Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống kỹ thuật cho công trình tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II" do sinh viên Tạ Duy Thiên thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Anh Kiệt, TS. Nguyễn Nhân Bổn và ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn (Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, bảo vệ tháng 06/2024). Đề tài thuộc chuyên ngành Hệ thống kỹ thuật công trình xây dựng (Cơ - Điện - Nước / MEP).

Công trình được nghiên cứu là Tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II do Tập đoàn Đầu tư Sài Gòn (Saigon Invest) đầu tư, tọa lạc tại Đường 46, Công viên phần mềm Quang Trung, Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh. Tòa nhà có quy mô xây dựng gồm 01 tầng hầm và 12 tầng nổi, tổng diện tích sàn xây dựng khoảng 18.000 m², phục vụ khoảng 2.500 người làm việc. Vị trí công trình tiếp giáp các trục giao thông huyết mạch như Quốc lộ 1A, Quốc lộ 22, đường Tô Ký, đường Nguyễn Văn Quá, cách trung tâm Quận 1 khoảng 14 km và cách sân bay Tân Sơn Nhất khoảng 20 phút di chuyển. Về mặt kiến trúc, tòa nhà áp dụng giải pháp kết cấu cột sát tường và hệ thống tường cách âm nhằm tối ưu hóa diện tích sàn cho thuê văn phòng.

Xuất phát từ điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm tại miền Nam Việt Nam cùng yêu cầu vận hành an toàn, liên tục cho một tòa nhà văn phòng tập trung mật độ người cao, đồ án đặt ra nhiệm vụ thiết kế đồng bộ các hệ thống kỹ thuật cơ điện nhằm đảm bảo tiện nghi vi khí hậu, an toàn vệ sinh, an toàn phòng cháy chữa cháy và tiết kiệm năng lượng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định trong đồ án bao gồm:

  1. Giới thiệu tổng quan về quy mô, kiến trúc và vị trí địa lý của dự án Tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II.
  2. Thiết kế hệ thống cấp nước sinh hoạt và chữa cháy: tính toán nhu cầu dùng nước, dung tích bể chứa ngầm, két nước mái, mạng lưới đường ống cấp nước, lựa chọn trạm bơm trung chuyển, trạm bơm tăng áp và giải pháp van giảm áp.
  3. Thiết kế hệ thống thoát nước: phân loại và tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt (nước đen, nước xám), hệ thống thông hơi, hố ga, bể tự hoại, hệ thống thoát nước mưa tầng mái và trạm bơm thoát nước thải tầng hầm.
  4. Thiết kế hệ thống điều hòa không khí: tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier, thành lập sơ đồ điều hòa không khí trên đồ thị t-d, lựa chọn hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV giải nhiệt gió kết hợp dàn lạnh FCU.
  5. Thiết kế hệ thống thông gió: tính toán cấp khí tươi, thông gió hút mùi khu vệ sinh, thông gió cơ khí hút khí thải tầng hầm, hệ thống hút khói sự cố hành lang và hệ thống quạt tăng áp bảo vệ cầu thang bộ thoát nạn N2 khi xảy ra cháy.
  6. Thiết kế hệ thống cung cấp điện: tính toán phụ tải chiếu sáng, phụ tải động lực (ổ cắm, điều hòa, bơm, quạt), lựa chọn máy biến áp, máy phát điện dự phòng, hệ thống tủ điện tổng MSB, tủ phân phối MDB, tính chọn dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ, kiểm tra điều kiện sụt áp và tính toán dòng ngắn mạch.
  7. Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) bằng phần mềm Autodesk Revit MEP để triển khai không gian các khu vệ sinh, phòng máy và bóc tách bảng thống kê khối lượng vật tư.

Đối tượng nghiên cứu là toàn bộ các hệ thống cơ điện (MEP) bên trong công trình tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong không gian kiến trúc của 1 tầng hầm và 12 tầng nổi, căn cứ trên các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam và các tiêu chuẩn quốc tế liên quan tính đến năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án là công trình thiết kế kỹ thuật công trình xây dựng, kết hợp giữa phương pháp giải tích kỹ thuật, mô hình hóa tính toán nhiệt ẩm - khí động lực học và mô hình hóa hình học 3D.

Khung pháp lý và hệ thống tiêu chuẩn áp dụng

Hệ thống cấp thoát nước được tính toán và thiết kế dựa trên:

  • QCCTNVN 2000 / QCVN 2000: Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình.
  • TCVN 4513:1988: Cấp nước bên trong – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 4474:1987: Thoát nước bên trong – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCXDVN 33:2006 / TCVN 33:2006: Cấp nước bên ngoài công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 7957:2008: Thoát nước bên ngoài công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.

Hệ thống điều hòa không khí và thông gió dựa trên:

  • TCVN 5687:2010: Thông gió – Điều hòa không khí – Tiêu chuẩn thiết kế (chọn cấp tính toán ngoài trời cấp II, $m = 150 \div 200$ giờ/năm, hệ số bảo đảm $K_{\text{bđ}} = 0,983 \div 0,977$).
  • QCVN 09:2013/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình sử dụng năng lượng hiệu quả.
  • QCVN 06:2021/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình.
  • BS 5588:1978 (Part 4): Tiêu chuẩn Anh về kiểm soát khói bằng phương pháp tạo áp cầu thang.
  • Singapore SS553:2009 ACMV: Tiêu chuẩn cơ điện lạnh và thông gió của Singapore.
  • Airah Technical Handbook 2021: Sổ tay kỹ thuật của Viện Điều hòa Không khí, Điện lạnh và Thông gió Úc.

Hệ thống cung cấp điện áp dụng:

  • Các tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nội thất, quy chuẩn trang bị điện hạ thế, quy định lựa chọn khí cụ đóng cắt và phương pháp xác định dòng ngắn mạch sau máy biến áp và tại thanh cái tủ điện tổng.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

  • Phương pháp thủy lực cấp thoát nước: Xác định đương lượng cấp nước ($N$), lưu lượng tính toán ($Q_{\text{tt}} = \alpha \times 0{,}2 \times \sqrt{N}$), tính tổn thất cột áp ma sát dọc đường bằng phương thức giải tích Hazen-Williams (với hệ số nhám $C = 140 \div 150$ cho ống nhựa PP-R và ống thép), kiểm soát dải vận tốc kinh tế ($v = 0{,}5 \div 1{,}0$ m/s cho ống nhánh; $1{,}5 \div 2{,}0$ m/s cho ống trục đứng).
  • Phương pháp nhiệt lạnh Carrier: Phân tích nhiệt thừa qua 8 thành phần tải nhiệt: bức xạ mặt trời qua kính ($Q_{11}$), truyền nhiệt qua kết cấu mái ($Q_{21}$), qua vách bao che ($Q_{22}$), qua cửa kính ($Q_{22k}$), nền sàn, nhiệt tỏa ra từ hệ thống chiếu sáng ($Q_{31}$), máy móc văn phòng ($Q_{32}$), nhiệt hiện và nhiệt ẩn từ con người ($Q_4$), nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_N$) và nhiệt do không khí lọt ($Q_5$). Xây dựng quá trình biến đổi nhiệt ẩm trên đồ thị $t-d$ qua các hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF) và hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF).
  • Phương pháp khí động thông gió: Sử dụng phương pháp giảm dần vận tốc và ma sát đồng đều, ứng dụng phần mềm DuckSize để xác định tiết diện đường ống gió; phần mềm chuyên dụng của hãng Fantech để tính toán tổn thất cột áp và lựa chọn quạt.
  • Phương pháp tính toán phụ tải điện: Phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích kết hợp hệ số đồng thời theo chức năng tủ mạch, công thức tính sụt áp đường dây hạ thế và phương pháp tổng trở tính dòng ngắn mạch 3 pha.
  • Công cụ phần mềm và nguồn dữ liệu: Phần mềm Autodesk Revit MEP dùng để mô hình hóa hệ thống cấp thoát nước và HVAC, phần mềm DuckSize, biểu đồ chọn bơm hãng Grundfos. Dữ liệu đầu vào lấy từ hồ sơ kiến trúc tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II, số liệu khí hậu TP. Hồ Chí Minh và tài liệu kỹ thuật của các nhà sản xuất (Grundfos, Mitsubishi, Fantech).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về dự án

Chương này mô tả thông tin cơ bản về công trình: vị trí tại lô đất số 46 Công viên phần mềm Quang Trung, Quận 12; chủ đầu tư là Saigon Invest; quy mô 12 tầng nổi, 1 tầng hầm với tổng diện tích sàn 18.000 m². Tác giả phân tích lợi thế hạ tầng giao thông xung quanh (Quốc lộ 1A, Quốc lộ 22, tuyến metro số 4 trong quy hoạch) và đặc điểm kiến trúc văn phòng hiện đại với lưới cột sát biên nhằm mở rộng không gian hữu dụng cho khách thuê.

Chương 2: Tổng quan hệ thống cấp thoát nước

Trình bày nguyên lý và tiêu chuẩn thiết kế cấp thoát nước cho tòa nhà văn phòng ICT II. Tác giả thống kê số lượng thiết bị vệ sinh toàn công trình gồm 110 hố xí, 98 lavabo, 75 âu tiểu nam và 25 vòi nước. Phân tích áp lực cấp nước thành phố bên ngoài đo được là 15 m cột nước (không ổn định). Do áp lực cần thiết của tòa nhà 12 tầng tính toán sơ bộ theo công thức $H_{\text{ct}} = 10 + 4 \times (12 - 1) = 54$ m, tác giả đề xuất và lựa chọn giải pháp: Trạm bơm hút nước từ bể ngầm đẩy lên két nước mái, sau đó phân phối trọng lực xuống các tầng dưới và dùng bơm tăng áp cho các tầng áp mái (tầng 9 đến tầng 12). Hệ thống thoát nước lựa chọn phương án phân tách riêng biệt giữa nước thải xám và nước thải đen.

Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp nước

Nội dung chương tập trung tính toán mạng lưới cấp nước chi tiết:

  • Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt văn phòng $q_{\text{tc}} = 15$ l/người.ngđ, quy mô 2.500 người, tính thêm lưu lượng tưới cây, xác định tổng nhu cầu nước sinh hoạt $Q_{\text{sh}} = 38{,}91$ m³/ngày.
  • Tổng đương lượng thiết bị vệ sinh toàn công trình $N = 400{,}09$; lưu lượng tính toán toàn công trình $Q_{\text{tt}} = 6{,}00$ l/s.
  • Chọn đồng hồ đo nước kiểu tuabin cỡ DN100.
  • Dung tích bể chứa nước ngầm tính toán $W_{\text{bn}} = W_{\text{sh}} + W_{\text{cc}} = 58{,}4 + 54 = 112{,}4$ m³ (trong đó nước chữa cháy vách tường $q_{\text{cc}} = 5$ l/s phun trong 3 giờ là 54 m³), lựa chọn dung tích thiết kế bể ngầm là 120 m³; đường ống cấp nước vào bể chọn ống thép mạ kẽm DN80 (vận tốc $2{,}18$ m/s, nạp đầy trong 8 giờ).
  • Dung tích két nước mái tính cho nhu cầu giờ cao điểm ($K_{\text{h.max}} = 1{,}61$) được chọn là 5 m³.
  • Mạng lưới cấp nước chia làm 2 trục đứng: Trục CN1 cấp từ tầng hầm đến tầng 8, trục CN2 cấp từ tầng 9 đến tầng 12 bằng ống nhựa PP-R (ống chính DN50 dày 4,6 mm).
  • Trạm bơm trung chuyển đặt tại tầng hầm gồm 2 bơm Grundfos CRNE 10-6 (1 làm việc, 1 dự phòng luân phiên), công suất 3 kW, lưu lượng $3{,}08$ l/s, cột áp tính toán $H_{\text{b}} = 49{,}55$ mH₂O.
  • Áp dụng van giảm áp bố trí trên trục đứng (áp lực đầu ra khống chế 1,15 kg/cm²).
  • Lựa chọn cụm bơm tăng áp cấp cho 4 tầng trên cùng (tầng 9 – 12) với lưu lượng $Q = 4{,}7$ l/s, cột áp $H = 20$ m.

Chương 4: Hệ thống thoát nước

Chương này hoàn thiện thiết kế hệ thống thoát nước sinh hoạt và thoát nước mưa:

  • Tính thủy lực ống nhánh và ống đứng thoát nước xám, nước đen dựa trên đương lượng và lưu lượng dụng cụ lớn nhất ($Q_{\text{th}} = Q_{\text{c}} + Q_{\text{dc max}}$). Ống đứng thoát nước xám và nước đen chọn ống nhựa uPVC đường kính DN110 nối góc xiên 45°.
  • Bố trí hệ thống ống thông hơi đứng kéo dài vượt mái tối thiểu 0,7 m bằng ống uPVC DN75; ống thông hơi nhánh phụ chọn DN40.
  • Bố trí cửa thông tắc tại các vị trí đổi hướng góc lớn hơn 30° và đặt trên ống đứng cao hơn mặt sàn 1 m (định kỳ 3 tầng đặt một cửa thông tắc).
  • Bể tự hoại tiếp nhận nước thải đen có công suất tính toán theo $Q_{\text{thải}} = 0{,}8 \times Q_{\text{sh}} = 31{,}13$ m³/ngày; thể tích bể $W = 0{,}75 \times 31{,}13 + 4{,}25 = 27{,}6$ m³, nhân hệ số an toàn 1,2 chọn dung tích thiết kế bể tự hoại là 35 m³.
  • Thoát nước mưa mái: Diện tích mái $1.015$ m², diện tích tường đón gió $143$ m², lưu lượng mưa tính toán $Q_{\text{mưa}} = 105{,}15$ l/s; thiết kế 6 ống đứng thoát nước mưa và 9 phễu thu nước mưa DN100.
  • Thoát nước tầng hầm: Bố trí hố thu và trạm bơm nước thải chìm Grundfos SEV.65 (công suất $P_1 = 2{,}05$ kW, lưu lượng hoạt động $2{,}17$ l/s, cột áp đo 17 m).

Chương 5: Tổng quan về điều hòa không khí và thông gió

Giới thiệu các yêu cầu tiện nghi nhiệt đối với tòa nhà văn phòng, so sánh các giải pháp kỹ thuật và lựa chọn hệ thống điều hòa không khí trung tâm biến đổi lưu lượng môi chất VRV (Variable Refrigerant Volume). Phân tích cấu tạo gồm các cụm dàn nóng giải nhiệt gió đặt trên tầng mái, hệ thống đường ống đồng dẫn gas kết nối các bộ chia và dàn lạnh FCU (loại âm trần nối ống gió và cassette). Xác định các thông số tính toán vi khí hậu ngoài trời và trong nhà theo TCVN 5687:2010 cấp II (nhiệt độ thiết kế văn phòng $24 \pm 1$ °C, độ ẩm tương đối $55 \div 65$ %).

Chương 6: Tính toán phụ tải lạnh công trình

Chi tiết hóa bảng tính phụ tải lạnh cho toàn bộ các không gian chức năng theo phương pháp Carrier:

  • Tính toán chi tiết nhiệt bức xạ mặt trời qua kính ($Q_{11}$), nhiệt truyền qua kết cấu bao che (tường 200 mm, mái, sàn), nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng ($Q_{31}$), máy vi tính và thiết bị văn phòng ($Q_{32}$), nhiệt hiện và nhiệt ẩn từ người ($Q_4$), nhiệt ẩm do cấp gió tươi ($Q_N$).
  • Thành lập sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp mùa hè trên đồ thị dung ẩm $t-d$, xác định các điểm nút trạng thái không khí, xác định các hệ số RSHF, GSHF, ESHF và kiểm tra điều kiện đọng sương trên bề mặt.
  • Tổng hợp năng suất lạnh cần thiết cho các khu vực, lựa chọn chủng loại dàn lạnh FCU, ghép nối công suất các dàn nóng VRV đặt trên mái, tính toán đường kính ống gas (ống hơi, ống lỏng), kích thước bộ chia ga và đường ống thoát nước ngưng.

Chương 7: Tính hệ thống thông gió

Trình bày các giải pháp thông gió cơ khí và an toàn PCCC:

  • Tính toán lưu lượng và kích thước đường ống cấp gió tươi theo tiêu chuẩn vệ sinh, chọn quạt cấp gió tươi hãng Fantech (model SQA0312AP5/2), chọn kích thước miệng gió lấy khí tươi Louver.
  • Tính toán miệng gió thổi và miệng gió hồi cho dàn lạnh FCU; sử dụng phần mềm DuckSize xác định kích thước ống gió tole tráng kẽm.
  • Tính toán thông gió hút khí thải và hút khói cho tầng hầm; tính tổn thất áp lực và chọn quạt hút khí thải tầng hầm.
  • Thiết kế hệ thống hút mùi khu vệ sinh các tầng, chọn quạt hút chuyên dụng và ống gió dẫn ra trục kỹ thuật.
  • Thiết kế hệ thống hút khói sự cố hành lang cho 1 tầng cháy theo tiêu chuẩn QCVN 06:2021/BXD, tính toán lưu lượng không khí rò rỉ qua các van chặn lửa/chặn khói đóng, định kích thước đường ống hút khói và chọn quạt hút khói chịu nhiệt.
  • Thiết kế hệ thống tạo áp cầu thang bộ thoát hiểm loại N2 theo tiêu chuẩn BS 5588:1978: Tính toán diện tích khe hở rò rỉ qua các cánh cửa đóng và cửa mở thoát nạn, tính toán lưu lượng gió duy trì chênh áp dương ($45 \div 50$ Pa), tính toán tổn thất cột áp đường ống và chọn quạt tăng áp cầu thang.

Chương 8: Thiết kế hệ thống cung cấp điện

Nội dung chương trình bày thiết kế mạng điện phân phối hạ thế cho tòa nhà:

  • Tính toán thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo: Lựa chọn đèn Led panel 36W âm trần cho khu văn phòng, đèn Led panel 110/12W, đèn Downlight âm trần 90/7W và đèn tube chống ẩm cho tầng hầm/khu phụ trợ, đảm bảo độ rọi yêu cầu cho từng chức năng.
  • Xác định phụ tải tính toán: Tổng hợp phụ tải chiếu sáng, phụ tải ổ cắm, phụ tải hệ thống điều hòa VRV, phụ tải nhóm động cơ bơm - quạt kỹ thuật và nhóm phụ tải sự cố PCCC.
  • Ứng dụng hệ số đồng thời theo mạch và theo chức năng tủ phân phối (DB-T1 đến DB-T12, tủ động lực) để tính toán công suất biểu kiến tổng của toàn công trình.

Chương 9: Chọn máy biến áp và máy phát dự phòng

  • Lựa chọn trạm biến áp: Dựa trên tổng công suất phụ tải tính toán, đồ án chọn 01 máy biến áp dầu công suất 1.250 kVA để cung cấp điện từ lưới trung thế đô thị.
  • Tính toán lắp đặt cụm tụ bù tự động công suất 400 kvar sau máy biến áp nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ đạt quy định.
  • Lựa chọn nguồn điện dự phòng: Bố trí 01 máy phát điện diesel hãng Mitsubishi cấp điện cho nhóm phụ tải ưu tiên loại 1 khi xảy ra sự cố mất điện lưới (hệ thống PCCC, bơm chữa cháy, bơm nước, chiếu sáng khẩn cấp, thang máy, trung tâm máy chủ).
  • Tính chọn thiết bị đóng cắt và dây dẫn: Chọn máy cắt tổng ACB tại tủ MSB, các aptomat khối MCCB, MCB bảo vệ tủ MDB và tủ nhánh; chọn tiết diện cáp đồng Cu/XLPE/PVC, tính chọn dây tiếp địa PE.
  • Kiểm tra tổn thất điện áp (sụt áp cho phép) từ trạm biến áp đến tủ MSB, từ MSB đến các tủ phân phối tầng và đến thiết bị tiêu thụ xa nhất.
  • Tính toán dòng điện ngắn mạch 3 pha tại đầu cực sau máy biến áp và tại thanh cái tủ điện tổng MSB để kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch ($I_{\text{cu}}$) của các thiết bị bảo vệ.

Thiết kế kỹ thuật và triển khai hệ thống

Đồ án triển khai đầy đủ các cấu phần kỹ thuật MEP cho tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II theo kiến trúc tích hợp:

1. Kiến trúc phân hệ Cấp thoát nước

  • Sơ đồ cấp nước: Nguồn cấp nước đô thị $\rightarrow$ Đồng hồ tuabin DN100 $\rightarrow$ Đường ống vào DN80 $\rightarrow$ Bể ngầm BTCT 120 m³ $\rightarrow$ Cụm 2 bơm trung chuyển Grundfos CRNE 10-6 (3 kW) $\rightarrow$ Đường ống đứng PP-R DN50 $\rightarrow$ Két nước mái 5 m³. Từ két mái phân phối:
    • Trọng lực qua van giảm áp trục đứng cấp cho tầng hầm đến tầng 8 (áp lực ra van 1,15 kg/cm²).
    • Qua cụm bơm tăng áp Grundfos ($Q = 4{,}7$ l/s, $H = 20$ m) cấp cho các tầng 9 đến 12.
  • Sơ đồ thoát nước: Tách mạng thoát nước xám và nước đen riêng biệt. Nước thải đen thu gom qua ống đứng uPVC DN110 $\rightarrow$ Bể tự hoại 3 ngăn dung tích 35 m³ xử lý sinh học $\rightarrow$ Hố ga hạ tầng. Nước thải xám thu gom riêng qua ống đứng DN110 $\rightarrow$ Hố ga chung. Thoát nước tầng hầm thu gom về hố tụ $\rightarrow$ Bơm chìm Grundfos SEV.65 bơm cưỡng bức ra hệ thống ngoài. Mái thoát nước tự nhiên qua 9 phễu thu DN100 dẫn vào 6 trục ống đứng xả xuống rãnh thoát nước khuôn viên.

2. Kiến trúc phân hệ Điều hòa không khí và Thông gió (HVAC)

  • Hệ thống lạnh: Sử dụng công nghệ VRV biến tần giải nhiệt gió, môi chất lạnh gas R410A. Cụm dàn nóng đặt trên mái kết nối với các dàn lạnh FCU âm trần nối ống gió thông qua mạng ống đồng và bộ chia Refnet. Nước ngưng từ dàn lạnh dẫn bằng ống uPVC bọc cách nhiệt xả vào trục kỹ thuật.
  • Hệ thống cấp gió tươi: Quạt ly tâm Fantech SQA0312AP5/2 lấy khí tươi qua cửa louver chắn mưa tại mặt ngoài công trình, phân phối qua mạng ống gió tole tráng kẽm (tính toán bằng DuckSize) đến miệng gió khuếch tán tại các văn phòng.
  • Hệ thống thông gió an toàn PCCC:
    • Hệ thống hút khói hành lang kích hoạt tự động theo tín hiệu báo cháy tầng, hút khói cưỡng bức qua miệng hút khói và van chặn lửa/khói (MDF).
    • Hệ thống tạo áp cầu thang bộ N2 sử dụng quạt tăng áp thổi khí duy trì áp suất dương chênh lệch $45 \div 50$ Pa ngăn chặn khói và khí độc tràn vào lối thoát hiểm.

3. Kiến trúc phân hệ Cung cấp điện và Nguồn dự phòng

  • Nguồn cấp: Trạm biến áp dầu 1.250 kVA hạ áp từ trung thế về $380/220$ V, 3 pha 4 dây. Hệ thống tụ bù 400 kvar đấu nối tại thanh cái hạ thế.
  • Nguồn khẩn cấp: 01 máy phát điện dự phòng diesel hãng Mitsubishi tự động khởi động qua tủ chuyển nguồn tự động ATS khi lưới điện gặp sự cố.
  • Phân phối điện: Tủ phân phối tổng MSB đặt tại phòng kỹ thuật điện tầng hầm, cấp nguồn bằng cáp ngầm hoặc thanh dẫn busway lên các tủ điện tầng MDB, DB. Hệ thống bảo vệ nhiều cấp bằng ACB, MCCB và MCB có thông số dòng cắt ngắn mạch tính toán đạt yêu cầu chịu tải.

4. Triển khai mô hình hóa Revit MEP

Tác giả ứng dụng phần mềm Autodesk Revit MEP trong đồ án để xây dựng không gian 3D chi tiết cho cụm cấp thoát nước khu vệ sinh tầng 1, mặt bằng ống gió điều hòa tầng 1 và tầng hầm (thể hiện tại các Phụ lục 3 và Phụ lục 4). Mô hình hỗ trợ kiểm tra xung đột không gian (clash detection) giữa các tuyến ống cơ điện và kết cấu dầm cột, đồng thời xuất bảng thống kê vật tư chính xác phục vụ dự toán thi công.

Kết quả và đóng góp

Các thông số kỹ thuật cốt lõi tính toán trong đồ án

Phân hệ kỹ thuật Hạng mục / Thông số Giá trị tính toán và lựa chọn thiết kế Tiêu chuẩn / Thiết bị áp dụng
Cấp nước Nhu cầu nước sinh hoạt ($Q_{\text{sh}}$) 38,91 m³/ngày đêm TCVN 4513:1988 ($q_{\text{tc}} = 15$ l/người.ngđ)
Lưu lượng tính toán ($Q_{\text{tt}}$) 6,00 l/s (tổng $N = 400{,}09$) Công thức TCVN 4513:1988 ($\alpha = 1{,}5$)
Dung tích bể chứa ngầm 120 m³ (sinh hoạt 58,4 m³ + chữa cháy 54 m³) Tiêu chuẩn PCCC vách tường 5 l/s trong 3h
Dung tích két nước mái 5 m³ Tính theo giờ dùng nước lớn nhất
Bơm cấp nước trung chuyển 02 bơm (1 chạy, 1 dự phòng), $Q = 3{,}08$ l/s, $H = 49{,}55$ m Grundfos CRNE 10-6 (3 kW)
Bơm tăng áp tầng 9 – 12 02 bơm, $Q = 4{,}7$ l/s, $H = 20$ m Grundfos
Thoát nước Dung tích bể tự hoại 35 m³ QCVN 2000 (hệ số an toàn 1,2)
Thoát nước mưa mái $Q_{\text{mưa}} = 105{,}15$ l/s; 6 ống đứng, 9 phễu thu Tính với $F_{\text{mái}} = 1.015$ m², $F_{\text{tường}} = 143$ m²
Bơm nước thải tầng hầm Lưu lượng $2{,}17$ l/s, cột áp 17 m Grundfos SEV.65 ($P_1 = 2{,}05$ kW)
HVAC & Thông gió Hệ thống điều hòa chính Điều hòa trung tâm VRV giải nhiệt gió, dàn lạnh FCU Phương pháp Carrier, TCVN 5687:2010
Quạt cấp gió tươi Chọn quạt Fantech Model SQA0312AP5/2
Tạo áp cầu thang bộ Hệ thống tạo áp thang thoát hiểm N2 ($45 \div 50$ Pa) Tiêu chuẩn BS 5588:1978, QCVN 06:2021
Cung cấp điện Trạm biến áp phân phối 01 máy biến áp dầu 1.250 kVA Lưới hạ thế 380/220 V
Nguồn phát điện dự phòng 01 máy phát điện diesel Hãng Mitsubishi
Bù công suất phản kháng Cụm tụ bù tự động 400 kvar Nâng cao hệ số $\cos\varphi$
Mô hình hóa kỹ thuật Bản vẽ 3D và thống kê vật tư cấp thoát nước, HVAC Autodesk Revit MEP

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Giải pháp phân vùng áp lực nước: Việc chia trục cấp nước thành 2 phân vùng (vùng thấp tự chảy qua van giảm áp đặt tại trục đứng khống chế áp lực ra 1,15 kg/cm²; vùng cao sử dụng cụm bơm tăng áp biến tần) giúp khắc phục triệt để hiện tượng vỡ ống/hỏng thiết bị vệ sinh ở các tầng dưới và thiếu áp ở các tầng trên cùng.
  • Hệ thống VRV kết hợp FCU giấu trần: Tối ưu hóa không gian văn phòng, độ ồn thấp, cho phép điều khiển độc lập nhiệt độ từng khu vực thuê mà không ảnh hưởng đến toàn hệ thống.
  • An toàn cháy tích hợp: Hệ thống hút khói hành lang và tăng áp thang bộ N2 được tính toán đồng bộ theo các quy chuẩn PCCC khắt khe nhất (QCVN 06:2021/BXD và BS 5588), bảo đảm đường thoát nạn an toàn cho 2.500 người.

Đóng góp của đồ án

Đồ án đã xây dựng một bộ hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, bao quát 4 phân hệ chính (Cấp nước, Thoát nước, HVAC - Thông gió, Cung cấp điện) cho một công trình cao tầng có công năng văn phòng quy mô lớn ($18.000$ m²). Tác giả đã kết nối lý thuyết tính toán thủy lực, nhiệt lạnh và điện lực với các catalogue thiết bị thực tế trên thị trường (Grundfos, Mitsubishi, Fantech) và ứng dụng quy trình BIM/Revit MEP để xuất bản vẽ kỹ thuật trực quan.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận từ văn bản

  • Tác giả tự nhận định trong lời mở đầu: Là đồ án tốt nghiệp của sinh viên chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế tại các đại công trình, tính toán chủ yếu dựa trên các thông số thiết kế lý thuyết và tiêu chuẩn quy phạm mà chưa có điều kiện khảo sát thực địa sâu về độ dao động áp lực nước mạng lưới đô thị theo từng mùa.
  • Các phụ tải lạnh và tính toán ngắn mạch chủ yếu giải quyết tại các điểm nút đặc trưng (như thanh cái MSB, tủ DB tầng điển hình) mà chưa lập bảng tính trải rộng chi tiết cho từng mạch nhánh con của toàn bộ 12 tầng.
  • Đồ án chưa nghiên cứu chi tiết phân hệ điều khiển tự động hóa tòa nhà (Building Management System - BMS) để kết nối đồng bộ 4 phân hệ kỹ thuật trên một giao diện vận hành duy nhất.

Hạn hướng mở rộng nghiên cứu

Dựa trên phạm vi thiết kế kỹ thuật của đề tài, các hướng hoàn thiện tiếp theo gồm:

  • Mở rộng nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động BMS/BAS nhằm giám sát năng lượng, tự động điều chỉnh tải điều hòa VRV theo thời gian thực và điều khiển bơm biến tần thông minh.
  • Ứng dụng mô phỏng năng lượng động lực học toàn công trình (Energy Simulation) thông qua các phần mềm chuyên sâu (như EnergyPlus, DesignBuilder) để tối ưu hóa hiệu quả tiết kiệm điện theo tiêu chuẩn công trình xanh (LOTUS, LEED).
  • Phân tích chi phí vòng đời (Life Cycle Cost - LCC) nhằm so sánh chi phí đầu tư ban đầu với chi phí vận hành, bảo dưỡng dài hạn của các phương án thiết bị kỹ thuật đã lựa chọn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có cấu trúc mạch lạc, chuẩn mực cho:

  • Sinh viên ngành Hệ thống kỹ thuật công trình xây dựng (MEP), Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Kỹ thuật Công trình Xây dựng: Cung cấp tài liệu tổng hợp đầy đủ các bước tính toán thiết kế cho một đồ án tốt nghiệp kỹ sư hoặc đồ án môn học chuyên ngành.
  • Kỹ sư thiết kế MEP mới vào nghề: Tham khảo phương pháp tính toán thực hành các hệ thống cơ điện trong tòa nhà văn phòng cao tầng, quy trình tra cứu tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành kết hợp tiêu chuẩn quốc tế.
  • Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án:
    • File bảng tính mẫu thủy lực cấp thoát nước bằng công thức Hazen-Williams và đương lượng thiết bị vệ sinh (Phụ lục 1 và 2).
    • Quy trình thành lập sơ đồ điều hòa không khí 1 cấp mùa hè trên đồ thị dung ẩm $t-d$ và tính tải nhiệt Carrier (Chương 6 và Phụ lục 5).
    • Phương pháp tính toán quạt tạo áp cầu thang bộ N2 theo BS 5588:1978 và hút khói hành lang theo QCVN 06:2021/BXD (Chương 7).
    • Quy trình tính chọn công suất máy biến áp, tụ bù và dòng ngắn mạch thanh cái MSB (Chương 9 và Phụ lục 9).
    • Các hình ảnh triển khai không gian 3D và bảng bóc tách khối lượng vật tư từ Autodesk Revit MEP (Phụ lục 3 và 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II không sử dụng phương án cấp nước trực tiếp từ mạng lưới đường ống cấp nước đô thị?
Áp lực đường ống cấp nước bên ngoài khu vực đo được chỉ đạt 15 m cột nước và thường xuyên thay đổi không ổn định. Trong khi đó, áp lực sơ bộ cần thiết để cấp nước cho tòa nhà 12 tầng là $H_{\text{ct}} = 10 + 4 \times (12 - 1) = 54$ m. Do đó, áp lực bên ngoài hoàn toàn không đủ để cấp nước lên các tầng trên, buộc công trình phải dùng giải pháp xây dựng bể ngầm 120 m³ và trạm bơm đẩy lên két nước mái 5 m³.

2. Dung tích bể chứa nước ngầm 120 m³ được tính toán phân bổ cho những nhu cầu nào?
Bể ngầm được thiết kế để tích trữ nước cho hai nhu cầu: Nhu cầu dùng nước sinh hoạt cho toàn tòa nhà trong 1,5 ngày ($W_{\text{sh}} = 58{,}4$ m³) và dung tích nước chữa cháy vách tường dự trữ trong 3 giờ liên tục ($W_{\text{cc}} = 5 \text{ l/s} \times 3.600 \text{ s} \times 3 \text{ h} = 54.000 \text{ lít} = 54$ m³). Tổng cộng tính toán là $112{,}4$ m³, tác giả chọn dung tích thực tế là 120 m³.

3. Tác giả lựa chọn loại máy biến áp và máy phát điện dự phòng có thông số kỹ thuật như thế nào?
Dựa trên tổng công suất phụ tải tính toán của công trình, tác giả chọn 01 máy biến áp dầu công suất 1.250 kVA đi kèm hệ thống tủ tụ bù công suất 400 kvar. Nguồn dự phòng khi mất điện lưới sử dụng 01 máy phát điện chạy dầu diesel của hãng Mitsubishi để cấp điện liên tục cho các phụ tải ưu tiên loại 1 (bơm chữa cháy, hút khói, tăng áp, chiếu sáng sự cố, thang máy).

4. Vì sao hệ thống cấp nước phải bố trí cả van giảm áp và cụm bơm tăng áp?
Nước cấp từ két mái chảy xuống các tầng dưới theo trọng lực, tại các tầng thấp áp lực thủy tĩnh tăng cao vượt mức cho phép ($> 3{,}5$ kg/cm²), do đó tác giả lắp van giảm áp trên trục đứng khống chế áp suất ra ở mức 1,15 kg/cm². Ngược lại, tại 4 tầng trên cùng (tầng 9 đến tầng 12), khoảng cách hình học từ đáy két mái xuống thiết bị vệ sinh quá ngắn dẫn đến thiếu áp tự do ($< 1$ kg/cm²), vì vậy phải bố trí cụm bơm tăng áp riêng có lưu lượng $4{,}7$ l/s và cột áp 20 m.

5. Hệ thống quạt thông gió cấp gió tươi và bơm chìm nước thải tầng hầm được lựa chọn từ các thương hiệu nào?
Hệ thống quạt cấp gió tươi cho các tầng được tính chọn quạt hãng Fantech model SQA0312AP5/2. Trạm bơm nước thải đặt tại hố thu tầng hầm được chọn loại bơm chìm chuyên dụng hãng Grundfos model SEV.65 với lưu lượng $2{,}17$ l/s, cột áp 17 m và công suất động cơ $P_1 = 2{,}05$ kW.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Tạ Duy Thiên đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu thiết kế toàn diện hệ thống kỹ thuật cơ điện (MEP) cho Tòa nhà văn phòng Sài Gòn ICT II quy mô 12 tầng và 1 hầm tại TP. Hồ Chí Minh. Các phân hệ cấp thoát nước, điều hòa trung tâm VRV, thông gió PCCC và trạm biến áp 1.250 kVA đều được tính toán chặt chẽ dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam hiện hành và số liệu thiết bị thực tế. Việc kết hợp phương pháp tính toán giải tích với ứng dụng mô hình thông tin công trình Autodesk Revit MEP mang lại độ chính xác cao và giá trị thực tiễn rõ nét cho hồ sơ thiết kế. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác đào tạo kỹ sư hệ thống kỹ thuật công trình xây dựng và kỹ sư cơ điện tòa nhà cao tầng.