Phân Tích Hiệu Quả Thông Gió Tự Nhiên Trong Không Gian Căn Hộ Bằng Chương Trình Phân Tích Số

Luận văn thạc sĩ phân tích hiệu quả thông gió tự nhiên trong căn hộ bằng chương trình phân tích số, cung cấp giải pháp tối ưu cho không gian sống.

• Tác giả: Phan Vi Kha
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Nguyên
• Trường học: Trường Đại Học Kinh Tế Công Nghiệp Long An
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân Tích Hiệu Quả Thông Gió Tự Nhiên Trong Căn Hộ Bằng Phần Mềm Số
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Long An

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Tính cần thiết của đề tài
• 1.2. Các giải pháp thiết kế
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu chung
• 1.3.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Câu hỏi nghiên cứu
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Tổng quan các công trình nghiên cứu trước
• 1.8.1. Các nghiên cứu trong nước
• 1.8.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.9. Lý thuyết thông gió tự nhiên
• 1.9.1. Khái niệm
• 1.9.2. Phân loại thông gió tự nhiên
• 2. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO CĂN HỘ CHUNG CƯ
• 2.1. Mô hình căn hộ chung cư SGC Nguyễn Văn Luông
• 2.2. Thông tin căn hộ
• 2.3. Tính toán các thông số điều kiện biên cho mô hình
• 2.4. Tính toán mô phỏng thông gió tự nhiên cho mô hình
• 2.5. Kết quả mô phỏng
• 2.6. Đánh giá hiệu quả thông gió
• 2.7. Mô hình căn hộ cải tiến
• 2.8. Điều kiện biên
• 2.9. Kết quả mô phỏng
• 2.10. Đánh giá hiệu quả thông gió
• 2.11. So sánh kết quả giữa mô hình cải tiến và mô hình ban đầu
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài

Đề tài "Phân Tích Hiệu Quả Thông Gió Tự Nhiên Trong Căn Hộ Bằng Phần Mềm Số" được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề thông gió trong các căn hộ, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Thông gió tự nhiên là một giải pháp hiệu quả giúp cải thiện chất lượng không khí và tiết kiệm năng lượng. Việc áp dụng phần mềm mô phỏng như CFD (Computational Fluid Dynamics) cho phép phân tích chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thông gió. Nghiên cứu này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong thiết kế và xây dựng căn hộ.

1.1. Tính cần thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống, đặc biệt là tại Việt Nam. Nghiên cứu chỉ ra rằng căn hộ cao tầng cần có hệ thống thông gió tự nhiên để đảm bảo sức khỏe và sự thoải mái cho cư dân. Việc thiết kế các giải pháp thông gió hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống. Theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), Việt Nam đứng thứ ba trong danh sách các quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ biến đổi khí hậu, điều này càng làm tăng tính cấp thiết của nghiên cứu này.

1.2. Các giải pháp thiết kế

Nghiên cứu đề xuất nhiều giải pháp thiết kế nhằm cải thiện hiệu quả thông gió trong căn hộ. Các giải pháp bao gồm bố trí hợp lý không gian sống, trồng cây xanh, và thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên. Việc áp dụng các tiêu chuẩn thông gió hiện đại sẽ giúp giảm thiểu chi phí năng lượng và nâng cao sự thoải mái cho cư dân. Các giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

II. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận văn này chủ yếu dựa vào việc sử dụng phần mềm mô phỏng CFD để phân tích hiệu quả thông gió trong căn hộ. Các thông số như nhiệt độ và vận tốc không khí được tính toán và mô phỏng để đánh giá chất lượng khí hạu trong không gian sống. Nghiên cứu cũng xem xét các điều kiện biên và các yếu tố ảnh hưởng đến thông gió tự nhiên. Việc áp dụng phương pháp này giúp đưa ra những cải tiến cần thiết cho thiết kế căn hộ.

2.1. Sử dụng phần mềm CFD

Phần mềm CFD được sử dụng để mô phỏng và phân tích dòng chảy không khí trong căn hộ. Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác các yếu tố như vận tốc gió và nhiệt độ trong không gian sống. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với các nghiên cứu trước đó để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu. Việc sử dụng CFD không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả trong việc thiết kế hệ thống thông gió.

2.2. Đánh giá hiệu quả thông gió

Đánh giá hiệu quả của thông gió tự nhiên được thực hiện thông qua các tiêu chuẩn như ADPI (Air Diffusion Performance Index). Các kết quả mô phỏng sẽ được phân tích để xác định mức độ thoải mái của cư dân trong căn hộ. Nghiên cứu cũng sẽ đưa ra các khuyến nghị về thiết kế nhằm cải thiện hiệu quả thông gió và tạo ra môi trường sống tốt hơn cho cư dân.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng thông gió tự nhiên có thể cải thiện đáng kể chất lượng không khí trong căn hộ. Các thông số như nhiệt độ và vận tốc gió được phân tích cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mô hình thiết kế khác nhau. Việc áp dụng các giải pháp thiết kế hợp lý sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả thông gió và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc cải tiến mô hình căn hộ có thể mang lại lợi ích lớn về mặt kinh tế và môi trường.

3.1. So sánh kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng giữa mô hình căn hộ ban đầu và mô hình cải tiến cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu quả thông gió. Mô hình cải tiến cho thấy vận tốc gió và nhiệt độ trong căn hộ được cải thiện đáng kể, từ đó nâng cao sự thoải mái cho cư dân. Việc so sánh này không chỉ giúp đánh giá hiệu quả của các giải pháp thiết kế mà còn cung cấp cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2. Đề xuất cải tiến

Dựa trên kết quả phân tích, nghiên cứu đề xuất một số cải tiến cho thiết kế căn hộ nhằm tối ưu hóa thông gió tự nhiên. Các giải pháp này bao gồm việc điều chỉnh vị trí cửa sổ, tăng cường thông gió qua các khe hở và sử dụng vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường. Những cải tiến này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả thông gió mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam đang đứng thứ ba trong danh sách các quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, dẫn đến nhiệt độ môi trường sống đô thị ngày càng tăng, đặc biệt ảnh hưởng đến vi khí hậu trong nhà. Tại các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, xu hướng phát triển nhà cao tầng ngày càng phổ biến, tuy nhiên các công trình này tiêu thụ năng lượng lớn và gây ra nhiều vấn đề về sự thoải mái và sức khỏe cho cư dân. Theo thống kê, nhiệt độ trung bình tại TP. Hồ Chí Minh dao động từ 21,1°C đến 34,6°C tùy mùa, với vận tốc gió trung bình khoảng 1,5 m/s tại tầng 1 của các tòa nhà cao tầng. Trong bối cảnh đó, việc thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên hiệu quả trong căn hộ chung cư trở thành một giải pháp bền vững nhằm cải thiện chất lượng không khí, giảm chi phí năng lượng và nâng cao sự thoải mái cho người sử dụng.

Mục tiêu nghiên cứu là áp dụng phương pháp mô phỏng số CFD để phân tích hiệu quả thông gió tự nhiên trong không gian căn hộ tại chung cư SGC Nguyễn Văn Luông, Quận 6, TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu tập trung vào việc mô phỏng vận tốc và nhiệt độ dòng không khí trong căn hộ, đánh giá mức độ thoải mái theo chỉ số ADPI, đồng thời đề xuất các cải tiến thiết kế nhằm tối ưu hóa hiệu quả thông gió. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô hình căn hộ tầng 1, với điều kiện khí hậu nhiệt đới xavan đặc trưng của TP. Hồ Chí Minh, trong đó các yếu tố như bức xạ mặt trời, nguồn nhiệt từ thiết bị gia dụng cũng được xem xét. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp kiến trúc xanh, tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng sống trong các công trình nhà cao tầng tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thông gió tự nhiên: Bao gồm các dạng thông gió tự nhiên vô tổ chức (gió lùa), thông gió có tổ chức dưới áp lực gió và thông gió trọng lực. Các nguyên lý về chênh lệch áp suất, cột áp và vận tốc dòng không khí được áp dụng để mô tả quá trình lưu thông không khí trong căn hộ.

• Lý thuyết về không khí ẩm và truyền nhiệt: Thành phần không khí, độ ẩm tương đối, nhiệt độ điểm sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt được xem xét để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến cảm giác thoải mái của con người. Các phương trình truyền nhiệt dẫn nhiệt, đối lưu tự nhiên và bức xạ nhiệt được sử dụng để mô phỏng sự trao đổi nhiệt trong không gian căn hộ.

• Chỉ số ADPI (Air Diffusion Performance Index): Là thước đo đánh giá hiệu quả phân phối không khí trong phòng dựa trên nhiệt độ dự thảo hiệu dụng (EDT) và vận tốc không khí tại các điểm lấy mẫu. ADPI ≥ 80% được xem là đạt mức thoải mái nhiệt.

• Phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics): Sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn để giải các phương trình Navier-Stokes bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng, mô phỏng dòng chảy và truyền nhiệt trong không gian căn hộ. Phần mềm ANSYS CFX được sử dụng với mô hình lưới chất lượng cao (chỉ số Skewness nhỏ hơn 0) để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí hậu thực tế tại TP. Hồ Chí Minh (nhiệt độ trung bình tháng 12 là 27°C, vận tốc gió tầng 1 khoảng 1,5 m/s), thông số kỹ thuật căn hộ chung cư SGC Nguyễn Văn Luông và các thông số nhiệt tỏa ra từ thiết bị gia dụng như bếp (122,96 W/m²) và tủ lạnh (64,92 W/m²).

Phương pháp nghiên cứu gồm các bước:

1. Xây dựng mô hình CAD căn hộ trong phần mềm SOLIDWORKS, sau đó nhập vào ANSYS CFX để mô phỏng.

2. Chia lưới thể tích hữu hạn với hơn 260.000 phần tử, đảm bảo chất lượng lưới tốt để kết quả hội tụ.

3. Thiết lập điều kiện biên cho ba trường hợp khảo sát: buổi sáng, buổi chiều và buổi tối, với các thông số vận tốc gió, nhiệt độ không khí, áp suất cửa ra và bức xạ nhiệt từ mặt tường và thiết bị.

4. Mô phỏng dòng không khí và nhiệt độ trong căn hộ, thu thập dữ liệu vận tốc và nhiệt độ tại 10 điểm lấy mẫu trong các phòng.

5. Tính toán chỉ số ADPI dựa trên kết quả mô phỏng để đánh giá mức độ thoải mái nhiệt.

6. So sánh kết quả mô hình ban đầu và mô hình cải tiến để đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thông gió.

Thời gian nghiên cứu tập trung vào điều kiện khí hậu tháng 12, thời điểm có vận tốc gió thấp nhất trong năm, nhằm đánh giá hiệu quả thông gió trong điều kiện khắc nghiệt nhất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Vận tốc gió trong căn hộ: Vào buổi sáng và chiều, vận tốc gió trung bình đạt khoảng 1,5 m/s, không khí lưu thông tốt qua các phòng. Tuy nhiên, vận tốc gió cao tại cửa ra gây áp lực lớn, có thể tạo cảm giác khó chịu cho cư dân. Vào buổi tối, khi các cửa lớn được đóng lại, vận tốc gió giảm xuống dưới 1 m/s, tạo điều kiện thoải mái hơn cho người ở.

2. Phân bố nhiệt độ: Buổi sáng, nhiệt độ trung bình trong căn hộ khoảng 30°C, cao hơn do ảnh hưởng bức xạ mặt trời và nguồn nhiệt từ bếp, nhà vệ sinh. Buổi chiều, nhiệt độ giảm còn khoảng 28°C, phân bố nhiệt độ đồng đều hơn. Buổi tối, nhiệt độ tiếp tục giảm xuống khoảng 27°C, tạo môi trường mát mẻ và thoải mái.

3. Chỉ số ADPI: Tính toán tại 10 điểm lấy mẫu cho thấy mô hình ban đầu đạt ADPI khoảng 75%, chưa đạt mức tiêu chuẩn 80% theo ASHRAE. Mô hình cải tiến với điều chỉnh cửa và bố trí không gian giúp tăng ADPI lên trên 85%, đảm bảo sự thoải mái nhiệt cho cư dân.

4. So sánh mô hình cải tiến và ban đầu: Mô hình cải tiến giảm vận tốc gió tại cửa ra khoảng 20%, đồng thời giảm nhiệt độ tại các khu vực nóng lên đến 2°C, cải thiện đáng kể sự phân bố nhiệt và lưu thông không khí.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân vận tốc gió cao tại cửa ra trong mô hình ban đầu là do thiết kế cửa không kiểm soát được lưu lượng gió, gây áp lực lớn và tạo cảm giác khó chịu. Việc đóng bớt cửa lớn vào buổi tối giúp giảm vận tốc gió, đồng thời giữ nhiệt độ ổn định, phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về thông gió tự nhiên trong nhà cao tầng, khẳng định tính hiệu quả của phương pháp CFD trong phân tích dòng lưu chất và truyền nhiệt.

Việc áp dụng chỉ số ADPI làm tiêu chuẩn đánh giá giúp định lượng mức độ thoải mái nhiệt, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp. Mô hình cải tiến cho thấy sự cần thiết của việc điều chỉnh thiết kế cửa và bố trí nội thất để tối ưu hóa hiệu quả thông gió tự nhiên. Kết quả này có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu, cũng như bảng so sánh chỉ số ADPI giữa các mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Điều chỉnh thiết kế cửa thông gió: Sử dụng cửa có thể điều chỉnh lưu lượng gió để kiểm soát vận tốc gió tại cửa ra, giảm áp lực gió và tăng sự thoải mái cho cư dân. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng. Chủ thể thực hiện: Chủ đầu tư và đơn vị thiết kế kiến trúc.

2. Bố trí nội thất hợp lý: Sắp xếp nội thất tránh cản trở luồng không khí, tạo điều kiện cho gió lưu thông đều khắp các phòng. Thời gian thực hiện: 1-2 tháng. Chủ thể thực hiện: Cư dân và nhà thiết kế nội thất.

3. Tăng cường cây xanh và vật liệu cách nhiệt: Trồng cây xanh quanh khu vực căn hộ và sử dụng vật liệu cách nhiệt cho tường, mái để giảm nhiệt độ bức xạ, nâng cao hiệu quả làm mát tự nhiên. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý tòa nhà và chủ đầu tư.

4. Áp dụng mô phỏng CFD trong thiết kế: Đưa phương pháp CFD vào quy trình thiết kế các căn hộ và tòa nhà cao tầng để dự báo và tối ưu hóa hiệu quả thông gió tự nhiên trước khi thi công. Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình thiết kế. Chủ thể thực hiện: Các công ty tư vấn kỹ thuật và thiết kế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà thiết kế kiến trúc và kỹ sư xây dựng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô phỏng để thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên hiệu quả, giúp tối ưu hóa không gian sống và tiết kiệm năng lượng.

2. Chủ đầu tư và quản lý dự án nhà cao tầng: Hiểu rõ về tác động của thiết kế thông gió đến sự thoải mái và chi phí vận hành, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý và nâng cao giá trị công trình.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng, môi trường: Tài liệu tham khảo về ứng dụng CFD trong phân tích dòng lưu chất và truyền nhiệt, cũng như các tiêu chuẩn đánh giá mức độ thoải mái nhiệt trong nhà.

4. Cư dân và người sử dụng nhà chung cư: Hiểu về tầm quan trọng của thông gió tự nhiên và các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoải mái trong căn hộ, từ đó có thể phối hợp với ban quản lý để cải thiện môi trường sống.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp CFD có ưu điểm gì trong nghiên cứu thông gió tự nhiên?
   Phương pháp CFD cho phép mô phỏng chi tiết dòng không khí và truyền nhiệt trong không gian phức tạp, giúp dự báo chính xác vận tốc và nhiệt độ tại các vị trí khác nhau. Ví dụ, trong nghiên cứu này, CFD giúp đánh giá hiệu quả thông gió trong căn hộ với hơn 260.000 phần tử lưới.

2. Chỉ số ADPI là gì và tại sao quan trọng?
   ADPI đo lường tỷ lệ phần trăm các điểm trong phòng đạt tiêu chuẩn thoải mái về nhiệt độ và vận tốc gió. ADPI ≥ 80% được xem là mức chấp nhận được, giúp đánh giá hiệu quả hệ thống thông gió. Nghiên cứu cho thấy mô hình cải tiến đạt ADPI trên 85%, đảm bảo sự thoải mái cho cư dân.

3. Làm thế nào để giảm vận tốc gió gây khó chịu trong căn hộ?
   Có thể điều chỉnh thiết kế cửa thông gió để kiểm soát lưu lượng gió, đồng thời bố trí nội thất hợp lý để tránh tạo luồng gió mạnh tại các vị trí cư dân thường xuyên sử dụng.

4. Nhiệt độ trong căn hộ bị ảnh hưởng bởi những yếu tố nào?
   Nhiệt độ chịu ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời, nguồn nhiệt từ thiết bị gia dụng như bếp và tủ lạnh, cũng như lưu thông không khí. Ví dụ, buổi sáng nhiệt độ trung bình trong căn hộ lên tới 30°C do bức xạ và thiết bị tỏa nhiệt.

5. Phạm vi áp dụng của kết quả nghiên cứu này?
   Kết quả phù hợp với các căn hộ trong nhà cao tầng tại vùng khí hậu nhiệt đới xavan như TP. Hồ Chí Minh, có thể áp dụng để thiết kế và cải tiến hệ thống thông gió tự nhiên nhằm nâng cao sự thoải mái và tiết kiệm năng lượng.

Kết luận

• Áp dụng phương pháp CFD với phần mềm ANSYS CFX đã mô phỏng thành công quá trình thông gió tự nhiên trong căn hộ chung cư, cho kết quả vận tốc gió và nhiệt độ phù hợp với điều kiện thực tế tại TP. Hồ Chí Minh.
• Vận tốc gió trung bình khoảng 1,5 m/s vào ban ngày và dưới 1 m/s vào buổi tối, nhiệt độ dao động từ 27°C đến 30°C tùy thời điểm trong ngày.
• Chỉ số ADPI được sử dụng làm tiêu chuẩn đánh giá mức độ thoải mái nhiệt, mô hình cải tiến đạt trên 85%, vượt mức tiêu chuẩn 80%.
• Các giải pháp thiết kế như điều chỉnh cửa thông gió, bố trí nội thất và tăng cường cây xanh được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả thông gió tự nhiên.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng CFD trong thiết kế kiến trúc xanh, góp phần giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện chất lượng sống trong các công trình nhà cao tầng.

Tiếp theo, cần triển khai thực nghiệm thực tế để kiểm chứng mô hình mô phỏng và mở rộng nghiên cứu cho các loại hình công trình khác. Đề nghị các nhà thiết kế và chủ đầu tư áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các dự án bền vững hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. Tính cần thiết của đề tài. Các giải pháp thiết kế. Mục tiêu nghiên cứu.

Mục tiêu chung. Mục tiêu cụ thể. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Câu hỏi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Tổng quan các công trình nghiên cứu trước. Các nghiên cứu trong nước:.

Các nghiên cứu ở nước ngoài. Lý thuyết thông gió tự nhiên. Phân loại thông gió tự nhiên [1]. Lý thuyết cơ bản về không khí [1].

Không khí ẩm. Các thông số của không khí ẩm. Quá trình hòa trộn 2 dòng không khí [2]. Lý thuyết truyền nhiệt [2].

Dẫn nhiệt qua vách phẳng. Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian rộng .Trao đổi nhiệt bức xạ. Lý thuyết về chỉ số đánh giá mức độ thoải mái của con người trong phòng (ADPI) [5]. Cách xác định chỉ số ADPI.

Computational Fluid Dynamics – CFD [3]. Phương pháp mô hình hóa dòng lưu chất. Những phương trình chủ đạo của CFD [4]. Áp dụng phương pháp thể tích hữu hạn vào bài toán CFD [4] .PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO CĂN HỘ CHUNG CƯ.

Mô hình căn hộ chung cư SGC Nguyễn Văn Luông. Thông tin căn hộ. Tính toán các thông số điều kiện biên cho mô hình. Tính toán mô phỏng thông gió tự nhiên cho mô hình.

Kết quả mô phỏng. Đánh giá hiệu quả thông gió. Mô hình căn hộ cải tiến. Điều kiện biên.

Kết quả mô phỏng. Đánh giá hiệu quả thông gió. So sánh kết quả giữa mô hình cải tiến và mô hình ban đầu .KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Hướng phát triển.

54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 55 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 VN Việt Nam 2 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 3 PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn 4 PP TTHH Phương pháp thể tích hữu hạn DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 CFD Computational Fluid Dynamics 2 ANSYS Analysis System 3 FEM Finite element method 4 FVM Finite volume method viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Thành phần của các chất trong không khí khô. Bảng chọn các trị số C và n cho bài toán đối lưu tự nhiên trong không gian rộng.

Bảng thống kê nhiệt độ và lượng mưa trung bình tại thành phố Hồ Chí Minh25 Bảng 3. Bảng chọn các thông số a và b theo dạng địa hình. Bảng phân bố vận tốc gió của công trình chung cư. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi sáng.

Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi chiều. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi tối. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi sáng – mô hình mới. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi chiều – mô hình mới.

Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi tối – mô hình mới. 51 ix DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1. Chung cư SGC Nguyễn Văn Luông. Hệ thống thông gió tự nhiên trong nhà.

Hiện tượng gió lùa. Nguyên lý thông gió tự nhiên dưới tác dụng nhiệt thừa. Thông gió tự nhiên có tổ chức. Thông gió trọng lực.

Quá trình hòa trộn hai dòng không khí. Thể tích kiểm soát hữu hạn. Phần tử lưu chất vô cùng bé. Mặt bằng điển hình tầng 1 và mặt bằng của căn hộ.

Mặt trước và mặt cắt phía trước của công trình. Mặt bên và mặt cắt bên của công trình. Biểu đồ hoa gió tháng 12 khảo sát tại thành phố HCM. Mô hình tính toán cho bài toán trong ANSYS CFX.

Mô hình lưới của căn hộ. Đánh giá chất lượng lưới thông qua chỉ số Skewness. Điều kiện biên cho trường hợp buổi sáng. Điều kiện biên cho trường hợp buổi chiều.

Điều kiện biên cho trường hợp buổi tối. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi sáng. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi chiều. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi tối.

Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi sáng. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi chiều. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi tối. Tọa độ các điểm lấy mẫu của bài toán.

Mô hình tính toán cho bài toán mô hình mới trong ANSYS CFX. Mô hình chia lưới cho bài toán mô hình mới. Điều kiện biên cho trường hợp buổi sáng – mô hình mới. Điều kiện biên cho trường hợp buổi chiều – mô hình mới.

Điều kiện biên cho trường hợp buổi tối – mô hình mới. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi sáng – mô hình mới. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi chiều – mô hình mới. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi tối – mô hình mới.

sánh kết quả phân bố vận tốc giữa mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải). Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi sáng – mô hình mới. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi chiều – mô hình mới. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi tối – mô hình mới.

So sánh kết quả phân bố nhiệt độ giữa mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải). Tọa độ các điểm lấy mẫu của mô hình mới. So sánh kết quả vận tốc tại các điểm lấy mẫu của mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải). So sánh kết quả EDT tại các điểm lấy mẫu của mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải).

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Tính cần thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) là vấn đề đang được toàn nhân loại quan tâm. Theo dự báo của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), Việt Nam đứng thứ 3 trong danh sách 10 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của BĐKH. Điều này lý giải cho hiện tượng nhiệt độ ngày càng tăng dần trong môi trường sống đô thị Việt Nam mà điển hình là chất lượng môi trường vi khí hậu bên trong nhà.

Nhà cao tầng hiện nay đang là một xu hướng phát triển ở nhiều thành phố lớn trên thế giới, đặc biệt là các thành phố ở châu Á. Tờ The Economist dẫn chứng, riêng trong năm 2014, gần 100 tòa nhà cao trên 200 m đã được xây dựng, tạo nên một thời kỳ bùng nổ nhà chọc trời. Mặc dù có rất nhiều tòa nhà cao tầng nổi lên trên thế giới mỗi năm nhưng hầu hết chúng đều tiêu thụ lượng năng lượng khổng lồ và nhiều vấn đề khiến cho không gian sống của con người trở nên không thoải mái .Vì vậy việc điều hòa không khí và nhiệt độ trong các tòa nhà cao tầng đang là một trong những vấn đề cần được quan tâm hiện nay. Do vậy đề tài “PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG KHÔNG GIAN CĂN HỘ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH SỐ” là hết sức cấp bách và thiết thực nhằm góp phần giải quyết các vấn đề về sự thoải mái của người ở, tiết kiệm chi phí, năng lượng trong bối cảnh thích ứng với biến đổi khí hậu trong điều kiện như hiện nay.

Các giải pháp thiết kế Để giải quyết vấn đề này rất nhiều giải pháp được đưa ra nhằm mục đích chống nóng, chống ẩm, thông thoáng không khí tạo không gian sống và làm việc thoải mái cho cư dân trong các tòa nhà cao tầng. Những giải pháp mang tính khả thi cao trong điều kiện hiện nay như: 2 - Bố trí nhà cửa và nội thất hợp lý - Trồng nhiều cây xanh quanh khu vực sống, trên mái nhà để giảm nhiệt độ và tạo không khí trong lành - Quy hoạch tổng thể và chọn hướng công trình (đón gió, đón nắng) - Thiết kế hệ thống thông gió cơ khí (Điều hòa không khí, quạt thổi, hút gió, …) - Thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên Với mức độ hiệu quả an toàn về nhiệt, tiết kiệm chi phí xây dựng, giảm thiểu năng lượng tiêu thụ của tòa nhà, thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để giải quyết vấn đề trên. Nghiên cứu này sẽ tập trung đi sâu vào giải pháp thiết kế hệ thống thông gió tự nhiên thông qua việc tính toán và mô phỏng vận tốc và nhiệt độ của dòng không khí trong nhà.Từ đó đưa ra những giải pháp thiết kế kiến trúc cho các công trình nhà cao tầng. Mục tiêu nghiên cứu 1.

Mục tiêu chung Áp dụng phương pháp số để mô phỏng, tính toán quá trình thông gió tự nhiên có kiểm soát cho căn hộ nhà cao tầng. Mục tiêu cụ thể - Tính toán, mô phỏng được nhiệt độ và vận tốc của dòng không khí trong các công trình nhà cao tầng. Sử dụng các kết quả về sự phân bố nhiệt độ và vận tốc dòng không khí để đánh giá mức độ thoải mái của người sống trong căn hộ. - Đưa ra các cải tiến cần thiết nếu mô hình ban đầu chưa đạt hiệu quả (chưa tạo được sự thoải mái cho người ở).

Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Căn hộ trong chung cư SGC Nguyễn Văn Luông , Phường 11 , Quận 6 , TP HCM [13]. Chung cư SGC Nguyễn Văn Luông 1. Phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung mô phòng dòng không khí (gió) tự nhiên trong không gian căn hộ có kể đến ảnh hưởng từ nguồn nhiệt bức xạ mặt trời, nguồn nhiệt từ các thiết bị gia dụng trong nhà.Các nguồn nhiệt này được xem là nhiệt tĩnh, đồng thời luận văn cũng chỉ xét bài toán cặp đôi nhiệt – lưu chất, bỏ qua sự truyền nhiệt trong kết cấu. Câu hỏi nghiên cứu - Chương trình ANSYS CFX có phù hợp với bài toán tương tác lưu chất – nhiệt.

- Cơ sở đánh giá tính chính xác của kết quả mô phỏng. - Nguồn nhiệt được xem gần đúng là nguồn nhiệt tĩnh. - Lược bỏ bớt một số vật dụng trong không gian căn hộ.