Xác định vận tốc gió cho đường ống gió và miệng gió theo ASHRAE

1. Tính kích thước ống gió, miệng gió và các vấn đề đặt ra

Xác định vận tốc ống gió, miệng gió sao cho hợp lý? Vấn đề không phải ai cũng hiểu rõ kể cả các bạn kỹ sư nhiều kinh nghiệm.

Để tính toán kích thước ống gió, miệng gió khi đã có vận tốc và lưu lượng thì hầu như ai cũng có thể dễ dàng tính toán được. Nhưng:

• Vận tốc gió là bao nhiêu đối với các không gian công năng khác nhau?

• Giá trị vận tốc gió căn cứ vào tiêu chuẩn nào? Khi đi làm thực tế thì không thể dẫn chứng từ sách hoặc giáo trình học ra được mà phải dẫn chứng trên cơ sở tiêu chuẩn.

• Vận tốc gió liên quan đến các thông số nào? Sự ảnh hưởng lẫn nhau của chúng trong không gian điều hòa như thế nào?

2. Tầm quan trọng của việc chọn vận tốc gió trong thiết kế HVAC

Như các bạn đã biết việc tính toán kích thước ống gió và miệng gió thì các giá trị quan trọng nhất không thể thiếu đó là lưu lượng và vận tốc gió qua chúng.

Việc xác định vận tốc gió sao cho hợp lý trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật thì mới là điều thực sự quan trọng mà hầu hết các kỹ sư thiết kế có kinh nghiệm vẫn luôn thắc mắc.

Giá trị vận tốc gió tính chọn không hợp lý sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến các yếu tố khác như: chi phí vật tư, năng lượng vận hành, không gian lắp đặt, độ ồn cho phép thậm chí là sức khỏe người sử dụng.

Bảng 1 sẽ cho thấy sự ảnh hưởng qua lại giữa các giá trị liên quan vận tốc gió khi thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió.

Nhận xét ở bảng 1 ta thấy:

• Nếu chọn vận tốc gió nhỏ sẽ có kích thước ống gió to nên tốn chi phí vật tư ống gió, cách nhiệt nhưng năng lượng vận hành quạt và độ ồn sẽ ít hơn.

• Nếu chọn vận tốc gió lớn thì sẽ tiết kiệm chi phí ống gió, cách nhiệt nhưng lại có tổn thất áp cao nên tốn chi phí năng lượng vận hành quạt và độ ồn lớn do ma sát gây ra.

3. Các cách tính kích thước ống gió, miệng gió chưa được hiểu đúng hiện nay

• Xác định kích thước ống gió bằng việc chọn vận tốc gió theo quy định tên gọi ống nhánh hoặc ống chính.

• Tính toán ống gió theo phương pháp ma sát đồng đều nhưng giá trị Pa/m lại mặc định là 1Pa/m hoặc thay đổi nhiều mức Pa/m trong cùng hệ thống ống.

• Tính toán kích thước ống gió nhưng bỏ qua sự ảnh hưởng của các giá trị khác như nhiệt độ lưu chất, vật liệu ống, áp lực thành ống…

• Tính toán miệng gió dựa trên kích thước mặt của miệng gió.

• Tính toán kích thước miệng gió mà không xét tới diện tích phần trống của từng loại miệng gió khác nhau.

4. Khuyến cáo của ASHRAE về việc chọn vận tốc gió

a) Đối với đường ống gió

b) Đối với miệng gió

Lưu ý: Khi chọn vận tốc gió từ độ ồn thì cần tính đến sự tập hợp độ ồn từ nhiều miệng gió khác nhau trong không gian phòng làm cơ sở chọn lựa.

Để biết được sự gia tăng thêm độ ồn từ nhiều miệng gió các bạn có thể tra theo bảng 4 bên dưới.

5. Cách xác định vận tốc đường ống gió, vận tốc tại miệng gió

a) Đối với đường ống gió

• Căn cứ từng hệ thống thông gió cụ thể mà xác định mức vận tốc tối đa theo tiêu chuẩn

• Từ thông số đã có, xác định mật độ tổn thất ma sát đồng đều Pa/m phù hợp

• Từ mật độ Pa/m sẽ có vận tốc gió giảm dần theo lưu lượng các ống chính và ống nhánh tương ứng.

• Cần lưu ý thêm các thông số về lưu chất trong ống vì nó sẽ liên quan đến kích thước ống hoặc tổn thất áp chọn quạt

b) Đối với miệng gió

• Căn cứ giá trị độ ồn theo tiêu chuẩn quy định để có mức vận tốc tối đa cho phép

• Căn cứ giá trị độ ồn quy định theo từng phòng để làm cơ sở tính toán

• Tính toán giá trị độ ồn từ các miệng gió trong phòng, OBD (Opposed Blade Damper) và so sánh với tiêu chuẩn để chọn vận tốc gió phù hợp

• Ngoài ra việc gia tăng hoặc giảm bớt độ ồn còn phụ thuộc nhiều yếu tố như: độ ồn gia tăng từ đường ống, vị trí miệng gió so với phòng, độ ồn giảm bớt do sự hấp thụ của vách phòng hoặc khoảng cách miệng gió đến người… Trong trường hợp này ta ước tính tăng giảm với tổng gia tăng khoảng 5dB

Ví dụ: Chọn vận tốc tại miệng gió cho văn phòng làm việc với độ ồn thiết kế trung bình 45 dB có 8 miệng gió cấp.

Tra bảng 4 ta có độ ồn gia tăng của 8 miệng gió là 9 dB

Thêm độ ồn gia tăng qua OBD trong miệng gió từ 2-5 dB

Thêm độ ồn ước tính gia tăng từ nhiều nguồn khác 5dB

→ Độ ồn tối đa = 45 – 9 – 5 – 5 = 26 dB

• Tra bảng 3 ta chọn được vận tốc gió tương ứng tối đa là 1.8 m/s (đây là vận tốc tại cổ miệng gió)

• Nếu sử dụng miệng gió 4 hướng khuếch tán với diện tích trống (free area) là 80% thì ta có vận tốc max là 2.25 m/s

• Để đảm bảo tính kinh tế và tiện nghi nhất thì nên chọn vận tốc khoảng 2 m/s cho trường hợp này

6. Kết luận

Việc tính chọn vận tốc miệng gió cần căn cứ khu vực không gian thiết kế như văn phòng, phòng ngủ hay nhà hàng để có sự chọn lựa hợp lý

Nếu sử dụng các loại miệng gió khác nhau như Linear, Slot thì cũng sẽ có sự thay đổi ít về kết quả.

Độ đóng mở của OBD trong miệng gió cũng ảnh hưởng đến độ ồn nên thường ko đóng quá 20% diện tích lỗ mở của miệng gió.

Nếu không ảnh hướng lớn đến chi phí thì không nên chọn vận tốc miệng gió tối đa cho phép mà nên chọn các mức thấp hơn để tiện nghi về độ ồn.

Vị trí đấu nối ống mềm vào miệng gió hạn chế lệch nhiều hoặc bẻ gắt sẽ làm gia tăng độ ồn từ 12 đến 15 dB so với giá trị cung cấp từ nhà sản xuất miệng gió.

Ngoài các vấn đề xác định vận tốc gió để chọn miệng gió, ống gió thì đối với không gian điều hòa để tối ưu tiết kiệm năng suất lạnh thì việc chọn phương án thiết kế hệ thống phân phối gió theo kiểu Mixed, Displacement, Laminar theo từng loại không gian điều hòa cụ thể cũng đóng vai trò khá quan trọng cần cân nhắc đến.

Mặc dù bài viết đã nêu hầu hết các kiến thức chính tương đối đầy đủ để các bạn có thể ứng dụng tính toán kiểm tra rất tốt cho công việc. Nhưng để hiểu rõ cũng như nắm bắt nhiều yếu tố khác liên quan, các bạn cần đọc thêm nhiều tiêu chuẩn, tài liệu nước ngoài như ASHRAE, BS, CIBSE… để có cái nhìn chính xác và phương án tối ưu nhất.

Hy vọng qua bài viết trên có thể giúp các bạn kỹ sư, sinh viên có thể hiểu rõ hơn trong việc tính toán đi làm cũng như đi học.