Đồ án: Tính toán kiểm tra Hệ thống ĐHKK cho Cao ốc Ocean Tower TP.HCM

Tài liệu đồ án tính toán hệ thống điều hòa không khí cho cao ốc văn phòng. Gồm tính toán tải nhiệt, chọn thiết bị và thiết kế hệ thống thông gió.

• Tác giả: Lê Hoàng Nhi
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thành Trung
• 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 cao ốc văn phòng Ocean Tower TP.HCM
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Tính Toán Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Cao Ốc

Đồ án tính toán hệ thống điều hòa không khí cao ốc là một công trình nghiên cứu toàn diện về thiết kế và tối ưu hóa hệ thống ĐHKK cho các tòa nhà cao tầng. Nghiên cứu này tập trung vào tính toán nhiệt tải, xác định công suất làm lạnh cần thiết và lựa chọn thiết bị phù hợp. Cao ốc văn phòng Ocean Tower TP.HCM được chọn làm đối tượng nghiên cứu điển hình, đại diện cho các công trình hiện đại ở Thành phố Hồ Chí Minh. Đồ án bao gồm các giai đoạn: phân tích yêu cầu nhiệt, tính toán tải làm lạnh, thiết kế sơ đồ điều hòa, lựa chọn máy móc thiết bị, và tính toán hệ thống thông gió. Mục tiêu chính là đảm bảo điều kiện sinh hoạt và làm việc thoải mái cho cộng đồng sử dụng, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm chi phí vận hành lâu dài.

1.1. Lịch Sử Hình Thành và Tầm Quan Trọng ĐHKK

Hệ thống điều hòa không khí đã trở thành yếu tố không thể thiếu trong các công trình hiện đại. Từ những năm 1950 đến nay, công nghệ ĐHKK liên tục phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao. Tầm quan trọng của điều hòa không khí đối với con người thể hiện trong việc duy trì nhiệt độ, độ ẩm phù hợp, cải thiện chất lượng không khí trong môi trường sống và làm việc. Đối với sản xuất và văn phòng, ĐHKK ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động và sự hài lòng người dùng.

1.2. Đối Tượng Và Phạm Vi Nghiên Cứu

Đối tượng nghiên cứu là cao ốc văn phòng Ocean Tower, một công trình đa tầng điển hình ở TP.HCM. Phạm vi bao gồm tính toán tải nhiệt cho các phòng khác nhau, thiết kế hệ thống điều hòa trung tâm VRF, và tính toán hệ thống ống gió cấp/thoát khí. Các tầng văn phòng, hành lang, phòng vệ sinh, và tầng hầm đều được tính toán chi tiết để đảm bảo thiết kế hệ thống ĐHKK hiệu quả và an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam.

II. Tính Toán Nhiệt Tải và Các Thành Phần Chính

Tính toán nhiệt tải là bước quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí cao ốc. Nhiệt tải được chia thành hai thành phần: nhiệt hiện (liên quan đến thay đổi nhiệt độ) và nhiệt ẩn (liên quan đến thay đổi độ ẩm). Phương pháp Carrier được sử dụng để tính toán, bao gồm: nhiệt bức xạ qua cửa kính, nhiệt truyền qua kết cấu bao che, nhiệt từ thiết bị và con người, nhiệt từ gió tươi, và các nguồn nhiệt khác. Các hệ số hiệu chỉnh được áp dụng dựa trên vị trí, hướng tòa nhà, và điều kiện khí hậu địa phương. Kết quả tính toán nhiệt tải cho phép xác định công suất làm lạnh cần thiết, từ đó lựa chọn thiết bị phù hợp.

2.1. Các Thành Phần Nhiệt Tải Chính

Nhiệt hiện bức xạ qua cửa kính (Q1) là thành phần lớn nhất, phụ thuộc vào diện tích cửa, hệ số làm mờ, và góc tối. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che (Q2) bao gồm mái, tường ngoài, sàn, cửa. Nhiệt từ thiết bị (Q3) và con người (Q4) phụ thuộc vào số lượng người và thiết bị điện. Nhiệt gió tươi (QN) là lượng nhiệt mang vào từ không khí ngoài, rất quan trọng trong tính toán hệ thống ĐHKK cao ốc.

2.2. Kiểm Tra Đọng Sương và Hiệu Chỉnh

Kiểm tra đọng sương được thực hiện để đảm bảo độ ẩm tương đối không vượt quá ngưỡng cho phép. Nếu hệ số nhiệt hiện nhạy (ESHF) thấp, cần hiệu chỉnh số lượng gió tươi. Điểm đọng sương (S) trên ẩm đồ cho phép xác định nhiệt độ bề mặt dàn lạnh để tránh kết sương ngoài ống. Quá trình này đảm bảo thiết kế hệ thống điều hòa đáp ứng yêu cầu độ ẩm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN.

III. Thiết Kế Sơ Đồ Điều Hòa Và Lựa Chọn Thiết Bị

Sơ đồ tuần hoàn một cấp là phương án được chọn cho hệ thống điều hòa không khí Ocean Tower, bao gồm các thiết bị chính: dàn lạnh, dàn nóng, bộ chia gas (nếu cần), và quạt. Sơ đồ này cho phép điều chỉnh linh hoạt nhiệt độ và độ ẩm tại các điểm trạng thái khác nhau trên ẩm đồ (psychrometric chart). Xác định các điểm trạng thái bao gồm: điểm ngoài (O), điểm phòng (R), điểm hoà trộn (H), điểm đi vòng (B), và điểm dàn lạnh (T). Mỗi điểm được xác định bằng nhiệt độ và độ ẩm tương đối. Năng suất lạnh được tính toán dựa trên lưu lượng không khí và enthalpy tại các điểm. Việc lựa chọn thiết bị phải đảm bảo công suất phù hợp với tải làm lạnh được tính toán.

3.1. Xác Định Các Điểm Trạng Thái Trên Ẩm Đồ

Ẩm đồ là công cụ quan trọng trong tính toán hệ thống ĐHKK. Điểm ngoài (O) được xác định từ điều kiện khí hậu thiết kế (26°C, 50% RH cho TP.HCM). Điểm phòng (R) là điều kiện dự kiến bên trong (26°C, 50% RH). Điểm hoà trộn (H) được xác định bằng việc trộn không khí ngoài và không khí tái tuần hoàn. Hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF) xác định đường thẳng từ R đến T trên ẩm đồ, giúp tìm điểm dàn lạnh (T).

3.2. Chọn Dàn Lạnh và Thiết Bị Phụ Trợ

Chọn dàn lạnh dựa trên năng suất làm lạnh tính toán, thường sử dụng dàn ống đồng - vây nhôm. Chọn dàn nóng phụ thuộc vào nhu cầu sưởi ấm (nếu có). Bộ chia gas được sử dụng trong hệ thống VRF (Variable Refrigerant Flow) để điều chỉnh lưu lượng gas lạnh tới các thiết bị. Các thiết bị này phải được chọn từ các nhà sản xuất uy tín và kiểm tra bằng phần mềm Daikin để đảm bảo hiệu suất.

IV. Thiết Kế Hệ Thống Thông Gió và Ứng Dụng BIM Revit

Hệ thống thông gió là thành phần quan trọng của đồ án tính toán hệ thống điều hòa không khí cao ốc, bao gồm: cấp gió tươi, cấp gió lạnh, hút khí thải từ nhà vệ sinh, thông gió tầng hầm, và tạo áp cầu thang. Tính toán hệ thống thông gió liên quan đến xác định lưu lượng không khí, kích thước đường ống, lựa chọn quạt, và kiểm tra tổn thất áp suất. Phần mềm Daikin được sử dụng để kiểm tra tải và tối ưu hóa thiết kế. Ngoài ra, ứng dụng Revit (BIM) được sử dụng để dựng lại mô hình 3D của toàn bộ hệ thống điều hòa không khí, giúp kiểm tra xung đột với các hệ thống khác, bóc tách khối lượng, và tạo bản vẽ chi tiết cho nhà thầu.

4.1. Tính Toán Hệ Thống Cấp Gió Tươi và Ống Gió

Cấp gió tươi đảm bảo chất lượng không khí trong phòng, với lưu lượng tối thiểu theo tiêu chuẩn TCVN. Xác định tốc độ không khí trong ống thường là 4-6 m/s để cân bằng giữa tổn thất áp và tiếng ồn. Kích thước ống được xác định dựa trên lưu lượng và tốc độ, có thể là hình vuông hoặc tròn. Tính tổn thất áp suất để chọn quạt có công suất phù hợp, tổn thất bao gồm quạt, lọc, ống, và miệng gió.

4.2. Ứng Dụng Revit Và BIM Trong Thiết Kế

Revit (BIM - Building Information Modeling) cho phép dựng mô hình 3D của hệ thống ĐHKK cao ốc một cách chi tiết. Lợi ích của Revit bao gồm: kiểm tra xung đột với các hệ thống khác, bóc tách khối lượng vật liệu tự động, tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D, và quản lý thông tin dự án tập trung. Quy trình sử dụng Revit bao gồm: mở dự án, link file kiến trúc, dựng các ống gió, thiết bị, và kiểm tra trước khi thi công.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ 1. Lịch sử hình thành Các nhà khảo cổ học và sử học cho rằng mô hình máy điều hòa không khí sơ khai nhất đã được những người Ai Cập cổ đại áp dụng bằng cách treo lau sậy trên các cửa sổ và phun nước lên. Khi gió thổi qua cửa sổ sẽ mang theo hơi nước vào và làm mát không khí bên trong căn phòng. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp người Ai Cập cổ làm ẩm bầu không khí trong nhà, tránh được sự khô nóng của khí hậu sa mạc.

1: Những cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển của máy điều hòa Năm Nhân vật Sự kiện John Hadley và 1758 Phát hiện quá trình làm lạnh từ sự bay hơi Franklin 1820 Michael faraday Nén và hóa lỏng khí Amoniac Thổi không khí lạnh để làm mát bệnh nhân, ý tưởng 1830 John Gorrie chế tạo máy điều hòa 1851 James Harrison Chế tạo thành công máy tạo băng Hệ thống dùng nước đá để làm mát tổng thống 1881 Hải quân Hoa Kỳ James Garfield Chế tạo máy điều hòa không khí đầu tiên trên thế 1902 Willis Carrier giới 1906 Stuart Cramer Đặt tên quá trình “điều hòa không khí” 1914 Charles Gates Người đầu tiên sở hữu máy điều hòa tại nhà riêng 1928 Thomas Midgley Jr. Chế tạo thành công chất sinh hàn Freon (CFC) H.Schultz và Chế tạo máy điều hòa đầu tiên có kích thước nhỏ 1931 J.Schultz và Công nghệ làm lạnh phục vụ chiến tranh thế giới thứ 1945 J.Schultz và Hơn 1 triệu máy điều hòa dân dụng được bán ra trên 1953 J.Sherman khắp nước Mỹ 2 1957 Heinrick Krigar Chế tạo thành công máy nén ly tâm Neil Armstrong và Đi bộ trên mặt trăng với bộ quần áo có trang bị máy 1969 Buzz Aldrin điều hòa 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. Vào năm 1902, mô hình máy điều hòa không khí hiện đại đầu tiên vận hành bằng năng lượng điện được phát minh bởi Willis Carrier (1875-1950) tại Buffalo, New York. Vào năm 1911, Carrier tiếp tục giới thiệu "công thức làm lạnh với tỷ lệ độ ẩm hợp lý" cho hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ.

Phương pháp làm lạnh này vẫn còn được áp dụng cho đến ngày nay trong một số lĩnh vực của ngành công nghiệp làm lạnh. Vào năm 1922, Carrier tiếp tục tạo nên 2 bước tiến đột phá cho ngành công nghiệp sản xuất máy điều hòa. Đầu tiên là thay thế chất sinh hàn độc hại amoniac bằng hợp chất khác an toàn hơn là dielene (dichloroethylene, hoặc C2H2Cl2). Vào năm 1944, điều hòa không khí đã xâm nhập vào thị trường ngành hàng không.

Năm 1957 đánh dấu bước chuyển mình ngoạn mục của công nghệ sản xuất máy điều hòa với việc chế tạo thành công máy nén khí ly tâm đầu tiên trên thế giới bởi kỹ sư người Đức Heinrich Kriga. 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 Hiệu quả của con người tăng lên: Nghiên cứu đã tìm thấy rằng trong điều kiện thoải mái, khả năng làm việc của con người tăng lên.

Nếu nhiệt độ phòng rất cao, tất cả nhiệt từ cơ thể được giải phóng và cảm thấy khó chịu từ sâu bên trong gây ra sự kích thích tâm trí và thiếu tập trung. Người cũng có xu hướng mệt mỏi nhanh trong nhiệt độ cao. Ở điều kiện thoải mái do điều hòa không khí tạo ra, người đó cảm thấy yên bình từ sâu bên trong và có thể làm việc nhiều hơn. Không khí trong lành hơn nữa giúp con người thực hiện nhiều công việc hơn.

Máy điều hòa giúp lưu thông không khí được lọc bên trong phòng hoặc văn phòng. Không khí này không có bụi và các hạt bụi bẩn, khói, vi sinh vật, vi khuẩn,… Do môi trường lành mạnh này được tạo ra trong phòng và sức khỏe của con người được cải thiện. Ít tiếng ồn có sự yên tĩnh trong các phòng, mang lại giấc ngủ êm dịu vào ban đêm và cũng duy trì sự yên tĩnh vào ban ngày. Đối với quá trình sản xuất Môi trường kiểm soát khí hậu có thể mang lại lợi ích không chỉ cho máy móc, mà cả con người, ngay từ năm 1950, các nhà nghiên cứu của chính phủ đã bắt đầu nghiên cứu tác động của điều hòa không khí trong nơi làm việc sản xuất.

Họ nhanh chóng nhận ra năng suất tăng của nhân viên làm việc trong các văn phòng và nhà máy thương mại được điều hòa không khí. Nghiên cứu ban đầu lưu ý rằng điều hòa không khí giúp tăng năng suất của nhân viên ít nhất 25%, cũng như dẫn đến sự vắng mặt của nhân viên ít hơn so với những nhân viên không làm việc trong môi trường máy lạnh. Điều hòa không khí cũng được sử dụng để làm mát và hút ẩm các phòng chứa đầy các thiết bị điện tử sản xuất nhiệt, như máy chủ, bộ khuếch đại công suất, và để hiển thị và lưu trữ một số sản phẩm tinh tế, như tác phẩm nghệ thuật. 4 Trong một ô tô, hệ thống điều hòa không khí sẽ sử dụng khoảng 3kW của động cơ điện, do đó tăng mức tiêu thụ nhiên liệu của xe.

Hệ thống điều hòa công nghiệp có dải công suất để lựa chọn rộng, vì vậy có thể chọn loại máy với công suất phù hợp với các loại công trình thiết kế và đầu tư mở rộng hệ thống dễ dàng. Ngoài ra, hệ thống làm mát không khí này có khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ phòng. Do đó trong quá trình vận hành, máy lạnh sẽ tự động điều chỉnh công suất máy nén. Từ đó đảm bảo giảm tối thiểu chi phí điện năng trong quá trình vận hành cho toàn bộ hệ thống.

Tiết kiệm chi phí trong việc bảo trì, bảo dưỡng máy móc sản xuất. Giới thiệu về một số hệ thống điều hòa không khí Hệ thống sưởi ấm và làm mát là hai trong số những điều quan trọng nhất mà nhiều người cân nhắc khi mua một ngôi nhà mới. Về cơ bản có hai loại hệ thống sưởi và làm mát: cục bộ và trung tâm. Hệ thống điều hòa cục bộ Điều hòa cục bộ là máy điều hòa không khí gồm các máy cục bộ đơn chiếc được lắp đặt cho các khu vực điều hoà đơn lẻ.

[TL3] Hệ thống điều hòa gồm 2 loại chính là máy điều hòa một khối và máy điều hai khối. 1: Máy điều hòa cục bộ 5 Ưu điểm của hệ thống điều hòa cục bộ: - Lắp đặt 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.

- Giá thành tương đối rẻ. - Máy hoạt động ổn định, tuổi thọ trung bình. Nhược điểm của hệ thống điều hòa cục bộ: - 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, … - Âm thanh vận hành khá lớn. 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 nhà máy nhà xưởng, khu trung tâm thương mại, tòa nhà… nó cung cấp dàn nóng, dàn lạnh với công suất rất lớn; đây là một hệ thống làm mát được sử dụng để làm mát toàn bộ nhà xưởng, tòa nhà, trung tâm thương mại… Hệ thống điều hòa trung tâm gồm có hai loại chính là: điều hòa trung tâm VRV và điều hòa trung tâm Water Chiller. Hệ thống điều hòa VRV VRV là viết tắt của từ tiếng Anh “Variable Refrigerant Volume”.

Hệ thống điều hòa trung tâm VRV là kiểu hệ thống máy lạnh dành cho các tòa nhà cao tầng, các công trình diện tích sử dụng lớn và có sự hạn chế về vị trí đặt các dàn nóng giải nhiệt riêng rẽ. [TL4] Hệ thống điều hòa trung tâm VRV có 4 loại: (Hình 1.2) - Hệ thống điều hòa trung tâm VRV casstle âm trần 6 - Hệ thống điều hòa trung tâm VRV âm trần nối ống gió - Hệ thống điều hòa trung tâm VRV đặt sàn - Hệ thống điều hòa trung tâm VRV treo tường Điều hòa VRV có đặc điểm là có thể sử dụng cho những 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 giả 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 VRV Máy điều hòa dạng VRV chủ yếu dùng cho điều hòa tiện nghi và có các đặc điểm sau: - Tổ hợp ngưng tụ (dàn nóng) có 3 máy nén trong đó có một máy nén điều chỉnh năng suất lạnh theo kiểu ON – OF còn lại điều chỉnh bậc theo máy biến tần nên số bậc điều chỉnh từ 0% (đóng) cho đến 100% (hoàn toàn mở) gồm 21 bậc, đảm bảo năng lượng tiết kiệm hiệu quả.

- Các thông số vi khí hậu được khống chế phù hợp với nhu cầu của từng vùng. - Các máy VRV có các dãy công suất kết hợp lắp ghép với nhau thành các mạng đáp ứng nhu cầu năng suất lạnh khác nhau từ nhỏ (7KW đến hàng ngàn KW) cho các nhà cao tầng hàng trăm mét với hàng ngàn phòng đa chức năng.