Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế

Trong môi trường sản xuất công nghiệp nặng, đặc biệt tại các phân xưởng cơ khí, đúc và nhiệt luyện, sự tập trung của nhiều nguồn nhiệt công suất lớn cùng các chất ô nhiễm dạng bụi kim loại và khí độc hại gây suy giảm nghiêm trọng chất lượng vi khí hậu. Tình trạng quá nhiệt và ô nhiễm không khí tại nơi làm việc không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, năng suất lao động của công nhân mà còn làm suy giảm tuổi thọ máy móc thiết bị. Đề tài "Thiết Kế Hệ Thống Thông Gió Tại Đại Học Xây Dựng" (Đề tài môn học Thông gió - Đề số 2) do sinh viên Nguyễn Quang Duy (Lớp 65HKC1, MSSV: 1514665) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Huy Tiến tại Bộ môn Vi khí hậu – Môi trường Xây dựng, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (năm 2023), được triển khai nhằm giải quyết toàn diện bài toán xử lý nhiệt thừa và kiểm soát ô nhiễm cho phân xưởng công nghiệp.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được xác lập theo các nội dung kỹ thuật trọng tâm:

  1. Xác định các thông số khí hậu tính toán ngoài nhà theo quy chuẩn xây dựng và thông số vi khí hậu tối ưu bên trong công trình vào mùa hè.
  2. Lựa chọn kết cấu bao che, tính toán hệ số truyền nhiệt $K$, xác định chi tiết các thành phần tổn thất nhiệt, tỏa nhiệt và thu nhiệt để lập bảng cân bằng nhiệt thừa mùa hè ($Q_{th}$).
  3. Tính toán thiết kế các hệ thống thông gió cục bộ bao gồm: chụp hút trên các loại lò nung, lò sấy, bể nhúng dung dịch, hệ thống panen hút khí độc, hệ thống hút bụi cơ khí và hệ thống cấp gió làm mát cục bộ bằng hoa sen không khí.
  4. Xây dựng và giải hệ phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng lưu lượng không khí của toàn phân xưởng; kiểm tra khả năng trao đổi khí tự nhiên qua hệ thống cửa sổ và cửa mái.
  5. Tính toán khí động học và thủy lực mạng lưới đường ống, xác định tổn thất áp suất trên các tuyến ống bất lợi nhất để lựa chọn quạt thông gió, động cơ điện và các thiết bị xử lý khí (xiclon lọc bụi, phin lọc sơ bộ).
  6. Thể hiện giải pháp thiết kế trên hệ thống hồ sơ bản vẽ kỹ thuật gồm 02 bản vẽ khổ A1 (mặt bằng, mặt cắt bố trí hệ thống thông gió, chi tiết gian máy và sơ đồ không gian).

Đối tượng nghiên cứu và thiết kế là phân xưởng gia công - nhiệt luyện có mặt bằng hình chữ nhật kích thước $42\text{ m} \times 9\text{ m}$, chiều cao tâm mái từ $8{,}7\text{ m}$ đến $9{,}8\text{ m}$, bố trí dây chuyền công nghệ gồm lò nấu gang, lò nấu nhôm, lò sấy khuôn, lò điện trở đứng, lò điện trở buồng, lò rèn hai miệng lửa, các bể tôi dầu - nước, bàn hàn, thiết bị phun kim loại và máy mài cơ khí. Phạm vi địa lý của công trình đặt tại tỉnh Cao Bằng, với thời điểm tính toán tập trung vào mùa hè (tháng 7) – giai đoạn có bức xạ mặt trời và nền nhiệt độ cao nhất trong năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết nhiệt - kỹ thuật vi khí hậu, động học dòng khí công nghiệp và các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành:

  • Quy chuẩn và tài liệu kỹ thuật chuẩn mực: Áp dụng Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 02:2009/BXD ("Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng"); giáo trình chuyên ngành "Kỹ thuật Thông gió" của GS. Trần Ngọc Chấn và "Thiết kế Thông gió công nghiệp" của GVC. Hoàng Thị Hiền – PGS. TS. Bùi Sỹ Lý.
  • Phương pháp truyền nhiệt kết cấu: Ứng dụng lý thuyết trao đổi nhiệt nhiều lớp để xác định nhiệt trở dẫn nhiệt, nhiệt trở bề mặt trong ($\alpha_t = 8{,}72\text{ W/m}^2^\circ\text{C}$) và ngoài ($\alpha_n = 23{,}26\text{ W/m}^2^\circ\text{C}$), từ đó tính toán chính xác hệ số truyền nhiệt tổng quát $K$ cho từng cấu kiện tường xây, mái tôn, cửa kính, cửa kim loại và 4 dải nền nhà xưởng.
  • Phương pháp cân bằng nhiệt và chất: Thiết lập phương trình bảo toàn năng lượng và khối lượng dòng khí qua hệ thống thổi chung, thổi cục bộ, hút cục bộ và dòng trao đổi tự nhiên qua các cửa mở.
  • Phương pháp tính toán tia không khí và dòng đối lưu: Mô hình hóa dòng đối lưu nhiệt tự nhiên phía trên các miệng lò nung dựa trên chênh lệch mật độ và nhiệt độ; ứng dụng lý thuyết tia khí thổi rối có hướng dòng thông qua miệng thổi Baturin để xác định trường vận tốc và nhiệt độ hiệu quả tại vùng làm việc của công nhân.
  • Phương pháp tính toán thủy lực: Áp dụng phương pháp giảm dần vận tốc và phương pháp tổn thất áp suất đơn vị ($R_0$) kết hợp hệ số sức cản cục bộ ($\sum \xi$); sử dụng quy tắc đường kính tương đương ($d_{t\text{đ}}$) để chuyển đổi và tính toán khí động học cho các tuyến mương rãnh ngầm tiết diện chữ nhật.

Nguồn dữ liệu tính toán được trích xuất từ chuỗi số liệu khí tượng quan trắc của tỉnh Cao Bằng vào tháng 7 (nhiệt độ tối cao trung bình $32{,}3^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $85{,}1%$, vận tốc gió trung bình $1{,}15\text{ m/s}$, hướng gió chủ đạo là hướng Nam với tần suất $10%$) kết hợp với công suất phát nhiệt, kích thước hình học và nhiệt độ bề mặt của các thiết bị công nghệ trong phân xưởng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Chọn thông số tính toán và kết cấu bao che

Tác giả đã tổng hợp và thiết lập các thông số biên khí hậu bên ngoài và tiêu chuẩn tiện nghi nhiệt vi khí hậu trong nhà xưởng cho mùa hè tại Cao Bằng. Về kết cấu bao che, tường bao là khối xây gạch dày $220\text{ mm}$ trát 2 mặt vữa xi măng dày $15\text{ mm}$ ($\lambda = 0{,}93\text{ W/mK}$); mái lợp tôn mạ kẽm dày $0{,}4\text{ mm}$ ($\lambda = 50\text{ W/mK}$); cửa sổ và cửa mái lắp kính xây dựng dày $5\text{ mm}$ ($\lambda = 0{,}76\text{ W/mK}$); cửa đi bằng tôn thép dày $2\text{ mm}$ ($\lambda = 58\text{ W/mK}$). Nền xưởng không cách nhiệt được chia thành 4 dải tính toán với hệ số truyền nhiệt giảm dần từ dải 1 đến dải 4 ($k_1 = 0{,}4\text{ W/m}^2^\circ\text{C}$, $k_2 = 0{,}2$, $k_3 = 0{,}1$, $k_4 = 0{,}06$).

Cấu kiện kết cấu bao che Cấu tạo chi tiết Chiều dày $\delta$ ($\text{m}$) Hệ số dẫn nhiệt $\lambda$ ($\text{W/mK}$) Nhiệt trở $R$ ($\text{m}^2^\circ\text{C/W}$) Hệ số truyền nhiệt $K$ ($\text{W/m}^2^\circ\text{C}$)
Tường chịu lực Vữa xi măng + Gạch + Vữa $0{,}015 + 0{,}22 + 0{,}015$ $0{,}93$ và $0{,}81$ $0{,}460$ $2{,}166$
Cửa đi tôn Tấm tôn thép $0{,}002$ $58{,}0$ $0{,}157$ $6{,}340$
Cửa sổ kính Kính xây dựng $0{,}005$ $0{,}76$ $0{,}164$ $6{,}088$
Cửa mái kính Kính xây dựng $0{,}005$ $0{,}76$ $0{,}164$ $6{,}088$
Mái nhà xưởng Tôn đơn $0{,}0004$ $50{,}0$ $0{,}157$ $6{,}342$

Chương II: Tính toán tổn thất nhiệt

Tác giả xác định các thành phần tổn thất nhiệt trong mùa hè, bao gồm tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu ngăn che ($Q_{kc}^{tt} = 6.123{,}7\text{ W}$), tổn thất nhiệt do rò gió qua khe cửa sổ và cửa mái hướng Nam đón gió chính ($Q_{rogio} = 1.605{,}4\text{ W}$ qua khe cửa mái và $0\text{ W}$ qua khe cửa sổ do không chênh áp nghịch), và tổn thất nhiệt do nung nóng nguyên vật liệu từ bên ngoài đưa vào xưởng ($Q_{vl}^{t.th}$). Định mức vật liệu nung lấy $G' = 350\text{ kg/m}^2$ diện tích đáy lò, nhiệt dung riêng của thép $C = 0{,}48\text{ kJ/kg}^\circ\text{C}$.

Thiết bị tiếp nhận vật liệu Diện tích đáy $F$ ($\text{m}^2$) Khối lượng $G$ ($\text{kg/h}$) Hiệu nhiệt độ $\Delta t$ ($^\circ\text{C}$) Tổn thất nung nóng $Q_{vl}^{t.th}$ ($\text{W}$)
Lò rèn 2 miệng lửa $2{,}0 \times 1{,}0$ $700{,}0$ $2{,}4$ $134{,}5$
Lò điện trở kiểu đứng $1{,}7 \times 1{,}7$ $1.011{,}5$ $2{,}4$ $194{,}4$
Lò điện trở kiểu buồng $1{,}75 \times 1{,}6$ $980{,}0$ $2{,}4$ $188{,}3$
Lò nấu gang $1{,}5 \times 1{,}5$ $675{,}0$ $2{,}4$ $129{,}7$
Lò nấu nhôm $1{,}5 \times 1{,}5$ $675{,}0$ $2{,}4$ $129{,}7$
Lò sấy khuôn $1{,}5 \times 1{,}5$ $675{,}0$ $2{,}4$ $129{,}7$

Chương III: Tính toán tỏa nhiệt và thu nhiệt

Chương này thực hiện tổng hợp tất cả các nguồn phát sinh nhiệt trong không gian xưởng:

  • Tỏa nhiệt từ người lao động, hệ thống chiếu sáng nhân tạo và động cơ điện của máy móc.
  • Nhiệt tỏa ra từ vật liệu nóng để nguội có và không có biến đổi pha.
  • Nhiệt tỏa ra từ vỏ lò, kết cấu thành lò và bức xạ qua cửa lò của lò nấu gang, nhôm, lò điện trở và lò sấy khuôn.
  • Tỏa nhiệt đối lưu và bay hơi từ mặt thoáng, đáy và thành các bể tôi dầu, bể nước nóng.
  • Thu nhiệt do bức xạ mặt trời truyền qua mái tôn và hệ thống kính cửa sổ, cửa mái. Tổng hợp toàn bộ các nguồn thu và phát nhiệt, tổng lượng nhiệt thừa của phân xưởng vào mùa hè được xác định là $Q_{th} = 1.392.078{,}3\text{ W}$.

Chương IV: Tính toán thông gió cục bộ

Chương này tập trung tính toán cấu tạo hình học và lưu lượng của các thiết bị thu bắt ô nhiễm và cấp gió làm mát tại nguồn:

  • Chụp hút trên miệng lò: Thiết kế chụp hút mái đua cho lò nấu gang ($L = 3.180{,}8\text{ m}^3/\text{h}$, $t_{hh} = 328^\circ\text{C}$), lò nấu nhôm ($L = 3.034{,}9\text{ m}^3/\text{h}$, $t_{hh} = 224^\circ\text{C}$), lò điện trở kiểu đứng và kiểu buồng ($L = 2.361{,}9\text{ m}^3/\text{h}$, $t_{hh} = 183^\circ\text{C}$). Chụp hút dòng đối lưu trên lò sấy khuôn ($L = 4.380{,}7\text{ m}^3/\text{h}$, $t_{hh} = 120^\circ\text{C}$). Chụp hút lồng tự nhiên cho 02 lò rèn 2 miệng lửa ($L = 8.600\text{ m}^3/\text{h}$, $t_{hh} = 110^\circ\text{C}$).
  • Hút cục bộ bể nhúng dung dịch: Thiết kế chụp hút khe một bên thành bể tôi dầu và bể nước nóng với chiều cao khe hút $b = 0{,}06\text{ m}$, tổng lưu lượng hút $L = 6.268{,}2\text{ m}^3/\text{h}$.
  • Hút bụi và hơi độc cơ khí: Miệng hút bụi máy mài 2 đá $3\text{M}634$ ($L = 640\text{ m}^3/\text{h}$), máy nén khí di động $\text{CO}-74$ ($L = 320\text{ m}^3/\text{h}$), panen xiên hút hơi độc cho 2 bàn đê hàn ($L = 6.400\text{ m}^3/\text{h}$), 1 bàn hàn hơi ($L = 3.200\text{ m}^3/\text{h}$) và 1 thiết bị phun kim loại ($L = 3.200\text{ m}^3/\text{h}$).
  • Hoa sen không khí: Nhằm giải tỏa bức xạ nhiệt tại vị trí thao tác trước cửa các lò nung, tác giả chọn miệng thổi Baturin kích thước nối ống $260 \times 400\text{ mm}$ ($d_0 = 0{,}314\text{ m}$), vận tốc miệng ra $v_0 = 8{,}62\text{ m/s}$, lưu lượng thổi $3.300\text{ m}^3/\text{h}$ cho mỗi điểm làm việc, đảm bảo nhiệt độ hiệu quả tương đương tại vùng công tác đạt $t_{hqt\text{đ}} = 27^\circ\text{C}$. Tổng lưu lượng thổi hoa sen là $23.100\text{ m}^3/\text{h}$ ($G_{tcb} = 26.772{,}9\text{ kg/h}$).

Chương V: Cân bằng và tính toán lưu lượng thông gió

Thiết lập và giải đồng thời hệ ba phương trình bảo toàn nhiệt lượng và khối lượng không khí:

  1. Phương trình cân bằng nhiệt: $0{,}278c(G_t^C t_t^C + G_{tcb} t_{tcb} + G_v^{TN} t_v^{TN}) + Q_{th} = 0{,}278c(G_r^{TN} t_r^{TN} + \sum G_r^{cb} t_r^{cb})$
  2. Phương trình cân bằng lưu lượng: $G_v^{TN} + G_t^C + G_{tcb} = G_r^{TN} + \sum G_r^{cb}$
  3. Phương trình tỷ lệ cấp cơ khí: $G_t^C = 0{,}20 \cdot G_v^{TN}$

Với tổng khối lượng không khí hút cục bộ $\sum G_r^{cb} = 42.262{,}7\text{ kg/h}$ và tích nhiệt khí hút $\sum (G_r^{cb} t_r^{cb}) = 3.944.481{,}5\text{ kg}\cdot^\circ\text{C/h}$, kết quả giải hệ phương trình xác định:

  • Lượng không khí vào tự nhiên: $G_v^{TN} = 229.778{,}9\text{ kg/h}$.
  • Lượng không khí ra tự nhiên qua cửa mái: $G_r^{TN} = 260.244{,}87\text{ kg/h}$.
  • Lượng không khí thổi chung cơ khí: $G_t^C = 45.955{,}8\text{ kg/h}$ (tương đương $L_t^C = 39.685{,}5\text{ m}^3/\text{h}$), bố trí 20 miệng thổi phân phối đều với lưu lượng $2.000\text{ m}^3/\text{h}$ mỗi miệng.

Kiểm tra thông gió tự nhiên kết hợp do nhiệt thừa và gió: Diện tích cửa dưới mở đón gió yêu cầu là $F_{1yc} = 132{,}4\text{ m}^2$ (thực tế kiến trúc có $F_1 = 83{,}2\text{ m}^2$); diện tích cửa mái thoát gió yêu cầu $F_{2yc} = 113{,}6\text{ m}^2$ (thực tế chỉ có $F_2 = 43{,}2\text{ m}^2$). Do $F_1 < F_{1yc}$ và $F_2 < F_{2yc}$, sơ đồ thông gió tự nhiên thuần túy chưa đủ khả năng tự khử nhiệt thừa, đòi hỏi phải mở rộng diện tích cửa hoặc cưỡng bức bằng hệ thống thông gió cơ khí.

Chương VI: Tính toán thủy lực lựa chọn quạt và các thiết bị

Tác giả tiến hành phân đoạn, tính toán vận tốc kinh tế, tra tổn thất ma sát đơn vị $R_0$, tổng hợp hệ số cản cục bộ $\sum \xi$ cho từng hệ thống:

  • Hệ thống hút tự nhiên trên các lò: Áp suất do sức hút nhiệt tự nhiên sinh ra ($\Delta P = 23{,}3 \div 56{,}6\text{ Pa}$) đều lớn hơn tổng trở lực đường ống ($\Delta P' = 8{,}2 \div 14{,}01\text{ Pa}$), bảo đảm khả năng tự thoát khói thải không cần quạt hút.
  • Hệ thống thổi chung: Tổn thất tuyến chính $\Delta P_1 = 250{,}85\text{ Pa}$; tổn thất trước quạt và qua 36 tấm phin lọc bụi sơ bộ G4 ($595 \times 595 \times 21\text{ mm}$) là $209{,}36\text{ Pa}$. Tổng áp suất chọn quạt $P_q = 506{,}2\text{ Pa}$, lưu lượng $L_q = 44.000\text{ m}^3/\text{h}$.
  • Hệ thống thổi hoa sen không khí: Tổn thất tuyến ống bất lợi $334\text{ Pa}$; tổn thất cụm thu và 21 tấm phin lọc sơ bộ G4 là $213{,}52\text{ Pa}$. Lưu lượng quạt chọn $L_q = 25.410\text{ m}^3/\text{h}$.
  • Hệ thống hút panen hơi độc: Hệ thống 1 ($L_q = 7.040\text{ m}^3/\text{h}$, $P_q = 530{,}53\text{ Pa}$); Hệ thống 2 ($L_q = 3.520\text{ m}^3/\text{h}$, $P_q = 291{,}83\text{ Pa}$).
  • Hệ thống hút cục bộ bể chứa: Dẫn bằng mương rãnh ngầm $300 \times 500\text{ mm}$, tổn thất áp suất $\Delta P_t^{max} = 349{,}7\text{ Pa}$, chọn quạt $L_q = 7.653{,}5\text{ m}^3/\text{h}$, $P_q = 384{,}67\text{ Pa}$.
  • Hệ thống hút bụi máy mài 2 đá: Vận tốc ống đứng $19\text{ m/s}$, ống ngang $23\text{ m/s}$, trang bị thiết bị lọc ly tâm Xiclon NIIOGAZ XêN-11 ($D = 400\text{ mm}$, trở lực $\Delta P = 600\text{ Pa}$). Tính toán tải bụi kim loại nâng áp suất chọn quạt lên $P_q = 1.919{,}4\text{ Pa}$, lưu lượng $L_q = 715\text{ m}^3/\text{h}$.
  • Hệ thống hút bụi máy nén khí di động: Trang bị Xiclon NIIOGAZ XêN-11 ($D = 315\text{ mm}$, $\Delta P = 950\text{ Pa}$).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kỹ thuật được tác giả thiết kế theo mô hình kết hợp đa tầng: thông gió tự nhiên, thông gió cơ khí tổng thể và thông gió cục bộ chuyên dụng.

Mô hình cấu trúc phân phối khí trong phân xưởng:

Bảng thống kê các thiết bị cơ điện chính được lựa chọn trong đồ án:

Tên hệ thống thông gió Thiết bị quạt lựa chọn Lưu lượng định mức ($L_q$) Cột áp quạt ($P_q$) Model động cơ điện Công suất động cơ Tốc độ quay Trọng lượng tổ máy
Thổi chung phân xưởng Quạt ly tâm Xa 4-70 No12.5-5 $50.000\text{ m}^3/\text{h}$ $900\text{ Pa}$ 4A200M6 $22{,}0\text{ kW}$ $980\text{ v/ph}$ $1.396\text{ kg}$
Thổi hoa sen không khí Quạt ly tâm Xa 4-76 No8 B8-2 $30.000\text{ m}^3/\text{h}$ $900\text{ Pa}$ 4A160S6 $11{,}0\text{ kW}$ $1.450\text{ v/ph}$ $633\text{ kg}$
Hút panen hệ thống 1 Quạt ly tâm FanTech 15ALDW $7.040\text{ m}^3/\text{h}$ $530{,}53\text{ Pa}$ Động cơ liền quạt - - -
Hút panen hệ thống 2 Quạt ly tâm FanTech 12ALDW $3.520\text{ m}^3/\text{h}$ $291{,}83\text{ Pa}$ Động cơ liền quạt - - -
Hút cục bộ bể tôi/nước Quạt ly tâm Xa 4-70 No5 A5.5100-2 $4.600\text{ m}^3/\text{h}$ $320\text{ Pa}$ 4A80A4 $1{,}1\text{ kW}$ $1.400\text{ v/ph}$ $83\text{ kg}$
Hút bụi máy mài 2 đá Quạt ly tâm cao áp VDV No8 $1.500\text{ m}^3/\text{h}$ $2.250\text{ Pa}$ 4A132M4 $11{,}0\text{ kW}$ $1.450\text{ v/ph}$ $222\text{ kg}$

Các giải pháp kỹ thuật đặc thù trong lắp đặt:

  • Tuyến mương ngầm dẫn hơi độc: Sử dụng rãnh ngầm bê tông tiết diện $300 \times 500\text{ mm}$ đặt chìm dưới sàn để thu gom hơi độc từ bể tôi dầu và bể nước nóng, giúp tiết kiệm không gian thao tác và đảm bảo mỹ quan công nghiệp.
  • Xử lý bụi khô kim loại: Ứng dụng thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu xoáy lốc Xiclon NIIOGAZ XêN-11 nhằm thu giữ phoi mài và hạt bụi có tỷ trọng lớn trước khi không khí đi vào cánh quạt cao áp VDV No8, tránh mài mòn cánh và bảo vệ môi trường bên ngoài.
  • Lọc sơ bộ khí cấp: Trang bị dàn lọc bụi G4 lắp đặt dạng module ($6 \times 6$ tấm cho hệ thổi chung; $5 \times 5$ tấm cho hệ hoa sen) với trở lực tính toán tối đa $200\text{ Pa}$.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thiện chu trình tính toán - thiết kế hệ thống kỹ thuật vi khí hậu cho nhà xưởng công nghiệp với các kết quả định lượng cụ thể:

  1. Xác định chính xác lượng nhiệt thừa của phân xưởng mùa hè tại Cao Bằng là $Q_{th} = 1.392.078{,}3\text{ W}$, làm cơ sở khoa học để thiết lập tổng lưu lượng trao đổi khí.
  2. Thiết kế hoàn chỉnh các cụm hút cục bộ với lưu lượng hút khí nóng và độc hại đạt $\sum G_r^{cb} = 42.262{,}7\text{ kg/h}$, giúp loại bỏ $3.944.481{,}5\text{ kg}\cdot^\circ\text{C/h}$ nhiệt lượng trực tiếp tại nguồn phát sinh trước khi lan tỏa vào vùng làm việc.
  3. Chứng minh tính khả thi của giải pháp hút tự nhiên trên đỉnh các lò nhiệt luyện bằng cột áp nhiệt ($\Delta P = 23{,}3 \div 56{,}6\text{ Pa} > \Delta P_{tổng} = 8{,}2 \div 14{,}01\text{ Pa}$), giúp tiết kiệm điện năng vận hành cho nhà máy.
  4. Đưa ra cảnh báo kỹ thuật và kiến nghị cải tạo cụ thể: diện tích mở cửa sổ hiện trạng ($83{,}2\text{ m}^2$) và cửa mái ($43{,}2\text{ m}^2$) không đáp ứng lưu lượng thoát tự nhiên ($132{,}4\text{ m}^2$ và $113{,}6\text{ m}^2$), từ đó tác giả đã bổ sung hệ thống cấp gió cơ khí $39.685{,}5\text{ m}^3/\text{h}$ và đề xuất mở rộng diện tích lam gió kiến trúc.
  5. Thiết kế hệ thống thổi hoa sen không khí $23.100\text{ m}^3/\text{h}$ hạ nhiệt độ hiệu quả tương đương xuống $27^\circ\text{C}$, đảm bảo tiêu chuẩn tiện nghi làm việc cho công nhân tại khu vực cửa lò.

Hạn chế và phạm vi ứng dụng

  • Giới hạn chế độ mùa tính toán: Thuyết minh đồ án tập trung chi tiết vào chế độ làm việc mùa hè (tháng 7) - thời điểm bất lợi nhất về nhiệt thừa; các giải pháp cân bằng nhiệt và sưởi ấm cục bộ cho mùa đông chưa được trình bày chi tiết trong thuyết minh này.
  • Giả định phân bố nhiệt độ: Việc tính toán gradient nhiệt độ theo chiều cao nhà xưởng sử dụng hệ số cố định $\beta = 1{,}0^\circ\text{C/m}$ theo tiêu chuẩn thông gió phân xưởng nóng thông thường, chưa mô phỏng trường dòng khí 3D thực tế bằng phần mềm CFD.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Nhiệt - Năng lượng, Kỹ thuật Công trình Hạ tầng Đô thị và Kỹ thuật Xây dựng khi thực hiện đồ án môn học Thông gió, đồ án tốt nghiệp hệ thống HVAC công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) nhà xưởng công nghiệp nặng cần tra cứu trình tự tính toán cân bằng nhiệt, phương pháp chọn miệng thổi Baturin, thiết kế mương rãnh ngầm hút hơi độc và tính chọn quạt công nghiệp kèm thiết bị lọc Xiclon/phin lọc G4.

Câu hỏi thường gặp

1. Các thông số khí hậu ngoài nhà và trong nhà tại Cao Bằng được lựa chọn tính toán như thế nào?

Theo QCVN 02:2009/BXD trích trong đồ án, thông số ngoài nhà tháng nóng nhất (tháng 7) tại Cao Bằng gồm: nhiệt độ tối cao trung bình $t_N^{tt} = 32{,}3^\circ\text{C}$ (chọn tính toán $32^\circ\text{C}$ và $32{,}5^\circ\text{C}$), độ ẩm $\varphi = 85{,}1%$, vận tốc gió trung bình $1{,}15\text{ m/s}$, hướng gió chủ đạo là hướng Nam. Thông số trong nhà vùng làm việc được chọn $t_T^{tt} = 32{,}5^\circ\text{C} \div 34^\circ\text{C}$, độ ẩm $\varphi = 70%$.

2. Tại sao tác giả quyết định bố trí hoa sen không khí cho lò sấy khuôn dù cường độ bức xạ tính toán thấp hơn ngưỡng quy định?

Tính toán lý thuyết cho thấy lò sấy khuôn có nhiệt độ bề mặt $200^\circ\text{C}$, cường độ bức xạ nhiệt tác động lên vị trí công nhân ở khoảng cách $1{,}2\text{ m}$ chưa vượt quá ngưỡng bắt buộc $350\text{ W/m}^2$. Tuy nhiên, tác giả chủ động đề xuất trang bị hoa sen không khí cho toàn bộ các lò (kể cả lò sấy khuôn) nhằm tối ưu hóa điều kiện tiện nghi nhiệt và tạo môi trường làm việc tốt nhất cho công nhân trong phân xưởng nóng.

3. Kết quả kiểm tra hệ thống thông gió tự nhiên của công trình cho thấy điều gì?

Tính toán kiểm tra lưu lượng trao đổi tự nhiên qua nhiệt thừa cho thấy: diện tích cửa dưới yêu cầu $F_{1yc} = 132{,}4\text{ m}^2$ lớn hơn diện tích thực tế ($83{,}2\text{ m}^2$); diện tích cửa mái yêu cầu $F_{2yc} = 113{,}6\text{ m}^2$ lớn hơn diện tích thực tế ($43{,}2\text{ m}^2$). Do đó, sơ đồ thông gió tự nhiên không đủ khả năng khử toàn bộ nhiệt thừa, đòi hỏi kết hợp hệ thống thổi cơ khí và mở rộng diện tích cửa đón/thoát gió.

4. Hệ thống hút bụi cho máy mài 2 đá sử dụng giải pháp và thiết bị xử lý nào?

Hệ thống hút bụi máy mài 2 đá $3\text{M}634$ được thiết kế với lưu lượng hút $650\text{ m}^3/\text{h}$, vận tốc khí trong ống đứng $19\text{ m/s}$ và ống ngang $23\text{ m/s}$. Khí lẫn bụi kim loại được dẫn qua thiết bị lọc xoáy lốc Xiclon NIIOGAZ XêN-11 đường kính $D = 400\text{ mm}$ (trở lực $600\text{ Pa}$) và quạt ly tâm cao áp VDV No8 (cột áp $2.250\text{ Pa}$, lưu lượng $1.500\text{ m}^3/\text{h}$, động cơ $11\text{ kW}$).

5. Quạt và động cơ được lựa chọn cho hệ thống thổi chung phân xưởng có thông số ra sao?

Hệ thống thổi chung có tổng trở lực mạng ống và cụm phin lọc G4 là $460{,}21\text{ Pa}$, lưu lượng tính toán có dự trữ $L_q = 44.000\text{ m}^3/\text{h}$, $P_q = 506{,}2\text{ Pa}$. Tác giả đã lựa chọn quạt ly tâm Xa 4-70 No12.5-5 (lưu lượng định mức $50.000\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp $900\text{ Pa}$, tốc độ $670\text{ v/ph}$) kéo bởi động cơ điện 4A200M6 (công suất $22\text{ kW}$, tốc độ $980\text{ v/ph}$, tổng trọng lượng tổ máy $1.396\text{ kg}$).

Kết luận

Đồ án "Thiết Kế Hệ Thống Thông Gió Tại Đại Học Xây Dựng" của sinh viên Nguyễn Quang Duy đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán kỹ thuật thông gió công nghiệp cho phân xưởng gia công - nhiệt luyện tại Cao Bằng. Bằng phương pháp tính toán cân bằng nhiệt - lưu lượng nghiêm ngặt, đồ án đã định lượng được nguồn nhiệt thừa $1.392.078{,}3\text{ W}$, thiết kế đồng bộ các hệ thống hút cục bộ, hệ thống thổi hoa sen Baturin và thổi chung phân xưởng. Các giải pháp lựa chọn thiết bị quạt ly tâm, động cơ điện, xiclon lọc bụi và mương ngầm dẫn hơi độc hoàn toàn phù hợp với các tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng và giáo trình chuyên ngành hiện hành.