Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán, thiết kế hệ thống kỹ thuật cho Bệnh viện sản Hiếm muộn Sài Gòn" được thực hiện bởi nhóm sinh viên ngành Hệ thống kỹ thuật công trình xây dựng, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án xuất phát từ bối cảnh thực tiễn tại Thành phố Hồ Chí Minh – trung tâm kinh tế, y tế phát triển với mật độ dân cư cao và nhu cầu chăm sóc sức khỏe ngày càng tăng. Đặc biệt, trong điều kiện chính sách kế hoạch hóa gia đình (mỗi hộ gia đình từ 1 đến 2 con) và tình trạng bệnh lý hiếm muộn diễn biến phức tạp, các cơ sở y tế chuyên sâu về sản khoa và hỗ trợ sinh sản chất lượng cao trở thành nhu cầu cấp thiết.

Công trình được đầu tư bởi Công ty TNHH Bệnh viện sản Hiếm muộn Sài Gòn, tọa lạc tại địa chỉ số 460 Nguyễn Thị Minh Khai, Phường 2, Quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh. Đây là khu vực tập trung nhiều bệnh viện sản phụ khoa trọng điểm của thành phố, tiếp giáp tuyến đường giao thông huyết mạch và gần công viên Tao Đàn. Đối với công trình bệnh viện chuyên khoa, hệ thống Cơ – Điện – Nước (MEP: Mechanical, Electrical, Plumbing) giữ vai trò then chốt trong việc tạo lập môi trường tiện nghi, kiểm soát nhiễm khuẩn, bảo đảm an toàn sinh mạng và duy trì hoạt động khám chữa bệnh liên tục.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định gồm:

  1. Tối ưu hóa hệ thống điều hòa không khí, hệ thống cấp thoát nước và các thiết bị điện nhằm đảm bảo hiệu suất vận hành cao và tiết kiệm năng lượng cho bệnh viện.
  2. Đảm bảo toàn bộ thiết bị và hệ thống kỹ thuật tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn hiện hành của Việt Nam và quốc tế.
  3. Bảo đảm sự kết hợp, tích hợp đồng bộ giữa hệ thống MEP với kiến trúc và kết cấu công trình bệnh viện.
  4. Ứng dụng các giải pháp kỹ thuật bền vững nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường và nâng cao trải nghiệm của bệnh nhân, nhân viên y tế.
  5. Triển khai thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh trên nền tảng mô hình hóa thông tin công trình (BIM) và xây dựng mô hình điều khiển thực nghiệm cho các hệ thống kỹ thuật chính.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các phân hệ kỹ thuật công trình bao gồm mạng lưới cấp nước sinh hoạt - nước nóng trung tâm, mạng lưới thoát nước thải - thoát nước mưa - chống ngập tầng hầm, hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống điều hòa không khí VRV kết hợp thông gió, hệ thống chiếu sáng, hệ thống cung cấp và phân phối điện hạ thế, cùng mô hình điều khiển tự động DDC.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng có diện tích $451{,}1 \text{ m}^2$, diện tích xây dựng $217{,}0 \text{ m}^2$ (mật độ xây dựng $48{,}1%$), hệ số sử dụng đất 6,99 lần. Quy mô công trình gồm 14 tầng nổi và 2 tầng hầm, chiều cao xây dựng $48{,}8 \text{ m}$ (tính từ nền sân nội bộ là $50 \text{ m}$), khoảng lùi công trình $5 \text{ m}$ so với chỉ giới đường đỏ theo Công văn số 4779/SQHKT-QHKTT ngày 28/9/2017. Tổng diện tích sàn xây dựng phần nổi đạt $3.154 \text{ m}^2$, tổng diện tích sàn toàn công trình (cả hầm) là $3.882 \text{ m}^2$. Công suất thiết kế phục vụ gồm 20 giường bệnh nội trú và 200 nhân viên y tế, người làm việc.
  • Phạm vi thời gian và điều kiện khí hậu: Dữ liệu tính toán áp dụng điều kiện tự nhiên tại Thành phố Hồ Chí Minh với đặc trưng hai mùa mưa - khô rõ rệt, nhiệt độ trung bình $27^\circ\text{C}$ (biên độ $13{,}8^\circ\text{C} - 40^\circ\text{C}$), lượng mưa trung bình đạt $1.949 \text{ mm/năm}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng các giải pháp kỹ thuật dựa trên hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng hiện hành cùng các công thức tính toán chuyên ngành cơ điện công trình:

  • Tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng:
    • Cấp thoát nước: Quy chuẩn cấp thoát nước trong nhà và công trình QC CTNVN-2000; Tiêu chuẩn cấp nước bên trong TCVN 4513:1988; Tiêu chuẩn cấp nước bên ngoài TCVN 33:2006; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công trình hạ tầng kỹ thuật thoát nước QCVN 07-02:2016/BXD; Tiêu chuẩn thoát nước bên trong TCVN 4474:1987; Tiêu chuẩn thoát nước mạng lưới bên ngoài TCXDVN 51:2008.
    • Phòng cháy chữa cháy: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình QCVN 06:2021/BXD, QCVN 06:2022/BXD; Tiêu chuẩn PCCC cho nhà và công trình TCVN 2622:1995.
    • Nước nóng và điều hòa không khí: Sổ tay kỹ thuật AIRAH (AIRAH Technical Handbook); phương pháp tính cân bằng nhiệt - ẩm theo Carrier; tiêu chuẩn Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC); các thông tư liên quan gồm Thông tư Bộ Y tế (TT-BYT) và Thông tư 39 Bộ Công Thương (TT-39-BCT).
  • Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật:
    • Phương pháp tính toán thủy lực cấp nước: Xác định tổng đương lượng thiết bị vệ sinh ($N$), tính toán lưu lượng theo công thức tiêu chuẩn $Q_{tt} = \alpha \times 0{,}2 \times \sqrt{N}$ (với $\alpha = 1{,}4$ đối với bệnh viện); tính toán tổn thất cột áp dọc đường theo công thức Hazen-Williams với hệ số nhám $C = 150$ đối với ống kim loại và tra biểu đồ thủy lực cho ống nhựa PP-R.
    • Phương pháp tính nhiệt - ẩm công trình: Xác định nhiệt bức xạ qua kính, nhiệt truyền qua kết cấu bao che (tường $200 \text{ mm}$, tường $100 \text{ mm}$, sàn bê tông, mái), nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng, nhiệt do thiết bị, nhiệt do người tỏa ra, dòng nhiệt do gió tươi mang vào và gió lọt. Phân tích các thông số nhiệt hiện phòng (RSHF - $\varepsilon_{hf}$), nhiệt hiện tổng (GSHF - $\varepsilon_{ht}$), hệ số đi vòng ($\varepsilon_{bf}$), nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF - $\varepsilon_{hef}$) trên đồ thị $t - d$.
    • Phương pháp tính toán chiếu sáng và phụ tải điện: Phương pháp hệ số sử dụng quang thông, tính toán công suất đặt, xác định dòng điện tính toán, kiểm tra sụt áp, tính toán ngắn mạch từ máy biến áp đến tủ phân phối và lựa chọn dung lượng tụ bù công suất phản kháng.
  • Ứng dụng công cụ kỹ thuật số và phần mềm chuyên dụng:
    • Phần mềm Daikin Heatload dùng để mô phỏng và tính tải nhiệt, tải lạnh chi tiết cho từng không gian chức năng.
    • Phần mềm Ductsize và Ashrae Duct Fitting Database dùng để tính toán kích thước đường ống gió và tổn thất áp lực qua phụ kiện ống gió; phần mềm Fantech hỗ trợ tính chọn quạt thông gió.
    • Phần mềm DIALux dùng để mô phỏng phân bố độ rọi và kiểm tra độ rọi thiết kế cho các phòng chức năng y tế (điển hình phòng cấp cứu tầng 1).
    • Phần mềm Autodesk Revit được ứng dụng để dựng mô hình không gian 3D kiến trúc, bố trí thiết bị MEP và kiểm tra xung đột kỹ thuật (Clash Detection).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai thiết kế chi tiết các phân hệ kỹ thuật công trình tòa nhà kết hợp xây dựng mô hình điều khiển phần cứng thực nghiệm:

  • Mạng lưới cấp nước sinh hoạt và nước nóng: Áp lực mạng lưới bên ngoài $H_{ngoài} = 20 \text{ m}$ cột nước, trong khi áp lực cần thiết của công trình $H_{ct} = 54{,}1 \text{ m}$ cột nước ($H_{ct} > H_{ngoài}$), do đó tác giả lựa chọn sơ đồ cấp nước gián tiếp. Nước từ mạng thủy cục dẫn vào bể chứa nước ngầm tầng hầm dung tích $70 \text{ m}^3$ (gồm $12 \text{ m}^3$ nước sinh hoạt và $54 \text{ m}^3$ nước chữa cháy dự trữ trong 3 giờ). Cụm 2 bơm trung chuyển Ebara ($Q_b = 3{,}86 \text{ l/s}$, $H_b = 57 \text{ mH}_2\text{O}$, hoạt động luân phiên 1 chạy 1 dự phòng) bơm đẩy nước lên két nước mái dung tích $4{,}5 \text{ m}^3$. Hệ thống phân phối nước sử dụng đường ống nhựa PP-R (PN10 cho nước lạnh, PN20 cho nước nóng). Tại trục đứng cấp nước, hệ thống van giảm áp được bố trí định kỳ cách nhau 4 - 5 tầng để khống chế áp suất làm việc đầu ra ở mức $1{,}5 \text{ kg/cm}^2$. Đối với các tầng trên cùng (tầng 11 đến 13) có áp lực hình học tự do không đủ, cụm bơm tăng áp Grundfos CMBE 3-62 ($Q_b = 0{,}82 \text{ l/s}$, $H_b = 28 \text{ mH}_2\text{O}$) được thiết kế để cấp nước ổn định. Hệ thống nước nóng trung tâm sử dụng 2 bơm nhiệt Heatpump Mitsubishi CAHV-P500YB-HPB giải nhiệt gió (công suất nhiệt $50 \text{ kW}$/máy, công suất điện $14{,}8 \text{ kW}$), bồn bảo ôn dung tích $3.500 \text{ lít}$ gia nhiệt nước từ $20^\circ\text{C}$ lên $60^\circ\text{C}$ và bơm tuần hoàn Grundfos MAGNA3 40-180 F.
  • Hệ thống thoát nước và chống ngập: Phân chia tách biệt hệ thống thoát nước thải sinh hoạt và thoát nước mưa bằng ống uPVC Tiền Phong. Nước thải từ các thiết bị vệ sinh được thu gom qua hệ thống ống nhánh, ống đứng có ống thông hơi tương ứng, dẫn về bể tự hoại đặt tại tầng hầm 2 trước khi qua trạm xử lý nước thải (STP). Trạm bơm nước thải bể phốt trang bị bơm chìm Ebara BEST 4. Tầng hầm được thiết kế hố thu và trạm bơm chìm thoát nước chống ngập Ebara 150DL 5 7.4 cùng giải pháp cửa chống ngập tại ram dốc.
  • Hệ thống phòng cháy chữa cháy: Báo cháy sử dụng hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ. Hệ thống chữa cháy gồm mạng đường ống ướt chữa cháy vách tường kết hợp hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler bố trí từ tầng hầm đến tầng 14, sử dụng máy bơm chữa cháy Ebara FSA và các họng tiếp nước ngoài nhà.
  • Hệ thống điều hòa không khí và thông gió: Lựa chọn hệ thống điều hòa trung tâm VRV kết hợp dàn lạnh FCU giấu trần nối ống gió (Ceiling Concealed) và thiết bị thông gió thu hồi nhiệt HRV. Hệ thống thông gió cơ khí gồm quạt cấp gió tươi, hệ thống quạt hút khói hành lang và tầng hầm, quạt hút mùi nhà vệ sinh, hệ thống quạt tăng áp buồng thang bộ thoát hiểm N2 và giếng thang máy.
  • Hệ thống điện công trình: Cung cấp nguồn từ máy biến áp dầu Thibidi công suất $320 \text{ kVA}$, máy phát điện dự phòng Denyo DCA-125SPK3, tủ tụ bù tự động hạ thế, hệ thống aptomat và thiết bị đóng cắt của hãng LS, hệ thống nối đất an toàn và kim thu sét đánh thẳng.
  • Triển khai mô hình điều khiển thực nghiệm (BMS/DDC): Xây dựng mô hình phần cứng tích hợp trang thiết bị công trình sử dụng bộ điều khiển lập trình DDC-C46. Mô hình kết nối cụm bơm trung chuyển, chuông báo cháy, nút nhấn khẩn, hệ thống đèn chiếu sáng Downlight và cảm biến chuyển động. Vận hành và giám sát thông qua phần mềm DDC Configurator với các giao diện chức năng chuyên biệt: Monitoring, Configurator và Remote Settings.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về dự án

Chương này trình bày thông tin quy hoạch, địa lý, đặc điểm tự nhiên và quy mô kiến trúc của dự án Bệnh viện sản Hiếm muộn Sài Gòn tại số 460 Nguyễn Thị Minh Khai, Phường 2, Quận 3, TP.HCM. Tác giả tổng hợp bảng cơ cấu diện tích sàn, mật độ xây dựng và phân chia công năng chi tiết từng tầng: tầng hầm 1 và 2 bố trí bãi xe, phòng bơm, phòng điện MSB, phòng xử lý nước thải và bể tự hoại; tầng 1 bố trí sảnh tiếp đón, phòng cấp cứu, nhà thuốc; tầng 2 đến tầng 5 là khu vực khám chuyên khoa nhi, khám sản, phòng thủ thuật; tầng 6 đến tầng 8 là khu điều trị nội trú; tầng 9 là khu ăn uống và mini shop; tầng 10 đến tầng 13 bố trí khối văn phòng làm việc, phòng họp lớn, ban giám đốc; tầng 14 và mái bố trí các phòng kỹ thuật và thiết bị trung tâm.

Chương 2: Hệ thống cấp nước

Nội dung chương tập trung tính toán nhu cầu sử dụng nước và thiết kế chi tiết mạng lưới cấp nước gián tiếp. Nhu cầu nước sinh hoạt tính toán đạt $8 \text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ (dựa trên 20 giường bệnh với tiêu chuẩn $250 \text{ l/giường.ngày}$ và 200 nhân viên với $15 \text{ l/người.ngày}$). Tổng số lượng thiết bị vệ sinh gồm 55 hố xí, 82 lavabo, 22 hương sen và 8 âu tiểu, tương ứng tổng đương lượng tính toán toàn công trình $N = 190$, xác định lưu lượng tính toán $Q_{tt} = 3{,}86 \text{ l/s}$ ($13{,}89 \text{ m}^3\text{/h}$). Tác giả tính chọn đồng hồ đo nước kiểu tuốc bin cỡ DN 80, thiết kế bể chứa nước ngầm bê tông cốt thép $70 \text{ m}^3$ (kích thước $7 \text{ m} \times 5 \text{ m} \times 2 \text{ m}$), két nước mái $4{,}5 \text{ m}^3$. Chương cũng trình bày tính toán áp lực thủy tĩnh, bố trí van giảm áp trục đứng, tính toán tổn thất thủy lực từng đoạn ống nhánh tầng 1, tính chọn cụm 2 bơm trung chuyển Ebara ($Q_b = 3{,}86 \text{ l/s}$, $H_b = 57 \text{ mH}_2\text{O}$), cụm bơm tăng áp Grundfos CMBE 3-62 ($Q_b = 0{,}82 \text{ l/s}$, $H_b = 28 \text{ mH}_2\text{O}$) cho tầng 11 - 13, tính toán hệ thống cấp nước nóng trung tâm sử dụng 2 bơm nhiệt Heatpump Mitsubishi CAHV-P500YB-HPB ($50 \text{ kW}$) cùng bồn bảo ôn $3.500 \text{ lít}$.

Chương 3: Hệ thống thoát nước

Chương 3 thiết lập các giải pháp thoát nước sinh hoạt, thoát nước mưa và thoát nước chống ngập úng tầng hầm. Tác giả vạch tuyến mạng lưới, tra bảng đường kính tối thiểu, tính toán thủy lực ống nhánh, ống đứng thu gom và ống thông hơi khu vực vệ sinh theo tiêu chuẩn QCCTN-2000 và TCVN 4474:1987. Bể tự hoại được bố trí ngầm tại tầng hầm 2 kèm trạm bơm nước thải sử dụng bơm chìm Ebara BEST 4. Hệ thống thoát nước mưa được tính toán dựa trên cường độ mưa $q_5$ của TP.HCM và diện tích mái. Hệ thống thoát nước chống úng ngập tầng hầm bao gồm hố thu, trạm bơm chìm Ebara 150DL 5 7.4 và phân tích so sánh giải pháp lắp đặt cửa chống ngập cơ học tại lối vào ram dốc.

Chương 4: Thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy

Chương này xây dựng phương án PCCC theo quy chuẩn QCVN 06:2021/BXD, QCVN 06:2022/BXD và TCVN 2622:1995. Tác giả lựa chọn sơ đồ báo cháy tự động theo địa chỉ; thiết kế hệ thống chữa cháy vách tường với lưu lượng họng nước chữa cháy $2{,}5 \text{ l/s}$ và thời gian chữa cháy 3 giờ (tổng dung tích nước chữa cháy $54 \text{ m}^3$). Thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler bao gồm việc chọn hệ số $K$ của đầu phun, tính toán thủy lực đường ống nhánh và ống đứng chính, bố trí van điều khiển và tính chọn cụm máy bơm chữa cháy chính Ebara FSA kết hợp họng tiếp nước ngoài nhà.

Chương 5: Tổng quan về điều hòa không khí

Chương 5 phân tích tầm quan trọng của hệ thống HVAC trong công trình y tế, so sánh các hệ thống điều hòa cục bộ, trung tâm Chiller giải nhiệt nước và hệ thống biến dòng môi chất VRV. Tác giả lựa chọn giải pháp điều hòa VRV kết hợp các dàn lạnh FCU giấu trần nối ống gió (Ceiling Concealed) và thiết bị thông gió thu hồi nhiệt HRV. Các thông số vi khí hậu thiết kế được xác lập cụ thể: nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời tra cứu theo điều kiện khí hậu TP.HCM, điều kiện tiện nghi trong nhà lựa chọn theo trạng thái lao động nhẹ và nghỉ ngơi của bệnh nhân.

Chương 6: Tính toán nhiệt thừa và ẩm thừa trong công trình

Chương 6 trình bày phương pháp giải tích tính toán chi tiết từng thành phần nhiệt thừa và ẩm thừa: dòng nhiệt bức xạ qua kính ($Q_{11}$), nhiệt truyền qua kết cấu mái ($Q_{21}$), nhiệt truyền qua vách bao che ($Q_{22}$), nhiệt truyền qua nền ($Q_{23}$), nhiệt tỏa từ nguồn chiếu sáng ($Q_{31}$, $Q_{32}$), nhiệt do người tỏa ra ($Q_4$), nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_{hn}$, $Q_{an}$), nhiệt do không khí lọt ($Q_5$) và các tổn thất phụ khác ($Q_6$). Tác giả thiết lập công thức tính ẩm thừa và tính kiểm tra điều kiện không đọng sương trên bề mặt vách.

Chương 7: Tính toán công suất lạnh và tính chọn thiết bị cho công trình

Chương này xác định các hệ số đặc trưng của chu trình không khí gồm hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF), hệ số đi vòng của dàn coil ($\varepsilon_{bf}$), hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF) và biểu diễn các điểm trạng thái trên đồ thị $t - d$. Tác giả sử dụng phần mềm Daikin Heatload để nhập kết cấu công trình, thiết lập hệ số truyền nhiệt, nhiệt độ thiết kế và tính toán công suất lạnh cho từng phòng chức năng. Từ kết quả mô phỏng, tác giả tiến hành lựa chọn danh mục dàn lạnh FCU, chọn công suất các tổ hợp dàn nóng VRV đặt trên tầng mái, chọn tiết diện đường ống dẫn gas, bộ chia gas (Refnet Joint) và đường ống thoát nước ngưng.

Chương 8: Hệ thống thông gió

Nội dung chương trình bày cơ sở thiết kế và tính toán lưu lượng các phân hệ thông gió: hệ thống cấp gió tươi cho không gian điều hòa, hệ thống thông gió hút mùi nhà vệ sinh, hệ thống hút khói sự cố cho hành lang và tầng hầm, hệ thống quạt tăng áp cho buồng thang bộ thoát hiểm N2 và giếng thang máy nhằm đảm bảo lối thoát nạn an toàn khi xảy ra hỏa hoạn. Tác giả sử dụng phần mềm Ductsize để xác định kích thước tiết diện ống gió, tra cứu cơ sở dữ liệu ASHRAE Duct Fitting Database để tính tổn thất áp lực qua phụ kiện và ứng dụng phần mềm Fantech để lựa chọn chủng loại miệng gió (miệng khuếch tán vuông Reetech, miệng sọt trứng Star duct) và quạt thông gió.

Chương 9: Thiết kế chiếu sáng

Chương 9 xác định tiêu chuẩn chiếu sáng y tế, lựa chọn chủng loại đèn LED tiết kiệm năng lượng và phương thức điều khiển. Tác giả thực hiện tính toán thiết kế mạng lưới chiếu sáng thông thường và hệ thống đèn chỉ dẫn thoát nạn, đèn chiếu sáng sự cố (mã hiệu KC04 và CD01). Thiết kế chiếu sáng cho không gian điển hình (phòng cấp cứu tầng 1) được tính toán kiểm tra và mô phỏng trên phần mềm DIALux để xác nhận sự đồng đều quang thông và đạt chuẩn độ rọi yêu cầu.

Chương 10: Xác định nhu cầu phụ tải

Chương 10 tính toán toàn diện nhu cầu sử dụng điện của tòa nhà: phụ tải chiếu sáng, phụ tải ổ cắm, phụ tải hệ thống điều hòa không khí VRV và phụ tải động lực (thang máy, máy bơm cấp thoát nước, bơm PCCC, quạt tăng áp và hút khói). Dựa trên tổng phụ tải tính toán, tác giả tính chọn máy biến áp dầu Thibidi công suất $320 \text{ kVA}$, máy phát điện diesel dự phòng Denyo DCA-125SPK3 bảo đảm cấp điện cho các phụ tải ưu tiên, tính toán dung lượng tụ bù hạ thế, chọn tiết diện dây cáp dẫn điện, dây tiếp địa PE, tính toán dòng ngắn mạch từ máy biến áp đến các tủ điện tầng và thiết kế hệ thống nối đất an toàn kết hợp hệ thống chống sét đánh thẳng.

Chương 11: Triển khai bản vẽ bằng phần mềm Revit

Nội dung chương trình bày quy trình ứng dụng phần mềm Autodesk Revit để xây dựng mô hình BIM 3D của dự án. Quy trình bao gồm: dựng mô hình không gian kiến trúc 3D, triển khai mô hình hóa các tuyến ống và thiết bị điện, cấp thoát nước, HVAC, phối hợp đa bộ môn và thực hiện kiểm tra, xử lý các điểm va chạm không gian (clash detection) trước khi xuất danh mục bản vẽ kỹ thuật thi công.

Chương 12: Thống kê vật tư thiết bị

Chương 12 bóc tách và tổng hợp bảng tiên lượng, khối lượng vật tư, chủng loại thiết bị của toàn bộ các hệ thống cơ điện (ống nước PP-R, ống uPVC, van khóa, đồng hồ đo nước, máy bơm, dàn lạnh FCU, dàn nóng VRV, miệng gió, quạt gió, dây cáp điện, tủ điện, thiết bị đóng cắt và đèn chiếu sáng) phục vụ công tác lập dự toán và chuẩn bị thi công.

Chương 13: Thiết kế hệ thống trang thiết bị cho công trình

Chương 13 (thuộc Phần II của đồ án) tập trung nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển phần cứng thực nghiệm trang thiết bị cho công trình. Tác giả giới thiệu cấu trúc sơ đồ khối, tính chọn thiết bị và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển tích hợp: sử dụng bộ điều khiển khả trình DDC-C46 điều khiển cụm bơm cấp nước trung chuyển, kết nối hệ thống báo cháy (nút nhấn khẩn, chuông, đèn báo cháy) và hệ thống chiếu sáng (đèn Downlight gắn nổi kết hợp cảm biến chuyển động). Toàn bộ mô hình được lập trình, cấu hình và giám sát trực quan thông qua phần mềm ứng dụng DDC Configurator với các giao diện: màn hình giám sát (Monitoring), màn hình cấu hình thông số (Configurator) và cài đặt điều khiển từ xa (Remote Settings).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán, thiết kế và mô hình hóa hệ thống kỹ thuật MEP cho công trình Bệnh viện sản Hiếm muộn Sài Gòn. Các kết quả tính toán kỹ thuật và thiết bị được lựa chọn cụ thể như sau:

Hệ thống kỹ thuật Thông số tính toán thiết kế Thiết bị chính được lựa chọn
Cấp nước sinh hoạt Nhu cầu: $8 \text{ m}^3\text{/ngày đêm}$; $N = 190$; $Q_{tt} = 3{,}86 \text{ l/s}$; $H_{ct} = 54{,}1 \text{ m}$ Đồng hồ đo nước tuốc bin DN 80; Bể ngầm $70 \text{ m}^3$; Két nước mái $4{,}5 \text{ m}^3$; Ống PP-R PN10; 02 bơm trung chuyển Ebara ($Q_b = 3{,}86 \text{ l/s}$, $H_b = 57 \text{ mH}_2\text{O}$)
Tăng áp & Nước nóng Bơm tăng áp tầng 11-13: $Q_b = 0{,}82 \text{ l/s}$, $H_b = 28 \text{ mH}_2\text{O}$; Nhu cầu nước nóng $3.212{,}5 \text{ lít}$ 02 bơm tăng áp Grundfos CMBE 3-62; 02 Heatpump giải nhiệt gió Mitsubishi CAHV-P500YB-HPB ($50 \text{ kW}$); Bơm tuần hoàn Grundfos MAGNA3 40-180 F; Bồn bảo ôn $3.500 \text{ lít}$; Ống PP-R PN20
Thoát nước & Xử lý Nước thải sinh hoạt theo trục thu gom; bơm hầm và bể phốt Bơm chìm bể phốt Ebara BEST 4; Bơm chìm thoát nước chống ngập hầm Ebara 150DL 5 7.4; Ống thoát uPVC Tiền Phong
PCCC Báo cháy địa chỉ; Chữa cháy vách tường ($2{,}5 \text{ l/s}$, $54 \text{ m}^3$) & Sprinkler tự động Bơm chữa cháy Ebara FSA; Đầu phun Sprinkler tự động; Tủ chữa cháy vách tường; Họng tiếp nước ngoài nhà
HVAC & Thông gió Hệ thống VRV kết hợp FCU giấu trần nối ống gió; Thu hồi nhiệt HRV; Gió tươi, hút khói sự cố, tăng áp thang N2 Dàn lạnh FCU Ceiling Concealed; Thiết bị hồi nhiệt HRV; Dàn nóng VRV Daikin; Quạt Fantech; Miệng gió Reetech, Star duct
Cung cấp điện Phụ tải chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa, thang máy, máy bơm, quạt khói Máy biến áp dầu Thibidi $320 \text{ kVA}$; Máy phát dự phòng Denyo DCA-125SPK3; Thiết bị đóng cắt CB hãng LS; Đèn sự cố KC04, CD01
Điều khiển tự động Mô hình điều khiển tích hợp giám sát bơm, chiếu sáng, báo cháy Bộ điều khiển lập trình DDC-C46; Cảm biến chuyển động; Đèn Downlight nổi trần; Phần mềm điều khiển DDC Configurator

Các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do nhóm tác giả đề xuất:

  • Ứng dụng giải pháp cấp nước phân vùng: Phối hợp linh hoạt giữa cấp nước tự chảy từ két mái kết hợp van giảm áp ở các tầng dưới và bơm tăng áp biến tần ở 3 tầng sát mái, giúp duy trì ổn định áp suất làm việc tại các đầu vòi ($1{,}5 \text{ kg/cm}^2$), chống hiện tượng búa nước và bảo vệ thiết bị vệ sinh.
  • Sử dụng công nghệ bơm nhiệt Heatpump kết hợp bình bảo ôn trung tâm thay thế bình nóng lạnh cục bộ, giúp tiết kiệm đáng kể điện năng tiêu thụ và loại trừ nguy cơ rò rỉ điện trong môi trường ẩm ướt của bệnh viện.
  • Tích hợp công cụ BIM (Revit) vào quy trình thiết kế đa bộ môn MEP giúp phát hiện sớm các xung đột giữa đường ống gió, ống cấp thoát nước và máng cáp điện, hạn chế tối đa sai sót khi thi công thực tế.
  • Xây dựng mô hình điều khiển thực nghiệm phần cứng DDC-C46 và phần mềm DDC Configurator nhằm kiểm chứng tính khả thi của hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) trong việc tự động hóa giám sát bơm nước, báo cháy và chiếu sáng thông minh.

Đóng góp của đồ án:

  • Hoàn thiện bộ hồ sơ tính toán và bản vẽ kỹ thuật chi tiết cho một công trình y tế chuyên khoa đặc thù (bệnh viện sản hiếm muộn), đáp ứng đồng thời các tiêu chuẩn khắt khe về kỹ thuật vệ sinh, vi khí hậu và an toàn sinh mạng.
  • Kết hợp thành công giữa phương pháp tính toán giải tích lý thuyết với việc ứng dụng các phần mềm kỹ thuật tiên tiến (Daikin Heatload, DIALux, Ductsize, Fantech, Revit) và kiểm chứng thực nghiệm thông qua mô hình điều khiển DDC.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Tính toán phụ tải lạnh và thông gió chủ yếu dựa trên các thông số vận hành tiêu chuẩn theo thiết kế giả định, chưa xét đến biến thiên phụ tải thực tế theo mùa và mật độ bệnh nhân dao động lớn trong ngày.
  • Mô hình điều khiển DDC-C46 trong Phần II mới dừng lại ở quy mô mô hình thực nghiệm tích hợp các chức năng điều khiển cơ bản (bơm trung chuyển, cảm biến chiếu sáng và tín hiệu báo cháy), chưa bao quát toàn bộ các vòng lặp điều khiển phức tạp của hệ thống HVAC hay điều khiển BMS tổng thể cho toàn bệnh viện.
  • Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giai đoạn thiết kế kỹ thuật, chưa đi sâu vào đánh giá chi phí vòng đời công trình (LCC) và phân tích hiệu quả kinh tế - tài chính chi tiết của phương án đầu tư thiết bị.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng thuật toán điều khiển tự động trên bộ điều khiển DDC để tối ưu hóa việc điều khiển lưu lượng môi chất và kiểm soát áp suất phòng sạch, phòng mổ và khu vực cách ly của bệnh viện.
  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh (BEMS) kết hợp cảm biến đo đạc thời gian thực để tự động phân tích và giảm phát thải carbon trong suốt vòng đời vận hành công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Hệ thống kỹ thuật công trình xây dựng, Kỹ thuật Cơ điện (MEP), Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng và Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa làm tài liệu tham khảo cho đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp hoặc các nghiên cứu liên quan đến tòa nhà y tế.
  • Các kỹ sư thiết kế MEP trẻ cần tìm hiểu phương pháp tính toán thủy lực cấp thoát nước nhà cao tầng, quy trình tính tải lạnh bằng Daikin Heatload, thiết kế chiếu sáng bằng DIALux và triển khai mô hình phối hợp BIM/Revit.
  • Các phần đáng tham khảo đặc biệt trong tài liệu:
    • Phương pháp phân vùng áp lực và tính chọn van giảm áp, bơm tăng áp và trạm nước nóng Heatpump trung tâm (Chương 2).
    • Quy trình phân tích các thành phần nhiệt thừa, ẩm thừa và biểu diễn chu trình không khí trên đồ thị $t - d$ (Chương 6 và Chương 7).
    • Bản vẽ chi tiết và sơ đồ nguyên lý các hệ thống cơ điện (Danh mục bản vẽ P, PC, M, E).
    • Quy trình kết nối phần cứng và lập trình cấu hình bộ điều khiển DDC-C46 qua phần mềm DDC Configurator (Chương 13).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình Bệnh viện sản Hiếm muộn Sài Gòn phải lựa chọn sơ đồ cấp nước gián tiếp thay vì cấp nước trực tiếp?
Áp lực đường ống cấp nước thủy cục bên ngoài qua khảo sát chỉ đạt $20 \text{ m}$ cột nước, trong khi áp lực cần thiết để cấp nước lên đến thiết bị cao nhất của công trình 14 tầng là $H_{ct} = 54{,}1 \text{ m}$ cột nước ($H_{ct} > H_{ngoài}$). Do áp lực bên ngoài không đủ đưa nước lên các tầng trên và thường xuyên biến động, sơ đồ cấp nước gián tiếp (qua bể ngầm $70 \text{ m}^3$, bơm trung chuyển lên két nước mái $4{,}5 \text{ m}^3$ rồi phân phối xuống) được lựa chọn để đảm bảo tính an toàn và cung cấp nước liên tục cho bệnh viện.

2. Giải pháp khắc phục sự chênh lệch áp lực nước giữa các tầng cao và tầng thấp trong tòa nhà được thiết kế như thế nào?
Tại các tầng thấp, áp lực thủy tĩnh từ két nước mái rất lớn nên tác giả bố trí các van giảm áp lắp đặt định kỳ trên trục đứng cấp nước (cứ cách 4 - 5 tầng bố trí một van) nhằm khống chế áp suất làm việc đầu ra ở mức $1{,}5 \text{ kg/cm}^2$. Ngược lại, tại các tầng sát mái (tầng 11 đến tầng 13) do độ chênh cao hình học nhỏ dẫn đến áp lực tự do không đủ, hệ thống trang bị cụm 2 máy bơm tăng áp biến tần Grundfos CMBE 3-62 ($Q_b = 0{,}82 \text{ l/s}$, $H_b = 28 \text{ mH}_2\text{O}$) hoạt động luân phiên để cấp đủ áp lực cho thiết bị.

3. Hệ thống nước nóng trung tâm của bệnh viện sử dụng công nghệ gì và thông số thiết bị ra sao?
Hệ thống nước nóng trung tâm sử dụng công nghệ bơm nhiệt (Heatpump) giải nhiệt gió Mitsubishi CAHV-P500YB-HPB gồm 2 máy, mỗi máy có công suất sinh nhiệt $50 \text{ kW}$ (công suất điện $14{,}8 \text{ kW}$). Hệ thống kết hợp với bồn bảo ôn dung tích $3.500 \text{ lít}$ gia nhiệt nước từ $20^\circ\text{C}$ lên $60^\circ\text{C}$ và bơm tuần hoàn Grundfos MAGNA3 40-180 F để duy trì tuần hoàn nước nóng liên tục.

4. Nguồn điện cấp cho bệnh viện được thiết kế gồm những thiết bị chính nào để bảo đảm cấp điện liên tục?
Nguồn điện chính được cấp từ máy biến áp dầu Thibidi công suất $320 \text{ kVA}$. Để đảm bảo cấp điện liên tục cho các phụ tải ưu tiên (phòng cấp cứu, thang máy, máy bơm PCCC, hệ thống chiếu sáng sự cố) khi xảy ra sự cố mất điện lưới, công trình được trang bị 1 máy phát điện diesel dự phòng Denyo DCA-125SPK3 kết hợp tủ chuyển nguồn tự động và hệ thống tủ tụ bù hạ thế.

5. Mô hình điều khiển thực nghiệm ở Chương 13 sử dụng thiết bị phần cứng và phần mềm nào?
Mô hình thực nghiệm sử dụng bộ điều khiển lập trình trung tâm DDC-C46 để kết nối, điều khiển hệ thống bơm trung chuyển, đèn chiếu sáng Downlight kết hợp cảm biến chuyển động và các thiết bị báo cháy (nút nhấn khẩn, chuông, đèn báo). Hệ thống được lập trình, cấu hình và giám sát thông qua phần mềm DDC Configurator với ba màn hình chức năng: Monitoring, Configurator và Remote Settings.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán, thiết kế hệ thống kỹ thuật cho Bệnh viện sản Hiếm muộn Sài Gòn" đã giải quyết đồng bộ và hoàn chỉnh các bài toán kỹ thuật MEP cho một công trình y tế chuyên khoa cao 14 tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Các giải pháp tính toán từ cấp thoát nước, điều hòa không khí VRV, PCCC đến hệ thống phân phối điện đều tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Điểm nổi bật của đề tài là việc ứng dụng hiệu quả công nghệ mô hình hóa thông tin công trình (BIM/Revit) kết hợp xây dựng thành công mô hình điều khiển thực nghiệm DDC-C46, mang lại giá trị thực tiễn cao cho công tác thiết kế và vận hành tòa nhà hiện đại.