong của cánh hướng, mm
S - Bước cánh, mm
c.3. Côn mở và đột mở
Côn mở hay đột mở là chi tiết nơi tiết diện tăng dần từ từ hay đột ngột
Trong trường hợp này tốc độ tính theo tiết diện đầu vào
A1- Diện tích tiết diện đầu vào, m2
A2- Diện tích tiết diện đầu ra, m2
Đối với côn mở và đột mở ta có các trường hợp phổ biến sau :
- Côn hoặc đột mở tiết diện tròn
- Côn hoặc đột mở tiết diện chữ nhật
=180o)qc.3.1 Côn tiết diện tròn hoặc đột mở tròn (khi
xBảng 6.14 : Hệ số
trong đó:
A1 - Tiết diện đầu vào côn, mm2
A2- Tiết diện đầu ra, mm2
wRe = 66,34.D.
D - Đường kính ống nhỏ (đầu vào), mm
- Tốc độ không khí trong ống nhỏ (đầu vào), m/sw
= 180oq - Góc côn, đối với đột mở q
=180o)qc.3.2 Côn tiết diện chữ nhật hoặc đột mở (khi
xBảng 6.15 : Hệ số
A1 - Tiết diện đầu vào côn, mm2
A2- Tiết diện đầu ra, mm2
= 180oq - Góc côn, đối với đột mở q
c.4. Côn thu và đột thu
- Côn thu là nơi tiết diện giảm theo chiều chuyển động của không khí. Côn thu có 2 loại : loại tiết diện thay đổi từ từ và loại tiết diện thay đổi đột ngột (đột thu). Tiết diện côn có thể là loại tròn hay chữ nhật.
- Khi tính toán trở lực tính theo tiết diện và tốc độ đầu vào
A1 - Tiết diện đầu vào của côn, mm2
A2- Tiết diện đầu ra của côn (A2 > A1) , mm2
- Góc côn, oq
xBảng 6.16 : Hệ số
c.5 Đoạn ống hội tụ
Đoạn ống hội tụ là đoạn ống góp từ 2 dòng không khí trở lên. Thông thường ta gặp các đoạn ống hội tụ trong các ống hút về, ống thải. Trên hình 6-9 là các trường hợp thường gặp.
Để tính toán trong trường hợp này , tốc độ được chọn là tốc độ đoạn ống ra
c.5.1 Tê hội tụ: Ống nhánh tròn nối với ống chính chữ nhật
, tính cho ống nhánhxBảng 6.17 : Hệ số
Lb - Lưu lượng gió ở nhánh, m3/s
Lc- Lưu lượng gió tổng (sau khi hội tụ), m3/s
- Tốc độ không khí đầu ra (sau khi hội tụ), m/sw
* Các giá trị âm chứng tỏ một phần áp suất động biến thành áp suất tĩnh và vượt quá tổn thất
c.5.2 Ống nhánh chữ nhật nối với ống chính chữ nhật
, tính cho ống nhánhxBảng 6.18 : Hệ số
c.5.3 Tê hội tụ : Ống nhánh hướng góc 45o với ống chính chữ nhật
, tính cho ống nhánhxBảng 6.19 : Hệ số
c.5.4 Tê hội tụ : Dạng chữ Y , tiết diện chữ nhật.
bc , tính cho ống nhánhxBảng 6.20.a : Hệ số
Ab - Tiết diện nhánh ống, mm2
As - Tiết diện vào của ông chính, mm2
Ac- Tiết diện ra của ống chính, mm2
Lb - Lưu lượng gió ống nhánh, m3/s
Lc - Lưu lượng tổng đầu ra, m3/s
bc - Hệ số tổn thất cục bộ khi tính theo đường nhánh từ b đến cx
sc - Hệ số tổn thất cục bộ khi tính theo đường nhánh từ s đến cx
sc , tính cho ống chínhxBảng 6.20.b : Hệ số
với ống chínhqc.5.5 Tê hội tụ chữ Y ống nhánh nghiêng góc
xBảng 6.21 : Hệ số
c.5.6 Tê hội tụ chữ Y đối xứng tiết diện chữ nhật
Trong trường hợp đối xứng :
R/Wc = 1,5
L1b/Lc = L2b/Lc = 0,5
xBảng 6.22 : Hệ số
c.6 Đoạn rẽ nhánh
- Đoạn ống rẽ nhánh là đoạn ống mà dòng phân thành 2 dòng nhỏ trở lên. Trong trường hợp này tính tổn thất theo tốc độ đầu vào của đoạn ống.
Trên hình 6-10 trình bày các trường hợp thường gặp của đoạn ống rẽ nhánh, dưới đây là hệ số trở lực cục bộ cho từng trường hợp cụ thể :
c.6.1 Tê rẽ nhánh 45o, ống chính và ống nhánh chữ nhật
, tính cho ống nhánhxBảng 6.23 : Hệ số
c.6.2 Tê rẽ nhánh 45o, ống chính và ống nhánh chữ nhật có cánh hướng
, tính cho ống nhánhxBảng 6.24 : Hệ số
c.6.3 Tê rẽ nhánh , ống chính và ống nhánh chữ nhật, không có cánh hướng
, tính cho ống nhánhxBảng 6.25 : Hệ số
c.6.4 Tê rẻ nhánh , ống chính và ống nhánh chữ nhật có cánh hướng
, tính cho ống nhánhxBảng 6.26 : Hệ số
c.6.5 Tê rẻ nhánh , ống chính và ống nhánh chữ nhật có nhiều cánh hướng
, tính cho ống nhánhxBảng 6.27.a : Hệ số
, tính cho ống chínhxBảng 6.27.b : Hệ số
c.6.6 Tê rẻ nhánh , ống chính chữ nhật, ống nhánh tròn
, tính cho ống nhánhxBảng 6.28 : Hệ số
c.6.7 Tê rẻ nhánh , ống chính chữ nhật, ống nhánh tròn có đoạn côn tròn
, tính cho ống nhánhxBảng 6.29 : Hệ số
c.6.8 Tê chữ Y rẻ nhánh , tiết diện chữ nhật
, tính cho ống nhánhxBảng 6.30.a : Hệ số
, tính cho ống chínhxBảng 6.30.b : Hệ số
c.7 Đoạn ống rẽ nhánh chữ Y đối xứng
qc.7.1 Đoạn ống chữ Y đối xứng, nhánh rẽ nghiêng với nhánh chính một góc
xBảng 6.31 : Hệ số
c.7.1 Đoạn ống chữ Y đối xứng, nhánh rẽ vuông góc nhánh chính
xBảng 6.32 : Hệ số
c.8 Tổn thất do các vật chắn
- Các vật chắn trên hệ thống đường ống chủ yếu là các van điều chỉnh lưu lượng gió, van chặn lửa ...
Trên hình 6-12 trình bày 3 dạng van điều chỉnh chủ yếu
+ Van điều chỉnh dạng cánh bướm.
+ Van điều chỉnh dạng cổng (tròn, chữ nhật)
+ Van điều chỉnh kiểu lá sách (song song hoặc đối nhau)
c.8.1 Van điều chỉnh gió dạng cánh bướm tròn hoặc tiết diện (hình 6-12, 1)
* Tiết diện tròn
xBảng 6.33 : Hệ số
D- Đường kính cánh van, mm
Do- Đường kính ống, mm
- Góc nghiêng của cánh điều chỉnh so với tâm ống.q
* Tiết diện chữ nhật
xBảng 6.34 : Hệ số
Lưu ý : H, W là chiều cao và rộng của tiết diện van.
- Loại 1 : Có trục van song song cạnh lớn của ống
- Loại 2 : Có trục van song song cạnh bé của ống
- Góc nghiêng của trục van với tâm ốngq-
c.8.2 Van điều chỉnh dạng cổng tiết diện tròn (hình 6-12, 2)
xBảng 6.35 : Hệ số
Ao - Tiết diện ống dẫn tròn, m2
Ah - Tiết diện của đoạn ống không bị van điều chỉnh che, m2
c.8.3 Van điều chỉnh dạng cổng tiết diện chữ nhật (hình 6-12, 3)
xBảng 6.36 : Hệ số
c.8.4 Van điều chỉnh dạng lá sách có các cánh song song (hình 6-12, 4)
Van điều chỉnh dạng lá sách cánh song song được biểu thị ở các trường hợp 1,3,4 trên hình 6-12
xBảng 6.37 : Hệ số
trong đó :
N - Số cánh thẳng song song của van.
W - Cạnh song song trục quay của van, mm
H- Chiều cao của ống, mm
L - Tổng chiều dài của các cánh, mm
R- Chu vi đường ống lắp đặt, mm
- Góc nghiêng của cánh với trục ống.q
LR=N.W2.(H+W)Ta có :
(6-19)
c.8.5 Van điều chỉnh dạng lá sách có các cánh đối nhau (hình 6-12, 5)
xBảng 6.38 : Hệ số
c.9 Tổn thất ở đầu ra của quạt
Le=ωo.Ao−−√4500c.9.1 Tổn thất ở đầu ra của quạt khi thổi vào không gian rộng
w(6-20)khi > 13m/s- Chiều dài hiệu dụng Le
w(6-21)khi < 13m/s Le=Ao−−√350trong đó :
Ab - Diện tích miệng ra của quạt ở vị trí nhỏ nhất, m2
o - Tốc độ không khí trong ống dẫn, m/sw
Le - Chiều dài hiệu dụng, m
Ao - Diện tích đường ống , m2
L - Chiều dài của đoạn ống thẳng đầu ra của quạt, m
xBảng 6.39 : Hệ số
c.9.2 Tổn thất ở đầu ra của quạt khi thổi vào các cút
Có 2 dạng đầu hút của quạt
- Quạt có 01 cửa hút
- Quạt có 02 cửa hút
Khi đầu ra của quạt nối với cút liên tục. Ta có 4 trường hợp xãy ra
đầu ra quạt có 1 cửa hútxBảng 6.40 : Hệ số
đầu ra quạt có 2 cửa hútxBảng 6.41 : Hệ số
c.10 Tổn thất ở đầu vào của quạt
c.10.1 Ống hút tiết diện tròn, nối cút liên tục, cách miệng hút quạt đoạn L
xBảng 6.42 : Hệ số
R - Bán kính cong tâm cút, m
D- đường kính ống hút, m
L- Khoảng cách từ miệng hút của quạt ly tâm tới cút, m
c.10.2 Ống hút tiết diện tròn, nối cút thẳng góc hoặc cút ghép từ nhiều mãnh, cách miệng hút một khoảng L
- Cút thẳng góc:
xBảng 6.43: Hệ số
- Cút thẳng góc ghép từ 3 và 4 đoạn đoạn:
xBảng 6.44 : Hệ số
a) Cút ghép từ 3 mãnh b) Cút ghép từ 4 mãnh
c.10.2 Ống hút tiết diện vuông, nối cút cong liên tục qua đoạn ống thẳng dài L và đoạn ống chuyển đổi tiết diện vuông-tròn
xBảng 6.45 : Hệ số
d. Xác định hệ tổn thất cục bộ theo chiều dài tương đương
Theo định nghĩa chiều dài tương đương là chiều dài của đoạn ống thẳng có tiết diện bằng tiết diện tính toán của chi tiết gây nên tổn thất cục bộ, nhưng có tổn thất tương đương nhau . Hay
(6-22)l.dtđ / xltđ =
p1Dpc = ltđ . D
d.1 Chiều dài tương đương của cút tròn
Bảng 6.46 : Chiều dài tương đương ltđ
Trong đó:
R - Bán kính cong của tâm cút, mm
d- đường kính tiết diện cút, mm
d.2 Chiều dài tương đương của cút chữ nhật
Bảng 6.47 : Chiều dài tương đương ltđ
Tính toán thiết kế đường ống dẫn không khí
1) Các phương pháp thiết kế kênh gió
Cho tới nay có rất nhiều phương pháp thiết kế đường ống gió . Tuy nhiên mỗi phương pháp có những đặc điểm riêng. Lựa chọn phương pháp thiết kế nào là tuỳ thuộc vào đặc điểm công trình, thói quen của người thiết kế và các thiết bị phụ trợ đi kèm đường ống.
Người ta thường sử dụng các phương pháp chủ yếu sau đây:
- Phương pháp tính toán lý thuyết : Phương pháp này dựa vào các công thức lý thuyết trên đây , nhằm thiết kế mạng đường ống thoả mãn yêu cầu duy trì áp suất tĩnh không đổi. Đây là phương pháp có thể coi là chính xác nhất. Tuy nhiên phương pháp này tính toán khá phức tạp.
- Phương pháp giảm dần tốc độ. Người thiết kế bằng kinh nghiệm của mình chủ động thiết kế giảm dần tốc độ theo chiều chuyển động của không khí trong đường ống. Đây là phương pháp thiết kế tương đối nhanh nhưng phụ thuộc nhiều vào chủ quan người thiết kế.
- Phương pháp ma sát đồng đều : Thiết kế hệ thống kênh gió sao cho tổn thất trên 1 m chiều dài đường ống đều nhau trên toàn tuyến, ở bất cứ tiết diện nào và bằng tổn thất trên 1m chiều dài đoạn ống chuẩn. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất, nhanh và tương đối chính xác.
- Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh xác định kích thước của ống dẫn sao cho tổn thất áp suất trên đoạn đó đúng bằng độ gia tăng áp suất tĩnh do sự giảm tốc độ chuyển động của không khí sau mỗi nhánh rẽ .
Phương pháp này tương tự phương pháp lý thuyết nhưng ở đây để thiết kế người ta chủ yếu sử dụng các đồ thị.
Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng một số phương pháp sau đây :
- Phương pháp T
- Phương pháp tốc độ không đổi
- Phương pháp áp suất tổng.
2) Phương pháp thiết kế lý thuyết
Nội dung của phương pháp như sau
H=0) .DDựa vào phương trình (6-5) tiến hành thiết kế mạng đường ống đảm bảo áp suất tĩnh không đổi ở tất cả các cửa rẽ nhánh của toàn tuyến ống (
Các bước thiết kế:
1 . Dựa vào lưu lượng gió, xác định kích thước của đoạn ống đầu tiên.wBước 1 - Chọn tốc độ đoạn ống đầu tiên
2 dựa vào phương trình :wBước 2 - Xác định tốc độ các đoạn tiếp theo
p12 = 0DS22)/2 - w21 - w(r
2 cần phải tính lặp.w2, vì vậy để xác định wp12 tổng tổn thất áp suất tĩnh từ điểm phân nhánh thứ nhất đến điểm phân nhánh thứ 2, bao gồm tổn thất ma sát và các tổn thất cục bộ. Trong công thức này cần lưu ý là các tổn thất được tính theo tốc độ DStrong đó
Dựa vào lưu lượng đoạn kế tiếp, xác định kích thước đoạn đó
2wF2 = L2/
Bước 3 - Tiếp tục xác định tuần tự tốc độ và kích thước các đoạn kế tiếp cho đến đoạn cuối cùng của tuyến ống như đã tính ở bước 2
Phương pháp lý thuyết có các đặc điểm sau:
- Các kết quả tính toán chính xác, tin cậy cao.
- Tính toán tương đối dài và phức tạp, nên thực tế ít sử dụng.
3)Phương pháp giảm dần tốc độ
Nội dung của phương pháp giảm dần tốc độ là người thiết kế bằng kinh nghiệm của mình lựa chọn tốc độ trên cơ sở độ ồn cho phép và chủ động giảm dần tốc độ các đoạn kế tiếp dọc theo chiều chuyển động của không khí.
Phương pháp giảm dần tốc độ được thực hiện theo các bước sau :
1.wBước 1 : Chọn tốc độ trên kênh chính trước khi rẽ nhánh
nw3... w2, wChủ động giảm dần tốc độ gió dọc theo tuyến ống chính và ống rẽ nhánh
Bước 2:
Trên cơ sở lưu lượng và tốc độ trên mỗi đoạn tiến hành tính toán kích thước của các đoạn đó.
iwFi = Li/
Bước 3 :
Dựa vào đồ thị xác định tổn thất áp suất theo tuyến ống dài nhất (tuyến có trở lực lớn nhất) . Tổng trở lực theo tuyến này là cơ sở để chọn quạt.
Phương pháp giảm dần tốc độ có nhược điểm là phụ thuộc nhiều vào chủ quan của người thiết kế, vì thế các kết quả là rất khó đánh giá.
Đây là một phương pháp đơn giản, cho phép thực hiện nhanh nhưng đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm.
4) Phương pháp ma sát đồng đều
Nội dung của phương pháp ma sát đồng đều là thiết kế hệ thống kênh gió sao cho tổn thất áp suất trên 1m chiều dài đường ống bằng nhau trên toàn tuyến ống. Phương pháp này cũng đảm bảo tốc độ giảm dần và thường hay được sử dụng cho kênh gió tốc độ thấp với chức năng cấp gió, hồi gió và thải gió.
Có hai cách tiến hành tính toán
- Cách 1 : Chọn tiết diện đoạn đầu nơi gần quạt làm tiết diện điển hình, chọn tốc độ không khí thích hợp cho đoạn đó . Từ đó xác định kích thước, tổn thất ma sát trên 1m chiều dài của đoạn ống điển hình. Giá trị tổn thất đó được coi là chuẩn trên toàn tuyến ống.
- Cách 2 : Chọn tổn thất áp suất hợp lý và giữ nguyên giá trị đó trên toàn bộ hệ thống kênh gió. Trên cơ sở lưu lượng từng đoạn đã biết tiến hành xác định kích thước từng đoạn.
Cách 2 có nhược điểm là lựa chọn tổn thất thế nào là hợp lý. Nếu chọn tổn thất bé thì kích thước đường ống lớn, nhưng nếu chọn tốc độ lớn sẽ gây ồn, chi phí vận hành tăng.
Trên thực tế người ta chọn cách thứ nhất . Sau đây là các bước thiết kế:
Bước 1 : Lựa chọn tiết diện đầu làm tiết diện điển hình. Chọn tốc độ cho tiết diện đó và tính kích thước đoạn ống điển hình : diện tích tiết diện f, kích thước các cạnh a,b và đường kính tương đương dtđ.
Từ lưu lượng và tốc độ tiến hành xác định tổn thất áp suất cho 1 m ống tiết diện điển hình (dựa vào đồ thị hình 6-4) . Giá trị đó được cố định cho toàn tuyến.
Bước 2 :
Trên cơ sở tổn thất chuẩn tính kích thước các đoạn còn lại dựa vào lưu lượng đã biết. Người ta nhận thấy với điều kiện tổn thất áp suất không đổi thì với một tỷ lệ % lưu lượng so với tiết diện điển hình sẽ có tỷ lệ phần trăm tương ứng về tiết diện. Để quá trình tính toán được dễ dàng và thuận tiện người ta đã xây dựng mối quan hệ tỷ lệ % tiết diện so với đoạn ống điển hình theo tỷ lệ % lưu lượng cho ở bảng 6-48.
Bước 3 :
Tổng trở lực đoạn ống có chiều dài tương đương lớn nhất là cơ sở để chọn quạt dàn lạnh.
Bảng 6-48 : Xác định tỷ lệ phần trăm tiết diện theo phương pháp ma sát đồng đều
- Phương pháp ma sát đồng đều có ưu điểm là thiết kế rất nhanh, người thiết kế không bắt buộc phải tinh toán tuần tự từ đầu tuyến ống đến cuối mà có thể tính bất cứ đoạn ống nào tuỳ ý, điều này có ý nghĩa trên thực tế thi công ở công trường.
- Phương pháp ma sát đồng đều cũng đảm bảo tốc độ giảm dần dọc theo chiều chuyển động, có độ tin cậy cao hơn phương pháp giảm dần tốc độ.
- Không đảm bảo phân bố lưu lượng đều trên toàn tuyến nên các miệng thổi cần phải bố trí thêm van điều chỉnh.
p= 0,5 - 1,5 N/m2 cho 1 m ốngD- Việc lựa chọn tổn thất cho 1m ống khó khăn. Thường chọn
- Phương pháp ma sát đồng đều được sử dụng rất phổ biến.
Ví dụ 1:
Giả sử có 08 một kênh gió thổi có 8 miệng thổi với các đặc điểm trên hình 6-14. Lưu lượng yêu cầu cho môi miệng thổi là 0,32 m3/s. Thiết kế hệ thống kênh gió .
Hình 6-14 : Sơ đồ đường ống
Bước 1: Chọn và xác định các thông số tiết diện điển hình
- Chọn đoạn đầu tiên AB làm tiết diện điển hình. Lưu lượng gió qua tiết diện đầu là
L1 = 8 x 0,32 = 2,56 m3/s
1 = 8 m/sw- Chọn tốc độ đoạn đầu
1 = 2,56 / 8 = 0,32 m2w- Diện tích tiết diện đoạn ống đầu : f1 = L1/
- Chọn kích thước đoạn đầu : 800x400mm
- Tra bảng (6-3) ta có đường kính tương đương : dtđ = 609mm
p1 = 1,4 Pa/m.D- Dựa vào lưu lượng L1 = 2560 L/s và dtđ = 609mm tra đồ thị ta được tổn thất
Bước 2 : Thiết kế các đoạn ống
Trên cơ sở tỷ lệ phần trăm lưu lượng của các đoạn kế tiếp ta xác định được tỷ lệ phần trăm diện tích của nó, xác định kích thước ai x bi của các đoạn đó, xác định diện tích thực và tốc độ thực.
Bảng 6-49 : Kết quả tính toán
Bước 3 : Tính tổng trở lực
Bảng 6.50
Tổng chiều dài tương đương của đoạn AK là 60,6m bao gồm các đoạn ống thẳng và chiều dài tương đương của các cút.
Tổng trở lực đường ống :
p = 60,6 x 1,4 = 84,84 PaDS
5) Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
Nội dung của phương pháp phục hồi áp suất tĩnh xác định kích thước của ống dẫn sao cho tổn thất áp suất trên đoạn đó đúng bằng độ gia tăng áp suất tĩnh do sự giảm tốc độ chuyển động của không khí sau mỗi nhánh rẽ.
Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh được sử dụng cho ống cấp gió, không sử dụng cho ống hồi. Về thực chất nội dung của phương pháp phục hồi áp suất tĩnh giống phương pháp lý thuyết , tuy nhiên ở đây người ta căn cứ vào các đồ thị để xác định tốc độ đoạn ống kế tiếp.
Các bước tính thiết kế :
1 và tính kích thước đoạn ống đó.wBước 1: - Chọn tốc độ hợp lý của đoạn ống chính ra khỏi quạt
Bước 2: Xác định tốc độ đoạn kế tiếp như sau
- Xác định tỉ số Ltđ/Q0,61 dựa vào tính toán hoặc đồ thị (hình 6-16) cho đoạn ống đầu.
trong đó
Ltđ - Chiều dài tương đương của đoạn đầu gồm chiều dài thực đường ống cộng với chiều dài tương đương tất cả các cút.
Q - lưu lượng gió trên đoạn đầu
2.w1 và tỷ số a = Ltđ/Q0,61 , theo đồ thị hình (6-13) xác định tốc độ đoạn ống tiếp theo , tức là tốc độ sau đoạn rẽ nhánh thứ nhất w- Dựa vào tốc độ đoạn đầu
- Xác định kích thước đoạn ống thứ 2
2wF2 = L2/
Bước 3: Xác định tốc độ và kích thước đoạn kế tiếp như đã xác định với đoạn thứ 2
* Đặc điểm của phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
- Đảm bảo phân bố lưu lượng đều và do đó hệ thống không cần van điều chỉnh.
- Tốc độ cuối tuyến ống thấp hơn nên đảm bảo độ ồn cho phép.
- Khối lượng tính toán tương đối nhiều.
- Kích thước đường ống lớn hơn các cách tính khác nhất là các đoạn rẽ nhánh, nên chi phí đầu tư cao.
Ví dụ 2:
Thiết kế hệ thống kênh dẫn gió cho hệ thống kênh gió gồm 4 miệng thổi , mỗi miệng có lưu lượng gió là 0,9 m3/s. Kích thước các đoạn như trên hình 6-15.
Hình 6-15 : Sơ đồ đường ống
* Xác định các thông số đoạn đầu
1 = 12 m/sw- Lựa chọn tốc độ đoạn AB :
- Lưu lượng gió : Q1 = 4 x 0,9 = 3,6 m3/s
- Tiết diện đoạn đầu : F1 = 3,6/12 = 0,3m2
- Kích thước các cạnh 600 x 500mm
- Tra bảng ta có đường kính tương đương : dtđ = 598 mm
- Tổn thất cho 1m ống : 0,4 Pa/m
* Xác định tốc độ và kích thước đoạn tiếp
- Tỷ số a= L/Q0,61 : L1/Q0,61 = 49 / 7628 0,61 = 0,211
2 = 2000 FPMw1 =7628 FPM và L/Q0,61 = 0,211 : w2 theo đồ thị với w- Xác định
2 = 10,16 m/swhay
* Xác định các đoạn kế tiếp một cách tương tự bước 2 và ghi kết quả vào bảng dưới đây
Bảng 6-51 : bảng kết quả tính toán
Hình 6-16 : Đồ thị xác định tốc độ đoạn ống kế tiếp