Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế hệ thống ĐHKK cho Gion Building, HCM

Đồ án tốt nghiệp trình bày chi tiết quy trình tính toán, thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà Gion Building, TP.HCM, hệ thống VRV.

• Tác giả: Tô Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: Lê Bá Tân
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Cho Tòa Nhà Gion Building Thành Phố Hồ Chí Minh
• 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 Gion Building

Hệ thống điều hòa không khí đã trở thành một phần không thể thiếu trong các tòa nhà hiện đại tại thành phố Hồ Chí Minh. Đồ án thiết kế hệ thống điều hòa cho Gion Building là một công trình nghiên cứu quan trọng nhằm áp dụng các kiến thức kỹ thuật vào thực tế. Công trình này được thực hiện bởi sinh viên Tô Anh Tuấn từ Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Thạc Sĩ Lê Bá Tân. Thiết kế hệ thống điều hòa không chỉ đảm bảo môi trường thoải mái cho cư dân mà còn tối ưu hóa hiệu suất năng lượng. Sự phát triển của ngành điều hòa công nghệ đã hỗ trợ đắc lực cho nhiều lĩnh vực kinh tế, từ các ngành sản xuất đến dịch vụ. Việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống ĐHKK cho các tòa nhà là điều rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn hiện đại.

1.1. Vai Trò Của Điều Hòa Không Khí Trong Tòa Nhà

Điều hòa không khí đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì điều kiện môi trường thoải mái và an toàn cho người sử dụng. Hệ thống này kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí bên trong công trình. Trong các tòa nhà văn phòng như Gion Building, ĐHKK giúp tăng năng suất làm việc và bảo vệ sức khỏe nhân viên. Ngoài ra, hệ thống còn bảo vệ các thiết bị điện tử và tài liệu từ những tác động của nhiệt độ cao và độ ẩm không ổn định.

1.2. Quan Hệ Giữa Môi Trường Và Con Người

Mối quan hệ giữa môi trường công tác và sức khỏe con người là yếu tố then chốt trong thiết kế hệ thống điều hòa. Một môi trường với nhiệt độ và độ ẩm thích hợp giúp con người cảm thấy thoải mái, tập trung cao độ. Theo các tiêu chuẩn kỹ thuật, nhiệt độ lý tưởng cho không gian văn phòng dao động từ 22-26°C. Hệ thống ĐHKK được thiết kế để duy trì các thông số này, đảm bảo người sử dụng không chỉ thoải mái mà còn khỏe mạnh trong suốt quá trình làm việc.

II. Giới Thiệu Công Trình Gion Building Và Thông Số Thiết Kế

Gion Building là một tòa nhà văn phòng hiện đại nằm tại thành phố Hồ Chí Minh, được xây dựng bằng bê tông cốt thép (BTCT) với quy mô lớn. Công trình này có độ phức tạp cao về mặt kỹ thuật, đòi hỏi hệ thống điều hòa không khí công suất lớn để đáp ứng nhu cầu làm mát cho toàn bộ diện tích sàn. Khi thực hiện tính toán thiết kế hệ thống điều hòa, cần phải tính đến các yếu tố như diện tích công trình, hướng mặt trời, vật liệu xây dựng, và số lượng người làm việc. Thông số thiết kế được lựa chọn dựa trên các tiêu chuẩn TCVN hiện hành và yêu cầu thực tế của công trình. Hệ thống được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong điều kiện khí hậu Tp.HCM với nhiệt độ cao và độ ẩm lớn quanh năm.

2.1. Đặc Điểm Của Công Trình Gion Building

Gion Building được xây dựng theo tiêu chuẩn công trình hiện đại với kết cấu BTCT. Tòa nhà có nhiều tầng lầu dùng làm văn phòng, với các không gian mở rộng và hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn điện. Các cửa kính lớn cho phép ánh sáng tự nhiên nhập vào nhưng cũng làm tăng lượng nhiệt xâm nhập. Công trình nằm ở khu vực đông dân cư, với lưu lượng người ra vào cao. Những đặc điểm này yêu cầu hệ thống điều hòa phải được tính toán cẩn thận để đảm bảo hoạt động ổn định.

2.2. Chọn Thông Số Thiết Kế Trong Nhà

Quá trình chọn thông số thiết kế bao gồm xác định nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí mong muốn. Đối với không gian văn phòng tại Gion Building, nhiệt độ thiết kế được chọn từ 22-26°C, độ ẩm tương đối từ 40-60%. Lưu lượng không khí cung cấp được tính dựa trên số lượng người và diện tích phòng. Tiêu chuẩn TCVN quy định lượng không khí tươi cần thiết cho mỗi người trong văn phòng. Các thông số này là cơ sở để lựa chọn loại máy điều hòa và bố trí thiết bị phù hợp.

III. Tính Toán Cân Bằng Nhiệt Cho Hệ Thống Điều Hòa

Tính toán cân bằng nhiệt là bước quan trọng nhất trong quá trình thiết kế hệ thống điều hòa không khí. Mục đích của tính toán này là xác định lượng nhiệt cần loại bỏ khỏi công trình để duy trì nhiệt độ mong muốn. Quá trình tính toán bao gồm việc xác định tất cả các nguồn nhiệt trong công trình, bao gồm nhiệt xâm nhập từ bên ngoài, nhiệt tỏa ra từ thiết bị và con người. Nhiệt hiện là lượng nhiệt làm thay đổi nhiệt độ không khí, trong khi nhiệt ẩn là lượng nhiệt liên quan đến sự thay đổi độ ẩm. Đối với Gion Building, cần tính toán chi tiết các loại nhiệt như nhiệt xâm nhập qua cửa kính, mái nhà, vách tường, và nhiệt tỏa ra từ máy móc, đèn chiếu sáng, và con người.

3.1. Phương Pháp Tính Toán Nhiệt Xâm Nhập

Nhiệt xâm nhập qua cửa kính do bức xạ mặt trời là một trong những nguồn nhiệt lớn nhất. Được tính bằng công thức xem xét diện tích cửa, chỉ số truyền nhiệt và góc bức xạ mặt trời. Nhiệt truyền qua mái tính toán từ diện tích mái, độ chênh lệch nhiệt độ giữa trong và ngoài, và hệ số truyền nhiệt của vật liệu. Nhiệt truyền qua vách và nền cũng được tính tương tự. Các tính toán này sử dụng các hệ số do tiêu chuẩn kỹ thuật cung cấp, đảm bảo độ chính xác cao.

3.2. Tính Toán Nguồn Nhiệt Nội Bộ

Nguồn nhiệt nội bộ bao gồm nhiệt tỏa ra từ đèn chiếu sáng, máy móc, thiết bị điện tử và con người. Nhiệt từ đèn được tính dựa trên công suất điện và hiệu suất phát sáng. Nhiệt từ máy móc phụ thuộc vào loại thiết bị và thời gian hoạt động. Nhiệt từ con người bao gồm cả nhiệt hiện và nhiệt ẩn, phụ thuộc vào mức độ hoạt động. Tính toán chính xác các nguồn này rất quan trọng để xác định công suất cần thiết cho hệ thống điều hòa của Gion Building.

IV. Lựa Chọn Thiết Bị Và Bố Trí Hệ Thống Điều Hòa

Sau khi hoàn thành tính toán cân bằng nhiệt, bước tiếp theo là lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống điều hòa không khí. Đối với công trình như Gion Building với diện tích lớn và nhu cầu làm lạnh cao, hệ thống VRV/VRF (Variable Refrigerant Volume) được lựa chọn vì hiệu suất cao và khả năng điều chỉnh linh hoạt. Dàn lạnh và dàn nóng được chọn dựa trên công suất tính toán được. Việc bố trí thiết bị phải tuân thủ các quy chuẩn an toàn, PCCC, và chuẩn kỹ thuật. Ống dẫn lạnh được kiểm tra kích cỡ để đảm bảo lưu lượng hợp lý và giảm tổn thất áp suất. Ống nước ngưng cũng được tính toán để thoát nước hiệu quả. Tất cả các thiết bị phải được chọn từ các nhà sản xuất uy tín, đảm bảo chất lượng và độ bền.

4.1. Lựa Chọn Hãng Sản Xuất Và Dàn Lạnh

Lựa chọn hãng sản xuất phải dựa trên uy tín, kinh nghiệm, và khả năng cung cấp dịch vụ sau bán hàng. Các hãng hàng đầu thế giới như Daikin, Toshiba, Mitsubishi được ưa chuộng. Dàn lạnh được chọn sao cho công suất phù hợp với tính toán, thường được kiểm tra bằng các biểu đồ hiệu suất của nhà sản xuất. Dàn nóng trong trường hợp này có vai trò thứ yếu nhưng vẫn cần thiết cho mùa đông hoặc điều chỉnh độ ẩm.

4.2. Kiểm Tra Và Bố Trí Hệ Thống Ống Dẫn

Kiểm tra kích cỡ ống đồng để dẫn refrigerant theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo vận tốc dòng chảy hợp lý từ 3-4 m/s. Ống nước ngưng được tính toán dựa trên lưu lượng nước và chênh lệch nhiệt độ. Bộ chia gas REFNET được kiểm tra để đảm bảo phân phối refrigerant đều đặn đến các dàn lạnh. Bố trí hệ thống phải tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật và tiêu chuẩn TCVN, đảm bảo an toàn, hiệu quả, và dễ bảo trì.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VAI TRÒ CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 1. Vai trò của điều hòa không khí Hệ thống điều hòa không khí được áp dụng lần đầu tiên vào khoảng năm 1920 mục đích của nó nhằm tạo ra môi trường thuận lợi cho các hoạt động của con người và thiết lập các điều kiện phù hợp với các công nghệ sản xuất, chế biến, bảo quản máy móc thiết bị,. Trước đây thường có ý nghĩ sai lầm rằng hệ thống điều hòa không khí là hệ thống dùng để làm mát không khí. Thật ra vấn đề không hoàn toàn đơn giản như vậy.

Ngoài nhiệm vụ duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức yêu cầu, hệ thống điều hòa không khí phải giữ độ ẩm không khí trong không gian đó ổn định ở một mức quy định nào đó. Bên cạnh đó, cần phải chú ý đến vấn đề bảo đảm độ trong sạch của không khí, khống chế độ ồn và sự lưu thông hợp lý của dòng không khí. Nói chung, có thể chia khái niệm điều hòa không khí thường được mọi người sử dụng thành 3 loại với các nội dung rộng hẹp khác nhau: - Điều tiết không khí: thường được dùng để thiết lập các môi trường thích hợp với việc bảo quản máy móc, thiết bị, đáp ứng các yêu cầu của công nghệ sản xuất, chế biến cụ thể. - Điều hòa không khí: nhằm tạo ra các môi trường tiện nghi cho các sinh hoạt của con người.

- Điều hòa nhiệt độ: nhằm tạo ra môi trường có nhiệt độ thích hợp. Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở trong vùng quy định nào đó, nó không thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hoặc sự biến đổi của phụ tải bên trong. Từ những điều đã nói, rõ ràng có một mối liên hệ mật thiết giữa các điều kiện thời tiết ở bên ngoài không gian cần điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí. Mặc dù hệ thống điều hòa không khí có những tính chất tổng quát đã nêu trên, tuy nhiên trong thực tế người ta thường quan tâm đến chức năng cải thiện và tạo ra môi trường tiện nghi nhằm phục vụ con người là chủ yếu.

Với ý nghĩa đó, có thể nói rằng, trong điều kiện khí hậu Việt Nam, nhất là ở các tỉnh phía nam, nhiệm vụ của hệ thống điều hòa không khí thường chỉ là làm giảm nhiệt độ và độ ẩm của không khí ở 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Bá Tân bên trong không gian cần điều hòa so với không khí ở bên ngoài và duy trì nó ở vùng đã quy định. Điều hòa không khí không chỉ ứng dụng cho các không gian đứng yên như: nhà ở, hội trường, nhà hát, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, văn phòng làm việc, Mà còn ứng dụng cho các không gian di động như ô tô, tàu thủy, xe lửa, máy bay,.2 Quan hệ giữa con người và môi trường Tùy từng mục đích cụ thể mà hệ thống điều hòa không khí có chức năng khác nhau, chủ yếu ta xem hệ thống điều hòa không khí là phương tiện nhằm tạo ra môi trường tiện nghi, thoải mái cho các hoạt động của con người. Không thể có tiêu chuẩn hoặc yêu cầu về môi trường giống nhau cho tất cả mọi con người. Nói chung, tùy theo tuổi tác và mức độ vận động của cơ thể mà việc phát nhiệt và sự cảm nhận dễ chịu hay không dưới tác động của môi trường xung quanh hoàn toàn khác nhau.

Như chúng ta đã biết, cơ thể con người có thể được xem tương tự như một cái máy nhiệt. Đối với một con người bình thường, nhiệt độ phần bên trong của cơ thể khoảng chừng 37oC. Do cơ thể luôn luôn sản sinh ra một lượng nhiệt nhiều hơn nó cần, cho nên để duy trì ổn định nhiệt độ của phần bên trong cơ thể con người luôn luôn thải nhiệt ra môi trường xung quanh. Thông thường người ta chia mức độ vận động đó ra thành các loại: nhẹ, trung bình và nặng.

Có thể đưa ra một số ví dụ sau: hoạt động của cơ thể con người trong các lớp học, phòng làm việc,. được xem là vận động nhẹ, các hoạt động trong vũ trường xem là vận động nặng. Tùy vào mức độ vận động của cơ thể mà lượng nhiệt thải ra sẽ ít hay nhiều. Như đã rõ, nhiệt phát ra từ cơ thể con người thông qua 2 hình thức: truyền nhiệt (dẫn nhiệt, toả nhiệt đối lưu và bức xạ) và toả ẩm.

Ở trường hợp đối lưu, lớp không khí tiếp xúc với cơ thể sẽ dần dần nóng lên và có xu hướng đi lên, khi đó lớp không khí lạnh hơn sẽ tiến đến thế chỗ và từ đó hình thành nên sự chuyển động tự nhiên của lớp không khí bao quanh cơ thể, chính sự chuyển động này đã lấy đi một phần nhiệt lượng của cơ thể thải ra môi trường. Bức xạ là hình thức thải nhiệt thứ hai, trong trường hợp này nhiệt từ cơ thể sẽ bức xạ ra bất kỳ bề mặt xung quanh nào có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ của của cơ thể, hình thức trao đổi nhiệt này hoàn toàn độc lập với hiện tượng đối lưu đã nói ở trên và không phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí xung quanh. 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Bá Tân Cần phải chỉ rõ ra rằng, 3 thông số môi trường có ảnh hưởng lớn đến mức độ trao đổi nhiệt giữa môi trường và cơ thể là: nhiệt độ, độ ẩm tương đối và đặc điểm chuyển động của dòng không khí. - Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ không khí xung quanh giảm xuống, cường độ trao đổi nhiệt đối lưu giữa cơ thể và môi trường sẽ tăng lên.

Cường độ này càng tăng khi độ chênh lệch nhiệt độ này khá lớn thì nhiệt lượng cơ thể mất đi càng lớn và đến một mức nào đó sẽ bắt đầu có cảm giác khó chịu và ớn lạnh. Việc giảm nhiệt độ của các bề mặt xung quanh sẽ làm gia tăng cường độ trao đổi nhiệt bằng bức xạ, ngược lại, nếu nhiệt độ của các bề mặt xung quanh tiến gần đến nhiệt độ cơ thể thì thành phần trao đổi nhiệt bằng bức xạ sẽ giảm đi rất nhanh. - Ảnh hưởng của độ ẩm: chính độ ẩm tương đối của không khí xung quanh quyết định mức độ bay hơi, bốc ẩm từ cơ thể ra ngoài môi trường. Nếu độ ẩm tương đối giảm xuống, lượng ẩm bốc ra từ cơ thể sẽ càng nhiều, điều đó cũng có nghĩa là cơ thể sẽ thải nhiệt ra môi trường nhiều hơn.

Kinh nghiệm cho thấy, nếu nhiệt độ của không khí là 27oC thì độ ẩm không khí để có cảm giác dễ chịu nên vào khoảng 50%. - Ảnh hưởng của dòng không khí: Tùy thuộc vào mức độ chuyển động của dòng không khí mà lượng ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít. Khi chuyển động của dòng không khí tăng lên thì lớp không khí bảo hòa xung quanh bề mặt cơ thể càng dễ bị kéo đi để nhường chổ cho không khí khác ít bảo hòa hơn, do đó khả năng bốc ẩm từ cơ thể sẽ nhiều hơn. Cũng cần phải thấy chuyển động của dòng không khí không chỉ ảnh hưởng đến lượng ẩm bốc mà còn ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt bằng đối lưu.

Rõ ràng, quá trình đối lưu càng mạnh khi chuyển động của dòng không khí càng lớn. 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Bá Tân CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH VÀ CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 2.1 Giới thiệu công trình. Tòa nhà GION building Thủ Đức là công trình được xây dựng bao gồm 11 tầng, được qui hoạch trên một khu đất rộng 405 m2. Tòa nhà dự án tổ hợp căn hộ studio, văn phòng tọa lạc tại 53A đường số 2, Thủ Đức Tp.1 Đặc điểm của công trình: Công trình thuộc khu vực TP.HCM trong vùng chuyển tiếp giữa Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ ,có hai mùa rõ rệt, độ ẩm và nhiệt độ rất cao.

4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Bá Tân Công trình gồm 11 tầng lầu và mục đích sử dụng của công trình như sau: • Tầng 1: 1 phòng quản lý, 1 sảnh và 1 văn phòng 184 m2 • Tầng 2: 1 showroom • Tầng 3: 2 văn phòng, 2 nhà vệ sinh. • Tầng 4: 1 phòng co-working, 1 văn phòng, 2 phòng họp, 2 phòng vệ sinh. • Tầng 5,6: 12 căn hộ, 1 bếp, sảnh sinh hoạt chung và 1 phòng giặt. • Tầng 7: 9 căn hộ studio và 1 phòng kỹ thuật.

• Tâng 8: 1 phòng ngủ bà, 9 căn hộ studio. • Tầng 9: 1 dining room, 1 lobby, 1 living room, 1 kitchen, 1 laundry room, 1 phòng bếp, 1 phòng storage và 1 phòng vệ sinh ngoài. • Tầng 10: 2 phòng ngủ, 1 phòng master room và không gian gia đình. • Tầng 11: Entertainment room , Gym/yoga, 1 mini golf yard và hồ bơi.

Công trình có 4 hướng được trình bày như sau: Ví dụ đối với công trình tầng 1 dưới đây ( Các tầng khác có phương hướng tương tự ) Hình 2. Hướng của mặt bằng Công trình gồm: • Có 2 cầu thang bộ thoát hiểm chính. • 2 cầu thang máy 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Bá Tân Tòa nhà được xây dựng với kết cấu gồm các trụ bê tông và dầm vững chắc, tường bao gồm lớp gạch bê tông dày 100 mm, bên ngoài trát vữa ximăng dày 20 mm. Tất cả các tầng đều có gắn trần giả bằng thạch cao.

Kính được sử dụng là kính trong phẳng dày 6mm, bên trong có rèm che cho các phòng. Hệ thống điều hòa cần được phục vụ toàn bộ diện tích của tòa nhà tầng 1 đến tầng 12. Khu vệ sinh có hệ thống ống gió thải và có hệ thống quạt hút từ các khu vệ sinh từng tầng. Khu cầu thang máy bố trí quạt và các hệ thống tăng áp để có áp suất dương đề phòng các trường hợp hỏa hoạn xảy ra.

Hệ thống điều hòa không khí đảm bảo tiện nghi thoải mái, thỏa mãn yêu cầu vi khí hậu nhưng không được làm ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng và trang trí nội thất bên trong toà nhà cũng như cảnh quan sân vườn cây cảnh, bể bơi bên ngoài tòa nhà. Chọn phương án thiết kế cho Trung tâm hành chính GION BUILDING: 2.1 Chọn thông số thiết kế trong nhà: Theo tiêu chuẩn Việt Nam mới TCVN 5687 – 2008, (bảng 1.