Đồ án tốt nghiệp: Tính toán hệ thống điều hòa không khí tại TT GDQP ĐH Tôn Đức Thắng

Đồ án tốt nghiệp tính toán hệ thống ĐHKK trung tâm GDQP ĐH Tôn Đức Thắng. Phân tích chi tiết nhiệt tải, chọn thiết bị, hệ thống thông gió, mô hình Revit.

• Tác giả: Hứa Hữu Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng An Quốc
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh
• Đề tài: Tính toán kiểm tra hệ thống điều hòa không khí trung tâm Giáo dục Quốc phòng Trường Đại học Tôn Đức Thắng TP.HCM
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Tính toán Hệ thống ĐHKK Trung tâm Tôn Đức Thắng

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào tính toán kiểm tra hệ thống điều hòa không khí trung tâm tại Trung tâm Giáo dục Quốc phòng Đại học Tôn Đức Thắng, TP.HCM. Đây là một công trình quan trọng đòi hỏi thiết kế và tính toán chính xác để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu. Đồ án được thực hiện bởi ba sinh viên từ Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của PGS. Hoàng An Quốc. Nội dung đồ án bao gồm tính nhiệt tải, thiết kế sơ đồ điều hòa, chọn máy và thiết bị, cùng với mô phỏng 3D bằng Revit. Mục tiêu chính là đảm bảo điều kiện khí hậu tối ưu cho không gian làm việc và học tập.

1.1. Tầm quan trọng của Điều hòa không khí trong công trình hiện đại

Điều hòa không khí (ĐHKK) đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ sức khỏe con người và nâng cao năng suất lao động. Hệ thống ĐHKK trung tâm giúp kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong toàn bộ công trình. Tại Trung tâm Giáo dục Quốc phòng, việc duy trì môi trường lý tưởng là vô cùng quan trọng để đảm bảo hiệu quả đào tạo và sự thoải mái cho người học và người lao động.

1.2. Phương pháp và công cụ tính toán trong đồ án

Đồ án sử dụng phương pháp Carrier để tính toán nhiệt tải, kết hợp với phần mềm Daikin HeadL để kiểm tra và xác minh kết quả. Ngoài ra, Revit BIM được ứng dụng để dựng mô hình 3D hệ thống ĐHKK, giúp phát hiện xung đột và tối ưu hóa thiết kế. Naviswork được sử dụng để kiểm tra va chạm giữa các hệ thống kỹ thuật, đảm bảo thiết kế khoa học và an toàn.

II. Quy trình Tính toán Nhiệt tải và Thiết kế Sơ đồ Điều hòa

Tính toán nhiệt tải là bước quan trọng nhất trong quá trình thiết kế hệ thống ĐHKK. Đồ án xác định chi tiết nhiệt hiện (từ bức xạ mặt trời, truyền qua vách, nóc) và nhiệt ẩn (từ con người, máy móc, gió tươi). Các thông số được tổng hợp để tính tổng nhiệt tải, từ đó xác định năng suất lạnh cần thiết. Tiếp theo, sơ đồ điều hòa một cấp được lập và tính toán trên ẩm đồ, xác định các điểm trạng thái không khí và hệ số nhiệt hiểu dụng. Quá trình này đảm bảo máy và thiết bị được chọn phù hợp với nhu cầu thực tế của công trình.

2.1. Chi tiết tính toán Nhiệt hiện và Nhiệt ẩn

Nhiệt hiện bao gồm bức xạ mặt trời qua cửa kính, truyền qua mái, tường và nền, cũng như nhiệt từ đèn và máy móc. Nhiệt ẩn chủ yếu từ con người và gió tươi mang vào. Đồ án tính toán chi tiết từng thành phần, sử dụng hệ số bức xạ, hệ số truyền nhiệt và điều kiện khí hậu theo tiêu chuẩn Carrier. Kết quả cho phép xác định chính xác tổng nhiệt tải cần loại bỏ.

2.2. Xác định Thông số Trạng thái trên Ẩm đồ

Ẩm đồ (Psychrometric Chart) là công cụ trung tâm để xác định các điểm trạng thái của không khí. Đồ án xác định điểm ngoài (G), điểm hoà trộn (H) và điểm cung cấp (O) dựa trên tính toán các hệ số RSHF, GSHF, ESHF. Quá trình này giúp chọn đúng phương án điều hòa và các thiết bị xử lý không khí phù hợp.

III. Chọn Máy và Thiết bị cho Hệ thống Điều hòa Không khí

Bước chọn máy và thiết bị là quyết định quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất, độ tin cậy và chi phí vận hành của hệ thống. Đồ án tính toán năng suất lạnh cần thiết dựa trên tổng nhiệt tải đã xác định, từ đó lựa chọn dàn lạnh (evaporator) và dàn nóng (condenser) phù hợp. Bộ chia gas cũng được chọn lựa kỹ lưỡng để đảm bảo phân phối lạnh đều đặn cho các phòng. Việc chọn máy đúng kỹ thuật không chỉ đảm bảo hiệu suất hoạt động mà còn kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí năng lượng.

3.1. Tiêu chí Chọn lựa Dàn lạnh và Dàn nóng

Dàn lạnh được chọn dựa trên công suất lạnh cần thiết và tương thích với hệ thống ống nước. Dàn nóng cần tính theo nhiệt độ ngoài cao nhất và tải nhiệt thêm từ chính tỳ compressor. Đồ án so sánh các sản phẩm trên thị trường, chọn những thiết bị có hiệu suất cao, bền bỉ và đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật.

3.2. Vai trò của Bộ chia Gas trong Hệ thống

Bộ chia gas (Gas distribution block) phân phối lạnh đều cho các dàn lạnh trong hệ thống. Chọn đúng bộ chia gas đảm bảo không bị mất áp lực và phân phối refrigerant tối ưu, giảm tiêu thụ năng lượng và nâng cao hiệu suất hệ thống.

IV. Ứng dụng BIM và Mô phỏng 3D trong Thiết kế Hệ thống ĐHKK

Công nghệ BIM (Building Information Modeling) và phần mềm Revit mang lại cuộc cách mạng trong thiết kế MEP (Mechanical, Electrical, Plumbing). Đồ án ứng dụng Revit để dựng lại mô hình 3D hệ thống điều hòa không khí tầng 2 của Trung tâm Giáo dục Quốc phòng. Quá trình này giúp hình dung rõ ràng vị trí ống dẫn, thiết bị, và phát hiện xung đột sớm với các hệ thống khác. Naviswork được sử dụng để kiểm tra va chạm (Clash Detection), giảm thời gian thi công và chi phí chỉnh sửa. Thiết kế BIM không chỉ cải thiện chất lượng mà còn tối ưu hóa quy trình thi công và nâng cao khả năng quản lý dự án.

4.1. Lợi ích của Mô phỏng 3D Revit trong Thiết kế MEP

Revit BIM cho phép trực quan hóa hệ thống ĐHKK trong môi trường 3D chân thực, giúp kiểm tra tính khả thi của thiết kế. Tự động cập nhật thông tin khi thay đổi thông số giúp tiết kiệm thời gian. Link kiến trúc kết cấu vào dự án BIM đảm bảo thiết kế HVAC hợp lý với không gian kiến trúc thực tế.

4.2. Kiểm tra Xung đột và Tối ưu hóa Thiết kế bằng Naviswork

Naviswork là công cụ chuyên dụng để phát hiện va chạm giữa các hệ thống kỹ thuật khác nhau. Đồ án kiểm tra chi tiết các đường ống ĐHKK, điện, cấp thoát nước để phát hiện và khắc phục xung đột sớm. Giảm thời gian thi công và tránh những sự cố không mong muốn trên công trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 1. Lịch sử hình thành Từ ngàn xưa, con người đã biết sử dụng các biện pháp để làm tác động vào môi trường sống như là vào trú ngụ trong các hang động thoáng mát để tránh các nóng ôi bức ngày hè hay đốt lửa sưởi ấm vào mùa đông lạnh giá. Đồng thời, họ còn biết bảo quản thực phẩm trong các hầm băng để dự trữ cho mùa hè ở những vùng có mùa đông lạnh, … Dù rằng ở thời điểm đó, điều hòa không khí vẫn chưa được biết đến và phát triển, tuy nhiên đây chính là tiền đề cho sự ra đời về điều hòa không khí sau này. Bằng chứng là đến năm 1845, một bác sĩ người Mỹ tên John Gorrie đã chế tạo thành công máy nén khí đầu tiên để điều hòa không khí cho bệnh viện tư của ông.

Và sự này đã làm cho danh tiếng của ông được vang xa cũng như đi vào lịch sử của ngành điều hòa không khí của thế giới. Vào năm 1901, một công trình đã khống chế được nhiệt độ trong phòng hòa nhạc ở Monte Carlo cùng độ ẩm thích hợp so với nhiệt độ môi trường đã được khánh thành. Sau đó, năm 1904 trạm điện thoại ở Hamburg đã được duy trì nhiệt độ dưới 23oC và độ ẩm 70% vào mùa hè. Trong năm 1910, công ty Bosig xây dựng hệ thống điều hòa không khí ở Koeln và Rio de Janeiro.

Tuy nhiên, các công trình này chỉ đáp ứng được yêu cầu về hạ thấp nhiệt độ so với môi trường và độ ẩm thích hợp, chưa đạt được sự hoàn thiện cùng các yêu cầu khắc khe về nhiệt độ, độ ẩm. Đến năm 1911, Carrier lần đầu tiên đã xây dựng ẩm đồ của không khí ẩm và nêu được tính chất nhiệt của không khí ẩm và các phương pháp xử lý để đạt được trạng thái không khí theo yêu cầu. Từ năm 1921, khi kỹ thuật điều hòa không khí đã có những bước phát triển nhảy vọt đó là: khi Carrier phát minh ra máy lạnh ly tâm và nó bắt đầu thực sự lớn mạnh và tham gia vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Đánh dấu cho sự phát triển này đó là vào năm 1944, điều hòa không khí đã xâm nhập vào thị trường ngành hàng không.

Hiện nay, khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển đời sống con người ngày một nâng cao, cùng với đó điều hoà không khí cũng ngày một phát triển mạnh mẽ, hệ thống thiết bị ngày một hiện đại, gọn nhẹ và giá thành hợp lí hơn nhằm đáp ứng cho nhu cầu của con người. Tầm quan trọng của điều hòa không khí đối với con người và sản xuất 1. Đối với con người Nhiệt độ môi trường sẽ có tác động trực tiếp đến các hoạt động cũng như sinh hoạt của tất cả chúng ta. Ví dụ như, nhiệt độ môi trường không khí tăng cao cùng với đó là độ ẩm cũng tăng cao và ngược lại sẽ làm cho con người chúng ta cảm thấy khó chịu, ảnh hưởng đến khả năng học tập cũng như làm việc con người.

Và đặc biệt khi đời sống của chúng ta đang ngày càng được nâng lên, khi đó nhu cầu về một môi trường có nhiệt độ không khí thích hợp, trong lành tạo cảm giác thoải mái đối với mỗi chúng ta lại trở nên thật cần thiết. Điều hòa không khí sẽ giúp cân bằng các yếu tố về nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ luân chuyển không khí, nồng độ O2, CO2, cũng như kiểm soát bụi, nồng độ chất độc có trong không khí, nhằm tạo ra môi trường trong lành, giúp chúng ta cảm thấy thoải mái, không còn cảm giác nóng bức của những ngày hè hay lạnh buốt vào mùa đông. Trong các cuộc nghiên cứu và khảo sát thực tế cho thấy rằng, nhiệt độ để con người có thể cảm thấy thoải mái, tinh thần làm việc thoải mát là trong khoảng từ 220C đến 260C, độ ẩm trong khoảng 40 – 70%. Từ đó, cho thấy vai trò rất quan trọng của điều hòa không khí đối với con người, sẽ góp phần giúp nâng cao năng suất trong học tập cũng như trong công việc của chúng ta.

Đối với quá trình sản xuất Ngày nay, nền kinh tế ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã có bước phát triển vượt bậc. Và trong các ngành công nghiệp, ngành điều hòa không khí cũng có bước phát triển nhảy vọt và xuất hiện ở hầu hết các ngành như chế biến thủy hải sản, y học, cơ khí, kỹ thuật điện tử, … Hay những ngành công nghiệp nhẹ như dệt may, giấy, … Nhằm đảm bảo đến chất lượng của các loại sản phẩm, thiết bị, linh kiện điện tử,. thì yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất,. rất nghiêm ngặt.

Ví dụ như, trong ngành sản xuất thủy hải sản, để bảo quản sản phảm được tôt nhất, giữ được giá trị dinh dưỡng cần thiết thì nhiệt độ, độ ẩm phải được khống chế và kiểm soát chặt chẽ trong khoảng từ - 18 0C đến -20 0C đối với đông lạnh thủy sản. Trong ngành công nghiệp phim ảnh việc bảo quản phim cần khống chế nhiệt độ trong khoảng từ 18oC đến 22oC, độ ẩm từ 40 đến 60%. Hay ở các nước tiến bộ, các trang trại chăn nuôi của ngành công nghiệp sản xuất thịt, sữa đều được điều hoà không khí nhằm kiểm soát các thông số 3 về nhiệt độ, độ ẩm góp phần tạo ra môi trường ổn định, thoáng mát để giúp cho gia súc, gia cầm có thể đạt được tốc độ tăng trọng, phát triển tốt nhất cùng với chất lượng, giá trị dinh dưỡng của thịt, sữa được đảm bảo vì gia súc và gia cầm cần có khoảng nhiệt độ và độ ẩm thích hợp để tăng trọng và phát triển. Qua đó, chúng ta có thể thấy rằng điều hòa không khí có tầm quan trọng không chỉ đối với con người mà còn đối với sản xuất, đối với tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội.

Góp phần nâng cao đời sống con người cũng như sự phát triển kinh tế nói chung. Giới thiệu về một số hệ thống điều hòa không khí Trải qua quá trình hình thành và phát triển, đến nay điều hòa không khí ngày càng được hoàn thiện có đầy đủ các chức năng hiện đại với nhiều mẫu mã, chủng loại khác nhau. Hệ thống điều hòa không khí ngày này không chỉ được dùng để làm lạnh mà còn được dùng để sưởi ấm, tăng ẩm, giảm ẩm, lọc bụi,. Theo chức năng cũng như ưu điểm của từng loại fmaf điều hoaaf không khí được chia thành hai loại chính là: - Điều hòa cục bộ.

- Điều hòa trung tâm. Hệ thống điều hòa cục bộ Điều hòa cục bộ là hệ thống điều hòa không khí gồm các máy cục bộ, được lắp trong các không gian có phạm vi hẹp như là các căn hộ chung cư, văn phòng, quán café, quán ăn, … Điều hòa cục bộ gồm hai loại máy điều hòa một chiều và hai chiều.1: Máy điều hòa cục bộ 4  Ưu điểm: - Lắp đạt đơn giản, nhanh chóng. - Các máy hoàn toàn độc lập với nhau, nên dễ dàng trong việc sử dụng. - Sửa chữa, bảo trì đơn giản.

- Máy hoạt động ổn định, tuổi thọ trung bình.  Nhược điểm: - Thường được áp dụng cho các công trình đơn giản, nhỏ, không có yêu cầu khắc khe về các thông số của môi trường. - Chi phí vận hành khá lớn do có hệ số tiêu thụ điện năng lớn. - Ảnh hưởng đến kiến trúc mỹ quan của tòa nhà do phải lắp quá nhiều dàn ngưng trên tường, … 1.

Hệ thống điều hòa trung tâm Hệ thống điều hoà trung tâm là hệ thống bao gồm một hay rất nhiều máy trung tâm kết hợp lại với nhau thành một hệ thống nhằm mục đích chính là phân phối lạnh đi làm mát cho toàn khu vực bên trong tòa nhà. Điều hòa trung tâm thường thiết kế cho những nơi có diện tích cần làm mát lớn, như trung tâm thương mại, nhà xưởng, các tòa nhà cao tầng, khách sạn, … Hệ thống điều hòa trung tâm gồm có hai loại chính là: điều hòa trung tâm VRF và điều hòa trung tâm Water Chiller. Hệ thống điều hòa VRF Điều hòa trung tâm VRF (Variable Refrigerant Flow) là hệ thống điều hòa có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất tuần hoàn và qua đó có thể thay đổi công suất theo phụ tải bên ngoài. 5 Điều hòa VRF có đặc điểm là có thể sử dụng cho nhưng khu vực có diện tích lớn, đông người.

Dàn ngưng của hệ điều hòa có thể đặt ở trên tầng mái hay ở tầng hầm của tòa nhà, các dàn trao đổi nhiệt đặt trong các phòng điều hòa ở các tầng, hệ thống đường ống gas, đường ống nước ngưng được đặt trên trần gải và các hộp gen trong trục kỹ thuật nên không làm ảnh hưởng đến vẻ mỹ quan của công trình.2: Điều hòa trung tâm VRF Điều hòa trung tâm VRF có các ưu điểm như: - Tiết kiệm năng lượng hiệu quả: do được trang bị máy biến tần cũng như khả năng điều chỉnh năng suất lạnh. - Các máy điều hòa VRF đã khắc phục được vấn đề thu hồi dầu về máy nén, do đó dàn ngưng của hệ VRF có thể đạt cao hơn dàn lạnh ở khảng cách tối đa lên đến 50m cũng như mỗi dàn lạnh có thể đặt cách xa tới 15m đường ống dẫn môi chất giữa hai dàn có thể lên tới 100m. Bên cạnh đó, ở nhánh rẽ đầu tiên của bộ chia gas, đường ống dẫn có thể dài thêm lên đến 60m. - Dễ dàng hơn trong việc điều chỉnh năng suất lạnh của hệ thống.

- Hệ thống có độ tin cậy cao, dễ dàng, linh động trong vấn đề bảo dưỡng và sửa chữa thông qua hệ thống điều khiển hiển thị trên máy tính. - Giúp tiết kiệm được diện tích do một dàn nóng có thể kết hợp với nhiều dàn lạnh. - Tiết kiệm được hệ thống đường ống, chi phí vận hành đơn giản hơn so với hệ thống Water Chiller. Hệ thống điều hòa Water Chiller Hệ thống điều hòa Chiller dùng nước để làm chất tải lạnh, nước sẽ được làm mát tại cụm trung tâm sau đó nhờ vào hệ thống các đường ống dẫn đưa nước lạnh (nước lạnh vào FCU thường ở nhiệt độ 60C) đến các FCU (Fan Coil Unit).

Quạt gắn tại các FCU sẽ thổi không khí tuần hoàn qua các dàn để xử lí nhiệt độ cũng như độ ẩm. Cụm trung tâm Chiller thường được đặt trên sân thượng của tòa nhà. Nhiệt độ và tốc độ gió của hệ thống cấp cho không gian điều hòa sẽ được điểm khiển bằng “Thermorstart”. Hệ thống gồm có: - Máy làm lạnh nước (Water Chiller).

- Hệ thống ống dẫn nước lạnh. - Hệ thống nước giải nhiệt.