Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Cho Khu Trung Tâm Thương Mại Và Văn Phòng Cho Thuê 144 Cộng Hòa

Luận văn trình bày thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho khu trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê tại 144 Cộng Hòa, tối ưu hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

• Tác giả: Quách Vĩnh Phong
• Người hướng dẫn: TS. Phan Thành Nhân
• Trường học: Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí Cho Trung Tâm Thương Mại Và Văn Phòng Cho Thuê
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH
• 1.1. MÔ TẢ CÔNG TRÌNH
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA CÔNG TRÌNH
• 1.3. QUY MÔ CÔNG TRÌNH
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH
• 3. CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4
• 5. CHƯƠNG 5
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG GIÓ
• 7. CHƯƠNG 7
• 8. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN TĂNG ÁP CẦU THANG
• 9. CHƯƠNG 9
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Thống Điều Hòa Không Khí HVAC

Hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo môi trường thoải mái và làm việc hiệu quả trong các trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê. Thiết kế hệ thống HVAC hiệu quả không chỉ cải thiện chất lượng không khí mà còn giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì. Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình thiết kế, các yếu tố cần xem xét và các giải pháp tiên tiến cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm.

1.1. Tầm Quan Trọng của Điều Hòa Không Khí Trung Tâm Thương Mại

Một hệ thống điều hòa không khí tốt đảm bảo nhiệt độ và độ ẩm ổn định, cải thiện trải nghiệm mua sắm và làm việc. Theo nghiên cứu của ASHRAE, môi trường thoải mái làm tăng năng suất làm việc lên đến 15%. Trung tâm thương mại và văn phòng cần hệ thống thông gió hiệu quả để loại bỏ ô nhiễm và duy trì chất lượng không khí trong lành. Việc lựa chọn đúng hệ thống và thiết kế phù hợp là yếu tố then chốt.

1.2. Các Tiêu Chí Đánh Giá Hệ Thống HVAC Cho Văn Phòng Cho Thuê

Các tiêu chí bao gồm hiệu suất năng lượng, chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành, độ tin cậy, khả năng mở rộng và tính linh hoạt. Hiệu suất năng lượng HVAC quan trọng để giảm chi phí điện. Hệ thống cần dễ dàng bảo trì và sửa chữa để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động. Tính linh hoạt cho phép điều chỉnh hệ thống theo nhu cầu thay đổi của văn phòng cho thuê, ví dụ như thay đổi bố trí mặt bằng.

II. Cách Xác Định Tải Lạnh Cho Trung Tâm Thương Mại Văn Phòng

Việc tính toán tải lạnh chính xác là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống HVAC. Tải lạnh bao gồm nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau như bức xạ mặt trời, nhiệt truyền qua tường, cửa sổ, thiết bị điện, và số lượng người. Sai sót trong tính toán có thể dẫn đến hệ thống quá tải hoặc thiếu công suất, ảnh hưởng đến hiệu quả và chi phí vận hành. Phương pháp Carrier thường được sử dụng để ước tính tải lạnh.

2.1. Tính Toán Nhiệt Thừa Bức Xạ Qua Kính Trung Tâm Thương Mại

Nhiệt thừa bức xạ qua kính (Q11) phụ thuộc vào diện tích kính, hệ số truyền nhiệt, và chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài. Hướng và thời điểm trong ngày cũng ảnh hưởng đến lượng nhiệt này. Sử dụng các phần mềm chuyên dụng hoặc bảng tính theo phương pháp Carrier giúp tính toán chính xác. Kính Low-E có thể giảm đáng kể lượng nhiệt bức xạ truyền qua.

2.2. Xác Định Nhiệt Tỏa Ra Từ Thiết Bị Điện Máy Móc Văn Phòng

Thiết bị điện và máy móc (đèn, máy tính, máy in...) tỏa ra nhiệt đáng kể. Công suất và thời gian hoạt động của mỗi thiết bị cần được thống kê. Sử dụng hệ số đồng thời để ước tính nhiệt tỏa thực tế. Chọn thiết bị hiệu suất cao giúp giảm nhiệt lượng tỏa ra.

2.3. Tính Toán Nhiệt Tỏa Do Người Trong Trung Tâm Thương Mại

Số lượng người, mức độ hoạt động (đi lại, làm việc văn phòng, ăn uống) ảnh hưởng đến lượng nhiệt tỏa ra. ASHRAE cung cấp các giá trị tiêu chuẩn cho nhiệt tỏa hiện và ẩn theo mức độ hoạt động. Tính toán chính xác giúp đảm bảo hệ thống HVAC đáp ứng nhu cầu thực tế.

III. Hướng Dẫn Lựa Chọn Hệ Thống Điều Hòa Phù Hợp Cho TTTM

Có nhiều loại hệ thống điều hòa không khí phù hợp cho trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Các lựa chọn phổ biến bao gồm hệ thống Chiller, hệ thống VRV/VRF, và hệ thống cục bộ. Việc lựa chọn phụ thuộc vào quy mô công trình, yêu cầu về hiệu suất, chi phí đầu tư, và chi phí vận hành.

3.1. Ưu Và Nhược Điểm Của Hệ Thống Chiller Cho Trung Tâm Thương Mại

Hệ thống Chiller sử dụng nước lạnh để làm mát không khí, phù hợp cho các công trình lớn với tải lạnh cao. Ưu điểm là hiệu suất cao, tuổi thọ dài, và khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác. Nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu không gian lắp đặt lớn cho Chiller và tháp giải nhiệt.

3.2. So Sánh Hệ Thống VRV VRF Cho Văn Phòng Cho Thuê Giải Pháp Tiết Kiệm

Hệ thống VRV/VRF (Variable Refrigerant Volume/Variable Refrigerant Flow) sử dụng môi chất lạnh trực tiếp để làm mát, cho phép điều chỉnh công suất lạnh theo từng khu vực. Ưu điểm là linh hoạt, dễ dàng lắp đặt và bảo trì, và tiết kiệm năng lượng. Nhược điểm là chi phí đầu tư cao hơn hệ thống cục bộ và hiệu suất giảm khi tải lạnh thay đổi lớn.

3.3. Tại Sao Nên Chọn Hệ Thống AHU PAU Cho Trung Tâm Thương Mại

AHU (Air Handling Unit) xử lý không khí hồi và gió tươi trước khi cấp vào không gian. PAU (Primary Air Unit) xử lý gió tươi độc lập. Kết hợp AHU và PAU giúp cải thiện chất lượng không khí, kiểm soát độ ẩm, và tiết kiệm năng lượng. PAU rất quan trọng để đảm bảo đủ lượng gió tươi cho trung tâm thương mại.

IV. Bí Quyết Thiết Kế Hệ Thống Thông Gió Tối Ưu Cho Văn Phòng

Thiết kế hệ thống thông gió hiệu quả là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng không khí trong lành và loại bỏ các chất ô nhiễm. Hệ thống thông gió cần đáp ứng tiêu chuẩn về lưu lượng gió tươi, bố trí miệng gió, và đảm bảo phân phối không khí đều khắp không gian. Tính toán cẩn thận và lựa chọn thiết bị phù hợp là chìa khóa thành công.

4.1. Phương Pháp Thiết Kế Ống Gió Đạt Chuẩn Cho Hệ Thống HVAC

Có nhiều phương pháp thiết kế ống gió như phương pháp ma sát đồng đều, phương pháp giảm tốc độ, và phương pháp áp suất tĩnh. Lựa chọn phương pháp phù hợp tùy thuộc vào quy mô công trình và yêu cầu về độ ồn. Sử dụng phần mềm chuyên dụng giúp tính toán và tối ưu hóa kích thước ống gió.

4.2. Tính Toán Lưu Lượng Gió Tươi Cần Thiết Cho Văn Phòng Cho Thuê

Lưu lượng gió tươi cần thiết phụ thuộc vào số lượng người và mức độ hoạt động. Tiêu chuẩn ASHRAE cung cấp các giá trị tiêu chuẩn cho lưu lượng gió tươi theo loại không gian. Đảm bảo cung cấp đủ gió tươi giúp cải thiện chất lượng không khí và giảm nguy cơ lây lan bệnh tật.

4.3. Giải Pháp Thông Gió Tầng Hầm Trung Tâm Thương Mại Hiệu Quả Cao

Tầng hầm thường có chất lượng không khí kém do thiếu thông gió tự nhiên. Sử dụng quạt jetfan hoặc hệ thống thông gió cưỡng bức giúp loại bỏ khí thải và đảm bảo an toàn. Cảm biến CO giúp điều khiển hệ thống thông gió theo nồng độ khí thải.

V. Tiết Kiệm Năng Lượng HVAC Giải Pháp Cho Tương Lai Bền Vững

Tiết kiệm năng lượng là xu hướng tất yếu trong thiết kế hệ thống HVAC. Các giải pháp bao gồm sử dụng thiết bị hiệu suất cao, tối ưu hóa hệ thống điều khiển, tận dụng năng lượng tái tạo, và áp dụng các biện pháp cách nhiệt. Đầu tư vào tiết kiệm năng lượng HVAC không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn bảo vệ môi trường.

5.1. Giải Pháp Điều Khiển Hệ Thống HVAC Thông Minh BMS

Hệ thống BMS (Building Management System) cho phép giám sát và điều khiển hệ thống HVAC từ xa, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động, và phát hiện sớm các sự cố. BMS giúp giảm chi phí năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

5.2. Tận Dụng Hệ Thống Thông Gió Thu Hồi Nhiệt Cho Văn Phòng

Hệ thống thông gió thu hồi nhiệt tận dụng nhiệt từ không khí thải để làm nóng hoặc làm mát không khí tươi, giảm tải cho hệ thống điều hòa. Hiệu quả thu hồi nhiệt có thể đạt đến 80%, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng.

5.3. Biện Pháp Giảm Nhiệt Độ Ngưng Tụ Cho Hệ Thống Lạnh Hiệu Quả

Giảm nhiệt độ ngưng tụ giúp tăng hiệu suất làm việc của máy nén và giảm điện năng tiêu thụ. Các biện pháp bao gồm vệ sinh định kỳ dàn ngưng, sử dụng tháp giải nhiệt hiệu suất cao, và tối ưu hóa lưu lượng nước giải nhiệt.

VI. Tiêu Chuẩn Bản Vẽ Thiết Kế HVAC Cho Tòa Nhà Thương Mại

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế HVAC là bắt buộc để đảm bảo an toàn, hiệu quả, và chất lượng của hệ thống. Bản vẽ thiết kế cần thể hiện chi tiết bố trí thiết bị, đường ống, và các thông số kỹ thuật. Sử dụng phần mềm BIM HVAC giúp tạo mô hình 3D trực quan và phát hiện sớm các xung đột.

6.1. Tiêu Chuẩn Thiết Kế HVAC Cho Trung Tâm Thương Mại Cập Nhật Mới Nhất

Các tiêu chuẩn quan trọng bao gồm ASHRAE 90.1 (Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings) và ASHRAE 62.1 (Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality). Các tiêu chuẩn này quy định về hiệu suất năng lượng, thông gió, và chất lượng không khí trong nhà.

6.2. Ứng Dụng Mô Hình BIM Trong Thiết Kế Hệ Thống HVAC Cho Văn Phòng

BIM HVAC (Building Information Modeling) cho phép tạo mô hình 3D trực quan của hệ thống HVAC, phát hiện sớm các xung đột, và tối ưu hóa thiết kế. BIM giúp giảm chi phí xây dựng và tăng hiệu quả vận hành.

6.3. Các Chứng Nhận LEED Green Building Cho Hệ Thống Điều Hòa

Chứng nhận LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) và Green Building chứng minh cam kết về xây dựng xanh và bền vững. Thiết kế hệ thống HVAC đáp ứng các tiêu chí của LEED và Green Building giúp nâng cao giá trị công trình và thu hút khách hàng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong các công trình phức hợp hiện đại tại khu vực nhiệt đới, hệ thống điều hòa không khí và thông gió (HVAC) thường chiếm từ 45% đến 60% tổng lượng điện năng tiêu thụ toàn tòa nhà. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là giải quyết bài toán cân bằng nhiệt ẩm, tối ưu hóa thiết kế hệ thống cơ điện lạnh và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho tòa nhà cao ốc thương mại kết hợp văn phòng cho thuê tại địa chỉ 144 Cộng Hòa, Phường 12, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh (tọa độ địa lý 10°48’Bắc, 106°39’Đông).

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm việc tính toán chính xác phụ tải lạnh của toàn bộ các khu vực chức năng, phân tích và lựa chọn giải pháp hệ thống Water Chiller trung tâm kết hợp các thiết bị phân phối không khí AHU, PAU, FCU; đồng thời thiết kế chi tiết mạng lưới đường ống dẫn nước lạnh, đường ống gió, hệ thống thông gió tầng hầm bằng quạt Jetvent kết hợp cảm biến nồng độ khí CO và hệ thống tăng áp cầu thang thoát hiểm đạt quy chuẩn phòng cháy chữa cháy.

Nghiên cứu được triển khai thực hiện từ tháng 9/2022 đến tháng 12/2022 với đối tượng là công trình có quy mô tổng diện tích sàn xây dựng 11.000 m², bao gồm 8 tầng nổi (chiều cao 32,55 m) và 1 tầng hầm (chiều cao 4,0 m), mật độ xây dựng đạt 45%. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc thiết lập môi trường vi khí hậu tiện nghi (duy trì nhiệt độ phòng 24°C ± 1°C, độ ẩm tương đối 55% ± 5%), đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt và đề xuất giải pháp công nghệ vệ sinh bình ngưng tự động giúp giảm tiêu hao điện năng của máy nén từ 8% đến 12% trong suốt vòng đời vận hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của hai lý thuyết nhiệt động lực học cốt lõi: lý thuyết cân bằng nhiệt ẩm công trình và chu trình nhiệt động học máy lạnh nén hơi sử dụng môi chất R134a. Mô hình nghiên cứu tích hợp phương pháp truyền nhiệt qua kết cấu bao che đa lớp (tường gạch, sàn bê tông, trần thạch cao, vách kính phản quang) và phương pháp xác định bức xạ mặt trời tức thời qua kính trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa của Thành phố Hồ Chí Minh.

Các khái niệm then chốt được áp dụng xuyên suốt bao gồm:

• Phụ tải lạnh tổng hợp: Tổng nhiệt lượng thừa bao gồm nhiệt hiện và nhiệt ẩn tác động lên không gian điều hòa, xác định theo phương trình cân bằng năng lượng.
• Hệ số hiệu quả năng lượng của máy làm lạnh nước (Water Chiller): Tỷ số giữa công suất lạnh tạo ra và điện năng tiêu thụ của máy nén.
• Động lực học dòng khí Jetvent: Nguyên lý thông gió cảm ứng tầng hầm không dùng đường ống gió cưỡng bức cồng kềnh, tối ưu hóa lưu lượng quét khí độc.
• Áp suất dương chống nhiễm khói: Nguyên lý duy trì chênh áp từ 20 Pa đến 50 Pa trong giếng thang bộ nhằm ngăn chặn khói và khí độc khi xảy ra sự cố cháy nổ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ nghiên cứu bao gồm bản vẽ kiến trúc kết cấu công trình 144 Cộng Hòa, chuỗi số liệu khí tượng thủy văn Thành phố Hồ Chí Minh theo quy chuẩn xây dựng Việt Nam (nhiệt độ thiết kế ngoài trời mùa nóng là 34,6°C, độ ẩm 74%) và hệ thống thông số kỹ thuật tiêu chuẩn từ TCVN 5687:2010, ASHRAE Standard 62.1-2013 (tiêu chuẩn thông gió) và ASHRAE Standard 90.1-2016 (tiêu chuẩn mật độ chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng).

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 18 không gian chức năng đặc thù phân bố trên 8 tầng nổi và 1 tầng hầm với tổng diện tích 11.000 m². Phương pháp chọn mẫu điển hình được áp dụng bằng việc lựa chọn không gian trung tâm thương mại tại tầng 2 (diện tích sàn 1.112 m², chiều cao tầng 3,8 m) làm không gian tính toán chuẩn để lập công thức giải tích chi tiết, sau đó mở rộng phân tích tự động hóa cho 100% các không gian còn lại trên nền tảng Microsoft Excel và phần mềm EES (Engineering Equation Solver).

Lý do lựa chọn phương pháp Carrier là vì phương pháp này cho phép phân tích bóc tách chi tiết 9 thành phần tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn theo từng giờ trong ngày của tháng nóng nhất (tháng 4), tính đến hệ số tích nhiệt của kết cấu và tính tức thời của bức xạ mặt trời, hạn chế tối đa sai số dư thừa công suất so với các phương pháp tính nhanh thông thường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán chi tiết và xử lý dữ liệu đã chỉ ra 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

• Phụ tải gió tươi và nhiệt tỏa do con người chiếm tỷ trọng vượt trội tại các không gian công cộng đông người: Tại khu vực nhà hàng tiệc cưới tầng 8 (diện tích 848 m²), nhiệt tỏa do gió tươi mang vào đạt mức kỷ lục 182,85 kW (trong đó nhiệt ẩn chiếm 144,32 kW) và nhiệt tỏa từ người đạt 85,58 kW, chiếm tới 68,4% tổng phụ tải lạnh của toàn tầng. Ngược lại, tại các tầng văn phòng cho thuê (tầng 6 và 7, diện tích mỗi tầng 1.200 m²), phụ tải do thiết bị máy tính và máy móc văn phòng lại chiếm tỷ trọng lớn hơn, đạt 33,55 kW mỗi tầng.
• Bức xạ mặt trời qua kính phụ thuộc mạnh mẽ vào hướng địa lý và loại vật liệu kính: Cường độ bức xạ cực đại tại Thành phố Hồ Chí Minh vào tháng 4 theo hướng Đông và hướng Tây đạt giá trị đỉnh 514 W/m², trong khi hướng Bắc chỉ đạt 41 W/m² (giảm tới 92,0%). Nhờ lựa chọn vách kính tráng màng phản xạ RS 20 dày 6 mm (hệ số hấp thụ 0,44; hệ số phản xạ 0,44; hệ số truyền nhiệt k = 5,89 W/m²K), nhiệt bức xạ qua kính tại trung tâm mua sắm tầng 2 được khống chế ở mức 6,04 kW thay vì vượt ngưỡng 18,0 kW nếu sử dụng kính trắng thông thường.
• Hiệu quả kỹ thuật - kinh tế vượt trội của hệ thống trung tâm Water Chiller: Đối với công trình có tổng diện tích sàn 11.000 m² và mặt bằng đa chức năng, việc sử dụng hệ thống Water Chiller giải nhiệt nước kết hợp AHU cho khối thương mại và FCU cho khối văn phòng giúp giảm 18% tổng công suất điện nguồn yêu cầu so với phương án VRV/VRF, đồng thời loại bỏ hoàn toàn nguy cơ rò rỉ môi chất trên các tuyến ống trục đứng cao hơn 30 m.
• Tính khả thi và hiệu quả của hệ thống thông gió tầng hầm Jetfan kết hợp kiểm soát CO: Giải pháp quạt Jetvent bố trí theo luồng khí quét kết hợp hệ thống cấp - hút khí lưu lượng 22.500 m³/h giúp giảm 30% tổn thất áp suất tĩnh trên đường ống so với hệ thống đường ống gió truyền thống, đồng thời đảm bảo nồng độ khí CO luôn duy trì dưới ngưỡng an toàn 50 ppm.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo tải lạnh của công trình phản ánh rõ nét đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa tại khu vực phía Nam. Với độ chênh nhiệt độ thiết kế giữa trong và ngoài nhà là 10,6°C (34,6°C so với 24,0°C) và lượng ẩm chênh lệch lớn, thành phần nhiệt ẩn do gió tươi luôn là tác nhân gây tải chính.

Dữ liệu phân tích phụ tải của luận văn có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ tròn phân bổ thành phần nhiệt thừa (cho thấy gió tươi chiếm khoảng 42%, nhiệt tỏa từ người và máy móc chiếm 33%, kết cấu bao che và bức xạ kính chiếm 25%) và bảng so sánh mật độ tải lạnh giữa các khu vực chức năng (dao động từ 115 W/m² tại sảnh thang, 140 W/m² tại khối văn phòng đến 290 W/m² tại khu vực tiệc cưới). Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công bố kỹ thuật của Hiệp hội Kỹ sư Nhiệt Lạnh Hoa Kỳ (ASHRAE).

Đặc biệt, nghiên cứu đã đi sâu phân tích ảnh hưởng của hiện tượng bám cáu cặn bình ngưng đến hiệu suất năng lượng. Một lớp cáu cặn mỏng khoảng 0,3 mm trong ống truyền nhiệt bình ngưng có thể làm tăng nhiệt độ ngưng tụ thêm 2,5°C đến 3,0°C, dẫn đến việc máy nén phải tiêu tốn thêm 9% đến 11% điện năng để duy trì cùng một công suất lạnh. Việc tích hợp hệ thống vệ sinh bình ngưng tự động bằng bóng xốp tuần hoàn liên tục là giải pháp then chốt giúp triệt tiêu hoàn toàn sự gia tăng nhiệt độ ngưng tụ do cáu cặn, duy trì hệ số COP của Chiller ở mức tối ưu trên 5,5 trong suốt vòng đời sử dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán chi tiết của đề tài, 4 giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất nhằm tối ưu hóa vận hành cho tòa nhà 144 Cộng Hòa và các công trình tương tự:

• Lắp đặt hệ thống vệ sinh bình ngưng tự động dạng bóng xốp tuần hoàn (Automatic Tube Cleaning System): Ban quản lý dự án và chủ đầu tư cần phê duyệt lắp đặt hệ thống đẩy bóng bằng bơm định kỳ 30 - 45 phút/chu kỳ ngay trong giai đoạn đấu thầu cơ điện, nhằm mục tiêu duy trì nhiệt độ ngưng tụ ổn định ở mức 37°C, giúp tiết kiệm từ 8% đến 12% điện năng tiêu thụ hàng năm của cụm máy lạnh trung tâm Chiller.
• Triển khai giải pháp thông gió theo nhu cầu thực tế (Demand-Controlled Ventilation - DCV): Đội ngũ kỹ sư cơ điện cần tích hợp cảm biến CO tại tầng hầm và cảm biến CO2 tại các khu vực tập trung đông người (trung tâm mua sắm tầng 1 đến tầng 5, sảnh tiệc cưới tầng 8) kết hợp biến tần điều khiển quạt PAU/AHU trong vòng 3 tháng đầu vận hành, hướng tới mục tiêu cắt giảm 15% đến 20% phụ tải gió tươi trong các khung giờ thấp điểm.
• Ứng dụng biến tần (VFD) cho toàn bộ hệ thống bơm nước lạnh sơ cấp - thứ cấp và quạt tháp giải nhiệt: Nhà thầu thi công cơ điện tiến hành cài đặt hệ thống điều khiển lưu lượng nước lạnh biến đổi theo chênh lệch áp suất và nhiệt độ trong quý 1 của giai đoạn vận hành thử nghiệm, nhằm giảm 20% đến 25% công suất điện tiêu thụ của hệ thống phụ trợ.
• Tối ưu hóa đặc tính bao che bằng giải pháp dán phim cách nhiệt bổ sung cho các mặt kính hướng Đông và Tây: Đơn vị tư vấn hoàn thiện công trình cần chỉ định lắp đặt lớp màng cách nhiệt có hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời SHGC dưới 0,32 trước khi bàn giao đưa vào sử dụng, nhằm triệt giảm trực tiếp 12% lượng nhiệt bức xạ đỉnh vào các khung giờ 8h-9h sáng và 16h-17h chiều.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư thiết kế Cơ điện (M&E) chuyên ngành HVAC: Tài liệu cung cấp quy trình mẫu chi tiết từng bước từ tính toán cân bằng nhiệt ẩm bằng phương pháp Carrier, lập chu trình lạnh R134a trên đồ thị Log p-h, đến thiết kế thủy lực mạng đường ống nước Chiller và mạng đường ống phân phối gió cho công trình phức hợp thương mại quy mô trên 10.000 m².
• Chủ đầu tư và Ban quản lý vận hành tòa nhà cao tầng: Cung cấp góc nhìn toàn diện về bài toán so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các giải pháp điều hòa không khí (Water Chiller so với VRV/VRF), hỗ trợ ra quyết định đầu tư hệ thống tự động vệ sinh bình ngưng nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành (OPEX) và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
• Giảng viên, sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo học thuật giá trị với 168 trang thuyết minh, 53 hình vẽ kỹ thuật, 62 bảng biểu thông số thực tế và quy trình ứng dụng phần mềm EES trong mô phỏng trạng thái nhiệt động môi chất.
• Đơn vị tư vấn thẩm tra và cơ quan quản lý an toàn PCCC: Tham khảo phương pháp tính toán chi tiết về khí động học quạt Jetfan thông gió tầng hầm và hệ thống quạt tăng áp giếng thang bộ thoát hiểm N1, N2 nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối khi xảy ra sự cố hỏa hoạn.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao công trình 144 Cộng Hòa lựa chọn hệ thống Water Chiller thay vì hệ thống biến dòng môi chất VRV/VRF? Công trình có tổng diện tích sàn lên tới 11.000 m² với nhiều khu vực không gian mở lớn như trung tâm mua sắm và nhà hàng tiệc cưới. Hệ thống Water Chiller giải nhiệt nước mang lại hiệu suất làm lạnh cao hơn ở dải công suất lớn, tuổi thọ thiết bị bền bỉ từ 15 đến 20 năm, không bị giới hạn chiều dài đường ống gas và giúp giảm khoảng 15% chi phí năng lượng vận hành hàng năm so với VRV khi chạy tải liên tục.

• Phương pháp tính toán phụ tải lạnh Carrier có ưu thế gì nổi bật so với các phương pháp khác? Phương pháp Carrier cho phép bóc tách chi tiết 9 thành phần tải nhiệt hiện và ẩn riêng biệt, tính toán chính xác hệ số tích nhiệt của tường, sàn và độ trễ bức xạ mặt trời qua kính theo từng giờ trong ngày của tháng 4 nóng nhất. Điều này giúp kỹ sư xác định đúng công suất cực đại thực tế, tránh hiện tượng chọn dư công suất máy nén gây lãng phí chi phí đầu tư ban đầu.

• Nguyên lý hoạt động và hiệu quả của hệ thống vệ sinh bình ngưng tự động là gì? Hệ thống sử dụng các quả bóng xốp chuyên dụng được bơm tuần hoàn đẩy qua toàn bộ các ống chùm của bình ngưng Chiller sau mỗi 30 phút. Quá trình này giúp gạt sạch lớp màng vi sinh và cặn bám vô cơ ngay khi mới hình thành, duy trì hệ số truyền nhiệt tối đa của ống đồng, ngăn chặn việc tăng nhiệt độ ngưng tụ và tiết kiệm từ 8% đến 12% điện năng máy nén.

• Tại sao cần kết hợp đồng thời cả thiết bị AHU, FCU và PAU trong cùng một công trình? Việc phối hợp này tối ưu hóa công năng của từng không gian: AHU công suất lớn xử lý tải nhiệt cho không gian rộng như trung tâm mua sắm và sảnh tiệc; FCU nhỏ gọn cho phép điều khiển nhiệt độ độc lập, linh hoạt tại từng phòng làm việc của khối văn phòng; trong khi PAU chuyên trách xử lý làm lạnh sơ bộ và khử ẩm sâu toàn bộ lượng gió tươi trước khi phân phối vào phòng.

• Hệ thống thông gió tầng hầm bằng quạt Jetvent kết hợp cảm biến CO hoạt động như thế nào? Hệ thống sử dụng các cụm quạt Jetfan treo trần để tạo lực đẩy phản lực cuốn luồng không khí ô nhiễm di chuyển dọc theo tầng hầm hướng về phía miệng hút gió thải. Các cảm biến CO được bố trí đều trên mặt bằng hầm để liên tục đo nồng độ khí thải; khi nồng độ CO vượt ngưỡng 25 ppm, hệ thống điều khiển tự động kích hoạt tăng tốc độ quạt để quét sạch khí độc.

Kết luận

• Luận văn đã hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió cho cao ốc 144 Cộng Hòa với quy mô 8 tầng nổi và 1 tầng hầm trên tổng diện tích 11.000 m².
• Đã xác định chính xác phụ tải lạnh của từng không gian chức năng theo phương pháp Carrier, làm cơ sở lựa chọn cấu hình hệ thống Water Chiller trung tâm kết hợp thiết bị AHU, PAU và FCU tối ưu.
• Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống thông gió tầng hầm bằng công nghệ quạt Jetvent kết hợp cảm biến nồng độ CO và hệ thống tăng áp cầu thang bộ đạt tiêu chuẩn an toàn PCCC hiện hành.
• Đóng góp giải pháp công nghệ vệ sinh bình ngưng tự động bằng bóng xốp tuần hoàn, chứng minh khả năng tiết kiệm từ 8% đến 12% điện năng tiêu thụ của máy nén Chiller.
• Kế hoạch triển khai tiếp theo cần tập trung vào việc lập trình hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà (BMS) tích hợp và tiến hành đo đạc kiểm chuẩn các thông số vận hành thực tế trong 6 tháng đầu bàn giao.

Để tiếp cận toàn bộ hồ sơ tính toán nhiệt động lực học, bản vẽ kỹ thuật chi tiết và 62 bảng biểu dữ liệu chuyên sâu của công trình, quý bạn đọc và các kỹ sư cơ điện có thể tham khảo trực tiếp bản toàn văn luận văn thạc sĩ tại thư viện chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN 1. QUY MÔ CÔNG TRÌNH: Công trình Tòa nhà văn phòng 144 Công Hòa có quy mô như sau: - Tổng diện tích xây dựng: Sxd = 11000 m² - Công trình bao gồm 8 tầng và 1 hầm - Chiều cao 8 tầng nổi: 32,55 m - Chiều cao tầng hầm: 4 m - Mật độ xây dựng: 45% SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 3 CHƯƠNG 1 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN Bảng 1.1 Quy mô công trình Hướng khu vực / phòng Diện h h1 Tầng Khu vực/phòng tích Diện tích tường / kính (m) (m) N E S W (m²) Diện tích tường ngoài (m²) 7,98 20,58 SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính T1 70 4,2 4,2 20,58 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 33,23 Diện tích tường ngoài (m²) 60,23 25.2 NH TIỆC Diện tích vách/cửa sổ kính T1 254 4,2 4,2 60,23 25.2 CƯỚI (m²) Diện tích tường trong (m²) 33,18 Diện tích tường ngoài (m²) 86,88 59,06 94,71 TRUNG TÂM Diện tích vách/cửa sổ kính T1 745 4,2 4,2 4,8 59,06 94,71 MUA SẮM (m²) Diện tích tường trong (m²) 180,03 Diện tích tường ngoài (m²) 52,92 8,4 CỬA HÀNG Diện tích vách/cửa sổ kính T1 57 4,2 4,2 52,92 8,4 COFFEE (m²) Diện tích tường trong (m²) 19,32 Diện tích tường ngoài (m²) 10,64 16,454 SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 4 CHƯƠNG 1 GVHD: TS.

PHAN THÀNH NHÂN T2 SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính 50,8 3,8 3,8 7,29 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 39,14 Diện tích tường ngoài (m²) 113,62 119,32 148,24 42,67 TRUNG TÂM Diện tích vách/cửa sổ kính T2 1112 3,8 3,8 9,28 86,86 148,24 31,48 MUA SẮM (m²) Diện tích tường trong (m²) 72,96 Diện tích tường ngoài (m²) 113,62 119,43 163,59 50,92 TRUNG TÂM Diện tích vách/cửa sổ kính T3 1200 3,8 3,8 9,28 102,52 163,59 31,48 MUA SẮM (m²) Diện tích tường trong (m²) 72,96 Diện tích tường ngoài (m²) 10,64 16,454 SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính T3 50,8 3,8 3,8 7,29 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 39,14 Diện tích tường ngoài (m²) 10,64 16,454 SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính T4 50,8 3,8 3,8 7,29 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 39,14 Diện tích tường ngoài (m²) 119,32 123,75 163,58 42,52 TRUNG TÂM Diện tích vách/cửa sổ kính T4 1200 3,8 3,8 16,5 43,99 117,42 31,48 MUA SẮM (m²) Diện tích tường trong (m²) 72,96 T5 Diện tích tường ngoài (m²) 10,64 16,454 SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 5 CHƯƠNG 1 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính 50,8 3,8 3,8 7,29 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 39,14 Diện tích tường ngoài (m²) 119,32 123,75 163,58 42,52 TRUNG TÂM Diện tích vách/cửa sổ kính 1200 3,8 3,8 16,5 43,99 117,42 31,48 T5 MUA SẮM (m²) Diện tích tường trong (m²) 72,96 Diện tích tường ngoài (m²) 10,64 16,454 SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính T6&7 50,8 3,8 3,8 7,29 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 39,14 Diện tích tường ngoài (m²) 119,32 123,75 163,58 50,92 T6 Diện tích vách/cửa sổ kính OFFICE 1200 3,8 3,8 9,28 23,78 113,9 31,48 &7 (m²) Diện tích tường trong (m²) 72,96 Diện tích tường ngoài (m²) 116,49 91,82 104,81 Diện tích vách/cửa sổ kính T8 TIỆC CƯỚI 848 3,71 3,71 33,76 13,02 2,88 (m²) Diện tích tường trong (m²) 52,19 Diện tích tường ngoài (m²) 10,388 62,33 SẢNH Diện tích vách/cửa sổ kính T8 110 3,71 3,71 7,29 THANG (m²) Diện tích tường trong (m²) 84,96 SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 6 CHƯƠNG 2 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI LẠNH 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lựa chọn phương pháp Carrier để tính cân bằng nhiệt ẩm. Phương pháp Carrier không cần lập sơ đồ điều hòa mà chỉ cần tính toàn bộ nhiệt hiện thừa Qht và nhiệt ẩn thừa Qât của mọi nguồn nhiệt tỏa và thẩm thấu tác động vào phòng điều hòa: Q 0 = ∑ Q ht + ∑ Q ât - Q11 : Nhiệt hiện bức xạ qua kính. - Q 21 : Nhiệt hiện truyền qua mái do bức xạ mặt trời và do chênh lệch nhiệt độ. - Q 22 : Nhiệt hiện truyền qua vách (Tường, Cửa ra vào và Kính cửa sổ).

- Q 23 : Nhiệt hiện truyền qua nền. - Q 31 : Nhiệt hiện tỏa ra do đèn chiếu sáng. - Q 32 : Nhiệt hiện tỏa ra do máy móc. - Q 4 : Nhiệt tỏa ra do người (Gồm nhiệt hiện Q 4h và nhiệt ẩn Q 4a ).

- Q N : Nhiệt do gió tươi mang vào (Gồm nhiệt hiện Q hN và nhiệt ẩn Q aN ). - Q 5 : Nhiệt hiện do gió lọt mang vào (Gồm nhiệt hiện Q 5h và nhiệt ẩn Q 5a ). THÔNG SỐ TÍNH TOÁN Nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời được tra theo bảng 1.11 Tài liệu [1]: Bảng 2.1 Nhiệt độ không khí ngoài trời tại Tp. Hồ Chí Minh Nhiệt độ Mùa nóng Mùa lạnh trung bình ttb ttbmax tmax φtb φ13−15 ttbmax tmax φtb φ13−15 27 34,6 40 74 55 21 13,8 74 54 SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 7 CHƯƠNG 2 GVHD: TS.

PHAN THÀNH NHÂN Về thông số tính toán bên trong công trình, lựa chọn theo để đảm bảo tiện nghi, tra theo TCVN 5687 – 2010 (Phụ lục A, bảng A1, tài liệu [3]), chọn thông số không khí ngoài trời như sau: - Nhiệt độ không khí ngoài trời: t N = 34,6℃. - Độ ẩm tương đối của không khí trong nhà: φN = 74%. - Nhiệt độ của không khí trong nhà: t T = 24℃. - Độ ẩm tương đối của không khí trong nhà: φT = 55%.

Từ cặp số liệu đã chọn theo tiêu chuẩn ở trên. Ta sử dụng Đồ thị t – d của không khí ẩm để tìm các thông số còn lại: - Enthalpy của không khí trong nhà: IT = 50,3 kJ/kg. - Độ chứa hơi của không khí trong nhà: dT = 10,29 g hơi/kg không khí khô. - Ta chỉ tính toán cho mỗi một phụ tải lạnh cho một phòng điển hình bằng phương pháp Carrier trong tháng 4, các phòng còn lại được tính dưa trên phòng điển hình bằng phần mềm Microsoft Excel 2019.

Lựa chọn khu vực trung tâm thương mại tại tầng 2 để tính toán phụ tải điển hình.1 Mặt bằng tầng 2 SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 8 CHƯƠNG 2 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN Bảng 2.2 Thông số kết cấu phòng Diện tích Tường Diện tích Diện tích Kính tiếp Không tiếp xúc Sàn/trần xúc bức xạ Cao bức xạ độ Không điều hòa không Sàn Trần Tường Hướng rèm (100 mm) kính mm m2 m2 m2 Bắc 9,28 Đông 86,86 3800 1112 1112 72,96 Nam 148,24 Tây 31,48 Tổng cộng 72,96 Tổng 275,86 2. TÍNH TOÁN NHIỆT THỪA BỨC XẠ QUA KÍNH Q11 Nhiệt thừa do tác động của các tia bức xạ mặt trời được xem là thành phần khá quan trọng trong số các thành phần có nguồn góc từ bên ngoài. Với các cửa sổ, cửa kính quay về hướng Đông sẽ nhận bức xạ cực đại vào 8 đến 9 giờ sáng và kết thúc lúc 12 giờ trưa.

Cửa sổ hướng Tây sẽ nhận bức xạ cực đại lúc 4 đến 5 giờ chiều và nếu là cửa sổ nằm ngang trên mái tum sẽ nhận bức xạ cực đại vào 12 giờ trưa. Nhiệt hiện do bức xạ qua kính vào phòng theo công thức sau: Q11 = nt Q′11 Trong đó: nt: Hệ số tác dụng tức thời của bức xạ Q’11: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng Q’11 được xác định bởi công thức sau: Q′11 = FR t εc εđs εmm εkh εm εr (W) SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 9 CHƯƠNG 2 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN Trong đó: F: Diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung thép, m², nếu là khung gỗ lấy bằng 0,85F RT: Nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào trong phòng (W/m²) εc : Hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển, tính theo công thức: H 5 εc = 1 + 0,023 = 1 + 0,023 ≈ 1 1000 1000 Với H = 5m εđs : Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ chênh giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát so với nhiệt độ đong sương của không khí ở trên mặt nước biển là 20℃, xác định theo công thức: (t s − 20) (29,3 − 20) εđs = 1 − 0,13 = 1 − 0,13 = 0,879 10 10 Với nhiệt độ đọng sương ts=29,3℃, tra từ đồ thị không khí ẩm, với nhiệt độ khô và độ ẩm là: t=34,6℃, φ = 74% Hệ số ảnh hưởng của mây mù, khi trời không mây: εmm = 1 Hệ số ảnh hưởng của khung (Đối với cửa kính có khung nhôm): εkh = 1,17 Hệ số kính (Tài liệu [1], Chọn kính trong tráng màng phản xạ RS 20, 6 mm): εm = εk = 0,34 Nhiệt bức xạ qua kính khác kính cơ bản của Phòng trên trong tháng 4 (Với Nhiệt bức xạ qua kính cơ bản R lấy từ Tài liệu [1]) Với kính không có màn che bên trong ta lấy hệ số mặt trời hấp thụ εr = 1 Lựa chọn kính trong tráng màng phản xạ RS 20, 6 mm với các thông số kính như sau (Bảng 4.3, Tài liệu [1]): Hệ số hấp thụ: αk = 0,44 Hệ số phản xạ: ρk = 0,44 Hệ số xuyên qua: τk = 0,12 SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 10 CHƯƠNG 2 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN Hệ số kính: εm = 0,34 Với kính không sử dụng rèm, RT được tính theo công thức sau: R T = 0,34.

R T Với công trình tại Thành phố Hồ Chí Minh, vĩ độ 10o Bắc, giá trị nhiệt bức xạ Mặt Trời qua kính khác với kính cơ bản từ 6 giờ đến 17 giờ (được tra theo tài liệu [1]) Để xác định được hệ số tức thời, ta phải xác định được tổng khối lượng của các bề mặt tạo nên không gian điều hòa tính trên 1m² G′ + 0,5G" gs = Fs Trong đó: G’: Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn nằm trên mặt đất G”: Khối lượng của tường có mặt ngoài không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất Fs: Diện tích sàn Các phòng hoạt động từ 6 giờ sáng đến 17 giờ chiều, các mặt bên ngoại nhận nhiệt từ bức xạ mặt trời đều được lắp bằng kính ρ = 2500 kg/m³ và tường gạch dày 200 mm chọn ρ = 1800 kg/m³, trần nhà dày 40 mm và nền nhà dày 200 mm làm bằng bê tông cốt thép chọn ρ = 2400 kg/m³ Vậy ta tính được: G′ = 1800.653644,8 → gs = = = 341,82 kg/m2 sàn Fs 1112 Với diện tích tiếp xúc của tòa nhà với các hướng, hướng Nam có diện tích kính lớn. Bức xạ mặt trời xâm nhập vào tòa nhà theo các hướng. Theo lựa chọn thông số thời tiết SVTH: QUÁCH VĨNH PHONG 11 CHƯƠNG 2 GVHD: TS. PHAN THÀNH NHÂN ngoài trời theo Tài liệu [3], ta lựa chọn tháng nóng nhất là tháng 4, với nhiệt độ là 34,6 ℃ và độ ẩm là 74%.

Tra giá trị RT lớn nhất theo Tài liệu [1]: Bảng 2.