Tổng quan nghiên cứu

Tòa nhà Etown 5, tọa lạc tại 364 Cộng Hòa, Quận Tân Bình, TP. Hồ Chí Minh, là một công trình văn phòng cho thuê hiện đại với quy mô 17 tầng, 1 trệt và 3 tầng hầm, tổng diện tích sàn khoảng 1.700 m² mỗi tầng. Được xây dựng từ tháng 3/2018 và đưa vào sử dụng tháng 2/2019, tòa nhà nằm trong khu phức hợp Etown – một vị trí trọng điểm kinh tế của thành phố. Với mặt tiền hướng Tây, tòa nhà chịu ảnh hưởng lớn từ bức xạ mặt trời, đặc biệt qua các mặt kính chiếm gần 50% diện tích mặt đứng, gây tăng tải nhiệt và ảnh hưởng đến hiệu quả hệ thống điều hòa không khí.

Luận văn tập trung thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió cho tòa nhà Etown 5, sử dụng hệ thống lạnh chiller giải nhiệt nước. Mục tiêu nghiên cứu bao gồm tính toán phụ tải lạnh bằng phương pháp truyền thống và phần mềm HAP, lựa chọn thiết bị chính, phân tích hiệu quả chiller không dầu so với chiller có dầu, thiết kế hệ thống xử lý gió tươi sơ cấp kiểm soát độ ẩm, cũng như ứng dụng công nghệ lọc không khí MESP để diệt Covid trong không gian điều hòa. Ngoài ra, luận văn còn thiết kế hệ thống thông gió cho các khu vực như toilet, tầng hầm xe, hệ thống hút khói hành lang và tạo áp cầu thang bộ.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tòa nhà Etown 5 tại TP. Hồ Chí Minh, với dữ liệu thiết kế dựa trên điều kiện khí hậu thực tế tại trạm Tân Sơn Nhất, nhiệt độ ngoài trời cao nhất mùa nóng đạt 34,6°C và độ ẩm tương đối 72%. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng, đảm bảo chất lượng không khí và an toàn phòng cháy chữa cháy cho các tòa nhà văn phòng hiện đại tại khu vực nhiệt đới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt và công nghệ nhiệt lạnh, bao gồm:

  • Phương pháp tính toán phụ tải lạnh Carrier: Tính tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn từ các nguồn nhiệt bên trong và bên ngoài công trình, bao gồm bức xạ mặt trời qua kính, nhiệt truyền qua mái, tường, nền, nhiệt tỏa ra từ thiết bị chiếu sáng, máy móc và con người, cũng như nhiệt do gió tươi và gió lọt mang vào.
  • Chu trình nhiệt hệ thống điều hòa không khí: Phân tích và lựa chọn môi chất lạnh, chất tải lạnh, và chu trình nhiệt phù hợp cho hệ thống chiller giải nhiệt nước.
  • Mô hình hệ thống chiller không dầu và chiller có dầu: So sánh hiệu suất năng lượng và khả năng vận hành của hai loại chiller này, dựa trên các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn ASHRAE.
  • Công nghệ lọc không khí MESP (Multiple Electrostatic Precipitator): Ứng dụng trong xử lý không khí để diệt virus Covid-19 trong không gian điều hòa.
  • Tiêu chuẩn thông gió ASHRAE: Áp dụng trong thiết kế hệ thống thông gió toilet, tầng hầm xe, hút khói hành lang và tạo áp cầu thang bộ nhằm đảm bảo an toàn và chất lượng không khí.

Các khái niệm chính bao gồm: phụ tải lạnh, hệ thống chiller giải nhiệt nước, hệ thống xử lý gió tươi (PAU), quạt cuộn (FCU), hệ thống thông gió khẩn cấp, và hệ thống tạo áp cầu thang.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ thiết kế kiến trúc và kỹ thuật của tòa nhà Etown 5, dữ liệu khí hậu thực tế tại trạm Tân Sơn Nhất, cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật và tài liệu chuyên ngành trong lĩnh vực HVAC. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ các không gian trong tòa nhà, bao gồm các phòng văn phòng, khu vực dịch vụ, tầng hầm và các khu vực kỹ thuật.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Tính toán phụ tải lạnh bằng phương pháp truyền thống và phần mềm HAP của Carrier để xác định chính xác các thành phần nhiệt tác động.
  • Phân tích chu trình nhiệt và lựa chọn thiết bị chiller dựa trên các thông số kỹ thuật, hiệu suất và tiêu chuẩn ASHRAE.
  • Thiết kế hệ thống đường ống nước lạnh, đường ống gió, và lựa chọn bơm, quạt phù hợp dựa trên tính toán tổn thất áp suất và lưu lượng.
  • Áp dụng tiêu chuẩn ASHRAE trong thiết kế hệ thống thông gió và an toàn phòng cháy chữa cháy.
  • Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2022 đến tháng 5/2022, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, tính toán thiết kế, phân tích và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phụ tải lạnh tổng hợp của tòa nhà: Tổng lượng nhiệt hiện do bức xạ mặt trời xuyên qua kính (Q11) đạt cực đại khoảng 63,56 kW, trong đó phòng văn phòng tầng 3-16 chiếm phần lớn với 3.925 W. Nhiệt truyền qua mái (Q21) cho tầng 16 là 17,956 W, nhiệt truyền qua tường (Q22) khoảng 19,5 kW và nhiệt truyền qua nền (Q23) khoảng 12,54 kW. Tổng phụ tải lạnh được xác định chi tiết cho từng khu vực, giúp lựa chọn thiết bị phù hợp.

  2. Hiệu suất chiller không dầu so với chiller có dầu: Chiller đệm từ (không dầu) Climaveneta có hệ số hiệu suất COP cao hơn chiller vòng bi có dầu khi chạy tải part load, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu rủi ro ô nhiễm môi trường. Ví dụ, COP của chiller đệm từ cao hơn khoảng 10-15% trong điều kiện vận hành thực tế.

  3. Ứng dụng công nghệ lọc không khí MESP: Hệ thống lọc tĩnh điện MESP được thiết kế lắp đặt cho FCU và PAU giúp loại bỏ hiệu quả các hạt bụi mịn và virus trong không gian điều hòa, góp phần giảm nguy cơ lây nhiễm Covid-19. Công nghệ này gồm 4 giai đoạn lọc, đảm bảo chất lượng không khí trong lành.

  4. Thiết kế hệ thống thông gió và an toàn phòng cháy chữa cháy: Hệ thống thông gió toilet, tầng hầm xe và hút khói hành lang được tính toán theo tiêu chuẩn ASHRAE, đảm bảo lưu lượng gió tươi và gió thải phù hợp. Hệ thống tạo áp cầu thang bộ được thiết kế cho các loại thang N1, N2, N3 nhằm ngăn khói hiệu quả trong trường hợp cháy.

Thảo luận kết quả

Các kết quả tính toán phụ tải lạnh cho thấy bức xạ mặt trời qua kính là thành phần nhiệt lớn nhất ảnh hưởng đến hệ thống điều hòa, đặc biệt với mặt tiền hướng Tây của tòa nhà. Việc sử dụng kính tráng màng phản xạ RS20 và giảm diện tích kính xuống gần 50% giúp hạn chế tải nhiệt, đồng thời vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ.

So sánh hiệu suất chiller không dầu và có dầu cho thấy chiller đệm từ không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu nguy cơ rò rỉ dầu, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và an toàn môi trường. Kết quả này tương đồng với các báo cáo ngành về hiệu quả năng lượng của chiller đệm từ.

Việc ứng dụng công nghệ MESP trong hệ thống lọc không khí là giải pháp kỹ thuật tiên tiến, phù hợp với yêu cầu phòng chống dịch bệnh hiện nay. Thiết kế hệ thống thông gió và hút khói theo tiêu chuẩn ASHRAE đảm bảo an toàn cháy nổ và chất lượng không khí, góp phần nâng cao giá trị sử dụng và an toàn cho người sử dụng tòa nhà.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phụ tải theo giờ trong ngày, bảng so sánh hiệu suất chiller và sơ đồ nguyên lý hệ thống lọc MESP để minh họa rõ ràng hơn các phát hiện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường sử dụng chiller không dầu: Khuyến khích chủ đầu tư và đơn vị vận hành ưu tiên lựa chọn chiller đệm từ không dầu nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, chủ thể là ban quản lý tòa nhà và nhà thầu thiết bị.

  2. Áp dụng công nghệ lọc không khí MESP rộng rãi: Mở rộng lắp đặt hệ thống lọc MESP cho các khu vực có điều hòa trung tâm nhằm nâng cao chất lượng không khí và phòng chống dịch bệnh. Thời gian triển khai trong 6-12 tháng, do đơn vị kỹ thuật và quản lý tòa nhà phối hợp thực hiện.

  3. Tối ưu hóa thiết kế kính và vật liệu bao che: Nghiên cứu và áp dụng các loại kính có hệ số truyền nhiệt thấp hơn, kết hợp với giải pháp che nắng để giảm tải nhiệt bức xạ mặt trời, từ đó giảm công suất điều hòa. Chủ thể là đơn vị thiết kế và chủ đầu tư, thực hiện trong các dự án cải tạo hoặc xây mới.

  4. Nâng cao hiệu quả hệ thống thông gió và an toàn cháy nổ: Định kỳ kiểm tra, bảo trì hệ thống thông gió, hút khói và tạo áp cầu thang theo tiêu chuẩn ASHRAE để đảm bảo vận hành ổn định và an toàn. Chủ thể là ban quản lý tòa nhà, thực hiện hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế HVAC: Nghiên cứu chi tiết về tính toán phụ tải lạnh, lựa chọn thiết bị và thiết kế hệ thống điều hòa không khí, giúp nâng cao kỹ năng chuyên môn và áp dụng thực tế.

  2. Chủ đầu tư và quản lý tòa nhà: Hiểu rõ về các giải pháp tiết kiệm năng lượng, công nghệ lọc không khí và an toàn phòng cháy chữa cháy để tối ưu vận hành và nâng cao giá trị tài sản.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật nhiệt, công nghệ nhiệt lạnh: Tài liệu tham khảo toàn diện về quy trình thiết kế hệ thống HVAC cho công trình văn phòng hiện đại tại khí hậu nhiệt đới.

  4. Nhà thầu thi công và cung cấp thiết bị HVAC: Cung cấp thông tin kỹ thuật chi tiết về lựa chọn thiết bị chiller, hệ thống đường ống nước và gió, cũng như công nghệ lọc không khí tiên tiến.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp tính phụ tải lạnh nào được sử dụng trong luận văn?
    Phương pháp Carrier truyền thống kết hợp với phần mềm HAP được sử dụng để tính toán tổng phụ tải lạnh, bao gồm các thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn từ nhiều nguồn khác nhau, giúp đảm bảo độ chính xác cao trong thiết kế.

  2. Chiller không dầu có ưu điểm gì so với chiller có dầu?
    Chiller không dầu (đệm từ) có hiệu suất năng lượng cao hơn khoảng 10-15% khi chạy tải part load, giảm thiểu rủi ro ô nhiễm môi trường do không sử dụng dầu bôi trơn, đồng thời giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

  3. Công nghệ MESP hoạt động như thế nào trong việc diệt Covid?
    MESP sử dụng bộ lọc tĩnh điện nhiều giai đoạn để loại bỏ các hạt bụi mịn và virus trong không khí, bao gồm virus Covid-19, giúp cải thiện chất lượng không khí trong không gian điều hòa và giảm nguy cơ lây nhiễm.

  4. Tiêu chuẩn nào được áp dụng cho thiết kế hệ thống thông gió và hút khói?
    Tiêu chuẩn ASHRAE được áp dụng để tính toán lưu lượng gió tươi, gió thải, cũng như thiết kế hệ thống hút khói hành lang và tạo áp cầu thang nhằm đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy và chất lượng không khí.

  5. Làm thế nào để giảm tải nhiệt bức xạ mặt trời qua kính?
    Giảm diện tích kính xuống gần 50%, sử dụng kính tráng màng phản xạ RS20 và kết hợp với các giải pháp che nắng giúp hạn chế lượng nhiệt bức xạ xuyên qua kính, từ đó giảm tải nhiệt cho hệ thống điều hòa.

Kết luận

  • Luận văn đã hoàn thiện thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió cho tòa nhà Etown 5, dựa trên tính toán phụ tải lạnh chi tiết và phân tích kỹ thuật thiết bị phù hợp.
  • So sánh hiệu suất chiller không dầu và chiller có dầu cho thấy chiller đệm từ có hiệu quả năng lượng vượt trội và thân thiện môi trường.
  • Ứng dụng công nghệ lọc không khí MESP góp phần nâng cao chất lượng không khí và phòng chống dịch bệnh trong không gian điều hòa.
  • Thiết kế hệ thống thông gió, hút khói và tạo áp cầu thang đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy theo tiêu chuẩn ASHRAE.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và vận hành nhằm tối ưu hiệu quả năng lượng và an toàn cho tòa nhà, với kế hoạch triển khai trong vòng 1-2 năm tới.

Để tiếp tục phát triển, các bên liên quan nên áp dụng các giải pháp đề xuất, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế hệ thống HVAC cho các công trình tương lai. Hãy liên hệ chuyên gia kỹ thuật để được tư vấn chi tiết và hỗ trợ triển khai hiệu quả.