Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự tăng trưởng của ngành dịch vụ du lịch kéo theo nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng lưu trú chất lượng cao tại các đô thị ven biển như Thành phố Đà Nẵng. Trong các công trình khách sạn tiêu chuẩn quốc tế, hệ thống điều hòa không khí và thông gió là hạng mục kỹ thuật cốt lõi nhằm duy trì các thông số tiện nghi nhiệt, độ ẩm và chất lượng không khí bên trong công trình, tác động trực tiếp đến sự hài lòng của du khách cũng như hiệu quả vận hành năng lượng của tòa nhà.

Khách sạn Hoàng Gia tại Thành phố Đà Nẵng là công trình đạt tiêu chuẩn quốc tế 4 sao, được xây dựng trên khu đất có diện tích 729 m², gồm 2 tầng hầm, 12 tầng nổi phục vụ thương mại, dịch vụ, phòng nghỉ và 1 tầng tum/mái. Phân bổ công năng các tầng cụ thể:

  • Hầm B2: Kho lạnh, kho cấp đông, kho dụng cụ máy móc và khu vực bếp chính.
  • Hầm B1: Khu vực kho, quầy buffet, bếp phụ, văn phòng làm việc và nhà hàng ăn uống.
  • Tầng 1: Đại sảnh đón tiếp khối căn hộ/khách sạn, phòng sinh hoạt nhân viên, quầy bar và không gian cà phê.
  • Tầng lửng: Trung tâm chăm sóc sức khỏe, phòng bác sĩ, dịch vụ làm đẹp (nail, tóc) và phòng massage.
  • Tầng 2 đến tầng 8: Khối phòng ngủ khách sạn với quy cách 14 phòng/tầng, tổng quy mô gồm 101 phòng nghỉ được trang bị tiện nghi hoàn chỉnh.
  • Tầng 9: Phòng họp hội thảo, phòng tập thể hình (gym) và khu xông hơi (sauna).
  • Tầng 10: Hồ bơi kết hợp các không gian dịch vụ phụ trợ.
  • Tầng tum: Bố trí phòng kỹ thuật đặt máy móc thiết bị và khu giải khát ngoài trời.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được xác định theo 4 nội dung chính:

  1. Xác định đặc điểm công trình, điều kiện khí hậu địa phương và tính toán cân bằng nhiệt ẩm nhằm xác định năng suất lạnh yêu cầu cho toàn bộ các không gian chức năng.
  2. Lập sơ đồ điều hòa không khí tuần hoàn một cấp, tính toán quá trình biến đổi nhiệt ẩm trên ẩm đồ $t-d$ và kiểm tra các tiêu chuẩn vệ sinh tiện nghi.
  3. So sánh, lựa chọn giải pháp hệ thống điều hòa không khí trung tâm; tính chọn máy làm lạnh nước (Water Chiller), thiết bị xử lý không khí (AHU, FCU) và tháp giải nhiệt.
  4. Tính toán thủy lực mạng lưới đường ống dẫn nước lạnh, đường ống giải nhiệt, đường xả nước ngưng, bình giãn nở và trạm bơm; thiết kế hệ thống phân phối không khí gồm miệng gió, đường ống gió và quạt cấp khí.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều hòa không khí trung tâm Water Chiller giải nhiệt bằng nước kết hợp các thiết bị phân phối không khí AHU/FCU và mạng lưới thông gió cấp - hút.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ không gian điều hòa thuộc 2 tầng hầm và 12 tầng nổi của khách sạn Hoàng Gia tại Đà Nẵng (tọa độ địa lý vĩ độ 16°14'B, cao độ 20 m so với mực nước biển).
  • Phạm vi thời gian và chế độ tính toán: Tính toán phụ tải cho chế độ làm việc mùa hè theo cấp điều hòa cấp II với số giờ cho phép không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm bên trong là 200 giờ/năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành và các phương pháp giải tích kỹ thuật nhiệt:

  • Tiêu chuẩn áp dụng: Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5687:2010 về "Thông gió - Điều hòa không khí" và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2017/BXD về "Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả".
  • Cấp điều hòa không khí: Chọn cấp II với số giờ không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm trong nhà $m = 200$ giờ/năm, tương ứng hệ số bảo đảm $K_{\text{bđ}} = 0{,}983 - 0{,}977$.
  • Thông số tính toán vi khí hậu:
    • Thông số ngoài nhà (mùa hè tại Đà Nẵng với $m = 200$ h/năm): Nhiệt độ tính toán ngoài nhà $t_N = 36{,}5^\circ\text{C}$; độ ẩm tương đối $\varphi_N = 50{,}6%$; nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 27^\circ\text{C}$; nhiệt độ đọng sương $t_s = 24{,}59^\circ\text{C}$; dung ẩm $d_N = 19{,}59\text{ g/kg}$; entanpi $I_N = 87{,}15\text{ kJ/kg}$ (xác định qua phần mềm chuyên dụng AirCalc).
    • Thông số trong nhà: Đối với trạng thái nghỉ ngơi và lao động nhẹ trong khách sạn, căn hộ và văn phòng theo TCVN 5687:2010, các thông số thiết kế được ấn định gồm nhiệt độ $t_T = 25^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_T = 60%$, nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 19{,}9^\circ\text{C}$, dung ẩm $d_T = 11{,}9\text{ g/kg}$.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật:

  • Phương pháp cân bằng nhiệt ẩm Carrier: Phương pháp tính toán gồm 7 bước nhằm xác định tổng năng suất lạnh yêu cầu qua phương trình $Q_t = \sum Q_{ht} + \sum Q_{ât}$, bao gồm:
    • Nhiệt hiện bức xạ qua kính có che nắng $Q_{11} = n_t \cdot Q_{11}'$ (với các hệ số hiệu chỉnh vĩ độ, độ cao $\varepsilon_c \approx 1$, mây mù $\varepsilon_{mm} = 1$, khung kim loại $\varepsilon_{kh} = 1{,}17$, loại kính $\varepsilon_m = 1$, mành che $\varepsilon_r = 0{,}65$, hệ số tức thời $n_t = 0{,}88$, bức xạ cực đại $R_{T\max}$ hướng Đông/Tây $520\text{ W/m}^2$, Nam $470\text{ W/m}^2$, Bắc $82\text{ W/m}^2$).
    • Nhiệt truyền qua mái $Q_{21} = k \cdot F \cdot \Delta t$ ($k = 3{,}14\text{ W/m}^2\text{K}$).
    • Nhiệt truyền qua vách bao che $Q_{22} = k_i \cdot F_i \cdot \Delta t$ (tường gạch vữa dày 220 mm trực tiếp có $k = 2{,}37\text{ W/m}^2\text{K}$, gián tiếp có $k = 2{,}12\text{ W/m}^2\text{K}$; kính 2 lớp dày 20 mm có $k = 2{,}89\text{ W/m}^2\text{K}$).
    • Nhiệt truyền qua nền $Q_{23} = k \cdot F \cdot \Delta t$ (nền hầm B1 có $k = 2{,}15\text{ W/m}^2\text{K}$, nền các tầng nổi có $k = 2{,}78\text{ W/m}^2\text{K}$).
    • Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng $Q_{31}$ (định mức $10 - 12\text{ W/m}^2$, hệ số tức thời $n_t = 0{,}79 - 0{,}87$).
    • Nhiệt tỏa do thiết bị điện, máy văn phòng $Q_{32}$ (hệ số đồng thời $n_t = 0{,}5$).
    • Nhiệt hiện $Q_{4h}$ và nhiệt ẩn $Q_{4â}$ do người tỏa ra (hệ số đồng thời $n_đ = 0{,}85$, hệ số tức thời $n_t = 0{,}87$; định mức tỏa nhiệt $q_h = 65 - 75\text{ W/người}$, $q_a = 65 - 75\text{ W/người}$ theo mật độ từng khu vực).
    • Nhiệt hiện $Q_{hN}$ và nhiệt ẩn $Q_{aN}$ do gió tươi đưa vào theo định mức phụ lục F của TCVN 5687:2010 ($30\text{ m}^3/\text{h/người}$ cho khối ăn uống, dịch vụ, văn phòng; $25\text{ m}^3/\text{h/người}$ cho hành lang).
    • Nhiệt hiện $Q_{5h}$ và nhiệt ẩn $Q_{5â}$ do gió thâm nhập qua khe cửa và quá trình đóng mở cửa.
  • Phương pháp thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp: Thiết lập các điểm nút trạng thái không khí trên ẩm đồ $t-d$ thông qua hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF), hệ số đi vòng của dàn lạnh ($\varepsilon_{BF} = 0{,}3$), hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF) và nhiệt độ đọng sương thiết bị ($t_S$).
  • Phương pháp tính toán mạng thủy lực và khí động: Áp dụng phương pháp đồ thị tra tổn thất ma sát đơn vị, tính toán trở kháng cục bộ quy đổi chiều dài tương đương, kết hợp sử dụng các bộ công cụ phần mềm kỹ thuật: Pipechecker (tính đường kính ống nước), Pipe Flow Wizard (tính toán trở lực đường ống nước), Ductsize và Duct checker (tính chọn kích thước ống gió), Fantech (tính chọn quạt).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Trên cơ sở phân tích cấu trúc 14 tầng của khách sạn, yêu cầu kiểm soát vi khí hậu độc lập giữa các khu dịch vụ công cộng và 101 phòng ngủ, tác giả lựa chọn giải pháp hệ thống điều hòa không khí trung tâm Water Chiller giải nhiệt bằng nước kết hợp thiết bị xử lý không khí AHU/FCU.

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phân tầng chức năng:

  • Nguồn sản xuất nước lạnh: Cụm máy Water Chiller được đặt tại khu vực kỹ thuật, làm lạnh nước từ $12^\circ\text{C}$ xuống $7^\circ\text{C}$.
  • Thiết bị giải nhiệt: Cụm tháp giải nhiệt tuần hoàn bằng nước được bố trí trên tầng mái nhằm giải phóng nhiệt lượng ngưng tụ ra môi trường.
  • Thiết bị trao đổi nhiệt cục bộ: Dàn AHU công suất lớn phục vụ cho các không gian có diện tích rộng, mật độ người tập trung cao (khu nhà hàng hầm B1, đại sảnh tầng 1, hội trường tầng 9); các dàn FCU lắp đặt âm trần phân phối lạnh riêng biệt cho từng phòng ngủ từ tầng 2 đến tầng 8 và các phòng chức năng nhỏ.
  • Mạng phân phối chất tải lạnh: Hệ thống 2 đường ống kín bằng thép tiêu chuẩn Schedule 40 (40ST). Tuyến ống bypass có van điều áp tự động được thiết kế để duy trì lưu lượng tối thiểu qua bình bay hơi Chiller khi hệ thống vận hành giảm tải theo nguyên lý lưu lượng biến đổi (VPF).
Thiết bị Ký hiệu / Model Hãng sản xuất Số lượng Thông số kỹ thuật danh định
Cụm máy làm lạnh nước (Water Chiller) 30HXC100 Carrier 03 cụm Năng suất lạnh: 342,8 kW/máy (tổng công suất 1028,4 kW); Môi chất lạnh: R134a; Nguồn điện: 400V/3Ph/50Hz; Kích thước: $2558 \times 980 \times 1800\text{ mm}$; Khối lượng vận hành: 2303 kg; Nước lạnh vào/ra: $12^\circ\text{C} / 7^\circ\text{C}$; Nước giải nhiệt vào/ra: $30^\circ\text{C} / 35^\circ\text{C}$; Lưu lượng nước bình ngưng: 16,38 l/s.
Tháp giải nhiệt tuần hoàn LBC 125 Tân Phát 03 cụm Kích thước ($H \times D$): $2210 \times 3050\text{ mm}$; Lưu lượng nước định mức: 1625 l/phút; Lưu lượng gió: $830\text{ m}^3/\text{phút}$; Đường kính quạt: 1470 mm; Công suất động cơ quạt: 3 HP; Khối lượng vận hành: 1356 kg.
Bơm tuần hoàn nước lạnh NBG 125-100-200/211 Grundfos 04 máy Bơm ly tâm trục ngang; Lưu lượng: 49,14 l/s; Cột áp thiết kế: $H = 13{,}21\text{ mH}_2\text{O}$ (đã cộng 10% dự phòng); Công suất động cơ: 7,5 kW; Điện áp: 380-420D/660Y V; Đường kính họng hút: 125 mm.
Bơm nước giải nhiệt tháp NBG 125-100-160/176 Grundfos 04 máy (3 chạy, 1 dự phòng) Bơm ly tâm trục ngang; Lưu lượng: 48,015 l/s; Cột áp thiết kế: $H = 21{,}85\text{ mH}_2\text{O}$ (đã cộng 10% dự phòng); Đường kính họng hút: 125 mm.
Thiết bị xử lý không khí lớn (AHU) Theo danh mục catalogue Carrier Theo mặt bằng Điển hình khu nhà hàng hầm B1: Năng suất lạnh $Q_0 = 170{,}6\text{ kW}$; Lưu lượng nước lạnh qua dàn: 8,1 l/s; Lưu lượng gió cấp: 5054,4 l/s.
Dàn làm lạnh cục bộ (FCU) 42HS014 (và các model tương đương) Carrier Phân bổ các tầng Điển hình phòng VIP1 tầng lửng: Năng suất lạnh $Q_0 = 10{,}6\text{ kW}$; Lưu lượng gió qua dàn: 693,61 l/s; Lưu lượng nước qua dàn: 0,282 l/s.
Đường ống nước bypass Chiller Thép ST40 (DN100) Tiêu chuẩn 01 tuyến Đường kính trong 102 mm, đường kính ngoài 114,3 mm; Tốc độ dòng chảy: 1,5 m/s; Lưu lượng xả tối thiểu bảo vệ 3 Chiller: 19,5 l/s.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu công trình và lựa chọn thông số tính toán

Chương 1 tổng hợp vị trí địa lý, quy mô mặt bằng 729 m², cấu trúc 2 tầng hầm và 12 tầng nổi của khách sạn Hoàng Gia tại trung tâm Thành phố Đà Nẵng. Tác giả phân tích các đặc trưng khí hậu địa phương với nền nhiệt độ trung bình năm $25{,}6^\circ\text{C}$ và độ ẩm trung bình $83{,}4%$. Trên cơ sở TCVN 5687:2010 và QCVN 09:2017/BXD, tác giả phân loại công trình thuộc cấp điều hòa cấp II ($m = 200$ h/năm, $K_{\text{bđ}} = 0{,}983 - 0{,}977$), từ đó xác lập bộ thông số tính toán ngoài nhà mùa hè ($t_N = 36{,}5^\circ\text{C}$, $\varphi_N = 50{,}6%$, $d_N = 19{,}59\text{ g/kg}$) và bộ thông số tiện nghi bên trong phòng ($t_T = 25^\circ\text{C}$, $\varphi_T = 60%$, $d_T = 11{,}9\text{ g/kg}$).

Chương 2. Tính toán cân bằng nhiệt ẩm

Chương 2 trình bày chi tiết quá trình lập bảng tính toán phụ tải nhiệt hiện thừa ($\sum Q_{ht}$) và nhiệt ẩn thừa ($\sum Q_{ât}$) bằng phương pháp Carrier cho từng không gian chức năng của khách sạn. Tác giả xác định cụ thể các hệ số truyền nhiệt kết cấu bao che: tường gạch vữa 220 mm tiếp xúc trực tiếp có $k = 2{,}37\text{ W/m}^2\text{K}$, sàn hầm B1 có $k = 2{,}15\text{ W/m}^2\text{K}$, sàn các tầng nổi có $k = 2{,}78\text{ W/m}^2\text{K}$, mái tầng 10 có $k = 3{,}14\text{ W/m}^2\text{K}$, cửa sổ kính 2 lớp có $k = 2{,}89\text{ W/m}^2\text{K}$. Tính toán chi tiết các nguồn phát sinh nhiệt nội vi gồm mật độ đèn huỳnh quang ($10 - 12\text{ W/m}^2$), phụ tải thiết bị văn phòng và điện tử gia dụng (máy tính 200W, máy in 30W, tivi 70W, tủ lạnh 200W...), nhiệt tỏa từ cơ thể người theo trạng thái lao động và định mức cấp gió tươi ngoài trời. Kết quả tổng hợp nhiệt ẩm toàn công trình đạt:

  • Tổng nhiệt hiện: $\sum Q_h = 693{,}065\text{ kW}$
  • Tổng nhiệt ẩn: $\sum Q_a = 365{,}501\text{ kW}$
  • Năng suất lạnh tính toán yêu cầu: $\sum Q = 1058{,}566\text{ kW}$

Chương 3. Thành lập sơ đồ điều hòa không khí

Chương 3 thiết lập quy trình tính toán cho sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp, bao gồm buồng hòa trộn gió tươi và gió hồi, phin lọc bụi, dàn lạnh xử lý nhiệt ẩm và quạt cấp gió thổi vào không gian điều hòa. Tác giả áp dụng ẩm đồ $t-d$ để xác định các đại lượng nhiệt động lực học: hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF), hệ số đi vòng qua dàn lạnh ($\varepsilon_{BF} = 0{,}3$), hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF) và nhiệt độ đọng sương thiết bị ($t_S$). Phép tính mẫu được thực hiện cho khu vực nhà hàng hầm B1 với các kết quả:

  • Nhiệt hiện phòng $Q_{hf} = 47555{,}6\text{ W}$; nhiệt ẩn phòng $Q_{âf} = 15375\text{ W}$.
  • Hệ số $\varepsilon_{hf} = 0{,}76$; hệ số hiệu dụng $\varepsilon_{hef} = 0{,}67$; hệ số nhiệt hiện tổng $\varepsilon_{ht} = 0{,}58$.
  • Nhiệt độ đọng sương thiết bị $t_S = 13{,}14^\circ\text{C}$.
  • Lưu lượng gió tổng qua dàn lạnh $L = 5054{,}4\text{ l/s}$ (trong đó lưu lượng gió tươi $L_N = 1701{,}5\text{ l/s}$, lưu lượng gió tuần hoàn $L_T = 3352{,}9\text{ l/s}$).
  • Nhiệt độ điểm hòa trộn $t_H = 29{,}53^\circ\text{C}$; nhiệt độ thổi vào $t_0 = 18{,}06^\circ\text{C}$.
  • Độ chênh nhiệt độ thổi vào và nhiệt độ phòng $\Delta t_{VT} = 25 - 18{,}06 = 6{,}94^\circ\text{C} < 10\text{ K}$, thỏa mãn điều kiện vệ sinh tiện nghi.

Chương 4. Chọn máy và thiết bị cho hệ thống

Chương 4 phân tích ưu, nhược điểm của 4 nhóm giải pháp điều hòa không khí phổ biến: hệ thống máy cục bộ (RAC), hệ thống máy tổ hợp gọn (PAC), hệ thống làm lạnh biến tần (VRV/VRF) và hệ thống trung tâm Water Chiller. Tác giả luận chứng việc lựa chọn hệ thống Water Chiller giải nhiệt nước nhằm đáp ứng quy mô 14 tầng, đảm bảo tính thẩm mỹ mặt đứng và an toàn môi chất. Từ tổng phụ tải tính toán $1058{,}566\text{ kW}$, áp dụng hệ số sử dụng đồng thời $k_{\text{đt}} = 0{,}85$, công suất lạnh thực tế của công trình được xác định là $899{,}356\text{ kW}$. Tác giả tra cứu catalogue và chọn 3 cụm Water Chiller giải nhiệt nước Carrier model 30HXC100 (tổng công suất $1028{,}4\text{ kW}$, môi chất R134a). Tiếp đó, tác giả tiến hành hiệu chỉnh công suất lạnh theo điều kiện vận hành thực tế ($\alpha_1 = 1$, $\alpha_2 = 0{,}9$) để chọn các dàn AHU và dàn FCU Carrier (như model 42HS014). Cuối cùng, tác giả chọn 3 tháp giải nhiệt Tân Phát model LBC 125 với nhiệt độ nước vào/ra tháp là $35^\circ\text{C} / 30^\circ\text{C}$ tương ứng nhiệt độ ngưng tụ $40^\circ\text{C}$ và nhiệt độ bầu ướt ngoài trời $27^\circ\text{C}$.

Chương 5. Tính toán đường ống

Chương 5 triển khai tính toán chi tiết mạng lưới thủy lực của hệ thống:

  • Hệ thống đường ống dẫn nước lạnh: Chọn giải pháp 2 đường ống kín bằng thép 40ST, khống chế vận tốc dòng chảy trên ống chính $\le 4\text{ m/s}$ và ống nhánh $\le 2\text{ m/s}$, tổn thất áp suất ma sát đơn vị ấn định ở mức $300\text{ Pa/m}$. Tác giả sử dụng phần mềm Pipechecker để chọn kích thước ống và phần mềm Pipe Flow Wizard để tính trở lực tuyến ống xa nhất (từ Chiller đến FCU10-8). Kết quả: tổn thất áp suất đường cấp $22{,}1\text{ kPa}$, đường hồi $24{,}2\text{ kPa}$, trở lực bình bay hơi Chiller $57{,}6\text{ kPa}$, trở lực dàn FCU $14\text{ kPa}$; tổng trở lực mạng nước lạnh đạt $117{,}8\text{ kPa}$ ($12{,}01\text{ mH}_2\text{O}$). Cộng thêm 10% an toàn ($H = 13{,}21\text{ mH}_2\text{O}$), tác giả chọn 4 bơm ly tâm Grundfos NBG 125-100-200/211 (công suất $7{,}5\text{ kW}$, lưu lượng $49{,}14\text{ l/s}$).
  • Tuyến ống bypass Chiller: Xác định lưu lượng tối thiểu qua 3 máy Chiller là $19{,}5\text{ l/s}$, chọn vận tốc $1{,}5\text{ m/s}$, quy cách ống DN100 (đường kính trong 102 mm, ngoài 114,3 mm) tích hợp van điều áp tự động.
  • Hệ thống đường nước ngưng: Tính toán lưu lượng nước ngưng tụ theo định mức 2 l/h cho mỗi 1 HP ($0{,}746\text{ kW}$) năng suất lạnh, bố trí ống xả nằm ngang có độ dốc 1%, chọn ống $\varnothing 21$ cho dàn FCU công suất $3{,}8\text{ kW}$.
  • Hệ thống đường ống nước giải nhiệt: Tổng lưu lượng nước giải nhiệt đạt $48{,}015\text{ l/s}$. Tính toán tổn thất áp suất qua phần mềm Pipe Flow Wizard đạt $\Delta p = 31{,}4\text{ kPa}$, trở lực bình ngưng Chiller $54\text{ kPa}$, cột áp tĩnh vòi phun tháp (cao 3 m) đạt $29{,}42\text{ kPa}$, tổn thất áp lực vòi phun $80\text{ kPa}$ ($0{,}8\text{ bar}$); tổng trở lực đạt $194{,}82\text{ kPa}$ ($19{,}86\text{ mH}_2\text{O}$). Sau khi lấy dự phòng 10% cột áp ($H = 21{,}85\text{ mH}_2\text{O}$), tác giả chọn 4 bơm giải nhiệt Grundfos NBG 125-100-160/176 (3 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng).

Chương 6. Tính toán thiết kế hệ thống đường ống gió

Chương 6 trình bày các tiêu chuẩn lựa chọn miệng gió cấp, miệng gió hồi và miệng lấy gió tươi: sử dụng miệng gió vuông khuếch tán, miệng gió sọt trứng cánh thẳng, miệng gió hẹp dài và miệng gió lá sách chắn mưa Reetech kết hợp van gió tròn gạt tay. Tác giả thực hiện tính toán khí động mạng lưới ống gió cấp, gió hồi và tuyến cấp gió tươi cho các dàn AHU, FCU (như AHU1, AHU2 và FCU hầm B1). Phương pháp ma sát đồng đều kết hợp các phần mềm chuyên ngành Ductsize, Duct checker và Fantech được sử dụng để xác định kích thước tiết diện đường ống tôn tráng kẽm, ống gió mềm, tính toán tổn thất áp suất do ma sát và trở lực cục bộ, từ đó lựa chọn thông số lưu lượng và cột áp quạt đáp ứng giới hạn độ ồn cho phép của từng khu vực chức năng.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả kỹ thuật và đóng góp cụ thể:

  • Xác định đầy đủ phụ tải nhiệt ẩm công trình: Hoàn thành bảng tính toán 7 thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩm thừa cho 14 tầng chức năng với tổng năng suất lạnh tính toán $1058{,}566\text{ kW}$, trong đó nhiệt hiện chiếm $693{,}065\text{ kW}$ và nhiệt ẩn chiếm $365{,}501\text{ kW}$. Áp dụng hệ số đồng thời $k_{\text{đt}} = 0{,}85$, phụ tải lạnh thiết kế được chuẩn hóa ở mức $899{,}356\text{ kW}$.
  • Xác lập cấu hình thiết bị trung tâm hoàn chỉnh: Lựa chọn 3 cụm Water Chiller giải nhiệt nước Carrier 30HXC100 (tổng công suất danh định $1028{,}4\text{ kW}$ vượt công suất yêu cầu $899{,}4\text{ kW}$), kết hợp 3 tháp giải nhiệt Tân Phát LBC 125 ($1625\text{ l/phút/tháp}$) và hệ thống các dàn phân phối khí AHU/FCU Carrier phù hợp với yêu cầu làm lạnh của từng phòng.
  • Hoàn thành tính toán mạng lưới thủy lực và khí động học:
    • Tính chọn 4 bơm nước lạnh Grundfos NBG 125-100-200/211 (cột áp thiết kế $13{,}21\text{ mH}_2\text{O}$) đáp ứng tổng trở lực $117{,}8\text{ kPa}$.
    • Tính chọn 4 bơm nước giải nhiệt Grundfos NBG 125-100-160/176 (cột áp thiết kế $21{,}85\text{ mH}_2\text{O}$) đáp ứng tổng trở lực $194{,}82\text{ kPa}$.
    • Thiết kế tuyến ống bypass DN100 kiểm soát lưu lượng tối thiểu $19{,}5\text{ l/s}$ bảo vệ thiết bị Chiller.
    • Kiểm tra độ chênh lệch nhiệt độ thổi vào tại tất cả các phòng đều thỏa mãn điều kiện vệ sinh ($\Delta t_{VT} < 10\text{ K}$, mẫu nhà hàng B1 đạt $6{,}94^\circ\text{C}$).
  • Đóng góp về phương pháp tính toán: Kết hợp phương pháp giải tích truyền thống theo cẩm nang Carrier với việc khai thác các phần mềm kỹ thuật chuyên dụng (AirCalc, Pipechecker, Pipe Flow Wizard, Ductsize, Duct checker, Fantech), giúp rút ngắn thời gian tính toán và nâng cao độ chính xác trong thiết kế hệ thống cơ điện lạnh công trình cao tầng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi tính toán mới chỉ tập trung vào chế độ làm lạnh mùa hè ở trạng thái phụ tải cực đại ($m = 200$ h/năm); đồ án chưa đi sâu khảo sát các chế độ vận hành mùa đông và các thời điểm chuyển mùa giao thời.
  • Quá trình tính toán trở lực đường ống giải tích đã bỏ qua một số phụ kiện có tổn thất nhỏ và được bù đắp bằng cách tăng 10% hệ số an toàn cho cột áp bơm thay vì mô hình hóa chi tiết 100% các phụ kiện cục bộ trên toàn tuyến.
  • Đồ án chưa thực hiện mô phỏng năng lượng động toàn niên (dynamic energy simulation) để đánh giá chi tiết chỉ số tiêu thụ điện năng theo từng khung giờ trong năm.

Hướng phát triển nghiên cứu tiếp theo:

  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà (BMS) và lắp đặt biến tần cho cụm máy bơm, quạt tháp giải nhiệt nhằm tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của hệ thống khi chạy non tải.
  • Khảo sát giải pháp tận dụng nhiệt thải từ bình ngưng của cụm Water Chiller để gia nhiệt hệ thống cung cấp nước nóng sinh hoạt phục vụ cho 101 phòng nghỉ và khu dịch vụ thể thao của khách sạn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng và mục đích sau:

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật nhiệt, Công nghệ lạnh và Điều hòa không khí, Kỹ thuật Cơ điện công trình (MEP) làm đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học; kỹ sư thiết kế HVAC tham khảo quy trình triển khai dự án khách sạn cao tầng.
  • Hạng mục tham khảo giá trị:
    • Phương pháp luận và bảng tính excel mẫu tính toán cân bằng nhiệt ẩm Carrier áp dụng cho công trình thương mại dịch vụ tại miền Trung.
    • Quy trình thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp, phương pháp xác định nhiệt độ đọng sương thiết bị trên ẩm đồ $t-d$ và kiểm tra giới hạn chênh lệch nhiệt độ vệ sinh.
    • Trình tự tính toán thủy lực mạng đường ống nước lạnh kín, ống bypass bảo vệ Chiller và các bước thao tác trên phần mềm Pipechecker, Pipe Flow Wizard.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống điều hòa không khí cho khách sạn Hoàng Gia được thiết kế theo cấp điều hòa nào và thông số tính toán nhiệt ẩm ngoài trời tại Đà Nẵng là bao nhiêu?
Công trình được thiết kế theo cấp điều hòa cấp II với số giờ cho phép không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm bên trong là $m = 200$ giờ/năm (hệ số đảm bảo $K_{\text{bđ}} = 0{,}983 - 0{,}977$). Thông số tính toán ngoài nhà mùa hè tại Đà Nẵng gồm nhiệt độ $t_N = 36{,}5^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 50{,}6%$, nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 27^\circ\text{C}$, nhiệt độ đọng sương $t_s = 24{,}59^\circ\text{C}$, entanpi $I_N = 87{,}15\text{ kJ/kg}$ và dung ẩm $d_N = 19{,}59\text{ g/kg}$.

Tổng năng suất lạnh tính toán của công trình là bao nhiêu và tác giả đã chọn bao nhiêu máy Chiller để đáp ứng phụ tải?
Tổng năng suất lạnh tính toán của công trình qua phương pháp Carrier là $1058{,}566\text{ kW}$ (gồm nhiệt hiện $693{,}065\text{ kW}$ và nhiệt ẩn $365{,}501\text{ kW}$). Khi áp dụng hệ số sử dụng đồng thời $k_{\text{đt}} = 0{,}85$, công suất lạnh thực tế yêu cầu là $899{,}356\text{ kW}$. Tác giả đã chọn 3 cụm Water Chiller giải nhiệt nước Carrier model 30HXC100 với công suất mỗi máy là $342{,}8\text{ kW}$, đạt tổng công suất danh định $1028{,}4\text{ kW}$, thỏa mãn phụ tải yêu cầu.

Đường ống bypass trong hệ thống nước lạnh có chức năng gì và được chọn với kích thước bao nhiêu?
Đường ống bypass sử dụng van điều áp nhằm duy trì lượng nước tuần hoàn qua bình bay hơi của Chiller không xuống dưới giá trị lưu lượng tối thiểu cho phép khi hệ thống điều hòa giảm tải. Với lưu lượng tối thiểu của model 30HXC100 là $6{,}5\text{ l/s}$, lưu lượng tối thiểu cho 3 máy là $19{,}5\text{ l/s}$. Tác giả chọn vận tốc dòng chảy $1{,}5\text{ m/s}$ và kích thước ống thép DN100 (đường kính ngoài 114,3 mm, đường kính trong 102 mm).

Tổng trở lực thủy lực của hệ thống đường ống nước lạnh và đường ống giải nhiệt là bao nhiêu?
Tổng trở lực đường ống nước lạnh (gồm đường cấp $22{,}1\text{ kPa}$, đường hồi $24{,}2\text{ kPa}$, bình bay hơi Chiller $57{,}6\text{ kPa}$ và dàn FCU $14\text{ kPa}$) là $117{,}8\text{ kPa}$ ($12{,}01\text{ mH}_2\text{O}$); bơm được chọn có cột áp $13{,}21\text{ mH}_2\text{O}$ sau khi cộng 10% dự phòng. Tổng trở lực đường ống nước giải nhiệt (gồm ma sát và cục bộ đường ống $31{,}4\text{ kPa}$, bình ngưng Chiller $54\text{ kPa}$, cột áp tĩnh vòi phun $29{,}42\text{ kPa}$ và trở lực vòi phun $80\text{ kPa}$) là $194{,}82\text{ kPa}$ ($19{,}86\text{ mH}_2\text{O}$); bơm giải nhiệt được chọn có cột áp $21{,}85\text{ mH}_2\text{O}$.

Kết quả kiểm tra điều kiện chênh lệch nhiệt độ thổi vào tại khu vực nhà hàng hầm B1 có đạt tiêu chuẩn vệ sinh không?
Khu vực nhà hàng hầm B1 có nhiệt độ trong phòng thiết kế $t_T = 25^\circ\text{C}$ và nhiệt độ không khí thổi vào sau dàn lạnh tính toán được là $t_0 = 18{,}06^\circ\text{C}$. Độ chênh lệch nhiệt độ giữa dòng khí thổi vào và nhiệt độ phòng là $\Delta t_{VT} = 25 - 18{,}06 = 6{,}94^\circ\text{C}$. Giá trị này nhỏ hơn ngưỡng giới hạn cho phép $\Delta t_{VT} \le 10\text{ K}$ theo tiêu chuẩn vệ sinh tiện nghi, đảm bảo an toàn sức khỏe cho người sử dụng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Văn Quang đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió cho khách sạn Hoàng Gia quy mô 2 tầng hầm và 12 tầng nổi tại Thành phố Đà Nẵng. Thông qua phương pháp tính toán cân bằng nhiệt ẩm Carrier và tiêu chuẩn TCVN 5687:2010, tác giả đã xác định chính xác phụ tải lạnh của công trình và đề xuất cấu hình kỹ thuật đồng bộ sử dụng 3 cụm Water Chiller Carrier giải nhiệt nước kết hợp hệ thống AHU/FCU. Mạng lưới thủy lực đường ống và khí động học ống gió được tính toán chi tiết, có sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên ngành hiện đại, đảm bảo tính khả thi cao về kỹ thuật, thẩm mỹ kiến trúc và tiện nghi vi khí hậu.