Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán kiểm tra và triển khai bản vẽ bằng phần mềm Revit hệ thống điều hòa không khí và thông gió công trình Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang" được thực hiện bởi sinh viên Khổng Minh Chiến và Nguyễn Đức Huy, dưới sự hướng dẫn của TS. Đoàn Minh Hùng tại Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 7 năm 2024).

Đề tài xuất phát từ yêu cầu vi khí hậu đặc thù của công trình y tế Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang (thuộc Tập đoàn Y khoa Tâm Trí), tọa lạc tại Phường Phước Long, Thành phố Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa. Công trình nằm cách bờ biển khoảng 1,5 km, chịu tác động trực tiếp của điều kiện thời tiết duyên hải khắc nghiệt với bức xạ mặt trời cao, gió biển mang hàm lượng muối lớn dễ gây ăn mòn thiết bị. Trong môi trường bệnh viện, nơi tập trung nhiều bệnh nhân có thể trạng suy giảm, việc duy trì nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch không khí ổn định đóng vai trò quyết định đến hiệu quả điều trị, kiểm soát nhiễm khuẩn chéo và duy trì môi trường làm việc đạt chuẩn cho đội ngũ y bác sĩ. Đặc biệt, hệ thống điều hòa không khí và thông gió (HVAC) tại đây cần tính toán công suất dự phòng thích hợp để ứng phó với các tình huống bất thường như đợt bùng phát dịch bệnh (tương tự đại dịch COVID-19) hoặc các đợt nắng nóng cực đoan.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật điều hòa không khí, cấu trúc phòng sạch y tế và khảo sát công năng, mặt bằng kiến trúc của công trình bệnh viện.
  2. Thiết lập hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật, xác định thông số vi khí hậu tính toán ngoài trời và trong nhà, từ đó lựa chọn cấp độ điều hòa không khí và giải pháp hệ thống HVAC phù hợp.
  3. Thực hiện tính toán kiểm tra phụ tải lạnh bằng phương pháp giải tích Carrier kết hợp phần mềm chuyên dụng Heatload Daikin; kiểm tra hiện tượng đọng sương trên vách, thành lập sơ đồ điều hòa không khí trên đồ thị ẩm ($t-d$) và lựa chọn công suất thiết bị dàn lạnh FCU (Fan Coil Unit).
  4. Tính toán kiểm tra hệ thống thông gió và an toàn cháy: bao gồm mạng lưới cấp gió tươi, hệ thống hút khói hành lang khi có sự cố hỏa hoạn và hệ thống hút khí thải khu vệ sinh (toilet), kết hợp ứng dụng các phần mềm DuctCheckerPro và ASHRAE Duct Fitting Database để xác định kích thước ống gió và tổn thất áp suất.
  5. Ứng dụng phần mềm Autodesk Revit để xây dựng mô hình thông tin công trình 3D cho phần kiến trúc và hệ thống HVAC, phối cảnh diễn họa bằng Enscape và trích xuất bảng thống kê khối lượng vật tư kỹ thuật.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điều hòa không khí và các phân hệ thông gió, hút khói cơ khí của khối nhà A thuộc Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang. Phạm vi không gian nghiên cứu bao gồm toàn bộ khối nhà 12 tầng (từ tầng 1 đến tầng 9, tầng lửng, tầng kỹ thuật và tầng mái) với kích thước mặt bằng 52 m chiều dài, 31 m chiều rộng, chiều cao công trình 43,4 m và tổng diện tích sàn xây dựng là 14.659 m² (trên khuôn viên đất 12.000 m²). Phạm vi thời gian và thông số khí tượng dựa trên số liệu quan trắc khí hậu duyên hải Nam Trung Bộ tại Nha Trang theo các quy chuẩn hiện hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật được tác giả áp dụng trong đồ án bao gồm:

  • TCVN 5687:2010: Tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí.
  • TCVN 4470:2012: Tiêu chuẩn thiết kế bệnh viện đa khoa.
  • Tài liệu chuyên ngành: Giáo trình thiết kế hệ thống điều hòa không khí (PGS. TS. Nguyễn Đức Lợi).

Do công trình là bệnh viện đa khoa quy mô hơn 200 giường bệnh đạt tiêu chuẩn quốc tế và yêu cầu khắt khe về độ chính xác nhiệt ẩm, tác giả lựa chọn cấp điều hòa là Cấp 1, với hệ số bảo đảm $K = 0,996$ (tương ứng số giờ không bảo đảm là 35 giờ/năm). Các thông số tính toán vi khí hậu được xác lập:

Thông số vi khí hậu Ký hiệu Giá trị ngoài trời (Nha Trang - Vùng IIA) Giá trị thiết kế trong nhà (toàn công trình)
Nhiệt độ không khí $t$ $35,2^\circ\text{C}$ ($t_N$) $23^\circ\text{C} \pm 1^\circ\text{C}$ ($t_T$)
Độ ẩm tương đối $\varphi$ $57,8%$ ($\varphi_N$) $60% \pm 5%$ ($\varphi_T$)
Nhiệt dung riêng (Entanpy) $i$ $89,17\text{ kJ/kg}$ ($i_N$) Tra đồ thị theo $t_T, \varphi_T$
Dung ẩm $d$ $20,96\text{ g/kg.kkk}$ ($d_N$) Tra đồ thị theo $t_T, \varphi_T$
Nhiệt độ đọng sương $t_s$ $27,9^\circ\text{C}$ -

Đối với các khu vực chức năng y tế chuyên biệt, thông số vi khí hậu và số lần trao đổi không khí (ACH) tuân thủ theo TCVN 4470:2012:

Khu vực chức năng Nhiệt độ ($^\circ\text{C}$) Độ ẩm tương đối ($%$) Số lần luân chuyển không khí (lần/giờ)
Điều trị tích cực 21 – 24 $\ge 70$ 10 – 15
Kỹ thuật can thiệp 20 – 24 $\ge 70$ 10 – 15
Xét nghiệm, X-quang, Siêu âm 21 – 26 $\ge 70$ 3 – 5
Chẩn đoán hình ảnh 21 – 26 $\ge 70$ 6
Phòng mổ, phòng hồi tỉnh, hành lang vô khuẩn 21 – 24 60 – 70 15 – 20
Tiền mê, hành lang sạch 21 – 26 $\ge 70$ 5 – 15
Khối văn phòng 23 60 5 – 6
Khu vực sạch (Khoa xét nghiệm) 21 – 26 $\ge 70$ 1 – 2

Về giải pháp công nghệ hệ thống điều hòa, tác giả phân tích và đối chiếu ba hệ thống: điều hòa cục bộ, hệ thống trung tâm VRV/VRF và hệ thống trung tâm giải nhiệt nước Water Chiller. Tác giả lựa chọn hệ thống điều hòa VRV (Variable Refrigerant Volume) giải nhiệt gió kết hợp dàn lạnh FCU cho phần lớn các phòng của công trình nhằm tối ưu hóa diện tích lắp đặt dàn nóng, đảm bảo tính thẩm mỹ, đáp ứng khả năng điều chỉnh nhiệt độ độc lập từng phòng và giảm thiểu chi phí đầu tư, vận hành so với Water Chiller. Riêng tầng 4 (khu phẫu thuật vô trùng), công trình trang bị 3 hệ thống AHU (Air Handling Unit) chuyên dụng kết hợp phin lọc thứ cấp để duy trì điều kiện phòng sạch, nhiệt độ thấp và áp suất dương.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán lý thuyết và ứng dụng công cụ phần mềm kỹ thuật:

  • Tính toán nhiệt hiện và nhiệt ẩn theo phương pháp giải tích Carrier: Xác định các thành phần phụ tải gồm nhiệt bức xạ qua kính ($Q_{11}$), nhiệt truyền qua kết cấu mái ($Q_{21}$), nhiệt qua vách bao che ($Q_{22}$), nhiệt truyền qua nền sàn ($Q_{23}$), nhiệt tỏa từ nguồn chiếu sáng ($Q_{31}$), nhiệt tỏa từ máy móc y tế ($Q_{32}$), nhiệt tỏa do người ($Q_4$), nhiệt do gió tươi mang vào ($Q_{hN}, Q_{aN}$) và nhiệt do gió lọt ($Q_{5h}, Q_{5a}$).
  • Tính toán nhiệt bằng phần mềm Heatload Daikin: Mô phỏng tải lạnh chi tiết cho từng không gian theo dữ liệu thời tiết thực tế, đặc tính vật liệu và lịch trình vận hành trong ngày để đối chiếu với phương pháp Carrier.
  • Tính toán thủy lực mạng đường ống gió: Sử dụng phần mềm DuctCheckerPro để lựa chọn tiết diện đường ống dựa trên giới hạn vận tốc và tổn thất áp suất đơn vị ma sát; sử dụng phần mềm ASHRAE Duct Fitting Database để tra cứu hệ số tổn thất áp suất cục bộ ($\xi$) cho các phụ kiện co lượn, tê chia nhánh và côn chuyển bậc.
  • Triển khai mô hình thông tin công trình (BIM): Ứng dụng Autodesk Revit để dựng hình 3D kết cấu trần, dầm và bố trí mạng lưới đường ống gió, ống dẫn môi chất lạnh, ống cấp thoát nước ngưng tụ; sử dụng Enscape để kết xuất hình ảnh trực quan.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Mô hình kỹ thuật được triển khai thông qua các bước mô hình hóa và tích hợp trên nền tảng phần mềm Autodesk Revit:

  1. Thiết lập mô hình kiến trúc công trình: Tác giả xây dựng kết cấu hình học của khối nhà A theo kích thước thực tế với 12 tầng. Độ cao các tầng được phân định: tầng 1 cao 4,2 m (không gian la phông 1,2 m); tầng lửng cao 3,8 m (la phông 0,8 m); tầng 2, tầng 3, tầng 4 cao 4,2 m (la phông 1,2 m); tầng 5 đến tầng 9 và tầng kỹ thuật cao 3,8 m (la phông 0,8 m). Việc thiết lập chính xác cao độ dầm và trần giả là yêu cầu bắt buộc để tạo không gian lắp đặt hệ thống cơ điện.

  2. Mô hình hóa hệ thống HVAC:

  • Bố trí các dàn lạnh FCU âm trần nối ống gió tại các phòng khám, phòng bệnh và dàn AHU tại phòng kỹ thuật tầng 4.
  • Thiết lập tuyến ống cấp gió tươi, tuyến ống hút khí thải khu vệ sinh và tuyến ống hút khói hành lang bằng vật liệu tôn mạ kẽm bọc cách nhiệt bảo ôn. Mạng lưới đường ống được định tuyến trong khoảng không kỹ thuật giữa trần la phông và đáy dầm sàn (chiều cao hữu dụng từ 0,8 m đến 1,2 m).
  • Bố trí các phụ kiện kiểm soát dòng khí: van dập lửa ngăn khói động cơ (Motorised Fire Damper - MFD) tại các vị trí xuyên tường ngăn cháy, cửa gió khuếch tán, hộp gió và lưới chắn côn trùng (LCCT).
  • Lắp đặt hệ thống đường ống môi chất gas và đường ống dẫn nước xả ngưng kết nối từ dàn lạnh đến cụm dàn nóng VRV đặt tập trung tại tầng mái và tầng kỹ thuật.

  1. Kiểm tra không gian và xung đột (Clash Detection): Mô hình 3D trong Revit cho phép kiểm soát cao độ các tuyến ống gió kích thước lớn giao cắt với dầm kết cấu hoặc các hệ thống kỹ thuật khác (cấp thoát nước, máng cáp điện), từ đó điều chỉnh vị trí phụ kiện co lượn hoặc thay đổi tỷ lệ cạnh tiết diện ống gió mà vẫn đảm bảo trở lực thủy lực cho phép.

  2. Bóc tách tiên lượng và thống kê khối lượng tự động: Sử dụng tính năng "Schedules/Quantities" trong Revit để lập bảng thống kê chi tiết các phần tử của hệ thống HVAC bao gồm: chủng loại và số lượng dàn lạnh FCU/AHU, dàn nóng VRV, khối lượng phụ kiện ống gió, chiều dài và đường kính ống đồng dẫn gas, hệ thống ống nước xả ngưng và miệng cấp/hút gió.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về điều hòa không khí

Chương này hệ thống hóa lý luận cơ bản về kỹ thuật điều hòa không khí, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì các thông số vi khí hậu ổn định đối với sức khỏe con người, hoạt động y tế và các ngành sản xuất kỹ thuật cao (cơ khí chính xác, điện tử, dệt may, thực phẩm). Tác giả so sánh ưu, nhược điểm của ba phân hệ điều hòa phổ biến:

  • Điều hòa cục bộ (dạng cửa sổ, kiểu rời Split, kiểu ghép Multi): Lắp đặt đơn giản, độc lập nhưng ảnh hưởng mỹ quan kiến trúc bên ngoài do nhiều dàn nóng, hiệu suất làm lạnh giảm khi nhiệt độ ngoài trời tăng cao và tuổi thọ thiết bị hạn chế.
  • Điều hòa trung tâm VRV/VRF: Cho phép kết nối khoảng cách lớn giữa dàn nóng và dàn lạnh (chiều dài đường ống môi chất lên đến 100 m, độ cao chênh lệch 50 m), điều chỉnh công suất linh hoạt bằng máy nén biến tần, tiết kiệm năng lượng, đảm bảo mỹ quan công trình nhờ dàn nóng tập trung trên tầng thượng.
  • Điều hòa trung tâm Water Chiller: Sử dụng nước lạnh tuần hoàn ($7^\circ\text{C}$), công suất lớn, không giới hạn chiều dài kết nối dàn trao đổi nhiệt, duy trì môi trường vi khí hậu tối ưu nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu, vận hành và bảo trì rất cao. Ngoài ra, chương 1 giới thiệu các khái niệm then chốt về phòng sạch trong y tế, bao gồm việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, áp suất chênh lệch để ngăn chặn nhiễm khuẩn chéo tại các khu vực phẫu thuật.

Chương 2. Tiêu chuẩn và thông số tính toán của công trình

Chương 2 mô tả chi tiết thông số kiến trúc, quy mô và công năng của Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang. Công trình có diện tích khu đất 12.000 m², diện tích sàn 14.659 m², quy mô ban đầu gồm 100 giường bệnh với 10 khoa lâm sàng, sau đó mở rộng phục vụ hơn 200 giường bệnh. Mặt bằng công trình được phân bổ công năng chi tiết qua các tầng:

  • Tầng 1: Sảnh chính ($284\text{ m}^2$), Cấp cứu B ($53\text{ m}^2$), Cấp cứu A ($70\text{ m}^2$), Nhà thuốc ($34\text{ m}^2$), Kho thuốc ($32\text{ m}^2$), khu hành chính, tiếp nhận và khu xử lý kỹ thuật.
  • Tầng lửng: Khu khám chuyên khoa quốc tế, mắt, tai mũi họng, thẩm mỹ, X-quang răng hàm mặt, điện tim, siêu âm và các phòng khám chức năng.
  • Tầng 2: Trung tâm chẩn đoán hình ảnh (X-quang, MRI $70\text{ m}^2$, CT-Scanner $48\text{ m}^2$, phòng can thiệp), phòng chạy thận nhân tạo ($67\text{ m}^2$), nội soi, điện học.
  • Tầng 3: Khu vực khám đa khoa (29 phòng khám, mỗi phòng $12\text{ m}^2$), Ngân hàng máu ($37\text{ m}^2$), Labo xét nghiệm ($105\text{ m}^2$).
  • Tầng 4: Khu phẫu thuật chuyên sâu gồm 8 phòng mổ (diện tích từ $28\text{ m}^2$ đến $44\text{ m}^2$), phòng hồi tỉnh/hậu phẫu 20 giường ($138\text{ m}^2$), khu vực rửa tay vô trùng ($204\text{ m}^2$), phòng tiền mê ($58\text{ m}^2$), phòng kỹ thuật AHU ($36\text{ m}^2$).
  • Tầng 5: Khu dịch vụ dinh dưỡng, nhà ăn nhân viên ($209\text{ m}^2$), nhà ăn khách ($207\text{ m}^2$), bếp nấu ($107\text{ m}^2$), các kho bảo quản lạnh và khô.
  • Tầng 6, 7, 8: Khối phòng điều trị nội trú, hồi sức cấp cứu khoa, các phòng bệnh từ 1 giường ($22\text{ m}^2$) đến 4 giường ($30 - 33\text{ m}^2$), phòng sinh ($34 - 36\text{ m}^2$ tại tầng 6), Hồi sức trung tâm ($138\text{ m}^2$ tại tầng 7).
  • Tầng 9: Khu hành chính quản trị, phòng Giám đốc ($35\text{ m}^2$), Hội trường 90 chỗ ($143\text{ m}^2$), Phòng họp 30 chỗ ($73\text{ m}^2$), Trung tâm dữ liệu Data center ($16\text{ m}^2$), khu thanh trùng ($56\text{ m}^2$).
  • Tầng kỹ thuật và tầng mái: Bố trí phòng kỹ thuật thang máy ($75\text{ m}^2$), khu máy giặt ($123\text{ m}^2$) và cụm dàn nóng ngoài trời.

Tác giả xác định cấu trúc bao che của công trình: tường xây gạch dày 0,2 m kết hợp trát vữa xi măng 0,015 m (khối lượng riêng $1800\text{ kg/m}^3$), sàn bê tông cốt thép dày 0,15 m ($2400\text{ kg/m}^3$) có lớp vữa 25 mm và lát gạch Vinyl 3 mm, cửa đi ngoài nhà và cửa sổ sử dụng kính Antisun màu đồng nâu dày 12 mm ($2500\text{ kg/m}^3$). Các hệ số truyền nhiệt thực tế được tính toán:

  • Tường ngoài tiếp xúc trực tiếp bức xạ: $k = 2,42\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Tường tiếp xúc gián tiếp và hành lang: $k = 2,16\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Tường gạch dày 0,1 m tiếp xúc phòng đệm: $k = 2,94\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Sàn đặt trên mặt đất hoặc trần tiếp xúc tầng không điều hòa: $k = 2,78\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Cửa sổ kính: $k_k = 5,89\text{ W/m}^2\text{K}$.
  • Cửa gỗ dày 0,4 mm: $k_c = 2,23\text{ W/m}^2\text{K}$.

Chương 3. Tính toán tải lạnh

Chương 3 trình bày các bước tính toán tải lạnh cho từng phòng theo phương pháp Carrier. Minh họa chi tiết tính toán cho phòng Cấp cứu B tại Tầng 1 (diện tích sàn $F_s = 53\text{ m}^2$, chiều cao phòng 4,2 m, trần la phông 1,2 m):

  • Tải bức xạ qua kính ($Q_{11}$): Kính Antisun có hệ số $\varepsilon_m = 0,58$, hệ số khung nhôm $\varepsilon_{kh} = 1,17$, hệ số đọng sương $\varepsilon_{ds} = 0,89$, hệ số mây mù $\varepsilon_{mm} = 1$, hệ số độ cao $\varepsilon_c = 1$. Với bức xạ mặt trời hướng Đông $R_K = 251,01\text{ W/m}^2$, diện tích kính $1,92\text{ m}^2$, mật độ diện tích $g_s = 786,29\text{ kg/m}^2$, tra hệ số tác dụng tức thời $n_t = 0,65$, thu được: $$Q_{11} = 159,76\text{ W}$$
  • Tải truyền qua trần/mái ($Q_{21}$): Trần phòng Cấp cứu B tiếp xúc với hành lang tầng lửng không điều hòa có diện tích $F = 16,3\text{ m}^2$, $\Delta t = 0,5(t_N - t_T) = 6,1^\circ\text{C}$, hệ số $k = 2,78\text{ W/m}^2\text{K}$: $$Q_{21} = 2,78 \times 16,3 \times 6,1 = 276,41\text{ W}$$
  • Tải truyền qua vách ($Q_{22}$): Bao gồm nhiệt qua tường trực tiếp ($Q_{22t} = 1012,66\text{ W}$), nhiệt qua cửa gỗ mở ra hành lang ($Q_{22c} = 47,88\text{ W}$) và nhiệt qua kính cửa sổ do chênh lệch nhiệt độ ($Q_{22k} = 137,97\text{ W}$): $$Q_{22} = 1012,66 + 47,88 + 137,97 = 1198,51\text{ W}$$
  • Tải truyền qua nền ($Q_{23}$): Sàn nằm trên mặt đất, $\Delta t = 12,2^\circ\text{C}$, $k = 2,78\text{ W/m}^2\text{K}$: $$Q_{23} = 2,78 \times 53 \times 12,2 = 1797,55\text{ W}$$
  • Tải nhiệt do chiếu sáng ($Q_{31}$): Sử dụng 8 cặp đèn huỳnh quang máng phản quang âm trần công suất $72\text{ W}$ (tính thêm hệ số chấn lưu 1,25).
  • Tải nhiệt do máy móc y tế ($Q_{32}$), nhiệt người tỏa ra ($Q_4$), nhiệt do gió tươi ($Q_{hN}, Q_{aN}$) và nhiệt do gió lọt ($Q_{5h}, Q_{5a}$).

Tác giả thực hiện kiểm tra hiện tượng đọng sương trên vách ngăn, xác định hệ số nhiệt hiện phòng (RSHF - $\varepsilon_{hf}$), hệ số nhiệt hiện tổng (GSHF - $\varepsilon_{ht}$), hệ số đi vòng của dàn lạnh ($\varepsilon_{BF}$), hệ số nhiệt hiệu dụng (ESHF - $\varepsilon_{hef}$), vẽ sơ đồ điều hòa không khí trên đồ thị $t-d$ để xác định điểm thổi vào và công suất làm lạnh danh định của dàn FCU. Sau đó, tác giả sử dụng phần mềm Heatload Daikin để mô phỏng tải lạnh cho toàn bộ các tầng và so sánh với phương pháp Carrier cùng tải lạnh thiết kế gốc của công trình.

Chương 4. Tính toán và kiểm tra hệ thống thông gió, hút khói

Chương này tập trung kiểm tra ba phân hệ thông gió thiết yếu:

  1. Hệ thống cấp gió tươi: Kiểm tra lưu lượng gió tươi cần thiết cấp cho từng phòng dựa trên tiêu chuẩn người và số lần trao đổi không khí. Sử dụng phần mềm DuctCheckerPro để lựa chọn kích thước đường ống gió tầng 2 và ASHRAE Duct Fitting Database để tra cứu hệ số tổn thất cục bộ trên tuyến ống (các cút co $90^\circ$, chi tiết côn giảm kích thước).
  2. Hệ thống hút khói hành lang khi có hỏa hoạn: Tính toán diện tích sàn hành lang cần hút khói tại tầng 2, xác định lưu lượng hút khói yêu cầu theo tiêu chuẩn PCCC, tính toán kích thước tuyến ống chịu nhiệt, xác định tổn thất áp suất ma sát và tổn thất cục bộ để kiểm tra cột áp làm việc của quạt hút khói.
  3. Hệ thống hút khí thải khu vệ sinh (toilet): Xác định lưu lượng hút thải dựa trên số lần trao đổi khí quy chuẩn, kiểm tra tiết diện đường ống gió thải tầng 2 và tính toán tổn thất áp suất mạng đường ống nhằm lựa chọn công suất và cột áp quạt hút cục bộ/trung tâm.

Triển khai bản vẽ mô hình 3D và thống kê khối lượng bằng Autodesk Revit

Phần nội dung này trình bày quy trình ứng dụng phần mềm Autodesk Revit để triển khai dự án:

  • Dựng hình kiến trúc 3D chính xác theo thông số trần, dầm của tòa nhà.
  • Triển khai dựng hệ thống cơ điện lạnh HVAC trên nền tảng không gian thực: đặt dàn lạnh FCU, dàn AHU, đi các tuyến ống gió cấp, gió hồi, gió thải, hút khói, mạng ống dẫn gas và ống thoát nước ngưng tụ.
  • Xử lý xung đột không gian la phông giữa đường ống gió và hệ thống kết cấu dầm bê tông.
  • Kết xuất hình ảnh diễn họa không gian hệ thống HVAC bằng phần mềm Enscape.
  • Trích xuất bảng tiên lượng "Schedules/Quantities" thống kê chính xác số lượng thiết bị FCU, dàn nóng, kích thước và diện tích bề mặt ống gió, chiều dài các tuyến ống môi chất và ống nước.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể thông qua hệ thống số liệu kiểm tra và đối chiếu:

  • Hoàn thành bảng tính toán chi tiết tải lạnh bằng phương pháp Carrier cho toàn bộ các không gian chức năng từ Tầng 1 đến Tầng 9. Dữ liệu tính toán tải nhiệt kiểm tra tại phòng Cấp cứu B tầng 1 đã làm rõ tỷ trọng phụ tải: nhiệt truyền qua nền chiếm giá trị lớn nhất ($1797,55\text{ W}$), tiếp đến là nhiệt truyền qua vách ($1198,51\text{ W}$), nhiệt truyền qua trần ($276,41\text{ W}$) và nhiệt bức xạ qua kính Antisun ($159,76\text{ W}$).
  • Xác lập bảng so sánh kết quả tải lạnh tính bằng phương pháp giải tích Carrier với phần mềm Heatload Daikin và hồ sơ thiết kế gốc của công trình, đánh giá nguyên nhân sai lệch do sự khác biệt trong việc lựa chọn hệ số tích nhiệt vật liệu và thời điểm tải cực đại.
  • Xác định đầy đủ thông số khí động cho hệ thống thông gió tại tầng 2: lưu lượng gió tươi, lưu lượng khói cần hút khi có sự cố cháy hành lang, lưu lượng hút thải khu vệ sinh, kích thước ống gió và tổn thất áp suất cục bộ qua các chi tiết cút co $90^\circ$, côn thu giảm bậc.
  • Hoàn thiện mô hình BIM 3D của hệ thống điều hòa không khí và thông gió Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang trên phần mềm Autodesk Revit. Mô hình đảm bảo không gian lắp đặt thực tế trong khoảng la phông $0,8 - 1,2\text{ m}$, loại bỏ xung đột va chạm với dầm kết cấu.
  • Bóc tách tự động bảng khối lượng vật tư thiết bị (FCU, AHU, dàn nóng VRV, ống gió tôn mạ kẽm, van dập lửa MFD, cửa gió khuếch tán, ống đồng và ống nước ngưng), cung cấp cơ sở dữ liệu chính xác cho công tác dự toán và thi công.

Về mặt đóng góp, đề tài đã thiết lập một quy trình tích hợp khép kín từ khâu tra cứu tiêu chuẩn y tế (TCVN 4470:2012, TCVN 5687:2010), tính toán phụ tải lạnh theo phương pháp cổ điển Carrier, kiểm chứng đối chiếu bằng phần mềm công nghiệp Heatload Daikin, tính toán thủy lực ống gió bằng công cụ chuyên dụng DuctCheckerPro và ASHRAE Database, cho đến bước hiện đại hóa bản vẽ thiết kế bằng mô hình thông tin công trình Revit BIM và trực quan hóa bằng Enscape.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo công bố của tác giả trong văn bản, đồ án có các giới hạn phạm vi nghiên cứu:

  • Đề tài tập trung chuyên sâu vào hệ thống điều hòa không khí và thông gió, không thực hiện tính toán thiết kế mạng lưới đường ống phòng cháy chữa cháy (chữa cháy vách tường, Sprinkler tự động) và hệ thống cấp thoát nước sinh hoạt của tòa nhà.
  • Đồ án chưa triển khai mô phỏng động học dòng khí (CFD) để khảo sát trường vận tốc gió, phân bố nhiệt độ và kiểm tra quỹ đạo lắng đọng của các hạt bụi vô trùng trong không gian các phòng mổ áp lực dương tại tầng 4.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài bao gồm việc tích hợp đầy đủ các phân hệ cơ điện còn lại (PCCC, cấp thoát nước, điện động lực và chiếu sáng) vào cùng một mô hình Revit tổng thể để thực hiện kiểm tra xung đột toàn diện (Full MEP Clash Detection); đồng thời nghiên cứu chuyên sâu về tự động hóa điều khiển hệ thống VRV và AHU thông qua hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (BMS) nhằm tối ưu hóa hiệu quả năng lượng trong quá trình vận hành bệnh viện.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh, Kỹ thuật Công trình xây dựng và Cơ điện công trình (MEP) đang thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến điều hòa không khí bệnh viện và công trình công cộng quy mô lớn.
  • Kỹ sư thiết kế HVAC trong việc tham khảo phương pháp tính toán phụ tải lạnh bằng phương pháp Carrier kết hợp công cụ Heatload Daikin cho vùng khí hậu ven biển Nam Trung Bộ.
  • Các chuyên viên mô hình hóa BIM/Revit MEP cần tài liệu thực tế về phương pháp phân bổ không gian la phông kỹ thuật, định tuyến mạng ống gió, xử lý xung đột dầm sàn và trích xuất bảng khối lượng vật tư từ phần mềm Autodesk Revit.

Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật gồm: phương pháp xác định hệ số bức xạ qua kính màu Antisun kết hợp màn che, phương pháp tra cứu hệ số trở lực cục bộ theo ASHRAE Duct Fitting Database và quy trình phân bổ lưu lượng không khí sạch theo quy chuẩn bệnh viện TCVN 4470:2012.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao công trình Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang lại ưu tiên lựa chọn hệ thống điều hòa VRV kết hợp FCU thay vì hệ thống Water Chiller trung tâm?
    Trả lời: Do công trình có diện tích mặt bằng hạn chế cho việc bố trí phòng máy chiller, hệ thống bơm nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt cồng kềnh; đồng thời bệnh viện cách biển 1,5 km nên hệ thống tháp giải nhiệt dễ bị nhiễm mặn và ăn mòn. Hệ thống VRV giải nhiệt gió với dàn nóng đặt tập trung trên mái giúp tiết kiệm diện tích, nâng cao tính thẩm mỹ, cho phép điều khiển nhiệt độ riêng biệt linh hoạt theo từng phòng bệnh và có chi phí đầu tư ban đầu cùng chi phí vận hành thấp hơn hệ thống Water Chiller.

  2. Các thông số vi khí hậu ngoài trời tại Thành phố Nha Trang được xác định như thế nào cho cấp điều hòa Cấp 1?
    Trả lời: Với cấp điều hòa 1 (hệ số bảo đảm $K = 0,996$, số giờ không đảm bảo 35 giờ/năm) thuộc tiểu vùng khí hậu duyên hải Nam Trung Bộ (vùng IIA), các thông số tính toán tra theo Bảng 1.7 giáo trình chuyên ngành là: nhiệt độ không khí ngoài trời $t_N = 35,2^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối $\varphi_N = 57,8%$, entanpy $i_N = 89,17\text{ kJ/kg}$, dung ẩm $d_N = 20,96\text{ g/kg.kkk}$ và nhiệt độ đọng sương $t_s = 27,9^\circ\text{C}$.

  3. Khu vực phòng mổ và hậu phẫu tại Tầng 4 được thiết kế giải pháp điều hòa không khí như thế nào để đáp ứng yêu cầu vô trùng?
    Trả lời: Khu vực này được trang bị riêng 3 hệ thống AHU (Air Handling Unit) độc lập đặt tại phòng kỹ thuật tầng 4, tách biệt hoàn toàn với hệ thống FCU thông thường của các tầng khác, nhằm đảm bảo duy trì nhiệt độ thấp ($21 - 24^\circ\text{C}$), độ ẩm $60 - 70%$, số lần luân chuyển không khí từ 15 đến 20 lần/giờ (ACH) và tạo áp suất dương ngăn chặn vi khuẩn xâm nhập từ bên ngoài.

  4. Hệ số bức xạ qua kết cấu cửa sổ kính tại phòng Cấp cứu B tầng 1 được tính toán dựa trên các thông số kỹ thuật nào?
    Trả lời: Kính sử dụng là kính Antisun màu đồng nâu dày 12 mm có hệ số kính $\varepsilon_m = 0,58$, hệ số khung nhôm $\varepsilon_{kh} = 1,17$, hệ số độ cao $\varepsilon_c = 1$ (ở độ cao 60 m), hệ số đọng sương $\varepsilon_{ds} = 0,89$ và hệ số mây mù $\varepsilon_{mm} = 1$. Giá trị bức xạ mặt trời hướng Đông tác động lên kính là $R_K = 251,01\text{ W/m}^2$, diện tích kính $1,92\text{ m}^2$, mật độ diện tích kết cấu $g_s = 786,29\text{ kg/m}^2$, từ đó xác định hệ số tác dụng tức thời $n_t = 0,65$ và nhiệt bức xạ tức thời $Q_{11} = 159,76\text{ W}$.

  5. Bộ công cụ phần mềm nào đã được tác giả kết hợp sử dụng để tính toán thủy lực và kiểm tra tổn thất áp suất mạng đường ống gió?
    Trả lời: Tác giả kết hợp hai công cụ chuyên ngành: phần mềm DuctCheckerPro dùng để tính toán nhanh kích thước tiết diện đường ống gió dựa trên lưu lượng và vận tốc gió tiêu chuẩn; phần mềm ASHRAE Duct Fitting Database dùng để tra cứu chính xác hệ số trở lực cục bộ ($\xi$) của các phụ kiện đường ống như cút co $90^\circ$ và chi tiết côn thu giảm kích thước.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Khổng Minh Chiến và Nguyễn Đức Huy đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tính toán kiểm tra phụ tải lạnh, thông gió và hút khói cơ khí cho công trình y tế quy mô lớn là Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang. Bằng việc kết hợp phương pháp giải tích Carrier, công cụ mô phỏng Heatload Daikin và phần mềm tính thủy lực ống gió, các thông số thiết kế kỹ thuật của hệ thống VRV và AHU đã được thẩm định rõ ràng và chuẩn xác. Việc triển khai thành công mô hình 3D trên phần mềm Autodesk Revit cùng công tác bóc tách khối lượng vật tư tự động đã minh chứng cho khả năng ứng dụng hiệu quả công nghệ BIM vào thực tiễn thiết kế và thi công hệ thống cơ điện lạnh hiện đại.