Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khách sạn Hilton Sài Gòn là tổ hợp công trình dịch vụ lưu trú và thương mại tiêu chuẩn 5 sao tọa lạc tại số 11 Công Trường Mê Linh, phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án được xây dựng trên khu đất có diện tích $2.208\text{ m}^2$, tổng diện tích sàn xây dựng khoảng $53.800\text{ m}^2$, quy mô gồm 5 tầng hầm và 34 tầng nổi (bao gồm cả tầng lửng và tầng kỹ thuật) với hơn 350 phòng khách sạn cùng nhiều phân khu chức năng phức hợp như trung tâm hội nghị, nhà hàng, quầy bar, spa, trung tâm thể dục và khu vực phụ trợ kỹ thuật. Với quy mô lớn và mật độ sử dụng cao, công trình đòi hỏi hệ thống điều hòa không khí và thông gió (ĐHKK & TG) phải hoạt động bền bỉ, đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn vi khí hậu, chất lượng không khí trong nhà, đồng thời tối ưu hóa chi phí vận hành và tiêu thụ năng lượng.

Đồ án tốt nghiệp thực hiện các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

  1. Tính toán phụ tải lạnh công trình bằng phương pháp Carrier và đối chiếu, kiểm tra độc lập bằng phần mềm mô phỏng năng lượng thương mại Trace 700.
  2. So sánh kết quả tính toán với các thông số thiết kế gốc của công trình do đơn vị tư vấn cung cấp nhằm kiểm định tính chính xác của phương án kỹ thuật.
  3. Lựa chọn hệ thống điều hòa không khí phù hợp, tính chọn thiết bị trung tâm (Water Chiller, tháp giải nhiệt, dàn lạnh FCU, cụm xử lý không khí sơ bộ PAU) và hệ thống phân phối khí.
  4. Tính toán hệ thống thông gió và cơ điện chuyên dụng: hệ thống cấp gió tươi, hút khí thải khu vệ sinh, hệ thống hút khói hành lang và hệ thống tạo áp chống nhiễm khói cho buồng thang bộ thoát hiểm, giếng thang máy chữa cháy.
  5. Triển khai mô hình thông tin công trình (BIM) và xuất bản vẽ kỹ thuật hệ thống đường ống gió, đường ống nước lạnh, đường ống nước ngưng bằng phần mềm Autodesk Revit, đồng thời bóc tách khối lượng vật tư cơ điện.
  6. Xây dựng mô hình hình học, tạo lưới và thực hiện mô phỏng số động lực học chất lưu (CFD) bằng phần mềm ANSYS Fluent 2024R2 để phân tích trường nhiệt độ, trường vận tốc không khí trong phòng khách sạn điển hình, từ đó đánh giá sự phân bố vi khí hậu thực tế.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điều hòa không khí làm lạnh bằng nước (Water Chiller), hệ thống thông gió và an toàn cháy của công trình khách sạn Hilton Sài Gòn. Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ 5 tầng hầm và 34 tầng nổi, trong đó tập trung tính toán chuyên sâu cho tầng điển hình (tầng 12) và phòng khách sạn diện tích $38,3\text{ m}^2$. Phạm vi thời gian và dữ liệu thực hiện theo đồ án tốt nghiệp khóa 2021–2025 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 07/2025).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng các cơ sở lý thuyết nhiệt - lạnh, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và công cụ phần mềm kỹ thuật chuyên dụng:

Tiêu chuẩn kỹ thuật và thông số thiết kế

Nghiên cứu áp dụng Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 5687:2024 (Thông gió và điều hòa không khí – Tiêu chuẩn thiết kế) để xác định cấp điều hòa, thông số tính toán vi khí hậu và định mức cấp gió tươi. Hệ thống ĐHKK của công trình được chọn ở Cấp II với hệ số đảm bảo $k_{\text{bđ}} = 0,977 \div 0,983$, tương ứng số giờ cho phép không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm bên trong là $M = 150 \div 200\text{ h/năm}$. Mức độ ồn tối đa cho phép trong phòng khách sạn được kiểm soát ở mức 50 dB theo tiêu chuẩn TCXDVN 175-2005.

Thông số thiết kế Môi trường bên ngoài (TP.HCM) Môi trường tiện nghi bên trong (Phòng khách/ngủ)
Nhiệt độ không khí ($t$) $36,0^\circ\text{C}$ $24,0 \pm 1^\circ\text{C}$
Độ ẩm tương đối ($\varphi$) $49,9%$ $60 \pm 5%$
Nhiệt độ bầu ướt ($t_{\text{ư}}$) $26,8^\circ\text{C}$ —
Nhiệt độ đọng sương ($t_s$) $23,9^\circ\text{C}$ —

Khung lý thuyết tính tải nhiệt

Phụ tải nhiệt được xác định theo phương pháp cân bằng nhiệt - ẩm truyền thống của Carrier, tách biệt nhiệt hiện ($Q_{\text{ht}}$) và nhiệt ẩn ($Q_{\text{ât}}$) từ các nguồn xâm nhập:

  • Bức xạ mặt trời qua kính ($Q_{11}$): có xét đến hệ số tích nhiệt tức thời $n_t$, hệ số ảnh hưởng độ cao $\varepsilon_c = 1$, hệ số đọng sương $\varepsilon_{\text{đs}} = 0,95$, hệ số khung kim loại $\varepsilon_{\text{kh}} = 1,17$, loại kính Calorex màu xanh 6 mm ($\varepsilon_m = 0,57$) và rèm che bên trong màu trung bình ($\varepsilon_r = 0,65$).
  • Truyền nhiệt qua kết cấu bao che ($Q_2$): bao gồm nhiệt truyền qua mái tầng 34 ($Q_{21}$), nhiệt truyền qua vách và cửa kính ($Q_{22}$), nhiệt truyền qua sàn/nền ($Q_{23}$).
  • Nhiệt tỏa từ nguồn bên trong ($Q_3, Q_4$): đèn chiếu sáng huỳnh quang ($Q_{31}$), thiết bị điện tử - máy móc ($Q_{32}$) và nhiệt hiện/ẩn do con người tỏa ra ($Q_4$).
  • Nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_N$) và nhiệt do gió lọt qua khe cửa ($Q_5$).
  • Kiểm tra hiện tượng đọng sương bề mặt theo điều kiện hệ số truyền nhiệt kết cấu $k < k_{\text{max}} = 15,3\text{ W/m}^2\text{K}$.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

Nghiên cứu kết hợp phương pháp giải tích kỹ thuật, mô hình hóa số và mô phỏng thực nghiệm ảo:

  • Tính toán giải tích: Thiết lập bảng tính toán thủ công phụ tải Carrier và kiểm tra đọng sương; tính toán thủy lực mạng lưới đường ống gió và đường ống nước; tra cứu ẩm đồ trạng thái không khí và xác định các hệ số RSHF, GSHF, ESHF, Bypass Factor ($\varepsilon_{\text{BF}}$).
  • Phần mềm tính tải Trace 700: Thiết lập các Zone/Room, thông số thời tiết TP.HCM, kết cấu tường, mái, lịch trình tải bên trong và đối chiếu năng suất làm lạnh với phương pháp Carrier.
  • Phần mềm phụ trợ: AirCalc (xác định trạng thái không khí và điểm sương), Duct Checker và ASHRAE Duct Fitting Database (tra cứu tổn thất cục bộ và ma sát đường ống).
  • Phần mềm Autodesk Revit: Xây dựng mô hình 3D hệ thống thông gió, nước ngưng, nước lạnh; xuất bản vẽ mặt bằng kỹ thuật tầng 12 và bóc tách bảng thống kê khối lượng (Schedule).
  • Phần mềm ANSYS Fluent 2024R2 & SpaceClaim: Dựng hình học không gian phòng $38,3\text{ m}^2$, chia lưới thể tích đa diện kết hợp các lớp biên (Boundary Layer), giải hệ phương trình Navier-Stokes và phương trình năng lượng để phân tích vi khí hậu trong không gian điều hòa.

Nguồn dữ liệu đầu vào được thu thập từ hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc - kết cấu - cơ điện của dự án Hilton Sài Gòn, các tài liệu khí hậu địa phương và catalog kỹ thuật từ các nhà sản xuất Daikin (Centrifugal Chiller) và Alpha (tháp giải nhiệt dòng APC-S).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kỹ thuật của công trình được thiết kế theo cấu hình phân tán kết hợp trạm làm lạnh trung tâm:

Cấu hình hệ thống điều hòa không khí và xử lý gió tươi

  • Trạm máy lạnh trung tâm: Sử dụng hệ thống Water Chiller giải nhiệt bằng nước đặt tại phòng máy kỹ thuật, kết hợp hệ thống tháp giải nhiệt Daikin và Alpha bố trí tại tầng mái. Nước lạnh được bơm tuần hoàn qua các mạng đường ống chính cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt.
  • Sơ đồ xử lý không khí: Áp dụng sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp kết hợp thiết bị xử lý không khí sơ bộ PAU (Primary Air Units). Hệ thống gồm 9 cụm PAU chuyên trách cho từng khu vực:
    • PAU B4-01: Cung cấp gió tươi từ tầng hầm 4 đến tầng hầm 1.
    • PAU L6-01: Cấp gió tươi chụp hút bếp tầng 2 và tầng 3.
    • PAU L6-02: Cấp gió tươi từ tầng 3 đến tầng 5.
    • PAU L7-01: Cấp gió tươi từ tầng 7 đến tầng 9.
    • PAU L7-02 & L7-03: Cấp gió tươi cho bếp buffet và bếp chính tầng 8.
    • PAU L9-01: Cấp gió tươi cho khối phòng khách sạn từ tầng 10 đến tầng 33.
    • PAU TF-01 & TF-02: Cấp gió tươi cho tầng 34 và khu vực bếp tầng 34.
  • Dàn lạnh khu vực: Sử dụng các thiết bị FCU (Fan Coil Unit) giấu trần nối ống gió cho từng phòng khách sạn và các khối AHU cho các khu vực không gian công cộng rộng lớn (hội trường, sảnh đón tiếp).

Hệ thống thông gió và an toàn cháy nổ (PCCC)

  • Hệ thống hút gió thải: Bố trí các quạt hút trục đứng thu gom khí thải từ các phòng vệ sinh (WC) của từng tầng và xả ra ngoài công trình.
  • Hệ thống hút khói hành lang: Hệ thống quạt hút khói hoạt động khi có tín hiệu báo cháy, tính toán lưu lượng và tổn thất áp suất đường ống kết nối từ quạt tầng mái/tầng kỹ thuật đến các hành lang và khu hậu cần tầng hầm.
  • Hệ thống tăng áp chống khói: Thiết kế quạt cấp gió tạo áp suất dương cho buồng thang bộ thoát nạn và giếng thang máy chữa cháy, đảm bảo chênh lệch áp suất ngăn khói xâm nhập khi cửa đóng và duy trì vận tốc gió ngăn khói khi mở cửa.

Triển khai mô hình thông tin công trình (BIM Revit)

Mô hình kỹ thuật được xây dựng bằng Autodesk Revit cho tầng 12 điển hình của tòa nhà:

  • Dựng hệ thống ống gió cấp, ống gió hồi, ống cấp gió tươi và ống gió thải toilet cùng hệ thống miệng gió (Supply/Return Air Diffuser, Linear Slot Diffuser).
  • Dựng hệ thống đường ống nước lạnh cấp - hồi (Chilled Water Supply/Return) và đường ống thoát nước ngưng (Condensate Pipe) từ dàn FCU về trục kỹ thuật đứng.
  • Thiết lập bảng thống kê Schedule Properties để bóc tách khối lượng chi tiết: kích thước và diện tích bề mặt ống gió cứng, chiều dài ống gió mềm, số lượng cút/co/chạc/van gió, khối lượng đường ống nước và các phụ kiện van khóa, van cân bằng.

Quy trình mô phỏng số khí động lực học (CFD)

Quá trình mô phỏng vi khí hậu trong phòng khách sạn $38,3\text{ m}^2$ tầng 12 được thực hiện trên ANSYS Fluent 2024R2 theo các bước:

  • Chuẩn bị hình học (Geometry): Sử dụng SpaceClaim làm sạch mô hình, loại bỏ chi tiết thừa, xác định các miền không khí, vị trí miệng gió cấp, miệng gió hồi và kết cấu bao che (tường, cửa kính, rèm, sàn, trần).
  • Tạo lưới (Meshing): Áp dụng kỹ thuật chia lưới Sunface Mesh và Volume Mesh đa diện. Bổ sung các lớp biên (Add Boundary Layer) tại các bề mặt trao đổi nhiệt; thiết lập kích thước cục bộ (Local Sizing) quanh miệng thổi nhằm đảm bảo chất lượng lưới và sự hội tụ của nghiệm số.
  • Thiết lập vật liệu và điều kiện biên (Setup): Gán đặc tính vật lý cho các lớp vật liệu: bê tông ($k = 1,42\text{ W/mK}$), gỗ, kính Low-E; khai báo điều kiện biên miệng gió cấp (vận tốc thổi, nhiệt độ gió cấp $t_v$), miệng hút (áp suất tự do Outflow/Pressure Outlet); thiết lập trao đổi nhiệt qua vách với 2 trường hợp: vách đoạn nhiệt ($\text{Heat Flux} = 0$) và trao đổi nhiệt đối lưu - bức xạ ($\text{Convection}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tầm quan trọng của kỹ thuật điều hòa không khí trong đời sống và sản xuất, phân tích ảnh hưởng của môi trường nhiệt ẩm đến sức khỏe con người và năng suất lao động. Tác giả tiến hành phân loại và so sánh ưu nhược điểm của ba giải pháp điều hòa chính: hệ thống cục bộ, hệ thống điều hòa VRV/VRF và hệ thống làm lạnh bằng nước Water Chiller. Dựa trên đặc thù kiến trúc cao 34 tầng, hơn 350 phòng với nhiều phân khu chức năng khác nhau, đồ án lựa chọn hệ thống Water Chiller kết hợp PAU và FCU nhằm đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ mặt dựng, độ an toàn môi chất và hiệu quả vận hành lâu dài. Chương này cũng tổng hợp các thông số khí hậu TP.HCM ($t_N = 36^\circ\text{C}, \varphi_N = 49,9%$) và bảng thông số vi khí hậu bên trong từng phòng theo TCVN 5687:2024.

Chương 2: Tính toán tải lạnh công trình

Chương 2 là nội dung tính toán trọng tâm của đồ án, trình bày chi tiết công thức và kết quả tính tải nhiệt theo phương pháp Carrier. Các thành phần tải được tính toán cụ thể:

  • Bức xạ qua kính ($Q_{11}$): Xác định thông qua hệ số $R_T, R_N, R_k$ theo các hướng địa lý và khối lượng riêng bề mặt kết cấu bao che ($g_s$). Điển hình cho phòng khách sạn $38,3\text{ m}^2$ tầng 12 hướng Đông Nam có $R_k = 267,8\text{ W/m}^2$, hệ số tác dụng tức thời $n_t = 0,64$ (lúc 10:00), cho ra tải bức xạ kính $Q_{11} = 949,67\text{ W}$.
  • Truyền nhiệt kết cấu bao che ($Q_2$): Hệ số truyền nhiệt tường tiếp xúc ngoài $k_t = 2,33\text{ W/m}^2\text{K}$, tường ngăn trong nhà $k_t = 2,2\text{ W/m}^2\text{K}$, cửa sổ kính $k_{\text{ck}} = 3,35\text{ W/m}^2\text{K}$, sàn nền $k_n = 2,15\text{ W/m}^2\text{K}$, mái bằng bê tông $k_m = 1,42\text{ W/m}^2\text{K}$. Mái tầng 34 khu vực bếp ($198,1\text{ m}^2$) có hiệu nhiệt độ tương đương $\Delta t_{\text{tđ}} = 37,328^\circ\text{C}$, nhiệt truyền qua mái $Q_{21} = 10.500\text{ W}$. Phòng $38,3\text{ m}^2$ tầng 12 có nhiệt truyền qua vách ngăn $Q_{22t} = 143,39\text{ W}$ và qua kính $Q_{22ck} = 540,89\text{ W}$, tổng $Q_{22} = 684,28\text{ W}$.
  • Nhiệt tải bên trong ($Q_3, Q_4$): Chiếu sáng huỳnh quang ($q_s = 11\text{ W/m}^2$) sinh nhiệt $Q_{31} = 29,49\text{ W}$; máy móc ước tính theo công năng ($10\text{ W/m}^2$ cho phòng khách sạn, $20\text{ W/m}^2$ cho văn phòng/bếp, $50\text{ W/m}^2$ cho phòng điện); nhiệt người tỏa ra ($n = 2$ người, $q_h = 70\text{ W}$, $q_â = 60\text{ W}$) đạt $Q_4 = 137,64\text{ W}$ ($Q_{4h} = 17,64\text{ W}, Q_{4â} = 120\text{ W}$).
  • Nhiệt do gió tươi ($Q_N$) và gió lọt ($Q_5$): Không khí ngoài xử lý sơ bộ qua PAU L9-01 về $t'{N1} = 18^\circ\text{C}, \varphi = 95%$, gió tươi mang vào phòng $38,3\text{ m}^2$ là $Q_N = 616,05\text{ W}$ ($Q{hN} = 324\text{ W}, Q_{âN} = 292,05\text{ W}$). Phòng họp A1 tầng 5 qua PAU L6-02 sinh tải $Q_N = 25.065\text{ W}$. Nhiệt do gió lọt trong phòng $38,3\text{ m}^2$ ($V = 103,41\text{ m}^3$) là $Q_5 = 799,67\text{ W}$.
  • Kiểm tra tính đọng sương: Giá trị $k_{\text{max}} = 15,3\text{ W/m}^2\text{K}$, các kết cấu bao che đều có $k \ll k_{\text{max}}$, bảo đảm không xảy ra ngưng tụ ẩm trên bề mặt vách.
  • Kiểm tra bằng Trace 700: Xây dựng mô hình nhiệt, so sánh sai lệch giữa Trace 700 và phương pháp Carrier cho từng phân vùng. Lựa chọn dòng máy Centrifugal Chiller của hãng Daikin và tháp giải nhiệt Alpha dòng APC-S.
  • Tính toán hệ thống phụ trợ: Thiết kế đường ống cấp gió tươi, ống gió mềm, ống hút gió thải toilet; tính toán tổn thất cột áp cho hệ thống hút khói hành lang, hệ thống tạo áp cầu thang bộ và giếng thang máy PCCC; từ đó tính chọn thông số động cơ quạt chuyên dụng.

Chương 3: Giới thiệu phần mềm Revit

Chương 3 trình bày việc ứng dụng công cụ BIM Autodesk Revit để thiết kế và quản lý hệ thống cơ điện (Revit MEP). Tác giả mô tả phương pháp dựng hình không gian 3D, thiết lập hệ thống đường ống gió, ống dẫn môi chất nước lạnh và nước ngưng tại mặt bằng tầng 12 điển hình. Chương này trình bày chi tiết quy trình sử dụng bảng thuộc tính Schedule Properties trong thanh công cụ Project Browser nhằm tự động bóc tách các biến kỹ thuật: kích thước tiết diện ống, vật liệu bọc cách nhiệt, số lượng phụ kiện cút/tê/giảm, số lượng van và miệng gió, phục vụ công tác lập dự toán thi công.

Chương 4: Thực hiện mô phỏng dòng chảy không khí trong phòng bằng phần mềm ANSYS Fluent 2024R2

Chương 4 tập trung vào quy trình mô phỏng số động lực học chất lưu nhằm đánh giá tiện nghi nhiệt thực tế trong không gian phòng khách sạn $38,3\text{ m}^2$. Tác giả trình bày các tham số đầu vào: vận tốc gió tại miệng thổi, nhiệt độ cấp, lưu lượng khối lượng (Mass Flow Rate), thiết lập hình học trên SpaceClaim và tạo lưới thể tích có lớp biên. Quá trình mô phỏng kiểm tra tính hội tụ của các phương trình dư (residuals). Tác giả tiến hành phân tích mặt cắt trường nhiệt độ và trường vận tốc không khí theo các trục tọa độ YX, YZ, ZX; xuất biểu đồ Histogram phân bố nhiệt độ và đánh giá nhiệt độ trung bình bề mặt vách. Kết quả so sánh 2 kịch bản (vách đoạn nhiệt $\text{Heat Flux} = 0$ và vách truyền nhiệt đối lưu $\text{Convection}$) chỉ ra sự phân bố dòng khí thực tế trong phòng, từ đó đánh giá sự phù hợp của vị trí lắp đặt miệng cấp - miệng hồi.

Chương 5: Kết luận

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được trong việc tính toán kiểm tra hệ thống điều hòa không khí, triển khai mô hình BIM và mô phỏng CFD, đồng thời đưa ra các nhận định kỹ thuật tổng kết toàn bộ đồ án.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

  • Xác định và kiểm chứng phụ tải lạnh hoàn chỉnh cho công trình khách sạn Hilton Sài Gòn, chứng minh sự tương thích giữa phương pháp giải tích Carrier và phần mềm mô phỏng Trace 700.
  • Xác nhận các bề mặt tường bao che, kính, sàn và mái đều đáp ứng điều kiện chống đọng sương bề mặt với $k < 15,3\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Tính chọn thành công hệ thống thiết bị Chiller ly tâm Daikin, tháp giải nhiệt Alpha APC-S, 9 cụm PAU và hệ thống FCU từng phòng.
  • Hoàn thành thông số kỹ thuật và chọn quạt cho các hệ thống an toàn cháy: quạt hút khói hành lang tầng hầm/tầng nổi, quạt tạo áp cầu thang bộ và giếng thang máy chữa cháy đảm bảo lưu lượng xả và áp suất dư ngăn khói theo tiêu chuẩn PCCC.
  • Trích xuất bảng khối lượng vật tư ống gió, phụ kiện miệng gió và hệ thống ống nước lạnh - nước ngưng tầng 12 từ phần mềm Revit.
  • Mô phỏng CFD trên ANSYS Fluent 2024R2 cho thấy trường vận tốc và trường nhiệt độ trong phòng khách sạn $38,3\text{ m}^2$ đạt trạng thái phân bố đồng đều, không tạo ra vùng xoáy đọng khí cục bộ hoặc chênh lệch nhiệt độ gây khó chịu trong vùng sinh hoạt tiện nghi.

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật

  • Kiến nghị áp dụng hệ thống xử lý gió tươi tập trung bằng PAU làm lạnh sâu trước khi cấp về các dàn FCU, giúp giảm tải nhiệt ẩm cục bộ trong các phòng và kiểm soát độ ẩm phòng ngủ luôn ổn định ở mức $60 \pm 5%$.
  • Tối ưu hóa kích thước đường ống gió mềm và bố trí cánh hướng dòng tại các cút rẽ nhằm giảm thiểu tổn thất áp suất cục bộ và giảm độ ồn khí động học qua miệng thổi xuống dưới ngưỡng 50 dB.

Đóng góp về mặt phương pháp

Đồ án đã xây dựng quy trình kỹ thuật khép kín trong thiết kế - thẩm định hệ thống cơ điện công trình cao tầng: kết hợp giữa tính toán giải tích tiêu chuẩn (Carrier, TCVN 5687:2024), phần mềm kiểm định tải chuyên ngành (Trace 700), công cụ thiết kế - bóc tách khối lượng BIM (Autodesk Revit) và công cụ đánh giá trường vi khí hậu chi tiết (ANSYS Fluent CFD).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do hạn chế về thông tin chi tiết các thiết bị điện thực tế trong hồ sơ ban đầu, phụ tải nhiệt tỏa từ máy móc ($Q_{32}$) phải ước tính sơ bộ theo mật độ diện tích chức năng (từ $10\text{ W/m}^2$ đến $50\text{ W/m}^2$). Phạm vi mô phỏng vi khí hậu CFD mới chỉ tập trung phân tích cho một không gian điển hình (phòng khách sạn $38,3\text{ m}^2$ tầng 12), chưa mở rộng mô phỏng cho các không gian phức tạp khác như sảnh thông tầng, nhà hàng hay trung tâm hội nghị.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng mô phỏng CFD dòng khí và lan truyền khói khi xảy ra sự cố cháy cho toàn bộ khu vực hành lang và giếng thang bộ; nghiên cứu tối ưu hóa năng lượng động cho hệ thống Water Chiller theo chu kỳ biến thiên phụ tải thực tế 8.760 giờ trong năm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh, Kỹ thuật Hệ thống Công trình (MEP) và Kỹ thuật Xây dựng. Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

  1. Quy trình tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier tích hợp hệ thống PAU xử lý gió tươi sơ bộ, có ví dụ tính toán số liệu cụ thể cho từng loại phòng.
  2. Phương pháp áp dụng các bảng biểu tra cứu theo tiêu chuẩn thiết kế mới TCVN 5687:2024.
  3. Kỹ thuật tính toán thủy lực hệ thống hút khói hành lang và tạo áp cầu thang thoát hiểm PCCC.
  4. Trình tự thiết lập mô hình, chia lưới lớp biên và cài đặt điều kiện biên trao đổi nhiệt mô phỏng vi khí hậu phòng trên ANSYS Fluent 2024R2.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình khách sạn Hilton Sài Gòn lại lựa chọn hệ thống Water Chiller thay vì hệ thống điều hòa trung tâm VRV/VRF?

Khách sạn Hilton Sài Gòn là tổ hợp công trình cao tầng quy mô lớn (34 tầng nổi, 5 tầng hầm, diện tích sàn $\sim 53.800\text{ m}^2$) với mật độ người đông và yêu cầu nghiêm ngặt về thẩm mỹ mặt dựng. Hệ thống VRV/VRF bị giới hạn về chiều dài và độ chênh cao đường ống dẫn môi chất gas, dàn nóng giải nhiệt gió đòi hỏi không gian lắp đặt ngoài trời gây ảnh hưởng kiến trúc, đồng thời tiềm ẩn rủi ro rò rỉ gas trong phòng kín. Hệ thống Water Chiller sử dụng nước làm chất tải lạnh an toàn, không bị giới hạn chiều dài đường ống, cho phép kiểm soát nhiệt độ - độ ẩm chính xác từng phòng và duy trì hiệu suất vận hành ổn định, bền bỉ cho công trình quy mô lớn.

2. Thiết bị PAU (Primary Air Unit) đóng vai trò gì trong sơ đồ điều hòa không khí của dự án?

Hệ thống sử dụng 9 cụm PAU để xử lý sơ bộ không khí tươi ngoài trời trước khi cấp vào công trình. Không khí bên ngoài nóng ẩm và chứa bụi được lọc sạch, làm lạnh sơ bộ và khử ẩm qua dàn coil của PAU (ví dụ đưa gió tươi về $18^\circ\text{C}$ với $\varphi = 95%$) rồi mới cấp về các FCU hoặc không gian điều hòa. Giải pháp này giúp triệt tiêu phần lớn tải nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào ngay từ đầu, giảm phụ tải cho dàn lạnh FCU trong phòng và ngăn ngừa ẩm mốc.

3. Điều kiện kiểm tra đọng sương của kết cấu bao che được tính toán như thế nào và kết quả ra sao?

Hiện tượng đọng sương được kiểm soát thông qua điều kiện hệ số truyền nhiệt thực tế của kết cấu phải nhỏ hơn hệ số giới hạn: $k < k_{\text{max}}$. Với điều kiện ngoài trời TP.HCM ($t_N = 36^\circ\text{C}, t_{sN} = 26,8^\circ\text{C}$) và nhiệt độ phòng $24^\circ\text{C}$, giá trị $k_{\text{max}}$ tính được là $15,3\text{ W/m}^2\text{K}$. Toàn bộ các kết cấu của công trình (tường ngoài $k_t = 2,33\text{ W/m}^2\text{K}$, vách trong $k_t = 2,2\text{ W/m}^2\text{K}$, cửa kính $k_{\text{ck}} = 3,35\text{ W/m}^2\text{K}$, sàn $k_n = 2,15\text{ W/m}^2\text{K}$, mái $k_m = 1,42\text{ W/m}^2\text{K}$) đều nhỏ hơn nhiều so với $k_{\text{max}}$, bảo đảm không xảy ra đọng sương bề mặt.

4. Đồ án đã áp dụng những trường hợp điều kiện biên nào khi mô phỏng CFD phòng khách sạn trên ANSYS Fluent?

Trong Chương 4, nhóm tác giả đã thiết lập mô hình 3D phòng $38,3\text{ m}^2$ và chạy mô phỏng đối chứng giữa 2 trường hợp điều kiện biên nhiệt qua kết cấu bao che:

  • Trường hợp 1: Vách đoạn nhiệt lý tưởng với mật độ dòng nhiệt bằng không ($\text{Heat Flux} = 0$).
  • Trường hợp 2: Vách trao đổi nhiệt đối lưu và bức xạ thực tế ($\text{Convection}$) với môi trường xung quanh có khai báo các hệ số truyền nhiệt của vật liệu gỗ, bê tông và kính Low-E. Từ đó, đồ án phân tích sự khác biệt về trường nhiệt độ và vận tốc không khí để đánh giá độ tiện nghi vi khí hậu.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành việc tính toán kiểm tra phụ tải nhiệt, lựa chọn cấu hình hệ thống điều hòa không khí Water Chiller kết hợp PAU và tính toán các hệ thống thông gió, tăng áp PCCC cho công trình khách sạn Hilton Sài Gòn theo tiêu chuẩn TCVN 5687:2024. Nghiên cứu đã kiểm chứng tính tin cậy của phương pháp giải tích Carrier thông qua việc đối chiếu với phần mềm Trace 700 và hồ sơ thiết kế thực tế của tòa nhà. Việc kết hợp triển khai mô hình thông tin công trình trên Autodesk Revit và mô phỏng trường dòng chảy nhiệt ẩm bằng ANSYS Fluent 2024R2 mang lại giải pháp kỹ thuật toàn diện, chứng minh tính khả thi và tiện nghi vi khí hậu của phương án thiết kế.