Tính toán, kiểm tra hệ thống điều hòa không khí, thông gió và triển khai bản vẽ bằng phần mềm Revit cho công trình Cục Thuế Thành phố Hồ Chí Minh

Đồ án tính toán hệ thống ĐHKK, thông gió công trình Cục Thuế TP.HCM bằng Revit

• Tác giả: Nguyễn Trung Kỳ
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Tính toán, kiểm tra hệ thống điều hòa không khí, thông gió và triển khai bản vẽ bằng phần mềm Revit cho công trình Cục Thuế Thành phố Hồ Chí Minh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan tính toán hệ thống ĐHKK thông gió Cục Thuế TP

Công trình Cục Thuế Thành phố Hồ Chí Minh là tổ hợp văn phòng hành chính hiện đại với quy mô lớn. Tòa nhà tập trung đông đảo cán bộ và người dân đến giao dịch mỗi ngày. Mật độ nhân sự cao cùng hệ thống máy tính hoạt động liên tục sinh ra lượng nhiệt rất lớn. Khí hậu đặc trưng tại khu vực phía Nam luôn nóng ẩm quanh năm. Điều này đòi hỏi công trình phải sở hữu một giải pháp điều hòa không khí tối ưu. Tính toán hệ thống ĐHKK, thông gió công trình Cục Thuế TP.HCM đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát tải nhiệt. Thiết kế chuẩn xác giúp duy trì nhiệt độ và độ ẩm ở mức tiện nghi tiêu chuẩn. Không gian làm việc thoáng đãng gia tăng hiệu suất lao động và bảo vệ sức khỏe con người. Đồng thời, việc tính toán kỹ lưỡng còn đảm bảo an toàn cho các thiết bị lưu trữ hồ sơ thuế quan trọng. Dự án đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam và quốc tế. Mọi thông số tải nhiệt từ kết cấu bao che đến bức xạ kính đều được khảo sát nghiêm ngặt. Hệ thống thông gió cấp gió tươi liên tục nhằm loại bỏ khí CO2 và duy trì áp suất dương.

1.1. Đặc điểm kiến trúc và công năng tòa nhà Cục Thuế

Tòa nhà Cục Thuế Thành phố Hồ Chí Minh là công trình cao tầng có nhiều vách kính bao che. Tòa nhà gồm văn phòng hành chính, hội trường lớn, phòng họp, trung tâm dữ liệu và tầng hầm để xe. Mỗi khu vực chức năng mang đặc thù phụ tải nhiệt và yêu cầu tiện nghi riêng biệt. Khu văn phòng cần duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt giờ hành chính từ 24 đến 26 độ C. Hội trường đòi hỏi công suất làm lạnh nhanh khi tập trung đông người bất thường. Khu vực tầng hầm cần hệ thống thông gió liên tục nhằm xử lý khí thải độc hại từ phương tiện. Phân tích công năng chi tiết tạo cơ sở vững chắc cho việc lựa chọn giải pháp điều hòa không khí chuẩn xác và tiết kiệm năng lượng.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật của hệ thống ĐHKK và thông gió

Mục tiêu kỹ thuật cốt lõi là kiểm tra và xác định chính xác tổng năng suất lạnh cần thiết cho toàn bộ tòa nhà. Hệ thống cần bảo đảm phân phối lưu lượng khí đồng đều tại tất cả các không gian làm việc. Các chỉ số về độ ẩm tương đối phải duy trì ổn định trong khoảng 55 đến 65 phần trăm. Lưu lượng gió tươi cấp vào phòng luôn tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành. Ngoài ra, kiểm soát độ ồn máy móc và độ rung đường ống là yêu cầu bắt buộc đối với môi trường công sở. Hệ thống còn tích hợp cơ chế tiết kiệm điện nhằm cắt giảm chi phí vận hành lâu dài cho chủ đầu tư.

II. Phân tích tải nhiệt hệ thống ĐHKK thông gió công trình Cục Thuế

Tính toán tải nhiệt là bước kỹ thuật phức tạp trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí. Công trình Cục Thuế Thành phố Hồ Chí Minh đối mặt với nguồn nhiệt xâm nhập đa dạng từ môi trường. Bức xạ mặt trời tác động trực tiếp lên bề mặt kính và kết cấu tường bao gây gia tăng tải lạnh. Lớp gạch xây dựng dày 0,24 mét cùng lớp vữa trát ngoại thất chịu ảnh hưởng bởi độ chênh nhiệt độ lớn. Sự chênh lệch giữa nhiệt độ ngoài trời 34,5 độ C và nhiệt độ phòng 25 độ C tạo ra dòng truyền nhiệt liên tục. Bên cạnh đó, các nguồn nhiệt nội vi phát sinh rất mạnh mẽ trong giờ hành chính. Hàng trăm bộ máy tính cá nhân, hệ thống chiếu sáng và thiết bị văn phòng liên tục tỏa nhiệt. Hơi ấm và độ ẩm do người sử dụng thải ra làm biến động đáng kể tải hiện và tải ẩn. Nếu không đánh giá chính xác, hệ thống điều hòa sẽ bị thiếu tải vào giờ cao điểm hoặc thừa công suất gây lãng phí. Việc phân tích chuyên sâu từng thành phần nhiệt thừa giúp xác định đúng dung lượng lạnh cần thiết cho từng tầng.

2.1. Nhiệt truyền qua bao che và bức xạ mặt trời

Nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q2 bao gồm nhiệt truyền qua tường, cửa sổ và cửa ra vào. Tường ngoại thất xây gạch dày 0,24 mét trát vữa hai mặt có hệ số truyền nhiệt k riêng biệt. Bức xạ mặt trời qua vách kính trong suốt tạo ra lượng nhiệt bức xạ cực lớn vào buổi sáng và chiều. Lượng nhiệt này thay đổi theo góc chiếu mặt trời và hướng định vị của các phòng làm việc. Đối với trần và sàn giữa các tầng, nhiệt truyền qua kết cấu phụ thuộc vào trạng thái điều hòa của phòng lân cận. Tính toán chi tiết từng diện tích bề mặt tiếp xúc giúp xác định chính xác tổn thất nhiệt truyền qua vỏ công trình.

2.2. Tải nhiệt nội vi từ con người và thiết bị điện tử

Nguồn nhiệt nội vi bên trong tòa nhà Cục Thuế chiếm tỷ trọng đáng kể trong tổng phụ tải lạnh. Con người tỏa nhiệt ra không gian dưới dạng nhiệt hiện do thân nhiệt và nhiệt ẩn do mồ hôi. Lượng nhiệt này tỷ lệ thuận với số lượng người tập trung và cường độ làm việc trong phòng. Ngoài ra, hệ thống đèn chiếu sáng huỳnh quang và đèn LED liên tục phát nhiệt trong thời gian vận hành. Thiết bị văn phòng như máy vi tính, máy in, máy photocopy và hệ thống máy chủ hoạt động hết công suất. Việc tổng hợp đầy đủ các thông số nhiệt nội vi giúp kỹ sư đánh giá toàn diện tải lạnh thực tế.

III. Phương pháp tính toán hệ thống ĐHKK thông gió và ứng dụng Revit

Phương pháp tính toán phụ tải lạnh tuân thủ theo các công thức kinh điển của nhiệt kỹ thuật công trình. Kỹ sư tổng hợp nhiệt thừa từ kết cấu bao che, nhiệt bức xạ, nhiệt do người và máy móc sinh ra. Quá trình kiểm tra đối chiếu trực tiếp với các bảng tra tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Từ tổng công suất lạnh của từng không gian, hệ thống phân bổ các thiết bị xử lý không khí FCU và AHU phù hợp. Bên cạnh bài toán nhiệt học, phần mềm Autodesk Revit được áp dụng để triển khai mô hình thông tin công trình BIM. Revit cung cấp không gian thiết kế ba chiều trực quan cho toàn bộ hệ thống cơ điện. Các đường ống dẫn gió, ống dẫn nước lạnh và cửa cấp gió được sắp xếp mạch lạc trên mô hình. Mô hình số hóa cho phép kiểm tra xung đột không gian giữa hệ thống HVAC với kết cấu dầm cột bê tông. Nhờ vậy, sai sót kỹ thuật được phát hiện và xử lý triệt để trước giai đoạn thi công thực địa.

3.1. Quy trình tính chọn thiết bị và kích thước đường ống

Kỹ sư xác định lưu lượng gió tươi cần thiết dựa trên mật độ người làm việc ở từng phòng. Lưu lượng gió tuần hoàn được tính toán từ công suất nhiệt hiện để bảo đảm khả năng hấp thụ nhiệt thừa. Dựa trên các thông số này, hệ thống lựa chọn thiết bị dàn lạnh VRV hoặc FCU với công suất phù hợp. Đường ống gió được tính toán theo phương pháp giảm dần tốc độ hoặc phương pháp ma sát đồng đều. Kỹ sư xác định kích thước ống dẫn nhằm giới hạn trở lực và độ ồn dưới ngưỡng quy chuẩn. Van gió và cửa thổi được bố trí khoa học nhằm phân bố luồng khí tuần hoàn tối ưu khắp không gian làm việc.

3.2. Triển khai mô hình BIM và bản vẽ kỹ thuật trên Revit

Ứng dụng phần mềm Revit đem lại bước tiến vượt bậc trong thiết kế cơ điện công trình. Kỹ sư xây dựng mô hình ba chiều chuẩn xác cho hệ thống đường ống gió, ống dẫn môi chất và thiết bị lạnh. Tính năng tự động phát hiện va chạm giữa ống gió với dầm sàn bê tông giúp xử lý xung đột nhanh chóng. Bản vẽ mặt bằng, mặt cắt và sơ đồ không gian được kết xuất tự động từ mô hình đồng nhất. Danh mục vật tư và bảng bốc khối lượng thiết bị được trích xuất trực tiếp với độ chính xác cao. Việc sử dụng Revit hỗ trợ công tác phối hợp đa ngành, rút ngắn tiến độ và nâng cao chất lượng thi công dự án.

IV. Kết luận về hiệu quả hệ thống ĐHKK thông gió Cục Thuế TP

Công trình nghiên cứu tính toán và kiểm tra hệ thống điều hòa không khí tòa nhà Cục Thuế TP.HCM đã hoàn thành các mục tiêu khoa học đề ra. Kết quả tính toán nhiệt thừa cung cấp số liệu đáng tin cậy để đánh giá tính tương thích của hệ thống hiện hữu. Việc áp dụng công nghệ mô hình hóa Revit khẳng định tính ưu việt trong quản lý dự án cơ điện hiện đại. Bản vẽ ba chiều giảm thiểu rủi ro va chạm kỹ thuật và sai lệch khối lượng vật tư thi công. Công trình đạt được sự cân bằng tối ưu giữa việc đảm bảo vi khí hậu tiện nghi và tiết kiệm chi phí năng lượng. Toàn bộ thông số vận hành đều đáp ứng các tiêu chuẩn xây dựng quốc gia cũng như tiêu chuẩn ASHRAE quốc tế. Nghiên cứu đóng góp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho sinh viên ngành nhiệt lạnh và các kỹ sư thiết kế công trình tương tự. Giải pháp này chứng minh tính khả thi cao khi ứng dụng rộng rãi vào các công trình văn phòng hành chính quy mô lớn.

4.1. Khả năng tiết kiệm năng lượng và tối ưu chi phí

Kết quả kiểm tra nhiệt tải chứng minh hệ thống điều hòa lựa chọn đúng công suất giúp giảm thiểu hao phí điện năng vận hành. Cơ chế điều khiển biến tần tự động điều chỉnh lưu lượng môi chất theo nhu cầu tải thực tế của từng phòng. Hệ thống cấp gió tươi kết hợp bộ thu hồi nhiệt giảm đáng kể năng lượng làm lạnh không khí ngoài trời. Mạng lưới đường ống gió được tối ưu kích thước giúp giảm tổn thất áp suất và giảm tải cho động cơ quạt. Nhờ đó, chi phí bảo trì định kỳ và hóa đơn tiền điện hàng tháng của tòa nhà được cắt giảm rõ rệt. Giải pháp hướng tới xây dựng một công trình công sở xanh, bền vững và tiết kiệm ngân sách nhà nước.

4.2. Khả năng nhân rộng cho các công trình công cộng

Quy trình tính toán và kiểm tra hệ thống HVAC cho tòa nhà Cục Thuế tạo tiền đề ứng dụng cho các trụ sở tương tự. Mô hình phối hợp giữa lý thuyết truyền nhiệt chuyên sâu và công cụ Revit chứng minh hiệu quả thực tiễn cao. Phương pháp này hỗ trợ chủ đầu tư kiểm soát chặt chẽ chất lượng công trình ngay từ khâu thiết kế chi tiết. Các dữ liệu kỹ thuật thu được từ đồ án là nguồn tham khảo hữu ích cho các dự án văn phòng hành chính hiện đại. Ứng dụng quy trình thiết kế số hóa góp phần chuẩn hóa công tác xây dựng công trình công cộng tại các đô thị lớn. Đây là xu hướng tất yếu của ngành kỹ thuật nhiệt và xây dựng trong kỷ nguyên số.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển đô thị hiện đại, các hiện tượng biến đổi khí hậu, hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, sự gia tăng ô nhiễm không khí và tiếng ồn đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao chất lượng môi trường vi khí hậu trong các công trình kiến trúc. Đối với các tòa nhà văn phòng và cơ quan hành chính nhà nước có mật độ người làm việc cao, hệ thống điều hòa không khí và thông gió (ACMV - Air Conditioning and Mechanical Ventilation) đóng vai trò quyết định trong việc duy trì điều kiện tiện nghi nhiệt, đảm bảo sức khỏe và năng suất làm việc của cán bộ công nhân viên, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về trao đổi khí và an toàn phòng cháy chữa cháy.

Đề tài tập trung nghiên cứu công trình Tòa nhà Cục thuế Thành phố Hồ Chí Minh, do Tổng Cục Thuế làm chủ đầu tư. Dự án ban đầu do Công ty Trách nhiệm hữu hạn Tư vấn Kiến trúc Xây dựng An Bình thiết kế hệ thống cơ điện và đã được bàn giao, đưa vào vận hành từ năm 2015. Công trình có tổng diện tích sàn xây dựng hơn 27.000 m², là khối nhà cao ốc văn phòng gồm 1 tầng hầm, tầng 1, tầng lửng, các tầng từ tầng 2 đến tầng 17, sân thượng tầng 7 và tầng sân thượng bố trí khu kỹ thuật. Nhóm tác giả thực hiện việc tính toán kiểm tra lại hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV (Variable Refrigerant Volume), đối chiếu các kết quả tính toán nhiệt và thông gió với hồ sơ thiết kế thực tế nhằm đánh giá tính tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật theo các quy chuẩn hiện hành.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là tính toán kiểm tra phụ tải lạnh của các không gian điều hòa trong công trình, xác định năng suất lạnh cần thiết để kiểm tra việc lựa chọn thiết bị dàn lạnh (FCU) và dàn nóng VRV phù hợp, duy trì nhiệt độ tiện nghi và tối ưu hóa hiệu suất vận hành. Để thực hiện mục tiêu này, nhiệm vụ nghiên cứu được chia thành các nội dung cụ thể:

1. Tính toán kiểm tra tải nhiệt công trình theo phương pháp Carrier giải tích truyền thống.
2. Tính toán kiểm tra tải nhiệt bằng phần mềm chuyên dụng Heatload của hãng Daikin.
3. Tính toán kiểm tra hệ thống thông gió bao gồm cấp gió tươi, hút khí thải nhà vệ sinh và thông gió tầng hầm.
4. Tính toán kiểm tra hệ thống hút khói sự cố (cho phòng làm việc, hội trường, hành lang) và tạo áp chống nhiễm khói cho buồng thang bộ thoát hiểm và thang máy.
5. Thành lập sơ đồ điều hòa không khí trên đồ thị không khí ẩm, kiểm tra các thiết bị chính (FCU, hệ thống VRV), đồng thời xây dựng mô hình không gian ba chiều (3D) kiến trúc và hệ thống cơ điện ACMV trên phần mềm Autodesk Revit, kết hợp diễn họa video qua phần mềm Lumion.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV, hệ thống đường ống gió, mạng lưới cấp gió tươi, thải khí, hút khói sự cố và tăng áp cầu thang. Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ khối nhà Cục thuế TP.HCM với diện tích sàn hơn 27.000 m² từ tầng hầm đến tầng mái. Phạm vi thời gian nghiên cứu sử dụng dữ liệu thiết kế công trình bàn giao năm 2015 và các thông số khí hậu mùa hè tính toán tại TP.HCM. Về mặt chuyên môn, đồ án tập trung vào phần cơ kỹ thuật nhiệt (ACMV), bao gồm đường ống gió, ống dẫn môi chất lạnh (gas), ống thoát nước ngưng và thiết bị, không đi sâu vào chi tiết hệ thống điện điều khiển và cấp nguồn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Hệ thống điều hòa không khí cấp 2 được lựa chọn áp dụng cho công trình với số giờ không đảm bảo là 200 giờ/năm, hệ số bảo đảm $K_{bd} = 0,977$. Cơ sở lý thuyết tính toán tải nhiệt của đồ án dựa trên phương pháp hệ số nhiệt hiện của hãng Carrier. Theo phương pháp này, phụ tải lạnh của không gian điều hòa $Q_0$ là tổng của nhiệt hiện thừa ($\sum Q_{ht}$) và nhiệt ẩn thừa ($\sum Q_{nt}$) phát sinh từ các nguồn nhiệt bên ngoài xâm nhập vào và các nguồn nhiệt nội bộ bên trong phòng:

$$Q_0 = Q_t = \sum Q_{ht} + \sum Q_{nt}$$

Các thành phần phụ tải nhiệt được xác định chi tiết qua từng công thức giải tích:

• Nhiệt bức xạ mặt trời qua kính $Q_{11}$: Tính theo công thức $Q_{11} = n_t \cdot Q'{11}$, trong đó $Q'{11}$ là nhiệt bức xạ tức thời qua kính, phụ thuộc vào diện tích kính $F$, cường độ bức xạ cực đại $R_{Tmax}$, hệ số ảnh hưởng độ cao $\varepsilon_c = 1$, hệ số nhiệt độ đọng sương $\varepsilon_{đs} = 0,87$, hệ số mây mù $\varepsilon_{mm} = 1$, hệ số khung kim loại $\varepsilon_{kh} = 1,17$, hệ số loại kính trong tráng màng phản xạ RS20 dày 6mm $\varepsilon_m = 0,34$ và hệ số rèm che $\varepsilon_r = 1$. Hệ số tác động tức thời $n_t$ được xác định dựa trên mật độ diện tích trung bình của kết cấu bao che $g_s$ ($kg/m^2$).
• Nhiệt hiện truyền qua mái $Q_{21}$: Tính theo 3 trường hợp phụ thuộc vào việc không gian phía trên có điều hòa hay không, hoặc chịu bức xạ trực tiếp từ mặt trời.
• Nhiệt truyền qua vách bao che $Q_{22}$: Gồm nhiệt truyền qua tường xây ($Q_{22t}$), cửa đi ($Q_{22c}$) và cửa sổ kính ($Q_{22k}$) do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong. Kết cấu tường gạch dày 0,24m có vữa xi măng nội thất dày 0,01m và vữa ngoại thất dày 0,16m.
• Nhiệt truyền qua nền $Q_{23}$, nhiệt do nguồn sáng nhân tạo $Q_{31}$, nhiệt máy móc thiết bị $Q_{32}$, nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra $Q_4$, nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_{hN}, Q_{âN}$) và nhiệt do gió lọt qua khe cửa ($Q_{5h}, Q_{5â}$).

Thông số vi khí hậu ngoài trời và trong nhà làm cơ sở tính toán được trích xuất từ quy chuẩn thiết kế và tài liệu tham khảo cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh vào mùa hè:

Chỉ tiêu thông số	Không khí ngoài trời (Mùa hè)	Không khí trong nhà (Mùa hè)
Nhiệt độ bầu khô $t_N$ ($^\circ$C)	34,5	25,0
Độ ẩm tương đối $\varphi_N$ (%)	75,0	65,0
Enthalpy $I_N$ (kJ/kg)	102,024	58,143
Dung ẩm $d_N$ (g/kg không khí khô)	26,264	12,960
Nhiệt độ đọng sương $t_S$ ($^\circ$C)	29,417	18,000
Nhiệt độ bầu ướt $t_ư$ ($^\circ$C)	30,000	20,200

Phương pháp xây dựng sơ đồ điều hòa không khí áp dụng sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp biểu diễn trên đồ thị không khí ẩm $t-d$ (Carrier). Đồ thị giúp xác định hệ số góc tia quá trình, hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF), hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF) và hệ số tác động qua dàn lạnh (Bypass Factor - BF). Từ đó, trạng thái hòa trộn giữa gió tươi và gió hồi, trạng thái không khí sau xử lý qua dàn lạnh FCU được xác định chính xác để kiểm tra điều kiện vệ sinh môi trường.

Về phương pháp thủy lực, tính toán mạng lưới phân phối gió dựa trên phương pháp giảm dần vận tốc và ma sát đồng đều. Trở lực ma sát đường ống và tổn thất cục bộ qua các phụ kiện (cút $90^\circ$, phụ kiện chia ba ngả, gót giày) được tính toán theo dữ liệu chuẩn nhằm xác định cột áp tĩnh của quạt cấp, quạt hút và quạt tăng áp.

Thiết kế kỹ thuật và công cụ triển khai

Hệ thống kỹ thuật điều hòa không khí được chọn cho công trình là hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV của hãng Daikin. Giải pháp này phù hợp với đặc thù kiến trúc cao ốc văn phòng nhiều phòng chức năng độc lập nhờ các đặc tính kỹ thuật:

• Khả năng điều chỉnh công suất lạnh $Q_0$ linh hoạt theo phụ tải thực tế của từng phòng thông qua máy nén biến tần.
• Cho phép điều khiển nhiệt độ từng khu vực làm việc hoàn toàn độc lập, tiết kiệm năng lượng khi các phòng hoạt động không đồng thời.
• Khả năng thu hồi dầu về máy nén vượt trội, cho phép chênh lệch độ cao giữa dàn nóng và dàn lạnh lên đến 50m, khoảng cách giữa các dàn lạnh 15m và tổng chiều dài đường ống gas dẫn môi chất đạt trên 100m.
• Tiết kiệm diện tích không gian kỹ thuật và bảo tồn mỹ quan kiến trúc tòa nhà so với phương án máy lạnh cục bộ (quá nhiều dàn nóng trên vách tường) hoặc hệ thống Chiller giải nhiệt nước (đòi hỏi tháp giải nhiệt, trạm bơm cồng kềnh).

Quy trình tính toán kỹ thuật và triển khai thiết kế có sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên ngành:

• Phần mềm Heatload (Daikin): Dùng để tính toán tải nhiệt kiểm tra cho từng phòng và từng tầng của tòa nhà. Người dùng thiết lập cấu trúc công trình thông qua hộp thoại Project Outline, Room spec, định nghĩa thông số vật liệu tường, cửa kính, mật độ người, máy móc thiết bị và hệ thống chiếu sáng để xuất kết quả tải nhiệt chi tiết.
• Phần mềm VRV Xpress (Daikin): Hỗ trợ kiểm tra, lựa chọn model dàn nóng, dàn lạnh FCU, thiết lập sơ đồ kết nối đường ống đồng dẫn gas, nhập cao độ chênh lệch giữa dàn nóng và dàn lạnh trong cùng cụm, kiểm tra độ sụt giảm năng suất lạnh do chiều dài đường ống gas thực tế và xuất sơ đồ nguyên lý sang định dạng CAD.
• Phần mềm Duct Checker Pro và ASHRAE Duct Fitting Database: Dùng để tính toán chọn tiết diện ống gió dựa trên lưu lượng yêu cầu ($m^3/h$) và vận tốc cho phép, đồng thời tra cứu hệ số tổn thất áp suất cục bộ chính xác qua các chi tiết cút $90^\circ$, tê chia nhánh và gót giày.
• Phần mềm Autodesk Revit 2019 (Revit MEP): Dùng để mô hình hóa thông tin công trình (BIM) 3D cho toàn bộ hệ thống cơ ACMV. Revit hỗ trợ vẽ chính xác tuyến đường ống gió, đường ống gas, đường ống thoát nước ngưng, kết nối không gian với thiết bị FCU, dàn nóng và quạt thông gió. Đồng thời, phần mềm được sử dụng để bóc tách khối lượng vật tư thông qua chức năng New Schedule/Quantities và xuất bảng thống kê chi tiết sang định dạng bảng tính Excel.
• Phần mềm Lumion: Được sử dụng ở bước cuối cùng nhằm kết xuất video diễn họa 3D trực quan, minh họa không gian bố trí các cụm thiết bị cơ điện, dàn nóng và quạt hút khói/tạo áp trên tầng mái của tòa nhà.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về điều hòa không khí và thiết bị xử lý không khí

Chương này hệ thống hóa các khái niệm nền tảng về điều hòa không khí, vai trò kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, độ ồn và vận tốc gió đối với con người cũng như hoạt động sản xuất kỹ thuật. Tác giả phân tích, so sánh các giải pháp công nghệ làm lạnh hiện hành bao gồm máy điều hòa cục bộ 2 mảnh, dàn lạnh tủ đứng, hệ thống trung tâm VRV/VRF và hệ thống Water Chiller.

Trên cơ sở phân tích cấu trúc tổng quan của Tòa nhà Cục thuế TP.HCM (diện tích sàn hơn 27.000 m², cao 17 tầng nổi, 1 tầng hầm và các tầng kỹ thuật), tác giả chứng minh tính hợp lý của phương án sử dụng hệ thống VRV. Ngoài ra, chương này trình bày chi tiết lý do chọn đề tài, mục tiêu kiểm tra năng suất lạnh, nhiệm vụ tính toán và giới thiệu hồ sơ nguồn gốc của công trình do Công ty Tư vấn An Bình thiết kế năm 2015.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và tính toán kiểm tra hệ thống điều hòa không khí cho công trình

Nội dung chương 2 tập trung vào việc áp dụng phương pháp Carrier để tính toán chi tiết từng thành phần tải nhiệt thừa cho các khu vực thuộc công trình. Tác giả trình bày bảng thông số kích thước, diện tích, cao độ và thể tích của tất cả các phòng từ tầng 1 đến tầng 17 (ví dụ: các phòng chức năng tầng 1 có diện tích từ 19,04 $m^2$ đến 1207,71 $m^2$, chiều cao tầng 3,85m; các tầng văn phòng điển hình có chiều cao trần 2,95m).

Số liệu tính toán bức xạ mặt trời cực đại tại TP.HCM ($10,8^\circ$ vĩ độ Bắc) vào tháng 4 được xác định cụ thể theo các hướng: Đông Bắc 410 $W/m^2$, Tây Bắc 410 $W/m^2$, Tây Nam 296 $W/m^2$, Đông Nam 296 $W/m^2$. Mật độ diện tích trung bình của kết cấu bao che phòng A tầng 1 được tính toán chi tiết đạt $g_s = 794,59$ $kg/m^2$ ($\ge 700$ $kg/m^2$), ứng với hệ số tác động tức thời $n_t = 0,64$. Tác giả tính toán nhiệt truyền qua trần/mái $Q_{21}$ cho 3 trường hợp tiếp giáp nhiệt độ, nhiệt truyền qua tường vách $Q_{22t}$ và nhiệt bức xạ qua kính $Q_{11}$.

Sau khi tính toán giải tích, đồ án xây dựng sơ đồ điều hòa không khí tuần hoàn 1 cấp trên đồ thị $t-d$ cho phòng A tầng 5 và kiểm tra phụ tải lạnh bằng phần mềm Heatload Daikin. Kết quả tải lạnh giữa tính tay theo Carrier và phần mềm được tổng hợp, so sánh trong bảng dữ liệu để làm cơ sở chọn model dàn lạnh FCU và kiểm tra dàn nóng, đường ống gas trên phần mềm VRV Xpress.

Chương 3: Tính toán thông gió, hút khói và tạo áp

Chương 3 giải quyết các bài toán thủy lực thông gió và an toàn cháy cho tòa nhà. Thứ nhất, hệ thống cấp gió tươi được tính toán theo tiêu chuẩn định mức trên đầu người, xác định vận tốc dòng khí, kích thước đường ống và tổn thất áp suất qua mạng lưới. Thứ hai, tính toán lưu lượng thông gió hút thải cho toàn bộ các khu vệ sinh công cộng theo bội số trao đổi khí. Thứ ba, tính toán hệ thống thông gió tầng hầm để xe, xác định lưu lượng gió cấp và gió thải, kích thước đường ống gió tầng hầm và tính chọn diện tích cửa louver lấy gió tươi cũng như thải gió.

Thứ tư, chương này tính toán hệ thống hút khói sự cố cho các không gian phòng tập trung đông người (hội trường, phòng họp) và hút khói hành lang khi có cháy. Cuối cùng, tác giả trình bày nguyên lý và tính toán lưu lượng quạt tăng áp cho buồng thang bộ thoát hiểm và giếng thang máy, bao gồm việc tính toán lưu lượng gió rò rỉ qua khe cửa trong trạng thái cửa đóng và lưu lượng gió bù khi mở cửa thoát hiểm. Các bảng so sánh giữa kết quả tính toán kiểm tra của đồ án và thông số của công ty thiết kế ban đầu được lập chi tiết.

Chương 4: Triển khai bản vẽ điều hòa không khí bằng phần mềm Autodesk Revit

Chương 4 mô tả quy trình ứng dụng công nghệ BIM thông qua phần mềm Autodesk Revit 2019 để xây dựng mô hình không gian kỹ thuật cho công trình. Tác giả trình bày cách thức thiết lập dự án, dựng mô hình kiến trúc tòa nhà Cục thuế và triển khai các hệ thống cơ điện: hệ thống đường ống thông gió cấp - thải - hút khói, mạng lưới đường ống dẫn môi chất gas và hệ thống đường ống thoát nước ngưng kết nối từ dàn lạnh FCU.

Đồ án làm rõ việc giải quyết các xung đột không gian giữa hệ thống đường ống với cấu kiện dầm sàn kiến trúc. Tiếp đó, tác giả sử dụng công cụ New Schedule/Quantities trong Revit để thực hiện bóc tách khối lượng tự động cho toàn bộ vật tư ống gió, phụ kiện cút tê, ống đồng và ống nước ngưng, sau đó xuất ra tệp dữ liệu bảng tính Excel. Để phục vụ công tác trực quan hóa, toàn bộ mô hình 3D từ Revit được đưa sang phần mềm Lumion để tạo video diễn họa chuyển động không gian kỹ thuật của tòa nhà và cụm thiết bị tầng mái.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả đạt được qua quá trình tính toán kiểm tra và triển khai mô hình BIM; đánh giá mức độ chính xác của hồ sơ thiết kế năm 2015 của công trình; đồng thời nêu các kiến nghị kỹ thuật về tối ưu hóa quy trình thiết kế, phối hợp liên bộ môn trên phần mềm Revit và hướng dẫn tra cứu các bảng tính phụ lục.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu nghiên cứu và kiểm tra kỹ thuật đề ra với các kết quả cụ thể:

• Xác định chi tiết phụ tải nhiệt của từng phòng chức năng tại 17 tầng nổi và tầng hầm của công trình Tòa nhà Cục thuế TP.HCM bằng hai phương pháp độc lập (phương pháp giải tích Carrier và phần mềm mô phỏng Heatload Daikin). Kết quả đối chiếu cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết và phần mềm chuyên dụng.
• Hoàn thành việc tính chọn và kiểm tra mạng lưới dàn lạnh FCU kết hợp hệ thống dàn nóng VRV Daikin trên phần mềm VRV Xpress, đảm bảo thiết bị đáp ứng đủ năng suất lạnh thực tế sau khi đã tính đến hệ số sụt giảm công suất do độ chênh cao độ và trở lực đường ống dẫn gas dài hơn 100m.
• Tính toán đầy đủ các thông số lưu lượng và tổn thất áp suất của mạng lưới thông gió công trình, bao gồm: lưu lượng cấp gió tươi từng tầng, lưu lượng hút thải khu vệ sinh, lưu lượng thông gió cơ khí tầng hầm (cùng diện tích louver cửa gió tương ứng), lưu lượng hút khói sự cố hành lang/hội trường và lưu lượng gió tạo áp suất dương cho buồng thang bộ và thang máy.
• Bảng so sánh giữa số liệu tính toán kiểm tra của nhóm tác giả với hồ sơ thiết kế gốc của Công ty An Bình (năm 2015) đã chỉ ra mức độ phù hợp và những điểm sai lệch cụ thể trong lưu lượng quạt và tải lạnh, giúp kiểm chứng độ an toàn của hệ thống đang vận hành.
• Xây dựng thành công mô hình 3D hoàn chỉnh hệ thống ACMV trên Revit 2019, giải quyết bài toán bố trí không gian kỹ thuật và tự động hóa công tác lập dự toán thông qua chức năng trích xuất bảng khối lượng vật tư ống gió, ống nước ngưng, ống gas sang Excel. Đồng thời, mô hình được trực quan hóa sinh động bằng video diễn họa Lumion.

Đóng góp của đề án so với các nghiên cứu và đồ án trước đây là việc thiết lập một quy trình kỹ thuật khép kín: từ tính toán nhiệt giải tích chuyên sâu kết hợp phần mềm mô phỏng nhiệt của hãng sản xuất, đến tính toán thủy lực phụ kiện chuẩn xác (Duct Checker, ASHRAE Fitting) và triển khai mô hình thông tin công trình BIM trên nền tảng Revit MEP.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Mặc dù đã hoàn thành khối lượng tính toán lớn và mô hình hóa chi tiết, đồ án vẫn có một số giới hạn dựa trên phạm vi nghiên cứu được công bố:

• Đồ án chỉ tập trung chuyên sâu vào phần cơ (hệ thống ACMV gồm ống gió, ống gas, ống nước ngưng, quạt và dàn máy lạnh), chưa tích hợp thiết kế chi tiết phần mạng lưới cấp điện động lực và hệ thống tự động hóa điều khiển tòa nhà BMS (Building Management System) cho các cụm dàn nóng và FCU.
• Tính toán phụ tải nhiệt kiểm tra mới chỉ thực hiện cho điều kiện vi khí hậu mùa hè thiết kế điển hình (tháng 4 tại TP.HCM), chưa phân tích diễn biến phụ tải động theo từng giờ trong suốt cả năm (8.760 giờ) để đánh giá tiêu thụ năng lượng theo mùa.
• Đồ án chưa thực hiện bài toán phân tích kinh tế năng lượng, tính toán thời gian thu hồi vốn đầu tư hoặc chi phí vòng đời thiết bị (LCC) giữa phương án VRV hiện tại với các giải pháp công nghệ khác.

Hướng nghiên cứu tiếp được gợi mở từ đề tài bao gồm:

• Mở rộng nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động DDC/BMS để giám sát và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ của hệ thống VRV theo thời gian thực.
• Nghiên cứu giải pháp thu hồi nhiệt bánh xe năng lượng hoặc thiết bị thu hồi nhiệt HRV (Heat Recovery Ventilator) để tận dụng nhiệt lạnh từ dòng gió thải làm mát sơ bộ gió tươi cấp vào tòa nhà.
• Triển khai mô hình BIM đa bộ môn (tích hợp đầy đủ kiến trúc, kết cấu, điện chiếu sáng, cấp thoát nước và PCCC) để thực hiện công tác kiểm tra va chạm xung đột không gian (Clash Detection) ở mức độ chi tiết cao hơn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho:

• Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Kỹ thuật Cơ điện công trình (MEP), Kỹ thuật Xây dựng và Kiến trúc đang thực hiện đồ án môn học Điều hòa không khí, đồ án Thông gió hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
• Kỹ sư thiết kế HVAC/ACMV mới vào nghề cần một tài liệu mẫu chuẩn mực về các bước tính toán tải lạnh giải tích theo Carrier cho các tòa nhà công cộng quy mô lớn.
• Người làm việc trong lĩnh vực BIM/MEP muốn tham khảo quy trình triển khai mô hình 3D đường ống gió, ống đồng, ống nước ngưng trên Autodesk Revit và phương pháp lập bảng Schedule bóc tách khối lượng vật tư phục vụ công tác dự toán chi phí.

Phần nội dung đáng tham khảo nhất trong đồ án là các bước tính toán chi tiết tải bức xạ qua kính tráng màng phản xạ RS20 kèm rèm che, phương pháp xác định mật độ kết cấu bao che $g_s$ của công trình, cùng quy trình tính toán thủy lực cho hệ thống tăng áp buồng thang bộ và hút khói sự cố theo đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao công trình Tòa nhà Cục thuế TP.HCM lại lựa chọn hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV thay vì Water Chiller hay máy lạnh cục bộ?
Công trình là cao ốc văn phòng gồm nhiều phòng ban hành chính hoạt động độc lập. Hệ thống máy lạnh cục bộ không đáp ứng được mỹ quan kiến trúc (quá nhiều dàn nóng ngoài tường) và không cấp được gió tươi tập trung. Hệ thống Water Chiller đòi hỏi không gian lắp đặt tháp giải nhiệt, trạm bơm nước lạnh cồng kềnh và chi phí bảo dưỡng phức tạp. Hệ thống VRV của Daikin được lựa chọn vì sử dụng máy nén biến tần cho phép điều chỉnh công suất linh hoạt theo từng phòng, tiết kiệm điện năng khi phụ tải không đồng thời, giải quyết tốt bài toán hồi dầu giúp đường ống gas dài trên 100m và chênh lệch cao độ dàn nóng - dàn lạnh lên đến 50m.

2. Thông số vi khí hậu ngoài trời và trong nhà vào mùa hè được nhóm tác giả lựa chọn để tính toán là bao nhiêu?
Theo số liệu tính toán cho TP.HCM (vĩ độ $10,8^\circ$), không khí ngoài trời mùa hè có nhiệt độ bầu khô $t_N = 34,5^\circ$C, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 75%$, Enthalpy $I_N = 102,024$ kJ/kg, dung ẩm $d_N = 26,264$ g/kg không khí khô, nhiệt độ đọng sương $t_S = 29,417^\circ$C và nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 30^\circ$C. Không khí trong nhà duy trì điều kiện tiện nghi nhiệt ở mức: nhiệt độ bầu khô $t_N = 25^\circ$C, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 65%$, Enthalpy $I_N = 58,143$ kJ/kg, dung ẩm $d_N = 12,96$ g/kg không khí khô, nhiệt độ đọng sương $t_S = 18^\circ$C và nhiệt độ bầu ướt $t_ư = 20,2^\circ$C.

3. Kính cửa sổ của công trình thuộc loại nào và các hệ số bức xạ được xác định ra sao trong công thức Carrier?
Công trình sử dụng loại kính trong tráng màng phản xạ RS20 dày 6mm, có hệ số hấp thụ $\alpha_k = 0,44$, hệ số phản xạ $\rho_k = 0,44$, hệ số xuyên qua $\tau_k = 0,12$ và hệ số kính $\varepsilon_m = 0,34$. Bên trong có trang bị mành che màu trung tính với $\alpha_m = 0,58$, $\rho_m = 0,39$, $\tau_m = 0,03$ ứng với hệ số mặt trời $\varepsilon_r = 1$. Cường độ bức xạ cực đại qua kính $R_{Tmax}$ vào tháng 4 tại TP.HCM đạt $410$ $W/m^2$ cho hướng Đông Bắc và Tây Bắc, $296$ $W/m^2$ cho hướng Tây Nam và Đông Nam.

4. Hệ thống thông gió và chống cháy của công trình bao gồm những hạng mục tính toán chính nào?
Hệ thống bao gồm 5 hạng mục kỹ thuật: (1) Tính toán lưu lượng và mạng đường ống cấp gió tươi theo tiêu chuẩn vệ sinh; (2) Tính toán lưu lượng quạt hút khí thải khu vệ sinh; (3) Tính toán lưu lượng cấp - thải cơ khí cho tầng hầm xe cùng diện tích cửa louver lấy gió/thải gió; (4) Tính toán lưu lượng hệ thống quạt hút khói sự cố cho các phòng tập trung đông người và hành lang khi xảy ra hỏa hoạn; (5) Tính toán lưu lượng quạt tạo áp suất dương chống nhiễm khói cho buồng thang bộ thoát hiểm và giếng thang máy (xét cả hai trạng thái cửa đóng kín có rò rỉ khí và trạng thái mở cửa thoát nạn).

5. Phần mềm Autodesk Revit đóng vai trò gì trong đồ án?
Phần mềm Autodesk Revit 2019 được sử dụng để xây dựng mô hình BIM 3D hoàn chỉnh cho công trình, tập trung vào bộ môn cơ kỹ thuật (Revit MEP). Revit giúp triển khai chính xác không gian mạng lưới đường ống thông gió, ống dẫn môi chất gas và ống thoát nước ngưng của các dàn lạnh FCU, kiểm soát việc bố trí thiết bị trên trần giả và tầng mái nhằm tránh xung đột với kết cấu dầm sàn. Ngoài ra, phần mềm cho phép tự động trích xuất bảng khối lượng vật tư (Schedule/Quantities) sang tệp Excel phục vụ công tác lập dự toán chi phí.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán, kiểm tra hệ thống điều hòa không khí, thông gió và triển khai bản vẽ bằng phần mềm Revit cho công trình Cục thuế Thành phố Hồ Chí Minh" của sinh viên Nguyễn Trung Kỳ và Lê Hữu Tình (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) là một công trình nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật nhiệt hoàn chỉnh và mang tính thực tiễn cao. Đề tài đã kiểm tra thấu đáo phụ tải lạnh của cao ốc văn phòng quy mô hơn 27.000 m² bằng phương pháp giải tích Carrier và phần mềm mô phỏng chuyên dụng Heatload, từ đó xác lập sự phù hợp của hệ thống điều hòa trung tâm VRV Daikin cùng mạng lưới quạt thông gió, hút khói và tạo áp cầu thang. Việc làm chủ và kết hợp thành công các công cụ kỹ thuật hiện đại gồm VRV Xpress, Duct Checker Pro, Autodesk Revit 2019 và Lumion đã mang lại một quy trình thiết kế khép kín từ tính toán lý thuyết, mô phỏng thủy lực đến mô hình hóa thông tin công trình 3D chuẩn mực cho ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt.