Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều hòa không khí & thông gió cho văn phòng PECC2

Đồ án tốt nghiệp trình bày chi tiết quy trình tính toán, thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió cho tòa nhà văn phòng PECC2.

• Tác giả: Huỳnh Bảo Anh
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Bá Tân
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
• Đề tài: Tính Toán, Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Và Thông Gió Cho Tòa Văn Phòng PECC2
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Văn Phòng

Hệ thống điều hòa không khí và thông gió văn phòng là giải pháp quan trọng để tạo môi trường làm việc thoải mái và hiệu suất cao. Đồ án này tập trung vào thiết kế, lựa chọn thiết bị phù hợp và tối ưu hóa hiệu năng năng lượng cho các không gian công sở hiện đại. Một hệ thống tốt không chỉ điều chỉnh nhiệt độ mà còn kiểm soát độ ẩm, chất lượng không khí và lưu thông không khí hiệu quả.

1.1. Định Nghĩa Và Tầm Quan Trọng

Hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) là công nghệ quản lý khí hậu cho không gian nội thất. Tầm quan trọng của nó bao gồm: duy trì nhiệt độ phù hợp 22-24°C, kiểm soát độ ẩm 40-60%, loại bỏ ô nhiễm không khí, giảm tiếng ồn và tiêu thụ năng lượng hiệu quả. Một hệ thống tốt nâng cao năng suất lao động lên 10-15% và cải thiện sức khỏe nhân viên.

1.2. Yêu Cầu Thiết Kế Cơ Bản

Thiết kế hệ thống điều hòa văn phòng phải xem xét: diện tích và bố cục không gian, số lượng nhân viên, phương hướng tòa nhà, cử động mặt trời, và cấu trúc kiến trúc. Cần tính toán chi tiết tải lạnh, lựa chọn máy lạnh phù hợp, thiết kế ống dẫn hợp lý, và lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh để tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng.

II. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống

Hệ thống điều hòa văn phòng bao gồm nhiều thành phần kỹ thuật phức tạp hoạt động theo từng chức năng riêng. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất tổng thể của toàn bộ hệ thống. Sự lựa chọn đúng đắn các thành phần và chất lượng sản phẩm quyết định độ bền, hiệu quả năng lượng và chi phí vận hành lâu dài.

2.1. Đơn Vị Ngoài Trời Outdoor Unit

Đơn vị ngoài trời là bộ phận chứa động cơ nén, tụ ngưng và quạt ngoài. Chức năng chính là cấp lạnh và loại bỏ nhiệt thừa ra ngoài. Việc lựa chọn loại nén (piston, screw, hay scroll) phụ thuộc vào công suất cần thiết. Vị trí lắp đặt phải đảm bảo thông gió tốt, tránh ánh nắng trực tiếp, và cách xa vị trí nhân viên để giảm tiếng ồn.

2.2. Đơn Vị Trong Nhà Indoor Unit Và Hệ Thống Ống Dẫn

Đơn vị trong nhà bao gồm quạt, buồng lạnh, và bộ lọc không khí. Nó phân phối không khí lạnh đều khắp không gian. Hệ thống ống dẫn (ductwork) được thiết kế để giảm mất áp suất và tiếng ồn. Các vị trí hút và thổi không khí phải được tính toán sao cho tạo dòng chảy đều, tránh vùng chết và dòng chảy nhanh quá mức.

III. Quy Trình Thiết Kế Và Tính Toán Tải Lạnh

Quy trình thiết kế hệ thống điều hòa không khí yêu cầu các phép tính toán kỹ lưỡng và phân tích chi tiết. Tính toán tải lạnh là bước quan trọng nhất vì nó xác định kích thước và công suất của toàn bộ hệ thống. Một tính toán không chính xác có thể dẫn đến hệ thống quá lớn hoặc quá nhỏ, gây lãng phí năng lượng hoặc hiệu suất kém.

3.1. Tính Toán Tải Lạnh Load Calculation

Tải lạnh được tính dựa trên: trado nhiệt qua tường/cửa/sàn/trần, tardo từ ánh nắng mặt trời, toare từ nhân viên và thiết bị điện tử, và độ trao đổi không khí ngoài trời. Công thức cơ bản: Q = U × A × ΔT (với U là hệ số truyền nhiệt, A là diện tích, ΔT là chênh lệch nhiệt độ). Kết quả được đo bằng BTU/h hoặc kW, từ đó xác định công suất máy lạnh cần thiết.

3.2. Lựa Chọn Thiết Bị Phù Hợp

Dựa trên tải lạnh tính toán, chọn máy lạnh với công suất phù hợp (thường lớn hơn 10-15% để dự phòng). Xem xét COP (Coefficient of Performance) và EER (Energy Efficiency Ratio) để đảm bảo hiệu quả năng lượng cao. Lựa chọn giữa hệ thống VRF, multi-split, hay window unit tùy theo quy mô và kinh phí văn phòng.

IV. Tối Ưu Hóa Hiệu Năng Và Chi Phí Vận Hành

Tối ưu hóa hiệu năng hệ thống điều hòa không khí là mục tiêu quan trọng để giảm chi phí điện năng và tác động môi trường. Các biện pháp tối ưu hóa bao gồm: lựa chọn thiết bị tiết kiệm năng lượng, thiết kế hệ thống điều khiển tự động, bảo trì định kỳ, cải thiện cách nhiệt tòa nhà, và sử dụng năng lượng tái tạo.

4.1. Hệ Thống Điều Khiển Thông Minh

Lắp đặt hệ thống BMS (Building Management System) hoặc smart thermostat để điều chỉnh nhiệt độ theo lịch làm việc, số lượng nhân viên, và thời tiết thực tế. Hệ thống cảm biến CO2, độ ẩm, và ánh sáng giúp tối ưu hóa lưu thông không khí và tải lạnh. Điều khiển từ xa qua ứng dụng di động cho phép điều chỉnh nhanh chóng theo nhu cầu.

4.2. Bảo Trì Và Nâng Cấp Hệ Thống

Bảo trì định kỳ (3-6 tháng) bao gồm: vệ sinh bộ lọc không khí, kiểm tra và làm sạch buồng lạnh, kiểm tra nồng độ gas lạnh, và kiểm tra điện áp hoạt động. Nâng cấp công nghệ: thay thế gas lạnh cũ bằng loại thân thiện môi trường, cài đặt UV sterilizer để diệt khuẩn, và sử dụng vật liệu cách nhiệt hiện đại để giảm tải lạnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU, Ý NGHĨA CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ, GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 1. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ (ĐHKK) Ngay từ thời cổ đại con người đã biết tạo ra điều kiện không khí xung quanh phù hợp với mình nhất: mùa đông thì đốt lửa sưởi ấm, mùa hè thì tìm vào các hang động mát mẻ. Khi loài người càng phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng đòi hỏi cao hơn, điều hòa không khí đã góp phần thỏa mãn một trong số các nhu cầu đó của con người. Nói đến ĐHKK thì phải kể đến người có công lớn nhất là nhà bác học người Mỹ Willis H.

Carrier, ông là nhân vật quan trọng đưa ngành ĐHKK nước Mỹ nói riêng và ngành ĐHKK trên toàn thế giới nói chung đến một bước phát triển rực rỡ. Theo Carrier thì ĐHKK là sự kết hợp sưởi ấm và làm lạnh, gia ẩm, hút ẩm, lọc và rửa không khí, tự động duy trì khống chế trạng thái của không khí không đổi phục vụ cho mọi nhu cầu tiện nghi hoặc công nghệ. Một cách tổng quát thì ĐHKK được hiểu là quá trình xử lý không khí cho không gian trong phòng và điều chỉnh các thông số về nhiệt độ, độ ẩm tương đối, sự tuần hoàn, lưu thông phân phối không khí, độ sạch bụi… được điều chỉnh trong phạm vi cho trước theo yêu cầu của không gian cần điều hòa để không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết đang diễn ra ở ngoài nhà. - Theo mục đích ứng dụng có thể phân chia ra điều hòa tiện nghi và điền hòa công nghệ.

- Theo tính chất của công trình có thể phân chia ra điều hòa cấp 1, cấp 2, cấp 3. - Theo kết cấu của hệ thống chia ra điều hòa cục bộ, điều hòa trung tâm gió, điều hòa trung tâm nước. - Điều hòa tiện nghi: là quá trình ĐHKK đáp ứng tiện nghi nhiệt ẩm của con người trong phạm vi ổn định, phù hợp với cảm giác nhiệt của cơ thể con người, ứng với các trạng thái lao động khác nhau, làm cho con người cảm thấy dễ chịu, thoải mái, không nóng bức về mùa hè và không rét buốt về mùa đông, bảo vệ được sức khỏe của con người phát huy được năng suất lao động cả chân tay lẫn trí óc. Ứng dụng của điều 12 hòa tiện nghi: dịch vụ khách sạn, các tòa nhà, văn phòng, siêu thị, các cửa hàng, trung tâm thương mại, rạp hát, rạp chiếu phim, thư viện, bảo tàng, phòng hòa nhạc, hội trường, nhà thi đấu trường học, sân vận động….

- Điều hòa công nghệ: là ĐHKK phục vụ cho các quá trình công nghệ sản xuất, chế biến trong các ngành công nghiệp khác nhau, trong đó các thông số không khí như: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, độ sạch bụi, trường tình điện… hoàn toàn phải phù hợp với yêu cầu công nghệ sản xuất hoặc chế biến đó. Ứng dụng của điều hòa công nghệ: trong nghành cơ khí chính xác, chế tạo dụng cụ đo lường, dụng quang học, độ trong sạch và sự ổn định của nhiệt độ và độ ẩm không khí là điều kiện quyết định cho chất lượng, độ chính xác và độ bền của sản phẩm. Trong công nghiệp sợi và dệt, ĐHKK có ý nghĩa rất quan trọng khi độ ẩm cao, độ dính kết, ma sát giữa các sơ bông sẽ lớn và quá trình kéo sợi sẽ khó khăn, sợi kéo không đều sợi gây ra lỗi trong sản xuất. Trong phân xưởng sản xuất thuốc thì đòi hỏi chế độ nhiệt độ, độ ẩm cực cao và đòi hỏi thông số rất nghiêm ngặt.

- Hệ thống ĐHKK cấp 1: duy trì các thông số trong nhà ở mọi phạm vi biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời cả về mùa hè (cưc đại) và mùa đông (cực tiểu). ĐHKK cấp 1: áp dụng cho các công trình điều hòa không khí tiện nghi đặc biệt quan trọng hoặc công trình điều hòa công nghệ yêu cầu nghiêm ngặt: ĐHKK trong lăng chủ tịch Hồ Chí Minh, điều hòa công nghệ cho phân xưởng sản xuất linh kiện điện tử, cơ khí chính xác, phân xưởng sản xuất hoặc liệu đặc biệt. - ĐHKK cấp 2: duy trì các thông số trong nhà ở một phạm vi cho phép với độ sai lệch không quá 200 giờ/năm khi có biến thiên nhiệt ẩm ngoài trời cực đại hoặc cực tiểu. Ứng dụng cho các công trình quan hơn như khách sạn 4 đến 5 sao, bệnh viện quốc tế.

- ĐHKK cấp 3: duy trì các thông số trong nhà ở một phạm vi cho phép với độ sai lệch không quá 400 giờ/năm. ĐHKK cho khách sạn, văn phòng, nhà ở, siêu thị, hội trường, rạp hát, rạp chiếu bóng. ĐHKK không chỉ phụ vụ cho đời sống, cho các ngành sản xuất mà để bảo quản các giá trị về văn hóa, nghệ thuật, lịch sử như: tranh ảnh, tượng sách cổ … trong các phòng thí nghiệm để bảo quản mẫu phục vụ cho công tác nghiên cứu, lưu trữ vv… 13 thì cần có một môi trường đặc biệt tích hợp và ổn định để kéo dài thời gian dài lưu trữ và bảo quản. Như vậy, ĐHKK có ý nghĩa rất quan trọng trong mọi lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật.

Ngày nay nó còn được coi như là một tiêu chí để đánh giá chất lượng cuộc sống của xã hội con người, ngành ĐHKK có tác động mạnh mẽ thúc đẩy sự phát triển của hầu hết mọi ngành kinh tế, kỹ thuật. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH Dự án công trình VĂN PHÒNG TRUNG TÂM THIẾT KẾ SPECC2 là một tòa nhà văn phòng lớn với kiến trúc hiện đại với 6 tầng cao hơn gần 30 m, tọa lạc trên mặt bằng rộng khoảng 1125 m2 tại số đường số 2, Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức Thành Phố Hồ Chí, tòa nhà được xây dựng với mục đích cho thuê văn phòng thiết kế. Công trình làm cho cảnh quan ở Thủ Đức thêm hiện đại và đẹp hơn. Về kết cấu của công trình được xây dựng theo kết cấu cột thép bê tông truyền thống.

Tường bao dầy 100 mm gồm hai lớp gạch, bề mặt ngoài trát vữa xi măng và nước sơn. Giữa các phòng trong tòa nhà được ngăn với nhau bằng thạch cao cách âm, cách nhiệt. Tất cả các tầng đều có trần giả bằng thạch cao, khoảng cách từ nền đến trần nhà là ở tầng 1 thì 3600 mm, tầng 2 tới tầng 6 thì 3200 mm. Do tòa nhà nằm trên đường số 2, phường Trường Thọ nên phần tường của các phòng thì diện tích kính chiếm chủ yếu so với tường, kính ở công trình sử dụng là loại kính một lớp, caloerx màu xanh dày 6mm, bên trong có rèm che.

Nó tạo nên một vẻ thoáng mát, gọn nhẹ và hiện đại cho công trình. Tòa nhà có diện tích từng tầng như sau: tầng 1 có 754 m2, tầng 2 có 674 m2, tầng 3 có 737 m2, tầng 4 có 772 m2, tầng 5 có 722 m2, tầng 6 có 736 m2. Tòa nhà được xây dựng tại Thành Phố Hồ Chí Minh (tức phía Nam của Việt Nam), nằm trong vùng hậu nhiệt đới gió mùa, một năm có bốn mùa rõ rệt, mặt khác kiến trúc được xây dựng trong môi trường đô thị nên không khí ô nhiễm nhiều, vì vậy việc xây dựng hệ thống ĐHKK ở đây là rất cần thiết để đảm bảo điều kiện vệ sinh, sức khỏe và hiệu suất làm việc. Đa phần diện tích của tòa nhà được sử dụng làm văn phòng thiết kế nên hê thống ĐHKK ở đây cần đáp ứng được các điều kiện về tiện nghi, thỏa mãn nhu cầu vi khí hậu đồng thời không ảnh hưởng tới kết cấu xây dựng 14 của công trình, trang trí nội thất trong nhà cũng như cảnh quan kiến trúc sân, vườn bên ngoài nhà.

Hệ thống ĐHKK ở đây cần phục vụ cho toàn bộ diện tích sử dụng từ tầng 1 đến tầng 6 của công trình bao gồm hành lang, ban công, văn phòng, trừ các khu vệ sinh, thang máy, thang bộ. Tuy không phải bố trí các hệ thống ĐHKK nhưng tại các khu nhà vệ sinh cần có quạt hút gió thải lên mái của tòa nhà tránh hiện tượng mùi từ các khu vệ sinh ảnh hưởng tới hành lang và các khu khác, cầu thang cần bố trí hệ thống quạt áp dương đề phòng các trường hợp hỏa hoạn để có thể thoát nạn dễ dàng. Hệ thống ĐHKK cần đáp ứng các chỉ tiêu cơ bản của điều hòa tiện nghi: - Đảm bảo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch của không khí theo tiêu chuẩn Việt Nam về thông gió. - Lượng không khí tươi cần đảm bảo mức tối thiểu là 27m3/h cho một người - Không khí tuần hoàn trong nhà phải được thông thoáng hợp lý, có quạt thải trên tum.

Tránh hiên tượng không khí từ các khu vệ sinh ảnh hưởng tới các khu vực khác trong tòa nhà. Tránh hiện tượng không khí ẩm từ bên ngoài tòa nhà xâm nhập vào không gian bên trong gây hiện tượng đọng sương trong phòng và bề mặt các thiết bị. - Thiết kế vùng đệm như các hành lang, sảnh để tránh hiện tượng sốc nhiệt do chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa không gian trong phòng và không gian ngoài nhà. - Hệ thống ĐHKK cần có khả năng điều chỉnh năng suất lạnh và sưởi tự động nhằm tiết kiệm chi phí vận hành.

- Bố trí hợp lý hệ thống lấy gió tươi, gió thải, xả nước ngưng các FCU. - Các thiết bị trong hệ thống cần có độ bền và độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, đảm bảo thẩm mỹ cho công trình. CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN. Chọn các thông số tính toán trong nhà.

Việc chọn các thông số nhiệt độ và độ ẩm trong không gian điều hòa phụ thuộc vào mục đích của công trình, trạng thái lao động hay nghỉ ngơi. Theo TCVN 5687- 2010 các thông số vi khí hậu thích ứng với trạng thái lao động khác nhau của con người được giới thiệu trong phụ lục A, Bảng 1. 1: Thông số vi khí hậu thích ứng với trạng thái lao động khác nhau của con người. Trạng thái lao Mùa đông Mùa hè động t, 0C ,%  , m/s t, 0C ,%  , m/s Nghỉ ngơi 22÷24 0,1÷0,2 25÷28 0,5÷0,6 Lao động nhẹ 21÷23 0,4÷0,5 23÷26 0,8÷1 Lao động vừa 20÷22 60÷70 0,8÷1 22÷25 60÷70 1,2÷1,5 Lao động nặng 18÷20 1,2÷1,5 20÷23 2÷2,5 Trong đó: t: nhiệt độ  : là độ ẩm tương đối  : tốc độ không khí Như vậy chọn như sau: Mùa hè : Nhiệt độ : t=25 0C ; Độ ẩm:  =65 %; Tốc độ không khí:  =0,5÷0,6 m/s.

Từ các thông số trên tra đồ thị I-d ta có: Độ chứa hơi: d =13,1g/kgkkk; Entanpy: I = 58,4 kJ/kg.