CHƯƠNG 1.1 Giới thiệu đề tài.1 Thông số đánh giá. Trong xã hội hiện đại, hơn 70% số lượng người trên toàn cầu có xu hướng dành thời gian cho các không gian trong nhà như nhà ở và văn phòng; do đó, cần có các phương pháp sưởi ấm hoặc làm lạnh một cách thoải mái, thân thiện với môi trường và quan trọng hơn hết là tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, một số nhà khoa học cho rằng nghiên cứu về phân tích sử dụng năng lượng cho môi trường nhằm đảm bảo độ tiện nghi khó có thể thực hiện một cách tối ưu được. [1] Trong quá trình đánh giá chỉ số tiện nghi trong không gian điều hòa, cụ thể tại không gian phòng học A303 tầng 3 khu A trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, các thông số và tiêu chí cần quan tâm hàng đầu trong thực nghiệm của nhóm bao gồm: trường nhiệt độ (chỉ số VATD) và nồng độ CO2 trong không khí.
Quan trọng hơn hết, các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ môi trường hay thời tiết và thời gian thực hiện đo đạc, chỉ số bức xạ ngoài trời trong ngày đều có ảnh hưởng rất lớn đến những chỉ số trường nhiệt độ và nồng độ CO2 trong không gian điều hòa.2 Tiêu chuẩn đánh giá. Trên thế giới đã có rất nhiều tổ chức, cơ quan uy tín của các chuyên gia ban hành những tiêu chuẩn, giới hạn mức tối đa cho phép về nồng độ CO2 được duy trình không gian cần điều hòa. Các tiêu chuẩn và quy định được thiết lập nhằm mục đích mang lại sự thiết kế tối ưu, an toàn cho hệ thống điều hòa không khí cho các dự án tại trường học, building, khách sạn…. mang lại cảm giác tiện nghi và an toàn về sức khỏe cho người sử dụng.
Tại Mỹ, tiêu chuẩn ASHRAE 62-2001 về giới hạn các chỉ số nồng độ các chất độc hại tồn tại trong không khí có điều hòa. Tiêu chuẩn chỉ rõ, độ chênh lệch nồng độ CO2 tồn tại không gian tòa nhà cao tầng so với không khí không được vượt quá 700 ppm. Giả sử nồng độ CO2 trong không khí bên ngoài trời là 400 ppm thì nồng độ CO2 trong không gian điều hòa phải duy trì ở mức dưới 1100 ppm. Và trong không gian lớp học thì nồng độ CO2 trong không khí được xem là lý tưởng khi đạt từ khoảng 400-1000 ppm [2].
Tại Việt Nam, TCVN 5687: 2010 về thông gió – 1 ĐHKK – Tiêu chuẩn thiết kế, tại phụ lục D quy định về giới hạn nồng độ cho phép của hóa chất và bụi trong không khí vùng làm việc, trong đó nồng độ khí Carbon dioxide trong 1 ca làm việc (8 giờ) chỉ được tiếp xúc dưới 900 ppm và nếu tiếp xúc trong 15 phút và không quá 4 lần tiếp xúc thì nồng độ không được vượt quá 1800 ppm trong 1 ca làm việc (8 giờ) [3]. Đánh giá sự tiện nghi về nhiệt dựa vào tiêu chuẩn ASHRAE Standard 55-2020 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, theo tiêu chuẩn thì sự chênh lệch nhiệt độ tại vị trí ngang đầu và mắt cá chân không được hơn 3oC. [20] Bên cạnh đó những quy chuẩn về độ tiện nghi nhiệt theo giá trị nhiệt độ cũng được khuyến cáo. Với TCVN 5687-2010, nhiệt độ cài đặt được thiết kế của không khí bên trong nhà nhằm đảm bảo tiện nghi nhiệt sẽ phụ thuộc vào trạng thái lao động, thông thường tại lớp học trạng thái lao động là nghĩ ngơi tĩnh tại do đó khoảng nhiệt độ khuyến cáo mang lại cảm giác không căng thẳng về nhiệt sẽ giao động từ 25-28oC với tốc độ gió từ 0.6 m/s (vào mùa hè) và từ đó tính toán được lượng nhiệt chuyển hóa bên trong cơ thể (metabolism) từ đó sẽ tính toán được chỉ số gánh nặng nhiệt HSI, và nếu chỉ số HSI này giao động trong khoảng từ 0-10 thì cảm giác nhiệt ở mức bình thường, không hoặc ít có căng thẳng về nhiệt.2 Lí do chọn đề tài.
Theo những nghiên cứu từ các nhà khoa học, sự thoải mái về nhiệt có liên quan mật thiết đến sức khỏe tinh thần và năng suất của mỗi con người. [4] Trong một số lớp học được thực hiện khảo sát tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, chúng em nhận thấy sự phân bố tiện nghi về nhiệt là không đồng đều. Có những phòng học mang lại cảm giác rất căng thẳng về nhiệt và ngược lại có những phòng học lại không đạt đủ tiêu chuẩn về tiện nghi nhiệt. Điều đó có tác động rất lớn đến hiệu suất học tập cũng như sức khỏe của các sinh viên trong không gian điều hòa.
Trường nhiệt độ, chất lượng không khí là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến vùng tiện nghi trong không gian cần điều hòa. Bên cạnh trường nhiệt độ thì chất lượng không khí trong phòng học là một trong những vấn đề được đặt ra hàng đầu, bởi thế giới vừa trải qua sự bùng nổ của đại dịch COVID-19 trong 2 năm qua, do đó các vấn đề về nồng độ bụi, các hạt lơ lửng trong không khí như VOCs hay khí CO2 được các nhà khoa học cho là có ảnh hưởng trong sự khuếch tán các mầm bệnh cũng như tác động đến quá trình hô hấp hay các 2 bệnh lí liên quan đến hô hấp. Bên cạnh đó, các chỉ số về nhiệt độ, nồng độ CO2 cũng bị chi phối bởi các điều kiện vi khí hậu bên ngoài. Vậy nên, nhận thức được tầm quan trọng của tiện nghi nhiệt có ảnh hưởng to lớn đến hiệu suất làm việc và sức khỏe của con người, nhóm chúng em đã quyết định nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu các điều kiện tiện nghi và đánh giá tối ưu trong phòng học”.3 Mục đích nghiên cứu.
Bên cạnh điều chỉnh nhiệt độ cài đặt, thì chất lượng không khí cũng có ảnh hưởng to lớn đến tiện nghi trong không gian điều hòa. Nồng độ CO2 và nhiệt độ không khí trong lớp học bị ảnh hưởng rất nhiều với nhiệt độ và điều kiện vi khí hậu bên ngoài. Ta có những biện pháp tối ưu trường nhiệt độ và tiết kiệm năng lượng cũng như duy trì nồng độ chất lượng không khí ở mức lí tưởng nhằm đảm bảo sức khỏe và hiệu quả học tập của sinh viên trong phòng học.4 Phương pháp nghiên cứu. ➢ Phương pháp Taguchi ➢ Phương pháp ANOVA (phân tích phương sai) ➢ Phương pháp thực nghiệm 3 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Giới thiệu đối tượng nghiên cứu và tính toán tải 2.1 Đối tượng nghiên cứu Tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, hầu hết các không gian đều sử dụng và lắp đặt các hệ thống điều hòa nhằm mang lại cảm giác thoải mái về nhiệt và tăng hiệu suất giảng dạy, học tập. Tuy nhiên, sau sự bùng nổ của đại dịch COVID-19, những hệ thống điều hòa không khí đã trở thành một trong những tác nhân của sự lây lan về bệnh viêm phổi cấp và vô cùng nguy hiểm khi nồng độ các chất khí, bụi có trong không khí bao trùm các lớp học vượt qua các tiêu chuẩn do bộ xây dựng ban hành cho các lớp học. Nhóm đã thống nhất chọn ra một trong những căn phòng sử dụng điều hòa hầu như toàn bộ cho các tiết học trên trường nhằm thực hiện đo đạc và lấy số liệu về trường nhiệt độ, nồng độ CO2 tồn tại trong không gian điều hòa và mối quan hệ giữa điều kiện vi khí hậu và tiện nghi nhiệt bên trong không gian điều hòa. Đó là phòng học A303, tại khu A được trang bị 2 dàn lạnh Casette với công suất 8.2 Tính toán tải a) Giới thiệu về công trình Đối tượng: Phòng học A303.
Địa điểm: Khu A trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Kích thước: 10. Vì đây là phòng học thông thường, không yêu cầu hệ thống ĐHKK có độ chính xác cao, nên chọn hệ thống điều hòa không khí cấp III với: • Điều kiện ngoài trời: Nhiệt độ: tN = 34.9, trang 20, [6]) Độ ẩm: φN = 55% Tra đồ thị t-d ta có: IN = 84.5 kj/kg, dN = 19 g/kgkkk • Điều kiện trong phòng: Nhiệt độ: tT = 26oC 4 Độ ẩm: φT = 60% Tra đồ thị t-d ta có: IT = 59 kj/kg, dT = 12.8 g/kgkkk b) Phương pháp tính toán Theo phương pháp tính tải lạnh Carrier thì năng suất lạnh Q0 được xác định bằng tính riêng tổng nhiệt hiện thừa Qht và nhiệt ẩn thừa Qât của mọi nguồn nhiệt toả và thẩm thấu tác động vào không gian điều hoà. Công thức Q0: Q 0 = Q t = ∑Q ht + ∑Q ât (2.1 Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính [6].
Tính toán các nguồn nhiệt hiện – nhiệt ẩn ❖ Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11 Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q11 được xác định theo công thức: Q11 = nt × Q′11 , W (2.2) Với nt: Hệ số tác dụng tức thời.3) Trong đó: Q′11 : Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính, W F: Diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung thép, m2. R T : Nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng, W/m2. e: Hệ số hiệu chỉnh kể đến các ảnh hưởng, xác tính theo công thức: 5 e = εc × εds × εmm × εkh × εm × εr (2.4) Trong đó: - εc : Hệ số ảnh hưởng của độ cao theo mực nước biển, xác tính theo công thức: H εc = 1 + × 0.5) 1000 Độ cao so với mực nước biển ở Thành phố Hồ Chí Minh là 40 m.00092 1000 Vì vậy ta chọn εc = 1 để thuận tiện cho việc tính toán. - εds : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát so với nhiệt độ đọng sương của không khí ở trên mặt nước biển là 20oC, xác tính theo công thức: (t s − 20) εds = 1 − × 0.6) 10 Tra đồ thị I-d tại tN = 34.6oC và φN = 55% ta được ts = 24.1oC, ta được: (24.95 10 - εmm : Hệ số ảnh hưởng của mây mù, ta chọn εmm = 1 để lượng bức xạ qua kính là lớn nhất.
- εkh : Hệ số ảnh hưởng của khung, phòng đang sử dụng khung kim loại nên εkh = 1. - εm : Hệ số kính phụ thuộc vào màu sắc và kiểu loại kính; hiện tại phòng sử dụng loại kính trong, phẳng, dày 6mm, tra bảng 4.3 (trang 131, [6]), ta có các thông số sau: ▪ Hệ số hấp thụ của kính: αk = 0.15, ▪ Hệ số phản xạ của kính: ρk = 0.08, ▪ Hệ số xuyên qua của kính: τk = 0.77, ▪ Hệ số kính: εm = 0.