Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật công trình tổng thể cho dự án chung cư cao cấp Ascent Lakeside, tọa lạc tại Đại lộ Nguyễn Văn Linh, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh. Đây là khu phức hợp nhà ở kết hợp thương mại dịch vụ quy mô lớn, đòi hỏi hệ thống cơ điện (MEP - Mechanical, Electrical, Plumbing) phải vận hành đồng bộ, an toàn và tối ưu hóa diện tích sử dụng kỹ thuật.

Về quy mô vật lý, công trình được xây dựng trên khu đất có diện tích hơn 2.900 m², quy mô 23 tầng nổi (trong đó có 22 tầng căn hộ, dịch vụ và 1 tầng kỹ thuật - sân thượng) cùng 2 tầng hầm (B1 và B2). Chiều cao tầng hầm B1 và B2 là 3,0 m; tầng 1 cao 5,0 m; các tầng điển hình từ tầng 2 đến tầng 22 cao 3,0 m; tầng 23 cao 5,0 m; cốt nền hoàn thiện tầng 1 là ±0.00. Quy mô dân số thiết kế dự kiến của toàn tòa nhà là 800 người.

Mục tiêu chính của đề tài là đề xuất phương án, tính toán kỹ thuật chi tiết các hệ thống cơ điện, triển khai bản vẽ kỹ thuật, mô hình hóa thông tin công trình (BIM) và chế tạo mô hình thực nghiệm mô phỏng vận hành. Để đạt được mục tiêu này, nhóm tác giả xác định 7 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số trong văn bản:

  1. Tính toán thiết kế hệ thống cấp, thoát nước và xử lý nước hồ bơi.
  2. Tính toán thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy (báo cháy tự động, chữa cháy vách tường, Sprinkler, Drencher).
  3. Tính toán hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC), bao gồm kiểm soát khói và tăng áp cầu thang.
  4. Tính toán hệ thống cung cấp điện động lực, chiếu sáng, trạm biến áp, máy phát dự phòng, chống sét và nối đất.
  5. So sánh, phân tích các giải pháp kỹ thuật để lựa chọn phương án tối ưu cho công trình.
  6. Thể hiện các bộ bản vẽ kỹ thuật chuyên ngành tương ứng cho từng phân hệ.
  7. Lập bảng tiên lượng, thống kê khối lượng vật tư và thiết bị cơ điện cho toàn dự án.

Phạm vi nghiên cứu không gian bao quát toàn bộ khối đế, tầng hầm, các căn hộ điển hình (officetel, 1 phòng ngủ, 2 phòng ngủ, 3 phòng ngủ, penthouse), khu tiện ích công cộng và tầng mái của dự án Ascent Lakeside. Phạm vi thời gian thực hiện nghiên cứu kéo dài từ tháng 08/2023 đến tháng 12/2023 tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Hạng mục khu vực Diện tích (m²) Số lượng / Cơ cấu công năng
Căn hộ Officetel 69 m²/căn Khối văn phòng kết hợp lưu trú
Căn hộ 1 phòng ngủ 32 m²/căn Khối căn hộ tiêu chuẩn
Căn hộ 2 phòng ngủ 88 m²/căn Khối căn hộ gia đình
Căn hộ 3 phòng ngủ - 28 căn
Căn hộ Penthouse 180 m²/căn 4 căn tại tầng cao
Tầng 1 (Đế dịch vụ) 988 m² sàn chức năng Thương mại - DV - Ngân hàng (377 m²), Siêu thị (64 m²), BQL (36 m²), SHCĐ & sảnh (213 m²), Nhà giữ trẻ (192 m²), Phòng KT (70 m²)
Tầng 2 261 m² Phòng tập Gym (170 m²), Hành lang & kỹ thuật (91 m²)
Tầng 3 - 21 2.149 m² sàn kỹ thuật/HL Khối căn hộ ở và hệ thống hành lang, thang bộ
Tầng 22 421 m² Phòng sinh hoạt cộng đồng, phòng kỹ thuật, hành lang
Tầng 23 (Tầng thượng) 951 m² Cà phê sân vườn, Yoga, tiểu cảnh (552 m²), Hồ bơi (320 m²), Kỹ thuật (79 m²)
Tầng hầm B1 & B2 2.216 m² (B1), 2.019 m² (B2) Bãi đậu xe, trạm bơm nước, bể ngầm, trạm biến áp, phòng máy phát điện

Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp thiết kế

Khung pháp lý và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật

Đồ án xây dựng các giải pháp kỹ thuật dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành:

  • Cấp thoát nước: QCCTNVN - 2000 (Quy chuẩn cấp thoát nước trong nhà và công trình); TCXDVN 33-2006 (Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 4513-1988 (Cấp nước bên trong - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 4519-1988 (Hệ thống cấp thoát nước bên trong nhà và công trình - Quy phạm thi công và nghiệm thu).
  • Phòng cháy chữa cháy: Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống báo cháy tự động và hệ thống chữa cháy vách tường, tiêu chuẩn hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler và màn ngăn cháy Drencher theo quy chuẩn an toàn cháy cho nhà và công trình.
  • Hệ thống HVAC: Phương pháp tính cân bằng nhiệt ẩm Carrier; quy chuẩn thông gió và kiểm soát khói nhà cao tầng.
  • Hệ thống cung cấp điện và chống sét: Tiêu chuẩn an toàn điện hạ áp, quy phạm trang bị điện, phương pháp tính toán phụ tải theo hệ số đồng thời, tiêu chuẩn nối đất an toàn và tiêu chuẩn chống sét bảo vệ công trình (phương pháp bán kính bảo vệ của kim phát xạ sớm ESE).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán

Nhóm tác giả kết hợp các phương pháp tính toán kỹ thuật truyền thống với các công cụ phần mềm chuyên dụng:

  • Phương pháp tính toán thủy lực: Xác định đương lượng cấp thoát nước của từng loại thiết bị vệ sinh, tính toán đường kính ống danh định, vận tốc dòng chảy, áp lực thủy tĩnh, tổn thất cột áp dọc đường và tổn thất cục bộ trên hệ thống ống đứng, ống nhánh.
  • Phương pháp cân bằng nhiệt: Xác định tải lạnh bằng phương pháp Carrier, phân tích 6 thành phần phụ tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn (nhiệt bức xạ qua kính $Q_{11}$, truyền nhiệt qua kết cấu bao che $Q_2$, nhiệt tỏa từ thiết bị điện $Q_3$, nhiệt tỏa ra từ người $Q_4$, nhiệt do gió tươi mang vào $Q_N$, nhiệt do gió lọt $Q_5$ và thất thoát khác $Q_6$). Sử dụng phần mềm Daikin Heat Load để kiểm tra, đối chứng kết quả tính toán; sử dụng phần mềm Fantech để tính chọn quạt hút khói và cấp khí tươi; sử dụng Duct Checker Pro để tính kích thước đường ống gió và xác định tổn thất áp lực.
  • Phương pháp giải tích điện động lực: Tính toán phụ tải tính toán theo nhóm phụ tải, xác định dòng điện ngắn mạch sau máy biến áp, tại thanh cái tủ điện tổng MSB và thanh cái tủ hòa đồng bộ SYN; tính toán sụt áp đường dây cáp và thanh dẫn Busway; tính toán điện trở nối đất xung của hệ thống bọc đồng tiếp địa.
  • Phương pháp mô hình hóa thông tin công trình (BIM): Sử dụng phần mềm Autodesk Revit để triển khai mô hình 3D cho toàn bộ hệ thống MEP, kiểm tra xung đột không gian (clash detection) với hệ thống kết cấu và kiến trúc.
  • Phương pháp thực nghiệm vật lý: Chế tạo sa bàn mô hình thu nhỏ bằng vật liệu formex, tích hợp mạch điều khiển phần cứng (cảm biến khói 5V, linh kiện bán dẫn Thyristor, Relay trung gian 5V) để vận hành thử nghiệm chu trình kích hoạt báo cháy, hút khói và phun nước chữa cháy.

Nội dung chính theo từng phần của đồ án

Phần mở đầu: Tổng quan về công trình

Phần mở đầu trình bày vị trí địa lý, đặc điểm kiến trúc và cơ cấu phân bổ chức năng của tòa nhà Ascent Lakeside. Nhóm tác giả phân tích chi tiết thông số kết cấu bê tông cốt thép kết hợp tường gạch, cao độ các tầng và hệ thống căn hộ đa dạng (từ officetel, căn hộ 1-3 phòng ngủ đến penthouse), làm cơ sở nhập liệu cho toàn bộ các phép tính tải trọng tiêu thụ nước, không khí và điện năng của các phần tiếp theo.

Phần I: Hệ thống cấp thoát nước

Hệ thống cấp nước sinh hoạt được thiết kế dựa trên số liệu áp lực đường ống cấp nước bên ngoài chỉ đạt $H_{\text{ngoài}} = 20\text{ mH}2\text{O}$. Áp lực cần thiết sơ bộ của công trình 22 tầng được tính toán theo công thức: $$H{\text{ct}} = 10 + 4(n - 1) = 10 + 4(22 - 1) = 94\text{ m}$$ Do $H_{\text{ct}} > H_{\text{ngoài}}$ và áp lực bên ngoài không ổn định, tác giả lựa chọn Sơ đồ cấp nước số 3: nguồn nước thành phố dẫn vào bể chứa nước ngầm tại tầng hầm, trạm bơm trung chuyển đẩy nước lên cụm két nước mái, sau đó phân phối tự chảy xuống các tầng dưới kết hợp trạm bơm tăng áp cho các tầng áp mái và van giảm áp cho các tầng thấp.

Hạng mục sử dụng nước Tiêu chuẩn dùng nước Số lượng tính toán Lưu lượng thiết kế ($m^3$/ngày)
Bãi đậu xe hầm B1, B2 1,5 L/m² 4.235 m² 4
Khu thương mại tầng 1 10 L/người/ngày 71 người 4
Căn hộ 1 phòng ngủ 200 L/người/ngày 253 người 20
Căn hộ 2 phòng ngủ (không bồn tắm) 200 L/người/ngày 294 người 59
Căn hộ 2 phòng ngủ (có bồn tắm) 350 L/người/ngày 103 người 103
Căn hộ 3 phòng ngủ 350 L/người/ngày 112 người 39
Căn hộ Penthouse 350 L/người/ngày 20 người 7
Bổ sung nước hồ bơi 10% dung tích hồ 398 m³ thể tích 40
Tổng nhu cầu dùng nước ($Q_{\text{sh.ngày}}$) - - 279 (làm tròn 280 m³/ngày)

Từ tổng lưu lượng sinh hoạt 280 m³/ngày, với hệ số không điều hòa ngày $K_{\text{ngày.max}} = 1,2$, lưu lượng ngày lớn nhất đạt 336 m³/ngày. Hệ số không điều hòa giờ $K_{\text{h.max}} = \alpha_{\text{max}} \cdot \beta_{\text{max}} = 1,5 \times 2,24 = 3,36$ (nội suy cho 800 dân), xác định lưu lượng giờ dùng nước lớn nhất $Q_{\text{h.max}} = 47,04\text{ m}^3/\text{h}$. Dung tích két mái được xác định $Q_{\text{mái}} = 55\text{ m}^3$, đồ án lựa chọn 3 bồn nước inox lắp đặt thông nhau với dung tích 20 m³/bồn (tổng dung tích 60 m³). Bể nước ngầm được thiết kế trữ lượng phục vụ đủ trong 1 ngày đêm (280 m³).

Về kiểm tra áp suất, tại tầng 21, áp suất dư tính toán chỉ đạt $P_d = 1,3\text{ kg/cm}^2$, rơi vào trạng thái thiếu áp lực cấp nước yêu cầu; ngược lại các tầng phía dưới áp suất tăng cao vượt giới hạn cho phép, dẫn đến giải pháp lắp đặt cụm bơm tăng áp Pentax (model Pentax boosterset 2 ultra 2U 18V/L-400/4T) cho các tầng trên cùng và bố trí van giảm áp tại các phân vùng chịu áp lực cao. Ống cấp nước sử dụng ống PPR Tiền Phong và ống thép không gỉ SeAH. Cấp nước nóng sử dụng giải pháp cục bộ bằng bình nước nóng gián tiếp Ariston (bình 50L cho căn hộ 1PN; bình 80L cho căn 2PN và 3PN; penthouse dùng kết hợp 1 bình 80L và 1 bình 30L). Hệ thống thoát nước phân chia riêng biệt nước thải sinh hoạt và nước mưa, bố trí bể tự hoại ngầm, hệ thống máy bơm chìm nước thải Pentax DCT 160 và Pentax DMT 560 thoát nước tầng hầm. Hồ bơi tầng 23 có thể tích 398 m³ được trang bị bình lọc cát chuyên dụng Pentair SD60 và bể cân bằng.

Phần II: Hệ thống phòng cháy chữa cháy

Hệ thống PCCC bao gồm phân hệ báo cháy tự động và phân hệ chữa cháy:

  • Báo cháy tự động: Lựa chọn hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable system) kết hợp tủ điều khiển trung tâm, các đầu báo khói, đầu báo nhiệt gia tăng, nút nhấn báo cháy khẩn cấp và chuông/còi báo động bố trí tại các khu vực sảnh, hành lang và phòng kỹ thuật.
  • Hệ thống chữa cháy: Kết hợp chữa cháy vách tường (trong nhà và ngoài nhà), bình chữa cháy xách tay và hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler ướt bao phủ các căn hộ, diện tích thương mại và tầng hầm. Thiết kế màng ngăn cháy Drencher tại các vị trí phân chia khoang cháy và lối thoát nạn. Trạm bơm chữa cháy gồm bơm chữa cháy chính và bơm duy trì áp lực (bơm Jockey), kết nối với nguồn nước dự trữ phòng cháy độc lập trong bể ngầm.

Phần III: Hệ thống điều hòa không khí, thông gió, tạo áp và hút khói (HVAC)

Hạng mục HVAC giải quyết bài toán tiện nghi vi khí hậu và bảo đảm an toàn thoát nạn khi xảy ra hỏa hoạn:

  • Tính toán phụ tải lạnh: Xác định chi tiết tải nhiệt cho các không gian đặc thù: khu Spa tầng 1, căn hộ Officetel, căn 2 phòng ngủ, căn 3 phòng ngủ và Penthouse. Thiết lập sơ đồ điều hòa không khí trên đồ thị $t-d$, xác định các điểm nút nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng gió thổi và kiểm tra sai số bằng phần mềm Daikin Heat Load.
  • Thiết bị điều hòa: Ứng dụng hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV của Daikin, sử dụng các dàn lạnh loại Cassette âm trần thổi gió đa hướng, tính toán chi tiết kích thước đường ống dẫn gas lạnh và hệ thống ống thoát nước ngưng tụ.
  • Thông gió và kiểm soát khói: Thiết kế hệ thống hút khói sự cố tầng hầm B1, B2 sử dụng quạt hút 2 tốc độ (vận hành thông gió bình thường và chuyển tốc độ cao khi có cháy) cùng hệ thống quạt cấp khí tươi; thiết kế đường ống và miệng hút khói cưỡng bức dọc hành lang các tầng căn hộ; thiết kế hệ thống quạt tăng áp tạo áp suất dương cho buồng thang bộ thoát hiểm loại N3 và giếng thang máy chữa cháy nhằm ngăn khói thâm nhập; tính toán hệ thống hút thải khí độc lập cho khu vực vệ sinh, bếp và phòng rác căn hộ bằng phần mềm Duct Checker Pro.

Phần IV: Hệ thống cung cấp điện và chống sét

Phần này giải quyết bài toán phân phối năng lượng và an toàn điện lực toàn công trình:

  • Phụ tải và nguồn cấp: Xác định nhu cầu phụ tải của khối thương mại, khối căn hộ, phụ tải động lực của phòng bơm, thang máy và hệ thống điều hòa VRV. Lựa chọn dung lượng trạm biến áp hạ thế và máy phát điện xoay chiều dự phòng. Vận hành hệ thống theo khóa liên động giữa máy biến áp và máy phát với 3 trạng thái: trạng thái bình thường (lưới điện cung cấp), trạng thái sự cố mất điện lưới, và trạng thái khi có tín hiệu báo cháy (ưu tiên nguồn điện cho bơm chữa cháy, quạt hút khói, tăng áp và thang máy thoát hiểm).
  • Bù công suất và ngắn mạch: Bố trí hệ thống tủ tụ bù tự động để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$; tính toán dòng ngắn mạch ba pha tại các nút: sau máy biến áp, tại thanh cái tủ phân phối tổng MSB, tại máy phát và thanh cái tủ hòa đồng bộ SYN.
  • Dẫn điện và sụt áp: Thiết kế hệ thống thanh dẫn Busway trục đứng truyền tải điện dọc hộp gen kỹ thuật lên các tầng; lựa chọn tiết diện cáp điện lực và thiết bị đóng cắt aptomat (CB); kiểm tra độ sụt áp trên thanh dẫn Busway, tuyến cáp cấp điện cho bơm nước thải và chiếu sáng tầng hầm B2 đảm bảo trong giới hạn cho phép.
  • Nối đất và chống sét: Lựa chọn kim thu sét phóng điện sớm ESE model NLP 2200 với bán kính bảo vệ $R_p$ bao phủ toàn bộ nóc công trình; thiết kế hệ thống bãi cọc tiếp địa gồm 6 cọc thép bọc đồng đóng sâu liên kết bằng thanh đồng trần, tính toán điện trở nối đất xung bảo đảm giá trị tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn.

Phần V: Chế tạo mô hình thực nghiệm mô phỏng

Nhóm tác giả tiến hành chế tạo mô hình sa bàn kiến trúc vật lý bằng vật liệu formex cắt chuẩn theo tỷ lệ bản vẽ. Trên mô hình thực nghiệm, các phân hệ kỹ thuật được tích hợp thu nhỏ:

  • Mạng lưới đèn LED chiếu sáng kiến trúc và chiếu sáng khẩn cấp.
  • Hệ thống bơm nước mini mô phỏng chu trình cấp nước từ bể ngầm qua bơm trung chuyển lên bồn nước mái và dẫn về thiết bị vệ sinh, xả về bể tự hoại.
  • Mạch điều khiển báo cháy và chữa cháy tự động: Kết nối cảm biến khói 5V, linh kiện bán dẫn Thyristor và Relay trung gian 5V. Khi đầu đo nhận diện khói, tín hiệu kích hoạt mạch đóng ngắt điều khiển còi báo cháy, bật mô hình quạt hút khói hành lang và đóng tiếp điểm cho hệ thống bơm mô phỏng đầu phun Sprinkler xả nước. Văn bản ghi nhận các nhược điểm vận hành của mô hình thực tế như độ nhạy cơ khí, tính ổn định của tiếp điểm relay và hiện tượng rò rỉ tại các đầu nối vi mô.

Phần VI: Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM/Revit)

Đồ án ứng dụng phần mềm Autodesk Revit để số hóa không gian 3D của toàn bộ thiết kế:

  • Mô hình hóa hệ thống đường ống cấp nước, ống thoát nước sinh hoạt, ống thông hơi kết hợp với cấu kiện kiến trúc tại các khu vệ sinh căn hộ, hộp gen tầng kỹ thuật, bể nước mái và trạm bơm trung chuyển.
  • Dựng hình hệ thống đường ống chữa cháy tầng hầm, mạng lưới đầu phun Sprinkler, trạm bơm PCCC ngầm.
  • Bố trí không gian hệ thống điều hòa không khí VRV, kết nối ống gas, mạng lưới đường ống gió hút khói, cấp khí tươi hầm B1, B2 và hành lang căn hộ.
  • Mô phỏng tủ điện MSB, máy biến áp, máy phát điện, thang máng cáp và trục dẫn Busway. Việc phối hợp đa hệ thống trên Revit giúp nhận diện sớm các điểm giao cắt, xung đột cao độ giữa đường ống gió, ống nước với hệ thống dầm sàn chịu lực.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Kiến trúc phân tầng và điều phối năng lượng

Hệ thống kỹ thuật của Ascent Lakeside được phân vùng theo chiều cao và công năng sử dụng để tối ưu hóa thủy lực và truyền dẫn năng lượng:

Phân hệ kỹ thuật Vị trí trung tâm thiết bị Giải pháp công nghệ / Thiết bị lựa chọn Phương thức truyền dẫn & Kiểm soát
Cấp nước sinh hoạt Hầm B2 (Bể ngầm 280 m³), Mái (3 bồn Inox 20 m³) Bơm trung chuyển, Cụm bơm Pentax boosterset 2 ultra 2U 18V/L-400/4T, van giảm áp Bơm đẩy từ hầm lên mái; phân phối trọng lực kết hợp tăng áp tầng cao (tầng 21) và giảm áp tầng thấp
Thoát nước Hầm B2 (Bể tự hoại, hố thu gom) Bơm chìm Pentax DCT 160, Pentax DMT 560, ống PVC Tiền Phong Thoát nước tự chảy các tầng nổi qua ống đứng; bơm nâng áp thoát nước thải tầng hầm
Điều hòa không khí Tầng kỹ thuật / Mái / Ban công Hệ thống VRV Daikin, dàn lạnh Cassette âm trần, máy nước nóng Ariston Mạng ống đồng môi chất lạnh gas R410A/R32, ống thoát nước ngưng PVC
Thông gió & Hút khói Tầng hầm B1, B2, Hành lang, Mái Quạt hút 2 tốc độ Fantech, quạt tăng áp giếng thang Ống gió tôn tráng kẽm, van chặn lửa (FD), cửa gió khuếch tán, phần mềm Duct Checker Pro
Báo cháy & Chữa cháy Phòng điều khiển trung tâm, Bể PCCC Tủ báo cháy địa chỉ, đầu phun Sprinkler, màng ngăn Drencher, vòi vách tường Kích hoạt chuông/còi theo địa chỉ loop; đường ống thép đen tráng kẽm chịu áp lực cao
Cung cấp điện Phòng điện hầm B1, Trục gen kỹ thuật Trạm biến áp hạ thế, máy phát dự phòng, tủ MSB, ATS, tủ hòa SYN, tụ bù Trục thanh dẫn Busway cấp nguồn thẳng đứng, cáp đồng bọc cách điện XLPE/PVC
Chống sét & Tiếp địa Đỉnh mái công trình, Đáy móng hầm B2 Kim thu sét phóng điện sớm NLP 2200, hệ thống 6 cọc đồng tiếp địa Dây cáp đồng trần thoát sét, bán kính bảo vệ $R_p$, điện trở nối đất xung đạt chuẩn

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán và giải pháp kỹ thuật

Đồ án hoàn thành trọn vẹn việc tính toán, thiết kế và mô hình hóa hệ thống cơ điện công trình cho một tòa nhà cao tầng phức hợp với các kết quả cụ thể:

  • Xác lập chính xác nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của toàn công trình là 280 m³/ngày, thiết kế thành công hệ thống bồn chứa nước mái 60 m³ (chia thành 3 bồn Inox 20 m³ vận hành song song linh hoạt), kiểm soát áp lực nước thông qua cụm bơm tăng áp Pentax tại tầng cao (khắc phục mức áp suất dư thiếu hụt $1,3\text{ kg/cm}^2$ tại tầng 21) và bố trí các cụm van giảm áp cho các tầng dưới.
  • Hoàn thiện mạng lưới bảo vệ hỏa hoạn hai cấp độ gồm phát hiện sớm bằng hệ thống báo cháy địa chỉ và khống chế đám cháy bằng mạng lưới chữa cháy vách tường, màng Drencher và đầu phun tự động Sprinkler theo đúng tải lượng lưu lượng và áp lực thủy lực quy định.
  • Tính toán đầy đủ tải lạnh các phòng chức năng bằng phương pháp Carrier và kiểm chứng độ chính xác qua Daikin Heat Load; bố trí hệ thống VRV Daikin dùng dàn lạnh Cassette tiết kiệm diện tích trần; xác định lưu lượng khí thải, áp suất quạt hút khói tầng hầm và lưu lượng gió cấp tăng áp cho buồng thang bộ N3 ngăn chặn nhiễm khói.
  • Xác định cấu hình cung cấp điện hoàn chỉnh, từ trạm biến áp, máy phát dự phòng tích hợp khóa liên động 3 chế độ vận hành đến trục thanh dẫn Busway và thiết kế hệ thống tiếp địa chống sét bán kính bảo vệ bao phủ bởi kim NLP 2200.

Đóng góp so với thiết kế cơ sở

Khóa luận đã phát triển vượt ra ngoài phạm vi tính toán lý thuyết thuần túy thông qua hai đóng góp mang tính thực hành:

  1. Mô hình hóa xung đột bằng Revit MEP: Ứng dụng công nghệ BIM để dựng hình 3D toàn bộ mạng lưới kỹ thuật phức tạp (ống gió, ống cấp thoát nước, máng cáp điện, ống cứu hỏa), trực quan hóa các vị trí giao cắt tại các không gian chật hẹp như trần tầng hầm B1, hành lang căn hộ và trục hộp gen đứng.
  2. Chế tạo mô hình thực nghiệm hoạt động: Hiện thực hóa nguyên lý vận hành tự động của tòa nhà thông qua mô hình vật lý thu nhỏ, kết nối thành công mạch cảm biến khói 5V với thyristor và relay trung gian để kích hoạt tự động hệ thống bơm phun nước chữa cháy và quạt hút khói.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản khóa luận chỉ ra các hạn chế kỹ thuật và định hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Hạn chế:
    • Trong quá trình vận hành mô hình thực nghiệm, mạch điều khiển sử dụng linh kiện điện tử 5V và relay trung gian còn bộc lộ nhược điểm về độ ổn định tiếp điểm cơ khí, dễ phát sinh sai số hoặc trễ mạch khi tiếp xúc với môi trường khói và độ ẩm cao.
    • Hệ thống cấp thoát nước thu nhỏ trên mô hình vật lý gặp khó khăn về kiểm soát độ kín nước tại các khớp nối cơ khí nhỏ, dẫn đến hiện tượng rò rỉ áp lực cục bộ.
    • Phạm vi tính toán phụ tải lạnh và điện lực mới tập trung phân tích sâu trên các mặt bằng căn hộ và khu vực chức năng điển hình, chưa bao quát biến thiên phụ tải động học theo chu kỳ 8.760 giờ trong năm.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nâng cấp mô hình điều khiển thực nghiệm sang các vi điều khiển công nghiệp hoặc PLC có khả năng chống nhiễu tốt hơn.
    • Tích hợp sâu hơn giải pháp Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (BMS - Building Management System) để tự động điều khiển liên động giữa hệ thống điều hòa VRV, chiếu sáng và phòng cháy chữa cháy nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng vận hành thực tế.

Giá trị tham khảo thực tiễn

Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho sinh viên, kỹ sư và các nhóm nghiên cứu trong các lĩnh vực liên quan:

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên các ngành Hệ thống kỹ thuật công trình xây dựng, Kỹ thuật Cơ điện công trình (MEP), Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Kỹ thuật Điện và Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về nhà cao tầng.
  • Nội dung đáng tham khảo:
    • Quy trình và biểu mẫu tính toán thủy lực cấp thoát nước nhà cao tầng, phương pháp chia vùng áp lực và tính chọn bồn mái, trạm bơm tăng áp.
    • Phương pháp phân tích phụ tải nhiệt chi tiết theo phương pháp Carrier kết hợp quy trình đối chứng dữ liệu trên phần mềm Daikin Heat Load.
    • Bảng biểu tính toán kiểm tra sụt áp, dòng ngắn mạch và lựa chọn hệ thống thanh dẫn Busway trục đứng.
    • Kinh nghiệm triển khai phối hợp đa bộ môn (kiến trúc - cơ điện) trên nền tảng Autodesk Revit MEP và phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng mạch điều khiển báo cháy.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình Ascent Lakeside phải sử dụng sơ đồ cấp nước số 3 thay vì cấp nước trực tiếp từ mạng lưới thành phố?

Áp lực đường ống cấp nước bên ngoài chỉ đạt $20\text{ mH}2\text{O}$ và thường xuyên biến động, trong khi áp lực cần thiết để đưa nước lên thiết bị vệ sinh cao nhất của tòa nhà 22 tầng tính toán sơ bộ là $H{\text{ct}} = 10 + 4(22 - 1) = 94\text{ mH}2\text{O}$. Vì $H{\text{ct}} > H_{\text{ngoài}}$, mạng lưới bên ngoài không thể cấp nước trực tiếp lên các tầng, buộc công trình phải dùng Sơ đồ 3 gồm bể chứa ngầm (280 m³), trạm bơm trung chuyển đẩy lên két nước mái (60 m³) và phân phối ngược xuống.

2. Giải pháp khắc phục chênh lệch áp lực nước giữa tầng cao và tầng thấp trong tòa nhà được giải quyết như thế nào?

Theo tính toán thủy lực, tầng 21 có áp suất dư chỉ đạt $1,3\text{ kg/cm}^2$ (thiếu áp phục vụ), trong khi các tầng dưới thấp áp suất thủy tĩnh tăng vọt vượt ngưỡng cho phép ($> 5\text{ kg/cm}^2$). Đồ án giải quyết bằng cách: lắp đặt cụm bơm tăng áp Pentax (Pentax boosterset 2 ultra 2U 18V/L-400/4T) cho các tầng trên cùng sát mái, đồng thời bố trí các cụm van giảm áp trên tuyến ống đứng cấp xuống các tầng thấp để bảo vệ thiết bị vệ sinh.

3. Hệ thống điều hòa không khí và thông gió của công trình lựa chọn công nghệ nào cho các căn hộ?

Khu căn hộ và thương mại sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm VRV của Daikin kết hợp dàn lạnh loại Cassette âm trần. Hệ thống thông gió tầng hầm sử dụng quạt hút khói 2 tốc độ Fantech (vừa hút khí thải hàng ngày vừa hút khói khi cháy), kết hợp hệ thống quạt tăng áp tạo áp suất dương cho buồng đệm thang bộ loại N3 và giếng thang máy chữa cháy để phục vụ thoát nạn.

4. Hệ thống điện của tòa nhà vận hành theo nguyên lý khóa liên động như thế nào khi xảy ra sự cố cháy?

Hệ thống vận hành liên động qua tủ chuyển đổi nguồn tự động ATS và tủ hòa SYN với 3 trạng thái. Khi có tín hiệu báo cháy khẩn cấp, hệ thống tự động ngắt các phụ tải thông thường không ưu tiên (chiếu sáng sinh hoạt, điều hòa cục bộ), đồng thời kích hoạt chuyển nguồn từ máy biến áp hoặc máy phát điện dự phòng tập trung toàn bộ công suất cấp cho các phụ tải cứu hỏa gồm: bơm chữa cháy chính, quạt hút khói hành lang, quạt tăng áp buồng thang và thang máy chữa cháy.

5. Mô hình thực nghiệm vật lý trong đồ án đã kiểm chứng nguyên lý hoạt động của những phân hệ nào?

Mô hình thực nghiệm chế tạo bằng khung formex tích hợp hệ thống điện chiếu sáng kiến trúc, mạch bơm nước mini mô phỏng cấp nước từ trạm bơm lên bồn mái xả về bể tự hoại, và mạch cảnh báo cháy tự động sử dụng cảm biến khói 5V kết hợp Thyristor và Relay trung gian 5V để kích hoạt chuông báo động, quạt hút khói cùng đầu phun nước chữa cháy mô phỏng khi có khói xuất hiện.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Khoa Nguyên và Trần Xuân Chính đã giải quyết trọn vẹn và khoa học nhiệm vụ thiết kế đồng bộ các hệ thống kỹ thuật cơ điện (cấp thoát nước, PCCC, HVAC, cung cấp điện và chống sét) cho dự án căn hộ cao cấp Ascent Lakeside cao 23 tầng. Các số liệu tính toán thủy lực, tải lạnh và công suất điện đều tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành và được đối chứng chuẩn xác qua các công cụ chuyên ngành như Daikin Heat Load, Fantech, Duct Checker Pro. Điểm nổi bật mang tính thực tiễn cao của công trình là việc kết hợp thành công mô hình thông tin công trình Revit MEP để phát hiện xung đột không gian cùng việc chế tạo sa bàn thực nghiệm vật lý mô phỏng cơ chế vận hành tự động của hệ thống kỹ thuật tòa nhà.