Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khách sạn H5 là công trình nghỉ dưỡng tiêu chuẩn thuộc tổ hợp khu du lịch Thung lũng Đại Dương (Ocean Valley), nằm trong dự án NovaWorld tại xã Tiến Thành, thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận. Công trình được xây dựng theo phong cách kiến trúc Santorini với quy mô tổng diện tích sàn xây dựng khoảng 27.000 m², chiều cao 10 tầng, bao gồm 2 tầng khối đế thương mại - dịch vụ, 7 tầng phòng nghỉ cao cấp với quy mô 250 phòng và 1 tầng kỹ thuật mái. Do tính chất phục vụ đa dạng (phòng hội nghị 192 chỗ, phòng tiệc lớn 1.180 m², chuỗi nhà hàng đặc sản, khu chăm sóc sức khỏe spa, phòng tập thể thao, khu vui chơi trẻ em và các khối văn phòng điều hành), công trình đòi hỏi chất lượng vi khí hậu nghiêm ngặt nhằm duy trì điều kiện tiện nghi nhiệt, độ ẩm và sự lưu thông dưỡng khí liên tục.

Trong thực tiễn xây dựng các công trình dịch vụ phức hợp cao tầng, đồ án chỉ ra rằng hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm tỷ trọng tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong vòng đời vận hành. Bên cạnh đó, sự phối hợp hình học phức tạp giữa hệ thống cơ điện (MEP) và kết cấu kiến trúc thường dẫn đến các xung đột không gian nghiêm trọng nếu chỉ dừng lại ở bản vẽ hai chiều (2D). Đồng thời, việc tính toán công suất thiết bị lạnh trên lý thuyết truyền thống thường có sự chênh lệch so với phần mềm chuyên dụng và bản vẽ thiết kế cơ sở, cũng như chưa chứng minh được mức độ phân bố trường nhiệt độ và vận tốc gió thực tế trong không gian điều hòa. Xuất phát từ thực tế này, đề tài "Tính toán kiểm tra, dựng Revit hệ thống HVAC và mô phỏng điều kiện tiện nghi khách sạn H5" được triển khai nhằm thực hiện ba mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Kiểm tra phụ tải nhiệt và hệ thống thông gió, an toàn PCCC: Thực hiện tính toán kiểm tra phụ tải lạnh bằng phương pháp giải tích Carrier kết hợp phần mềm Heatload Daikin; kiểm tra hệ thống cấp gió tươi, hệ thống hút khói sự cố và hệ thống tăng áp cầu thang/giếng thang theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam và quốc tế; đối chiếu với hồ sơ thiết kế thi công sẵn có của công trình.
  2. Triển khai mô hình thông tin công trình (BIM) bằng Autodesk Revit: Xây dựng mô hình không gian 3D toàn diện cho mạng lưới đường ống gió, ống nước Chiller và cụm thiết bị từ bản vẽ thiết kế thi công (shop drawing); thực hiện kiểm soát va chạm (clash detection) giữa các tuyến ống nhằm giảm thiểu rủi ro thi công thực tế và trích xuất bảng thống kê khối lượng (BOQ).
  3. Mô phỏng động lực học dòng chảy (CFD): Ứng dụng phần mềm ANSYS Workbench để mô phỏng trường nhiệt độ, trường vận tốc trong không gian phòng điển hình; tính toán và đánh giá các chỉ số tiện nghi nhiệt vi khí hậu (PMV, PPD, VATD, Draft Rate) phục vụ việc thẩm định giải pháp phân phối khí.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống điều hòa không khí trung tâm Water Chiller giải nhiệt nước, mạng lưới cấp gió tươi, hút khói hành lang và tăng áp phòng đệm/thang máy tại khách sạn H5. Phạm vi nghiên cứu về không gian tập trung vào toàn bộ các khu vực chức năng thuộc 10 tầng của khách sạn; phạm vi về thời gian và dữ liệu khí hậu áp dụng điều kiện khí hậu ngoài nhà đặc thù của thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án căn cứ vào hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng và cơ điện lạnh của Việt Nam:

  • TCVN 5687:2010: Thông gió - Điều hòa không khí - Tiêu chuẩn thiết kế, làm căn cứ tra cứu thông số tiện nghi vi khí hậu trong nhà (Phụ lục A), thông số tính toán nhiệt ẩm ngoài nhà theo địa phương (Phụ lục B), và định mức lưu lượng gió tươi tối thiểu cho từng loại hình không gian.
  • TCXDVN 175:2005: Mức ồn tối đa cho phép trong công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế, xác định ngưỡng ồn cho phép trong không gian nghỉ dưỡng không vượt quá 55 dB.
  • QCVN 06:2022/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình, ứng dụng trong tính toán kiểm tra lưu lượng quạt hút khói sự cố và áp suất dư hệ thống tăng áp.
  • Lý thuyết tiện nghi nhiệt của Fanger (ISO 7730 / ASHRAE 55): Đánh giá cảm nhận nhiệt của con người qua các đại lượng: Chỉ số dự đoán trung bình theo phiếu đánh giá (PMV - Predicted Mean Vote), Phần trăm dự đoán không thoải mái (PPD - Predicted Percent of Dissatisfied), Độ chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao cơ thể (VATD - Vertical Air Temperature Difference) và Mức gió lùa (DR - Draft Rate).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

Nghiên cứu kết hợp đồng thời phương pháp lý thuyết giải tích, phương pháp thiết kế mô hình hóa số và phương pháp tính toán động lực học chất lưu:

  • Phương pháp cân bằng nhiệt Carrier: Xác định năng suất lạnh cần thiết $Q_0$ thông qua tổng nhiệt hiện thừa ($Q_{ht}$) và nhiệt ẩn thừa ($Q_{at}$), bao gồm: nhiệt bức xạ qua kính ($Q_{11}$), nhiệt truyền qua kết cấu bao che tường, mái, nền ($Q_{21}, Q_{22}, Q_{23}$), nhiệt tỏa từ thiết bị chiếu sáng và máy móc ($Q_{31}, Q_{32}$), nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra ($Q_{4h}, Q_{4a}$), nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_{hN}, Q_{aN}$), và nhiệt do không khí rò lọt qua khe cửa ($Q_{5h}, Q_{5a}$).
  • Công cụ tính toán phụ trợ:
    • Phần mềm Psychrometric Calculator: Tra cứu và xác lập các điểm nút trạng thái không khí trên đồ thị ẩm ($t-d$).
    • Phần mềm Heatload Daikin: Mô phỏng tính tải lạnh chi tiết cho từng không gian phòng theo dữ liệu kiến trúc.
    • Phần mềm DuctSize: Tính toán thủy lực, chọn kích thước tiết diện đường ống gió và xác định tổn thất áp suất dọc đường.
    • Cơ sở dữ liệu ASHRAE Duct Fitting Database: Tính toán hệ số tổn thất cục bộ của các phụ kiện đường ống gió (co $90^\circ$, giảm cấp, rẽ nhánh, van gió MD).
  • Phương pháp mô hình hóa 3D BIM (Autodesk Revit): Chuyển đổi dữ liệu 2D sang mô hình số thông tin công trình, tích hợp đầy đủ phụ kiện van, khớp nối mềm, tiêu âm và bố trí giá treo đỡ.
  • Phương pháp mô phỏng số CFD (ANSYS Workbench - Fluent): Xây dựng hình học trên Design Modeler, chia lưới sai phân hữu hạn (kiểm soát tiêu chuẩn chất lượng lưới Skewness và Aspect ratio), thiết lập các điều kiện biên nhiệt và dòng chảy, giải hệ phương trình Navier-Stokes để phân tích trường phân bố vận tốc và nhiệt độ.

Thông số tính toán thiết kế

Dựa trên công năng thương mại kết hợp nghỉ dưỡng, công trình được xếp vào cấp điều hòa cấp II (cho phép sai số vi khí hậu không quá 200 giờ/năm). Các thông số thiết kế được xác lập cụ thể như sau:

Thông số thiết kế Giá trị trong nhà Giá trị ngoài nhà (Phan Thiết) Đơn vị
Nhiệt độ không khí ($t$) 24,0 35,2 °C
Độ ẩm tương đối ($\varphi$) 55,0 59,5 %
Entanpi ($I$) 50,2 91,8 kJ/kg.kkk
Độ chứa hơi ($d$) 10,25 21,50 g/kg.kkk
Nhiệt độ điểm sương ($t_S$) 14,41 27,62 °C
Giới hạn độ ồn tối đa ($L_p$) 55 - dB

Định mức cấp gió tươi theo chức năng:

  • Khu vực hành lang, phòng họp: 3,5 l/s/người.
  • Cửa hàng, căn tin, kho: 5,0 l/s/người.
  • Văn phòng làm việc, nhà hàng ăn uống: 7,5 l/s/người.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án đã thiết lập cấu trúc kỹ thuật cho hệ thống HVAC của công trình khách sạn H5 dựa trên phân tích đặc điểm công năng và mặt bằng kiến trúc:

Kiến trúc hệ thống Water Chiller

  • Nguồn sinh lạnh trung tâm: Bố trí 3 cụm máy làm lạnh nước giải nhiệt bằng nước (Water Cooled Chiller) đặt tại phòng máy tầng 1. Nhiệt độ nước lạnh cấp/về tại bình bay hơi được duy trì ở mức chuẩn 7°C / 15°C.
  • Vòng tuần hoàn nước lạnh: Nước lạnh được luân chuyển đến các dàn trao đổi nhiệt thông qua cụm 4 bơm ly tâm trục ngang biến tần (VFD), trong đó 3 bơm vận hành đồng thời và 1 bơm dự phòng.
  • Vòng giải nhiệt bình ngưng: Sử dụng tháp giải nhiệt đặt tại tầng kỹ thuật mái. Hệ thống tuần hoàn nước giải nhiệt sử dụng cụm 4 bơm biến tần VFD (3 chạy, 1 dự phòng) đặt tại phòng máy tầng kỹ thuật để bơm nước qua bình ngưng và đẩy lên tháp giải nhiệt.
  • Thiết bị xử lý nhiệt ẩm tại nơi tiêu thụ:
    • Hệ thống xử lý không khí sơ bộ (PAU - Primary Air Handling Unit) xử lý ẩm và làm lạnh sơ bộ gió tươi ngoài trời trước khi cấp vào công trình.
    • Hệ thống khối phòng lớn (hội trường tiệc, nhà hàng, sảnh đón): Sử dụng các thiết bị xử lý không khí trung tâm (AHU - Air Handling Unit) kết nối mạng ống gió cấp miệng khuếch tán.
    • Khối phòng ngủ tiêu chuẩn và văn phòng điều hành: Sử dụng các dàn quạt giấu trần nối ống gió (FCU - Fan Coil Unit) độc lập, cho phép điều khiển nhiệt độ linh hoạt từng khu vực.

Hệ thống thông gió cơ khí và an toàn kỹ thuật

  • Cấp gió tươi: Gió tươi được lấy từ môi trường, qua thiết bị lọc và xử lý nhiệt ẩm tại PAU, đưa vào mạng ống gió chính và cấp trực tiếp tới các hộp hòa trộn của AHU/FCU hoặc thổi trực tiếp vào phòng.
  • Hút khói sự cố: Thiết lập các tuyến ống gió chịu nhiệt kết nối quạt hút khói sự cố độc lập cho khu vực sảnh hội nghị, hành lang các tầng và khu vực kho nhằm đảm bảo tầm nhìn và ngăn ngạt khí khi có hỏa hoạn.
  • Tăng áp chống tụ khói: Bố trí quạt ly tâm và mạng ống gió tăng áp duy trì áp suất dương (từ 20 Pa đến 50 Pa) cho hố thang máy, sảnh thang máy và buồng đệm thang thoát nạn N3, ngăn chặn khói độc xâm nhập vào lối thoát hiểm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về điều hoà không khí

Chương 1 trình bày khái quát về vai trò của điều hòa tiện nghi trong các công trình thương mại và nghỉ dưỡng hiện đại. Tác giả tiến hành phân loại và so sánh ưu nhược điểm kỹ thuật giữa ba giải pháp điều hòa không khí phổ biến: hệ thống máy lạnh cục bộ (kiểu rời, kiểu ghép multi, tủ đứng), hệ thống điều hòa trung tâm biến dòng môi chất VRV/VRF và hệ thống điều hòa trung tâm Water Chiller.

Trên cơ sở phân tích đặc thù kiến trúc của khách sạn H5 với diện tích sàn lên đến 27.000 m², gồm 10 tầng và nhiều phân khu phụ tải lớn hoạt động đồng thời, tác giả khẳng định hệ thống Water Chiller giải nhiệt nước là giải pháp kỹ thuật tối ưu. Hệ thống này đảm bảo khoảng cách truyền tải lạnh xa không bị giới hạn độ cao như hệ gas VRV, duy trì ổn định vi khí hậu, tuổi thọ thiết bị cao và dễ dàng tích hợp điều khiển biến tần VFD cho cụm bơm, quạt tháp giải nhiệt nhằm tiết kiệm năng lượng. Phần sau của chương thống kê diện tích, thể tích chi tiết của 60 không gian phòng thuộc các tầng từ tầng 1 đến tầng 9 để làm cơ sở tính tải.

Chương 2: Tính toán và kiểm tra phụ tải lạnh

Chương 2 là nội dung trọng tâm về mặt nhiệt động lực học, áp dụng phương pháp giải tích Carrier để tính toán chi tiết từng thành phần nhiệt thừa cho công trình. Tác giả trình bày phương pháp luận và các công thức giải tích cụ thể:

  • Tính bức xạ qua kính $Q_{11}$ dựa trên diện tích kính $F_k$, bức xạ mặt trời cực đại $R_{Tmax}$ (tra theo 4 hướng Đông Bắc 483 W/m², Đông Nam 514 W/m², Tây Nam 514 W/m², Tây Bắc 483 W/m²), hệ số đọng sương $\varepsilon_{đs} = 0,9$, hệ số khung kim loại $\varepsilon_{kh} = 1,17$, hệ số rèm che tối màu $\varepsilon_r = 0,75$ và hệ số tác dụng tức thời $n_t$ phụ thuộc mật độ kết cấu $g_s$.
  • Tính nhiệt truyền qua kết cấu bao che $Q_2$: Phân tách chi tiết hệ số truyền nhiệt tường tiếp xúc không khí ngoài ($k = 2,42\text{ W/m}^2\text{K}$) và tường tiếp xúc không gian đệm ($k = 2,16\text{ W/m}^2\text{K}$); tính nhiệt truyền qua cửa đi kim loại ($k_c = 4,95\text{ W/m}^2\text{K}$ đối với không gian đệm và $6,58\text{ W/m}^2\text{K}$ đối với vách ngoài); truyền nhiệt qua kính 2 lớp 10 mm ($k_k = 3,15\text{ W/m}^2\text{K}$); truyền nhiệt qua sàn nền bê tông dày 300 mm có lát gạch ($k = 2,15\text{ W/m}^2\text{K}$).
  • Xác định nhiệt từ thiết bị chiếu sáng ($Q_{31}$) với định mức 12,5 W/m² sàn, hệ số đồng thời $n_đ = 0,5$; nhiệt từ máy móc ($Q_{32}$) tính theo công suất và hiệu suất động cơ $\eta = 80%$.
  • Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra ($Q_{4h}, Q_{4a}$) tra theo trạng thái hoạt động nhẹ ở 24°C ($q_h = 70\text{ W/người}, q_a = 60\text{ W/người}$ đối với văn phòng/khách sạn; $q_h = 80\text{ W/người}, q_a = 80\text{ W/người}$ đối với nhà hàng), kết hợp diện tích sàn quy định trên đầu người theo TCVN.
  • Tính toán nhiệt do gió tươi $Q_N$ và nhiệt do rò lọt không khí $Q_5$.

Song song với việc tính toán lý thuyết bằng phương pháp Carrier, tác giả sử dụng phần mềm Heatload Daikin để mô phỏng tải nhiệt thực tế cho toàn bộ các phòng. Chương này thực hiện so sánh công suất lạnh lý thuyết, công suất phần mềm và số liệu thiết kế ban đầu; đồng thời tiến hành lựa chọn danh mục thiết bị chính gồm Chiller giải nhiệt nước, tháp giải nhiệt, bơm ly tâm Howaki, các dàn AHU, FCU và dàn xử lý gió tươi PAU.

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

Nội dung chương 3 tập trung kiểm tra thủy lực các hệ thống vận chuyển không khí:

  • Hệ thống cấp gió tươi: Xác định lưu lượng gió tươi cần thiết cho từng phòng dựa trên mật độ người, tính toán tốc độ gió trong ống chính và ống nhánh, sử dụng phần mềm DuctSize để định cỡ kích thước tiết diện ống dẫn.
  • Hệ thống hút khói sự cố: Tính toán lưu lượng hút khói yêu cầu theo diện tích bảo vệ của phòng họp lớn và hành lang kho; tính toán tổn thất áp suất ma sát dọc đường ống và tổn thất trở lực cục bộ qua các chi tiết cút co $90^\circ$, côn chuyển bậc, van chặn lửa/chặn khói MD bằng phần mềm ASHRAE Duct Fitting Database nhằm xác định cột áp tĩnh của quạt hút khói.
  • Hệ thống hút gió thải: Kiểm tra lưu lượng thải cưỡng bức cho các khu vệ sinh, phòng rác và phòng bếp, định cỡ ống gió thải.
  • Hệ thống tăng áp cầu thang: Thiết lập sơ đồ nguyên lý tăng áp cho sảnh thang máy, giếng thang máy và phòng đệm N3; tính toán lưu lượng gió cần thổi vào để duy trì chênh áp khi mở cửa thoát nạn và định cỡ đường ống tăng áp tương ứng.

Chương 4: Triển khai bản vẽ điều hoà không khí và thông gió bằng phần mềm Autodesk Revit

Chương 4 mô tả quy trình ứng dụng công nghệ BIM thông qua phần mềm Autodesk Revit để số hóa toàn bộ hệ thống cơ điện lạnh của khách sạn H5:

  • Thiết lập môi trường làm việc Revit MEP, dựng mô hình hệ thống ống gió cấp, gió hồi, gió thải, hút khói và các van phụ kiện trên mặt bằng các tầng từ tầng 1 đến tầng kỹ thuật.
  • Dựng mô hình 3D phòng máy Chiller tại tầng 1: Bố trí cụm 3 máy Chiller giải nhiệt nước, mạng lưới đường ống cấp và hồi nước lạnh, cụm van điều khiển, khớp nối mềm, bình giãn nở và hệ thống đồng hồ đo.
  • Dựng mô hình mạng ống nước lạnh cấp đến các thiết bị trao đổi nhiệt FCU và AHU của từng tầng, kiểm soát xung đột độ cao với dầm kết cấu và hệ thống đường ống chữa cháy, cấp thoát nước.
  • Trích xuất bảng thống kê khối lượng vật tư (BOQ) tự động từ mô hình Revit, bao gồm diện tích tole ống gió, số lượng phụ kiện co cút, chiều dài ống nước thép/nhựa theo từng đường kính danh định.

Chương 5: Mô phỏng CFD

Chương 5 ứng dụng phương pháp mô phỏng số động lực học chất lưu (CFD) để khảo sát chất lượng môi trường vi khí hậu trong một phòng ngủ tiêu chuẩn điển hình của khách sạn H5:

  • Tạo dựng hình học: Dựng mô hình không gian phòng, bao gồm đầy đủ đồ nội thất, giường nằm, người và vị trí lắp đặt miệng gió cấp, miệng gió hồi bằng module Design Modeler.
  • Xử lý và chia lưới: Phân tích chất lượng lưới sai phân hữu hạn qua hai tiêu chuẩn khắt khe: độ méo lưới (Skewness) và tỷ lệ cạnh (Aspect ratio); thực hiện kiểm tra tính độc lập của lưới (grid convergence test) để đảm bảo kết quả không phụ thuộc vào độ mịn chia phần tử.
  • Thiết lập điều kiện biên và phương pháp giải: Gán lưu lượng và nhiệt độ miệng gió cấp, áp suất miệng gió hồi, thông số nhiệt phát ra từ bề mặt cơ thể người và qua vách kính; thiết lập thuật toán giải lặp trong môi trường Analysis Systems.
  • Phân tích kết quả vi khí hậu: Xuất đồ thị và bình đồ phân bố trường nhiệt độ và trường vận tốc không khí tại các mặt cắt độ cao làm việc đặc trưng: $0,1\text{ m}$ (khu vực cổ chân), $0,6\text{ m}$ (người ngồi/nằm nghỉ) và $1,1\text{ m}$ (khu vực đầu/ngực); tính toán trực tiếp các chỉ số tiện nghi nhiệt PMV, PPD và kiểm tra chênh lệch nhiệt độ thẳng đứng VATD.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán và kiểm tra số liệu

Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể thông qua việc đối chiếu giữa tính toán lý thuyết, mô phỏng phần mềm và số liệu từ hồ sơ thiết kế ban đầu của công trình:

Bảng tổng hợp đối chiếu kết quả kỹ thuật:

Hạng mục kiểm tra Phương pháp Carrier / Giải tích Phần mềm Heatload Daikin Thiết kế ban đầu của dự án Nhận xét / Đánh giá kỹ thuật
Phụ tải lạnh tổng công trình Tính toán theo từng phòng Phân tích tự động đa vùng Hồ sơ thiết kế cơ sở Kết quả giải tích và phần mềm có độ tương đồng cao; phụ tải phần mềm tối ưu hơn do tính đúng tải đồng thời
Hệ thống thiết bị Chiller 3 cụm Water Cooled Chiller - 3 cụm Water Cooled Chiller Đáp ứng đủ công suất lạnh đỉnh, phân phối tải linh hoạt tại 7°C / 15°C
Cụm bơm nước lạnh VFD 4 bơm (3 chạy, 1 dự phòng) - 4 bơm ly tâm trục ngang Đảm bảo lưu lượng và cột áp tuần hoàn qua toàn bộ mạng ống
Quạt hút khói hành lang Tính lưu lượng theo diện tích - Bản vẽ shop drawing Kích thước ống tính bằng DuctSize khớp với tiết diện thiết kế
Mức tiện nghi nhiệt CFD PMV trong khoảng $-0,5 \div +0,5$; PPD $< 10%$ - - Vận tốc gió vùng làm việc đạt $0,15 \div 0,25\text{ m/s}$, không gây hiện tượng gió lùa

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Hoàn thiện quy trình kiểm tra phụ tải lạnh kết hợp: Đồ án đã minh chứng việc kết hợp phương pháp giải tích Carrier truyền thống và phần mềm Heatload Daikin giúp kỹ sư kiểm tra chéo độ tin cậy của thông số tải nhiệt, tránh hiện tượng chọn dư công suất thiết bị gây lãng phí chi phí đầu tư ban đầu và giảm hiệu suất vận hành của máy Chiller.
  • Ứng dụng mô hình 3D BIM xử lý xung đột thi công: Việc mô hình hóa toàn bộ hệ thống đường ống và thiết bị bằng Autodesk Revit đã phát hiện sớm các điểm va chạm giữa đường ống gió kích thước lớn với dầm kết cấu bê tông cốt thép và ống cấp thoát nước tại các tầng hẹp (như trần hành lang tầng 1 và tầng 2), giúp nhà thầu giảm thiểu các sự cố cắt đục và chỉnh sửa ống tại hiện trường.
  • Kiểm chứng tiện nghi vi khí hậu bằng mô phỏng số: Thay vì chỉ kiểm tra công suất lạnh tổng thể, đồ án đã tiến hành mô phỏng CFD để chứng minh phương án bố trí miệng thổi - miệng hút thực tế đảm bảo trường nhiệt độ đồng đều tại cao độ $0,6\text{ m}$ và $1,1\text{ m}$, các chỉ số PMV và PPD đạt cấp tiện nghi loại A theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 7730.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận trong văn bản

  • Dữ liệu khảo sát phụ tải thiết bị mang tính ước lượng: Do điều kiện khảo sát thực tế có giới hạn, một số nguồn nhiệt tỏa ra trong nhà phải sử dụng các giả định theo định mức chuẩn (công suất đèn chiếu sáng chọn định hướng 12,5 W/m² sàn, hệ số tác động đồng thời của thiết bị lấy $n_đ = 0,5$, thời gian hoạt động ước tính 8 giờ/ngày) chứ chưa đo đạc được chu kỳ tiêu thụ điện năng thực tế của từng thiết bị đặc thù.
  • Phạm vi mô phỏng CFD: Nghiên cứu mới chỉ tập trung mô phỏng bài toán phân bố nhiệt ẩm và khí động học cho một không gian đại diện là phòng ngủ tiêu chuẩn; chưa thực hiện mô phỏng CFD cho các không gian phức tạp có thể tích lớn và tập trung đông người như phòng tiệc 1.180 m² hay sảnh thông tầng.

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Cần mở rộng mô phỏng CFD cho các khu vực có kết cấu trần cao và phụ tải biến đổi mạnh (khu hội nghị, bếp tiệc, sảnh đón chính) nhằm tối ưu hóa sơ đồ phân phối không khí và vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ.
  • Nghiên cứu mô phỏng tiêu thụ năng lượng theo chu kỳ năm (Energy Simulation) dựa trên sự biến động thời tiết thực tế tại Phan Thiết để đánh giá chi tiết hiệu quả tiết kiệm điện của biến tần VFD trên hệ thống bơm và quạt Chiller.
  • Mở rộng mô hình Revit 3D thành mô hình quản lý thông tin công trình mức độ cao hơn (BIM 4D/5D) phục vụ quản lý tiến độ thi công và dự toán kinh phí vận hành tòa nhà.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Công nghệ Kỹ thuật Công trình: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về các bước tính toán cân bằng nhiệt ẩm công trình thương mại theo phương pháp Carrier, phương pháp tra đồ thị không khí ẩm và quy trình lựa chọn thiết bị Chiller, AHU, FCU, PAU.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (MEP / HVAC): Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về cách tính toán kiểm tra hệ thống tăng áp hút khói sự cố theo tiêu chuẩn Việt Nam, kết hợp sử dụng phần mềm phụ trợ DuctSize và cơ sở dữ liệu tổn thất ASHRAE Duct Fitting Database.
  • Người nghiên cứu ứng dụng BIM và CFD: Cung cấp quy trình làm việc chuẩn từ khâu dựng hình Revit MEP chống xung đột tuyến ống đến việc xuất dữ liệu hình học sang ANSYS Fluent để chia lưới và thiết lập điều kiện biên giải bài toán tiện nghi nhiệt Fanger.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình khách sạn H5 lại được xếp vào cấp điều hòa không khí cấp II?

Theo TCVN 5687:2010, hệ thống ĐHKK cấp I đòi hỏi duy trì tuyệt đối không sai số cho các phòng chuyên dụng (như phòng mổ, phòng sạch), trong khi cấp III cho phép sai số đến 400 giờ/năm đối với các công trình phổ thông. Khách sạn H5 là công trình khách sạn nghỉ dưỡng cao cấp kết hợp thương mại, có yêu cầu duy trì môi trường tiện nghi vi khí hậu ổn định cho khách lưu trú nhưng không đòi hỏi mức độ khắt khe của phòng thí nghiệm y tế. Do đó, hệ thống cấp II (với giới hạn sai số không quá 200 giờ/năm) được lựa chọn để đảm bảo sự cân bằng giữa chất lượng phục vụ và chi phí đầu tư thiết bị.

2. Sơ đồ cung cấp nước lạnh của hệ thống Chiller tại khách sạn H5 được cấu hình như thế nào?

Hệ thống sử dụng cụm 3 máy làm lạnh nước giải nhiệt bằng nước (Water Cooled Chiller) đặt tại phòng máy tầng 1. Nước lạnh cấp cho các dàn trao đổi nhiệt AHU, FCU và PAU được duy trì ở dải nhiệt độ $7^\circ\text{C}$ (cấp đi) và $15^\circ\text{C}$ (hồi về). Nước lạnh được tuần hoàn thông qua cụm 4 bơm ly tâm trục ngang tích hợp biến tần VFD (với chế độ 3 bơm vận hành, 1 bơm dự phòng) nhằm tự động điều chỉnh lưu lượng theo tải thực tế.

3. Phương pháp Carrier xác định phụ tải lạnh thông qua những nhóm nguồn nhiệt nào?

Phương pháp Carrier xác định năng suất lạnh $Q_0 = Q_{ht} + Q_{at}$ thông qua việc tổng hợp nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩn thừa từ các nguồn:

  • Bức xạ mặt trời qua kính ($Q_{11}$).
  • Truyền nhiệt qua kết cấu bao che gồm tường, mái và nền ($Q_{21}, Q_{22}, Q_{23}$).
  • Nhiệt tỏa từ hệ thống chiếu sáng và máy móc văn phòng ($Q_{31}, Q_{32}$).
  • Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do cơ thể người tỏa ra ($Q_{4h}, Q_{4a}$).
  • Nhiệt do lưu lượng gió tươi mang vào phòng ($Q_{hN}, Q_{aN}$).
  • Nhiệt do không khí bên ngoài rò lọt qua khe cửa ($Q_{5h}, Q_{5a}$).

4. Phần mềm và cơ sở dữ liệu nào được sử dụng để kiểm tra kích thước và trở lực của đường ống gió?

Đồ án sử dụng phần mềm DuctSize để nhập lưu lượng không khí, tốc độ gió quy chuẩn và chọn hệ đơn vị metric, từ đó tự động xuất kích thước tiết diện ống gió tươi, ống gió thải và ống tăng áp. Để tính toán cột áp tĩnh của quạt hút khói sự cố, tác giả kết hợp phần mềm ASHRAE Duct Fitting Database để tra cứu chính xác hệ số tổn thất áp suất cục bộ của từng phụ kiện như cút co $90^\circ$, côn thu giảm cỡ và van chặn khói MD.

5. Bài toán mô phỏng CFD trong đồ án đánh giá tiện nghi nhiệt dựa trên các chỉ số cụ thể nào?

Mô phỏng CFD được thực hiện trên nền tảng ANSYS Workbench (module Design Modeler và Fluent solver) để tính toán:

  • Trường phân bố nhiệt độ và trường vận tốc không khí tại 3 cao độ làm việc: $0,1\text{ m}$, $0,6\text{ m}$ và $1,1\text{ m}$.
  • Chỉ số dự đoán trung bình theo phiếu đánh giá (PMV) và phần trăm dự đoán không thoải mái (PPD) theo mô hình tiện nghi nhiệt Fanger.
  • Sự chênh lệch nhiệt độ không khí theo chiều cao cơ thể (VATD - Vertical Air Temperature Difference) và mức độ gió lùa (Draft Rate - DR) để đánh giá nguy cơ gây cảm giác lạnh cục bộ cho người lưu trú.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán kiểm tra, dựng Revit hệ thống HVAC và mô phỏng điều kiện tiện nghi khách sạn H5" đã hoàn thành việc tính toán kiểm tra phụ tải lạnh bằng phương pháp Carrier và phần mềm Heatload Daikin cho công trình quy mô 27.000 m². Nghiên cứu đã thiết kế kiểm tra hoàn chỉnh hệ thống Water Cooled Chiller, hệ thống cấp gió tươi, hút khói sự cố và tăng áp cầu thang đáp ứng các tiêu chuẩn TCVN 5687:2010 và quy chuẩn an toàn cháy. Đồng thời, việc kết hợp xây dựng mô hình không gian 3D trên Autodesk Revit để rà soát xung đột kết cấu cùng với mô phỏng CFD trên ANSYS kiểm chứng tiện nghi nhiệt PMV/PPD đã mang lại tính thực tiễn cao, hỗ trợ tích cực cho công tác thi công và vận hành hệ thống cơ điện lạnh của công trình.