Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật xây dựng và công nghệ cơ điện công trình hiện đại, hệ thống điều hòa không khí và thông gió (HVAC) đóng vai trò quyết định trong việc duy trì điều kiện vi khí hậu tiện nghi, bảo vệ sức khỏe con người, đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đặc thù cho vận hành thiết bị. Việc tính toán, kiểm tra phụ tải nhiệt và lưu lượng thông gió một cách chuẩn xác là yêu cầu bắt buộc nhằm hạn chế các sự cố kỹ thuật như không đáp ứng đủ công suất làm mát, lãng phí điện năng tiêu thụ, gia tăng chi phí vận hành và làm suy giảm tuổi thọ của thiết bị.

Đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên cứu công trình tổ hợp chung cư cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ và văn phòng Picity Sky Park, tọa lạc tại số 15/9 Khu phố Bình Dương 2, Phường An Bình, Thành phố Dĩ An, Tỉnh Bình Dương. Dự án do Công ty Cổ phần Khách sạn Đầu tư Kim Sơn làm chủ đầu tư, Tập đoàn Pi Group phát triển và Công ty TNHH Tư vấn thiết kế xây dựng RFR Pháp Việt phụ trách tư vấn thiết kế. Công trình có tổng quy mô diện tích 10.611 m², bao gồm 03 khối tháp: Park 1 cao 40 tầng, Park 2 cao 21 tầng và Park 3 cao 40 tầng.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều hòa không khí, các tiêu chuẩn thiết kế vi khí hậu hiện hành và đặc điểm kiến trúc của công trình Picity Sky Park Bình Dương.
  2. Tính toán kiểm tra phụ tải lạnh của công trình bằng phương pháp Carrier kết hợp sử dụng phần mềm chuyên dụng TRACE 700, từ đó đối chiếu và đánh giá so với hồ sơ thiết kế kỹ thuật hiện hữu.
  3. Tính toán kiểm tra hệ thống thông gió, bao gồm hệ thống cấp gió tươi, hút gió thải, hệ thống tạo áp buồng thang thoát hiểm, hệ thống hút khói hành lang và hệ thống thông gió hầm xe kết hợp cảm biến CO.
  4. Triển khai mô hình không gian ba chiều (3D) của hệ thống điều hòa không khí và thông gió trên nền tảng phần mềm Revit, đồng thời trích xuất bảng khối lượng vật tư (Schedules) cho công trình.
  5. Ứng dụng phần mềm Autodesk CFD để mô phỏng và phân tích chi tiết trường phân bố vận tốc dòng khí và trường nhiệt độ tại không gian điển hình (phòng Nhóm trẻ 2 tại tầng 1).

Đối tượng nghiên cứu là các hệ thống điều hòa không khí (Multi-Split, Single-Split, VRF) và hệ thống thông gió - kiểm soát khói sự cố của tòa nhà. Phạm vi nghiên cứu về không gian bao gồm các khu chức năng từ tầng hầm B1, B2 đến các tầng căn hộ, thương mại dịch vụ và tầng 40 của công trình Picity Sky Park. Phạm vi thời gian và điều kiện khí hậu được xác lập theo chu kỳ mùa hè tại khu vực Thành phố Dĩ An, Tỉnh Bình Dương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết tính toán cân bằng nhiệt ẩm trong đồ án dựa trên phương pháp Carrier truyền thống, xác định tổng năng suất lạnh yêu cầu $Q_o = Q_t = \sum Q_{ht} + \sum Q_{at}$ (trong đó $Q_{ht}$ là tổng nhiệt hiện thừa và $Q_{at}$ là tổng nhiệt ẩn thừa). Các thành phần nhiệt tải được bóc tách chi tiết bao gồm:

  • Nhiệt bức xạ mặt trời $Q_1$: Gồm nhiệt bức xạ qua kính $Q_{11}$ (tính toán dựa trên hệ số tác dụng tức thời $n_t$, mật độ khối lượng kết cấu bao che $g_s$, hệ số khung kim loại $\varepsilon_{kh} = 1,17$, hệ số mây mù $\varepsilon_{mm} = 1$, hệ số đọng sương $\varepsilon_{đs}$, hệ số độ cao $\varepsilon_c$ với cao độ công trình 27m) và nhiệt bức xạ qua mái $Q_{12}$.
  • Nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ $Q_2$: Gồm nhiệt truyền qua mái $Q_{21}$, nhiệt truyền qua vách tường bao $Q_{22t}$, nhiệt truyền qua cửa ra vào $Q_{22c}$ và nhiệt truyền qua kết cấu nền/sàn $Q_{23}$.
  • Nhiệt tỏa ra do thiết bị $Q_3$: Gồm nhiệt hiện từ hệ thống đèn chiếu sáng $Q_{31}$ (xác định qua công suất bóng, hệ số tức thời $n_t$, hệ số đồng thời $n_d = 0,85$) và nhiệt hiện tỏa ra từ máy móc văn phòng, gia dụng $Q_{32}$.
  • Nhiệt tỏa ra từ cơ thể người $Q_4$: Tách biệt thành nhiệt hiện $Q_{4h}$ và nhiệt ẩn $Q_{4â}$ dựa trên trạng thái lao động nhẹ ($q_h = 65\text{ W/người}$, $q_{â} = 55\text{ W/người}$ ở $25^\circ\text{C}$).
  • Nhiệt do gió tươi mang vào $Q_N$: Gồm nhiệt hiện $Q_{hN}$ và nhiệt ẩn $Q_{âN}$ tính theo lưu lượng gió tươi tiêu chuẩn trên mỗi người.
  • Nhiệt do không khí lọt vào phòng $Q_5$: Tính toán dựa trên độ chênh áp, thể tích phòng và hệ số kinh nghiệm.

Về hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn pháp lý, đồ án áp dụng:

  • TCVN 5687:2024: Tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí, xác định điều kiện vi khí hậu tiện nghi trong nhà và thông số khí hậu ngoài trời theo cấp điều hòa.
  • TCXDVN 175:2005: Mức ồn tối đa cho phép trong công trình công cộng.
  • ASHRAE 62.1-2016: Tiêu chuẩn xác định mật độ người và lưu lượng thông gió cấp cho các không gian chức năng.
  • ASHRAE Handbook 2017: Dữ liệu công suất nhiệt thiết bị và thông số bức xạ.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán giải tích lý thuyết và mô phỏng số kỹ thuật:

  • Phương pháp giải tích: Tính toán cân bằng nhiệt ẩm thủ công theo công thức Carrier, lập sơ đồ điều hòa không khí tuần hoàn một cấp trên đồ thị dung ẩm $I\text{-}d$ và $t\text{-}s$, kiểm tra điều kiện đọng sương trên bề mặt.
  • Phương pháp mô phỏng phụ tải: Ứng dụng phần mềm TRACE 700 của hãng Trane, nhập thông số thời tiết Bình Dương, thông số vật liệu và lịch trình vận hành để tính tải nhiệt động học và đối chứng sai số.
  • Phương pháp tính toán thủy lực ống gió: Sử dụng phần mềm Duct Checker để chọn tiết diện ống gió, phần mềm ASHRAE Duct Fitting Database để tính tổn thất áp suất ma sát và tổn thất cục bộ, phần mềm Fans by Fantech để tra cứu và chọn điểm làm việc của quạt thông gió.
  • Phương pháp mô hình hóa thông tin công trình (BIM): Triển khai không gian 3D của hệ thống cơ điện lạnh trên phần mềm Autodesk Revit.
  • Phương pháp động lực học dòng chảy chất lưu (CFD): Thiết lập mô hình số, chia lưới và giải phương trình dòng chảy trên phần mềm Autodesk CFD.

Nguồn dữ liệu đầu vào được thu thập từ hồ sơ thiết kế kỹ thuật thi công của Công ty TNHH Tư vấn thiết kế xây dựng RFR Pháp Việt và thông số khí hậu địa phương tỉnh Bình Dương (vĩ độ $10,87^\circ\text{B}$, cao độ 27m; điều hòa cấp II có $m = 200\text{ h/năm}$, xác suất bảo đảm $P_e = 0,977$; nhiệt độ ngoài trời $t_N = 36,8^\circ\text{C}$, độ ẩm $\varphi_N = 55,4%$, nhiệt độ bầu ướt $t_u = 28,8^\circ\text{C}$).

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Trên cơ sở phân tích công năng kiến trúc và tải nhiệt của dự án Picity Sky Park, giải pháp kỹ thuật điều hòa không khí được phân bổ theo từng khu vực cụ thể:

  • Khu căn hộ điển hình từ tầng 10 trở lên: Sử dụng hệ thống máy lạnh đa kết nối (Multi-Split) nhằm tối ưu hóa diện tích đặt dàn nóng ngoài logia.
  • Khu căn hộ từ tầng 6 đến tầng 9, khu shophouse và các phòng officetel từ tầng 1 đến tầng 5: Sử dụng hệ thống máy lạnh cục bộ (Single-Split).
  • Khu nhà trẻ, phòng sinh hoạt cộng đồng, khu dịch vụ officetel (tầng 1 đến tầng 6) và phòng gym tại tầng 21: Sử dụng hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRF dàn nóng giải nhiệt gió.

Hệ thống thông gió và kiểm soát không khí sự cố được triển khai đồng bộ:

  • Hệ thống cấp gió tươi (FAF) và hút gió thải (EAD) cơ khí phục vụ các tầng thương mại dịch vụ và căn hộ.
  • Hệ thống tạo áp buồng thang bộ thoát hiểm (PAF) nhằm duy trì cột áp dương ngăn khói xâm nhập hành lang khi xảy ra sự cố cháy.
  • Hệ thống hút khói hành lang (SEAF) và hút khói phòng tập trung đông người (phòng sinh hoạt cộng đồng).
  • Hệ thống thông gió hầm xe (tầng hầm B1, B2) tích hợp mạng lưới cảm biến nồng độ Carbon Monoxide (CO) để điều khiển quạt hoạt động qua bộ biến tần (VSD), kiểm soát phát thải khí độc hại từ phương tiện giao thông.

Quy trình triển khai mô hình 3D trên phần mềm Autodesk Revit bao gồm việc tạo lập các đối tượng thiết bị (dàn lạnh âm trần cassette, quạt ly tâm, quạt hướng trục), định tuyến hệ thống đường ống gió (SAD, RAD, FAF, EAD, SEAD, PAF), đường ống môi chất gas và mạng đường ống thoát nước ngưng. Dữ liệu hình học và phi hình học từ mô hình Revit được trích xuất tự động qua công cụ Schedules nhằm lập bảng tiên lượng khối lượng vật tư phục vụ dự toán.

Đối với mô phỏng CFD trong Autodesk CFD, quy trình được thực hiện trên không gian phòng Nhóm trẻ 2 tầng 1 với diện tích sàn $101,5\text{ m}^2$:

  • Xây dựng mô hình hình học phòng học và hệ thống miệng cấp/hồi từ bản vẽ Revit.
  • Gán tính chất vật lý của vật liệu cho kết cấu bao che và môi chất không khí.
  • Thiết lập điều kiện biên: Lưu lượng thể tích và nhiệt độ thổi ra tại các miệng gió của dàn lạnh cassette, điều kiện áp suất khí quyển tại miệng hút hồi, tải nhiệt từ đèn chiếu sáng, thiết bị và mật độ 27 người trong phòng.
  • Tạo lưới phần tử hữu hạn (meshing), tiến hành làm mịn lưới tại các khu vực dòng chảy biến thiên mạnh quanh miệng gió.
  • Tiến hành giải lặp bài toán truyền nhiệt và dòng chảy, xuất trường phân bố vận tốc và trường nhiệt độ để kiểm tra độ đồng đều vi khí hậu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do lựa chọn đề tài và phân tích vai trò của điều hòa không khí trong các công trình dân dụng, y tế, sản xuất công nghiệp và công nghệ thông tin. Tác giả tiến hành phân loại và so sánh ưu nhược điểm kỹ thuật của ba hệ thống làm lạnh chính: Hệ thống Water Chiller, hệ thống điều hòa trung tâm VRV/VRF và hệ thống máy lạnh cục bộ. Chương này giới thiệu quy mô công trình Picity Sky Park Bình Dương và lựa chọn cấp điều hòa Cấp II theo TCVN 5687:2024 với các thông số thiết kế tiện nghi trong nhà: Phòng ngủ ($25^\circ\text{C}$, $60%$, độ ồn tối đa $45\text{ dB}$), phòng khách ($25^\circ\text{C}$, $60%$, $50\text{ dB}$), khu dịch vụ và nhà trẻ ($25^\circ\text{C}$, $60%$, $55\text{ dB}$). Cuối chương giới thiệu tổng quan các tính năng của phần mềm TRACE 700 trong tính tải và phân tích năng lượng.

Chương 2: Tính toán và kiểm tra phụ tải lạnh bằng phương pháp Carrier

Chương 2 thiết lập cơ sở toán học và quy trình tính toán phụ tải lạnh theo Carrier cho toàn bộ công trình, đi sâu vào tính toán mẫu cho phòng Nhóm trẻ 2 tại tầng 1 ($F_s = 101,5\text{ m}^2$). Các thông số vật liệu được xác định bao gồm hệ số truyền nhiệt: Tường gạch nung 80 ($k_{Ntn} = 3,56\text{ W/m}^2\text{K}$, $k_{Ntt} = 3,0\text{ W/m}^2\text{K}$), tường gạch nung 180 ($k_{Ntn} = 2,44\text{ W/m}^2\text{K}$, $k_{Ntt} = 2,18\text{ W/m}^2\text{K}$), tường bê tông khí chưng áp AAC 90 ($k = 0,89\text{ W/m}^2\text{K}$), tường AAC 150 ($k = 0,76\text{ W/m}^2\text{K}$), vách kính 2 lớp dày đệm 10mm ($k = 3,15\text{ W/m}^2\text{K}$), cửa kính khung nhôm ($k = 5,89\text{ W/m}^2\text{K}$) và sàn bê tông dày 300mm tiếp giáp tầng hầm ($k = 2,18\text{ W/m}^2\text{K}$).

Kết quả tính toán phụ tải chi tiết của phòng Nhóm trẻ 2 bao gồm:

  • Nhiệt bức xạ qua kính: $Q_{11} = 5267,73\text{ W}$ (tính từ bức xạ tức thời $Q'{11} = 9755,05\text{ W}$, diện tích kính $28,11\text{ m}^2$, hướng Đông Bắc lúc 8 giờ sáng, $R{Tmax} = 483\text{ W/m}^2$, $n_t = 0,54$).
  • Nhiệt truyền qua vách tường: $Q_{22t} = 3421,64\text{ W}$ (gồm tường ngoài gạch nung $718,07\text{ W}$, tường trong gạch nung $1475,33\text{ W}$, tường AAC $350,65\text{ W}$, vách kính $877,59\text{ W}$).
  • Nhiệt truyền qua cửa ra vào: $Q_{22c} = 526,83\text{ W}$.
  • Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng: $Q_{31} = 298,8\text{ W}$ (từ 30 đèn downlight 12W, $n_t = 0,83$).
  • Nhiệt tỏa từ máy móc thiết bị: $Q_{32} = 1105\text{ W}$ (gồm 2 tivi $140\text{ W}$, 2 máy tính $600\text{ W}$, 2 camera $90\text{ W}$, 2 loa $36\text{ W}$, 2 quạt $220\text{ W}$, điện thoại và modem wifi $19\text{ W}$).
  • Nhiệt tỏa từ người: $Q_4 = 2977,25\text{ W}$ ($Q_{4h} = 1492,25\text{ W}$, $Q_{4â} = 1485\text{ W}$ với số người $n = 27$ theo tiêu chuẩn ASHRAE 62.1).
  • Nhiệt do gió tươi mang vào: $Q_N = 7650,73\text{ W}$ ($Q_{hN} = 2653,3\text{ W}$, $Q_{âN} = 4997,37\text{ W}$ với lưu lượng $l = 6,94\text{ l/s.người}$).

Chương này cũng thiết lập sơ đồ điều hòa tuần hoàn một cấp, tính toán các điểm nút trạng thái không khí, kiểm tra điều kiện đọng sương, nhập dữ liệu vào TRACE 700 và lập bảng so sánh phụ tải lạnh giữa bản thiết kế gốc, phương pháp Carrier và phần mềm TRACE 700 cho các cụm VRV 1F-01, 1F-02, 2F-01, 3F-01, 3F-02 và 21F-01.

Chương 3: Tính toán và kiểm tra hệ thống thông gió, hút khói và tạo áp

Chương 3 trình bày các bước tính toán kiểm tra hệ thống thông gió và cơ chế an toàn khói lửa cho tòa nhà:

  • Tính toán hệ thống cấp gió tươi: Kiểm tra lưu lượng gió tươi các tầng, tính toán tuyến ống gió tươi FAF-2F-02 tầng 2 và tổn thất áp suất mạng đường ống.
  • Tính toán hệ thống gió thải: Xác định lưu lượng gió thải cho không gian điều hòa và không điều hòa, kiểm tra kích thước và trở lực tuyến ống thải tầng 2.
  • Tính toán hệ thống tạo áp buồng thang bộ: Tính chọn lưu lượng và kích thước ống của hệ thống quạt tạo áp PAF-6F-01, tính toán tổn thất áp suất đảm bảo áp suất dương tiêu chuẩn.
  • Tính toán hệ thống hút khói sự cố: Kiểm tra kích thước ống và tổn thất áp của quạt hút khói hành lang SEAF-1F-02 và hệ thống hút khói phòng sinh hoạt cộng đồng.
  • Tính toán thông gió tầng hầm: Xác định lưu lượng thông gió hầm xe B1 và B2, kiểm tra kích thước ống hút khói SEAF-B2-03, ống cấp gió tươi FAF-B1-01, tính toán tổn thất áp suất đường ống và bố trí hệ thống cảm biến CO kết nối quạt biến tần.

Chương 4: Triển khai mô hình 3D bằng phần mềm Revit

Nội dung chương 4 tập trung vào việc số hóa bản vẽ thi công 2D sang mô hình thông tin công trình 3D trên Autodesk Revit. Tác giả trình bày các thao tác thiết lập không gian, dựng hình hệ thống đường ống gió, ống dẫn môi chất lạnh, ống nước ngưng và các thiết bị cơ điện lạnh theo mặt bằng các tầng. Chương này hướng dẫn cách sử dụng công cụ Project Browser, thiết lập New Schedules và Schedules Properties để tự động bóc tách và kết xuất bảng khối lượng vật tư: Diện tích tôn ống gió, chiều dài ống gió mềm, số lượng miệng gió cấp/hồi, phụ kiện nối ống gió, cùng khối lượng ống đồng và ống nước ngưng.

Chương 5: Ứng dụng mô phỏng

Chương 5 ứng dụng công cụ Autodesk CFD để đánh giá hiệu quả tổ chức khí động trong không gian điều hòa. Tác giả trình bày tổng quan lý thuyết CFD, quy trình nhập mô hình hình học phòng Nhóm trẻ 2 từ Revit, gán đặc tính vật liệu, thiết lập điều kiện biên dòng khí vào/ra tại các miệng gió của dàn lạnh âm trần cassette và điều kiện phát nhiệt của các nguồn tải bên trong. Sau khi thiết lập mật độ lưới và tinh chỉnh lưới tại các miệng thổi, mô hình được giải lặp để thu được kết quả trực quan về trường vận tốc gió và sự phân bố nhiệt độ trong phòng học.

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Chương 6 tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về tính toán kiểm tra phụ tải nhiệt, mạng lưới thông gió, mô hình hóa BIM và mô phỏng CFD. Tác giả đưa ra các kết luận về mức độ tin cậy của thiết kế hiện hữu và đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quy trình vận hành hợp lý cho hệ thống thông gió hầm xe và kiểm soát vi khí hậu công trình.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành tính toán kiểm tra đầy đủ các thành phần phụ tải nhiệt và các hệ thống thông gió - tạo áp - hút khói của dự án Picity Sky Park. Các số liệu tính toán chi tiết và kết quả so sánh cụ thể được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Hạng mục / Thông số kỹ thuật Giá trị tính toán theo đồ án Căn cứ / Tiêu chuẩn áp dụng
Thông số khí hậu ngoài trời Bình Dương $t_N = 36,8^\circ\text{C}$, $\varphi_N = 55,4%$, $t_u = 28,8^\circ\text{C}$ TCVN 5687:2024, Cấp điều hòa II ($m = 200\text{ h/năm}$, $P_e = 0,977$)
Bức xạ mặt trời lớn nhất ($R_{Tmax}$) Đông/Tây: $517\text{ W/m}^2$; Đông Bắc/Tây Bắc: $483\text{ W/m}^2$ Bảng 4.1 tài liệu [8], vĩ độ $10,87^\circ\text{B}$
Hệ số truyền nhiệt tường gạch 180mm $k_{Ntn} = 2,44\text{ W/m}^2\text{K}$ (ngoài); $k_{Ntt} = 2,18\text{ W/m}^2\text{K}$ (trong) Tính toán giải tích theo cấu tạo lớp vật liệu
Hệ số truyền nhiệt tường AAC 150mm $k_{Ntt} = 0,76\text{ W/m}^2\text{K}$ Khối lượng thể tích $650\text{ kg/m}^3$, $\lambda = 0,14\text{ W/mK}$
Hệ số truyền nhiệt vách kính 2 lớp $k = 3,15\text{ W/m}^2\text{K}$ Kính 2 lớp cách nhau 10mm theo tài liệu [8]
Tải bức xạ kính phòng Nhóm trẻ 2 ($Q_{11}$) $5267,73\text{ W}$ Diện tích kính $28,11\text{ m}^2$, $n_t = 0,54$, hướng Đông Bắc
Tải truyền qua tường Nhóm trẻ 2 ($Q_{22t}$) $3421,64\text{ W}$ Tổng nhiệt qua tường gạch nung, tường AAC và vách kính
Tải do người phòng Nhóm trẻ 2 ($Q_4$) $2977,25\text{ W}$ ($Q_{4h} = 1492,25\text{ W}$, $Q_{4â} = 1485\text{ W}$) $n = 27$ người (mật độ $4\text{ m}^2\text{/người}$ theo ASHRAE 62.1)
Tải do gió tươi Nhóm trẻ 2 ($Q_N$) $7650,73\text{ W}$ ($Q_{hN} = 2653,3\text{ W}$, $Q_{âN} = 4997,37\text{ W}$) Lưu lượng gió tươi $6,94\text{ l/s.người}$ theo TCVN 5687:2024
Tải chiếu sáng Nhóm trẻ 2 ($Q_{31}$) $298,8\text{ W}$ 30 đèn downlight 12W, $n_t = 0,83$
Tải thiết bị điện Nhóm trẻ 2 ($Q_{32}$) $1105\text{ W}$ 2 TV, 2 máy tính, 2 camera, 2 loa, 2 quạt, modem wifi
Mạng tuyến ống kiểm tra thông gió Cấp gió tươi FAF-2F-02, quạt tạo áp PAF-6F-01, hút khói SEAF-1F-02, hút khói hầm SEAF-B2-03 Phần mềm Duct Checker, ASHRAE Fitting Database, Fans by Fantech
Bóc tách tiên lượng vật tư trên Revit Khối lượng ống gió tôn, ống gió mềm, miệng gió, phụ kiện cút nối, ống gas và ống nước ngưng Công cụ Schedules trên Autodesk Revit

Các đóng góp chính của đồ án bao gồm:

  • Xác lập quy trình đối chiếu đa chiều giữa phương pháp giải tích Carrier truyền thống, phần mềm tính tải TRACE 700 và hồ sơ thiết kế kỹ thuật thực tế của dự án Picity Sky Park Bình Dương, giúp chỉ ra độ lệch tải và tính toán kiểm tra độ an toàn của thiết bị đã chọn.
  • Xây dựng thành công mô hình thông tin công trình (BIM) 3D cho hệ thống HVAC trên Revit, khắc phục nhược điểm xung đột không gian của bản vẽ 2D và nâng cao độ chính xác trong việc bóc tách khối lượng vật tư.
  • Ứng dụng công nghệ mô phỏng số CFD để kiểm chứng trực quan phân bố vận tốc và trường nhiệt độ của dàn lạnh cassette trong không gian phòng học nhóm trẻ, chứng minh tính phù hợp của giải pháp bố trí miệng gió với yêu cầu tiện nghi nhiệt theo TCVN 5687:2024.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Việc tính toán giải tích chi tiết phụ tải lạnh bằng phương pháp Carrier và đối chiếu với TRACE 700 mới chỉ tập trung trên các cụm VRV điển hình (1F-01, 1F-02, 2F-01, 3F-01, 3F-02, 21F-01) và một số phòng đại diện, chưa bao quát toàn bộ 100% không gian căn hộ thuộc cả ba tháp cao tầng của dự án.
  • Mô phỏng động lực học dòng chảy chất lưu (CFD) mới chỉ thực hiện giới hạn trong phạm vi một phòng đơn lẻ (phòng Nhóm trẻ 2 tại tầng 1), chưa mở rộng mô phỏng cho các không gian có cấu trúc phức tạp như sảnh thông tầng, phòng tập gym tầng 21 hoặc toàn bộ hành lang các tầng.
  • Đồ án chưa triển khai mô phỏng số sự cố cháy để đánh giá động học lan truyền khói và nhiệt trong tầng hầm hoặc buồng thang thoát hiểm.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng mô phỏng CFD đối với kịch bản hút khói sự cố hỏa hoạn thực tế tại tầng hầm và hành lang nhằm kiểm tra thời gian thoát hiểm an toàn.
  • Nghiên cứu mô hình hóa năng lượng tòa nhà toàn diện theo chu kỳ năm nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành hệ thống HVAC theo thời gian thực và đánh giá các tiêu chí công trình xanh theo tiêu chuẩn LEED.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu chuyên khảo kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Cơ điện công trình (MEP), Kỹ thuật Xây dựng và các kỹ sư thực hành đang thực hiện công tác thiết kế hệ thống HVAC cho nhà cao tầng.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao bao gồm:

  • Toàn bộ quy trình tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp Carrier tại Chương 2, đi kèm hệ thống bảng tra số liệu bức xạ mặt trời, đặc tính nhiệt của vật liệu mới (gạch bê tông khí chưng áp AAC, vách kính nhiều lớp) và các bước thiết lập dự án trên phần mềm TRACE 700.
  • Quy trình tính toán kiểm tra kích thước ống gió, tính tổn thất áp suất và chọn quạt thông gió, tạo áp, hút khói PCCC tại Chương 3 thông qua các phần mềm chuyên dụng như Duct Checker, ASHRAE Duct Fitting Database và Fans by Fantech.
  • Phương pháp dựng hình gia đình thiết bị (Families), thiết lập hệ thống đường ống cơ điện và kỹ thuật trích xuất bảng khối lượng vật tư (Schedules) trên phần mềm Autodesk Revit tại Chương 4.
  • Trình tự thiết lập lưới và điều kiện biên mô phỏng trường dòng khí phòng điều hòa bằng phần mềm Autodesk CFD tại Chương 5.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Picity Sky Park Bình Dương sử dụng những loại hệ thống điều hòa không khí nào cho các khu vực chức năng? Công trình áp dụng ba giải pháp điều hòa không khí: Hệ thống máy lạnh đa kết nối (Multi-Split) cho các căn hộ thường từ tầng 10 trở lên; hệ thống máy lạnh cục bộ (Single-Split) cho các căn hộ thường từ tầng 6 đến tầng 9, khu shophouse và officetel từ tầng 1 đến tầng 5; hệ thống điều hòa trung tâm VRF dàn nóng giải nhiệt gió cho khu nhà trẻ, phòng sinh hoạt cộng đồng, phòng dịch vụ officetel từ tầng 1 đến tầng 6 và phòng gym tầng 21.

2. Cấp điều hòa không khí và thông số thời tiết thiết kế ngoài trời của công trình được xác định như thế nào? Theo TCVN 5687:2024, công trình được chọn cấp điều hòa Cấp II với số giờ không đảm bảo chế độ nhiệt ẩm bên trong nhà $m = 200\text{ h/năm}$, ứng với xác suất bảo đảm $P_e = 0,977$. Thông số tính toán ngoài trời tại Bình Dương tương ứng là nhiệt độ $36,8^\circ\text{C}$, độ ẩm $55,4%$ (độ ẩm tính toán $54,9%$), nhiệt độ bầu ướt $28,8^\circ\text{C}$.

3. Kết quả tính toán các thành phần nhiệt tải chính của phòng Nhóm trẻ 2 tầng 1 theo phương pháp Carrier là bao nhiêu? Tại phòng Nhóm trẻ 2 ($101,5\text{ m}^2$), các thành phần nhiệt tải gồm: Nhiệt bức xạ qua kính $Q_{11} = 5267,73\text{ W}$; nhiệt truyền qua vách tường $Q_{22t} = 3421,64\text{ W}$; nhiệt truyền qua cửa $Q_{22c} = 526,83\text{ W}$; nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng $Q_{31} = 298,8\text{ W}$; nhiệt tỏa từ máy móc thiết bị $Q_{32} = 1105\text{ W}$; nhiệt tỏa từ 27 người $Q_4 = 2977,25\text{ W}$ ($Q_{4h} = 1492,25\text{ W}$, $Q_{4â} = 1485\text{ W}$); nhiệt do gió tươi mang vào $Q_N = 7650,73\text{ W}$ ($Q_{hN} = 2653,3\text{ W}$, $Q_{âN} = 4997,37\text{ W}$).

4. Những phần mềm chuyên dụng nào được nhóm tác giả sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án? Đồ án sử dụng các phần mềm chuyên ngành gồm: TRACE 700 (tính toán mô phỏng phụ tải lạnh), Duct Checker (tính chọn kích thước tiết diện ống gió), ASHRAE Duct Fitting Database (tra cứu tổn thất áp suất phụ kiện ống gió), Fans by Fantech Product Selection Program (tính chọn và xác định điểm làm việc của quạt), Autodesk Revit (dựng mô hình thông tin 3D và bóc tách khối lượng vật tư), và Autodesk CFD (mô phỏng trường dòng khí và phân bố nhiệt độ).

5. Cơ chế vận hành của hệ thống thông gió tầng hầm trong đồ án được thiết kế như thế nào? Hệ thống thông gió tầng hầm B1 và B2 được thiết kế theo phương thức thông gió cưỡng bức bằng đường ống kết hợp quạt cấp gió tươi và quạt hút gió thải/hút khói sự cố (như SEAF-B2-03, FAF-B1-01). Mạng lưới cảm biến Carbon Monoxide (CO) được lắp đặt trong tầng hầm để theo dõi nồng độ khí thải; khi nồng độ CO thay đổi, tín hiệu cảm biến sẽ điều khiển quạt chạy qua bộ biến tần (VSD) nhằm thay đổi lưu lượng thông gió tương ứng, đảm bảo chất lượng không khí và tiết kiệm điện năng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành việc tính toán kiểm tra phụ tải lạnh bằng phương pháp giải tích Carrier và phần mềm TRACE 700 cho tổ hợp công trình cao tầng Picity Sky Park Bình Dương, đối chiếu chuẩn xác với hồ sơ thiết kế thi công hiện hữu. Đồng thời, công trình nghiên cứu đã tính toán kiểm tra hệ thống thông gió, kiểm soát khói sự cố và tạo áp buồng thang theo các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 5687:2024. Việc ứng dụng tích hợp mô hình thông tin công trình Autodesk Revit và công cụ mô phỏng động lực học chất lưu Autodesk CFD đã hoàn thiện quy trình kiểm tra thiết kế từ bóc tách khối lượng vật tư đến đánh giá thực nghiệm số tiện nghi vi khí hậu, mang lại giá trị thực tiễn cao cho công tác kỹ thuật cơ điện lạnh.