Đồ án Tốt nghiệp: Tính toán Kiểm tra Hệ thống HVAC Tòa nhà Hành chính Quy Nhơn

Hướng dẫn chi tiết tính toán kiểm tra hệ thống thông gió và điều hòa không khí cho tòa nhà trung tâm hành chính Quy Nhơn. Đảm bảo hiệu quả và tối ưu hóa vận

• Tác giả: Phạm Ngọc Thạch
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thành Luân
• Trường học: 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 thông gió và điều hòa không khí cho tòa nhà Trung Tâm Hành Chính Quy Nhơn
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính toán hệ thống HVAC Tòa nhà Hành chính Quy Nhơn

Đề tài tính toán hệ thống HVAC cho Tòa nhà Hành chính Quy Nhơn là một dự án kỹ thuật chuyên sâu. Công trình này yêu cầu một hệ thống điều hòa không khí và thông gió đạt hiệu suất cao. Mục tiêu chính là đảm bảo tiện nghi nhiệt cho toàn bộ 12 tầng của tòa nhà. Hệ thống phải đáp ứng các tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687:2010 và tiêu chuẩn quốc tế BS 5588-4. Thiết kế cần cân nhắc đến điều kiện khí hậu nhiệt đới của Quy Nhơn. Kết cấu tòa nhà với tường gạch bê tông dày 200mm và kính 6mm tạo tải nhiệt đáng kể. Hệ thống phải hoạt động ổn định mà không ảnh hưởng đến kiến trúc và nội thất. Giải pháp thông gió cũng được tích hợp cho khu vệ sinh và cầu thang thoát hiểm. Dự án thể hiện sự áp dụng kiến thức kỹ thuật nhiệt vào thực tế xây dựng.

1.1. Mục tiêu và phạm vi của đề tài

Đề tài tập trung vào việc tính toán và kiểm tra toàn bộ hệ thống HVAC cho tòa nhà trung tâm hành chính. Phạm vi bao gồm tính toán tải nhiệt, thiết kế đường ống gió, và chọn thiết bị. Mục tiêu cụ thể là tạo ra môi trường làm việc thoải mái với nhiệt độ 25°C và độ ẩm 60%. Hệ thống cũng phải phục vụ các khu vực chức năng đa dạng như phòng họp, văn phòng và sảnh. Công trình còn bao gồm hệ thống tăng áp cho cầu thang thoát hiểm. Việc tính toán tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật hiện hành.

1.2. Các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng

Hệ thống HVAC được thiết kế dựa trên hai bộ tiêu chuẩn chính. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687:2010 quy định các thông số vi khí hậu trong nhà. Tiêu chuẩn BS 5588-4 và CP13 của Anh quốc hướng dẫn về hệ thống thông gió, đặc biệt cho thoát hiểm. Các tiêu chuẩn này đảm bảo tính an toàn, hiệu quả và tiện nghi. Chúng cung cấp cơ sở khoa học cho việc chọn nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng gió. Việc áp dụng tiêu chuẩn quốc tế giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống. Đây là nền tảng cho toàn bộ quá trình tính toán và kiểm tra.

II. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế HVAC

Nhiều yếu tố chi phối việc tính toán hệ thống HVAC cho tòa nhà này. Đầu tiên là điều kiện khí hậu đặc trưng của thành phố Quy Nhơn. Nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài cao đòi hỏi công suất làm lạnh lớn. Thứ hai là kết cấu tòa nhà với nhiều kính và tường dày, làm tăng tải nhiệt bức xạ. Thứ ba là mật độ người và thiết bị văn phòng, nguồn nhiệt nội sinh quan trọng. Các khu vực chức năng khác nhau có yêu cầu nhiệt độ và thông gió riêng biệt. Ví dụ, phòng server cần làm mát liên tục, trong khi sảnh lớn cần lưu thông không khí tốt. Hệ thống còn phải tích hợp với kiến trúc, không chiếm quá nhiều không gian. Yếu tố an toàn cháy nổ cũng được đặt lên hàng đầu, yêu cầu hệ thống tăng áp cho cầu thang. Việc phân tích kỹ lưỡng các yếu tố này là tiền đề cho giải pháp thiết kế tối ưu.

2.1. Tải nhiệt và điều kiện khí hậu

Tải nhiệt là tổng hợp năng lượng cần loại bỏ để duy trì nhiệt độ trong nhà. Tại Quy Nhơn, tải nhiệt mặt trời qua tường và kính rất lớn. Nhiệt độ thiết kế mùa hè có thể đạt 35°C với độ ẩm cao. Các nguồn nhiệt nội sinh từ người, thiết bị điện và chiếu sáng cũng cần được tính toán chính xác. Mỗi tầng và mỗi phòng có tải nhiệt riêng dựa trên hướng nắng và chức năng sử dụng. Việc xác định đúng tải nhiệt là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế. Sai số ở bước này sẽ dẫn đến chọn sai công suất thiết bị, gây lãng phí hoặc thiếu hiệu quả.

2.2. Yêu cầu về tiện nghi và an toàn

Tiện nghi nhiệt là mục tiêu cốt lõi của hệ thống HVAC. Theo TCVN 5687:2010, nhiệt độ trong phòng làm việc nên duy trì ở 25°C. Độ ẩm tương đối khoảng 60% giúp con người cảm thấy dễ chịu. Tốc độ gió trong vùng làm việc không được quá cao để tránh cảm giác lồng. Về an toàn, hệ thống thông gió phải đảm bảo thoát khói và tăng áp cho cầu thang khi có hỏa hoạn. Các khu vệ sinh cần có hệ thống hút mùi riêng. Yêu cầu kép giữa tiện nghi và an toàn đòi hỏi thiết kế hệ thống phức tạp hơn. Giải pháp phải đáp ứng đồng thời hai mục tiêu này.

III. Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống

Phương pháp tính toán được tiến hành tuần tự theo các bước kỹ thuật. Bước đầu tiên là tính toán tải nhiệt lạnh cho từng phòng và toàn tòa nhà. Sử dụng phương pháp hệ số truyền nhiệt qua tường, kính và tải nhiệt nội sinh. Tiếp theo là lựa chọn loại hệ thống điều hòa phù hợp. Với tòa nhà nhiều tầng như thế này, hệ thống điều hòa trung tâm (VRF hoặc Chiller) là tối ưu. Bước thứ ba là thiết kế hệ thống đường ống gió và chọn quạt. Kích thước ống gió được tính dựa trên lưu lượng gió cho phép và giới hạn tiếng ồn. Sau đó là lựa chọn thiết bị đầu cuối như FCU hoặc AHU. Cuối cùng là thiết kế hệ thống thông gió bổ sung và hệ thống tăng áp thoát hiểm. Toàn bộ quá trình sử dụng phần mềm chuyên ngành và tham chiếu các bảng tính kỹ thuật.

3.1. Tính toán tải nhiệt và chọn công suất thiết bị

Tính toán tải nhiệt bao gồm tải dẫn qua vách, tải bức xạ mặt trời, tải từ người và thiết bị. Công thức truyền nhiệt qua tường đơn giản là Q = UAΔT, trong đó U là hệ số truyền nhiệt. Tải bức xạ mặt trời qua kính được tính với hệ số che nắng. Tổng tải nhiệt cho mỗi phòng được tổng hợp lại. Từ tổng tải, công suất lạnh được xác định và quy đổi ra công suất thiết bị. Hệ số an toàn thường được áp dụng thêm để đảm bảo khả năng làm mát. Việc chọn đúng công suất giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư ban đầu.

3.2. Thiết kế hệ thống ống gió và thông gió

Hệ thống ống gió phải được thiết kế để phân phối không khí đều khắp các phòng. Kích thước ống gió được tính theo lưu lượng gió yêu cầu và vận tốc gió cho phép. Vận tốc gió trong ống chính thường từ 6-10 m/s để giảm tiếng ồn. Hệ thống thông gió cho khu vệ sinh sử dụng quạt hút riêng, đảm bảo áp suất âm. Hệ thống tăng áp cho cầu thang thoát hiểm tạo áp suất dương ngăn khói. Đường ống gió phải đi ngầm trong trần giả để đảm bảo mỹ quan. Các van điều tiết và cửa gió được bố trí hợp lý để dễ dàng kiểm soát lưu lượng.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn của dự án

Dự án đã hoàn thành việc tính toán chi tiết cho toàn bộ 12 tầng của Tòa nhà Hành chính Quy Nhơn. Các kết quả bao gồm bảng tổng hợp tải nhiệt, sơ đồ hệ thống ống gió, và danh mục thiết bị. Hệ thống được thiết kế đảm bảo nhiệt độ ổn định 25±1°C cho mọi khu vực làm việc. Thông gió đạt 6 lần/giờ cho các phòng họp và 10 lần/giờ cho khu vệ sinh. Giải pháp tăng áp cầu thang thoát hiểm đáp ứng yêu cầu an toàn cháy nổ. Dự án là một ví dụ điển hình về ứng dụng kiến thức kỹ thuật nhiệt vào thực tế xây dựng dân dụng. Các kết quả tính toán có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các công trình tương tự tại Việt Nam. Việc áp dụng đúng tiêu chuẩn giúp nâng cao chất lượng sống và làm việc cho người sử dụng. Dự án cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tối ưu hóa năng lượng trong hệ thống HVAC.

4.1. Kết quả đạt được và đánh giá

Kết quả chính của dự án là một bộ hồ sơ kỹ thuật hoàn chỉnh. Bao gồm bản vẽ thiết kế, thuyết minh tính toán, và bảng thống kê thiết bị. Hệ thống được tính toán có tổng công suất lạnh đáp ứng đủ nhu cầu tòa nhà. Các thông số vi khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, và vận tốc gió đều nằm trong ngưỡng cho phép. Hệ thống thông gió và tăng áp thoát hiểm được thiết kế đạt tiêu chuẩn an toàn. Dự án đã được hội đồng đánh giá và đạt kết quả tốt. Đây là cơ sở vững chắc để triển khai thi công và vận hành thực tế.

4.2. Ý nghĩa và khả năng ứng dụng

Dự án mang ý nghĩa thực tiễn cao cho ngành xây dựng và cơ điện. Kết quả có thể áp dụng trực tiếp cho việc thi công hệ thống HVAC tại chính tòa nhà này. Phương pháp tính toán và tiêu chuẩn áp dụng có thể nhân rộng cho các công trình công cộng khác. Dự án giúp nâng cao nhận thức về tiết kiệm năng lượng trong thiết kế tòa nhà. Đối với sinh viên và kỹ sư, đây là tài liệu học tập giá trị về thiết kế hệ thống HVAC. Việc áp dụng tiêu chuẩn quốc tế giúp nâng cao chất lượng công trình trong nước. Dự án góp phần hiện đại hóa hạ tầng kỹ thuật tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VAI TRÒ CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Môi trường không khí có ảnh hưởng rất lớn đến con người và các hoạt động của chúng ta. Môi trường không khí tác động lên con người của và các quá trình sản xuất thông qua nhiều nhân tố, trong đó các nhân tố sau đây ảnh hưởng nhiều nhất: *Nhiệt độ không khí t,°c *Độ ẩm tương đối,% *Tốc độ lưa chuyên của không khí, m/s *Nồng độ bụi trong không khí Nbụi *Nồng độ bụi của các chất độc hại *Nồng độ ôxi và khí CO2 trong không khí *Độ ồn Lp, dB 1.1 Ảnh hưởng của môi trường đến con người: 1.1 Nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đổi với con người. Cơ thể con người có nhiệt độ là 37°C. Trong quá trình vận động cơ thể con người luôn tỏa ra nhiệt lượng qtoa.

Lượng nhiệt do cơ thế tỏa ra phụ thuộc vào cường độ vận động. Để duy trì thân nhiệt, cơ thể luôn trao đổi nhiệt với môi trường theo hai hình thức sau *Truyền nhiệt từ cơ thể con người vào môi trường xung quanh theo ba cách: dẫn nhiệt, đối lưa và bức xạ. Nói chung nhiệt lượng trao đôi theo hình thức truyền nhiệt phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường xung quanh. Lượng nhiệt trao đổi này gọi là nhiệt hiện, kỹ hiệu qh *Tỏa ấm: Tỏa ấm có thế xãy ra trong mọi phạm vi nhiệt độ và khi nhiệt độ môi trường càng cao thì cường độ tóa âm càng lớn.

Nhiệt năng của cơ thê được thải ra ngoài cùng với hơi nước dưới dạng nhiệt ẩm, nên lượng nhiệt này được gọi là nhiệt ẩm, ký hiệy qw. Tổng nhiệt lượng truyên nhiệt và tỏa âm phải đảm bảo luôn băng lượng nhiệt do cơ thê sản sinh ra Nhiệt độ thích hợp nhất đối với con người nằm trong khoảng 220C - 27°C 1.2 Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối có ảnh hưởng quyết định tới khả năng thoát mồ hôi vào trong môi trường không khí xung quanh. Quá trình này chỉ có thể xảy ra khi φ <100%. Độ ẩm thấp thì khả năng thoát mồ hôi càng cao, cơ thể cảm thấy dễ chịu Độ ẩm thích 1 hợp nhất đối với cơ thể con người nằm trong khoảng tương đối rộng (φ =50-70%).3 Tốc độ không khí Tốc độ không khí xung quanh có ảnh hưởng đến cường độ trao đối nhiệt và trao đổi chất giữa cơ thể với môi trường xung quanh.

Khi tốc độ lớn cường độ trao đổi nhiệt tăng lên.Trong kỹ thuật ĐHKK người ta chỉ quan tâm tới tốc độ gió trong vùng làm việc (từ sàn lên 2 m) 1.4 Nồng độ các chất độc hại Khi trong không khí có các chất độc hại chiếm một tỷ lệ lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người: Các chất độc hại bao gồm các chất chủ yếu sau: *Bụi: Bụi ảnh hưởng đến hệ hô hấp. *Khí CO2,SO2: Khi nồng độ lớn gây nên cảm giác mệt mỏi. Khi nồng độ quá lớn có thế dẫn đến ngạt thớ. *Các chất độc hại khác:Trong không khí có thể có lẫn các chất độc hại như NH3, CL2.

Là nhừng chất rất có hại đến sức khỏe của con người 1.5 Độ ồn Độ ồn là một tiêu chuẩn quan trọng không thể bỏ qua khi thiết kế hệ thống điều hòa không khí.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại hệ thống ĐHKK vì chúng rất đa dạng và phong phú nhằm đáp ứng nhiều ứng dụng của các ngành kinh tế. Tuy nhiên, có thể phân loại theo một số đặc điểm sau: 1.1 Theo mức độ quang trọng: được chia làm 3 loại như sau *Hệ thống điều hòa không khí cấp I: là hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán với mọi phạm vi thông số bên ngoài trời. *Hệ thống điều hòa không khí cấp II: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 200 giờ trong một năm. *Hệ thống điều hòa không khí cấp III: hệ thống điều hòa có khả năng duy trì các thông số tính toán trong nhà với sai số không quá 400 giờ trong một năm.2 Theo chức năng: cũng được chia làm 3 loại như sau *Hệ thống điều hòa cục bộ: là hệ thống điều hòa nhỏ chỉ sử dụng cho một không gian hẹp (phòng nhỏ), như: máy hai mảnh, cửa sổ,.

2 *Hệ thống điều hòa phân tán: là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý nhiệt ẩm phân tán nhiều nơi, như: máy điều hòa VRV,. *Hệ thống điều hòa trung tâm: là hệ thống điều hòa không khí mà khâu xử lý không khí được thực hiện ớ một trung tâm, sau đó không khí được dẫn theo hệ thống kênh gió vào phòng (máy điều hòa sạng tủ).3 Theo đặc điếm của chất tải lạnh: có các loại như sau *Hệ thống điều hòa không khí dùng trực tiếp tác nhân lạnh làm chất tải lạnh. *Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí làm chất tải lạnh *Hệ thống điều hòa không khí dùng nước làm chất tải lạnh *Hệ thống điều hòa không khí dùng không khí và nước làm chất tải lạnh 1.4 Một số cách khác *Theo tốc độ chuyến động của không khí : nếu tốc độ chuyến động của không khí trong các kênh dẫn lớn hơn 12,7 m/s gọi là hệ thống tốc độ cao, nếu nhó hơn 12,7 m/s gọi là hệ thống tốc độ nhỏ. *Theo số ống dẫn không khí: tùy theo số ống dẫn vào phòng mà có loại 1 ống, 2 ống và loại không có ống dẫn.

*Theo dạng máy lạnh và dạng năng lượng sử dụng các loại máy như sau may nén hơi, Ẹjectơ, hấp thụ,.3 Đặc điểm và phạm vi sử dụng các loại hệ thống ĐHKK 1.1 Hệ thống kiểu cục bộ Đây là hệ thống chỉ điều hòa không khí trong một phạm vi hẹp, thường chỉ một phòng riêng độc lập hoặc một vài phòng nhỏ. *Máy điều hòa cửa sổ: được lắp đặt trên tường, nó là một tồ máy lạnh được lắp đặt hoàn chỉnh thành một khối tại nhà máy sản xuất. Trong khối này có đày đủ dàn nóng, dàn lạnh, máy nén, hệ thống đường ống gas, hệ thống điện. Máy loại này có công suất nhỏ từ 7000 - 24000 Btu/h.

Máy này có ưu điểm là: nhỏ gọn, dễ lắp đặt, giá thành tính cho một đơn vị năng suất lạnh thấp, chi phí đầu tư và vận hành thấp. Nhược diêm: công suất thấp, không thích hợp cho các công trình lớn, không sử dụng được cho các phòng nằm sâu trong công trình. *Máy điều hòa kiểu rời: gồm hai cụm dàn nóng và dàn lạnh tách rời nhau. Dàn lạnh có nhiều kiêu khác nhau: đặt sàn, treo tường, áp trần, giấu trần, cassette.

Ưu điếm: giá thành rẻ, dễ lắp đặt, thích họp cho các phòng có không gian nhỏ 3 hẹp. Nhược điểm:công suất hạn chế (từ 9-60000Btu/h), độ dài đường ống và chênh lệch độ cao giữa các dàn bị hạn chế, không thích hợp cho các công trình lớn. *Máy điều hòa ghép: thực chất là máy điều hòa kiểu rời nhung ở đây một dàn nóng được sử dụng với từ 2 đến 4 dàn lạnh. *Máy điều hòa kiểu hai mảnh thổi tự do: đây là loại máy có công suất trung bình từ 36100 Btu/h.

Ưu điểm: gió lạnh tuần hoàn được thổi trực tiếp vào không gian điều hòa nên tôn thất nhiệt thấp, chi phí không cao, độ ồn thấp. Loại này thích hợp cho các nhà hàng và sảnh của các cơ quan.2 Hệ thống kiểu phân tán *Máy điều hòa phân tán là máy điều hòa mà khâu xử lý không khí phân tán nhiều nơi. Máy điều hòa không khí VRV: về cấu tạo cũng giống như máy hai mãnh nhưng ở đây một dàn nóng được lắp với nhiều dàn lạnh khác nhau (từ 4 - 16 dàn) và chênh lệch độ cao giữa các dàn cũng như độ dài đường ống lớn hơn. Ưu điểm: tổng công suất của các dàn lạnh thay đổi trong phạm vi tù- 50-130% công suất của dàn nóng, chiều dài cho phép lớn (100m), độ cao chênh lệch giữa các ou và IU là 50m còn giữa các IU là 15m, thích hợp cho các tòa nhà cao tầng.

Nhược điểm: giải nhiệt bằng gió nên hiệu quả làm việc chưa cao, số lượng dàn lạnh bị hạn chế nên chỉ thích hợp cho các hệ thống có công suất vừa, giá thành đắt nhất trong tất cả các hệ thống ĐHKK. *Máy ĐHKK làm lạnh bằng nước ( water chiller ): là hệ thống ĐHKK trong đó cụm máy lạnh không trục tiếp làm lạnh không khí mà làm lạnh nước, sau đó nước theo hệ thống kênh dẫn đi đến các FCU và AHU đặt ở trong phòng đe xử lý không khí. Ưu điểm: công suất dao động lớn; hệ thống hoạt động ổn định, bền và tuổi thọ cao; hệ thống có nhiều cấp giảm tải; thích hợp cho các tòa nhà lớn và cao tầng. Nhược điểm: phải có phòng máy riêng; phải có người chuyên trách phục vụ; vận hành, bảo dường tương đối phức tạp; tiêu thự điện năng tính cho một đơn vị năng suất lạnh cao.3 Hệ thống kiểu tập trung Đây là hệ thống ĐHKK mà nhiệt ẩm được xử lý ở một trung tâm rồi được các kênh gió dẫn đến các phòng.

Loại này lắp đặt và vận hành dễ dàng, khử ẩm và khử bụi tốt 4 thích hợp cho các công trình có đông người, giá thành nói chung không cao. Nhược diêm: hệ thống kênh gió quá lớn, không thích họp cho các công trình có nhiều phòng, hệ thống thường xuyên hoạt động 100% tải nên trong nhiều trường họp một số phòng đóng cửa vẫn được làm lạnh. 5 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH VÀ CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 2.1 Giới thiệu công trình. Tòa nhà Trung tâm Tp Quy Nhơn là công trình được xây dựng bao gồm 13 tầng, được xây dựng trên một khu đất rộng 702m2.

Tòa nhà được trang bị đầy đủ hệ thống thiết bị kỹ thuật như: hệ thống điện, cấp thoát nước, điều hòa, PCCC, hệ thống tủ mạng, thoại, camera, sàn nâng, âm thanh. Công trình có tổng mức đầu tư 151 tỷ đồng, trong đó chi phí xây lắp và thiết bị 127 tỷ đồng. Chức năng của tòa nhà là trụ sở làm việc của UBND thành phố và phục vụ nhân dân với tư cách là một Trung tâm hành chính công.1 Vị trí của công trình: Công trình Trung tâm Tp Quy Nhơn tọa lạc tại địa chỉ số 30 đường Nguyễn Huệ, Tp Quy Nhơn, tỉnh Bình Định tổng diện tích sàn 8082 m2 và có chiều cao công trình là 51m. Công trình khi hoàn thành bao gồm các hạng mục sau: - Thông gió tòa nhà - Điều hòa không khí - Hệ thống điện Hình 2.

Trung tâm hành chính TP Quy Nhơn 2.