THÔNG GIÓ VÀ CẤP GIÓ TƯƠI

Khái niệm, mục đích và phân loại các hệ thống thông gió

Khái niệm

Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người trong không gian điều hoà thường sinh ra các chất độc hại và nhiệt thừa, ẩm thừa làm cho các thông số khí hậu trong đó thay đổi, mặt khác nồng độ ôxi cần thiết cho con người giảm, sinh ra mệt mỏi và ảnh hưởng lâu dài về sức khoẻ.

Vì vậy cần thiết phải thải không khí đã bị ô nhiễm (bởi các chất độc hại và nhiệt) ra bên ngoài, đồng thời thay thế vào đó là không khí đã được xử lý, không có các chất độc hại, có nhiệt độ phù hợp và lượng ôxi đảm bảo. Quá trình như vậy gọi là thông gió. Quá trình thông gió thực chất là quá trình thay đổi không khí trong phòng đã ô nhiễm bằng không khí mới bên ngoài trời đã qua xử lý.

Mục đích của thông gió

Thông gió có nhiều mục đích khác nhau tuỳ thuộc vào từng công trình và phạm vi nhất định. Các mục đích chính bao gồm:

- Thải các chất độc hại trong phòng ra bên ngoài. Các chất độc hại bao gồm rất nhiều và đã được liệt kê mức độ ảnh hưởng trong chương 2. Trong các không gian sinh hoạt chất độc hại phổ biến nhất là CO2.

- Thải nhiệt thừa và ẩm thừa ra bên ngoài

- Cung cấp lượng ôxi cần thiết cho sinh hoạt của con người

- Trong một số trường hợp đặc biệt mục đích thông gió là để khắc phục các sự cố như lan toả chất độc hại hoặc hoả hoạn.

Phân loại

Theo hướng chuyển động của gió

Người ta chia ra các loại sau :

Thông gió kiểu thổi :

• Thổi không khí sạch vào phòng và không khí trong phòng thải ra bên ngoài qua các khe hở của phòng nhờ chênh lệch cột áp

Phương pháp thông gió kiểu thổi có ưu điểm là có thể cấp gió đến các vị trí cần thiết, nơi tập trung nhiều người, hoặc nhiều nhiệt thừa, ẩm thừa, tốc độ gió luân chuyển thường lớn. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là áp suất trong phòng là dương nên gió tràn ra mọi hướng, do đó có thể tràn vào các khu vực không mong muốn.

Thông gió kiểu hút :

• Hút xả không khí bị ô nhiễm ra khỏi phòng và không khí bên ngoài tràn vào phòng theo các khe hở hoặc cửa lấy gió tươi nhờ chênh lệch cột áp.

Thông gió kiểu hút xả có ưu điểm là có thể hút trực tiếp không khí ô nhiễm tại nơi phát sinh, không cho phát tán ra trong phòng, lưu lượng thông gió nhờ vậy không yêu cầu quá lớn, nhưng hiệu quả cao. Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là gió tuần hoàn trong phòng rất thấp, hầu như không có sự tuần hoàn đáng kể, mặt khác không khí tràn vào phòng tương đối tự do, do đó không kiểm soát được chất lượng gió vào phòng, không khí từ những vị trí không mong muốn có thể tràn vào.

Thông gió kết hợp :

• Kết hợp cả hút xả lẫn thổi vào phòng, đây là phương pháp hiệu quả nhất.

Thông gió kết hợp giữa hút xả và thổi gồm hệ thống quạt hút và thổi. Vì vậy có thể chủ động hút không khí ô nhiễm tại những vị trí phát sinh chất độc và cấp vào những vị trí yêu cầu gió tươi lớn nhất. Phương pháp này có tất cả các ưu điểm của hai phương pháp nêu trên, nhưng loại trừ các nhược điểm của hai kiểu cấp gió đó. Tuy nhiên phương pháp kết hợp có nhược điểm là chi phí đầu tư cao hơn.

Theo động lực tạo ra thông gió

Thông gió tự nhiên :

• Là hiện tượng trao đổi không khí trong nhà và ngoài trời nhờ chênh lệch cột áp. Thường cột áp được tạo ra do chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong, dòng gió tạo nên

Thông gió cưỡng bức :

• Quá trình thông gió thực hiện bằng ngoại lực tức là sử dụng quạt.

Theo phương pháp tổ chức

Thông gió tổng thể :

• Thông gió tổng thể cho toàn bộ phòng hay công trình

Thông gió cục bộ :

• Thông gió cho một khu vực nhỏ đặc biệt trong phòng hay các phòng có sinh các chất độc hại lớn.

Theo mục đích

Thông gió bình thường :

• Mục đích của thông gió nhằm loại bỏ các chất độc hại, nhiệt thừa, ẩm thừa và cung cấp ôxi cho sinh hoạt của con người.

Thông gió sự cố :

• Nhiều công trình có trang bị hệ thống thông gió nhằm khắc phục các sự cố xảy ra.

+ Đề phòng các tai nạn tràn hoá chất : Khi xảy ra các sự cố hệ thống thông gió hoạt động và thải khí độc đến những nơi định sẵn hoặc ra bên ngoài.

+ Khi xảy ra hoả hoạn : Để lửa không thâm nhập các cầu thang và cửa thoát hiểm, hệ thống thông gió hoạt động và tạo áp lực dương trên nhưng đoạn này để mọi người thoát hiểm dễ dàng.

Hệ thống thông gió sự cố chỉ hoạt động khi xảy ra sự cố.

Xác định lưu lượng thông gió

Lưu lượng gió sử dụng để thông gió được tính toán phụ thuộc vào mục đích thông gió. Mục đích đó có thể là khử các chất độc hại, thải nhiệt thừa, ẩm thừa phát sinh trong phòng, khử bụi...vv.

Lưu lượng thông gió khử khí độc

Các chất độc hại phát sinh thường gặp nhất là trong các nhà máy công xưởng sản xuất. Trong sinh hoạt các chất độc hại có thể phát sinh ở những khu vực đặc biệt như nhà bếp, khu vệ sinh. Các loại chất độc có hại trong công nghiệp có thể phát sinh bởi các nguyên nhân sau đây:

1. Phát sinh do các phản ứng hoá học trong quá trình sản xuất, quá trình cháy nhiên liệu.
2. Phát sinh do quá trình vi sinh hoá
3. Bốc hơi từ bề mặt thoáng của các bồn, bể chứa hoá chất.
4. Bốc hơi từ bề mặt vật có sơn phủ các hoá chất độc hại.
5. Rò rỉ từ thiết bị và đường ống.

Xác định lưu lượng thông gió

Lưu lượng thông gió được xác định theo công thức sau đây:

trong đó

G - Lượng chất độc hại tỏa ra phòng, g/h

y_c - Nồng độ cho phép của chất độc hại (tham khảo bảng 12.1), g/m³

y_o - Nồng độ chất độc hại trong không khí thổi vào, g/m³. Nồng độ chất độc thổi vào phòng rất nhỏ có thể bỏ qua.

Trong công thức trên, lượng chất độc hại phát sinh trong phòng rất khó xác định bằng lý thuyết. Người ta đã xây dựng nhiều công thức tính toán khác nhau. Tuy nhiên cũng phải thừa nhận rằng thực tế sẽ có nhiều sai sót.

- Đối với các chất độc hại phát sinh ra do phản ứng hoá học hoặc phản ứng vi sinh hoá thì có thể xác định theo lý thuyết. Tuy nhiên thực tế có sai sót đáng kể do phụ thuộc vào nồng độ các chất tham gia và các điều kiện cụ thể của phản ứng, loại nguyên liệu sử dụng vv...

- Đối với các nguồn gây độc khác cũng phụ thuộc tình trạng bề mặt, tốc độ gió, nhiệt độ phòng, diện tích bề mặt thoáng, khe hở rò rỉ vv..

Vì vậy cách tốt nhất để xác định lượng chất độc phát sinh là bằng thực nghiệm. Trong nhiều trường hợp cần khảo sát tại chỗ nồng độ các chất độc trong không khí và sự hao hụt theo thời gian của các chất để xác định lượng chất độc phát sinh.

Nồng độ cho phép của một số chất

Lưu lượng thông gió khử khí CO2

Khí CO₂ phát sinh trong phòng chủ yếu là do hoạt động sống của cơ thể con người thải ra. Ngoài ra CO₂ có thể sinh ra do các phản ứng đặc biệt khác. Trong phần này chỉ tính đến lượng CO₂ phát sinh do con người thải ra.

Lưu lượng không khí thông gió cần thiết để thải khí CO₂ do con người toả ra tính trong 1 giờ được xác định như sau:

Ở đây :

V_CO2 - là lượng CO₂ do con người thải ra : m³/h.người

β - Nồng độ CO₂ cho phép, % thể tích. Thường chọn β = 0,15

a - Nồng độ CO₂ trong không khí môi trường xung quanh, % thể tích. Thường chọn a=0,03%.

l - Lưu lượng không khí cần cấp, m³/h.người

Lượng CO₂ do 01 người thải ra phụ thuộc vào cường độ lao động, nên lưu lượng thông gió thải CO₂ cũng phụ thuộc vào cường độ lao động.

Lưu lượng thông gió thải CO₂ cần thiết cho 01 người

Lượng khí tươi cần cung cấp khi có hút thuốc

Lưu lượng thông gió thải ẩm thừa

Ẩm thừa phát sinh trong phòng do nhiều nguyên nhân và đã được giới thiệu tính toán trong chương 3, đó chính là lượng ẩm thừa. Căn cứ vào lượng ẩm thừa có thể xác định lưu lượng thông gió thải ẩm thừa như sau :

W_t - Lượng hơi nước toả ra phòng, kg/h

d_max - Dung ẩm cực đại cho phép của không khí trong phòng, kg/kg

d_o - Dung ẩm của không khí thổi vào phòng, kg/kg

ρ_KK - Khối lượng riêng của không khí, kg/m³

Lưu lượng thông gió khử nhiệt thừa

Nhiệt thừa tính toán thông gió có khác với nhiệt thừa tính toán điều hoà không khí do chế độ nhiệt điều hoà và thông gió có khác nhau. Đối với chế độ điều hoà nhiệt độ trong phòng khá thấp, nhưng đối với thông gió, do gió cấp không qua xử lý lạnh nên yêu cầu về nhiệt độ phòng trong trường hợp này phải cao hơn. Hiện nay vẫn chưa có các số liệu tiêu chuẩn về chế độ nhiệt thông gió. Vì vậy một cách gần đúng chấp nhận lấy nhiệt thừa Q_T tính toán theo chế độ điều hoà để tính thông gió và do đó lưu lượng thông gió tính được sẽ cao hơn yêu cầu, có thể coi đó là hệ số dự trữ.

Lưu lượng gió thải nhiệt :

Q_T- Lượng nhiệt thừa trong phòng, kCal/h

I_r, I_v - Entanpi của không khí thổi vào và hút ra phòng, KCal/kg. Trạng thái không khí hút ra chính là trạng thái không khí trong phòng.

Trong trường hợp không khí trong phòng chỉ toả nhiệt mà không tỏa hơi ẩm thì có thể áp dụng công thức :

t_r, t_v - Nhiệt độ của không khí thổi vào và hút ra phòng, ^oC

Nhiệt dung riêng của không khí C_k = 0,24 kCal/kg.^oC

Khi tính toán cần lưu ý:

- Nhiệt độ không khí trong phòng lấy theo yêu cầu vệ sinh và công nghệ của quá trình sản xuất.

- Nhiệt độ không khí vào phải thoả mãn điều kiện vệ sinh t_v > t_T - a . Giá trị a tuỳ thuộc vị trí lắp đặt miệng thổi nêu ở chương 4.

- Nhiệt độ không khí ra : Có thể lấy bằng nhiệt độ không khí trong phòng. Nếu miệng hút đặt cao thì tính theo công thức sau :

H - Khoảng cách từ mặt sàn đến miệng hút, m

Z - Chiều cao vùng làm việc, m

β - Gradien nhiệt độ theo chiều cao.

+ Thông thường : β = 0,2 - 1,5 ^oC/m

+ Đối với rạp hát, rạp chiếu bóng : β = 0,2 - 0,3

+ Đối với xưởng nguội : β = 0,4 - 1,0

+ Đối với xưởng nóng : β = 1 - 1,5

Lưu lượng thông gió khử bụi

Lưu lượng không khí thông gió nhằm mục đích thải bụi phát ra trong phòng được xác định theo công thức:

trong đó:

G_b - Lượng bụi thải ra phòng, g/h

S_c - Nồng độ bụi cho phép trong không khí, g/m³

S_o - Nồng độ bụi trong không khí thổi vào, g/m³

Bội số tuần hoàn

Khi thông gió theo yêu cầu điều kiện vệ sinh nói chung mà không vì một mục đích cụ thể nào đó thì người ta tính lưu lượng gió thông gió dựa vào bội số tuần hoàn.

Bội số tuần hoàn là số lần thay đổi không khí trong phòng trong một đơn vị thời gian.

trong đó

K - Bội số tuần hoàn, lần/giờ

L - Lưu lượng không khí cấp vào phòng, m³/h

V - Thể tích gian máy, m³

Bội số tuần hoàn cho trong các tài liệu. Việc xác định lưu lượng gió theo bội số tuần hoàn khá thuận lợi trên thực tế.

Bội số tuần hoàn K (lần/giờ) và lưu lượng gió thông gió, m 3 /h

* Ghi chú các số liệu trong dấu () có đơn vị là m³/h.người