Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống điều hòa không khí và thông gió giữ vai trò thiết yếu trong việc kiến tạo và duy trì điều kiện vi khí hậu tiện nghi, bảo đảm nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch của không khí phục vụ sức khỏe con người cũng như sự vận hành liên tục của máy móc, thiết bị kỹ thuật. Đặc biệt tại các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới nóng ẩm như Thành phố Hồ Chí Minh, việc kiểm soát vi khí hậu là điều kiện tiên quyết để vận hành các công trình văn phòng, thương mại cao tầng. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tiến hành đề tài "Tính toán kiểm tra và triển khai bản vẽ thiết kế bằng phần mềm Revit hệ thống điều hòa không khí và thông gió tòa nhà Five Star Tower, Thành phố Hồ Chí Minh" nhằm vận dụng kiến thức kỹ thuật nhiệt - điện lạnh vào việc thẩm định một công trình thực tế.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được tác giả xác định cụ thể bao gồm:

  1. Tính toán kiểm tra lại toàn bộ hệ thống điều hòa không khí và thông gió của tòa nhà văn phòng Five Star Tower; từ đó xác định phụ tải lạnh chi tiết cho từng tầng và so sánh đối chiếu với công suất của hệ thống dàn lạnh FCU được lắp đặt trên thực tế.
  2. Tính toán kiểm tra hệ thống thông gió bao gồm 4 phân hệ chính: hệ thống cấp gió tươi, hệ thống hút khí thải nhà vệ sinh, hệ thống hút khói hành lang khi xảy ra hỏa hoạn và hệ thống tạo áp buồng thang bộ thoát hiểm.
  3. Đưa ra kết luận kỹ thuật về tính hợp lý và mức độ an toàn của hệ thống cơ điện lạnh trong công trình so với tiêu chuẩn hiện hành.
  4. Tìm hiểu và ứng dụng các công cụ phần mềm kỹ thuật chuyên ngành bao gồm phần mềm tính phụ tải nhiệt Trace 700, phần mềm tính chọn kích thước đường ống gió Ductchecker và cơ sở dữ liệu tổn thất trở lực phụ kiện ASHRAE Duct Fitting Database để so sánh với kết quả tính toán thiết kế của dự án.
  5. Ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM thông qua phần mềm Autodesk Revit để dựng lại không gian 3D của hệ thống điều hòa không khí và thông gió, hỗ trợ trực quan hóa bản vẽ và bóc tách khối lượng vật tư kỹ thuật.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều hòa không khí trung tâm và hệ thống thông gió cơ khí của công trình Tòa nhà văn phòng Five Star Tower.
  • Phạm vi nghiên cứu về không gian và công trình: Tòa nhà tọa lạc tại địa chỉ số 28 Mạc Đĩnh Chi, Phường Đa Kao, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Công trình có quy mô gồm 3 tầng hầm, 16 tầng tháp nổi (tầng 1 sảnh và ngân hàng, tầng 2 phòng ngân hàng và kho bạc, tầng 3 đến tầng 16 là khu văn phòng) và tầng mái kỹ thuật, với tổng diện tích sàn xây dựng đạt 9.360 m². Hướng chính của tòa nhà là hướng Tây Nam.
  • Phạm vi tiêu chuẩn kỹ thuật: Áp dụng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687:2024 để kiểm tra hệ thống điều hòa không khí và hệ thống thông gió; kết hợp các chỉ dẫn kỹ thuật từ tiêu chuẩn ASHRAE 62.1. Thời gian thực hiện đồ án hoàn thành vào tháng 7 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu sử dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và phương pháp tính nhiệt ẩm truyền thống kết hợp mô phỏng phần mềm chuyên ngành:

  • Khung quy chuẩn và tiêu chuẩn: TCVN 5687:2024 (Thông gió - Điều hòa không khí - Tiêu chuẩn thiết kế). Theo tiêu chuẩn này, công trình Five Star Tower được xếp vào cấp điều hòa không khí cấp II với hệ số bảo đảm $K_{bđ} = 0,977$, tương ứng số giờ cho phép không bảo đảm chế độ nhiệt ẩm bên trong nhà là $m = 150 \div 200$ giờ/năm. Tiêu chuẩn ASHRAE 62.1 được dùng để đối chiếu định mức lưu lượng gió tươi và mật độ nhiệt tỏa.
  • Phương pháp tính cân bằng nhiệt ẩm Carrier: Xác định tổng năng suất lạnh yêu cầu $Q_o$ dựa trên tổng nhiệt hiện thừa ($Q_{ht}$) và nhiệt ẩn thừa ($Q_{at}$) qua biểu thức: $$Q_o = \sum Q_{ht} + \sum Q_{at}$$ Các thành phần tải nhiệt chi tiết bao gồm:
    • $Q_1$: Nhiệt bức xạ mặt trời vào không gian điều hòa, gồm bức xạ qua kính có rèm che $Q_{11}$ (tính theo hệ số cao độ $\varepsilon_c$, hệ số nhiệt độ đọng sương $\varepsilon_{đs}$, hệ số mây mù $\varepsilon_{mm}$, hệ số khung $\varepsilon_{kh}$, hệ số kính $\varepsilon_m$, hệ số tác dụng tức thời $\eta_t$) và nhiệt qua mái $Q_{12}$.
    • $Q_2$: Nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ $\Delta t$, bao gồm nhiệt qua mái $Q_{21}$, nhiệt qua tường $Q_{22t}$, qua cửa $Q_{22c}$, qua vách kính $Q_{22k}$ và qua sàn tiếp xúc hầm $Q_{23}$ dựa trên hệ số truyền nhiệt $k$ ($W/m^2K$).
    • $Q_3$: Nhiệt tỏa từ thiết bị nội thất, bao gồm nhiệt đèn chiếu sáng $Q_{31}$ (với hệ số tác dụng tức thời $n_t = 0,95$, hệ số đồng thời $n_đ = 0,85$, mật độ công suất $12\text{ W/m}^2$) và nhiệt từ máy tính, máy móc văn phòng $Q_{32}$ (mật độ $20\text{ W/m}^2$).
    • $Q_4$: Nhiệt do người tỏa ra, gồm nhiệt hiện $Q_{4h}$ (phụ thuộc hệ số tác dụng tức thời $n_t = 0,87$, hệ số đồng thời $n_đ$) và nhiệt ẩn $Q_{4a}$ (với suất tỏa nhiệt ẩn $q_a = 74\text{ W/người}$).
    • $Q_5$: Nhiệt do gió tươi mang vào phòng, gồm nhiệt hiện $Q_{5h} = 1,2 \cdot n \cdot l \cdot (t_N - t_T)$ và nhiệt ẩn $Q_{5a} = 3 \cdot n \cdot l \cdot (d_N - d_T)$ với lưu lượng gió tươi định mức $l = 7,5\text{ l/s.người}$.
    • $Q_6$: Nhiệt do gió rò lọt qua khe cửa, gồm nhiệt hiện $Q_{6h} = 0,39 \cdot \xi \cdot V \cdot (t_N - t_T)$ và nhiệt ẩn $Q_{6a} = 0,84 \cdot \xi \cdot V \cdot (d_N - d_T)$ với hệ số kinh nghiệm $\xi = 0,5$.
    • Thành lập sơ đồ điều hòa không khí một cấp mùa hè để xác định hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF), hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF), hệ số đi vòng (BF) và nhiệt độ đọng sương của bề mặt thiết bị ($t_S$).
  • Phương pháp mô phỏng và phần mềm:
    • Phần mềm Trane Trace 700: Thiết lập thông số hình học phòng, thông số kết cấu bao che, biểu đồ phụ tải nội vi, lịch trình vận hành để tính toán tải lạnh tự động toàn bộ 16 tầng.
    • Phần mềm Ductchecker và cơ sở dữ liệu phụ kiện ASHRAE Duct Fitting Database: Dùng để tính toán chọn kích thước tiết diện đường ống gió và kiểm tra tổn thất áp suất ma sát ($\Delta p_{ms}$), tổn thất áp suất cục bộ ($\Delta p_{cb}$) của mạng lưới đường ống gió tươi, gió thải, hút khói và tăng áp.
    • Mô hình hóa thông tin công trình BIM qua Revit: Thiết lập hệ thống đường ống Chiller, ống gió, bố trí thiết bị miệng gió, FCU, quạt và bóc tách khối lượng tự động thông qua công cụ Schedule.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ bản vẽ thiết kế kỹ thuật công trình Five Star Tower do Công ty TNHH DCM Studios Hong Kong phát triển; số liệu kỹ thuật từ chủ đầu tư Công ty Cổ phần Vật tư Công nghiệp Vàm Cỏ Đông; thông số catalogue thiết bị của hãng Chiller Carrier, dàn lạnh FCU Daikin và bơm ly tâm Ebara.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án tập trung kiểm tra và triển khai kỹ thuật cho các hệ thống cơ điện lạnh của công trình Five Star Tower với các giải pháp kỹ thuật cụ thể:

Giải pháp hệ thống điều hòa không khí

  • Nguồn lạnh trung tâm: Sử dụng hệ thống Water Chiller giải nhiệt gió (Air Cooled Water Chiller). Hệ thống Chiller được bố trí tại tầng mái kỹ thuật/khu kỹ thuật nhằm đảm bảo mỹ quan kiến trúc tòa nhà, không phá vỡ phối cảnh mặt ngoài đô thị. Môi chất làm lạnh trung gian là nước lạnh, được hệ thống máy bơm phân phối theo các trục ống chính đi thẳng đứng qua các tầng đến từng dàn làm lạnh cục bộ FCU.
  • Thiết bị trao đổi nhiệt tại phòng: Sử dụng các dàn FCU (Fan Coil Unit) hãng Daikin treo trần kết nối hệ thống ống gió mềm và miệng thổi/miệng hồi gắn trần thạch cao. Nước lạnh cấp vào dàn trao đổi nhiệt làm mát không khí tuần hoàn kết hợp với không khí tươi trước khi thổi vào phòng làm việc. Hệ thống được liên kết tích hợp vào hệ thống quản lý tòa nhà BMS để kiểm soát nhiệt độ tự động.

Giải pháp hệ thống thông gió và an toàn cháy

  • Cấp gió tươi: Không khí ngoài trời được quạt cấp gió tươi hút qua lưới lọc, đưa theo trục ống gió chính đi dọc tòa nhà và cấp trực tiếp vào phía sau các hộp hòa trộn của dàn lạnh FCU, bảo đảm lưu lượng gió tươi tối thiểu $25\text{ m}^3/\text{h.người}$ (tương đương $7,5\text{ l/s.người}$) và không nhỏ hơn 10% lưu lượng gió tuần hoàn.
  • Thông gió nhà vệ sinh: Toàn bộ các khu vệ sinh từ tầng 3 đến tầng 16 được thiết kế thông gió cơ khí áp suất âm với hệ thống quạt hút thải khí riêng biệt theo trục kỹ thuật đẩy ra ngoài trời. Gió lạnh bù vào khu vệ sinh được lấy từ sảnh hành lang tràn qua các khe hở chân cửa, giúp tiết kiệm tải nhiệt và ngăn mùi hôi lan tỏa sang khu văn phòng.
  • Hệ thống hút khói hành lang: Khi xuất hiện tín hiệu báo cháy, hệ thống van chặn lửa và quạt hút khói hành lang kích hoạt để hút khói tại tầng xảy ra sự cố, ngăn chặn khói tích tụ cản trở tầm nhìn và gây ngạt trên lối thoát nạn.
  • Hệ thống tạo áp buồng thang bộ thoát hiểm: Áp dụng giải pháp tăng áp cho buồng thang bộ không nhiễm khói loại N2 và buồng thang kết hợp khoang đệm loại N3. Quạt thổi gió tạo áp suất dương bên trong lồng thang bộ nhằm ngăn ngừa khói độc và khí nóng xâm nhập khi cửa thoát nạn mở, đảm bảo áp suất dư an toàn cho người sơ tán.

Mô hình hóa và bóc tách khối lượng trên nền tảng Revit

  • Xây dựng mô hình 3D cho toàn bộ hệ thống cơ điện (MEP): Tạo lập môi trường Project, cấu hình cây thư mục Project Browser, các thanh công cụ Quick Access và View Control. Dựng hình học không gian kiến trúc tầng 1 đến tầng 16 kết hợp tầng hầm.
  • Triển khai mô hình đường ống Chiller (Water Pipes) và đường ống thông gió (Ductwork), định vị chính xác cao độ treo ống dưới trần thạch cao (khoảng không gian trần giả dày 700 mm).
  • Trích xuất bảng thống kê khối lượng (Schedules): Sử dụng các cửa sổ thiết lập New Schedule, Fields, Sorting/Grouping, Formatting và Filter để bóc tách chi tiết số lượng phụ kiện ống gió, chiều dài ống gió tôn mạ kẽm, van gió, miệng gió và các thiết bị liên quan.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về điều hoà không khí và giới thiệu công trình Five Star Tower

Chương này khái quát lịch sử phát triển của kỹ thuật điều hòa không khí từ các mốc phát minh của John Gorrie (1845), Willis Haviland Carrier (1911) và phân tích vai trò của kỹ thuật vi khí hậu đối với sự phát triển kinh tế tại các vùng nhiệt đới như Singapore và Nhật Bản. Tác giả giới thiệu tổng quan công trình Five Star Tower: tọa lạc tại vị trí giao thông thuận tiện trên đường Mạc Đĩnh Chi, Quận 1; kết cấu khung bê tông cốt thép, tường bao ngoài dày 240 mm (20 mm vữa trát ngoài, 200 mm gạch thông thường, 20 mm vữa trát trong), tường ngăn trong dày 200 mm, sàn bê tông cốt thép dày 220 mm (riêng sàn tầng 1 dày 300 mm có lớp gạch Vinyl 3 mm). Toàn bộ mặt đứng sử dụng kính Antisun dày 12 mm có rèm che chống bức xạ. Chiều cao từ sàn đến sàn: tầng 1 cao 5.500 mm (khu thông tầng sảnh chính cao 9.000 mm), tầng 2 cao 4.500 mm, tầng 3 đến tầng 16 cao 3.500 mm; chiều cao thông thủy trần giả văn phòng từ 2.600 mm đến 2.800 mm. Phân tích cơ sở kỹ thuật lựa chọn hệ thống Chiller giải nhiệt gió kết hợp FCU Daikin, hệ thống cấp gió tươi, hút khí thải vệ sinh và thông gió sự cố.

Chương 2: Tính toán kiểm tra phụ tải lạnh

Tác giả trình bày chi tiết cơ sở tính toán theo phương pháp Carrier và tiêu chuẩn TCVN 5687:2024. Thông số tính toán ngoài trời cấp II tại Thành phố Hồ Chí Minh gồm: nhiệt độ khô $t_N = 36^\circ\text{C}$, nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 26,8^\circ\text{C}$, độ ẩm $\varphi_N = 49,9%$, entanpy $I_N = 84,81\text{ kJ/kg}$, dung ẩm $d_N = 19\text{ g/kg kkk}$ (giá trị tính toán gió tươi $d_N = 27,4\text{ g/kg kkk}$). Thông số không khí trong nhà văn phòng: nhiệt độ khô $t_T = 24^\circ\text{C}$, entanpy $I_T = 52,6\text{ kJ/kg}$, dung ẩm $d_T = 11,3\text{ g/kg kkk}$.

Chương tập trung tính toán mẫu chi tiết cho phòng 301 (Văn phòng tầng 3, diện tích $F = 431\text{ m}^2$, chiều cao $2,8\text{ m}$, thể tích $V = 1.305\text{ m}^3$):

  • Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính $Q_{11}$: Kính hướng Tây có diện tích $63,14\text{ m}^2$ ($Q'{11} = 10.162,3\text{ W}$, $Q{11} = 3.808,1\text{ W}$), hướng Nam diện tích $35,14\text{ m}^2$ ($Q_{11} = 74,8\text{ W}$), hướng Bắc diện tích $22,54\text{ m}^2$ ($Q_{11} = 553,7\text{ W}$). Tổng nhiệt bức xạ qua kính của phòng 301 đạt $4.436,6\text{ W}$ ($4,4\text{ kW}$).
  • Nhiệt truyền qua vách $Q_{22}$: Tường ngoài dày 240 mm có hệ số truyền nhiệt $k = 2,27\text{ W/m}^2\text{K}$; tường trong tiếp xúc gián tiếp có $k = 2,04\text{ W/m}^2\text{K}$. Nhiệt truyền qua tường ngoài tiếp xúc trực tiếp là $572\text{ W}$, qua tường trong là $660\text{ W}$, qua vách kính tiếp xúc trực tiếp là $4.461,86\text{ W}$ ($k = 3,078\text{ W/m}^2\text{K}$); tổng $Q_{22} = 5.693,86\text{ W}$ ($5,7\text{ kW}$).
  • Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng $Q_{31}$: Với công suất $12\text{ W/m}^2$, $n_t = 0,95$, $n_đ = 0,85$, tính được $Q_{31} = 4.176\text{ W}$.
  • Nhiệt tỏa từ máy móc văn phòng $Q_{32}$: Mật độ $20\text{ W/m}^2$, tổng nhiệt tỏa $Q_{32} = 20 \times 431 = 8.620\text{ W}$ ($8,62\text{ kW}$).
  • Nhiệt do con người tỏa ra $Q_4$: Số người định mức 54 người, nhiệt hiện $Q_{4h} = 3.213\text{ W}$, nhiệt ẩn $Q_{4a} = 3.996\text{ W}$; tổng $Q_4 = 7.200\text{ W}$ ($7,2\text{ kW}$).
  • Nhiệt do gió tươi $Q_5$: Lưu lượng $7,5\text{ l/s.người}$, nhiệt hiện $Q_{5h} = 5.832\text{ W}$, nhiệt ẩn $Q_{5a} = 19.561\text{ W}$; tổng $Q_5 = 25.400\text{ W}$ ($25,4\text{ kW}$).
  • Nhiệt do gió lọt $Q_6$: Hệ số $\xi = 0,5$, nhiệt hiện $Q_{6h} = 2.697,4\text{ W}$, nhiệt ẩn $Q_{6a} = 8.824,4\text{ W}$; tổng $Q_6 = 11.521,8\text{ W}$ ($11,52\text{ kW}$).

Tác giả lập sơ đồ điều hòa không khí 1 cấp mùa hè trên đồ thị $t-d$, xác định các thông số RSHF, GSHF, ESHF, nhiệt độ đọng sương của dàn lạnh và tính toán lưu lượng gió cấp. Sau đó, tác giả sử dụng phần mềm Trane Trace 700 để tính toán tự động cho tất cả các không gian còn lại (Ngân hàng tầng 1, văn phòng tầng 2, các tầng điển hình 3-8, 9-11, 14-15 và tầng 16). Kết quả tính toán được dùng để kiểm tra công suất cụm máy Chiller Carrier, số lượng và năng suất lạnh dàn FCU Daikin, kiểm tra đường kính ống nước lạnh cấp/hồi và kiểm tra cột áp, lưu lượng bơm ly tâm Ebara.

Chương 3: Tính toán kiểm tra hệ thống thông gió

Chương này tính toán kiểm tra chi tiết 4 mạng lưới đường ống thông gió:

  1. Hệ thống gió tươi: Tính lưu lượng gió tươi yêu cầu cho từng tầng, phân phối qua trục đứng và ống nhánh. Dùng phần mềm Ductchecker kiểm tra kích thước đường ống gió tôn (ví dụ trục chính giảm từ kích thước $450 \times 200\text{ mm}$ xuống ống nhánh $250 \times 250\text{ mm}$ cho các tầng điển hình).
  2. Hệ thống thông gió hút khí thải nhà vệ sinh: Xác định lưu lượng hút cho cụm vệ sinh các tầng 3-15 và tầng 16; xác định kích thước ống gió và tính toán tổn thất áp suất ma sát, tổn thất áp suất cục bộ qua các chi tiết cút, chạc ba, van điều chỉnh lưu lượng OBD kết nối với ống kích thước $1400 \times 400\text{ mm}$ và $800 \times 400\text{ mm}$.
  3. Hệ thống hút khói hành lang: Trình bày nguyên lý và tính toán lưu lượng hút khói khi có cháy phát sinh cho từng không gian văn phòng và ngân hàng; tính toán tổn thất cột áp trên đường ống trục chính và kiểm tra quạt hút khói so với thiết kế kỹ thuật.
  4. Hệ thống tạo áp buồng thang bộ: Tính toán kiểm tra lưu lượng không khí cần cấp để duy trì áp suất dư cho thang bộ loại N2 và buồng thang kèm khoang đệm loại N3; tính tổng tổn thất áp suất qua các van, chụp hút và kiểm tra công suất, cột áp của quạt tạo áp cầu thang.

Chương 4: Triển khai bản vẽ bằng phần mềm Revit

Trình bày cơ sở lý thuyết về công nghệ BIM và quy trình triển khai mô hình hệ thống cơ điện lạnh công trình Five Star Tower trên nền tảng Autodesk Revit:

  • Thiết lập dự án, chuẩn hóa hệ thống phân loại Project Browser, cấu hình thanh công cụ truy cập nhanh và thanh điều khiển khung nhìn (View Control).
  • Mô hình hóa kết cấu kiến trúc tòa nhà Five Star Tower làm cơ sở không gian để phối hợp lắp đặt cơ điện.
  • Dựng mô hình 3D hệ thống điều hòa không khí và thông gió: bố trí đường ống nước Chiller, dàn lạnh FCU, mạng lưới ống gió cấp, ống gió hồi, ống gió tươi và ống hút khói.
  • Bóc tách khối lượng (Schedules): Thiết lập các bảng biểu New Schedule, lựa chọn trường dữ liệu Fields, lọc dữ liệu qua Filter, sắp xếp nhóm dữ liệu qua Sorting/Grouping và định dạng đơn vị Formatting để xuất khối lượng chiều dài ống gió, số lượng phụ kiện cút nối, van gió và miệng gió.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các đánh giá kỹ thuật sau quá trình tính toán kiểm tra: khẳng định mức độ phù hợp và an toàn của hệ thống thiết kế thực tế so với kết quả kiểm tra theo TCVN 5687:2024; nêu các nhận xét về vận hành hệ thống Chiller và đưa ra các đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho tòa nhà.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã tổng hợp được hệ thống số liệu tính toán phụ tải nhiệt cụ thể cho các khu vực đại diện của tòa nhà Five Star Tower theo phương pháp Carrier:

Tầng Phòng Chức năng Diện tích sàn ($m^2$) Diện tích kính ($m^2$) Bức xạ kính $Q_{11}$ ($kW$) Truyền nhiệt vách $Q_{22}$ ($kW$) Truyền nhiệt nền $Q_{23}$ ($kW$) Đèn chiếu sáng $Q_{31}$ ($kW$) Máy móc văn phòng $Q_{32}$ ($kW$) Nhiệt do người $Q_4$ ($kW$) Gió tươi $Q_5$ ($kW$) Gió lọt $Q_6$ ($kW$)
Tầng 1 101 Sảnh ngân hàng 400 173 9,48 11,30 6,67 3,88 8,00 11,40 35,11 11,46
Tầng 1 102 Sảnh văn phòng 85 92 3,89 4,47 1,42 0,82 1,70 2,42 - 3,02
Tầng 2 201 Ngân hàng 347 125 7,42 3,10 - 3,36 6,94 5,41 - 16,63
Tầng 2 203 Kiểm đếm - Kho bạc 25 0 0,00 1,53 - 0,24 0,50 0,49 1,75 0,77
Tầng 2 Sảnh Hành lang - Thang máy 31 0 0,00 0,90 - 0,30 0,62 0,57 1,75 -
Tầng 3 301 Văn phòng 431 121 4,40 5,70 - 4,18* 8,62 7,20 25,40 11,52
Tầng 3-8 Sảnh Hành lang - Thang máy 43 0 0,00 0,70 - 0,42 0,86 1,14 4,01 -
Tầng 9-15 901 Văn phòng 475 154,06 7,07 9,37 - 4,60 9,50 7,66 30,10 -
Tầng 16 1603 Văn phòng 145 159 3,40 6,40 2,42 1,40 2,90 2,21 8,56 -

(Ghi chú: Giá trị $Q_{31}$ tính toán lý thuyết chi tiết cho phòng 301 đạt $4.176\text{ W}$, trong bảng tổng hợp tác giả ghi nhận tương ứng $0,42\text{ kW}$).

Kết quả kiểm tra và lựa chọn thiết bị cơ điện:

  • Hệ thống điều hòa không khí: Xác định tổng phụ tải nhiệt của toàn bộ công trình, đối chiếu với công suất làm lạnh danh định của cụm máy Water Chiller giải nhiệt gió hãng Carrier; xác nhận tính tương thích về công suất và lưu lượng của mạng lưới dàn lạnh FCU hãng Daikin được bố trí trên các tầng; kiểm tra kích thước đường ống cấp và hồi nước lạnh chính/nhánh qua các tầng; kiểm tra thông số cột áp và lưu lượng của bơm ly tâm Ebara cấp nước lạnh.
  • Hệ thống thông gió: Tính toán lưu lượng và kiểm tra kích thước đường ống gió cấp tươi, gió thải vệ sinh tầng 3-15 và tầng 16 bằng Ductchecker; kiểm tra tổn thất áp suất hệ thống hút khói hành lang và xác nhận thông số làm việc của quạt hút khói; tính toán lưu lượng và cột áp quạt cấp gió tạo áp buồng thang bộ thoát hiểm loại N2 và N3, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn PCCC.
  • Đóng góp kỹ thuật của đề tài: Tự kiểm chứng độc lập tính chính xác của phương án thiết kế nguyên bản công trình Five Star Tower thông qua việc áp dụng tiêu chuẩn mới TCVN 5687:2024; tích hợp thành công các công cụ tính toán thủy lực, tính tải Trace 700 và ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM/Revit để chuyển đổi bản vẽ kỹ thuật 2D sang mô hình không gian 3D, hỗ trợ bóc tách khối lượng vật tư chính xác phục vụ công tác quản lý thi công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Như nhóm tác giả tự nhận định, do giới hạn về kiến thức và kinh nghiệm thực tế, quá trình tính toán kiểm tra khó tránh khỏi một số sai lệch số liệu nhỏ; một số thông số đầu vào về mật độ công suất chiếu sáng ($12\text{ W/m}^2$) và máy móc văn phòng ($20\text{ W/m}^2$) phải giả định theo định mức tiêu chuẩn ASHRAE thay vì khảo sát đo đạc thực tế từng chủng loại thiết bị; phạm vi đồ án mới dừng lại ở bước tính toán kiểm tra lý thuyết và mô phỏng trên bản vẽ thiết kế, chưa có điều kiện đo đạc kiểm chứng thực nghiệm thông số vi khí hậu và năng lượng tại công trình khi đi vào vận hành thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục hoàn thiện mô hình mô phỏng năng lượng động cho toàn công trình theo các mùa trong năm; nghiên cứu giải pháp điều khiển tích hợp hệ thống điều hòa không khí với hệ thống quản lý tòa nhà thông minh BMS để tối ưu hóa điện năng tiêu thụ cho cụm máy Chiller và hệ thống bơm nước lạnh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt - Điện Lạnh, Kỹ thuật Cơ điện công trình (MEP) và Kỹ thuật Công trình Xây dựng. Nội dung đồ án cung cấp tài liệu thực chứng có giá trị ở các khía cạnh:

  • Phương pháp tính toán phụ tải lạnh công trình cao tầng từng bước bằng phương pháp Carrier kết hợp quy trình vận hành phần mềm Trane Trace 700.
  • Quy trình tính toán thủy lực mạng lưới đường ống gió, tính tổn thất áp suất phụ kiện và phương pháp thiết kế các hệ thống thông gió an toàn PCCC (hút khói hành lang, tạo áp cầu thang bộ loại N2, N3) theo TCVN 5687:2024.
  • Phương pháp xây dựng mô hình BIM 3D hệ thống MEP trên phần mềm Autodesk Revit và quy trình thiết lập bộ lọc bóc tách khối lượng vật tư phục vụ dự toán thi công.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Five Star Tower có quy mô kiến trúc và đặc điểm kết cấu bao che như thế nào?

Công trình Five Star Tower tọa lạc tại số 28 Mạc Đĩnh Chi, Phường Đa Kao, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh với hướng chính Tây Nam. Tòa nhà cao 16 tầng nổi, 3 tầng hầm và 1 tầng mái kỹ thuật, tổng diện tích sàn xây dựng đạt $9.360\text{ m}^2$. Kết cấu bao che gồm tường ngoài dày 240 mm (lớp gạch thông thường 200 mm, hai mặt trát vữa xi măng dày 20 mm, hệ số truyền nhiệt $k = 2,27\text{ W/m}^2\text{K}$ khi tiếp xúc trực tiếp), tường trong dày 200 mm ($k = 2,04\text{ W/m}^2\text{K}$), sàn bê tông dày 220 mm và vách kính chống nắng Antisun dày 12 mm có rèm che bên trong. Chiều cao từ sàn đến sàn tầng 1 là 5.500 mm (sảnh chính thông tầng cao 9.000 mm), tầng 2 là 4.500 mm và các tầng văn phòng còn lại là 3.500 mm (khoảng cách trần giả đến sàn trên là 700 mm).

2. Vì sao hệ thống Water Chiller giải nhiệt gió được lựa chọn cho tòa nhà Five Star Tower?

Theo phân tích của nhóm tác giả, hệ thống Water Chiller giải nhiệt gió được lựa chọn dựa trên các cơ sở kỹ thuật: công suất lạnh lớn đáp ứng đầy đủ phụ tải của công trình cao tầng có diện tích sàn lớn; thiết bị cụm Chiller được đặt tập trung trên tầng mái kỹ thuật hoặc tầng hầm nên bảo đảm tính thẩm mỹ kiến trúc mặt ngoài công trình; sử dụng nước làm chất tải lạnh thứ cấp giúp bơm phân phối đi xa và lên các tầng cao hiệu quả, khắc phục hạn chế về trở lực và chênh lệch độ cao của hệ thống gas cục bộ hay VRV/VRF; hệ thống có tuổi thọ, độ bền cao và dễ dàng tích hợp điều khiển tự động qua hệ thống quản lý tòa nhà BMS.

3. Các thông số vi khí hậu tính toán ngoài trời và trong nhà được thiết lập theo tiêu chuẩn nào?

Các thông số được xác định dựa trên TCVN 5687:2024 với hệ thống điều hòa cấp II ($K_{bđ} = 0,977$, số giờ không đảm bảo $m = 150 \div 200\text{ h/năm}$). Thông số ngoài trời tại TP. Hồ Chí Minh gồm: nhiệt độ khô $t_N = 36^\circ\text{C}$, nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 26,8^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 49,9%$, entanpy $I_N = 84,81\text{ kJ/kg}$, dung ẩm $d_N = 19\text{ g/kg kkk}$ (trong tính toán gió tươi sử dụng $d_N = 27,4\text{ g/kg kkk}$). Thông số tiện nghi trong nhà văn phòng: nhiệt độ khô $t_T = 24^\circ\text{C}$, entanpy $I_T = 52,6\text{ kJ/kg}$, dung ẩm $d_T = 11,3\text{ g/kg kkk}$. Định mức gió tươi cấp vào đạt $25\text{ m}^3/\text{h.người}$ (tương đương $7,5\text{ l/s.người}$).

4. Kết quả tính toán các thành phần nhiệt thừa cho phòng 301 (Văn phòng tầng 3) đạt bao nhiêu?

Đối với phòng 301 ($F = 431\text{ m}^2$, $V = 1.305\text{ m}^3$, mật độ 54 người), các thành phần nhiệt thừa theo phương pháp Carrier được xác định gồm: nhiệt bức xạ qua kính $Q_{11} = 4.436,6\text{ W}$; nhiệt truyền qua kết cấu bao che $Q_{22} = 5.693,86\text{ W}$ (gồm nhiệt tường ngoài 572 W, tường trong 660 W, kính tiếp xúc ngoài 4.461,86 W); nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng $Q_{31} = 4.176\text{ W}$; nhiệt tỏa từ máy móc văn phòng $Q_{32} = 8.620\text{ W}$; nhiệt do người tỏa ra $Q_4 = 7.200\text{ W}$ (nhiệt hiện 3.213 W, nhiệt ẩn 3.996 W); nhiệt do gió tươi mang vào $Q_5 = 25.400\text{ W}$ (nhiệt hiện 5.832 W, nhiệt ẩn 19.561 W); nhiệt do gió rò lọt $Q_6 = 11.521,8\text{ W}$ (nhiệt hiện 2.697,4 W, nhiệt ẩn 8.824,4 W).

5. Hệ thống thông gió và kiểm soát khói sự cố của công trình bao gồm các giải pháp nào?

Hệ thống bao gồm: mạng lưới cấp gió tươi trực tiếp vào cụm FCU từng tầng; hệ thống hút khí thải nhà vệ sinh áp suất âm độc lập cho các tầng 3-15 và tầng 16 xả trục đứng ra ngoài trời; hệ thống hút khói hành lang kích hoạt tự động theo tín hiệu báo cháy để thải khói độc tại tầng có sự cố; và hệ thống quạt cấp gió tạo áp suất dương cho buồng thang bộ thoát nạn loại N2 và giếng thang kèm khoang đệm loại N3 nhằm ngăn ngừa khói xâm nhập vào đường thoát hiểm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành việc tính toán kiểm tra toàn diện hệ thống điều hòa không khí Water Chiller giải nhiệt gió và hệ thống thông gió cơ khí cho tòa nhà văn phòng Five Star Tower theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687:2024. Kết quả tính toán nhiệt ẩm thủ công theo phương pháp Carrier kết hợp mô phỏng phần mềm Trane Trace 700 và kiểm tra thủy lực bằng Ductchecker đã xác nhận tính hợp lý về mặt kỹ thuật của phương án thiết kế ban đầu từ chủ đầu tư. Đồng thời, việc ứng dụng thành công công nghệ BIM Revit để xây dựng mô hình không gian 3D và bóc tách khối lượng vật tư đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp tiếp cận kỹ thuật hiện đại trong việc thẩm định và triển khai các dự án cơ điện công trình cao tầng.