Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán, kiểm tra hệ thống ĐHKK và thông gió tòa nhà trường Đại học FPT - Greenwich" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Đinh Thái Sang, Lâm Văn Vũ và Nguyễn Minh Tú thuộc chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn (hoàn thành tháng 01/2018).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ sự phát triển kinh tế - xã hội thúc đẩy nhu cầu tiện nghi vi khí hậu trong các công trình công cộng, trung tâm thương mại và cơ sở giáo dục hiện đại. Hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) và thông gió đóng vai trò duy trì môi trường học tập, làm việc đạt chuẩn, nâng cao sức khỏe và năng suất của con người. Trong thực tế thiết kế cơ điện (M&E), các đơn vị tư vấn thường áp dụng phần mềm chuyên dụng để tính tải lạnh nhanh chóng. Tuy nhiên, việc kiểm chứng mức độ tin cậy và sai lệch giữa lý thuyết nhiệt động lực học kinh điển, kết quả mô phỏng bằng phần mềm và các thông số thiết kế thực tế đã thi công là vấn đề kỹ thuật có ý nghĩa thực tiễn rõ rệt.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án được phân định cụ thể gồm:

  1. Tính toán kiểm tra phụ tải nhiệt ẩm và hệ thống ĐHKK cho tầng 2 của tòa nhà theo phương pháp giải tích truyền thống.
  2. Kiểm tra, tính toán hệ thống thông gió thải khí cho khu vực vệ sinh (toilet) tầng 2.
  3. Ứng dụng phần mềm Heatload để tính toán đối chứng tải lạnh, từ đó đưa ra kết luận so sánh chi tiết giữa ba nguồn dữ liệu: tính toán lý thuyết bằng tay, phần mềm chuyên dụng và bản vẽ thiết kế thực tế tại công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều hòa không khí phân tán biến lưu lượng môi chất (VRV) và hệ thống thông gió cơ khí cho tòa nhà Đại học Greenwich (Việt Nam) — cơ sở liên kết giữa Tổ chức giáo dục FPT và Đại học Greenwich (Vương quốc Anh).
  • Phạm vi không gian: Công trình tọa lạc tại số 142-144 đường Phạm Phú Thứ, Phường 4, Quận 6, TP. Hồ Chí Minh (vĩ độ 10° Bắc). Công trình có quy mô gồm 1 tầng hầm (diện tích 367 m²), 1 tầng trệt (diện tích 300 m²), 1 tầng lửng, 4 tầng lầu (tầng 1 đến tầng 4, diện tích mỗi sàn khoảng 300 m²) và 1 sân thượng; tổng chiều cao công trình đạt 23,6 m. Phạm vi tính toán nhiệt ẩm và thông gió chi tiết được giới hạn trọng tâm tại mặt bằng tầng 2 — bao gồm 3 phòng học (diện tích lần lượt là 74 m², 79 m², 66 m²), 1 phòng văn phòng (diện tích 25 m²), sảnh hành lang và 2 buồng vệ sinh nam - nữ (17 m²/phòng).
  • Phạm vi thời gian và điều kiện khí hậu: Tính toán cân bằng nhiệt ẩm dựa trên chế độ mùa nóng đại diện của khí hậu khu vực Nam Bộ (TP. Hồ Chí Minh).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687-1992: Áp dụng để xác định cấp điều hòa không khí (chọn cấp II với số giờ sai lệch cho phép không quá 200 giờ/năm), lựa chọn các thông số tính toán vi khí hậu trong nhà và ngoài trời, cùng định mức cấp gió tươi cho người (20 - 30 m³/h/người).
  • Tiêu chuẩn độ ồn theo tiêu chuẩn Đức (DIN) và ASHRAE: Áp dụng làm căn cứ kiểm tra mức ồn cho phép trong không gian giảng đường, phòng học (ngưỡng 35 - 40 dB) và văn phòng làm việc (ngưỡng 45 - 50 dB).
  • Phương pháp tính cân bằng nhiệt ẩm Carrier: Khung lý thuyết nhiệt động tính toán chi tiết từng thành phần nhiệt hiện ($Q_h$) và nhiệt ẩn ($Q_a$) tác động vào không gian điều hòa, bao gồm bức xạ mặt trời qua kính, truyền nhiệt qua kết cấu bao che (tường ngoài tiếp xúc trực tiếp, tường ngăn tiếp xúc gián tiếp), nhiệt tỏa từ người, nhiệt tỏa từ thiết bị chiếu sáng, nhiệt do máy móc thiết bị văn phòng, và nhiệt do không khí ngoài (gió tươi và gió lọt).
  • Cơ sở biểu diễn quá trình nhiệt động trên ẩm đồ (đồ thị $I-d$ hoặc $T-d$): Lý thuyết xác định các điểm trạng thái không khí ngoài trời ($N$), không khí trong phòng ($T$), điểm hòa trộn ($W$), điểm đọng sương của dàn lạnh ($S$) và điểm thổi vào ($V$); tính toán các hệ số nhiệt hiện phòng ($\varepsilon_{hf}$ hay RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng ($\varepsilon_{ht}$ hay GSHF), và hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ($\varepsilon_{hef}$ hay ESHF).
  • Phương pháp thiết kế hệ thống VRV (Variable Refrigerant Volume): Nguyên lý điều khiển lưu lượng môi chất thay đổi dựa trên máy nén biến tần và mạng lưới phân nhánh ống môi chất REFNET của Daikin.

Phương pháp nghiên cứu thực tế đã dùng:

  • Phương pháp tính toán giải tích: Áp dụng đầy đủ các công thức truyền nhiệt, dẫn nhiệt qua vách nhiều lớp, tính bức xạ tức thời qua kính và cân bằng ẩm thừa ($W$) theo phương pháp Carrier.
  • Phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm: Sử dụng phần mềm chuyên ngành Heatload để nhập dữ liệu kết cấu kiến trúc, hướng phòng, tải nội vi và chạy tính toán phụ tải lạnh tầng 2.
  • Phương pháp tính toán thủy lực đường ống gió: Áp dụng phương pháp giảm dần tốc độ hoặc ma sát đồng đều để tính toán kích thước đường ống dẫn gió, lưu lượng hút xả và tổn thất áp suất ma sát, tổn thất cục bộ trên hệ thống thông gió toilet tầng 2.
  • Phương pháp so sánh đối chiếu: Tổng hợp các kết quả tính tay lý thuyết, kết quả từ phần mềm Heatload và các thông số thiết bị trên hồ sơ bản vẽ thiết kế thực tế của tòa nhà để đánh giá dung sai kỹ thuật.

Nguồn dữ liệu sử dụng:

  • Hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc và bản vẽ cơ điện hệ thống lạnh mặt bằng tầng 2 tòa nhà Đại học FPT - Greenwich.
  • Số liệu khí tượng thủy văn Thành phố Hồ Chí Minh (nhiệt độ trung bình tháng lớn nhất $t_{tb,max}$, độ ẩm tương đối lúc 13h - 15h, bức xạ mặt trời cực đại tại vĩ độ 10° Bắc theo các hướng Đông, Tây, Nam, Bắc, Đông Bắc, Đông Nam, Tây Bắc, Tây Nam).
  • Tài liệu kỹ thuật, catalogue tra cứu thiết bị dàn nóng, dàn lạnh, bộ chia gas REFNET và mã lỗi của hãng Daikin.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Nhu cầu và ý nghĩa của điều hoà không khí trong đời sống và công nghiệp

Chương này trình bày tổng quan về bản chất của quá trình điều hòa không khí: tạo lập và tự động duy trì môi trường không khí bên trong không gian kín theo các thông số định trước độc lập với thời tiết bên ngoài. Tác giả phân tích cơ chế trao đổi nhiệt giữa cơ thể người với môi trường thông qua ba phương thức: đối lưu, bức xạ và bay hơi mồ hôi. Các thông số vi khí hậu chính ảnh hưởng đến cảm giác nhiệt của con người gồm:

  • Nhiệt độ không khí ($t_k$): Yếu tố chi phối trực tiếp cảm giác nóng, lạnh.
  • Độ ẩm tương đối ($\varphi$): Tác động đến khả năng bay hơi mồ hôi trên bề mặt da (bay hơi 1 g mồ hôi thải được nhiệt lượng khoảng 2.500 J).
  • Vận tốc lưu chuyển không khí ($v_k$): Chi phối cường độ trao đổi nhiệt đối lưu và tốc độ thoát ẩm. Tác giả trích dẫn Bảng 1.1 quy định tốc độ gió cho phép tương ứng với nhiệt độ phòng (ví dụ: ở 24 - 25°C, tốc độ gió cho phép đạt 0,4 - 0,6 m/s).
  • Độ trong sạch và độ ồn: Tiêu chuẩn độ ồn cực đại cho phép theo giờ trong ngày (Bảng 1.5), xác định ngưỡng 35 - 40 dB cho phòng học và 45 - 50 dB cho phòng làm việc.

Đồng thời, chương 1 cũng nêu rõ vai trò của điều hòa công nghệ trong các ngành sản xuất đặc thù như dệt sợi (yêu cầu 20 - 32°C), chế biến sôcôla (7 - 8°C), sản xuất kẹo cao su (20°C), và công nghiệp cơ khí chính xác, vi điện tử (20 - 22°C).

Chương 2. Phân tích lựa chọn hệ thống điều hoà không khí

Chương 2 tổng hợp các tiêu chí phân loại hệ thống ĐHKK: theo mục đích (tiện nghi/công nghệ), theo cấp quan trọng (cấp 1, 2, 3), theo mức độ tập trung (cục bộ, tổ hợp gọn, trung tâm), theo phương thức làm lạnh (trực tiếp bằng gas, gián tiếp qua nước lạnh Chiller), và theo phương thức phân phối gió (CAV, VAV).

Tác giả tiến hành so sánh chuyên sâu giữa các hệ thống máy lạnh cục bộ (máy cửa sổ, máy tách rời), hệ thống tổ hợp gọn (máy tách công suất trung bình có/không ống gió, máy nguyên cụm giải nhiệt gió/nước), hệ thống trung tâm nước (Chiller giải nhiệt nước/gió kết hợp FCU, AHU) và hệ thống VRV. Kết quả phân tích kỹ thuật chỉ ra:

  • Hệ thống Chiller nước đòi hỏi diện tích đặt trạm bơm, tháp giải nhiệt, bình giãn nở và hệ thống đường ống nước cồng kềnh, nguy cơ rò rỉ và tổn thất exergy cao, vận hành phức tạp.
  • Hệ thống VRV sở hữu các ưu thế vượt trội cho công trình cao tầng: dải điều chỉnh công suất linh hoạt bằng máy nén biến tần từ 0 đến 100% gồm 21 bậc; kết nối tối đa lên đến 64 dàn lạnh trên một hệ thống; chiều cao chênh lệch giữa dàn nóng và dàn lạnh cho phép đến 50 m (giữa các dàn lạnh đến 15 m); chiều dài đường ống gas xa nhất đạt 100 m; kiểm soát nhiệt độ phòng chính xác nhờ thuật toán PID; vận hành độc lập từng không gian giúp tiết kiệm điện năng.

Dựa trên các đặc tính cấu trúc kiến trúc của tòa nhà trường Greenwich, tác giả quyết định lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điều hòa biến lưu lượng môi chất VRV.

Chương 3. Chọn các thông số tính toán trong nhà và ngoài nhà, tính cân bằng nhiệt ẩm của công trình

Nội dung chương 3 thiết lập các điều kiện biên phục vụ tính toán phụ tải nhiệt ẩm cho công trình tại TP. Hồ Chí Minh:

  • Khí hậu địa phương: Tọa độ vĩ độ 10° Bắc. Tác giả trích dẫn chuỗi số liệu nhiệt độ trung bình lớn nhất các tháng (Bảng 3.1, dao động từ 30,7°C đến 34,6°C, trung bình năm 32,1°C), độ ẩm trung bình các tháng (Bảng 3.2, trung bình năm 79,5%), và lượng bức xạ mặt trời cực đại theo các hướng (Bảng 3.3, trong đó hướng Đông và Tây đạt cực đại $517 \text{ W/m}^2$, hướng Nam $378 \text{ W/m}^2$, hướng Bắc $158 \text{ W/m}^2$).
  • Chọn cấp điều hòa: Lựa chọn cấp II theo TCVN 5687-1992.
  • Thông số tính toán trong nhà: Nhiệt độ phòng học và văn phòng $t_T = 25 \pm 1^\circ\text{C}$, độ ẩm $\varphi_T = 60 \pm 5%$; hành lang $t_{hl} = 28 \pm 1^\circ\text{C}$, $\varphi_{hl} = 60 \pm 5%$. Định mức cấp gió tươi đạt 20 - 30 m³/h/người.
  • Thông số tính toán ngoài trời: Nhiệt độ tính toán mùa hè $t_N = t_{tb,max} = 37,3^\circ\text{C}$, độ ẩm $\varphi_N = 73,7%$.

Trên cơ sở đó, tác giả áp dụng phương pháp Carrier để lập bảng tính chi tiết từng thành phần nhiệt cho tầng 2:

  • Bức xạ mặt trời qua kính của các phòng ($Q_{11}$).
  • Truyền nhiệt qua kết cấu kính do chênh lệch nhiệt độ ($Q_{12}$).
  • Truyền nhiệt qua kết cấu bao che: vách tường ngoài tiếp xúc trực tiếp không khí và bức xạ ($Q_{21}$), vách tường trong tiếp xúc gián tiếp với không gian không điều hòa ($Q_{22}$).
  • Nhiệt tỏa từ nguồn chiếu sáng nhân tạo ($Q_3$).
  • Nhiệt tỏa từ máy móc, thiết bị văn phòng, máy tính ($Q_4$).
  • Nhiệt hiện ($Q_{5h}$) và nhiệt ẩn ($Q_{5a}$) do người tỏa ra dựa trên trạng thái lao động tĩnh tại.
  • Nhiệt hiện ($Q_{6h}$) và nhiệt ẩn ($Q_{6a}$) do lượng gió tươi cấp vào không gian điều hòa mang theo.
  • Tổng hợp toàn bộ lượng nhiệt hiện tổng ($Q_{hf}$) và nhiệt ẩn tổng ($Q_{af}$) của từng phòng tại tầng 2.
Hướng tường / Kính Cường độ bức xạ cực đại $R_{max}$ ($\text{W/m}^2$) Thời điểm ghi nhận (Giờ) Tháng cực đại
Hướng Đông 517 8h Tháng 3 và 9
Hướng Tây 517 16h Tháng 3 và 9
Hướng Nam 378 12h Tháng 12
Hướng Bắc 158 16h Tháng 6
Đông Bắc 483 8h Tháng 6
Đông Nam 514 9h Tháng 12
Tây Bắc 483 16h Tháng 6
Tây Nam 514 15h Tháng 12

Chương 4. Thành lập và tính toán sơ đồ điều hoà không khí

Chương 4 tập trung vào việc mô tả chu trình biến đổi không khí trên đồ thị dung ẩm ($I-d$):

  • Tính toán lượng ẩm thừa tỏa ra trong phòng ($W$) dựa trên định mức thoát ẩm của con người.
  • Tính toán hệ số nhiệt hiện phòng $\varepsilon_{hf} = \frac{Q_{hf}}{Q_{hf} + Q_{af}}$, hệ số nhiệt hiện tổng $\varepsilon_{ht}$ (GSHF), và hệ số nhiệt hiện hiệu dụng $\varepsilon_{hef}$ (ESHF).
  • Kiểm tra hiện tượng đọng sương trên bề mặt cấu kiện và xác định nhiệt độ đọng sương của không khí sau dàn lạnh ($t_V$).
  • Thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp mùa hè: xác định vị trí điểm hòa trộn giữa gió hồi trong phòng và gió tươi ngoài trời ($W$), điểm sau khi qua dàn lạnh làm lạnh và khử ẩm ($V$), điểm thổi vào phòng tiếp nhận nhiệt thừa và ẩm thừa rồi chuyển dịch về trạng thái phòng ($T$).
  • Xác định lưu lượng không khí tuần hoàn ($L$), lưu lượng không khí tươi ($L_N$) và lưu lượng không khí tái tuần hoàn ($L_t$) cho tầng 2.
  • Ứng dụng phần mềm Heatload để tính toán phụ tải lạnh tầng 2 và thiết lập bảng đối chiếu kết quả so sánh với phương pháp tính tay và bản vẽ thiết kế thực tế (Bảng 4.9 và 4.10).

Chương 5. Chọn máy, thiết bị và bố trí thiết bị

Dựa trên kết quả năng suất lạnh yêu cầu sau tính toán, chương 5 tiến hành lựa chọn các thiết bị phần cứng thuộc hệ VRV Daikin cho tầng 2:

  • Lựa chọn dàn lạnh (Indoor Unit - IU): Chọn các cụm dàn lạnh kiểu giấu trần cassette hoặc cassette âm trần phù hợp với cấu trúc kiến trúc và công năng của 3 phòng học (diện tích 74 m², 79 m², 66 m²) và 1 phòng văn phòng (25 m²). Bảng thông số kỹ thuật liệt kê chi tiết năng suất lạnh danh định, lưu lượng gió và độ ồn.
  • Lựa chọn dàn nóng (Outdoor Unit - OU): Lựa chọn tổ hợp dàn nóng VRV đặt tại sàn sân thượng của tòa nhà, đảm bảo công suất bù đắp tổng tải của các dàn lạnh kết nối, tính toán hệ số kết nối tổng công suất trong ngưỡng 50% - 130%.
  • Lựa chọn hệ thống đường ống và phụ kiện:
    • Chọn bộ chia gas REFNET cho đường ống rẽ nhánh đầu tiên và các nhánh thứ cấp.
    • Chọn kích cỡ ống đồng kết nối từ dàn nóng đến bộ chia gas chính, giữa các bộ chia gas và từ bộ chia gas đến từng dàn lạnh.
    • Chọn đường kính và độ dốc cho hệ thống đường ống thoát nước ngưng tụ từ các khay chứa nước dàn lạnh.

Chương 6. Tính toán, thiết kế hệ thống vận chuyển, phân phối không khí và thông gió

Chương 6 thiết kế mạng lưới đường ống gió và hệ thống thông gió cục bộ cho tầng 2:

  • Hệ thống phân phối không khí lạnh: Bố trí các miệng thổi gió khuếch tán và miệng hút gió hồi; lựa chọn kích thước đường ống gió cấp, ống gió hồi và ống gió mềm kết nối với dàn lạnh cassette.
  • Hệ thống thông gió nhà vệ sinh tầng 2:
    • Tính toán lưu lượng hút gió thải cần thiết cho 2 khu vệ sinh nam và nữ (mỗi phòng 17 m²) nhằm duy trì áp suất âm nhẹ, ngăn mùi phát tán sang hành lang và lớp học.
    • Xác định kích thước đường ống dẫn gió thải tôn kẽm và các cửa hút gió thải gắn trần.
    • Tính toán chiều dài tương đương của toàn bộ mạng lưới đường ống, bao gồm tổn thất áp suất ma sát dọc đường và tổn thất áp suất cục bộ qua các cút cong, chẽ ba, van gió.
    • Lựa chọn quạt thông gió thải chuyên dụng có lưu lượng và cột áp đủ thắng toàn bộ trở lực hệ thống.

Chương 7. Lắp đặt, vận hành hệ thống điện và mã lỗi

Chương cuối cùng đề cập đến các yêu cầu thi công, vận hành cơ điện và xử lý sự cố:

  • Thiết kế hệ thống điện: Bản vẽ sơ đồ nguyên lý cấp nguồn tủ điện tầng 2, 3, 4 và tủ điện tầng mái; tính chọn cáp động lực, thiết bị đóng cắt bảo vệ (aptomat/mccb) cho dàn nóng và các dàn lạnh.
  • Hệ thống điều khiển: Sơ đồ mạng đấu nối dây tín hiệu điều khiển tập trung, điều khiển cục bộ từng phòng, giao thức liên lạc vi xử lý.
  • Quy trình lắp đặt: Các tiêu chuẩn kỹ thuật về thử áp lực khí nitơ để kiểm tra độ kín đường ống đồng, kỹ thuật hút chân không đạt độ sâu yêu cầu, quy trình nạp gas bổ sung theo chiều dài thực tế của đường ống.
  • Hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng định kỳ: Kiểm tra vệ sinh phin lọc không khí, kiểm tra bơm nước ngưng, bôi trơn bạc đạn quạt.
  • Bảng mã lỗi chẩn đoán: Hệ thống danh mục mã lỗi phục vụ chẩn đoán hư hỏng tự động trên điều khiển Daikin VRV, bao gồm nhóm mã sự cố dàn nóng ($E_x$, $J_x$...) và nhóm mã sự cố dàn lạnh ($A_x$, $C_x$...).

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính:

  • Hệ thống thông số vi khí hậu thiết kế cho công trình Đại học Greenwich tại TP. Hồ Chí Minh được xác lập đầy đủ: nhiệt độ trong phòng $25 \pm 1^\circ\text{C}$, độ ẩm $60 \pm 5%$, nhiệt độ ngoài trời cực đại $37,3^\circ\text{C}$, độ ẩm $73,7%$, đảm bảo môi trường tiện nghi theo tiêu chuẩn điều hòa cấp II (TCVN 5687-1992).
  • Phụ tải nhiệt ẩm tầng 2 được bóc tách toàn diện qua phương pháp Carrier và đối chiếu với phần mềm Heatload. Kết quả tổng hợp phản ánh mức độ tương thích kỹ thuật giữa các nguồn dữ liệu:
Không gian chức năng tầng 2 Diện tích ($m^2$) Năng suất lạnh tính tay Carrier (kW) Tải lạnh phần mềm Heatload (kW) Thiết bị thiết kế thực tế tại công trình
Phòng học 1 74 Tính toán giải tích theo Carrier Tính toán kiểm tra trên Heatload Dàn lạnh VRV Daikin phù hợp tải
Phòng học 2 79 Tính toán giải tích theo Carrier Tính toán kiểm tra trên Heatload Dàn lạnh VRV Daikin phù hợp tải
Phòng học 3 66 Tính toán giải tích theo Carrier Tính toán kiểm tra trên Heatload Dàn lạnh VRV Daikin phù hợp tải
Phòng văn phòng 25 Tính toán giải tích theo Carrier Tính toán kiểm tra trên Heatload Dàn lạnh VRV Daikin phù hợp tải
Khu vệ sinh nam - nữ $2 \times 17$ Hệ thống thông gió hút thải áp suất âm Kiểm tra lưu lượng theo TCVN Quạt hút gió thải trục ngang/âm trần

(Ghi chú: Đồ án lập Bảng 4.9 và 4.10 để so sánh chi tiết các giá trị tải tính toán bằng tay, phần mềm Heatload và cấu hình máy thực tế).

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật của tác giả:

  • Lựa chọn giải pháp hệ thống VRV thay vì hệ thống Chiller giải nhiệt nước hay máy điều hòa cục bộ, giúp tiết kiệm không gian đặt máy, giảm tải trọng kết cấu lên sàn mái, tối ưu hóa mức tiêu thụ điện nhờ công nghệ biến tần điều chỉnh năng suất lạnh theo 21 bậc, đồng thời kiểm soát độc lập từng phòng học khi không có lịch học toàn bộ.
  • Bố trí hệ thống quạt áp dương cho các buồng thang bộ để đảm bảo an toàn thoát nạn khi xảy ra hỏa hoạn theo tiêu chuẩn PCCC.
  • Kiến nghị quy trình hút chân không và thử áp lực nitơ nghiêm ngặt trong thi công đường ống môi chất nhằm ngăn ngừa rò rỉ gas trên mạng ống REFNET kéo dài.

Đóng góp của đề tài do tác giả tự nêu:

  • Xây dựng quy trình tính toán, kiểm tra phụ tải lạnh kết hợp giữa phương pháp giải tích truyền thống (Carrier) và công cụ tính toán số (phần mềm Heatload) cho một công trình trường đại học cao tầng cụ thể.
  • Cung cấp tài liệu kiểm chứng thực tế về mức độ sai lệch giữa tính toán lý thuyết và hồ sơ bản vẽ thi công thực tế tại công trình Đại học FPT - Greenwich, làm tài liệu tham khảo cho công tác thẩm tra thiết kế hệ thống HVAC.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Do quy mô công trình lớn gồm 1 hầm, 1 trệt, 1 lửng, 4 lầu và 1 sân thượng với diện tích mặt sàn lớn, nhóm tác giả không thể trình bày chi tiết các bước tính toán cho toàn bộ các tầng mà chỉ tập trung tính toán phụ tải, lựa chọn thiết bị và thiết kế đường ống chi tiết cho mặt bằng tầng 2 của tòa nhà.
  • Đề tài tập trung vào việc tính toán lý thuyết, mô phỏng qua phần mềm và đối chiếu với hồ sơ bản vẽ thiết kế sẵn có, chưa thực hiện được các đo đạc thực nghiệm các thông số nhiệt độ, độ ẩm và điện năng tiêu thụ thực tế tại hiện trường sau khi hệ thống đã đi vào vận hành.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

  • Mở rộng phạm vi tính toán kiểm tra chi tiết phụ tải nhiệt ẩm cho toàn bộ các tầng còn lại của công trình (tầng hầm, tầng trệt, tầng lửng, tầng 1, tầng 3, tầng 4 và tầng sân thượng).
  • Triển khai đo đạc thực tế các thông số nhiệt - ẩm và lưu lượng gió tại các miệng cấp/hồi của dàn lạnh tầng 2 khi công trình có sinh viên hoạt động thực tế để đánh giá hiệu suất năng lượng thực tế (COP) của hệ thống VRV.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu chuyên khảo có giá trị ứng dụng rõ ràng đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt Lạnh, Điện lạnh và Kỹ thuật Cơ điện công trình (M&E) đang thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp về thiết kế hệ thống điều hòa không khí VRV cho công trình dân dụng và thương mại cao tầng.
  • Kỹ sư thiết kế HVAC mới vào nghề: Cung cấp phương pháp mẫu mực trong việc bóc tách tải nhiệt Carrier từng bước (nhiệt qua vách, nhiệt qua kính, nhiệt bức xạ, nhiệt người và thiết bị), cách tra cứu thông số khí tượng theo TCVN 5687-1992, cùng phương pháp lập sơ đồ điều hòa trên ẩm đồ $I-d$.
  • Các phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu:
    • Bảng tổng hợp số liệu bức xạ mặt trời cực đại tại vĩ độ 10° Bắc cho các hướng và các tháng trong năm (Chương 3).
    • Quy trình biểu diễn chu trình nhiệt ẩm và xác định các hệ số nhiệt hiện phòng ($\varepsilon_{hf}$), nhiệt hiện tổng ($\varepsilon_{ht}$), nhiệt hiện hiệu dụng ($\varepsilon_{hef}$) trên ẩm đồ (Chương 4).
    • Phương pháp chọn đường kính ống gas, ống nước ngưng và bộ chia gas REFNET theo catalogue Daikin VRV (Chương 5).
    • Bảng tổng hợp mã lỗi chẩn đoán sự cố dàn nóng và dàn lạnh VRV phục vụ công tác vận hành, bảo trì (Chương 7).

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn hệ thống điều hòa VRV thay vì hệ thống trung tâm nước (Chiller) cho tòa nhà Đại học Greenwich?
Trong Chương 2, tác giả phân tích rằng hệ thống trung tâm nước Chiller đòi hỏi không gian lắp đặt lớn ở tầng hầm hoặc tầng trệt cho cụm máy lạnh nước và bơm tuần hoàn, đồng thời phải bố trí tháp giải nhiệt và hệ thống đường ống nước phức tạp, vận hành đòi hỏi công nhân lành nghề. Ngược lại, hệ thống VRV có kết cấu gọn nhẹ, đường ống môi chất nhỏ hơn nhiều so với ống nước lạnh, cho phép chênh lệch độ cao giữa dàn nóng và dàn lạnh lên tới 50 m, điều khiển công suất biến tần 21 bậc linh hoạt và cho phép bật/tắt độc lập từng phòng học, giúp tiết kiệm chi phí vận hành khi các phòng học không hoạt động đồng thời.

2. Các thông số nhiệt độ và độ ẩm tính toán thiết kế được lựa chọn cho công trình là bao nhiêu?
Theo Chương 3 của đồ án, căn cứ vào TCVN 5687-1992 cho hệ thống điều hòa cấp II tại TP. Hồ Chí Minh (vĩ độ 10° Bắc):

  • Thông số trong nhà: Phòng học và văn phòng làm việc duy trì $t_T = 25 \pm 1^\circ\text{C}$ và độ ẩm $\varphi_T = 60 \pm 5%$; hành lang duy trì $t_{hl} = 28 \pm 1^\circ\text{C}$ và $\varphi_{hl} = 60 \pm 5%$.
  • Thông số ngoài trời: Nhiệt độ tính toán mùa hè $t_N = t_{tb,max} = 37,3^\circ\text{C}$ và độ ẩm tính toán $\varphi_N = 73,7%$ (lấy theo độ ẩm lúc 13h - 15h của tháng nóng nhất).

3. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán cân bằng nhiệt ẩm và kiểm tra phụ tải lạnh trong đồ án?
Tác giả sử dụng phương pháp Carrier để tính toán giải tích toàn bộ các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn truyền vào không gian tầng 2 (nhiệt qua kết cấu bao che, nhiệt bức xạ qua kính, nhiệt tỏa từ người, đèn, thiết bị và gió tươi). Sau đó, tác giả sử dụng phần mềm chuyên ngành Heatload để mô phỏng, tính toán kiểm tra lại tải lạnh của từng phòng nhằm so sánh với kết quả tính tay lý thuyết và thông số thiết bị trên bản vẽ thiết kế thực tế.

4. Quy mô kiến trúc và công năng của tầng 2 tòa nhà Greenwich được tác giả mô tả như thế nào?
Theo phần Mở đầu và Chương 3, tầng 2 của tòa nhà có diện tích mặt sàn khoảng 300 m², bố trí các không gian chức năng gồm 3 phòng học với diện tích lần lượt là 74 m², 79 m², 66 m²; 1 phòng văn phòng làm việc có diện tích 25 m²; khu vực sảnh cầu thang bộ, thang máy và 2 phòng vệ sinh nam - nữ với diện tích 17 m²/phòng.

5. Hệ thống thông gió cho khu vực vệ sinh tầng 2 được tính toán nhằm mục đích gì và giải quyết yêu cầu kỹ thuật nào?
Hệ thống thông gió toilet tầng 2 được thiết kế ở Chương 6 nhằm mục đích hút triệt để khí thải, hơi ẩm và mùi hôi ra khỏi 2 buồng vệ sinh nam - nữ, duy trì áp suất âm nhẹ để ngăn chặn không khí ô nhiễm lan tỏa sang các lớp học và sảnh hành lang. Tác giả đã tính toán lưu lượng hút theo tiêu chuẩn, chọn kích thước đường ống tôn kẽm, tính toán tổng tổn thất áp suất (tổn thất ma sát dọc đường và tổn thất cục bộ) để chọn quạt hút gió thải có cột áp và lưu lượng thích hợp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả Đinh Thái Sang, Lâm Văn Vũ và Nguyễn Minh Tú đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tính toán cân bằng nhiệt ẩm, kiểm tra tải lạnh và thiết kế hệ thống điều hòa không khí VRV kết hợp thông gió cơ khí cho tầng 2 tòa nhà trường Đại học FPT - Greenwich tại TP. Hồ Chí Minh. Bằng việc phối hợp giữa phương pháp giải tích truyền thống Carrier, mô phỏng số bằng phần mềm Heatload và đối chiếu bản vẽ thiết kế thực tế, công trình cung cấp bức tranh so sánh kỹ thuật rõ ràng về độ tin cậy của các phương pháp xác định phụ tải lạnh. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn kỹ thuật cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt trong công tác thiết kế hệ thống cơ điện M&E cho các công trình cao tầng hiện đại.