Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống điều hòa không khí và thông gió là hạng mục kỹ thuật thiết yếu trong các công trình phức hợp thương mại và nhà ở cao tầng hiện đại. Tại khu vực miền Nam Việt Nam với đặc thù khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm quanh năm, nhu cầu làm mát và duy trì chất lượng không khí trong nhà đòi hỏi chi phí tiêu thụ năng lượng rất lớn. Việc thiết kế hệ thống điều hòa không khí không chỉ dừng lại ở bài toán bảo đảm công suất làm lạnh tối đa mà còn phải đáp ứng nghiêm ngặt các quy chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn an toàn cháy, hạn chế tiếng ồn, tiết kiệm điện năng và tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành.

Đề tài "Tính toán kiểm tra, chọn thiết bị và mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong phòng bằng phần mềm Ansys cho dự án Metropole Quận 2" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Quang Thế và Nguyễn Gia Thịnh (ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Trần Phú. Mục tiêu tổng thể của đồ án là thiết kế giải pháp điều hòa không khí và thông gió hoàn chỉnh, đồng thời ứng dụng công cụ mô phỏng số 3D để kiểm tra vi khí hậu bên trong công trình.

Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Nhiệm vụ 1: Tính toán kiểm tra tải lạnh, lựa chọn thiết bị cho hệ thống điều hòa không khí và thông gió tại công trình Metropole Quận 2.
  2. Nhiệm vụ 2: Ứng dụng phần mềm Ansys để mô phỏng trường nhiệt độ, trường vận tốc và áp suất không khí trong không gian điều hòa, từ đó đánh giá sự phân bố vi khí hậu thực tế so với tiêu chuẩn thiết kế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều hòa không khí trung tâm thay đổi lưu lượng môi chất (VRV-IV), hệ thống thông gió cơ khí và sự phân bố trường nhiệt - khí động trong phòng.
  • Phạm vi không gian: Tòa tháp C thuộc khối công trình The Crest Residences (giai đoạn 2 của dự án The Metropole Thủ Thiêm, Khu chức năng số 1, Khu đô thị mới Thủ Thiêm, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh). Tháp C có quy mô 27 tầng nổi và 3 tầng hầm (gồm sảnh thương mại, văn phòng, tầng kỹ thuật và căn hộ cao cấp). Đồ án tập trung tính toán tải cho toàn tháp C, thiết lập sơ đồ điều hòa từ tầng 1 đến tầng 5, và mô phỏng chuyên sâu không gian phòng Gym tại tầng 5 cũng như phòng ngủ căn hộ tầng 6.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao thực hiện từ ngày 06/03/2023 đến ngày 17/07/2023 và hoàn thành bảo vệ vào ngày 23/07/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên hệ thống cơ sở lý thuyết nhiệt - lạnh công trình và cơ học chất lưu:

  • Quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật: Áp dụng QCVN 04:2021/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nhà chung cư), QCVN 02:2009/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng), QCVN 06:2021/BXD (An toàn cháy cho nhà và công trình) và TCVN 5687:2010 (Thông gió - Điều hòa không khí - Tiêu chuẩn thiết kế).
  • Cơ sở tính toán phụ tải lạnh: Sử dụng phương pháp Carrier để xác định tổng nguồn nhiệt hiện thừa ($Q_{ht}$) và tổng nguồn nhiệt ẩn thừa ($Q_{at}$) thẩm thấu vào không gian điều hòa qua kết cấu bao che và nội sinh.
  • Lý thuyết xử lý không khí ẩm: Biểu diễn chu trình nhiệt động của không khí trên đồ thị $t-d$ (ẩm đồ Carrier), xác định các đại lượng nhiệt hiện phòng ($RSHF$ hay $\varepsilon_{hf}$), nhiệt hiện tổng ($GSHF$ hay $\varepsilon_{ht}$), hệ số đi vòng của dàn lạnh ($BF$ hay $\varepsilon_{BF}$) và hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ($ESHF$ hay $\varepsilon_{hef}$).
  • Lý thuyết mô phỏng động lực học chất lưu (CFD): Dựa trên hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng bảo toàn khối lượng, bảo toàn động lượng Navier-Stokes trung bình Reynolds (RANS) và bảo toàn năng lượng để mô tả trường vận tốc và nhiệt độ chất lưu.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán giải tích theo tiêu chuẩn kỹ thuật và mô phỏng số thông qua các công cụ chuyên ngành:

  • Tính toán phụ tải và kiểm chứng: Kết hợp tính toán giải tích từng thành phần nhiệt theo phương pháp Carrier với việc lập mô hình nhập thông số cấu trúc công trình trong phần mềm Trace700.
  • Chọn thiết bị chuyên dụng: Sử dụng phần mềm Daikin VRV Xpress để tính toán đường ống đồng, chọn bộ chia ga Refnet và chọn công suất dàn nóng, dàn lạnh; sử dụng phần mềm Fantech để tra đặc tính khí động và chọn quạt thông gió.
  • Mô phỏng trường nhiệt - khí: Sử dụng phần mềm Ansys Fluent để xây dựng hình học, chia lưới không gian phòng, thiết lập điều kiện biên và giải số trường nhiệt độ, áp suất, vận tốc.

Nguồn dữ liệu đầu vào:

  • Bản vẽ kiến trúc, kết cấu và bố trí công năng do DP Architects thiết kế cho dự án The Crest Residences.
  • Dữ liệu khí tượng TP. Hồ Chí Minh tra cứu theo TCVN 5687:2010: nhiệt độ ngoài trời mùa hè thiết kế cấp 3 là $t_N = 35,6^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 49,7%$, nhiệt độ bầu ướt $t_u = 26,5^\circ\text{C}$, nhiệt độ đọng sương $t_s = 23,6^\circ\text{C}$.
  • Thông số tiện nghi trong nhà theo TCVN 5687:2010: nhiệt độ phòng $t_T = 24^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_T = 65 \pm 5%$.
  • Catalogue kỹ thuật của nhà sản xuất Daikin (VRV-IV, FCU, Cassette) và Fantech.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu về điều hòa không khí

Chương này tổng quan về lịch sử phát triển của kỹ thuật điều hòa không khí từ các mốc thời gian quan trọng (John Gorrie năm 1845, Piuzzi Smith năm 1850, F. Carré năm 1860 và Willis H. Carrier năm 1911 xây dựng ẩm đồ không khí), sự dịch chuyển từ môi chất lạnh amoniac sang freon R12 (1932) và các môi chất hiện đại (R410A, R32). Tác giả phân loại hệ thống điều hòa theo mục đích ứng dụng, cấp độ quan trọng, tính tập trung và phương thức làm lạnh.

Về công nghệ thiết bị, chương 1 trình bày đặc điểm cấu tạo của hệ thống Daikin VRV-IV với dàn nóng dải công suất từ 6 HP đến 60 HP, khả năng kết nối tối đa 64 dàn lạnh thuộc 15 kiểu dáng và 84 model khác nhau (FCU treo tường, âm trần giấu trần nối ống gió, Cassette âm trần 1 hướng và 4 hướng). Về mặt công trình, văn bản giới thiệu tổng thể dự án The Metropole Thủ Thiêm (giai đoạn 2 - The Crest Residences) do Công ty Cổ phần Quốc Lộc Phát làm chủ đầu tư, Sơn Kim Land phát triển và Central làm tổng thầu, diện tích 1,32 ha. Tòa tháp C gồm 27 tầng (3 hầm, 1 sảnh kết hợp thương mại, 4 văn phòng thương mại, 3 tầng kỹ thuật, 16 tầng căn hộ). Đồng thời, tác giả xác định các tiêu chuẩn bắt buộc: QCVN 04:2021/BXD quy định lưu lượng gió tươi cấp cho căn hộ không nhỏ hơn $30\text{ m}^3/\text{h/người}$, hành lang sảnh thoát nạn không thông gió tự nhiên phải đạt bội số trao đổi không khí tối thiểu $4\text{ lần/h}$ hoặc không nhỏ hơn $1\text{ m}^3/\text{h.m}^2$ khi có điều hòa, khu vực để xe đạt tối thiểu $6\text{ lần/h}$ ở chế độ thường và $9\text{ lần/h}$ khi hút khói; TCVN 5687:2010 thiết lập điều kiện tính toán cấp 3 ngoài trời ($t_N = 35,6^\circ\text{C}$, $\varphi_N = 49,7%$) và trong nhà ($24^\circ\text{C}$, $65 \pm 5%$).

Chương 2: Tính toán tải lạnh cho công trình

Chương 2 trình bày chi tiết công thức và thông số tính toán từng thành phần nhiệt thừa cho công trình theo phương pháp Carrier:

  • Nhiệt bức xạ qua kính ($Q_{11}$): Xác định bằng công thức $Q_{11} = n_t \cdot Q'{11}$ với kính hộp Unitized dày 28 mm ($\alpha_k = 0,75; \tau_k = 0,2; \rho_k = 0,05$), hệ số khung nhôm $\varepsilon{kh} = 1,17$, hệ số độ cao $\varepsilon_c = 1$ (với độ cao tính toán $H = 19 + 26,5 = 45,5\text{ m}$), hệ số đọng sương $\varepsilon_{ds} = 0,95$, hệ số mây mù $\varepsilon_{mm} = 1$, hệ số màn che $\varepsilon_r = 1$. Mật độ khối lượng kết cấu trung bình tính được là $g_s = 875,95\text{ kg/m}^2$, từ đó xác định hệ số tác dụng tức thời $n_t$ theo các hướng: Bắc (0,88), Đông (0,62), Nam (0,67), Tây (0,65). Ví dụ tính cho phòng ngủ 2 căn hộ 1 tầng 6 hướng Bắc cho ra $Q_{11} = 359,9\text{ W}$.
  • Nhiệt truyền qua mái ($Q_{21}$): Do các tầng trong tòa nhà đều nằm giữa các không gian có điều hòa, độ chênh lệch nhiệt độ $\Delta t = 0$ nên $Q_{21} = 0$.
  • Nhiệt truyền qua vách ($Q_{22} = Q_{22t} + Q_{22c} + Q_{22k}$): Hệ số truyền nhiệt tường $k_t$ được tính toán cho 4 kết cấu: tường dày 0,18 m tiếp xúc gián tiếp ($k_t = 2,1\text{ W/m}^2\text{K}$); tường dày 0,08 m tiếp xúc gián tiếp ($k_t = 3,02\text{ W/m}^2\text{K}$); tường dày 0,25 m tiếp xúc gián tiếp ($k_t = 1,84\text{ W/m}^2\text{K}$); tường dày 0,25 m tiếp xúc trực tiếp bức xạ ($k_t = 2,03\text{ W/m}^2\text{K}$). Hệ số truyền nhiệt qua cửa gỗ dày 50 mm là $k_c = 2,01\text{ W/m}^2\text{K}$; qua cửa sổ kính 2 lớp cách nhau 16 mm là $k_k = 3,13\text{ W/m}^2\text{K}$. Tổng nhiệt truyền qua vách tính cho phòng ngủ 1 căn hộ 1 tầng 6 là $Q_{22} = 272,32 + 78,47 + 35,58 = 386,37\text{ W}$.
  • Nhiệt truyền qua nền ($Q_{23}$): Kết cấu sàn bê tông cốt thép dày 300 mm ($\lambda = 1,55\text{ W/mK}$) và vữa trát 25 mm ($\lambda = 0,93\text{ W/mK}$) có hệ số truyền nhiệt $k = 2,4\text{ W/m}^2\text{K}$. Với độ chênh lệch nhiệt độ đệm $\Delta t = 0,5 \cdot (35,6 - 24) = 5,8^\circ\text{C}$, phòng Gym tầng 5 diện tích sàn $151\text{ m}^2$ có $Q_{23} = 2101,9\text{ W}$.
  • Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng ($Q_{31}$): Sử dụng đèn huỳnh quang với suất tỏa nhiệt $q = 12\text{ W/m}^2$, hệ số tác dụng tức thời $n_t = 1$, hệ số tác động đồng thời $n_d = 0,5$. Phòng ngủ 2 diện tích $15\text{ m}^2$ có $Q_{31} = 119,47\text{ W}$.
  • Tác giả cũng thiết lập công thức tính toán nhiệt máy móc ($Q_{32}$), nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ($Q_4$), nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_N$), nhiệt do gió lọt ($Q_5$), kiểm tra đọng sương trên vách và đối chiếu số liệu tổng thể qua phần mềm Trace700.
Đại lượng / Thành phần tải Ký hiệu Giá trị / Hệ số tính toán tiêu biểu Đơn vị
Mật độ diện tích kết cấu $g_s$ 875,95 $\text{kg/m}^2$
Hệ số truyền nhiệt tường 0,25 m trực tiếp $k_t$ 2,03 $\text{W/m}^2\text{K}$
Hệ số truyền nhiệt tường 0,18 m gián tiếp $k_t$ 2,10 $\text{W/m}^2\text{K}$
Hệ số truyền nhiệt tường 0,08 m gián tiếp $k_t$ 3,02 $\text{W/m}^2\text{K}$
Hệ số truyền nhiệt tường 0,25 m gián tiếp $k_t$ 1,84 $\text{W/m}^2\text{K}$
Hệ số truyền nhiệt cửa gỗ dày 50 mm $k_c$ 2,01 $\text{W/m}^2\text{K}$
Hệ số truyền nhiệt cửa kính hộp 2 lớp $k_k$ 3,13 $\text{W/m}^2\text{K}$
Hệ số truyền nhiệt kết cấu sàn nền $k$ 2,40 $\text{W/m}^2\text{K}$
Suất công suất chiếu sáng đèn $q$ 12 $\text{W/m}^2$

Chương 3: Tính toán sơ đồ điều hòa không khí

Nội dung chương tập trung lựa chọn sơ đồ điều hòa không khí tuần hoàn một cấp cho các không gian thương mại và văn phòng từ tầng 1 đến tầng 5. Tác giả trình bày phương pháp xác định các thông số trạng thái không khí trên ẩm đồ $t-d$, bao gồm: xác định điểm hòa trộn giữa gió tươi và gió hồi, đường biểu diễn quá trình làm lạnh và làm khô trong dàn bay hơi, đường quá trình nhận nhiệt ẩm trong không gian điều hòa. Các hệ số nhiệt hiện $RSHF$ ($\varepsilon_{hf}$), $GSHF$ ($\varepsilon_{ht}$), $ESHF$ ($\varepsilon_{hef}$) và hệ số đi vòng của dàn lạnh $BF$ ($\varepsilon_{BF}$) được thành lập nhằm làm cơ sở xác định năng suất lạnh thực tế và lưu lượng gió tuần hoàn cấp vào phòng.

Chương 4: Tính toán chọn thiết bị

Dựa trên tải lạnh từng phòng tính được ở chương 2 và chương 3, chương 4 tiến hành lựa chọn các thiết bị cụ thể từ danh mục Daikin:

  • Dàn lạnh FCU: Chọn kiểu treo tường và kiểu giấu trần nối ống gió cho các phòng ngủ, căn hộ và văn phòng nhằm đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ và phân phối gió đều.
  • Dàn lạnh Cassette âm trần: Chọn các model thổi đa hướng (4 hướng) cho các khu vực tập trung đông người như sảnh thương mại, phòng Gym tầng 5.
  • Dàn nóng VRV-IV: Tính toán công suất danh định, hệ số kết nối và chọn các tổ hợp dàn nóng đặt tại khu vực kỹ thuật.
  • Ứng dụng phần mềm VRV Xpress: Thiết lập sơ đồ đường ống ga cho hệ thống điều hòa phòng Gym tại tầng 5, kiểm tra độ dài đường ống, chênh lệch độ cao và chọn chính xác các bộ rẽ nhánh Refnet joint.

Chương 5: Tính toán tổn thất thông gió

Chương 5 giải quyết bài toán khí động của hệ thống đường ống thông gió cấp gió tươi và hút khí thải tầng 1 và các tầng chức năng:

  • Xác định lưu lượng thông gió cần thiết dựa trên định mức cấp gió tươi cho người và bội số tuần hoàn không khí theo tiêu chuẩn.
  • Tính toán tổn thất áp suất ma sát trên đường ống gió thẳng $\Delta p_{ms} = \Delta p_1 \cdot l$.
  • Tính toán tổn thất áp suất cục bộ $\Delta p_{cb}$ qua các phụ kiện đường ống (cút, tê, côn thu, cửa gió) dựa trên hệ số trở lực cục bộ và áp suất động dòng khí.
  • Tính chọn quạt thông gió: Ứng dụng phần mềm chuyên ngành Fantech để nhập các thông số lưu lượng và cột áp tổng, từ đó lựa chọn model quạt có đường đặc tính phù hợp, đảm bảo hiệu suất vận hành và độ ồn trong giới hạn cho phép.

Chương 6: Sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong không gian

Chương 6 là phần nghiên cứu mô phỏng số kiểm chứng sự làm việc của hệ thống:

  • Xây dựng mô hình hình học 3D của không gian điều hòa (phòng Gym sử dụng dàn lạnh Cassette).
  • Tạo lưới tính toán và đánh giá chất lượng lưới: Áp dụng các chỉ tiêu hình học gồm độ lệch góc Skewness và chất lượng trực giao Orthogonal Quality để đảm bảo độ chính xác tính toán của lưới phần tử hữu hạn.
  • Thiết lập mô hình vật lý và điều kiện biên: Biên vận tốc và nhiệt độ dòng khí cấp tại các miệng thổi Cassette, biên áp suất tại miệng hút hồi, điều kiện thông lượng nhiệt và nhiệt độ vách tại tường, trần, sàn và cửa sổ.
  • Kết quả mô phỏng số: Đánh giá đường cong hội tụ sai số của các phương trình bảo toàn; trích xuất trường phân bố nhiệt độ trên mặt cắt thẳng đứng XZ, trường phân bố áp suất trên mặt phẳng ngang XY, trường vận tốc gió thổi từ dàn lạnh Cassette và quỹ đạo dòng tuần hoàn không khí trong phòng; so sánh trường vận tốc và nhiệt độ đạt được với dải tiện nghi theo tiêu chuẩn TCVN 5687:2010.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa tháp C công trình The Crest Residences theo quy trình tích hợp giữa giải tích và mô phỏng số:

  1. Kiến trúc hệ thống điều hòa không khí: Sử dụng hệ thống trung tâm Daikin VRV-IV giải nhiệt gió. Hệ thống kết nối dàn nóng công suất lớn với mạng lưới dàn lạnh phân tán đa dạng: dàn lạnh Cassette âm trần 4 hướng thổi cho không gian công cộng (phòng Gym, sảnh thương mại) và dàn lạnh FCU giấu trần nối ống gió hoặc treo tường cho các căn hộ. Mạng lưới đường ống đồng dẫn môi chất R410A được thiết kế tối ưu bằng phần mềm Daikin VRV Xpress, đảm bảo giới hạn tổn thất áp suất và chiều dài đường ống.
  2. Thiết kế hệ thống thông gió: Hệ thống thông gió cơ khí được thiết kế độc lập nhằm cấp gió tươi và hút khí thải cục bộ cho các căn hộ, khu vệ sinh, hành lang và sảnh theo QCVN 04:2021/BXD. Tổn thất cột áp trên mạng đường ống tôn tráng kẽm (gồm tổn thất ma sát và tổn thất cục bộ qua cút, tê, van) được tính toán khí động chi tiết, từ đó phần mềm Fantech được ứng dụng để tra chọn quạt có lưu lượng và áp suất cột áp chính xác.
  3. Quy trình thiết lập mô phỏng số CFD trong Ansys Fluent:
    • Xây dựng hình học không gian phòng và bố trí vị trí miệng thổi/hút của dàn lạnh Cassette.
    • Chia lưới thể tích với các lớp biên mịn tại khu vực miệng thổi gió; kiểm soát chất lượng phần tử qua hai chỉ số Skewness và Orthogonal Quality đạt yêu cầu hội tụ.
    • Gán điều kiện biên thực tế: Vận tốc thổi và nhiệt độ cấp ra từ miệng gió dàn lạnh theo catalogue thiết bị; nhiệt độ và trở nhiệt truyền qua các mặt tường bao che được lấy từ kết quả tính tải ở chương 2.
    • Chạy lặp mô phỏng giải hệ phương trình RANS đến khi các đại lượng dư hội tụ ổn định, trích xuất biểu đồ đường dòng vận tốc và bản đồ nhiệt độ đẳng mức.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Xác định đầy đủ bảng phụ tải nhiệt thành phần cho công trình The Crest Residences: Tính toán chi tiết tải bức xạ mặt trời qua kính hộp Unitized 28 mm với các hệ số hướng Bắc ($n_t = 0,88$), Đông ($0,62$), Nam ($0,67$), Tây ($0,65$); tính toán hệ số truyền nhiệt qua 4 loại kết cấu tường bao che ($k_t$ từ $1,84$ đến $3,02\text{ W/m}^2\text{K}$), cửa kính hộp 16 mm ($k_k = 3,13\text{ W/m}^2\text{K}$) và sàn nền ($k = 2,4\text{ W/m}^2\text{K}$).
  • Lựa chọn đồng bộ hệ thống thiết bị VRV-IV của hãng Daikin (dàn nóng, dàn lạnh FCU, dàn lạnh Cassette) và quạt thông gió Fantech đáp ứng đúng lưu lượng và công suất lạnh yêu cầu cho tòa tháp C.
  • Kết quả mô phỏng bằng Ansys Fluent chứng minh giải pháp bố trí miệng thổi Cassette 4 hướng tạo ra dòng tuần hoàn khí khép kín hợp lý, trường nhiệt độ trong không gian sinh hoạt duy trì ổn định xung quanh ngưỡng thiết kế $24^\circ\text{C}$ và vận tốc gió trong vùng làm việc đáp ứng tiêu chuẩn tiện nghi TCVN 5687:2010.
  • Đóng góp kỹ thuật: Đồ án kết hợp thành công phương pháp tính toán tải truyền thống Carrier với các phần mềm chuyên ngành hiện đại (Trace700, VRV Xpress, Fantech) và ứng dụng kỹ thuật mô phỏng số CFD (Ansys Fluent) để kiểm tra vi khí hậu, mang lại cơ sở khoa học tin cậy hơn so với phương pháp thiết kế kinh nghiệm thuần túy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Nghiên cứu mô phỏng vi khí hậu CFD bằng Ansys Fluent mới chỉ được thực hiện trên một số không gian điển hình (như phòng Gym tầng 5) mà chưa bao quát toàn bộ các cấu trúc căn hộ khác nhau trong 27 tầng của tòa nhà.
  • Một số số liệu công suất nhiệt nội sinh do máy móc và thiết bị văn phòng phải lựa chọn dựa trên cận trên của tiêu chuẩn chung do thiếu thông tin thiết bị chi tiết tại thời điểm thiết kế.
  • Bài toán mô phỏng được giải ở chế độ dừng (steady state) tại thời điểm phụ tải thiết kế cực đại mùa hè, chưa xét đến tính biến thiên động liên tục 24 giờ trong ngày của các mùa khác nhau trong năm.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng bài toán mô phỏng năng lượng động toàn năm (dynamic building energy simulation) cho toàn bộ tòa tháp C nhằm đánh giá tổng điện năng tiêu thụ hàng năm.
  • Nghiên cứu mô phỏng trường nồng độ chất gây ô nhiễm ($CO_2$) và độ ẩm không khí trong bài toán CFD để tối ưu hóa vị trí đặt miệng gió cấp và miệng gió hút hồi.
  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển thông minh BMS và biến tần nhằm tối ưu hóa sự phối hợp làm việc giữa hệ thống VRV-IV và hệ thống thông gió cơ khí.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh, Kỹ thuật Hệ thống Công trình (HVAC) phục vụ việc thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống điều hòa không khí công trình cao tầng.
  • Các kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) tham khảo quy trình tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier kết hợp phần mềm Trace700 cho công trình sử dụng kính mặt dựng lớn.
  • Những người nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn/thể tích hữu hạn (CFD) tham khảo quy trình thiết lập bài toán mô phỏng trường nhiệt - khí động bằng Ansys Fluent cho miệng thổi dàn lạnh Cassette trong không gian kín.

Câu hỏi thường gặp

  1. Điều kiện vi khí hậu tính toán ngoài nhà và trong nhà được lựa chọn theo tiêu chuẩn nào và có giá trị cụ thể là bao nhiêu? Điều kiện tính toán được chọn theo TCVN 5687:2010 cho hệ thống điều hòa cấp 3 tại TP. Hồ Chí Minh. Thông số ngoài nhà gồm: nhiệt độ ngoài trời $t_N = 35,6^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 49,7%$, nhiệt độ bầu ướt $26,5^\circ\text{C}$, nhiệt độ đọng sương $t_s = 23,6^\circ\text{C}$. Thông số trong nhà cho các tầng sảnh thương mại, văn phòng, tầng kỹ thuật và căn hộ duy trì ở nhiệt độ $t_T = 24^\circ\text{C}$ và độ ẩm tương đối $\varphi_T = 65 \pm 5%$.

  2. Loại kính bao che sử dụng cho công trình The Crest Residences có thông số kỹ thuật như thế nào để phục vụ tính toán tải nhiệt bức xạ? Công trình sử dụng kính hộp Unitized màu xanh có bề dày 28 mm. Các thông số quang học của kính được xác định gồm: hệ số hấp thụ $\alpha_k = 0,75$, hệ số xuyên qua $\tau_k = 0,2$ và hệ số phản xạ $\rho_k = 0,05$. Hệ số ảnh hưởng của khung nhôm là $\varepsilon_{kh} = 1,17$.

  3. Tại sao thành phần nhiệt truyền qua trần và mái ($Q_{21}$) trong đồ án lại được tính bằng 0? Do phạm vi các phòng được khảo sát tính toán nằm ở các tầng trung gian của tòa tháp C (từ tầng 1 đến tầng 23), phía trên trần và phía dưới sàn của các không gian này đều là các phòng được điều hòa không khí cùng mức nhiệt độ $24^\circ\text{C}$. Vì chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt bằng không ($\Delta t = 0$), nhiệt truyền qua trần và mái bằng bức xạ và dẫn nhiệt triệt tiêu ($Q_{21} = 0$).

  4. Suất công suất chiếu sáng và hệ số tính toán nhiệt đèn ($Q_{31}$) cho các căn hộ được xác định ra sao? Do công trình sử dụng đèn huỳnh quang và chưa có công suất lắp đặt thực tế chi tiết, tác giả chọn suất công suất lớn nhất theo tiêu chuẩn là $q = 12\text{ W/m}^2$. Hệ số tác dụng tức thời của bóng đèn lấy $n_t = 1$, và hệ số tác động đồng thời đối với nhà cao tầng/chung cư lấy $n_d = 0,5$. Ví dụ với phòng ngủ 2 có diện tích $15\text{ m}^2$, nhiệt tỏa ra do đèn tính được là $119,47\text{ W}$.

  5. Trong phần mềm Ansys Fluent, chất lượng lưới tính toán được kiểm soát bằng những chỉ số hình học nào? Chất lượng lưới được đánh giá dựa trên hai chỉ tiêu chính: chỉ số độ méo góc lệch (Skewness) và chỉ số chất lượng trực giao (Orthogonal Quality). Các chỉ số này được đối chiếu với bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng lưới trước khi tiến hành giải hệ phương trình vi phân nhằm bảo đảm bài toán đạt độ hội tụ ổn định và giảm thiểu sai số tính toán.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Quang Thế và Nguyễn Gia Thịnh đã hoàn thành toàn diện việc tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier và thiết kế hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV-IV Daikin kết hợp thông gió cơ khí cho tòa tháp C dự án The Crest Residences. Việc ứng dụng linh hoạt các phần mềm chuyên ngành như Trace700, Daikin VRV Xpress và Fantech đã hỗ trợ chọn lựa chính xác quy cách thiết bị và đường ống. Đặc biệt, nghiên cứu đã sử dụng phần mềm Ansys Fluent để mô phỏng và chứng minh trường phân bố nhiệt độ, áp suất và vận tốc không khí trong phòng hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn tiện nghi vi khí hậu hiện hành.