Đồ án tốt nghiệp: Tính toán kiểm tra hệ thống HVAC tại WTC Bình Dương

Đồ án tốt nghiệp tính toán hệ thống ĐHKK và thông gió WTC Bình Dương. Nội dung gồm tính tải lạnh, cân bằng ẩm, chọn thiết bị theo TCVN 5687:2010.

• Tác giả: Nguyễn Lưu Quyết Thắng
• Người hướng dẫn: ThS. Lại Hoài Nam
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Tính Toán Kiểm Tra Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Và Thông Gió Trung Tâm Triển Lãm WTC Thành Phố Mới Bình Dương
• 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 HVAC tại WTC Bình Dương

Hệ thống điều hòa không khí (HVAC) tại Trung tâm triển lãm WTC Thành phố mới Bình Dương được thiết kế nhằm đảm bảo môi trường thoải mái cho khách tham quan và các hoạt động sự kiện. Đồ án tính toán hệ thống HVAC này tập trung vào việc xác định tải lạnh, năng suất làm lạnh và thiết kế thông gió phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 5687:2010. Công trình với diện tích triển lãm rộng lớn đòi hỏi một hệ thống điều hòa hiệu quả, có khả năng điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm ổn định. Thiết kế HVAC đảm bảo cân bằng giữa hiệu suất năng lượng và chất lượng không khí trong nhà, là yếu tố quan trọng cho sự hài lòng của người sử dụng và tuân thủ quy định về an toàn vệ sinh lao động.

1.1. Đặc điểm công trình triển lãm WTC

Trung tâm triển lãm WTC là công trình hiện đại với kết cấu kiến trúc độc đáo, được xây dựng tại thành phố mới Bình Dương. Công trình WTC có diện tích lớn, nhiều không gian triển lãm khác nhau, từ các hội trường lớn đến các khu vực trưng bày sản phẩm. Điều kiện khí hậu địa phương tại Bình Dương nóng ẩm quanh năm, đòi hỏi hệ thống điều hòa phải có năng suất lạnh cao và khả năng kiểm soát độ ẩm tốt để duy trì điều kiện môi trường lý tưởng cho người tham quan.

1.2. Tầm quan trọng của tính toán HVAC

Tính toán hệ thống điều hòa là bước quan trọng trong quá trình thiết kế kỹ thuật của bất kỳ công trình nào. Việc tính toán chính xác tải nhiệt, tải lạnh và lưu lượng không khí giúp chọn lựa thiết bị phù hợp, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu. Đối với công trình triển lãm, hệ thống HVAC hiệu quả góp phần tạo dựng hình ảnh chuyên nghiệp và nâng cao trải nghiệm của khách tham quan.

II. Tiêu chuẩn và Thông số Thiết kế HVAC WTC Bình Dương

Đồ án này áp dụng tiêu chuẩn TCVN 5687:2010 về thông gió và điều hòa không khí, đây là tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam quy định các yêu cầu cơ bản cho thiết kế hệ thống HVAC. Thông số thiết kế bao gồm nhiệt độ thiết kế mùa hè, mùa đông, độ ẩm tương đối, tần suất thay đổi không khí trong phòng (ACH), và các tiêu chí về chất lượng không khí. Thông số WTC Bình Dương được xác định dựa trên mục đích sử dụng (trung tâm triển lãm), diện tích từng khu vực, số lượng người sử dụng, và các yếu tố môi trường địa phương. Các thông số này là cơ sở để tính toán tải lạnh, năng suất làm lạnh, và lưu lượng khí cần thiết cho hệ thống.

2.1. Tiêu chuẩn TCVN 5687 2010

TCVN 5687:2010 là tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí của Việt Nam, quy định các yêu cầu kỹ thuật, điều kiện môi trường, và phương pháp tính toán. Tiêu chuẩn này bao gồm các hướng dẫn chi tiết về xác định tải nhiệt, tải lạnh, tính toán thông gió, chọn thiết bị, và kiểm tra độ ẩm. Áp dụng tiêu chuẩn này đảm bảo công trình triển lãm WTC đạt các yêu cầu về an toàn, vệ sinh lao động, và hiệu quả năng lượng theo quy định pháp luật Việt Nam.

2.2. Thông số và điều kiện thiết kế

Thông số thiết kế cho công trình WTC Bình Dương bao gồm: nhiệt độ thiết kế mùa hè từ 26-28°C, độ ẩm tương đối 40-60%, tần suất thay đổi không khí 4-6 lần/giờ tùy theo khu vực. Điều kiện được lựa chọn phù hợp với mục đích sử dụng (triển lãm), khí hậu địa phương nóng ẩm, và yêu cầu về thoải mái của người tham quan, đảm bảo môi trường lý tưởng cho các hoạt động sự kiện và trưng bày sản phẩm.

III. Tính toán Tải Lạnh và Cân bằng Ẩm

Tính toán tải lạnh là bước chủ chốt trong thiết kế hệ thống HVAC, xác định lượng nhiệt cần loại bỏ khỏi không gian để duy trì nhiệt độ thiết kế. Tải lạnh bao gồm nhiều thành phần: nhiệt từ bức xạ mặt trời (Q5), nhiệt truyền qua kết cấu bao che (Q6), nhiệt từ nguồn sáng nhân tạo (Q1), nhiệt do người tỏa ra (Q2), và nhiệt từ thiết bị điện (Q3). Cân bằng ẩm được tính toán để xác định lượng nước cần loại bỏ từ không khí, bao gồm ẩm từ người, thiết bị, và các nguồn khác. Phương pháp tính tay được áp dụng kết hợp với các công thức trong TCVN 5687:2010, giúp xác định chính xác năng suất làm lạnh và khả năng khử ẩm của hệ thống cần thiết cho công trình triển lãm WTC.

3.1. Các thành phần tải lạnh

Thành phần tải lạnh tại WTC Bình Dương gồm: nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính (Q5) là lớn nhất do vị trí địa lý nóng, nhiệt truyền qua tường và mái (Q6), nhiệt từ hệ thống chiếu sáng (Q1), nhiệt sinh ra bởi người tham quan (Q2), và thiết bị điện trong khu triển lãm (Q3). Tính toán từng thành phần riêng biệt rồi cộng tổng để có được tổng tải lạnh của công trình, từ đó chọn thiết bị điều hòa có năng suất phù hợp.

3.2. Kiểm tra cân bằng ẩm và đọng sương

Cân bằng ẩm được tính toán để xác định lượng nước cần loại bỏ, bao gồm ẩm từ người (W1), bay hơi từ bán thành phẩm (W2), sàn ẩm (W3), và thiết bị mang từ ngoài vào (W4). Kiểm tra đọng sương trên bề mặt không kính nhằm đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng nước, ảnh hưởng đến chất lượng không gian và các sản phẩm triển lãm, bảo vệ cơ sở vật chất công trình.

IV. Sơ đồ Điều hòa và Tính toán Thông gió

Sơ đồ điều hòa không khí WTC Bình Dương được lựa chọn dựa trên các tiêu chí: quy mô công trình, nhu cầu tải lạnh, điều kiện thực tế, và khả năng kiểm soát. Hệ thống được thiết kế với khả năng điều chỉnh linh hoạt, có thể chia thành nhiều khu vực kiểm soát độc lập để tối ưu hóa năng suất. Tính toán thông gió xác định lưu lượng không khí cần cung cấp vào từng khu vực, đảm bảo mở rộng kiến thức chuyên môn và cộng với những kiến thức thông qua thực tập thực tế. Lập sơ đồ i-d (đồ thị enthalpy-độ ẩm) giúp xác định trạng thái không khí tại các điểm nút khác nhau trong hệ thống, từ ngoài trời, qua thiết bị xử lý, đến phòng công tác, đảm bảo quá trình điều hòa không khí diễn ra hiệu quả và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế.

4.1. Phương thức chọn sơ đồ điều hòa

Sơ đồ điều hòa không khí được chọn dựa trên nhiều yếu tố: loại công trình (triển lãm), diện tích và số tầng, tải lạnh cần thiết, điều kiện ngoài trời tại Bình Dương (nóng ẩm), và yêu cầu về chất lượng không khí. Hệ thống WTC được thiết kế có khả năng điều chỉnh từng khu vực riêng biệt, giúp tiết kiệm năng lượng và linh hoạt trong vận hành cho các loại sự kiện triển lãm khác nhau.

4.2. Tính toán lưu lượng không khí và đồ thị i d

Tính toán lưu lượng không khí xác định lượng không khí (m³/h) cần cung cấp vào từng khu vực dựa trên tải lạnh, số người, và tiêu chuẩn chất lượng không khí. Đồ thị i-d là công cụ quan trọng biểu diễn quá trình biến đổi trạng thái không khí qua các thiết bị xử lý (lạnh, khử ẩm, ấm), giúp kiểm tra độ ẩm cuối cùng và đảm bảo điều kiện không khí phù hợp tại từng vị trí trong công trình WTC Bình Dương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 1. Điều hòa không khí Hệ thống điều hòa không khí đầu tiên được áp dụng lần đầu tiên vào khoảng năm 1920, mục đích của nó là 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 và thiết bị (1). Khái niệm điều hòa không khí thường được chia thành ba loại:  Điều tiết không khí: thường được dùng để tạo ra môi trường thích hợp cho bảo quản và vận hành các máy móc thiết bị.

 Điều hòa không khí: mục đích tạo ra môi trường tiện nghi cho con người.  Điều hòa nhiệt độ: tạo ra môi trường có nhiệt độ thích hợp. Điều hòa không khí là tạo ra và duy trì trạng thái không khí bên trong không gian cần điều hòa ở trong vùng trạng thái đã quy định. Bao gồm như: nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông tuần hoàn không khí, lọc bụi và thành phần gây hại đến sức khỏe con người.

Nhiều người hay hiểu sai điều hòa không khí là giảm nhiệt độ, tăng độ ẩm không khí trong không gian nhất định, nhưng thực tế bên cạnh việc giảm còn có một số trường hợp tăng nhiệt độ, giảm độ ẩm tùy theo yêu cầu. Trong những năm gần đây, kỹ thuật này còn được ứng dụng để đáp ứng nhu cầu phòng sạch. Tầm quan trọng của điều hòa không khí 1. Trong sinh hoạt, dân dụng Ngày nay với sự xuất hiện của nhiều nhà cao tầng, nhiều cao ốc văn phòng,… nên nhu cầu về một không khí sạch và nhiệt độ lý tưởng ngày một tăng.

Trong những năm gần đây, công nghệ trong ngành điện lạnh đã có những thay đổi vượt bậc, một phần do các doanh nghiệp nước ngoài nhập khẩu công nghệ, một phần là do nhà nước phát triển trên nền công nghiệp 4. 1 Ở Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, nhiệt độ và độ ẩm trung bình quanh năm đều cao. Vì lý do đó nên sức khỏe con người ngày càng được chú trọng, tâm lý không được thoải mái kèm theo nhiều sự mệt mỏi từ đó chất lượng công việc càng không được đảm bảo, chưa kể đến việc các bệnh về hô hấp có thể xuất hiện. Vì vậy, điều hòa không khí ngày càng phát triển để có thể đáp ứng những nhu cầu của con người, tạo ra không khí trong lành cho con người.

Trong công nghiệp, sản xuất Ngoài ra điều hòa không khí đều được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong cuộc sống hiện đại mà còn trong công nghiệp, dược phẩm,…  Trong sản xuất công nghiệp, điều hòa không khí là thiết bị không thể thiếu. Trong nhiều nhà máy sản xuất, chất lượng khí thải ra môi trường, lượng không khí cấp vào là một điều quan trọng. Kiểm soát độ ẩm, nhiệt độ trong không khí ảnh hưởng rất lớn đến sản phẩm đầu ra. Điển hình trong các nhà máy thuốc lá, nhà máy vải, nhà máy chip điện tử, ….

 Trong y tế, bệnh viện thì nhu cầu về lượng không khí sạch luôn luôn được duy trì. Hiện nay hầu hết các bệnh viện đều có hệ thống điều hòa không khí hiện đại để đảm bảo cho bệnh nhân được hồi phục nhanh nhất. Tuy nhiên có một số nơi còn yêu cầu về độ sạch của không khí để đáp ứng nhu cầu cho phẫu thuật cũng như bảo quản dược phẩm.  Ngoài ra còn xuất hiện trong phòng thí nghiệm, các sản phẩm nghiên cứu khoa học trong nhiều lĩnh vực yêu cầu độ ẩm thích hợp.

Ví dụ như trong các lĩnh vực sinh hóa, thực phẩm,…  Bên cạnh đó, trong nhiều viện bảo tàng cũng cần có thiết bị kiểm soát độ ẩm để tránh cho các hiện vật vẫn còn giữ nguyên hiện trạng ban đầu. Các bức tranh cổ hay các tượng đá,… Cần phải được bảo quản kĩ càng vì đa phần là báu vật quốc gia. Để làm được điều đó thì cần phải có không khí sạch để tránh bị phá hủy bởi các nhân tố có trong không khí bình thường. 2 Và còn nhiều những linh vực khác cần đến sự có mặt của điều hòa không khí.

Trong những năm gần đây, nền công nghiệp điện lạnh đang có sự phát triển mạnh mẽ và vượt bật với nhiều loại kích cỡ, công suất phù hợp với mọi dự án. Và dần trở thành công cụ đắc lực giúp đỡ cho con người góp phần không nhỏ cho sự phát triển kinh tế và nâng cao chất lượng sản phẩm. Nói tóm lại điều hòa không khí có ý nghĩa quan trọng trong đời sống. Tuy nhiên tùy theo quy mô dự án khác nhau mà tính toán hệ thống điều hòa không khí khác nhau, từ đó sẽ chọn được loại công nghệ phù hợp với dự án.

Một số hệ thống điều hòa không khí phổ biến 1. Hệ thống điều hòa VRV-VRF Hệ thống VRV-VRF giải nhiệt gió Để khắc phục sự cồng kềnh từ những hệ thống điều hòa trung tâm giải nhiệt nước nên nhiều hãng điều hòa đã sản xuất ra những sản phẩm thích hợp hơn cho các tòa nhà cao tầng, khách sạn,… nhưng ít chiếm diện tích hơn giải nhiệt nước.  Dàn nóng: được đa dạng dãy công suất hơn từ 5 HP cho đến 54 HP. Năng suất dao động từ 14.

Dàn nóng được chia 3 loại phù hợp với điều kiện khí hậu trên thế giới: 1 chiều, 2 chiều nóng lạnh, loại có sử dụng thu hồi nhiệt. Trong dàn nóng có ít nhất là 1 máy nén biến tần.  Dàn lạnh: có nhiều kiểu dàn lạnh khác nhau và năng suất lạnh của từng loại được tính theo công suất mã lực của dàn nóng để khi kết nối lại trong một hệ thống dễ dàng hơn. Đối với hãng Daikin thì tỉ lệ kết nối giữa các dàn với nhau có thể lên tới 130%, có nghĩa là dàn nóng 10HP thì có thể kết nối với dàn lạnh tới 13HP.

Dải dàn nóng VRV III 1 chiều lạnh (năng suất lạnh  2,8 kW/1HP) ở điều kiện danh định tT=27oC, tư=19,5oC, tN=35oC, ga R410A Công Bộ kết nối Số dàn Q, Ký hiệu Tổ hợp từ các suất dàn dàn nóng lạnh kết kW dàn máy model nóng, HP ngoài nhà nối max 5 HP 14,1 RX(Y)Q5P RX(Y)Q5P - 8 8 HP 22,5 RX(Y)Q8P RX(Y)Q8P - 13 10 HP 28,2 RX(Y)Q10P RX(Y)Q10P - 16 12 HP 33,7 RX(Y)Q12P RX(Y)Q12P - 19 14 HP 40,2 RX(Y)Q14P RX(Y)Q14P - 23 16 HP 45,3 RX(Y)Q16P RX(Y)Q16P - 26 18 HP 49,3 RX(Y)Q18P RX(Y)Q18P 29 RX(Y)Q8P + 20 HP 56,2 RX(Y)Q20P 32 RX(Y)Q12P RX(Y)Q10P + 22 HP 61,9 RX(Y)Q22P 35 RX(Y)Q12P RX(Y)Q8P + 24 HP 67,8 RX(Y)Q24P BHFP22P100 39 RX(Y)Q16P RX(Y)Q8P + 26 HP 71,8 RX(Y)Q26P 42 RX(Y)Q18P RX(Y)Q10P + 28 HP 77,5 RX(Y)Q28P 45 RX(Y)Q18P RX(Y)Q12P + 30 HP 83,0 RX(Y)Q30P 49 RX(Y)Q18P 32 HP 90,5 RX(Y)Q32P RX(Y)Q16P x2 52 RX(Y)Q16P + 34 HP 94,6 RX(Y)Q34P 55 RX(Y)Q18P 36 HP 99,0 RX(Y)Q36P RX(Y)Q18P x2 58 RX(Y)Q8P + 38 HP 106 RX(Y)Q38P RX(Y)Q12P + 61 RX(Y)Q18P RX(Y)Q8P + BHFP22P151 40 HP 113 RX(Y)Q40P RX(Y)Q16P x2 RX(Y)Q8P + 42 HP 117 RX(Y)Q42P RX(Y)Q16P + 64 RX(Y)Q18P RX(Y)Q8P + 44 HP 121 RX(Y)Q44P RX(Y)Q18P x2 4 RX(Y)Q10P + 46 HP 127 RX(Y)Q46P RX(Y)Q16P x2 RX(Y)Q12P + 48 HP 133 RX(Y)Q48P RX(Y)Q16P x2 RX(Y)Q14P + 50 HP 139 RX(Y)Q50P RX(Y)Q16P x2 RX(Y)Q16P + 52 HP 144 RX(Y)Q52P RX(Y)Q16P x2 54 HP 148 RX(Y)Q54P RX(Y)Q18P x3 Điểm ưu việt của giải nhiệt gió so với giải nhiệt nước là:  Không gian lắp đặt cho VRF-VRV nhỏ hơn nhiều so với giải nhiệt nước do ống gas nhỏ hơn ống nước và ống gió, nhưng bù lại chi phí sẽ cao hơn.  Thời gian lắp đặt cũng nhanh hơn hệ giải nhiệt nước do tương tự điều hòa dân dụng. VRV-VRF không cần đến phòng AHU, chỉ gói gọn có thể để trên tầng thượng hay diện tích ngoại cảnh công trình.  Về chi tiết vận hành thì VRF-VRV mang tính tự động cao hơn giải nhiệt nước nên sẽ ít nhân công hơn.

 Tổn thất nhiệt của giải nhiệt nước cực kì lớn do trước khi vận hành phải cho nhiệt độ của nước giảm xuống mức 7 oC và sau khi vận hành thì lượng nước sẽ thất thoát từ từ để ngang với nhiệt độ môi trường. Nhưng với hệ giải nhiệt gió do sử dụng trực tiếp gas nên sự thất thoát là bằng 0.  Khả năng mở rộng công suất của giải nhiệt gió là bất kì miễn sao phù hợp với công suất dàn nóng nhưng với hệ giải nhiệt nước thì phải thay đổi lại toàn bộ đường ống nước.  Quan trọng nhất là chi phí vận hành cho hệ giải nhiệt gió là thấp hơn rất nhiều so với hệ giải nhiệt nước do toàn bộ hệ thống được xử lí bằng tự động và biến tần có thể kiểm soát trực tiếp lưu lượng môi chất.

5 Hệ thống VRV-VRF giải nhiệt nước Hơi khác biệt so với giải nhiệt gió là có xuất hiện tháp giải nhiệt và mỗi tầng bắt buộc phải có một phòng để dàn nóng riêng. Với phương án giải nhiệt nước này thì có thể lắp đặt cho bất kì chiều cao nào của mọi công trình. Tuy nhiên ta có thể gộp chung nhiều dàn nóng vào chung một tầng miễn sao đường ống gas và khoảng cách giữa các cụm đảm bảo theo tiêu chuẩn của từng loại công trình. Với hệ này thì sẽ được bố trí thêm tháp giải nhiệt thường đặt trên tầng thượng và đường ống nước giải nhiệt sẽ được dẫn tới các dàn nóng.

Áp lực nước cho phép là 1.96 MPa tương đương với tòa nhà cao 200m. Hệ thống điều hòa giải nhiệt bằng nước Water Chiller Hệ thống điều hòa giải nhiệt bằng nước Water Chiller là hệ thống sử dụng nước lạnh có nhiệt độ khoảng 7 oC được làm lạnh gián tiếp đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt như FCU, AHU,…. Toàn bộ một hệ thống Water Chiller bao gồm những hệ thống chính sau:  Hệ thống nước giải nhiệt gồm tháp giải nhiệt, đường ống, bơm,…  Dàn trao đổi nhiệt bao gồm cả 1 chiều và 2 chiều nóng lạnh bằng FCU, AHU,…  Hệ thống đường ống cấp gió tươi, gió hồi, gió thải.  Hệ thống khớp mềm tiêu âm.

 Thiết bị làm lạnh nước xuống sấp xỉ khoảng 7 độ C với mục đích làm tăng năng suất lạnh của máy. Hệ thống giải nhiệt nước thường được đặt dưới tầng hầm do đặt thù về thiết bị. Riêng tháp giải nhiệt thì được đặt trên tầng thượng để tránh phải sử dụng thêm hệ thống bơm, giảm chi phí thiết bị. Phương án bố trí hệ thống Water Chiller dưới tầng hầm Điều cốt cõi là phải hạ được nhiệt độ nước xuống ở nhiệt độ 7 độ C.

Để tiết kiệm nước giải nhiệt người ta sẽ sử dụng tháp giải nhiệt nước và hệ thống bơm tuần hoàn. TIÊU CHUẨN VÀ THÔNG SỐ THIẾT KẾ TRUNG TÂM TRIỂN LÃM WTC THÀNH PHỐ MỚI BÌNH DƯƠNG 2.