Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu hướng phát triển của kiến trúc hiện đại, con người dành hơn 70% thời gian sinh hoạt và làm việc trong các không gian kín có sử dụng hệ thống điều hòa không khí. Việc duy trì môi trường vi khí hậu trong nhà đảm bảo độ tiện nghi, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường là một bài toán kỹ thuật phức tạp. Sau sự bùng phát của đại dịch COVID-19, chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality - IAQ) và sự phân bố nhiệt độ tại các cơ sở giáo dục ngày càng được quan tâm. Sự tích tụ của các chất ô nhiễm, hạt lơ lửng và khí carbonic ($CO_2$) trong phòng kín khi hệ thống thông gió hoạt động không hiệu quả có thể làm gia tăng nguy cơ lây lan các bệnh qua đường hô hấp, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái tâm lý và khả năng tiếp thu của người học.
Khảo sát thực tế tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh cho thấy sự phân bố tiện nghi nhiệt trong các phòng học diễn ra không đồng đều. Nhiều phòng học xuất hiện tình trạng căng thẳng nhiệt do bố trí luồng gió chưa hợp lý hoặc cài đặt nhiệt độ chưa tối ưu, trong khi nồng độ $CO_2$ gia tăng nhanh theo thời gian và mật độ học sinh. Nhằm giải quyết các vấn đề này, đề tài "Nghiên cứu các điều kiện tiện nghi và đánh giá tối ưu trong phòng học" đã được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt thực hiện với hai nhiệm vụ trọng tâm:
- Nghiên cứu và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các điều kiện tiện nghi (trường nhiệt độ và nồng độ $CO_2$) trong phòng học.
- Phân tích, đánh giá và xác định tổ hợp tối ưu giữa các thông số vận hành nhằm đảm bảo sự tiện nghi cho người sử dụng trong phòng học.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là không gian phòng học A303, tầng 3, khu A thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Phòng có diện tích sàn xấp xỉ $98{,}89\text{ m}^2$, sử dụng 2 dàn lạnh Cassette Daikin dạng hai khối tuần hoàn một cấp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc đo đạc thực nghiệm các thông số trường nhiệt độ và nồng độ $CO_2$, áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi kết hợp phân tích phương sai (ANOVA) trên phần mềm Minitab trong mốc thời gian từ ngày 25/09/2023 đến ngày 18/01/2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn đánh giá
Nghiên cứu vận dụng các tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành để định lượng mức độ tiện nghi vi khí hậu:
- Tiêu chuẩn ASHRAE Standard 55-2020 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy): Quy định giới hạn tiện nghi nhiệt cục bộ; trong đó độ chênh lệch nhiệt độ không khí theo phương thẳng đứng (Vertical Air Temperature Difference - VATD) đo giữa vị trí đầu ($1{,}1\text{ m}$) và mắt cá chân ($0{,}1\text{ m}$) của người ngồi không được vượt quá $3^\circ\text{C}$.
- Tiêu chuẩn ASHRAE 62-2001: Giới hạn nồng độ các chất độc hại trong không khí có điều hòa. Độ chênh lệch nồng độ $CO_2$ trong phòng so với môi trường bên ngoài không được vượt quá $700\text{ ppm}$. Với nồng độ ngoài trời thông thường khoảng $400\text{ ppm}$, ngưỡng nồng độ $CO_2$ trong nhà phải duy trì dưới mức $1100\text{ ppm}$; khoảng nồng độ lý tưởng đối với lớp học là từ $400\text{ ppm}$ đến $1000\text{ ppm}$.
- TCVN 5687:2010 (Thông gió - Điều hòa không khí - Tiêu chuẩn thiết kế): Quy định tại Phụ lục D giới hạn nồng độ $CO_2$ tối đa cho phép trong không khí vùng làm việc là dưới $900\text{ ppm}$ cho ca làm việc liên tục $8\text{ giờ}$, và không quá $1800\text{ ppm}$ khi tiếp xúc ngắn dưới $15\text{ phút}$ (tối đa 4 lần/ca). Về nhiệt độ, tiêu chuẩn khuyến cáo vùng nhiệt độ tiện nghi cho trạng thái nghỉ ngơi tĩnh tại trong lớp học dao động từ $25^\circ\text{C}$ đến $28^\circ\text{C}$ với vận tốc gió khoảng $0{,}6\text{ m/s}$, tương ứng chỉ số gánh nặng nhiệt (Heat Stress Index - HSI) nằm trong khoảng $0 - 10$.
- Phương pháp tính tải lạnh Carrier: Tính toán tổng phụ tải lạnh $Q_0$ dựa trên tổng nhiệt hiện thừa $\sum Q_{ht}$ và tổng nhiệt ẩn thừa $\sum Q_{\hat{a}t}$, bao gồm bức xạ qua kính ($Q_{11}$), truyền nhiệt qua mái ($Q_{21}$), qua tường/vách ($Q_{22}$), qua nền ($Q_{23}$), nhiệt tỏa từ đèn ($Q_{31}$), thiết bị ($Q_{32}$), nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra ($Q_{4h}, Q_{4\hat{a}}$) cùng thành phần gió lọt ($Q_5$).
Phương pháp nghiên cứu và công cụ xử lý dữ liệu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp công cụ thống kê toán học:
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi: Sử dụng ma trận trực giao để khảo sát đồng thời 5 yếu tố với số lượng thí nghiệm tối thiểu. Đánh giá chất lượng dựa trên tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$) theo các tiêu chí: đặc tính "Nhỏ hơn là tốt hơn" (Lower the better) đối với chỉ số chênh lệch nhiệt độ VATD và nồng độ $CO_2$, đặc tính "Lớn hơn là tốt hơn" (Larger the better), và tỷ lệ phần trăm đóng góp ($C%$).
- Phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) và Phân tích hồi quy (Regression Analysis): Xác định mức độ ảnh hưởng và ý nghĩa thống kê của từng thông số độc lập lên các biến phản hồi, thông qua các chỉ số: Bậc tự do ($DF$), tổng bình phương hiệu chỉnh ($Adj\ SS$), bình phương trung bình hiệu chỉnh ($Adj\ MS$), giá trị kiểm định ($F\text{-Value}$), mức ý nghĩa ($P\text{-Value}$) cùng hệ số xác định ($R\text{-sq}$, $R\text{-sq}(adj)$).
- Công cụ thực hiện: Phần mềm thống kê Minitab dùng để lập bảng trực giao, phân tích tỷ số $S/N$, chạy mô hình hồi quy và vẽ đồ thị ảnh hưởng; phần mềm Autodesk Revit được dùng để dựng mô hình không gian 3D của phòng học A303.
Thiết kế và bố trí thực nghiệm
Để thu thập các số liệu thực tế, nhóm tác giả đã thiết lập hệ thống đo đạc chi tiết tại phòng học A303:
Thông số kết cấu và thiết bị đo
- Không gian phòng có sàn bê tông cốt thép dày $300\text{ mm}$ phủ lớp vữa $25\text{ mm}$, tường xây gạch dày $200\text{ mm}$, cửa sổ kính trong suốt dày $6\text{ mm}$ khung kim loại. Hệ thống chiếu sáng gồm 12 bộ đèn LED Panel kích thước $600 \times 600\text{ mm}$ công suất $40\text{ W}$ của hãng MPE và 1 tivi công suất $120\text{ W}$. Phòng được làm lạnh bởi 2 dàn lạnh Cassette Daikin.
- Thiết bị đo nồng độ khí $CO_2$ chuyên dụng của hãng EXTECH được bố trí tại 9 vị trí khảo sát phân bổ đều trong phòng ở độ cao vùng thở của sinh viên.
- Hệ thống cảm biến nhiệt độ gồm 15 điểm đo, mỗi điểm được bố trí cảm biến tại hai độ cao: $0{,}1\text{ m}$ (ngang mắt cá chân) và $1{,}1\text{ m}$ (ngang tầm đầu người ngồi) để xác định độ chênh lệch nhiệt độ thẳng đứng VATD.
Yếu tố thực nghiệm và ma trận quy hoạch
Nghiên cứu lựa chọn 5 yếu tố công nghệ chính gây ảnh hưởng đến trường nhiệt độ và nồng độ $CO_2$, mỗi yếu tố được khảo sát tại 3 mức giá trị:
| Ký hiệu |
Tên yếu tố thực nghiệm |
Mức 1 |
Mức 2 |
Mức 3 |
| A |
Số lượng người ngồi trong phòng |
32 người |
48 người |
64 người |
| B |
Mốc thời gian đo trong ngày |
Buổi sáng (9h) |
Trưa |
Chiều |
| C |
Tốc độ gió tại miệng dàn lạnh |
Mức 1 (thấp) |
Mức 2 (vừa) |
Mức 3 (cao) |
| D |
Góc thổi của cánh đảo gió dàn lạnh |
Cố định mức 1 |
Cố định mức 2 ($24^\circ$) |
Cố định mức 3 |
| E |
Nhiệt độ cài đặt trên điều khiển |
$21^\circ\text{C}$ |
$25^\circ\text{C}$ |
$26^\circ\text{C}$ |
Dựa trên bảng lựa chọn ma trận trực giao chuẩn, đồ án sử dụng ma trận trực giao $L_{27}(3^{13})$, tương ứng với 27 đợt thí nghiệm thực tế với các tổ hợp thông số khác nhau nhằm thu thập toàn diện chuỗi dữ liệu nhiệt độ và chất lượng không khí.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương mở đầu tập trung trình bày bối cảnh chung về nhu cầu tiện nghi trong không gian kín, làm rõ tác động của môi trường vi khí hậu đến năng suất học tập và sức khỏe của sinh viên. Tác giả tổng hợp các tiêu chuẩn hiện hành về giới hạn $CO_2$ (ASHRAE 62-2001, TCVN 5687:2010) và tiện nghi nhiệt (ASHRAE Standard 55-2020), xác lập các thông số đánh giá cốt lõi bao gồm trường nhiệt độ, chỉ số VATD và nồng độ $CO_2$. Từ đó, chương xác định mục tiêu nghiên cứu và giới thiệu phương pháp tiếp cận thông qua quy hoạch thực nghiệm Taguchi kết hợp ANOVA.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm
Chương 2 trình bày chi tiết phương pháp tính toán tải nhiệt cho phòng học A303 theo tiêu chuẩn Carrier với các điều kiện tính toán: ngoài trời $t_N = 34{,}6^\circ\text{C}$, $\varphi_N = 55%$; trong phòng $t_T = 26^\circ\text{C}$, $\varphi_T = 60%$. Tác giả tính toán chi tiết từng nguồn nhiệt:
- Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính hướng Tây: $Q_{11} = 2489\text{ W}$ (diện tích kính chịu bức xạ, $R_{T\max} = 517\text{ W/m}^2$, hệ số tức thời $n_t = 0{,}89$).
- Nhiệt truyền qua kết cấu bao che: Qua mái $Q_{21} = 8425{,}4\text{ W}$ (mái sân thượng diện tích $98{,}89\text{ m}^2$); qua tường vách $Q_{22} = 416{,}03\text{ W}$; qua nền sàn $Q_{23} = 927\text{ W}$.
- Nhiệt tỏa từ nguồn nội bộ: 12 đèn chiếu sáng $Q_{31} = 480\text{ W}$; thiết bị tivi $Q_{32} = 120\text{ W}$; từ 33 người (ngồi làm việc nhẹ, $q_h = 60\text{ W}$, $q_{\hat{a}} = 60\text{ W}$) sinh ra $Q_4 = 3960\text{ W}$.
- Nhiệt do gió lọt: $Q_5 = 792{,}96\text{ W}$ ($Q_{5h} = 396{,}48\text{ W}, Q_{5\hat{a}} = 396{,}48\text{ W}$ với hệ số kinh nghiệm $\xi = 0{,}7$).
- Nhiệt do cấp gió tươi $Q_N = 0\text{ W}$ do phòng học không trang bị hệ thống xử lý gió tươi sơ bộ hay quạt thông gió.
- Tổng năng suất lạnh tính toán đạt $Q_0 = 16909{,}5\text{ W}$ ($\approx 16{,}91\text{ kW}$).
Bên cạnh đó, chương tổng quan các nghiên cứu thực nghiệm trong và ngoài nước: nghiên cứu của Đại học Trà Vinh về chỉ số PMV và hệ số hiệu chỉnh $ePMV\text{-}AC$; nghiên cứu của Fangli Hou và cộng sự về mô phỏng Hybrid so sánh cách bố trí chỗ ngồi zíc-zắc và chỗ ngồi thẳng hàng; nghiên cứu của Shinhan Deng, Bin Zou và Josephine Lau về tương quan giữa nồng độ $CO_2$, VOCs với chỉ số bệnh tật IRR của học sinh sử dụng SPSS. Cuối cùng, chương thuyết minh toán học về phương pháp Taguchi, thuật toán tính tỷ số $S/N$, bảng trực giao và nguyên lý phân tích phương sai ANOVA.
Chương 3: Thiết lập thực nghiệm và thu thập số liệu
Nội dung chương mô tả chi tiết quy trình dựng mô hình 3D phòng A303 bằng phần mềm Revit, cách thức kiểm tra kỹ thuật dàn lạnh Daikin và máy đo nồng độ $CO_2$ Extech. Tác giả thiết lập sơ đồ bố trí chỗ ngồi tương ứng với 3 kịch bản mật độ: 32 người, 48 người và 64 người. Hệ thống đo lường được định vị cụ thể: 15 điểm đo nhiệt độ kép (độ cao $0{,}1\text{ m}$ và $1{,}1\text{ m}$) và 9 điểm quan trắc $CO_2$. Toàn bộ tiến trình đo đạc 27 thí nghiệm theo bảng trực giao $L_{27}$ được ghi nhận và tập hợp thành các bộ dữ liệu thô phục vụ cho việc xử lý thống kê.
Chương 4: Xử lí số liệu và đánh giá
Chương 4 thực hiện phân tích chuyên sâu các dữ liệu thu thập được:
- Xử lý số liệu trường nhiệt độ: Tính toán nhiệt độ trung bình tại 15 điểm đo ở độ cao $0{,}1\text{ m}$ và $1{,}1\text{ m}$, xác định độ chênh lệch VATD tại từng vị trí cho 27 thí nghiệm. Dữ liệu được đưa vào Minitab để tính tỷ số $S/N$ theo tiêu chí "nhỏ hơn là tốt hơn". Kết quả từ đồ thị $S/N$ và phân tích hồi quy cho thấy tổ hợp tối ưu để đạt độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất là: 32 người, thời gian 9h sáng, tốc độ gió mức 3, góc thổi $24^\circ$ và nhiệt độ cài đặt $25^\circ\text{C}$. Trong đó, nhiệt độ cài đặt (yếu tố E) là thông số có ảnh hưởng lớn nhất đến gradient nhiệt độ.
- Xử lý số liệu nồng độ $CO_2$: Tính toán giá trị $CO_2$ trung bình của 9 điểm đo cho từng thí nghiệm. Khi kiểm tra trên Minitab bằng phương pháp Taguchi, tổ hợp tối ưu để nồng độ $CO_2$ ở mức thấp nhất là: 32 người, mốc thời gian 9h, tốc độ gió mức 3, góc thổi $24^\circ$ và nhiệt độ cài đặt $21^\circ\text{C}$. Ở phương pháp Taguchi, góc thổi của dàn lạnh (yếu tố D) được xếp hạng có tác động lớn nhất đến sự phân tán $CO_2$. Tuy nhiên, khi đánh giá thông qua mô hình phân tích hồi quy (Regression Analysis), yếu tố mốc thời gian (yếu tố B) lại thể hiện vai trò chi phối lớn nhất do tính chất tích lũy $CO_2$ liên tục theo thời gian giảng dạy.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
Chương cuối đúc kết toàn bộ các kết quả tính toán tải, kết quả thực nghiệm và xếp hạng mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đối với tiện nghi nhiệt và chất lượng không khí. Nhóm tác giả đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật về việc điều chỉnh vận hành dàn lạnh theo từng khung giờ và đề xuất lắp đặt bổ sung hệ thống thông gió chủ động cho phòng học.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán phụ tải lạnh phòng học A303
| Thành phần phụ tải nhiệt |
Ký hiệu |
Giá trị tính toán (W) |
Tỷ trọng tương đối (%) |
| Bức xạ qua kính hướng Tây |
$Q_{11}$ |
$2489{,}00$ |
$14{,}72$ |
| Truyền nhiệt qua mái sân thượng |
$Q_{21}$ |
$8425{,}40$ |
$49{,}83$ |
| Truyền nhiệt qua tường và vách |
$Q_{22}$ |
$416{,}03$ |
$2{,}46$ |
| Truyền nhiệt qua nền bê tông |
$Q_{23}$ |
$927{,}00$ |
$5{,}48$ |
| Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng (12 đèn LED) |
$Q_{31}$ |
$480{,}00$ |
$2{,}84$ |
| Nhiệt tỏa từ thiết bị (Tivi) |
$Q_{32}$ |
$120{,}00$ |
$0{,}71$ |
| Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa ra (33 người) |
$Q_4$ |
$3960{,}00$ |
$23{,}42$ |
| Nhiệt do gió lọt qua khe cửa |
$Q_5$ |
$792{,}96$ |
$4{,}69$ |
| Nhiệt do cấp gió tươi |
$Q_N$ |
$0{,}00$ |
$0{,}00$ |
| Tổng phụ tải lạnh yêu cầu ($Q_0$) |
$\sum Q$ |
$16909{,}50$ |
$100{,}00$ |
Kết quả tối ưu hóa theo phương pháp Taguchi và ANOVA
| Mục tiêu đánh giá |
Tổ hợp thông số tối ưu |
Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất |
Căn cứ đánh giá |
| Tiện nghi nhiệt (Độ chênh lệch nhiệt độ VATD) |
32 người, mốc 9h, tốc độ gió mức 3, góc thổi $24^\circ$, nhiệt độ cài đặt $25^\circ\text{C}$ |
Nhiệt độ cài đặt dàn lạnh (Yếu tố E) |
Đồ thị tỷ số $S/N$ và Phân tích hồi quy (Regression Analysis) |
| Chất lượng không khí (Nồng độ khí $CO_2$) |
32 người, mốc 9h, tốc độ gió mức 3, góc thổi $24^\circ$, nhiệt độ cài đặt $21^\circ\text{C}$ |
Góc thổi dàn lạnh (Yếu tố D) theo Taguchi; Mốc thời gian (Yếu tố B) theo Hồi quy |
Đồ thị $S/N$, Bảng xếp hạng Rank Taguchi và Phân tích hồi quy |
Đóng góp thực tiễn của đề tài
- Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm gồm 27 đợt đo đạc đồng thời nhiệt độ thẳng đứng (15 điểm kép) và nồng độ $CO_2$ (9 điểm) trên một phòng học thực tế tại Việt Nam, thay vì chỉ dựa hoàn toàn vào các phần mềm mô phỏng số.
- Ứng dụng thành công phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi $L_{27}$ và phân tích phương sai ANOVA vào việc phân tích định lượng sự tương tác giữa nhiều yếu tố vận hành đồng thời (số người, thời gian, tốc độ gió, góc cánh gió, nhiệt độ đặt).
- Làm sáng tỏ vai trò của góc thổi cánh đảo gió trong việc hỗ trợ đối lưu, khuếch tán không khí và giảm tích tụ $CO_2$ cục bộ tại các vị trí sinh viên ngồi học.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu
- Phòng học A303 hoàn toàn không có hệ thống cấp gió tươi sơ bộ chủ động ($Q_N = 0$) và không có quạt hút thông gió cưỡng bức, khiến cho nồng độ $CO_2$ tăng rất nhanh theo thời gian và vượt các ngưỡng chuẩn khi sĩ số lớp đông ($48 - 64$ người).
- Phạm vi thực nghiệm mới được giới hạn trong phạm vi một phòng học đơn lẻ tại tầng 3 khu A, chưa khảo sát mở rộng sang các phòng học ở các hướng nhà và tầng cao khác nhau.
- Ma trận Taguchi $L_{27}$ chỉ khảo sát 3 mức giá trị rời rạc cho mỗi yếu tố, chưa bao quát được toàn bộ dải biến thiên liên tục của điều kiện thời tiết ngoài trời qua các mùa khác nhau trong năm.
Hướng mở rộng đề tài
- Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt bổ sung hệ thống cấp gió tươi sơ bộ (Primary Air Handling Unit - PAU) kết hợp hệ thống thông gió có điều khiển tự động biến tần dựa trên tín hiệu cảm biến nồng độ $CO_2$ thời gian thực.
- Mở rộng ứng dụng phương pháp mô phỏng động lực học dòng chảy (CFD) để trực quan hóa trường vận tốc, trường nhiệt độ và sự khuếch tán nồng độ $CO_2$ dưới nhiều phương án sắp xếp bàn ghế khác nhau (như mô hình ngồi thẳng hàng so với mô hình zíc-zắc).
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các ngành:
- Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt / Kỹ thuật HVAC: Cung cấp phương pháp tính toán tải nhiệt chi tiết theo Carrier cho công trình giáo dục và quy trình đánh giá tiện nghi nhiệt theo chuẩn ASHRAE 55-2020.
- Quản lý năng lượng và Môi trường xây dựng: Tham khảo các đánh giá thực tế về chất lượng không khí trong nhà (IAQ), sự biến thiên nồng độ $CO_2$ và chỉ số VATD trong điều kiện khí hậu miền Nam Việt Nam.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Cung cấp quy trình ứng dụng ma trận trực giao Taguchi kết hợp phần mềm Minitab để thiết kế thí nghiệm kỹ thuật nhiệt và xử lý dữ liệu phương sai (ANOVA).
Câu hỏi thường gặp
1. Tiêu chuẩn nào được sử dụng để đánh giá tiện nghi nhiệt và chất lượng không khí trong đồ án?
Đồ án sử dụng tiêu chuẩn ASHRAE Standard 55-2020 để đánh giá sự chênh lệch nhiệt độ thẳng đứng giữa đầu và mắt cá chân (VATD $\le 3^\circ\text{C}$); tiêu chuẩn ASHRAE 62-2001 để kiểm soát nồng độ $CO_2$ trong phòng học (mức chênh lệch với ngoài trời không quá $700\text{ ppm}$, lý tưởng từ $400 - 1000\text{ ppm}$); và tiêu chuẩn TCVN 5687:2010 về nồng độ $CO_2$ giới hạn tiếp xúc vùng làm việc (dưới $900\text{ ppm}$ trong $8\text{ giờ}$) cùng vùng nhiệt độ tiện nghi $25 - 28^\circ\text{C}$.
2. Thành phần tải nhiệt nào chiếm tỷ trọng lớn nhất trong phụ tải lạnh của phòng học A303?
Theo tính toán của nhóm tác giả, tổng năng suất lạnh yêu cầu của phòng học A303 là $16909{,}5\text{ W}$. Trong đó, nhiệt truyền qua kết cấu mái sân thượng tiếp xúc trực tiếp với không gian ngoài trời ($Q_{21}$) là thành phần lớn nhất với $8425{,}4\text{ W}$, chiếm xấp xỉ $49{,}83%$ tổng phụ tải của phòng học.
3. Năm yếu tố công nghệ được nhóm tác giả khảo sát trong ma trận Taguchi là gì?
Năm yếu tố thực nghiệm được ký hiệu từ A đến E gồm có: Số lượng người ngồi trong phòng (A: 32, 48, 64 người); Mốc thời gian trong ngày (B); Tốc độ gió tại miệng dàn lạnh (C: mức 1, mức 2, mức 3); Góc thổi của dàn lạnh (D: trong đó có mức $24^\circ$); và Nhiệt độ cài đặt của phòng (E: $21^\circ\text{C}, 25^\circ\text{C}, 26^\circ\text{C}$).
4. Tổ hợp vận hành nào cho kết quả tối ưu nhất về trường nhiệt độ và nồng độ $CO_2$?
Đối với tiện nghi nhiệt (chỉ số chênh lệch nhiệt độ VATD nhỏ nhất), tổ hợp tối ưu gồm: 32 người, thời gian 9h, tốc độ gió mức 3, góc thổi $24^\circ$, nhiệt độ cài đặt $25^\circ\text{C}$. Đối với nồng độ $CO_2$ thấp nhất theo phương pháp Taguchi, tổ hợp tối ưu gồm: 32 người, thời gian 9h, tốc độ gió mức 3, góc thổi $24^\circ$ và nhiệt độ cài đặt $21^\circ\text{C}$.
5. Tại sao có sự khác nhau về yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến nồng độ $CO_2$ giữa phương pháp Taguchi và phân tích hồi quy?
Theo phương pháp Taguchi (xét tỷ số $S/N$), góc thổi của dàn lạnh (yếu tố D) được xếp hạng 1 do tác động trực tiếp đến khả năng luân chuyển luồng khí và phá vỡ các vùng khí tù đọng tại điểm đo. Tuy nhiên, theo phân tích hồi quy (Regression Analysis), mốc thời gian (yếu tố B) lại thể hiện vai trò chi phối mạnh nhất do phòng không có hệ thống cấp gió tươi, dẫn đến lượng $CO_2$ do con người thải ra bị tích lũy lũy tiến liên tục theo thời gian tiết học.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu các điều kiện tiện nghi và đánh giá tối ưu trong phòng học" đã hoàn thành việc tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier và khảo sát thực nghiệm các điều kiện tiện nghi vi khí hậu tại phòng học A303 thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Bằng việc kết hợp phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi $L_{27}$ và phân tích phương sai ANOVA trên Minitab, nghiên cứu đã xác định được các tổ hợp thông số vận hành tối ưu nhằm kiểm soát độ chênh lệch nhiệt độ VATD dưới $3^\circ\text{C}$ và giảm thiểu sự tích tụ $CO_2$. Kết quả thu được cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực tế có giá trị phục vụ công tác thiết kế, cải tạo hệ thống thông gió và quản lý vận hành điều hòa không khí trong các công trình trường học hiện nay.
