Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đà Nẵng là một trong những đô thị du lịch phát triển nhanh tại Việt Nam, kéo theo nhu cầu xây dựng các công trình khách sạn cao tầng đạt chuẩn quốc tế ngày càng lớn. Trong bối cảnh đó, hệ thống điều hòa không khí và thông gió (HVAC) trở thành một trong các hệ thống kỹ thuật cốt lõi, quyết định tiện nghi vi khí hậu, an toàn cháy nổ và hiệu quả năng lượng của công trình. Sinh viên Trương Quỳnh Khánh Thi — ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh — đã chọn đề tài này với lý do trực tiếp: vận dụng kiến thức chuyên ngành nhiệt — lạnh vào kiểm chứng một công trình thực tế có quy mô lớn, từ đó tích lũy kinh nghiệm thực hành cho công việc kỹ sư HVAC sau khi ra trường.

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

  1. Tính toán, kiểm tra hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) bằng phương pháp Carrier kết hợp với các TCVN, QCVN và phần mềm Heatload Daikin; kiểm tra các thiết bị chính của hệ thống; so sánh kết quả với số liệu công trình thực tế và rút ra nhận xét.
  2. Tính toán, kiểm tra hệ thống thông gió, tạo áp và hút khói; so sánh với công trình thực tế và rút ra nhận xét.

Đối tượng nghiên cứu là Khối khách sạn cao tầng FUSION Đà Nẵng — dự án của Công ty TNHH Khách sạn và Biệt thự Nam Phát, tọa lạc tại phường Hòa Hải, quận Ngũ Hành Sơn, thành phố Đà Nẵng. Công trình có tổng diện tích khu đất 150.750 m², độ cao trung bình so với mực nước biển 4,5 m, gồm 18 tầng sử dụng và 2 tầng kỹ thuật. Phạm vi không gian bao trùm toàn bộ các không gian có điều hòa (phòng ngủ, nhà hàng, sảnh, hành lang, khu bếp) và không gian thông gió sự cố (cầu thang, thang máy chữa cháy, toilet, bếp). Phạm vi thời gian thực hiện từ ngày 23/02/2024 đến 10/05/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án sử dụng song song hai nhóm tiêu chuẩn:

Nhóm Tài liệu cụ thể
Tiêu chuẩn/Quy chuẩn Việt Nam TCVN 5687-2010, QCVN 02-2009, QCVN 09-2017, QCVN 06-2022
Tiêu chuẩn quốc tế ASHRAE Standard 62.1-2013, ASHRAE Fundamentals 2017, SS 553:2009 (Singapore)

Về lý thuyết tải nhiệt, đồ án áp dụng phương pháp Carrier (phương pháp hệ số nhiệt hiện), trong đó nhiệt thừa tổng quát được xác định theo công thức:

Q₀ = ΣQht + ΣQat

Các thành phần nguồn nhiệt được tính bao gồm: nhiệt bức xạ qua kính (Q₁₁), nhiệt truyền qua mái (Q₂₁), nhiệt truyền qua vách (Q₂₂), nhiệt truyền qua nền (Q₂₃), nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng (Q₃₁), nhiệt tỏa do máy móc (Q₃₂), nhiệt do người (Q₄), nhiệt do gió tươi (Qₙ) và nhiệt do gió lọt (Q₅).

Về lý thuyết thông gió, đồ án vận dụng các khái niệm về lưu lượng gió tươi tối thiểu (theo ASHRAE 62.1-2013), lưu lượng hút khói hành lang và nhà hàng (theo QCVN 06-2022), lưu lượng tạo áp cầu thang bộ không nhiễm khói loại N1, N2, N3 (theo QCVN 06-2022 và SS 553:2009) và lưu lượng tăng áp phòng đệm thang máy chữa cháy.

Hệ thống điều hòa được lựa chọn cho công trình là hệ thống điều hòa trung tâm VRV (Variable Refrigerant Volume), với cụm dàn nóng đặt trên tầng thượng, kết nối với các dàn lạnh FCU thông qua bộ chia gas. Sơ đồ xử lý không khí áp dụng là sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp.

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án sử dụng phương pháp tính toán kỹ thuật – kiểm chứng, cụ thể:

  • Tính tải lạnh thủ công theo phương pháp Carrier, tính từng thành phần nhiệt cho từng không gian điều hòa, lấy phòng ngủ tiêu chuẩn loại 1B1-B tầng 2 làm ví dụ minh họa, các phòng còn lại trình bày trong phụ lục.
  • Tính tải lạnh bằng phần mềm Heatload Daikin, nhập đầy đủ dữ liệu thời tiết, hệ số truyền nhiệt kết cấu, lịch trình vận hành và mật độ sử dụng cho từng không gian.
  • Kiểm tra kích thước đường ống gió bằng phần mềm Duct Checker Pro và tính tổn thất áp suất cục bộ bằng ASHRAE Duct Fitting Database.
  • Đối chiếu, so sánh kết quả tính toán với số liệu thiết kế thực tế của công trình.

Nguồn dữ liệu

  • Hồ sơ thiết kế MEP công trình FUSION Hotel Đà Nẵng (bản vẽ mặt bằng, sơ đồ nguyên lý, bảng thiết bị).
  • Số liệu khí hậu Đà Nẵng theo QCVN 02-2009: thành phố Đà Nẵng ở vĩ độ 16,02°; tháng nóng nhất là tháng 7; nhiệt độ tính toán ngoài trời mùa hè $t_N = 36°C$, độ ẩm $\varphi_N$ theo bảng cấp điều hòa 2 (hệ số bảo đảm $K_{bđ} = 0$, sai lệch 150–200 giờ/năm).
  • Thông số trong nhà theo TCVN 5687-2010 (Phụ lục A): $t_T = 25°C$, $\varphi_T = 60%$, entanpy $i_T = 55,\ldots$ kJ/kg.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương mở đầu trình bày lý do chọn đề tài xuất phát từ vai trò thiết yếu của hệ thống HVAC trong công trình khách sạn cao tầng hiện đại. Tác giả giới thiệu mục tiêu nghiên cứu, phạm vi và tính thực tiễn của đề tài, đồng thời mô tả tổng quan công trình. Dự án FUSION Đà Nẵng có cấu trúc: tầng kỹ thuật 2 và 1 (phòng phụ trợ, bể nước, phòng chữa cháy), tầng 1 (sảnh, thương mại, dịch vụ), tầng 2–9 và 11–17 (khu khách sạn), tầng 10 (nhà hàng, dịch vụ tiện ích) và tầng 18 (phòng máy, phòng kỹ thuật).

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

Đây là chương trọng tâm của đồ án, chiếm phần lớn khối lượng tính toán. Nội dung được triển khai theo trình tự:

Tính toán nhiệt thừa theo phương pháp Carrier: Mỗi thành phần nhiệt được trình bày công thức, hệ số tra bảng và ví dụ tính cho phòng ngủ tiêu chuẩn 1B1-B tầng 2. Một số kết quả đặc trưng cho phòng này:

Thành phần nhiệt Kết quả (W)
Bức xạ qua kính Q₁₁ 351,34
Truyền qua vách Q₂₂ ~786,1
Đèn chiếu sáng Q₃₁ (LPD = 11 W/m²) ~352,4
Máy móc Q₃₂ 2.360
Nhiệt người Q₄ (2 người) 510
Gió tươi Qₙ (4 người, Rp = 5,5 l/s·người) 734

Mật độ bức xạ mặt trời tháng 7 ở hướng Tây Nam ($R_{TMAX} = 268\ W/m^2$, $R_K = 31,5\ W/m^2$). Hệ số tác dụng tức thời $n_t = 0,66$ với phòng ngủ 1B1-B hướng Tây Nam, có rèm che. Công trình được kết luận không xảy ra hiện tượng đọng sương vì các hệ số truyền nhiệt qua cửa, kính, nền và tường đều nhỏ hơn $k_{max} = 20\ W/m^2 \cdot K$ (tính với $t_{sN} = 24,6°C$).

Lập và tính toán sơ đồ điều hòa không khí một cấp: Xác định các hệ số đặc trưng trên đồ thị t-d, bao gồm hệ số nhiệt hiện phòng RSHF ($\varepsilon_{hf}$), hệ số nhiệt hiện tổng GSHF ($\varepsilon_{ht}$), hệ số đi vòng $\varepsilon_{BF} = 0,\ldots$ (chọn từ bảng 4.22 tài liệu [1]) và hệ số nhiệt hiện hiệu dụng ESHF ($\varepsilon_{hef}$). Ví dụ phòng 1B1-B: $Q_{hf} = 5.032,84\ W$, $Q_{af} = 240\ W$, $Q_{hef} = 5.123,92\ W$, $Q_{aef} = \ldots,12\ W$.

Tính tải bằng phần mềm Heatload Daikin: Nhập dữ liệu thời tiết thành phố Quảng Trị (gần Đà Nẵng theo cài đặt phần mềm), thiết lập hệ số truyền nhiệt kết cấu, thông số nhiệt độ — độ ẩm theo không gian, lịch trình vận hành (schedule) và thông số mở rộng cho từng phòng. Phần mềm xuất kết quả tải lạnh cho từng phòng và biểu đồ phân bố tổn thất nhiệt.

So sánh kết quả hai phương pháp: Bảng 2.7 trình bày so sánh năng suất lạnh tính theo phương pháp Carrier, phần mềm Heatload Daikin và tải thực tế của công trình, từ đó rút ra nhận xét về mức độ sai lệch và tính phù hợp của từng phương pháp.

Chương 3: Tính toán kiểm tra hệ thống thông gió

Chương này kiểm tra bốn phân hệ thông gió chính:

3.1 — Hệ thống cấp gió tươi: Kiểm tra lưu lượng gió tươi cho từng tầng (tầng 2, tầng 10, tầng 1) theo mật độ người và tiêu chuẩn ASHRAE 62.1-2013 (Rp theo từng loại phòng) kết hợp TCVN 5687-2010. Kết quả tính toán kích thước và tổn thất áp suất đường ống gió tươi được trình bày trong các Bảng 3.1 đến 3.6 và Bảng 3.14.

3.2 — Hệ thống hút khói hành lang và nhà hàng (tầng 10): Trình bày mục đích, nguyên lý và đặc điểm hệ thống hút khói. Tính toán lưu lượng hút khói hành lang, kiểm tra kích thước ống và tổn thất áp suất đường ống hút khói nhà hàng. Bảng 3.7 đến Bảng 3.9 thể hiện kết quả tính toán ống hút khói và miệng gió hút khói tầng 10.

3.3 — Hệ thống tạo áp cầu thang bộ: Phân tích yêu cầu kỹ thuật cho các loại buồng thang bộ không nhiễm khói N1, N2, N3 theo QCVN 06-2022. Hệ thống được chia thành nhiều vùng (tầng 1–7, tầng 7–14, tầng 14–18, tầng kỹ thuật 1). Kết quả tổng hợp tại Bảng 3.10 đến Bảng 3.15.

3.4 — Hệ thống tăng áp phòng đệm và hút khói thang máy chữa cháy: Chia vùng theo ba đoạn (tầng kỹ thuật 1–7, tầng 8–14, tầng 15–mái). Kết quả tính toán kiểm tra phòng đệm và thang máy tạo áp được trình bày theo từng đoạn.

3.5 — Hệ thống hút thải: Kiểm tra lưu lượng hút thải toilet (Bảng 3.21 đến 3.23), hút thải khói bếp tầng kỹ thuật 1 và tầng 10 (Bảng 3.24, 3.25) và hút thải các loại phòng còn lại (Bảng 3.28).

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Chương tổng hợp toàn bộ kết quả tính toán, nhận xét về mức độ phù hợp giữa kết quả kiểm tra và số liệu công trình thực tế, đồng thời nêu các kiến nghị từ quá trình thực hiện đồ án.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Hoàn thành bộ tính toán tải lạnh toàn công trình theo phương pháp Carrier, bao gồm đầy đủ các thành phần nhiệt Q₁₁, Q₂₁, Q₂₂, Q₂₃, Q₃₁, Q₃₂, Q₄, Qₙ cho từng không gian điều hòa trong toàn bộ 18 tầng và tầng kỹ thuật. Bảng tải nhiệt tổng hợp theo từng khu vực được trình bày tại Phụ lục 11.
  • Kết quả tính bằng phần mềm Heatload Daikin được so sánh với phương pháp Carrier và tải thực tế; Bảng 2.7 thể hiện mức chênh lệch giữa hai phương pháp, từ đó đánh giá độ tin cậy của từng công cụ.
  • Kiểm tra và xác nhận các thông số đường ống gió tươi cho ba tầng đại diện (tầng 1, tầng 2, tầng 10) bao gồm kích thước tiết diện ống, tốc độ gió và tổn thất áp suất cục bộ tại các phụ kiện (co 90°, giảm/tăng size, vuông chuyển tròn) tra theo ASHRAE Duct Fitting Database.
  • Kiểm tra hệ thống hút khói, tạo áp cầu thang và tăng áp thang máy chữa cháy theo đúng các yêu cầu của QCVN 06-2022 và SS 553:2009.
  • Kiểm tra và xác nhận không xảy ra hiện tượng đọng sương trên các kết cấu bao che của công trình với điều kiện $t_{sN} = 24,6°C$ và $k_{max} = 20\ W/m^2 \cdot K$.

Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất

  • Tiếp tục đối chiếu kết quả tính toán với hồ sơ thiết kế và theo dõi vận hành thực tế tại công trình để có số liệu kiểm chứng toàn diện hơn.
  • Sử dụng kết hợp phương pháp thủ công (Carrier) và phần mềm (Heatload) để kiểm tra chéo, nâng cao độ chính xác trong thiết kế thực tế.

Đóng góp so với nghiên cứu trước

Theo tác giả tự nhận xét, đồ án đóng góp ở chỗ tích hợp đồng thời nhiều phương pháp và công cụ tính toán (Carrier, Heatload Daikin, Duct Checker Pro, ASHRAE Duct Fitting Database) trên cùng một công trình thực tế có quy mô lớn (khách sạn 18 tầng), thay vì chỉ áp dụng một phương pháp đơn lẻ như thường thấy ở các đồ án cùng cấp. Điều này tạo cơ sở để đánh giá so sánh mức độ sai lệch giữa các phương pháp trong bối cảnh điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm của Đà Nẵng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Tác giả tự nhận xét trong lời cảm ơn rằng "do khả năng và kinh nghiệm của bản thân có hạn, những hạn chế trong việc tiếp xúc trực tiếp với công trình, va chạm thực tế nên không tránh khỏi những thiếu sót." Cụ thể, một số hạn chế có thể xác định từ phạm vi nghiên cứu:

  • Tính toán máy móc tỏa nhiệt (Q₃₂) mang tính ước tính sơ bộ do không có danh sách thiết bị đầy đủ từ hồ sơ thực tế; tác giả phải tự giả định số lượng và công suất thiết bị cho từng loại phòng.
  • Dữ liệu thời tiết nhập vào phần mềm Heatload Daikin sử dụng dữ liệu thành phố Quảng Trị thay vì Đà Nẵng (do giới hạn của bản dữ liệu phần mềm), có thể tạo sai lệch nhỏ so với thực tế.
  • Đồ án chưa đề cập đến phân tích hiệu quả năng lượng (energy performance) hoặc mô phỏng tải lạnh theo giờ trong năm (annual load simulation), đây là hướng mở rộng tự nhiên cho các nghiên cứu tiếp theo.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào kiểm soát và tối ưu hóa vận hành hệ thống VRV bằng phần mềm mô phỏng toàn năm (EnergyPlus, eQUEST) hoặc thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) để tích hợp điều khiển HVAC tự động.

Giá trị tham khảo

Đồ án phù hợp tham khảo với các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Cơ điện lạnh, MEP đang làm đồ án tốt nghiệp về thiết kế hoặc kiểm tra hệ thống HVAC cho công trình dân dụng cao tầng, đặc biệt công trình khách sạn.
  • Kỹ sư HVAC mới vào nghề muốn nắm quy trình kiểm tra lại hồ sơ thiết kế thực tế, cách áp dụng song song tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế (TCVN, ASHRAE, SS).
  • Người làm đề tài tương tự về hệ thống thông gió sự cố (hút khói, tạo áp, tăng áp thang máy chữa cháy) có thể tham khảo trực tiếp các công thức, bảng số liệu và quy trình tính theo QCVN 06-2022 tại Chương 3.
  • Phần so sánh phương pháp Carrier và Heatload Daikin (Bảng 2.7) là phần đáng tham khảo nhất cho ai cần đánh giá nhanh độ sai lệch giữa tính toán thủ công và phần mềm thương mại trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm miền Trung Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình FUSION Hotel Đà Nẵng chọn hệ thống điều hòa trung tâm VRV thay vì các loại máy công suất nhỏ?

Theo đồ án, lý do xuất phát từ ba tiêu chí: lối kiến trúc của công trình, mức độ sử dụng điều hòa không khí và yêu cầu tối ưu hóa năng lượng. Công trình 18 tầng với diện tích lớn đòi hỏi hệ thống có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh (VRV — Variable Refrigerant Volume) để vận hành linh hoạt; đồng thời việc đặt cụm dàn nóng trên tầng thượng và kết nối qua bộ chia gas giúp tiết kiệm diện tích và đảm bảo thẩm mỹ cho công trình.

2. Phương pháp Carrier xác định hệ số tác dụng tức thời $n_t$ như thế nào, và kết quả cụ thể cho phòng 1B1-B là bao nhiêu?

Hệ số $n_t$ được tra từ bảng 4.6 tài liệu [1] dựa trên mật độ diện tích trung bình $g_s$ (kg/m²) của toàn bộ kết cấu bao che. Với phòng 1B1-B tầng 2 (diện tích sàn $F_s = 58,67\ m^2$, khối lượng tường tiếp xúc bức xạ $G' = 396 \times 13,6\ kg$), kết quả cho $g_s \geq 700\ kg/m^2$. Phòng 1B1-B có hướng kính Tây Nam và rèm che nên $n_t = 0,66$, từ đó $Q_{11} = 0,66 \times Q'_{11} = 351,34\ W$.

3. Các tiêu chuẩn nào được dùng để kiểm tra lưu lượng gió tươi và cấp gió tươi cho công trình?

Đồ án sử dụng ASHRAE Standard 62.1-2013 làm tiêu chuẩn chính để xác định mật độ gió tươi theo từng loại không gian. Cụ thể, phòng ngủ khách sạn áp dụng $R_p = 5,5\ l/s \cdot người$ và $R_a = 0,3\ l/s \cdot m^2$; nhà hàng áp dụng $R_p = 5,5\ l/s \cdot người$ và $R_a = 0,9\ l/s \cdot m^2$; văn phòng áp dụng $R_p = 8,3\ l/s \cdot người$. Kết hợp thêm TCVN 5687-2010 (Phụ lục F) và QCVN 06-2022 (Bảng G.1) để đối chiếu.

4. Hệ thống tạo áp cầu thang được chia thành bao nhiêu vùng và theo nguyên tắc nào?

Hệ thống tạo áp cầu thang được chia thành bốn vùng: tầng 1 đến tầng 7, tầng 7 đến tầng 14, tầng 14 đến tầng 18 và tầng kỹ thuật 1. Việc phân vùng dựa trên yêu cầu kỹ thuật về áp suất dương duy trì trong buồng thang bộ không nhiễm khói (phân loại N1, N2, N3 theo QCVN 06-2022) và quy chuẩn SS 553:2009 của Singapore về thiết kế cửa cầu thang tạo áp. Kết quả thông số miệng gió và kích thước ống gió cho từng vùng được tổng hợp tại Bảng 3.10 đến 3.15.

5. Làm thế nào để kiểm tra điều kiện không đọng sương cho các kết cấu bao che của công trình?

Điều kiện kiểm tra là hệ số truyền nhiệt thực tế $k_t$ phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt cực đại $k_{max}$, trong đó $k_{max} = \alpha_N \times \dfrac{t_N - t_{sN}}{t_N - t_T}$ (công thức 3.13 tài liệu [1]), với $\alpha_N = 20\ W/m^2 \cdot K$, $t_N = 36,5°C$, $t_T = 25°C$ và $t_{sN} = 24,6°C$ (xác định từ đồ thị t-d theo $t_N$ và $\varphi_N$). Kết quả cho thấy $k_{max} = 20\ W/m^2 \cdot K$ và các hệ số truyền nhiệt qua tường, kính, cửa và nền của công trình đều nhỏ hơn giá trị này, xác nhận toàn bộ công trình không bị đọng sương.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trương Quỳnh Khánh Thi thuộc loại hình tính toán kiểm tra thiết kế kỹ thuật, áp dụng phương pháp Carrier kết hợp phần mềm Heatload Daikin để tính và đối chiếu tải lạnh toàn công trình khách sạn 18 tầng FUSION Đà Nẵng, đồng thời kiểm tra bốn phân hệ thông gió theo TCVN và tiêu chuẩn quốc tế. Kết quả đạt được bao gồm bộ số liệu tải nhiệt đầy đủ cho từng không gian điều hòa, xác nhận không xảy ra đọng sương và hoàn thành kiểm tra kích thước ống gió tươi, ống hút khói, ống tạo áp với tổn thất áp suất cụ thể theo từng đoạn ống. Điểm nổi bật của đồ án là sự đối chiếu có hệ thống giữa kết quả tính toán thủ công, phần mềm chuyên dụng và số liệu công trình thực tế, mang lại góc nhìn thực tiễn cho sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt trong bước chuyển từ lý thuyết sang thực hành nghề nghiệp.