HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN KHÔNG KHÍ

Loại đường ống gió
Hệ thống điều hòa dân dụng	Hệ thống điều hòa công nghiệp
Cấp gió	Hồi gió	Cấp gió	Hồi gió
- Tốc độ thấp	< 12,7 m/s	< 10,2 m/s	< 12,7 m/s	< 12,7 m/s
- Tốc độ cao	> 12,7 m/s	-	12,7 - 25,4m/s

Theo áp suất

Theo áp suất dư của dòng không khí trong đường ống người ta chia ra làm 3 loại: đường ống có áp suất thấp, trung bình và cao như sau:

- Áp suất thấp : 95 mmH₂O

- Áp suất trung bình : 95  172 mmH₂O

- Áp suất cao : 172  310 mmH₂O

Theo kết cấu và vị trí lắp đặt

- Đường ống gió treo

- Đường ống gió ngầm

Theo hình dáng tiết diện đường ống

- Đường ống chữ nhật, hình vuông;

- Đường ống tròn;

- Đường ống ô van.

Theo vật liệu chế tạo đường ống

- Đường ống tôn tráng kẽm;

- Đường ống inox;

- Đường ống nhựa PVC;

- Đường ống polyurethan (foam PU).

Dưới đây chúng ta nghiên cứu đặc điểm và cấu tạo của hai loại đường ống thường hay sử dụng trên thực tế la: đường ống ngầm và đường ống treo.

Hệ thống đường ống gió ngầm

Đường ống gió ngầm được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông và đi ngầm dưới đất. Đường ống 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. Tuy nhiên chính các hạng mục đi kèm trong đường ống gió cũng gây ra những rắc rối nhất định như vấn đề vệ sinh, tuần hoàn gió vv. . .

Đường ống gió ngầm được sử dụng khi không gian lắp đặt không có hoặc việc lắp đặt các hệ thống đường ống gió treo không thuận lợi, chi phí cao và tuần hoàn gió trong phòng không tốt. Một trong những trường hợp người ta hay sử dụng đường ống gió ngầm là hệ thống điều hoà trung tâm cho các rạp chiếu bóng, hội trường vv. . .

Đường ống gió ngầm thường sử dụng làm đường ống gió hồi, rất ít khi sử dụng làm đường ống gió cấp do sợ ảnh hưởng chất lượng gió sau khi đã xử lý do ẩm mốc trong đường ống, đặc biệt là đường ống gió cũ đã hoạt động lâu ngày. Khi xây dựng cần phải xử lý chống thấm đường ống gió thật tốt.

Đường ống thường có tiết diện chữ nhật và được xây dựng sẵn khi xây dựng công trình. Vì vậy có thể nói đường ống gió ngầm rất khó đảm bảo phân phối gió đều vì tiết diện đường ống thường được xây đều nhau từ đầu đến cuối.

Hệ thống đường ống gió ngầm thường được sử dụng trong các nhà máy dệt, rạp chiếu bóng.

Trong nhà máy dệt, các đường ống gió ngầm này có khả năng thu gom các sợi bông rơi vãi tránh phán tán trong không khí ảnh hưởng đến công nhân vận hành và máy móc thiết bị trong nhà xưởng. Vì vậy trong các nhà máy dệt, nhà máy chế biến gỗ để thu gom bụi người ta thường hay sử dụng hệ thống đường ống gió kiểu ngầm.

Nói chung đường ống gió ngầm đòi hỏi chi phí lớn, khó xây dựng và có nhiều nhược điểm. Nó chỉ được sử dụng trong trường hợp bất khả kháng hoặc với mục đích thu gom bụi.

Hệ thống ống kiểu treo.

Hệ thống đường ống treo là hệ thống đường ống được treo trên các giá đỡ đặt ở trên cao. Do đó yêu cầu đối với đường ống gió treo tương đối nghiêm ngặt:

- Kết cấu gọn, nhe;

- Bền và chắc chắn;

- Dẫn gió hiệu quả, thi công nhanh chóng;

- Dễ chế tạo và giá thành thấp.

Đường ống gió treo có thể chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, tiết diện đường ống cũng có hình dạng rất khác nhau. Đường ống gió treo cho phép dễ dàng điều chỉnh tiết diện để đảm bảo phân phối gió đều trên toàn tuyến đường ống.

Vì vậy đường ống gió treo được sử dụng rất phổ biến trên thực tế (hình 9.1).

1- Trần bê tông 5- Thanh sắt đỡ

2- Thanh treo 6- Bông thuỷ tinh cách nhiệt

3- Đoạn ren 7- Ống gió

4- Bu lông + đai ốc 8- Vít nỡ

Vật liệu sử dụng

Vật liệu chế tạo đường ống gió thường là tole tráng kẽm, inox, nhựa tổng hợp, foam định hình.

Trên thực tế sử dụng phổ biến nhất là tôn tráng kẽm có bề dày trong khoảng từ 0,5  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.

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 chưa có các qui định cụ thể và chi tiết 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 9.2 trình bày một số qui cách về chế tạo và lắp đặt đường ống gió.

Bảng 9.2. Các qui định về gia công và lắp đặt ống gió

Cạnh lớn của ống gió, mm	Thanh sắt treo, mm	Thanh đỡ, mm
Độ dày tôn, mm
Áp suất thấp, trung bình	Áp suất cao
400600800100012501600200025003000	6888101001212	25x25x325x25x330x30x330x30x340x40x540x40x540x40x540x40x540x40x5	0,60,80,80,81,01,01,01,01,2	0,80,80,80,81,01,01,21,2-	300030003000250025002500250025002500

Hình dạng tiết diện

Hình dáng đường ống gió rất đa dạng: Chữ nhật, tròn, vuông và ô van. Tuy nhiên, đường ống 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, dễ bọc cách nhiệt và đặc biệt các chi tiết phụ như cút, xuyệt, chạc 3, chạc 4 vv . . . dễ chế tạo hơn các kiểu tiết diện khác.

a- Chữ nhật; b- Tiết diện vuông; c- Tiết diện tròn; c- Tiết diện ô van

Hình 9.2. Các loại tiết diện đường ống

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.

Bảng 9.3. Qui định về bọc cách nhiệt

Loại đường ống	Cấp gió	Hồi gió	Khí tươi	Thông gió
Bọc cách nhiệt	Có	Có	Không	Không

Hiện nay người ta thường sử dụng bông thuỷ tinh chuyên dụng để bọc cách nhiệt các đường ống gió, bông thuỷ tinh được lắp lên đường ống nhờ các đinh mũ được gắn lên đường ống bằng các chất keo, sau khi xuyên lớp bông qua các đinh chông người ta lồng các mảnh kim loại trông giống như các đồng xu vào bên ngoài kẹp chặp bông và bẻ gập các chông đinh lại.

Cần lưu ý sử dụng số lượng cách chông đinh một cách hợp lý , khi số lượng quá nhiều sẽ tạo cầu nhiệt không tốt, nhưng nếu quá ít thì bông sẽ được giữ không chặt. Mật độ đinh gắn khoảng 01 đinh trên 0,06m² bề mặt ống gió.

1- Đinh chông; 2- Lớp bông thuỷ tinh cách nhiệt

Hình 9.3. Cách gắn lớp cách nhiệt

Khi đường ống đi ngoài trời người ta bọc thêm lớp tôn ngoài cùng để bảo vệ mưa nắng

Cần lưu ý các loại đường ống gió nào thì cần bọc cách nhiệt và độ dày tương ứng bao nhiêu. Các đường ống bọc cách nhiệt bao gồm: đường cấp gió và đường hồi gió. Các đường ống cấp gió tươi, hút xả và thông gió không cần bọc cách nhiệt.

Đường hồi gió đi trong không gian điều hòa không cần bọc cách nhiệt. Riêng đường ống cấp gió đi trong không gian điều hoà có thể bọc hoặc không tuỳ thuộc nhiệt độ và tầm quan trọng của phòng. Khi không bọc cách nhiệt trên bề mặt đường ống khí mới vận hành có thể đọng sương, do nhiệt độ trong phòng còn cao, sau một thời gian khi nhiệt độ phòng đã giảm thì không xảy ra đọng sương nữa.

Chiều dày lớp bông thủ tinh cách nhiệt phụ thuộc kích thước đường ống và tính năng của đường ống. Nói chung đường ống cấp gió cần bọc bông thuỷ tinh dày hơn đường hồi gió. Đường ống càng lớn, bọc cách nhiệt càng dày. Chiều dày lớp bông cách nhiệt nằm trong khoảng 2075mm.

Ghép nối đường 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. Trước kia người ta thường sử dụng các thanh sắt V để làm bích đường ống gió. Ưu điểm của bích nối kiểu này là rất chắc chắn, ghép nối dễ dàng, tuy nhiên việc gắn kết các thanh sắt V vào đường ống gió khó khăn và khó tự động hoá, nên chủ yếu chế tạo bằng thủ công. Đối với công trình lớn, việc làm bích V sẽ rất chậm chạp, khó đạt được tiến độ yêu cầu.

1- Bích sắt V; 2- Đinh tán; 3- Gân gia cường; 4- Ống gió

Hình 9.4. Chi tiết bích nối đường ống

Để chế tạo hàng loạt bằng máy, hiện nay người ta thường sử dụng bích tôn. Bích tôn có nhiều kiểu gắn kết khác nhau cho ở hình 9-5 dưới đây.

Hình 9.5. Các kiểu lắp ghép đường ống

Treo đỡ

Việc treo đường ống tùy thuộc vào kết cấu công trình cụ thể: Treo tường, trần nhà, xà nhà .

- Khi nối đường ống gió với thiết bị chuyển động như quạt, động cơ thì cần phải nối qua ống nối mềm để khử chấn động theo đường ống 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.

Các cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế hệ thống đường ống gió

Nhiệm vụ của người thiết kế hệ thống đường ống 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.

Quan hệ giữa lưu lượng gió các miệng thổi và cột áp tĩnh trong đường ống gió

Quan hệ giữa lưu lượng và tốc độ gió ra miệng thổi

Nhiệm vụ của người thiết kế hệ thống đường ống 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:

L_x = f_x.v_x , m³/s (9-1)

L_x - Lưu lượng gió ra một miệng thổi, m³/s;

f_x - Tiết diện thoát gió của miệng thổi, m²;

v_x - Tốc độ trung bình của gió ra miệng thổi, m/s.

Quan hệ giữa cột áp tĩnh trên đường và vận tốc không khí ra các miệng thổi .

Tốc độ trung bình v_x ở đầu ra miệng thổi được tính theo công thức:

v_x = g_x/f_x , m/s (9-2)

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 H_t) đã chuyển thành cột áp động của dòng không khí chuyển động ra miệng thổi:

(9-3)

p_x, là áp suất tuyệt đối của dòng không khí trong ống dẫn trước miệng thổi, N/m²;

p_o là áp suất không khí môi trường nơi gió thổi vào, N/m²;

β’ Hệ số thu hẹp dòng phụ thuộc điều kiện thổi ra của dòng không khí;

H_t - Cột áp tĩnh tại tiết diện nơi đặt miệng thổi , N/m².

Từ đó rút ra:

(9-4)

Theo (9-3) và (9-4) 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 v_x (hay g_x vìtiết diện của các miệng thổi đều nhau) ta khảo sát phân bố cột áp tĩnh H_t dọc theo đường ống để xem xét với điều kiện nào phân bố cột áp tĩnh sẽ đồng đều trên toàn tuyến ống.

Sự phân bố cột áp tĩnh dọc đường ống dẫn gió.

Xét 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 ω₁ và H₁ , của miệng thổi thứ 2 là ω₂ và H₂ vv... và của miệng thổi thứ n là ω_n và H_n (hình 9.5).

Trở kháng thủy lực tổng của đường ống là ΣΔp

Theo định luật Becnuli ta có:

(9-5)

Hay:

Hn=H1+ρ.ω12−ωn22−ΣΔpi size 12{H rSub { size 8{n} } =H rSub { size 8{1} } +ρ "." { {ω rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } - ω rSub { size 8{n} } rSup { size 8{2} } } over {2} } - "ΣΔ"p rSub { size 8{i} } } {} (9-6)

Từ đó suy ra:

(9-7)

Thành phần ρ(ω²₁ - ω²_n)/2 gọi là độ giảm cột áp động.

Như vậy để duy trì cột áp tĩnh trên tuyến ống không đổi ΔH =0 ta phải thiết kế hệ thống đường ống gió sao cho ρ(ω²₁ - ω²_n)/2 - ΣΔp = 0, tức là giảm cột áp động bằng tổng trở lực trên đường ống.

Ta có các trường hợp có thể xảy ra như sau:

. Trường hợp ρ(ω21 - ω2n)/2 = ΣΔp ta có Hn = H1: Cột áp thuỷ tĩnh ở miệng thổi đầu bằng miệng thổi cuối. Điều đó xay ra khi giảm cột áp động bằng tổng tổn thất trên tuyến ống.

Đây là trường hợp lý tưởng, tốc độ và lưu lượng ở các miệng thổi đầu tiên và cuối tuyến ống sẽ đều nhau. Tuy nhiên để tất cả các miệng thổi có lưu lượng gió đều nhau thì phải thoả mãn điều kiện sau:

(9-8)

Tức là giảm cột áp động từ miệng thổi thứ nhất đến miệng thổi bất kỳ đúng bằng tổng trở lực từ miệng thổi thứ nhất đến miệng thổi đó. Hay nói cách khác, trong quá trình chuyển động của dòng không khí cần thiết kế đường ống sao cho giảm cột áp động vừa đủ để bù tổn thất áp suất từng đoạn ống.

Từ đây chúng ta có thể suy ra cơ sở để thiết kế đường ống gió đảm bảo phân bố gió đều giữa các miệng thổi là giảm dần tốc độ gió dọc theo chiều chuyển động vừa đủ để giảm cột áp động giữa các miệng thổi bằng tổng trở lực trên đoạn ấy.

. Trường hợp ρ ( ω 2 1 - ω 2 n )/2 > ΣΔ p hay H n > H 1

Giảm cột áp động lớn hơn tổng tổn thất áp lực trên tuyến ống.

Trong trường hợp này ta có cột áp thủy tĩnh phía cuối tuyến ống lớn hơn phía trước, gió sẽ dồn về cuối tuyến ống.

Trường hợp này có thể xãy ra khi:

- Tốc độ đoạn đầu quá lớn, nên áp suất tĩnh bên 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 đường ống gió giảm thì phải giảm tiết diện tương ứng để duy trì tốc độ gió, tránh không nên để tốc độ giảm đột ngột .

- Đường ống ngắn, ít trở lực cục bộ nhưng có nhiều miệng thổi hoặc đoạn rẻ nhánh. Trường hợp này trở lực ΣΔp 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.

Điều này có thể gặp trong trường hợp ví dụ dưới đây. Trên một đoạn ống khá ngắn, bố trí nhiều miệng thổi . Do lưu lượng thay đổi một cách nhanh chóng nên nếu không thay đổi tiết diện đường ống thì tốc độ ωi=Lif size 12{ω rSub { size 8{i} } = { {L rSub { size 8{i} } } over {f} } } {} giảm rất nhanh, kết quả cột áp động cũng giảm nhanh. Tuy nhiên do đoạn ống rất ngắn nên Δp_i rất nhỏ, có thể bỏ qua. Vì vậy ta sẽ có H₄ >> H₁ . Gió sẽ tập trung về cuối tuyến ống (trường hợp A).

Để khắc phục cần tăng tốc độ đoạn cuối bằng cách giảm diện tích f_i của đường ống. Trong trường hợp này do Δp_i ≈ 0, nên phải tăng f_i sao cho ω_i ≈ ω₁ tức là:

(9-9)

Nhưng do: nên suy ra

. Trường hợp ρ ( ω 2 1 - ω 2 n )/2 < ΣΔ p hay H n < H 1

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:

- Chọn tốc độ đoạn đầu quá nhỏ, nhưng đường ống quá dài và khúc khuỷu. Trong trường hợp này gió không đủ năng lượng để chuyển động đến cuối đường ống và tập trung ở các miệng thổi đầu.

- Tổn thất đường ống quá lớn: Đường ống quá dài, có nhiều chổ khúc khuỷu, nên tổn thất áp suất quá lớn, giảm cột áp động không đủ bù tổn thất áp suất.

- 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:

Sự phân bố cột áp tĩnh trên đường ống hút.

Xét một đường ống hút, tốc độ trung bình và cột áp tĩnh của dòng không khí ngang qua tiết diện có miệng hút đầu là ω₁ và H₁ , của miệng hút thứ 2 là ω₂ và H₂ ... và của miệng hút thứ n là ω_n và H_n .

Trở kháng thủy lực tổng của đường ống là ΣΔp

Tương tự như trường hợp dòng không khí dọc theo đường ống cấp gió, ta có biểu thức:

(9-10)

Như vậy, để đảm bảo H₁ = H₂ = . . . = H_n

Thì phải đảm bảo

(9-11)

Xét miệng hút thứ nhất với miệng hút thứ n, để đảm bảo phân bố gió đều giữa 02 miệng hút đó ta phải đảm bảo giảm cột áp động từ miệng hút thứ nhất đến miệng hút thứ n bằng tổng tổn thất áp suất trong khoảng đó, tức là:

(9-12)

Tính toán tổn thất áp lực trên hệ thống đường ống gió

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 9.3 dưới đây trình bày tốc độ gió thích hợp dùng để tham khảo lựa chọn khi thiết kế.

Khu vực	Độ ồn nhỏ
Bình thường
Ống cấp	Ống nhánh
Ống đi	Ống về	Ống đi	Ống về
- Nhà ở	3	5	4	3	3
- Phòng ngủ- Phòng ngủ k.s và bệnh viện	5	7,6	6,6	6	5
- Phòng làm việc- Phòng giám đốc- Thư viện	6	10,2	7,6	8,1	6
- Nhà hát- Giảng đường	4	6,6	5,6	5	4
- Văn phòng chung- Nhà hàng, cửa hàng cao cấp- Ngân hàng	7,6	10,2	7,6	8,1	6
- Cửa hàng bình thường- Cafeteria	9,1	10,2	7,6	8,1	6
- Nhà máy, xí nghiệp, phân x	12,7	15,2	9,1	11,2	7,6

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 9-4.

- Đường kính tương đương của tiết diện chữ nhật được xác định theo công thức sau:

(9-13)

a, b là cạnh chữ nhật, mm

Tuy tổn thất giống nhau nhưng tiết diện trên 2 ống không giống nhau

(9-14)

- Đường kính tương đương của ống ô van:

(9-15)

A - Tiết diện ống ô van:

(9-16)

a, b là cạnh dài và cạnh ngắn của ô van, mm

p Là chu vi mặt cắt : p = π.b + 2(a-b), mm

Tiếp bảng (9-4)