Đồ án: tốt nghiệp đề tài thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà

Chuyên đề Đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà biệt th, tiếp cận liên ngành, kết quả nghiên cứu có giá trị ứng

• Tác giả: Đỗ Thái Bảo
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đức Bình
• Trường học: Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Cho Tòa Nhà Biệt Thự Ở Hà Nội
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Đồ án tốt nghiệp về thiết kế hệ thống điều hòa không khí là một trong những dự án quan trọng trong chương trình đào tạo ngành Cơ Khí. Tại Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, các sinh viên được yêu cầu thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho một tòa nhà biệt thự ở Hà Nội. Đây là bài toán thực tiễn đòi hỏi kiến thức về tính toán nhiệt, độ ẩm, và lựa chọn thiết bị phù hợp. Mục đích chính của đồ án là thiết kế một hệ thống đạt yêu cầu về tiện nghi nhiệt cho người sinh hoạt, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Công trình gồm 4 tầng với các phòng chức năng khác nhau như phòng khách, phòng ngủ, và các phòng chuyên dụng, mỗi phòng có yêu cầu điều hòa riêng biệt.

1.1. Đặc Điểm Và Yêu Cầu Thiết Kế

Công trình biệt thự ở Hà Nội nằm ở vị trí 21 độ Bắc, có điều kiện khí hậu tropical nót ẩm. Yêu cầu thiết kế bao gồm: tạo cảm giác thoải mái cho người sinh hoạt, cấp gió tươi đủ, đảm bảo hiệu quả năng lượng, và phù hợp với chi phí. Công trình có cấu trúc 4 tầng với các phòng đa chức năng cần được điều hòa độc lập hoặc liên kết hợp lý.

1.2. Các Thành Viên Thực Hiện

Đồ án được thực hiện bởi 3 sinh viên: Đỗ Thái Bảo (91777), Hoàng Thế Anh (91957), Nguyễn Đăng Quân (91997) dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Đức Bình. Nhóm làm việc theo phương pháp hợp tác, chia công việc tính toán nhiệt, tính ẩm thừa, và lựa chọn hệ thống điều hòa phù hợp nhất.

II. Tính Toán Nhiệt Thừa Và Thông Số Cơ Bản

Tính toán nhiệt thừa là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí. Các kỹ sư cần xác định lượng nhiệt dư thừa bên trong công trình để lựa chọn công suất máy điều hòa phù hợp. Thông số tính toán được chia thành hai phần: bên ngoài công trình (điều kiện khí hậu ngoài trời) và bên trong công trình (điều kiện tiện nghi mong muốn). Với Hà Nội, thông số bên ngoài mùa hè là: nhiệt độ 36°C, độ ẩm 55%, lượng nhiệt tính được 89,4 kJ/kg. Bên trong công trình, các phòng được thiết kế với nhiệt độ 26±1°C và độ ẩm 65±5%. Chênh lệch nhiệt độ ngoài-trong là 10°C, một con số đáng kể cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thông Số Tính Toán Bên Ngoài

Theo TCVN 5687-2024 về tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí, với thời gian không đảm bảo m = 200 giờ/năm, thông số ngoài mùa hè Hà Nội là: tnH = 36°C, φnH = 55%, InH = 89,4 kJ/kg. Các giá trị này được sử dụng để tính toán lượng nhiệt và ẩm cần loại bỏ từ công trình.

2.2. Thông Số Tính Toán Bên Trong

Các phòng trong công trình được thiết kế với nhiệt độ trong: 26±1°C và độ ẩm tương đối: 65±5%. Những thông số này đảm bảo sự thoải mái của người dùng theo tiêu chuẩn TCVN 5687-2024. Thông số áp dụng chung cho phòng khách, phòng ngủ, và các phòng chức năng khác.

III. Cấu Tạo Kết Cấu Bao Che Và Hệ Số Truyền Nhiệt

Kết cấu bao che công trình gồm tường, kính, sàn, trần, cửa đi và hố thang, mỗi phần có đặc tính truyền nhiệt khác nhau. Để thiết kế chính xác, cần tính toán hệ số truyền nhiệt K (W/m².K) của từng kết cấu. Tường 220mm tiếp xúc không khí ngoài có K = 1,76 W/m².K, tường 110mm có K = 2,63 W/m².K. Các kết cấu không tiếp xúc với không khí ngoài (tường trong, trần phòng) có hệ số truyền nhiệt thấp hơn. Vách kính được thiết kế với 3 lớp: hai lớp kính cường lực δ=5mm, lớp khí Agon δ=6mm ở giữa, có khả năng cách nhiệt tốt. Công thức tính K: K = 1/(1/αT + Σδᵢ/λᵢ + 1/αN), trong đó αT, αN là hệ số trao đổi nhiệt bề mặt trong và ngoài.

3.1. Kết Cấu Các Phần Bao Che

Tường 220mm: lớp vữa ngoài (15mm, λ=0,93), gạch (190mm, λ=0,58), vữa trong (15mm, λ=0,93). Tường 110mm: cấu trúc tương tự nhưng độ dày gạch chỉ 80mm. Sàn/Trần: lớp bê tông, vữa, và lớp cách âm. Vách kính: 3 lớp với lớp khí Agon cách nhiệt giữa, thiết kế hiệu quả cho vùng có bức xạ mặt trời mạnh.

3.2. Tính Toán Hệ Số Truyền Nhiệt

Tính K theo công thức tiêu chuẩn, lấy hệ số trao đổi nhiệt: αT = 8,72 W/m².K (bên trong), αN = 23,26 W/m².K (bên ngoài tiếp xúc). Kết quả: Tường 220 ngoài: 1,76 W/m².K, Tường 220 trong: 1,56 W/m².K, Tường 110 ngoài: 2,63 W/m².K. Các giá trị K cao hơn cần loại bỏ nhiệt nhiều hơn.

IV. Lựa Chọn Hệ Thống Và Thiết Kế Ống Gió

Lựa chọn hệ thống điều hòa không khí phù hợp là bước tiếp theo sau khi tính toán được lượng nhiệt thừa. Có ba lựa chọn chính: Điều hòa treo tường (Split) phù hợp cho từng phòng nhỏ, chi phí thấp nhưng không tập trung điều khiển; Hệ thống VRV/VRF (Variable Refrigerant Flow) linh hoạt, tiết kiệm năng lượng, phù hợp cho công trình đa phòng; Hệ thống Chiller tập trung, hiệu quả cao cho công trình lớn. Cho tòa nhà biệt thự 4 tầng, hệ thống VRV/VRF là lựa chọn tối ưu cân bằng giữa chi phí, hiệu suất và quản lý. Tính toán hệ thống ống gió cần xác định kích thước ống dựa trên lưu lượng không khí cần thiết (m³/h), vận tốc gió (3-5 m/s), và tổn hao áp suất. Ống gió thổi phân phối không khí lạnh đến các phòng, ống gió hút tụi không khí nóm trở lại.

4.1. So Sánh Các Hệ Thống Điều Hòa

Điều hòa Split: chi phí thấp, dễ lắp đặt, nhưng mỗi phòng cần máy riêng. VRV/VRF: một máy ngoài, nhiều dàn trong, điều khiển độc lập từng phòng, COP cao (4-6). Chiller: hiệu quả cao, tập trung, nhưng chi phí vốn lớn. Cho biệt thự, VRV/VRF đạt cân bằng tốt nhất.

4.2. Thiết Kế Hệ Thống Ống Gió

Tính toán đường ống gió thổi: xác định lưu lượng Q (m³/h) dựa trên nhiệt thừa, vận tốc gió v = 3-5 m/s, công thức: F = Q/(v×3600). Ống gió hút tương tự nhưng có áp suất âm. Thiết kế mạng ống gió tối ưu, giảm tổn hao áp suất, tiếng ồn, tiết kiệm năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NHIỆT THỪA I. THÔNG SỐ TÍNH TOÁN. Thông số tính toán bên ngoài công trình. - Chọn lựa thông số tính toán bên ngoài của công trình theo số giờ không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm trong nhà với thời gian không đảm bảo m = 200 (h).

- Căn cứ phục lục B-TCVN 5687 – 2024: tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí. Vì công trình ở Hà Nội nên ta có bảng thông số tính toán bên ngoài nhà như sau: Bảng 1.Thông số tính toán bên ngoài công trình. Mùa Hè tnH; (°C) φnH; (%) InH; (kJ/kg) 36 55 89,4 1. Thông số tính toán bên trong công trình.

- Trên cơ sở đánh giá điều kiện tiện nghi nhiệt của môi trường không khí, thông số tính toán bên trong nhà (nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc) phụ thuộc vào trạng thái lao động. Căn cứ phục lục A.2 - TCVN 5687 – 2024: tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí.ta chọn được thông số các phòng theo bảng sau: Bảng 1.Thông số tính toán bên trong công trình. ST Mùa Hè chức năng T t, (°C) Độ ẩm, (%) 1 Phòng khách 26 ± 1 65 ± 5 2 Phòng ngủ 26 ± 1 65 ± 5 4 ST Mùa Hè chức năng T t, (°C) Độ ẩm, (%) 3 Phòng tầng 4 26 ± 1 65 ± 5 II: CẤU TẠO KẾT CẤU BAO CHE.Kết cấu công trình 2. Kết cấu kính: + Lớp 1 : Lớp kính cường lực δ=0 , 005 m ; λ=0 ,76 W /m.

MPa + Lớp 1 : Lớp khí Agon δ=0 , 006 m ; λ=0 , 016W /m. C + Lớp 1 : Lớp kính cường lực δ=0 , 005 m ; λ=0 ,76 W /m. Kết cấu tường 220: : = 0,015m;  = 0,93W/m .Kết cấu sàn ( trần ) : = =  = 105 g/mhMPa 0,015m; 0,87w/m. Kết cấu hố thang : = 0,30 (0.

Kết cấu cửa đi. - Cửa đi làm bằng kính (Kết cấu kính) 7 -Cửa đi lằm bằng gỗ  = 0,04m;  = 0,23 W/m. - Trần giả làm bằng thạch cao  = 0,01m;  = 0,41 W/m.Mp Chú thích: Các thông số;  được tra trong phụ lục 5 tài liệu “Thông gió”– Tham khảo thêm: “Các giải pháp kiến trúc và khí hậu Việt Nam”. Tính hệ số truyền nhiệt (K) -) Công thức : (W/m2.K) Trong đó: - T, N: Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt trong và ngoài của kết cấu (W/m2K) - i, i : Chiều dày (m) và hệ số dẫn nhiệt  (W/mK) của kết cấu bao che lớp thứ i.

Số liệu tính toán được ghi trong bảng sau: (T, N được tra trong Bảng 1.1 trang 82 giáo trình Thông Gió của PGS.TS Bùi Sỹ Lý và Hoàng Hiền.) 8 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 1. Tính toán hệ số truyền nhiệt K. K ST Kết cấu bao , , T che 2 2 W/ W/m .C Tường 220 (tiếp xúc 1 0 , 015 0 , 22 0 , 015 1 1 8,72 23,26 + + + + 1,76 với không 8 ,72 0 , 93 0 , 58 0 , 93 23 , 26 khí ngoài) Tường 220 (không tiếp 1 0 , 015 0 , 22 0 , 015 1 2 xúc với 8,72 8,72 + + + + 1,56 không khí 8 ,72 0 , 93 0 , 58 0 , 93 8 ,72 ngoài) Tường 110 (tiếp xúc 1 0 , 015 0 ,11 0 , 015 1 3 8,72 23,26 + + + + 2,63 với không 8 ,72 0 , 93 0 , 58 0 , 93 23 , 26 khí ngoài) Tường 110 (không tiếp 1 0 , 015 0 ,11 0 , 015 1 4 xúc với 8,72 8,72 + + + + 2,22 không khí 8 ,72 0 , 93 0 , 58 0 , 93 8 ,72 ngoài) Vách kính (tiếp xúc với 1 0 , 005 0 , 006 0 ,005 1 5 8,72 23,26 + + + + 1,83 không khí 8 ,72 0 ,76 0 , 016 0 ,76 23 , 26 ngoài) Vách kính (không tiếp 1 0 , 005 0 , 006 0 ,005 1 6 xúc với 8,72 8,72 + + + + 1,62 không khí 8 ,72 0 ,76 0 , 016 0 ,76 8 , 72 ngoài) Cửa đi bằng kính (tiếp 1 0 , 005 0 , 006 0 ,005 1 7 xúc với 8,72 23,26 + + + + 1,83 không khí 8 ,72 0 ,76 0 , 016 0 ,76 23 , 26 ngoài) THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K ST Kết cấu bao , , T che 2 2 W/ W/m .C Cửa đi bằng kính (không 1 0 , 005 0 , 006 0 ,005 1 8 tiếp xúc với 8,72 8,72 + + + + 1,62 không khí 8 ,72 0 ,76 0 , 016 0 ,76 8 , 72 ngoài) Sàn,trần (tiếp xúc với 9 11,63 23,26 3,50 không khí ngoài) Sàn,trần (tiếp xúc với 10 không khí 8,72 11,63 3,04 phòng điều hòa) 11 Trần giả 11,63 8,72 4,44 12 Mái 11,63 23,26 1,80 Cửa đi gỗ(không 1 0 , 04 1 13 tiếp xúc với 8,72 8,72 + + 2,21 không khí 8 ,72 0 , 18 8 ,72 ngoài) Cửa đi gỗ(tiếp xúc 1 0 , 04 1 14 9 20 + + 2,6 với không 9 0 ,18 20 khí ngoài) THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính diện tích kết cấu bao che: Diện tích của kết cấu bao che được tính theo công thức: F =  a. + b : chiều rộng của cùng một loại kết cấu [ m ].

Tính diện tích kết cấu bao che Tầng 1 Hướ F(m2) Phòng Kết cấu Tiếp xúc Công thức ng Tường Không điều (1,44+2,4)*3,6 13.824 110 hòa Tường Không khí Đông 3,6*5,625+0,3*5,625 21,9375 110 ngoài Không điều Cửa gỗ 0,9*2,4 2.16 hòa Không khí Cửa kính (1,5+1,25+0,9x2)*2,7 12,285 ngoài Tây Tường Không khí (0,75+0,745+1+2,19)*3,6+0,3* 10,758 220 ngoài 6,52 Phòng Không khí khách Cửa kính (1,5 +2,445)*2,7 10,6515 ngoài tầng 1 Nam Tường Không khí (0,375+1,905+0,165)*3,6+0,3* 10,758 220 ngoài 6,52 Tường Không khí 3,6*4,12+0.12 16,068 110 ngoài Bắc Tường Không điều (1+1,14)*3,6 7,704 110 hòa Sàn - - 64 Trần Có điều hòa - 64 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tường Không điều (3,26+0,5)*3,3+0,3*4,66 13,806 110 hòa Đông Không điều Cửa gỗ 0,9*2,4 2,16 hòa Không khí Cửa kính 1,5*2,4 3,6 ngoài Tường Không điều 0,54 0,54 220 hòa Không điều Tây Cửa gỗ 0,8*2,4 1,92 hòa Phòng Tường Không khí ngủ 1 (0,765+0,745)*3,3+0,3*3,01 5,886 220 ngoài Tường Không điều 0,7*3,3+1,5*0,3 2,76 110 hòa tường Không điều 110 hòa 0,875*3,3+0,875*0,3 3,15 Nam tường Có điều hòa 3,3*4,01+0,3*4,01 14,436 110 Tường Không khí Bắc 4,885*3,3+0,3*4,885 17,586 110 ngoài Sàn Có điều hòa - 21,5 Trần Có điều hòa - 21,5 Tường Không khí Đông 5,475*3,3+0,3*5,475 19,71 110 ngoài Phòng ngủ 2 Tây Tường Không điều (1,54+0,8)*3,3+(1,54+0,8+0,7) 8,634 110 hòa *0,3 Tường Không điều 0,54 0,54 220 hòa Cửa gỗ Không điều 0,7*1,5 1,05 hòa THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Không khí Cửa kính 0,9*2,4 2,16 ngoài Tường Không khí (0,7+0,6)*3,3+0,3*2,2 4,95 220 ngoài Không khí Cửa kính (0,9+2,1)*2,4 7,2 ngoài Cường Không điều Nam 0,545*2*3,6 3,924 110 hòa Tường Không khí (0,545+2,375+0,34)*3,3+0,3*6 12,636 220 ngoài ,26 Tường Có điều hòa 3,3*4,01+0,3*4,01 14,436 110 Tường Không điều Bắc 110 hòa 1,24*3,3+(1,24+0,9)*0,3 4,734 Không điều Cửa gỗ 0,9*2,4 2,16 hòa Không khí Sàn - 33,5 ngoài Trần Có điều hòa - 33,5 Phòng Tường Không điều (3,26+0,5)*3,3+0,3*4,66 13,806 ngủ 3 110 hòa Đông Không điều Cửa gỗ 2.4*0,9 2,16 hòa Tây Tường Không khí (0,745+0,765)*3,3+0,3*3,01 5,886 220 ngoài Không khí Cửa kính 1,5*2,4 3,6 ngoài Tường Không điều 0,936 0,936 220 hòa Tường Không điều 0,59*3,3+0,3*(0,59+0,8) 2,364 110 hòa THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Không điều Cửa gỗ 0,8*2,4 1,92 hòa Tường Không điều 0,995*3,6 3,582 110 hòa Nam Tường có điều hòa 3,015*3,6 10,854 110 Bắc Tường Không khí 4,01*3,3+0,3*4,01 14,436 110 ngoài Sàn Có điều hòa - 18,6 Trần Có điều hòa - 18,6 Phòng Tường Không khí Đông 5,495*3,3+5,495*0,3 19,782 ngủ 4 110 ngoài Tường Không điều (1,15+1,09)*3,3+0,3*3,04 8,304 110 hòa Không điều Cửa gỗ 0,8*2,4 1,92 hòa Không khí Tây Cửa kính 2.4*1,5 3,6 ngoài Tường Không khí (0,215+0,48)*3,3+2,195*0,3 2,952 220 ngoài Tường Không điều 0,26*3,6 0,936 220 hòa Không khí Cửa kính (1,07+1,5)*2,4 6,168 ngoài Tường Không khí Nam 1,42*3,6 5,112 110 ngoài Tường Không khí (0,565+0,34)*3,6 3,258 220 ngoài Bắc Tường Không điều 1,24*3,6 4,464 110 hòa Tường Có điều hoà 3,015*3,3+3,015*0,3 10,854 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 110 Không điều Cửa gỗ hòa 0,9*2,4 2,16 Sàn Có điều hoà - 23,6 Không khí Trần - 23,6 ngoài Tường Không điều 110 hòa (3,3+0,5)*2,7+0,3*4,7 11,67 Đông Không điều Cửa gỗ hòa 0,9*2,4 2,16 Tường Không khí 220 ngoài 0,8*3 2,4 Không khí Cửa kính ngoài 1,5*2,4 3,6 Tây Tường Không điều 110 hòa (0,7+0,7+0,5)*2,7+1,9*0,3 5,7 Phòng tầng 4 Không điều Cửa gỗ hòa 0,7*2,4 1,68 Tường Không khí 220 ngoài 1,25*3 3,75 Nam Tường Không điều 110 hòa 0,7*3 2,1 Tường Không khí Bắc 220 ngoài 2,45*3 7,35 Sàn Có điều hòa - 8,8 Mái - - 8,8 2. Kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu: Để kiểm tra đọng sương trên bề mặt kết cấu ta chỉ kiểm tra cho mùa đông vì mùa đông nhiệt độ không khí bên ngoài xuống thấp, độ ẩm cao vào những ngày nồm THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thì trên bề mặt ngoài của kết cấu hay bị đọng sương, do đó ta phải kiểm tra để đảm bảo vệ sinh cho công trình. Để tránh hiện tượng đọng sương trên bề mặt kết cấu cần đảm bảo điều kiện.K ) Trong đó : + Ktt : Hệ số truyền nhiệt tính toán [ w/m2. + tf1, tf2 : Nhiệt độ không khí ở phía nhiệt độ cao và ở phía nhiệt độ thấp [0C].

+ ts : Nhiệt độ đọng sương của không khí ở phía có nhiệt độ cao, [0C]. + : Hệ số trao đổi nhiệt ở bề mặt có nhiệt độ cao hơn [ w/m2. Ta chỉ kiểm tra đọng sương cho những kết cấu bất lợi nhất. * Vách kính, Cửa đi bằng kính tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài: Ktt = 1,83 w/m2.

Từ tTtt = 240C và Ttt = 65% tra biểu đồ I - d ta có ts = 170C. Vậy đảm bảo không đọng sương trên bề mặt kết cấu tường. * Tường gạch 220 tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài: Ktt = 1,76 ( w/m2. Vậy đảm bảo không đọng sương trên bề mặt kết cấu tường.

Kiểm tra đọng ẩm trong lòng KCBC: THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Do sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến có sự chênh lệch áp suất hơi nước bên trong và bên ngoài kết cấu. Ngoài dòng nhiệt truyền qua lớp kết cấu còn có dòng ẩm thẩm thấu qua kết cấu. Khi gặp lạnh, ẩm có xu hướng ngưng đọng lại trong lòng kết cấu. Nếu xẩy ra đọng ẩm trong lòng kết cấu thì kết cấu sẽ cách nhiệt kém và bị phá hoại dần.

Để tránh hiện tượng đọng sương trong lòng kết cấu cần đảm bảo điều kiện : ei < Ei Ei: áp suất hơi nước bão hoà của trạng thái không khí tương ứng ở lớp thứ i [ Pa ]; Ei nhận giá trị tuỳ theo nhiệt độ ở lớp thứ i ( tra biểu đồ I- d của không khí ẩm ).