intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

VẬT LÝ KIẾN TRÚC - Phần 1: Môi Trường Nhiệt Ẩm

Chia sẻ: Doan Trungngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST
Báo xấu
194
lượt xem 42
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhiệt hiển (Sensible Heat) Khi vật chất tồn tại ở dạng n-ớc đá, n-ớc, phụt khí thì nhiệt độ tăng đều trong khi cấp nhiệt. Nhiệt l-ợng này gọi là “nhiệt hiển” ( sensible heat) vì sự thay đổi của nó đ-ợc hiển thị trông thấy bằng sự tăng nhiệt độ trên nhiệt kế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: VẬT LÝ KIẾN TRÚC - Phần 1: Môi Trường Nhiệt Ẩm

  1. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) PH N 1 MÔI TRƯ NG NHI T M (Líp 09 VËt liÖu, §HKT) Ch−¬ng 1 C¬ së vËt lý cña m«i tr−êng nhiÖt Èm I. nh÷ng ®¹i l−îng nhiÖt Èm c¬ b¶n. 1. NhiÖt (NhiÖt l−îng ) §Þnh nghÜa vÒ nhiÖt hiÖn ®¹i nh− nªu ra ë ®©y lµ 1 ®Þnh nghÜa ®¬n gi¶n, nh−ng ch©n lý cña ®Þnh nghÜa nµy còng cßn ch−a râ rµng vµ c¸c ý t−ëng t¶n m¹n vÒ nhiÖt hiÖn vÉn cßn rÊt chung chung. NhiÖt (H) l 1 d¹ng n¨ng l−îng §¬n vÞ : joule (J). Joule lµ ®¬n vÞ n¨ng l−îng cña hÖ SI ®−îc dïng ®Ó ®o ®Õm bÊt k× d¹ng n¨ng l−îng nµo. Mét sè ®¬n vÞ sau ®©y vÉn cßn ®−îc dïng : Calorie : 1 cal = 4,187J Kilowatt giê : 1Kwh = 3,6 MJ §¬n vÞ nhiÖt cña Anh (Buitish Thermal Unit), 1BTU = 1,055KJ 1 W ®æi ra ®−îc 0,86 Kcal/h NhiÖt n¨ng lµ thuéc tÝnh néi ph©n tö cña vËt chÊt. C¸c d¹ng n¨ng l−îng kh¸c lµ c¬ n¨ng, ho¸ n¨ng vµ ®iÖn n¨ng. Nh÷ng d¹ng nµy cã thÓ chuyÓn thµnh nhiÖt n¨ng. VÝ dô : Ma s¸t ( c¬ n¨ng ) sinh ra nhiÖt n¨ng. Dßng ®iÖn trong tô ®iÖn sinh ra nhiÖt. Sù ch¸y biÕn ho¸ n¨ng trong vËt chÊt thµnh nhiÖt. NhiÖt n¨ng th−êng ®ãng vai trß trung gian trong viÖc t¹o thµnh c¸c d¹ng n¨ng l−îng kh¸c. VÝ dô : §iÖn n¨ng ®−îc s¶n xuÊt nhê ®èt than, nhiÖt n¨ng do mÆt trêi cung cÊp còng lµ gèc cña c¸c d¹ng n¨ng l−îng ho¸ th¹ch trªn tr¸i ®Êt nh− than, dÇu chÝnh lµ nh÷ng rõng nguyªn thuû sinh ra d−íi ¸nh n¾ng mÆt trêi. 2. NhiÖt ®é (Temperature) NhiÖt ®é kh«ng gièng nh− nhiÖt l−îng, mét ngän löa nhá sÏ cã nhiÖt ®é cao h¬n lµ mét chËu n−íc s«i, song n−íc l¹i chøa nhiÒu nhiÖt l−îng h¬n ngän löa. Cã thÓ coi nhiÖt ®é lµ mét thuéc tÝnh cña mét vËt quyÕt ®Þnh sù táa nhiÖt hoÆc thu nhiÖt cña vËt ®ã ®èi víi m«i tr−êng xung quanh. NhiÖt ®é kh«ng tuyÖt ®èi (F): (Do G.D Fahrenheit ng−êi ph¸t minh ra nhiÖt kÕ vµ thuû ng©n nªu ra vµo ®Çu thÕ kØ 18). 0°K (Kenvil). -273,15°C (NhiÖt ®é b¸ch ph©n – Celsius). -459,69°F (Fahrenheit ). 32°F : §ãng b¨ng ; 212°F : s«i. C«ng thøc chuyÓn ®æi nhiÖt ®é: t o C = .(5 / 9) (t o F − 32) t o F = .(9 / 5).t o C + 32 Khi kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é b»ng − 40 o C th× còng cã nhiÖt ®é b»ng − 40 o F 1
  2. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) Nh− vËy 1BTU lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng 1 pound n−íc lªn 1 ®é F. 3. NhiÖt dung. NhiÖt dung (Heat Capacity ) hay cßn gäi lµ tû nhiÖt. C¸c vËt liÖu kh¸c nhau cã cïng 1 khèi l−îng cã thÓ gi÷ 1 nhiÖt l−îng kh¸c nhau. §Ó t¨ng n−íc vµ dÇu lªn 1 kho¶ng nhiÖt ®é nµo ®Êy th× n−íc cÇn nhiÖt l−îng h¬n. Nh− vËy n−íc cã nhiÖt dung hay tØ nhiÖt lín h¬n dÇu. NhiÖt dung riªng (C) cña mét khèi vËt liÖu lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng 1kg vËt liÖu lªn 1°C (1°K). §¬n vÞ J/kg.K (hoÆc J/kg.°C). TØ nhiÖt cña n−íc cao h¬n nhiÒu chÊt kh¸c. Do ®ã n−íc chÝnh lµ m«i tr−êng tèt ®Ó gi÷ nhiÖt. NhiÖt ®é trªn tr¸i ®Êt æn ®Þnh lµ nhê nhiÖt l−îng khæng lå trong c¸c ®¹i d−¬ng vµ chÝnh nh÷ng vïng n−íc bao quanh c¸c ®¶o, thÝ dô nh− xø ®¶o Anh Quèc sÏ ®iÒu hoµ nhiÖt ®é ®Ó tr¸nh c¸c tr¹ng th¸i cùc ®oan. Nh÷ng thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt nh− c¸c èng dÉn nhiÖt, nåi h¬i ®Òu dïng n−íc lµm m«i tr−êng trung gian. VËt liÖu NhiÖt dung riªng, J/kg K N−íc 4190 Bª t«ng hoÆc G¹ch x©y 3300 B¨ng 2100 DÇu háa 2100 Gç 1700 Nh«m 910 §¸ hoa 880 KÝnh 700 ThÐp 450 §ång 390 Chó thÝch: C¸c gi¸ trÞ sÏ kh¸c nhau tïy lo¹i vËt liÖu x©y dùng (Nguån: McMullan) 4. NhiÖt hiÓn vµ nhiÖt Èn. §Ó hiÓu râ ®¹i ®a sè c¸c chÊt biÕn ®æi nh− thÕ nµo, tèt nhÊt ta xem xÐt qu¸ tr×nh chuyÓn tr¹ng th¸i cña n−íc. H×nh1.1 cho thÊy t¸c dông cÊp nhiÖt liªn tôc cho 1 khèi n−íc ®¸. Phôt khÝ Khèi l−îng n−íc ®¸ = 1kG Ho¸ h¬i o 100 C N−íc Ho¸ láng 0 oC N−íc ®¸ NhiÖt Èn NhiÖt hiÓn NhiÖt Èn 335 kJ 420 kJ 2260 kJ NhiÖt cÊp cho khèi n−íc ®¸ H×nh 1.1: C¸c pha cña chÊt láng 2
  3. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) NhiÖt hiÓn (Sensible Heat) Khi vËt chÊt tån t¹i ë d¹ng n−íc ®¸, n−íc, phôt khÝ th× nhiÖt ®é t¨ng ®Òu trong khi cÊp nhiÖt. NhiÖt l−îng nµy gäi lµ “nhiÖt hiÓn” ( sensible heat) v× sù thay ®æi cña nã ®−îc hiÓn thÞ tr«ng thÊy b»ng sù t¨ng nhiÖt ®é trªn nhiÖt kÕ. NhiÖt hiÓn lµ nhiÖt n¨ng hÊp thô hoÆc th¶i ra trong qu¸ tr×nh thay ®æi nhiÖt ®é cña vËt chÊt. NhiÖt hiÓn H = m.c.∆θ Trong ®ã : H = L−îng nhiÖt hiÓn (J). m = Khèi l−îng vËt chÊt (kg). c = TØ nhiÖt cña chÊt ( J/kg.K). ∆θ= θ2 – θ1 = Sù thay ®æi nhiÖt ®é (°C). VÝ dô : Mét lß nhiÖt chøa nh÷ng khèi g¹ch cã kÝck th−íc 800 x 500 x 220 mm. Khèi bª t«ng cã tØ träng 2400kg/m3 vµ tØ nhiÖt 3300J/kg.K. Bá qua sù mÊt nhiÖt, tÝnh nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng khèi bª t«ng nµy tõ 15°C lªn 35°C. Gi¶i : V = 0,8.0,5.0,22 = 0,088m3. M = 2400.0,088 = 211,1kg. H = 211,2.3300. (35 – 15) = 13939200J = 13,94MJ. NhiÖt Èn (Latent heat ) Khi vËt chÊt chuyÓn tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c th× nhiÖt ®é kh«ng thay ®æi, mÆc dï vÉn cung cÊp nhiÖt. L−îng nhiÖt nµy gäi lµ “nhiÖt Èn” v× nã kh«ng c¶m thÊy ®−îc, tøc lµ sù thay ®æi cña nã kh«ng ®−îc hiÓn thÞ tr«ng thÊy b»ng sù t¨ng nhiÖt ®é trªn nhiÖt kÕ. NhiÖt Èn lµ nhiÖt n¨ng hÊp thô hoÆc th¶i khi vËt chÊt thay ®æi tr¹ng th¸i mµ kh«ng thay ®æi nhiÖt ®é. Cã 2 tªn gäi cña nhiÖt Èn : NhiÖt Èn ho¸ h¬i (Latent heat of vaporisation). NhiÖt Èn hãa láng (Latent heat of fusion). ChÊt láng cã thÓ ho¸ h¬i mµ kh«ng cÇn cÊp nhiÖt b»ng c¸ch bay h¬i(evaporation) ch¼ng h¹n. NhiÖt Èn dïng cho qu¸ tr×nh bay h¬i nµy ®−îc lÊy tõ m«i tr−êng xung quanh vµ t¹o thµnh hiÖu øng lµm l¹nh hÕt søc quan träng. NhiÖt Èn : H = m.l H : L−îng nhiÖt Èn (J). m : Khèi l−îng vËt chÊt. l : nhiÖt Èn riªng cña sù thay ®æi pha (J/kg). NhiÖt Èn riªng ( Specific latent heat) lµ sè ®o l−îng nhiÖt thu hoÆc th¶i cña chÊt ®Ó thay ®æi tr¹ng th¸i. §¬n vÞ J/kg. Mét sè nhiÖt Èn riªng : nhiÖt Èn riªng cña n−íc ®¸ 335.000J/kg = 335 kJ/kg nhiÖt Èn riªng cña khÝ h¬i (Steam) 2.260.000J/kg = 2.260 kJ/kg 5. Enthalpy. Lµ tæng nhiÖt l−îng (nhiÖt hiÓn + nhiÖt Èn) chøa trong khèi vËt chÊt so víi nhiÖt ®é 0°C. Enthalpy cßn cã thÓ gäi lµ “nhiÖt hµm” 6. Sù gi·n në (Expantion). 3
  4. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) §¹i ®a sè c¸c chÊt ®Òu në v× nhiÖt vµ co v× l¹nh. Nªn sù co d·n tù nhiªn cña c¬ thÓ lµ cã h¹n th× sÏ xuÊt hiÖn sù c−ìng bøc. C¸c chÊt kh¸c nhau ®Òu d·n në kh¸c nhau vµ hÖ sè në nhiÖt dµi lµ phÐp ®o sù thay ®æi t−¬ng ®èi vÒ ®é dµi. Sù d·n në bÒ mÆt (diÖn tÝch) vµ në khèi cã thÓ ®o¸n nhËn qua sù d·n në dµi. *ChÊt r¾n : -6 HÖ sè në dµi cña thÐp lµ 12.10 / °C cã nghÜa lµ 1 thanh s¾t sÏ t¨ng 1 ®é dµi t−¬ng ®èi lµ 12/1.000.000 khi nhiÖt ®é t¨ng thªm 1°C. Bª t«ng ( Concrete) cã ®é d·n në gièng thÐp. Nh«m d·n gÊp ®«i, cßn chÊt dÎo gÊp 10 lÇn. Sù ph¸ huû c«ng tr×nh do d·n në cña nh÷ng ng«i nhµ sau ho¶ ho¹n lµ ®iÒu ®¸ng quan t©m khi ®¸nh gi¸ ®é bÒn. *ChÊt láng : ChÊt láng d·n në m¹nh h¬n chÊt r¾n t¹i cïng 1 nhiÖt ®é. C¸c chÊt láng còng d·n në kh¸c nhau: R−îu d·n në gÊp 5 lÇn so víi n−íc. §a sè c¸c chÊt láng gÆp l¹nh th× co l¹i, riªng víi n−íc th× thÓ tÝch l¹i t¨ng khi nhiÖt ®é thay ®æi tõ 4oC xuèng 0 oC. Sù d·n në cña n−íc sÏ lµ mèi nguy h¹i cho c«ng tr×nh x©y dùng hoÆc c¸c chi tiÕt m¸y vµ mèi nèi c«ng tr×nh nÕu kh«ng gi¸m s¸t kÜ. N−íc m−a sÏ ®ãng b¨ng vµ d·n në lµm mÊt c¸c liªn kÕt trong kÕt cÊu x©y dùng. *KhÝ : KhÝ d·n në gÊp hµng tr¨m lÇn chÊt láng. Sù d·n në nµy kh«ng thÓ nhËn thÊy ®−îc nÕu ®ùng khÝ trong c¸c container bëi v× ¸p suÊt sÏ t¨ng lªn. NÕu khÝ d·n në trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cè ®Þnh th× hÖ sè në thÓ tÝch sÏ lµ 1/273 cho mçi ®é (oC) kÓ tõ 0 oC . 7.KhÝ vµ h¬i : KhÝ : lµ 1 trong 3 tr¹ng th¸i cña vËt chÊt. Theo lÝ thuyÕt nhiÖt ®éng th× c¸c ph©n tö khÝ lu«n chuyÓn ®éng. Lùc( F ) ApsuÊt ( P) = DiÖntÝch( A) §¬n vÞ : Pascal (Pa). 1 Pascal = 1 Newton / metr2 (1N / m2). C¸c ®¬n vÞ kh¸c : Milimet cét n−íc : milibars (mb) 1mb = 101Pa. Mm thuû ng©n (mm) 1mm = 133Pa. C¸c ®Þnh luËt khÝ : §Þnh luËt Boyle P.V = cons tan t hoÆc P1 .V = P2 .V 2 (t = const). §Þnh luËt Charle V = cons tan t × T ( P = const). §Þnh luËt ¸p suÊt P = const x T (V = const). LuËt tæng qu¸t : P .V P .V P .V = cons tan t hoÆc 1 1 = 2 2 (1.1) T T1 T2 Ghi chó : NhiÖt ®é tÝnh theo °K. §Þnh luËt Dalton vÒ ¸p suÊt riªng. NÕu 1 hçn hîp c¸c khÝ kh¸c nhau cã ¸p suÊt riªng th× sÏ cã ®Æc ®iÓm sau : ¸p suÊt riªng cña mçi thµnh phÇn khÝ kh«ng phô thuéc vµo ¸p suÊt cña c¸c thµnh phÇn khÝ kh¸c. Tæng ¸p suÊt cña hçn hîp = tæng ¸p suÊt c¸c thµnh phÇn khÝ. NhiÖt ®é vµ ¸p suÊt tiªu chuÈn : (dïng ®Ó so s¸nh c¸c khÝ kh¸c nhau) 4
  5. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) NhiÖt ®é tiªu chuÈn = 0°C = 273°K. ¸p suÊt tiªu chuÈn = 101,3kPa = 766mmHg (1 atmosphere). VÝ dô : T¹i nhiÖt ®é 20°C vµ ¸p suÊt 200Kpa mét khèi khÝ cã thÓ tÝch b»ng 3 lÝt. Hái thÓ tÝch khÝ sÏ lµ bao nhiªu t¹i nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt tiªu chuÈn : P1 = 200Kpa, V1 = 3 lit ; P2 = 101,3Kpa, V2 = ?. T1 = 273 + 20 = 293 K ; T2 = 273K. Sö dông ph−¬ng tr×nh : P1V1 /T1 = P2V2 / T2 suy ra: V2 = 200.3.273 / 293.101,3 = 5,519 lit. H¬i (Vapour): H¬i lµ thÓ vËt chÊt d−íi d¹ng ®Æc biÖt cña pha khÝ vµ cã 1 vµi thuéc tÝnh kh¸c víi cïng lo¹i khÝ Êy. VÝ dô, khi h¬i bÞ nÐn l¹i th× ¸p suÊt sÏ t¨ng cho tíi khi h¬i biÕn thµnh chÊt láng t¹i 1 ®iÓm nhÊt ®Þnh. H¬i lµ 1 thÓ vËt chÊt ë tr¹ng th¸i khÝ, nã bÞ ho¸ láng b»ng c¸ch nÐn mµ kh«ng thay ®æi nhiÖt ®é. NhiÖt ®é tíi h¹n cña 1 chÊt lµ nhiÖt ®é mµ nÕu lín h¬n nhiÖt ®é Êy tr¹ng th¸i h¬i sÏ kh«ng tån t¹i. Hay còng cã thÓ nãi r»ng ®ã lµ nhiÖt ®é kÓ tõ ®ã trë lªn mét chÊt khÝ kh«ng thÓ hãa láng khi ®¬n thuÇn bÞ nÐn. B¶ng 1.1 ®−a ra mét sè nhiÖt ®é tíi h¹n cña mét sè chÊt cã liªn quan tíi s−ëi vµ lµm l¹nh. Nh− vËy khÝ phôt cña tuabin (steam) sÏ lµ h¬i ë 100 oC nh−ng t¹i 500 oC th× lµ khÝ. B¶ng 1.1: NhiÖt ®é tíi h¹n 1 sè chÊt ChÊt NhiÖt ®é tíi h¹n ( oC) Oxigen (O2) -119 Kh«ng khÝ -141 CO2 31 Hamonia (NH3) 132 N−íc (H2O) 374 KhÝ quyÓn Thµnh phÇn cña khÝ quyÓn kh« vµ s¹ch lµ nh− sau: Nitrogen (N2) 78% Oxygen ( O2) 21% Dioxide Carbon ( CO2) vµ c¸c khÝ kh¸c 1% KhÝ quyÓn lµ mét tËp hîp c¸c khÝ cã trªn bÒ mÆt Tr¸i ®Êt. Ngoµi kh«ng khÝ ra khÝ quyÓn cßn chøa mét vµi phÇn tr¨m h¬i n−íc vµ chøa c¶ c¸c chÊt « nhiÔm. KhÝ quyÓn g©y ra mét ¸p suÊt trªn mÆt ®Êt phô thuéc vµo mËt ®é trung b×nh vµ chiÒu cao cña cét khÝ quyÓn. ¸p suÊt t¸c ®éng theo c¸c h−íng vµ biÕn ®æi theo vÜ ®é vµ ®iÒu kiÖn thêi tiÕt ®Þa ph−¬ng. Trªn mùc n−íc biÓn nã cã gi¸ trÞ b»ng 101,3 kPa vµ ®−îc ®o b»ng c¸c lo¹i khÝ ¸p kÕ. 8.§é Èm (Humidity) §é Èm tuyÖt ®èi: -§¹i l−îng f (g/m3): sè gram h¬i n−íc cã trong 1 m3 kh«ng khÝ. -Mét c¸ch biÓu diÔn kh¸c cña ®é Èm lµ dïng ¸p suÊt h¬i Èm e, tøc lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc trong ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn ®· biÕt. 5
  6. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) -§¹i l−îng dung Èm (moisture content), d cã ®¬n vÞ lµ g/kgkkk tÝnh b»ng l−îng h¬i Èm tÝnh b»ng kg hoÆc g ®èi víi 1 kg kh«ng khÝ kh«, kg/kgkkk. (kkk ®äc lµ kh«ng khÝ kh« ). V× ¸p suÊt h¬i Èm tØ lÖ thuËn tuyÕn tÝnh víi ®é Èm tuyÖt ®èi nªn hai thang sÏ vÏ song song víi nhau: d = 622 e (1.5) B0 − e hoÆc ng−îc l¹i d .B0 (1.6) e= 622 + d trong ®ã B0 lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn hay cßn gäi lµ gäi lµ khÝ ¸p, ®−îc lÊy b»ng 101,325 kPa ®èi víi “ khÝ quyÓn tiªu chuÈn”; e- ¸p suÊt h¬i Èm, kPa; d- dung Èm, g/kg kkk. §é Èm tuyÖt ®èi b·o hßa: Kh«ng khÝ kh«ng thÓ chøa h¬i n−íc bao nhiªu tïy ý ®−îc, mµ t¹i mét nhiÖt ®é cho tr−íc, kh«ng khÝ chØ cã thÓ chøa ®−îc mét l−îng h¬i n−íc tèi ®a nhÊt ®Þnh mµ th«i, ta gäi lµ kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i b·o hßa ( Saturaion). T¹i tr¹ng th¸i nµy c¶ 3 ®¹i l−¬ng f,e vµ d ®Òu cã gi¸ trÞ cùc ®¹i vµ ®−îc gäi lµ §é Èm tuyÖt ®èi b·o hßa vµ ®−îc ký hiÖu b»ng c¸c ch÷ hoa lµ F,E vµ D. §é Èm t−¬ng ®èi: ϕ = f x100% = d x100% = e x100% (1.4) F D E 9. §o ®é Èm: §é Èm t−¬ng ®èi tèt nhÊt nªn ®o b»ng Èm kÕ quay tay bÇu kh« vµ bÇu −ít hoÆc b»ng Èm kÕ c¸nh qu¹t ( H×nh 1.2.) §ã lµ dông cô gåm 2 nhiÖt kÕ. Mét nhiÖt kÕ cã bÇu ®−îc bäc trong mét miÕng g¹c b«ng thÊm −ít trong mét lä n−íc gièng nh− mét c¸i bÊc ®Ìn dÇu háa. §em quay trßn ( hoÆc c¸nh qu¹t quay ) ®Ó t¹o ra mét sù bay h¬i lín nhÊt, nhiÖt kÕ nµy sÏ chØ mét nhiÖt ®é gäi lµ nhiÖt ®é −ít (t¦). NhiÖt kÕ kia sÏ ®o nhiÖt ®é trong kh«ng khÝ hay cßn gäi lµ nhiÖt ®é kh« (tK). Chªnh lÖch tK - t¦ phô thuéc vµo møc h¹ thÊp cña nhiÖt kÕ −ít vµ nã cho biÕt ®é Èm cña kh«ng khÝ. Sù bay h¬i cña c¸i bÊc cã t¸c dông lµm l¹nh, do ®ã nhiÖt kÕ −ít sÏ gi¶m. L−îng bay h¬i tØ lÖ nghÞch víi ®é Èm. Khi kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i b·o hßa th× kh«ng bay h¬i ®−îc, kh«ng bÞ l¹nh ®i, thµnh thö tK = t¦. NÕu ®é Èm cµng thÊp th× sù bay h¬i x¶y ra cµng m¹nh, lµm l¹nh cµng nhiÒu vµ nhiÖt ®é −ít cµng gi¶m. II. BiÓu ®å tr¹ng th¸i kh«ng khÝ Èm (Psychrometric Chart) Kh«ng khÝ lµ hçn hîp cña oxygen vµ nitrogen, song khÝ quyÓn xung quanh ta lu«n Èm v× cã chøa mét l−îng h¬i n−íc. Mèi liªn hÖ gi÷a nhiÖt ®é kh« t, dung Èm d vµ Enthalpy (H) cña kh«ng khÝ Èm ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: 6
  7. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn ăn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) ư H = 0,24.t + (597 ,3 + 0,43.t ).d (1.2) khi H tÝnh theo kcal/kg.kkk, hoÆc H = 1,005.t + ( 2500 + 1,88.t ).d (1.3) khi H tÝnh theo kJ/kg.kkk trong ®ã: 0,24 kcal/kg.oC=1,005 kJ/kg.oC lµ tû cal/kg.oC=1,005 nhiÖt cña kh«ng khÝ kh«; 597,3 kcal/kg =2500 kJ/kg lµ nhiÖt Èn hãa h¬i cña n−íc ë 0oC, t- nhiÖt ®é, oC. NÕu chän d theo g/kg kkk th× ph¶i ®æi ra kg tøc lµ chia cho 1000 ). Tõ ph−¬ng tr×nh trªn dùng ®−îc biÓu ®å tr¹ng th¸i kh«ng khÝ Èm (H×nh 1.3). §−êng trªn cïng lµ ®−êng b·o hßa cho biÕt dung Èm lín nhÊt mµ kh«ng khÝ cã thÓ chøa ®−îc t¹i mét nhiÖt ®é x¸c ®Þnh, l−îng dung Èm nµy ®−îc gäi lµ ®é Èm tuyÖt ®èi b·o hßa, ký hiÖu lµ D. Mçi tung ®é cã thÓ chia nhá vµ ®−êng cong ia nèi c¸c ®iÓm nµy lµ ®−êng ®é Èm t−¬ng ®èi tÝnh theo %, tøc lµ tØ sè phÇn tr¨m cña ®é Èm b·o hßa. VÝ dô, ( dùa theo H×nh 1. vÏ ®Çy ®ñ 1.3 o mét biÓu ®å t-d) t¹i 25 C ®é Èm tuyÖt ®èi b·o hßa b»ng 20g/kg. Chia ®«i tung ®é nµy ta sÏ ®−îc 10 g/kg ®ã lµ mét nöa cña ®é Èm tuyÖt ®èi /kg b·o hßa hay ϕ=50%. NÕu e=2 kPa, d=(622 x 2)/(101,325 - 2)= 12,5 g/kg ( xem h×nh 1.3 ) §é dèc cña ®−êng t¦ trªn biÓu ®å nhiÖt Èm H×nh 1.2. Nguyªn lÝ Èm kÕ trïng víi nhiÖt ®é kh« ë trªn ®−êng b·o hßa. c¸nh qu¹t ( Asman) vµ Èm kÕ Khi tiÕn hµnh ®o, giao ®iÓm cña ®−êng DBT quay tay vµ WBT ®−îc ®¸nh dÊu trªn biÓu ®å; nã sÏ ®−îc xem nh− lµ mét ®iÓm tr¹ng th¸i, ®iÓm nµy cho biÕt c¶ hai gi¸ trÞ RH ( néi suy gi÷a c¸c ®−êng cong RH) vµ gi¸ trÞ AH ( ®äc ë trªn trôc tung ë bªn ph¶i ). ThÝ dô, (H×nh 1.3) nÕu ®o ®−îc DBT=29 oC vµ WBT=23 oC vµ ®em ®¸nh dÊu, ) hai ®−êng nµy sÏ c¾t nhau trªn ®−êng cong ϕ = 60%, cßn trªn trôc tung sÏ ®äc ®−îc AH ®óng b»ng 15 g/kg. Enthalpy (H) lµ nhiÖt l−îng cña kh«ng khÝ lÊy ®èi víi 0 oC vµ ®é Èm b»ng 0. Nã ®−îc ®o b»ng kJ/kg, tøc lµ nhiÖt l−îng cña 1 kg kh«ng khÝ. Nã cã 2 thµnh phÇn: nhiÖt hiÓn (HS) cÇn thiÕt ®Ó t¨ng nhiÖt ®é kh« ( xÊp xØ 1,005 kJ/kg.K) vµ nhiÖt Èn, ( HL) lµ l−îng nhiÖt cÇn ®Ó lµm cho n−íc bay h¬i t¹o thµnh dung Èm cña kh«ng khÝ. Bëi v× nh÷ng ®−êng Enthalpy=constant trïng víi c¸c ®−êng WBT ( thËt r lµ kh«ng hoµn ra toµn trïng h¼n ), nªn ®Ó tr¸nh lÉn lén, chóng ®−îc ®¸nh dÊu b»ng nh÷ng thang kÐp phÝa ë kh¸c, n»m ngoµi vïng biÓu ®å vµ ®−îc vÏ b»ng nh÷ng ®o¹n th¼ng ( H×nh 1. ). 1.3 7
  8. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn ăn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) ư NÕu Enthalpy lµ mét ®o¹n th¼ng chÐo kÓ tõ ®iÓm 0 oC vµ RH=0 tíi ®iÓm tr¹ng th¸i, th× thµnh phÇn n»m ngang chÝnh lµ HS vµ ®øng lµ HL. ThÓ tÝch riªng v cña kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i bÊt kú ®−îc biÓu diÔn trªn biÓu ®å b»ng mét tËp hîp nh÷ng ®−êng dèc ( H×nh 1. ). §¹i l−îng nµy ®−îc tÝnh b»ng thÓ 1.3 tÝch cña kh«ng khÝ lÊy ®èi víi 1 kg kh«ng khÝ kh« ( t¹i ¸p suÊt chuÈn), cã thø nguyªn lµ m3/kgd.a. §ã còng chÝnh lµ nghÞch ®¶o cña tØ träng, kg d.a./m3. H×nh 1.3. BiÓu ®å tr¹ng th¸i nhiÖt Èm cña kh«ng khÝ . 1.3.C¸c qu¸ tr×nh nhiÖt Èm: Tr¹ng th¸i cña kh«ng khÝ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng mét ®iÓm trªn biÓu ®å nhiÖt Èm. NÕu biÕt 2 th«ng sè bÊt kú trong 6 th«ng sè ( DBT, DWT, AH, RH, H vµ v) th× hoµn toµn cã thÓ dùa vµo biÓu ®å x¸c ®Þnh ®−îc c¸c th«ng sè cßn l¹i. C¸c qu¸ tr×nh nhiÖt Èm, tøc lµ c¸c qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng th¸i kh«ng khÝ, ®−îc biÓu diÔn b»ng sù dÞch chuyÓn cña ®iÓm tr¹ng th¸i trªn biÓu ®å. 8
  9. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn ăn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) ư H×nh 1.9. Lµm m¸t vµ s−ëi H×nh 1.10. Lµm m¸t khö Èm Sù di chuyÓn cña ®iÓm tr¹ng th¸i Qu¸ tr×nh s−ëi vµ lµm m¸t (Heating and Cooling) : Qu¸ tr×nh s−ëi ®−îc biÓu diÔn b»ng sù dÞch chuyÓn ®iÓm tr¹ng th¸i theo chiÒu ngang sang ph¶i. Trong khi DBT t¨ng th× dung Èm kh«ng thay ®æi, cßn ®é Èm t−¬ng ®èi gi¶m xuèng ( H×nh 1.9 ). Qu¸ tr×nh lµm l¹nh sÏ gi¶m DBT, ®iÓm tr¹ng th¸i sÏ dÞch chuyÓn theo chiÒu ngang vÒ bªn tr¸i. Qu¸ tr×nh nµy lµm t¨ng RH, nh−ng AH kh«ng thay ®æi. Qu¸ tr×nh lµm m¸t khö Èm - lµm l¹nh kh«( Dehumdification): NÕu qu¸ tr×nh lµm l¹nh tiÕp tôc dÞch chuyÓn ®iÓm tr¹ng th¸i vÒ phÝa bªn tr¸i ®¹t ®Õn ®−êng b·o hßa c th× sÏ b¾t ®Çu x¶y ra qu¸ tr×nh ng−ng tô. T¹i giao ®iÓm cña ®−êng ngang víi ®−êng b·o hßa cã thÓ ®äc ®−îc nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng ( Dew Point Temperature DPT ) øng víi AH cho tr−íc. Trong vÝ dô nãi Temperature- trªn nã lµ kho¶ng 20,5 oC. T¹i ®iÓm nµy, RH sÏ b»ng 100%. NÕu kh«ng khÝ tiÕp tôc ®−îc lµm l¹nh xuèng d−íi ®iÓm nµy th× sÏ b¾t ®Çu x¶y ra sù ng−ng tô Èm, s−¬ng mï b¾t ®Çu xuÊt hiÖn. D−íi ®iÓm s−¬ng, ®iÓm tr¹ng th¸i sÏ ®i däc ®−êng b·o hßa vµ ®é Èm tuyÖt ®èi gi¶m theo ®−êng th¼ng ®øng vµ sÏ x¶y ra ng−ng tô. uyÖt H×nh 1.11. Lµm m¸t bèc h¬i H×nh 1.12. Khö Èm ®o¹n nhiÖt TiÕp tôc vÝ dô trªn, kh«ng khÝ ë 29 oC cã dung Èm 15,2 g/kg ( RH= 60%) cã ®iÓm s−¬ng t¹i 20,5 oC, nÕu nã tiÕp tôc ®−îc lµm l¹nh xuèng 15 oC th× t¹i ®iÓm nµy ( ®· b·o hßa) AH sÏ b»ng 10,5 g/kg, nh− vËy sù chªnh lÖch 15,2 10,5=4,7 g/kg chÝnh lµ 15,2-10,5=4,7 l−îng h¬i Èm ®−îc ng−ng tô d−íi d¹ng chÊt láng ( H×nh 1.10 ). Lµm m¸t bèc h¬i: Phun Èm( Evaporative Cooling: Humidification , tøc lµ qu¸ Cooling: Humidification) tr×nh bay h¬i Èm vµo mét khèi l−îng kh«ng khÝ theo mét qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt nÕu kh«ng cã sù bæ sung hoÆc mÊt nhiÖt l−îng. Qu¸ tr×nh nµy lµm gi¶m DBT nh−ng l¹i t¨ng ®é Èm ( c¶ RH lÉn AH). §iÓm tr¹ng th¸i di chuyÓn vÒ phÝa t tr¸i, däc ®−êng WBT (H×nh 1.11). 9
  10. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) Qu¸ tr×nh khö Èm ®o¹n nhiÖt ( Adiabatic Dehumidification) x¶y ra khi kh«ng khÝ ®i qua mét sè hãa chÊt hÊp thô ( chÊt r¾n, nh− silicagel, hoÆc chÊt láng nh− phun glycol – glycol spray), qu¸ tr×nh nµy khö bít mét sè l−îng Èm ( b»ng c¸ch hÊp thô hoÆc b¸m dÝnh- adsorption). Qu¸ tr×nh nµy sÏ táa nhiÖt, thµnh thö DBT sÏ t¨ng, trong khi ®é Èm ( c¶ AH lÉn RH) l¹i gi¶m ®i. (H×nh 1.12) Enthalpy, kJ/kg Dung Èm, g/kg HA HC HB ϕ=100 A dA ϕA C dC ϕC ϕB dB B tB tC tA NhiÖt ®é kh«, oC H×nh 1.13. Qu¸ tr×nh trén khÝ Qu¸ tr×nh trén khÝ ( Mixing process ): NÕu cã hai dßng khÝ víi l−u l−îng khèi • • m A vµ m B , nhiÖt ®é kh« tA vµ tB , Enthalpy HA vµ HB trén vµo víi nhau th×, dùa vµo h×nh vÏ (H×nh 1.13) vµ ¸p dông quy t¾c tam gi¸c ®ång d¹ng, cã thÓ dÔ dµng t×m ®−îc c¸c biÓu thøc sau: • • • • m A t A + m B t B = ( m A + m B )t C (1-7) • • • • m A H B + m A H B = ( m A + mB ) HC (1-8) Do ®ã : • • m A t A + mB t B tC = • • (1-9) m A + mB • • m A H A + mB H B HC = • • (1-10) m A + mB §Ó x¸c ®Þnh tC HC vµ c¶ dC n÷a còng cã thÓ dïng c¸ch sau: trªn biÓu ®å t-d nèi 2 ®iÓm tr¹ng th¸i b»ng mét ®−êng th¼ng, sau ®ã chia ®o¹n th¼ng theo tû lÖ nghÞch víi • • m A vµ m B , tøc lµ ®iÓm C n»m trªn ®−êng th¼ng AB chia AB thµnh 2 ®o¹n tØ lÖ nghÞch víi khèi l−îng kh«ng khÝ kh« cña 2 tr¹ng th¸i A vµ B, tøc lµ: • CA m B (1.11) = • CB m A Bµi tËp: Mét dßng khÝ Èm cã l−u l−îng 30 m3/min ( 30 m3 trong 1 phót), nhiÖt ®é kh« DBT=15 oC vµ nhiÖt ®é −ít WBT= 12 oC ®−îc hßa trén víi mét dßng khÝ Èm kh¸c cã l−u l−îng 12 m3/min, nhiÖt ®é kh« DBT=35 oC vµ nhiÖt ®é −ít WBT= 27 oC. H·y x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè nhiÖt Èm cña hçn hîp khÝ b»ng c¸ch ¸p dông biÓu ®å t-d vµ c¸c c«ng thøc ®· häc. 10
  11. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) Gi¶i: Tra trªn biÓu ®å t-d t×m thÊy kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i A cã: tK,A=15 oC, t¦,A=12 oC, RH=70%, dA=7,5 g/kg , HA=34 kJ/kg, vA=0,825 m3/kg d.a; kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i B cã tK,B=35 oC, t¦,B=27 oC, RH=54%, dB=19,5 g/kg , HB=86 kJ/kg, vB=0,900 m3/kg d.a. Khèi l−îng kh«ng khÝ kh« cña tr¹ng th¸i A b»ng: mA=30/0,825=36,3636 kg d.a. Khèi l−îng kh«ng khÝ kh« cña tr¹ng th¸i B b»ng: mB=12/0,900=13,3333 kg d.a. Khèi l−îng kh«ng khÝ kh« cña tr¹ng th¸i hç hîp ( tr¹ng th¸i C) b»ng: mA = mA+ mB = 36,3636 + 13,3333 =49,6969 kg d.a. Nh− vËy cña hçn hîp khÝ sÏ cã nhiÖt ®é t C = 36,3636 .15 + 13,3333 .35 = 20,36 O C 36,3636 + 13,3333 dung Èm d C = 36,3636 .7,5 + 13,3333 .19,5 = 10,72 kgd .a. 36,3636 + 13,3333 vµ Enthalpy H C = 36,3636 . 34 + 13,3333 . 86 = 47,95 kJ / kg 36,3636 + 13,3333 Trªn biÓu ®å t-d ®iÓm tr¹ng th¸i C sÏ n»m gÇn ®−êng RH=72 %, do ®ã ϕC=73 % 11
  12. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) Ch−¬ng I1 KhÝ hËu I MÆt trêi vµ bøc x¹ mÆt trêi 1. Tr¸i ®Êt quay quanh MÆt trêi MÆt trêi lµ mét khèi kh«ng khÝ nãng khæng lå, cã nhiÖt ®é bÒ mÆt kho¶ng o 6000 K, liªn tôc ph¸t n¨ng l−îng nhiÖt ra xung quanh d−íi d¹ng tia bøc x¹ vµ truyÒn ®i bèn ph−¬ng d−íi d¹ng sãng ®iÖn tõ. Tr¸i ®Êt chóng ta chØ nhËn ®−îc kho¶ng 1/2.200.000.000 tæng l−îng bøc x¹ mÆt trêi. Së dÜ mÆt trêi cã nguån n¨ng l−îng lín nh− vËy lµ v× ë ®ã cã qu¸ tr×nh ph¶n øng nhiÖt h¹ch liªn tôc tõ nguyªn tö hy®r« biÕn thµnh nguyªn tö hªli. Trong th¸i d−¬ng hÖ, mÆt trêi lµ hÖ ®øng yªn. Tr¸i ®Êt quay xung quanh mÆt trêi mét n¨m ®−îc mét vßng vµ nã tù quay quanh m×nh nã mét vßng trong mét ngµy ®ªm. Trôc tù quay cña tr¸i ®Êt lµm víi mÆt ph¼ng cña quü ®¹o tr¸i ®Êt quay quanh mÆt trêi mét gãc nghiªng lµ 66o33’. V× vËy mµ gãc cña tia mÆt trêi chiÕu xuèng mçi ®iÓm trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt lu«n thay ®æi trong n¨m, t¹o thµnh hiÖn t−îng ngµy ®ªm dµi ng¾n kh¸c nhau, còng nh− t¹o thµnh bèn mïa Xu©n, H¹, Thu, §«ng. Trªn h×nh 1.1, khi tr¸i ®Êt ë vÞ trÝ A th× tia chiÕu cña mÆt trêi lµm víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o mét gãc vÒ phÝa b¾c δ = 90o – 66o33’ = 23o27’ vÒ phÝa b¾c, δ gäi lµ xÝch vÜ ( hoÆc gãc xÝch vÜ- declination ). Trong ngµy nµy (21/6) vµo gi÷a tr−a ë B¾c B¸n cÇu mÆt trêi ë vÞ trÝ cao nhÊt, ban ngµy dµi nhÊt, ta gäi lµ ngµy H¹ chÝ, cßn ë Nam B¸n cÇu th× l¹i lµ ngµy §«ng chÝ. 12
  13. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) ~22/6 ~22/3 v 23/9 ~22/6 H¹ ChÝ Xu©n, Thu ph©n §«ng ChÝ D A Vß n Vß n gB gB ¾c c ¾c c ùc ùc ChÝ ChÝ tuy tuy Õ nB Õn ¾c B¾c XÝ c XÝc h® h ®¹ ¹o o ChÝ Ch Ý tuy tuy Õn N Õn N am am Vß n Vßn gN gN am am c− c cùc C B H×nh 2.1. Quy luËt chuyÓn ®éng cña tr¸i ®Êt quay xung quanh mÆt trêi Khi tr¸i ®Êt ë vÞ trÝ B, tia mÆt trêi chiÕu song song víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o (δ = 0), ®ªm ngµy dµi b»ng nhau, ta gäi lµ ngµy Thu ph©n (23/IX). Khi tr¸i ®Êt ë vÞ trÝ C, tia mÆt trêi chiÕu lÖch vÒ phÝa nam mÆt ph¼ng xÝch ®¹o mét gãc δ = -23o27’, trong ngµy nµy, ë B¾c B¸n cÇu n¨ng l−îng bøc x¹ chiÕu trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt sÏ nhá nhÊt vµ ®ªm dµi, ngµy ng¾n, ®ã lµ ngµy §«ng chÝ (22/XII), ë Nam B¸n cÇu, ng−îc l¹i, lµ ngµy H¹ chÝ. Khi tr¸i ®Êt ë vÞ trÝ D, tia mÆt trêi l¹i chiÕu song song víi mÆt ph¼ng xÝch ®¹o, (δ = 0), ngµy ®ªm dµi b»ng nhau, ®ã lµ ngµy Xu©n ph©n (21/III). Trong c¸c ngµy kh¸c trong n¨m gãc gi÷a tia chiÕu cña bøc x¹ mÆt trêi vµ mÆt ph¼ng xÝch ®¹o thay ®æi tõ δ = 23o27’ ®Õn – 23o27’. 2. ChuyÓn ®éng biÓu kiÕn cña mÆt trêi Theo ®Þnh luËt chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi, chóng ta cã thÓ xem nh− trong mét ngµy ®ªm, mÆt trêi quay mét vßng trßn quanh tr¸i ®Êt. §øng ë ®iÓm A trªn mÆt ®Êt cã vÜ ®é ϕ quan s¸t mÆt trêi chuyÓn ®éng, ta thÊy nh− sau (h×nh 1.2): trong mét ngµy mÆt trêi chuyÓn ®éng trªn mét vßng trßn ph¼ng, khi mÆt trêi ë trªn mÆt ph¼ng ch©n trêi lµ ban ngµy vµ khi xuèng thÊp d−íi ch©n trêi lµ ban ®ªm. 13
  14. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) H×nh 2.2- H×nh chiÕu cña quü ®¹o biÓu kiÕn trªn mÆt ph¼ng ch©n trêi Trªn h×nh 2.2 : 3 ®−êng chuyÓn ®éng biÓu kiÕn cña mÆt trêi trong ngµy H¹ chÝ ngµy Xu©n ph©n, Thu ph©n vµ ngµy ®«ng chÝ. Ta coi mÆt trêi chuyÓn ®éng ®Òu trong mét ngµy ®ªm vµ nh− vËy cø mét giê 360 o mÆt trêi ®i ®−îc mét cung b»ng = 15o trªn vßng vËn ®éng cña nã. Giê nµy gäi lµ 24giê giê trung b×nh cña mÆt trêi (gäi t¾t lµ giê mÆt trêi). Giê mÆt trêi kh«ng trïng víi giê hµnh chÝnh th−êng dïng hµnh ngµy. VÝ dô ë n−íc ta, lÊy giê trung b×nh mÆt trêi ë kinh tuyÕn 105o §«ng (kinh tuyÕn qua Hµ Néi lµ 105o45) lµm giê hµnh chÝnh chung cho c¶ n−íc. Nh− vËy giê hµnh chÝnh ë n−íc ta sím 105 h¬n giê hµnh chÝnh ë Anh (kinh tuyÕn Greenwich) lµ = 7 giê vµ sím h¬n giê hµnh 15 o 105 - 45 chÝnh cña n−íc Nga (Moskva) lµ = 4giê . 15 Vµo ngµy Xu©n ph©n (21/III) vµ Thu ph©n (23/IX), mÆt trêi mäc ë ®óng h−íng §«ng vµ lóc 6 giê s¸ng (giê trung b×nh mÆt trêi) vµ vµo lóc 18 giê chiÒu th× lÆn ë ®óng h−íng T©y. Trong c¸c ngµy kh¸c, mÆt ph¼ng chuyÓn ®éng cña mÆt trêi dÞch chuyÓn dÇn vÒ phÝa B¾c (tõ 21III ®Õn 23/IX), hoÆc vÒ Nam (tõ 23/IX ®Õn 21/III). T¹i c¸c ®Þa ®iÓm ë B¾c B¸n cÇu th× tõ 21/III ®Õn 23/IX ngµy dµi h¬n ®ªm, tõ 23/IX ®Õn 21/III, ®ªm dµi h¬n ngµy. T¹i c¸c ®iÓm ë Nam B¸n cÇu th× ng−îc l¹i. T¹i c¸c ®iÓm trªn ®−êng xÝch ®¹o ngµy vµ ®ªm lu«n lu«n b»ng nhau vµ b»ng 12 giê. ë B¾c cùc vµ Nam cùc, trong mét n¨m cã 6 th¸ng ngµy liÒn vµ 6 th¸ng ®ªm liÒn. VÞ trÝ cña mÆt trêi trªn bÇu trêi vµo mét thêi ®iÓn bÊt k× ®−îc x¸c ®Þnh b»ng hai to¹ ®é cÇu lµ gãc ®é cao “h” vµ gãc ph−¬ng vÞ “A” (h×nh 2.3). 14
  15. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) H×nh 2.3 Täa ®é mÆt trêi tõ vÞ trÝ quan s¸t Tõ c¸c c«ng thøc quan hÖ trong tam gi¸c cÇu “vÜ ®é ϕ, xÝch vÜ δ vµ gãc thêi gian Z” cã thÓ tÝnh ®−îc hai to¹ ®é ®ã b»ng c¸c c«ng thøc sau: Sinh = sinδ.sinϕ + cosδ.cosϕ.cosZ (2.1) cos δ sinZ sin AΘ = (2.2) cos h Θ sinh sin ϕ − sin δ hay cos A = (2.3a) cos h cos ϕ h – gãc ®é cao mÆt trêi (gãc gi÷a tia mÆt trêi víi mÆt ph¼ng ch©n trêi); ϕ - vÜ ®é cña ®Þa ®iÓm quan s¸t; A – gãc ph−¬ng vÞ cña mÆt trêi (gãc hîp bëi h×nh chiÕu cña tia mÆt trêi xuèng mÆt ph¼ng ch©n trêi víi ph−¬ng Nam chän lµm gèc cã A =0o); Z – gãc giê, tÝnh nh− sau: lóc 12 giê (giê trung b×nh mÆt trêi) th× Z = 0, cø tr−íc hay sau ®ã mét giê lÊy Z = 15o. VÝ dô lóc 14 giê 20’. 1 Z = 2 × 15 + .15 o = 35 o 3 gãc xÝch vÜ δ tÝnh theo c«ng thøc 360 .( 284 + M ) δ = 23 o 27 ' sin 365 trong ®ã M lµ sè thø tù ngµy kÓ tõ ngµy 1/1 ®Õn 31/12, tøc lµ ngµy 1/1 cã M=1, 2/1 cã M=2, ..., 31/1 cã M=31, 1/2 cã M=32,.. 28/2 cã M=59, v.v.... Tõ c¸c c«ng thøc trªn, cã thÓ suy ra c«ng thøc ®Ó tÝnh ®é dµi cña ngµy, gãc ph−¬ng vÞ cña mÆt trêi lóc mäc vµ lÆn, còng nh− ®é cao cña mÆt trêi lóc 12 giê tr−a nh− sau: - Gãc ph−¬ng vÞ cña mÆt trêi khi mäc (hay lÆn): tõ c«ng thøc (1.3a), cho h = 0, ta cã: sin δ cos Ao = − (2.3b) cos ϕ - §é cao mÆt trêi lóc 12 giê tr−a: tõ c«ng thøc (1.1), cho cos Z = 0, cã: h = 90o - ϕ + δ (2.4) 15
  16. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) - Giê mÆt trêi mäc hay lÆn: tõ c«ng thøc tÝnh giê trung b×nh cña mÆt trêi, khi sin h - sin δ sin ϕ ®· biÕt ®é cao mÆt trêi lµ cos Z = , cho h = 0 ta sÏ ®−îc cos δ cos ϕ c«ng thøc tÝnh giê mÆt trêi mäc hay lÆn. cos Z = - tgϕ tgδ (2.5) §Ó gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n vÒ che n¾ng, chiÕu n¾ng, x¸c ®Þnh bãng ®æ.v.v… ng−êi ta biÓu diÔn ®−êng ®i cña mÆt trêi qua c¸c ngµy th¸ng trong n¨m trªn mét biÓu ®å gäi lµ biÓu ®å chuyÓn ®éng biÓu kiÕn cña mÆt trêi. Nguyªn t¾c biÓu diÔn lµ chiÕu vÞ trÝ cña mÆt trêi lªn mÆt ph¼ng ch©n trêi cña ®Þa ph−¬ng ( h×nh 2.3). Cã nhiÒu c¸ch chiÕu nªn cã nhiÒu d¹ng biÓu ®å, kiÓu hay dïng nhÊt ®−îc giíi thiÖu ë phô lôc 1. H×nh 2.4- BiÓu ®å quü ®¹o chuyÒn ®éng biÓu kiÕn cña mÆt trêi ( biÓu ®å mÆt trêi) t¹i Hµ Néi 16
  17. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn ăn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) ư B¶ng 2.1: Täa ®é mÆt trêi (h , A ) trong c¸c ngµy ®Æc tr−ng t¹i Hµ Néi ( Gi¸ trÞ c¸c gãc tÝnh b»ng ®é ) Xu©n, Thu – ph©n §«ng chÝ H¹ chÝ Giê h A h A h A 6 0,0 90,0 - - 8,2 112,0 7 14,0 84,5 4,5 62,7 21,4 107,9 8 27,8 78,3 16,6 56,0 34,8 104,6 9 41,3 70,3 27,6 47,0 48,4 102,1 10 54,0 58,2 36,8 35,0 62,2 100,7 11 64,4 36,8 43,2 19,0 75,9 102,8 12 69,0 360,0 45,6 360,0 87,6 180,0 17
  18. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) 13 64,4 323,2 43,2 341,0 75,9 257,2 14 54,0 301,8 36,8 325,0 62,2 259,3 15 41,3 289,7 27,6 313,0 48,4 257,9 16 27,8 281,7 16,6 304,0 34,8 255,4 17 14,0 275,5 4,5 297,3 21,4 252,1 18 0,0 270,0 - - 8,2 248,0 H×nh 2.5- Quü ®¹o biÓu kiÕn cña mÆt trêi t¹i hai vßng b¾c cùc vµ nam cùc T¹i nh÷ng ®Þa ph−¬ng n»m gÇn c¸c vßng b¾c cùc hay nam cùc ( nh− St- Peterburg ch¼ng h¹n ), ban ngµy mïa ®«ng rÊt ng¾n thËm chÝ b»ng 0 giê, cßn ban ngµy mïa hÌ rÊt dµi cã thÓ tíi 24 giê. T¹i nh÷ng ®Þa ph−¬ng nµy, nh÷ng ngµy gÇn h¹ chÝ th−êng gäi lµ nh÷ng ®ªm tr¾ng.( H×nh 2.5). Kh¸c víi Hµ Néi, t¹i nh÷ng ®Þa ph−¬ng nµy mÆt trêi kh«ng bao giê ®i qua ®Ønh ®Çu, v× vËy trong c¸c c«ng tr×nh x©y dùng cã thÓ lÊy ¸nh s¸ng b»ng c¸c cöa kiÓu giÕng trêi mµ kh«ng bÞ n¾ng chiÕu vµo nhµ. 3.Bøc x¹ mÆt trêi Quang phæ bøc x¹ mÆt trêi chiÕu xuèng tr¸i ®Êt cã b−íc sãng λ = 0,17 ®Õn 4µm, víi n¨ng l−îng bøc x¹ tËp trung trong kho¶ng b−íc sãng tõ 0,4 ®Õn 1µm (1µm = 10-6m) trong ®ã 50% n¨ng l−îng bøc x¹ n»m trong vïng tia nh×n thÊy (¸nh s¸ng) (λ = 0,38 ≈ 0,76µm), 43% n»m trong phÇn hång ngo¹i (λ > 0,76µm) vµ 7% trong phÇn tö ngo¹i (λ < 0,38µm). ë ngoµi khÝ quyÓn, bøc x¹ mÆt trêi cùc ®¹i ë b−íc sãng λ = H×nh 2.6- Bøc x¹ mÆt trêi trùc tiÕp khuÕch 0,47µm (n»m gi÷a mµu xanh biÕc vµ t¸n vµ tæng céng. mµu da cam). Quang phæ bøc x¹ ë gÇn mÆt ®Êt ®−îc giíi h¹n trong ph¹m vi b−íc sãng λ = 0,29 ≈ 4,0µm vµ cùc ®¹i ë b−íc sãng λ = 0,56µm (mµu da cam). 18
  19. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) N¨ng l−îng bøc x¹ mÆt trêi ®−îc ®o b»ng ®¬n vÞ calo hay Watt. Sè nhiÖt l−îng mµ mét ®¬n vÞ bÒ mÆt th¼ng gãc víi tia mÆt trêi nhËn ®−îc trong mét ®¬n vÞ thêi gian gäi lµ c−êng ®é bøc x¹ mÆt trêi (®o b»ng W/m2 hay calo/cm2.phót). Bøc x¹ mËt trêi xuyªn qua tÇng khÝ quyÓn sÏ bÞ hÊp thô mét phÇn do c¸c h¹t n−íc, bôi, khãi, khÝ CO2, «z«n, vµ c¸c phÇn tö kh«ng khÝ, mét phÇn bÞ m©y ph¶n x¹ vµ phÇn lín cßn l¹i sÏ chiÕu xuèng mÆt ®Êt. Sau khi hÊp thô bøc x¹ mÆt trêi, khÝ quyÓn nãng lªn vµ trë thµnh vËt bøc x¹ ph¸t nhiÖt xuèng mÆt ®Êt, l−îng nhiÖt nµy cïng víi phÇn bøc x¹ mÆt trêi bÞ khÝ quyÓn khuyÕch t¸n chiÕu xuèng tr¸i ®Êt, gäi lµ bøc x¹ khuyÕch t¸n (t¸n x¹). Do ®ã tæng l−îng bøc x¹ mÆt trêi (J) chiÕu xuèng ®Õn mÆt ®Êt gåm 2 thµnh phÇn: trùc x¹ (S) vµ t¸n x¹ (D) J=S+D (2.6) b. Trùc x¹ Trùc x¹ lµ bøc x¹ mÆt trêi do c¸c tia n¾ng xuyªn qua khÝ quyÓn chiÕu trùc tiÕp xuèng mÆt ®Êt sinh ra. Khi xuyªn qua khÝ quyÓn mét phÇn n¨ng l−îng cña tia bøc x¹ mÆt trêi bÞ khuyÕch t¸n vµ hót mÊt, nªn c−êng ®é cña nã gi¶m ®i. Së dÜ cã hiÖn t−îng nµy lµ v× khÝ quyÓn th−êng kh«ng trong suèt. §Æc tr−ng cho tÝnh chÊt ®ã cña khÝ quyÓn ng−êi ta dïng hÖ sè trong suèt p. Kh«ng khÝ cµng Èm, trêi cµng ©m u th× hÖ sè p cµng nhá. ë ®ång b»ng B¾c bé vµo mïa xu©n (th¸ng II – IV) cã p ~ 0,6 [22], mïa §«ng (th¸ng XI n¨m tr−íc ®Õn th¸ng I n¨m sau) cã p = 0,75, cßn vµo mïa HÌ vµ mïa Thu trÞ sè p xÊp xØ b»ng 0,7. HÖ sè trong suèt cña khÝ quyÓn ë miÒn nói, trung du lín h¬n ë vïng ®ång b»ng. BÇu trêi thÞ trÊn Sa Pa cã p = 0,8. ë c¸c thµnh phè c«ng nghiÖp, do kh«ng khÝ cã nhiÒu bôi khãi nªn hÖ sè p th−êng nhá h¬n ë n«ng th«n. Gäi S⊥ lµ trùc x¹ chiÕu lªn mÆt ph¼ng th¼ng gãc víi tia mÆt trêi. TrÞ sè S⊥ phô thuéc gãc cao mÆt trêi vµ ®é trong suèt cña khÝ quyÓn cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc hoÆc lÊy theo sè liÖu ®o t¹i Tr¹m KhÝ t−îng: Trùc x¹ chiÕu lªn c¸c mÆt ph¼ng bÊt kú bao giê còng b»ng trÞ sè S⊥ nh©n víi cosin cña gãc gi÷a ph¸p tuyÕn cña mÆt ph¼ng Êy vµ h−íng cña tia n¾ng. Sθi = S⊥ .cos(θi) (2.9) trong ®ã θi - lµ gãc gi÷a ph¸p tuyÕn cña mÆt ph¼ng vµ h−íng cña tia n¾ng. Tr−êng hîp tæng qu¸t tÝnh cho mÆt ph¼ng nghiªng mét gãc β so víi mÆt ngang, dùa theo c¸c c«ng thøc gi¶i tam gi¸c cÇu dÔ dµng t×m ®−îc cos(θi) lµ : cos(θi) = cos h .cos(A - a). sinβ + sin h .cosβ (2.10) β- gãc nghiªng cña mÆt ph¼ng nghiªng so víi mÆt ph¼ng ngang h - gãc ®é cao mÆt trêi; A - gãc ph−¬ng vÞ mÆt trêi; a – gãc hîp bëi ph¸p tuyÕn cña mÆt t−êng vµ h−íng Nam hay cã thÓ gäi lµ gãc ph−¬ng vÞ cña ph¸p tuyÕn t−êng; Khi β=0 th× ta cã trùc x¹ trªn mÆt n»m ngang: Sng=S⊥ . sin h (2.11) Khi β=90o ta cã trùc x¹ trªn mÆt ph¼ng th¼ng ®øng: S®g=S⊥ . cos h .cos(A - a) (2.12) MÆt t−êng h−íng Nam cã a = 0 nªn: Sn =S⊥ . cos h .cos A (2.13) o MÆt t−êng h−íng B¾c cã a = 180 nªn: Sb= S⊥ . cos h . cos A (2.14) 19
  20. GVCC. PTS. Nguy n Văn Muôn V T LÝ KI N TRÚC–Ph n 1: Môi trư ng nhi t m (11/2011) MÆt t−êng h−íng §«ng cã a = 90o nªn: S®= S⊥ . cos h .sin A (2.15) o MÆt t−êng h−íng T©y cã a = 270 nªn: St = S⊥. cos h .sin A (2.16) Trong khi tÝnh to¸n theo c«ng thøc (2.12) cÇn chó ý r»ng khi (AO- a) > O 90 ,th× gi¸ trÞ cos (AO- a) sÏ ©m, do ®ã thµnh phÇn trùc x¹ lóc nµy sÏ mang gi¸ trÞ ©m, Trong tr−êng hîp nµy ph¶i coi trùc x¹ b»ng zero v× tia n¾ng mÆt trêi kh«ng chiÕu vµo mÆt t−êng mµ chiÕu vµo phÝa sau. c.T¸n x¹ T¸n x¹ (bøc x¹ khuÕch t¸n) chÝnh lµ bøc x¹ tõ bÇu trêi chiÕu xuèng. Trong ®iÒu kiÖn cã m©y, t¸n x¹ th−êng t¨ng lªn rÊt nhiÒu so víi khi trêi quang m©y. C−êng ®é t¸n x¹ khi trêi cã m©y phô thuéc l−îng m©y vµ d¹ng m©y (m©y tÇng thÊp, m©y tÇng trung, m©y tÇng cao). ë n−íc ta, khÝ hËu Èm −ít, t¸n x¹ lín h¬n ë c¸c n−íc nãng kh«. T¸n x¹ trªn mÆt ph¼ng nghiªng lµm víi mÆt ph¼ng ngang mét gãc β ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh− sau: (1 + cos β ) Dβ = Dng (2.17) 2 Khi ®· biÕt t¸n x¹ trªn mÆt ph¼ng n»m ngang (Dng) ta cã thÓ dïng biÓu ®å tra ra Thay β=90 o nhËn ®−îc gi¸ trÞ t¸n x¹ trªn mÆt ®øng b»ng 1/2 t¸n x¹ trªn mÆt ngang. d. TÝnh tæng x¹ HÇu hÕt c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu trªn thÕ giíi ®Òu dùa trªn c¬ së sö dông c¸c h»ng sè cña ph−¬ng tr×nh håi quy gi÷a bøc x¹ tæng céng ngµy trung b×nh th¸ng víi tØ sè t−¬ng ®èi cña tæng sè giê n¾ng trong ngµy trung b×nh th¸ng trªn tæng sè giê n¾ng trung b×nh ngµy kh¶ dÜ ®Ó x¸c ®Þnh l−îng bøc x¹ tæng céng ngµy trung b×nh th¸ng. D¹ng c¬ b¶n cña ph−¬ng tr×nh nµy lµ ph−¬ng tr×nh håi quy tuyÕn tÝnh cña Ångström Q n = 0,29. cos Φ + 0,52 (2.18) QS N Qs=36 MJ/m2.ngµy, lµ bøc x¹ trùc tiÕp ( hoÆc gäi lµ bøc x¹ tæng céng ) trung b×nh ngµy trªn mÆt ngang ë ngoµi tÇng khÝ quyÓn. Φ- vÜ ®é ®Þa lý n- tæng sè giê n¾ng trong th¸ng, giê ar cos( − tgφ .tgδ ) N – tæng sè giê n¾ng kh¶ dÜ trong ngµy, giê N = 2. 15 Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cã thÓ lÊy tæng sè giê n¾ng trong th¸ng theo c¸c tµi liÖu khÝ hËu (QCXDVN 02 : 2008/BXD- Sè liÖu ®iÒu kiÖn tù nhiªn dïng trong x©y dùng). D−íi ®©y lµ gi¸ trÞ tÝnh to¸n ttæng x¹ theo c«ng thøc (2.18 )cho Hµ Néi, §µ N½ng vµ Sµi Gßn. B¶ng Bøc x¹ tæng x¹ tÝnh to¸n cho Hµ Néi Q Th¸ng n, giê N, giê n/N MJ/m2.ngµy 1 2,4 10,9 0,22 13,85 2 1,7 11,3 0,15 12,54 3 1,5 11,9 0,13 12,15 4 3,0 12,5 0,24 14,26 5 5,9 13,0 0,45 18,25 6 5,7 13,3 0,43 17,82 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2430 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2