Luận văn thạc sĩ Cơ kỹ thuật: Phân tích khả năng cách âm, cách nhiệt của tấm panel dùng cho phòng sạch y tế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHÙNG MINH CHÂU

PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CÁCH ÂM, CÁCH NHIỆT CỦA TẤM PANEL DÙNG CHO PHÒNG SẠCH Y TẾ

Chuyên ngành : Cơ Kỹ Thuật Mã số: 8520101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2023

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS Trương Tích Thiện (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Trương Quang Tri

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Nguyễn Tường Long

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 07 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 Chủ tịch: GS.TS Ngô Kiều Nhi

2 Thư ký: TS Nguyễn Thanh Nhã 3 Phản biện 1: TS Trương Quang Tri 4 Phản biện 2: TS Nguyễn Tường Long 5 Uỷ viên: TS Nguyễn Ngọc Minh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHÙNG MINH CHÂU MSHV: 1970564 Ngày, tháng, năm sinh: 02/08/1996 Nơi sinh: Dak Lak Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 8520101

I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích khả năng cách âm, cách nhiệt cho tấm panel dùng cho phòng sạch y tế - Analysis of acoustic insulation and thermal insulation of the panel used for a medical clean room

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tìm hiểu các khái niệm cơ bản về cách âm, cách nhiệt

- Thu thập các thông số kỹ thuật của tấm Panel và xây dựng bài toán mô phỏng - Mô phỏng và tính toán sự suy giảm âm thanh giữa hai không gian bị ngăn cách bởi tấm Panel

- Mô phỏng và tính toán sự suy giảm nhiệt độ giữa hai không gian bị ngăn cách bởi tấm Panel

- Rút ra các kết luận và định hướng phát triển cho luận văn II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/06/2023 IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Trương Tích Thiện

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình hoàn thiện luận văn cao học này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và lòng biết ơn chân thành đến những người đã đóng góp và hỗ trợ tôi trong suốt hành trình này

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn của tôi, PGS TS Trương Tích Thiện Sự hướng dẫn, sự kiên nhẫn và sự động viên của Thầy đã đóng vai trò quan trọng trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn của tôi Tôi cảm kích sự tận tâm và sự đồng hành của Thầy trong suốt thời gian qua

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt đến gia đình và bạn bè của mình Sự ủng hộ không điều kiện và niềm tin vững chắc của các bạn đã truyền động lực mạnh mẽ để tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình nghiên cứu

Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến toàn bộ các giảng viên, cán bộ, và những người bạn tại trường đại học Những cuộc thảo luận, những đóng góp ý kiến và những câu hỏi quan tâm từ phía các bạn đã giúp tôi mở rộng kiến thức và nhìn nhận vấn đề từ nhiều góc độ khác nhau

Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả những người tham gia nghiên cứu của tôi, bao gồm các bài viết, cuộc phỏng vấn, và những phản hồi từ phía công ty lắp đặt, thiết kế phòng sạch của Bệnh viện Sự đóng góp của các bạn đã làm phong phú hơn nội dung và chất lượng của luận văn này

Tôi hi vọng rằng luận văn này sẽ là một đóng góp nhỏ cho cộng đồng nghiên cứu và học thuật, và một lần nữa, chúng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Với sự phát triển của công nghệ xây dựng và yêu cầu chất lượng cao trong lĩnh vực y tế, đặc điểm cách âm và cách nhiệt của vật liệu xây dựng trở thành yếu tố quan trọng trong việc xây dựng và thiết kế phòng sạch y tế Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu và phân tích khả năng cách âm và cách nhiệt của tấm panel được sử dụng trong xây dựng phòng sạch y tế trong các công trình bệnh viện

Luận văn bao gồm: đặc điểm và yêu cầu của phòng sạch y tế, và tìm hiểu về các tấm panel được sử dụng trong công trình bệnh viện, tìm hiểu về nguyên lý cách âm và cách nhiệt, sử dụng các phương pháp thử nghiệm và mô phỏng để đo và đánh giá khả năng cách âm và cách nhiệt của tấm panel trong điều kiện thực tế Cụ thể trong việc mô phỏng đã sử dụng phần mềm Ansys Workbench và các bài toán Steady State Thermal, Transient Thermal và Harmonic Response để đánh giá hiệu suất của tấm panel khi đã đưa vào sử dụng

Các kết quả phân tích cung cấp thông tin về hiệu suất cách âm và cách nhiệt của tấm panel trong việc ngăn chặn tiếng ồn và giữ nhiệt độ ổn định Từ đó, tối ưu hóa thiết kế và vật liệu sử dụng, công trình bệnh viện có thể đảm bảo môi trường phòng sạch y tế tốt hơn và nâng cao chất lượng dịch vụ y tế

ABSTRACT

With the development of architectural technology and high quality demand in the medical industry, building material’s sound and heat insulation characteristic have become crucial in the design and construction of medical cleanroom

This thesis focuses in the research and analysis of sound and heat insulation properties of panels used in the construction of medical cleanrooms in several hospital constructions

This thesis includes: the characteristics and the requirements of medical cleanroom, and the research into panel used in hospital construction, the research into the sound and heat insulation principles, the usage of experimental methods and simulations in order to measure and evaluate the panel’s sound and heat insulation capability in realistic environment

Specifically, the simulation utilized the Ansys Workbench software, Steady State Thermal Analysis, Transient Thermal Analysis and Harmonic Response Analysis to evaluate the efficiency of panel during the period it was put into use

The analysis calculations provide insight into the efficiency of the panel’s sound and heat insulation in regards to its ability to prevent noise and maintain stable temperature

From that point on, the optimization of the design and the material used in the hospital construction will ensure superior medical cleanroom environment and heighten the quality of medical service

LỜI CAM ĐOAN

Tôi, Phùng Minh Châu, cam đoan rằng luận văn cao học của tôi, có tựa đề “PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CÁCH ÂM, CÁCH NHIỆT CHO TẤM PANEL DÙNG CHO PHÒNG SẠCH Y TẾ” được viết dựa trên nỗ lực và nghiêm túc của bản thân Tất cả các thông tin, dữ liệu, số liệu, và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là chính xác và đáng tin cậy

Tôi cam đoan rằng tôi đã trích dẫn và đưa ra nguồn gốc cho tất cả các tài liệu, công trình nghiên cứu, ý kiến, và ý tưởng của người khác một cách trung thực và công bằng Tất cả các tài liệu tham khảo và nguồn thông tin đã được liệt kê và trích dẫn đúng quy định

1.1.1 Các khái niệm cơ bản về phòng sạch, phòng sạch y tế trong bệnh

1.1.2 Tầm quan trọng của cách âm, cách nhiệt trong phòng sạch 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu/ thực hiện 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

2.2 Nghiên cứu về cách âm của vật liệu 17

2.2.1 Nghiên cứu trên thế giới 17

2.2.2 Nghiên cứu trong nước 20

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22

3.1.4 Đạo hàm matrix truyền âm [24] 27

3.1.5 Điều kiện biên của âm thanh [24] 28

3.1.6 Âm thanh trong phòng [23] 29

3.1.7 Phần tử chính được sử dụng trong Ansys Workbench để giải bài toán phân tích cách âm 32

 FLUID220 3D Acoustic Fluid 20 – Node Solid Element 32

 FLUID221 3D Acoustic Fluid 10 – Node Solid Element 33

3.2 Phân tích cách nhiệt 34

3.2.1 Nguyên tắc cơ bản về cách nhiệt 35

3.2.2 Ma trận dòng nhiệt [24] 38

3.2.3 Tính toán dòng nhiệt [24] 39

3.2.4 Các điều kiện tải nhiệt trong Ansys 40

3.2.5 Phần tử chính được sử dụng trong Ansys Workbench để giải bài toán phân tích cách nhiệt 42

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH TÍNH SINH HỌC, CÁCH NHIỆT CỦA TẤM

PANEL TRONG PHÒNG ÁP LỰC ÂM 43

4.3.2 Bài toán dẫn nhiệt qua tấm panel 54

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM TRONG PHẦN MỀM ANSYS WORKBENCH 55

5.1 Sơ lược về Ansys Workbech, bài toán Steady-State Thermal, Transient Thermal và Harmonic Response 55

Thông số của tấm Panel lõi PU 56

5.2 Bài toán 1: Phân tích cách nhiệt của tấm Panel lõi PU sử dụng Transient Thermal 59

5.3 Bài toán 2: Phân tích cách nhiệt của tấm Panel lõi PU sử dụng State Thermal 66

Steady-5.4 Bài toán 3: Phân tích cách âm của tấm Panel lõi PU sử dụng Harmonic Response 70

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 78

6.1 Kết luận 78

6.2 Kiến nghị 78

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 2 Sản phẩm MONOWALL của công ty METECNO [3] 6 Hình 3 1 Phần tử lưu chất âm thanh FLUID220 3D [23] 32 Hình 3 2 Phần tử lưu chất âm thanh FLUID221 [23] 33 Hình 4 1 Phòng cách ly áp suất âm điển hình với Phòng đệm và Phòng vệ sinh riêng, thể hiện các luồng không khí và chênh lệch áp suất tương đối [26] 46 Hình 4 2 Phòng cách ly áp suất âm bao gồm Ensuite và Anteroom [26] 48

Hình 4 4 Mặt cắt ngang tấm cửa kéo làm bằng panel 51

Hình 4 6 Cánh cửa khi đóng nhìn từ phòng hồi sức 53 Hình 5 1 Phòng hồi sức cách ly Bệnh viện Hùng Vương 57

Hình 5 4 Nhìn từ phòng hồi sức cách ly sang phòng mổ áp lực âm 59

Hình 5 6 Mô hình nhìn thấy bên trong của 2 phòng sạch và vách ngăn 60 Hình 5 7 Mô tả điều kiện Analysis Setting bài toán 1 61 Hình 5 8 Chia lưới mô hình khối không khí bên trong 61 Hình 5 9 Mô tả điều kiện Heat Flux Tấm Panel mặt ngoài 62

Hình 5 11 Mô tả điều kiện Convection của tấm Panel 63 Hình 5 12 Mô tả điều kiện Convection khối không khí bên trong 63 Hình 5 13 Mô tả điều kiện Heat Flux Tấm Panel mặt 64

Hình 5 16 Kết quả thể hiện quá trình ổn định nhiệt độ của tấm panel 65

Hình 5 17 Mô tả điều kiện Analysis Setting bài toán 2 66

Hình 5 20 Mô tả điều kiện Convection không khí tại phòng hồi sức 68 Hình 5 21 Mô tả điều kiện Convection không khí tại phòng mổ áp lực âm 68

Hình 5 24 Đồ thị sai số giữa mô phỏng tính toán trên Ansys và số liệu được cho

Hình 5 25 Mô hình gồm 2 phòng được ngăn cách bởi tấm panel 71 Hình 5 26 Kết quả mô hình 2 phòng mesh lưới size 0,5m và tấm panel mesh lưới

Hình 5 28 Mô tả điều kiện Acoustics Region đầu vào cho bài toán 73 Hình 5 29 Mô tả điều kiện đầu vào Far-field Radiation Surface cho bài toán 73 Hình 5 30 Mô tả điều kiện đầu vào Mass Source cho bài toán 73

Hình 5 32 Sự phân bố mức áp suất âm trong phòng chứa nguồn âm trước tấm panel

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Các cấp độ phòng sạch theo tiêu chuẩn 1Bảng 1 2 Các tiêu chuẩn của phòng sạch trong Bệnh viện tại Việt Nam [1] 2Bảng 5 1 Các thông số vật liệu của bài toán 71Bảng 5 2 Bảng kết quả tính toán trên khoảng tần số từ 1000Hz – 2000Hz 76

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

1.1.1 Các khái niệm cơ bản về phòng sạch, phòng sạch y tế trong bệnh viện

Phòng sạch là phòng được thiết kế đặc biệt để đảm bảo mức độ ô nhiễm thấp, đó là lý do tại sao nó phải có một môi trường được kiểm soát chặt chẽ Khối lượng các hạt lơ lửng trong không khí được giữ ở mức rất thấp

Phòng sạch có thể được phân loại theo số lượng và kích thước của các hạt được chấp nhận trong thể tích không khí

Bảng 1 1 Các cấp độ phòng sạch theo tiêu chuẩn Cấp

độ

ISO 14644-1

FED STD 209E

Số lượng hạt tối đa cho phép

Trạng thái nghỉ Trạng thái hoạt động 0.5 μm 5 μm 0.5 μm 5 μm

C ISO 7 Class 10.000 352.000 2.700 3.520.000 29.000 D ISO 8 100.000 Class 3.520.000 29.000 Không quy định quy định Không

Các thông số chính cần theo dõi trong phòng sạch là số lượng và kích thước của các hạt trong không khí, nhiệt độ, độ ẩm, luồng không khí (tốc độ, hướng, v.v.), áp suất không khí bên trong phòng, ánh sáng, bố trí bên trong, và bảo vệ khỏi lửa và tĩnh điện

Phòng sạch được sử dụng để phát triển các sản phẩm trong nhiều ngành như y tế, công nghệ sinh học, quang học, hàng không và vũ trụ Phiên bản đầu tiên của phòng sạch ngày nay được thiết lập bởi nhà vật lý người Mỹ Willis Whitfield vào năm 1960, đó là một không gian được thiết kế cho nghiên cứu khoa học và sản xuất Phòng sạch cho ngành y tế được phát triển vào thế kỷ 19 Phòng sạch trong bệnh viện là một khu vực được kiểm soát một cách nghiêm ngặt theo các thông số

cần thiết đã được xác định giới hạn: mật độ và kích thước hạt bụi, nhiệt độ, âm thanh, ánh sáng, áp suất … để phục vụ công việc chăm sóc và chữa bệnh trong bệnh viện

Hiện nay, yếu tố môi trường được cho là nguyên nhân của các mầm bệnh, vi khuẩn truyền nhiễm Và tất nhiên, trong môi trường, việc đảm bảo vệ sinh, mang lại sự trong sạch cho mọi người làm việc và bệnh nhân chữa bệnh là vô cùng quan trọng

Phòng sạch bệnh viện là một phòng đặc biệt, được thiết kế cho Phòng thí nghiệm, Phòng mổ, Khu điều trị tích cực, Phòng hồi sức hậu phẫu thuật, Phòng tiểu phẫu, Hành lang mổ, Khu bảo quản vô trùng, Đơn vị điều dưỡng (đơn vị chăm sóc đặc biệt ICU, CCU, NICU, v.v.), Phòng dụng cụ sạch, … với yêu cầu về thiết kế và tiêu chuẩn cao

Với mỗi khu vực thì sẽ cần thiết kế kết cấu phòng sạch khác nhau, cụ thể là kích thước và loại panel để làm vách, trần, tường và cửa mỗi khu vực là khác nhau, tùy thuộc vào chức năng của từng khu vực Chính vì vậy, các tiêu chuẩn thiết kế phòng sạch bệnh viện rất được chú trọng và kiểm soát chặt chẽ

Trong mỗi bệnh viện khu vực phòng mổ là khu vực phòng sạch quan trọng nhất vì một môi trường sạch vô trùng sẽ đảm bảo hạn chế được việc nhiễm trùng và an toàn trong và sau quá trình phẫu thuật

Bảng 1 2 Các tiêu chuẩn của phòng sạch trong Bệnh viện tại Việt Nam [1]

STT Khu vực Độ sạch Độ ồn (N/C)

Số lần trao đổi gió

Nhiệt độ phòng (0C)

Độ ẩm (%)

3 Hành lang mổ 100.000 30 6 23±5 -

1.1.2 Tầm quan trọng của cách âm, cách nhiệt trong phòng sạch

Cần chú ý rằng mức độ ô nhiễm không khí còn phụ thuộc vào các hạt bụi sinh ra trong các hoạt động của phòng, chứ không chỉ là con số cố định của phòng Vì vậy, trong các tiêu chuẩn của phòng sạch, cần thêm các yếu tố nhiệt độ, âm thanh, độ ẩm được kiểm soát chặt chẽ, vì nó là tác nhân trực tiếp hoặc gián tiếp làm tăng số lượng các hạt trong không khí

 Yếu tố cách nhiệt: giúp nhiệt độ trong phòng được duy trì ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên ngoài

- Kiểm soát nhiệt độ được yêu cầu để tạo sự thoải mái cho bác sĩ, nhân viên y tế, bệnh nhân, người vận hành, hoạt động của các thiết bị đo Nếu làm việc trong một môi trường có nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp thì hiệu suất làm việc sẽ kém

- Khi người hoạt động trong phòng sạch rùng mình hoặc thậm chí đổ mồ hôi, họ sẽ thải ra một lượng lớn các hạt bụi vào phòng sạch Điều này sẽ dẫn đến khả năng gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến tiêu chuẩn sản xuất

- Để giảm sự phát triển của vi sinh vật và kiểm soát sự tích tụ tĩnh điện  Yếu tố cách âm:

Nhiều nghiên cứu gần đây đã khẳng định bầu không khí ồn ào của các bệnh viện và phòng mổ ngày càng tăng cao Mức độ tiếng ồn trung bình thường lớn hơn giới hạn của quy định và thường vượt quá mức được coi là nguy hiểm cho

sức khỏe Mức độ tiếng ồn với cường độ này có tác động lan rộng đối với nhân viên y tế và bệnh nhân Mức ồn trung bình trong phòng mổ trong các nghiên cứu khác nhau là khoảng 65–60 dB (A), nhưng thậm chí có thể vượt quá 100 dB (A) [2]

Trong tiêu chuẩn ISO / DIS 14644-4 (bản dự thảo) có quy định rằng: “Mức áp suất âm thanh thích hợp cần được lựa chọn theo yêu cầu về sự thoải mái và an toàn của những người trong phòng sạch và mức áp suất ngược của môi trường (chẳng hạn như các thiết bị)” Cường độ âm thanh hay giá trị tiếng ồn của phòng sạch được đưa ra bởi hầu hết các tiêu chuẩn nằm trong khoảng 65-70dB (A)

Cụ thể, nguồn gây ồn trong phòng mổ bao gồm: chuyển động của xe đẩy ngoài hành lang, trò chuyện của nhân viên trong và ngoài phòng, chuyển động của thiết bị, tiếng kêu leng keng và làm rơi các dụng cụ kim loại cũng như việc sử dụng các dụng cụ phẫu thuật chạy bằng điện hoặc không khí, búa, thiết bị hút, màn hình gây mê và thiết bị báo động

Nhiều tiếng ồn có thể ảnh hưởng đến việc chăm sóc, hồi phục của bệnh nhân và làm gián đoạn sự tập trung trong quá trình phẫu thuật Vì vậy vấn đề cách âm trong phòng sạch cũng cực kỳ quan trọng

 Nhiệt độ và độ ồn là hai tiêu chuẩn cần thiết trong phòng sạch Vì vậy khi thiết kế phòng sạch bệnh viện, chúng ta cần phải chú ý đến vấn đề cách âm, cách nhiệt của vật liệu được sử dụng Nó sẽ đảm bảo khả năng làm việc, mức độ thoải mái của nhân viên y tế

 Phòng sạch không chỉ đơn thuần là sạch bụi hay vi khuẩn gây bệnh mà nó còn bao gồm “sạch” cả âm thanh gây ồn và nhiệt độ cao

1.1.3 Tấm Panel trong phòng sạch

Panel phòng sạch là một khối các tấm Panel có cấu tạo khép kín được làm bằng tấm thép, bên trong bọc xốp EPS hoặc PU, có độ nhẵn bóng cao, kháng khuẩn,

an toàn, cách nhiệt tốt Panel được dùng cho phòng sạch nhằm giúp làm kín căn phòng, cách ly căn phòng với môi trường bên ngoài, ngăn chặn sự xâm nhập của các loại hạt bụi nhỏ, phấn hoa, âm thanh

Sử dụng các tấm Panel được lựa chọn nhiều hiện nay vì mang đến những rất nhiều lợi ích trong phòng sạch:

- Làm không gian sạch sẽ hơn, trang trọng hơn theo đúng quy mô sử dụng của căn phòng

- Khả năng cách âm, cách nhiệt, chống cháy tốt: Đây chính là ưu điểm vượt trội của tấm panel so với các vật liệu khác.

- Điều kiện nhiệt độ bên trong phòng mổ được cân bằng và giữ ở mức ổn định nhờ lắp đặt vách panel tại các vị trí cần thiết

- Thi công vách panel giúp quá trình sát khuẩn, ra vào của nhân viên y tế được thực hiện một cách tuyệt đối.

Ngoài các yếu tố kể trên việc lựa chọn tấm panel để xây dựng phòng sạch còn có rất nhiều ưu điểm đối với chủ đầu tư:

- Thi công nhanh: Hình thức thức thi công là lắp ghép có thể tiết kiệm thời gian và nhân công Việc lắp ghép khá đơn giản - không bị ảnh hưởng thời tiết nhiều và dễ tháo dỡ, trọng lượng nhẹ

- Giá thành hợp lý - Tiết kiệm chi phí đầu tư: So với các vật liệu cách nhiệt khác, sử dụng tấm Panel cách nhiệt tiết kiệm 20-30% chi phí - Độ bền cao: khả năng chịu lực tốt và tuổi thọ lên đến 30 năm - Tính thẩm mỹ cao: Mẫu mã, màu sắc đa dạng

 Thông số kỹ thuật cơ bản của Panel PU: Tấm Panel PU còn hay gọi là vách Panel PU, cấu tạo cũng có ba lớp, gồm có hai mặt ngoài là tôn inox và được sơn tĩnh điện, độ dày từ 0.3mm đến 0.6mm, ở giữa là lớp

lõi PU (PolyUrethane) có tỷ trọng cao 38 – 42 kg/m3, cả ba lớp này được dán với nhau bằng keo chuyên dụng

Hình 1 1 Tấm Panel PU cấu tạo 3 lớp [3]

Hình 1 2 Sản phẩm MONOWALL của công ty METECNO [3]

1.1 Ý nghĩa của đề tài

- Ý nghĩa thực tiễn: Khả năng cách âm, cách nhiệt của tấm Panel trong phòng sạch của Bệnh viện là hai tiêu chí quan trọng giúp phòng sạch hoạt động bình thường, tạo môi trường thoải mái cho con người và máy móc làm việc Phân tích cách âm, cách nhiệt của tấm Panel là cơ sở để đánh giá vật liệu, xây dựng kế hoạch và biện pháp thi công phù hợp để đảm bảo yếu tố nhiệt độ và âm thanh đáp ứng tiêu chuẩn phòng sạch, phù hợp với nhu cầu sử dụng

- Ý nghĩa khoa học: Tạo tiền đề nghiên cứu các vật liệu mới dùng trong phòng sạch cho mọi lĩnh vực

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Phân tích được hiệu quả cách âm khi âm thanh truyền qua tấm Panel - Phân tích được hiệu quả cách nhiệt giữa hai phòng ngăn cách qua tấm

Panel

1.3 Các nội dung nghiên cứu/thực hiện

- Tìm hiểu các khái niệm cơ bản về cách âm, cách nhiệt

- Tìm hiểu lí thuyết, phương pháp số trong mô phỏng truyền âm, truyền nhiệt

- Thu thập các thông số kỹ thuật của tấm Panel và xây dựng bài toán mô phỏng

- Mô phỏng và tính toán sự suy giảm âm thanh giữa hai không gian bị ngăn cách bởi tấm Panel

- Mô phỏng và tính toán sự suy giảm nhiệt độ giữa hai không gian bị ngăn cách bởi tấm Panel

- Rút ra các kết luận và định hướng phát triển cho luận văn

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu/ thực hiện

- Đối tượng nghiên cứu: tấm Panel PU ngăn cách giữa 2 phòng sạch - Phạm vi nghiên cứu: tấm panel Monowall của công ty Metecno, ngăn

cách phòng mổ áp lực âm và phòng hồi sức cách ly của Bệnh viện Hùng Vương tại thời điểm phòng đang được hoạt động

1.5 Phương pháp nghiên cứu/ thực hiện

- Phân tích các thông số cần thiết của tấm Panel để xây dựng bài toán truyền âm, truyền nhiệt

- Thu thập các thông số kỹ thuật của tấm Panel phòng mổ từ Bệnh viện và nhà sản xuất tấm Panel

- Xây dựng mô hình âm thanh và nhiệt độ với phân tích phần tử hữu hạn - Xây dựng và giải quyết bài toán trong Ansys Workbench

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

2.1 Nghiên cứu về cách nhiệt của vật liệu 2.1.1 Nghiên cứu trên thế giới

 Thermal performance analysis of a new structured-core translucent vacuum insulation panel in comparison to vacuum glazing:

Experimental and theoretically validated analyses [4]

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích hiệu suất cách nhiệt của một tấm panel cách nhiệt trong suốt với lõi có cấu trúc mới, và so sánh nó với kính cách nhiệt hút chân không Nghiên cứu bao gồm phân tích thực nghiệm và xác nhận lý thuyết

Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu suất cách nhiệt của tấm panel cách nhiệt trong suốt và kính cách nhiệt hút chân không Các thông số quan trọng như khả năng cách nhiệt, khả năng truyền nhiệt và hiệu suất cách nhiệt được đo và so sánh giữa hai loại vật liệu

Ngoài ra, nghiên cứu cũng sử dụng các mô hình lý thuyết và phân tích để xác nhận kết quả thực nghiệm và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cách nhiệt Kết quả của phân tích lý thuyết được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của nghiên cứu

Tổng quan, nghiên cứu này cung cấp một cái nhìn sâu hơn về hiệu suất cách nhiệt của tấm panel cách nhiệt trong suốt với lõi có cấu trúc mới so với kính cách nhiệt hút chân không Nó cung cấp cơ sở cho việc phát triển và ứng dụng các vật liệu cách nhiệt hiệu quả trong ngành xây dựng và công nghiệp năng lượng

 Experimental and numerical thermal performance assessment of a multi-layer building envelope component made of biocomposite materials [5]

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu suất cách nhiệt của một thành phần vỏ bọc tòa nhà đa lớp được làm từ vật liệu sinh thái hỗn hợp Nghiên cứu kết hợp cả phương pháp thực nghiệm và mô phỏng số để đánh giá hiệu quả cách nhiệt của thành phần vỏ bọc mới này

Các mẫu vật liệu được sản xuất và thử nghiệm để đo đạc đặc tính cách nhiệt như hệ số dẫn nhiệt, khả năng lưu giữ nhiệt, và độ dẫn nhiệt của vật liệu Bằng cách sử dụng dữ liệu này, các mô hình số được phát triển để mô phỏng hiệu suất cách nhiệt của thành phần vỏ bọc trong các điều kiện khác nhau

Kết quả thử nghiệm và mô phỏng số được so sánh và xác nhận với nhau, cho thấy sự chính xác của mô hình số trong dự đoán hiệu suất cách nhiệt của thành phần vỏ bọc Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau như độ dày, thành phần vật liệu, và cấu trúc đa lớp đến hiệu suất cách nhiệt

Kết quả nghiên cứu này có thể cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất cách nhiệt của thành phần vỏ bọc sử dụng vật liệu sinh thái hỗn hợp Điều này có thể hướng dẫn thiết kế và phát triển các thành phần vỏ bọc mới để nâng cao hiệu suất cách nhiệt và đóng góp vào việc xây dựng các tòa nhà tiết kiệm năng lượng và bền vững

 Insulation panels for active control of heat transfer in walls operated as space heating or as a thermal barrier: Numerical simulations and experiments [6]

Nghiên cứu tập trung vào các tấm cách nhiệt được thiết kế để điều khiển hiệu quả truyền nhiệt trong các bức tường, có thể hoạt động như hệ thống sưởi ấm hoặc như rào cản nhiệt Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng số và thực nghiệm để điều tra hiệu suất nhiệt của các tấm cách nhiệt này Các mô phỏng số bao gồm việc phát triển mô hình tính toán, xem xét các yếu tố như dẫn nhiệt, truyền nhiệt qua dòng chảy và bức xạ Các thí nghiệm bao gồm việc đo đạc các đặc tính truyền nhiệt của các tấm cách nhiệt trong các điều kiện vận hành khác nhau

Kết quả của nghiên cứu cung cấp thông tin về hiệu quả của các tấm cách nhiệt này trong việc kiểm soát truyền nhiệt và cung cấp dữ liệu quý giá cho thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống xây dựng tiết kiệm năng lượng

 Finite element analysis of heat transfer performance of vacuum glazing with low-emittance coatings by using ANSYS [7]

Nghiên cứu này tập trung vào phân tích truyền nhiệt của tấm kính hút chân không với lớp phủ kháng nhiệt thấp bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS Các lớp phủ kháng nhiệt thấp được áp dụng trên các mặt kính của tấm kính hút chân không để giảm mất nhiệt qua cửa sổ Bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các phương trình truyền nhiệt có thể được giải quyết để tính toán hiệu suất truyền nhiệt của tấm kính hút chân không với các lớp phủ kháng nhiệt khác nhau Kết quả từ nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất truyền nhiệt của tấm kính hút chân không với các lớp phủ kháng nhiệt, đồng thời hỗ trợ trong việc thiết kế và tối ưu hóa hệ thống cửa sổ tiết kiệm năng lượng

 Finite element analysis of thermal conductivity and thermal resistance behaviour of woven fabric [8]

Nghiên cứu này tập trung vào phân tích phần tử hữu hạn về đặc tính dẫn nhiệt và kháng nhiệt của vải dệt Sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn, nghiên cứu xem xét vải dệt truyền nhiệt và ngăn chặn nhiệt trong môi trường cụ thể Qua việc mô phỏng và tính toán, nghiên cứu đưa ra thông tin về độ dẫn nhiệt và kháng nhiệt của vải dệt trong điều kiện khác nhau Kết quả của nghiên cứu cung cấp cái nhìn tổng quan về hiệu suất dẫn nhiệt và kháng nhiệt của vải dệt, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng để thiết kế và tối ưu hóa hệ thống xây dựng hiệu quả về năng lượng

 Thermal insulation performance and heat transfer mechanism of C/SiCcorrugated lattice core sandwich panel [9]

Nghiên cứu tập trung vào hiệu suất cách nhiệt và cơ chế truyền nhiệt của tấm panel lõi lưới gân C/SiC Được tiến hành bằng phương pháp mô phỏng số và phân tích thực nghiệm, nghiên cứu này nhằm xem xét khả năng cách nhiệt của tấm panel và các cơ chế truyền nhiệt trong nó Tấm panel lõi lưới gân C/SiC được chế tạo bằng vật liệu cơ khí C/SiC và có cấu trúc lưới gân corrugated Kết quả nghiên cứu cho thấy tấm panel này có hiệu suất cách nhiệt tốt và khả năng truyền nhiệt được điều khiển hiệu quả Cơ chế truyền nhiệt trong tấm panel được xác định thông qua quá trình dẫn nhiệt và chuyển nhiệt bằng chất lỏng Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất cách nhiệt và cơ chế truyền nhiệt của tấm panel lõi lưới gân C/SiC, đóng góp vào việc phát triển các công nghệ cách nhiệt tiên tiến trong ngành xây dựng và công nghiệp

 Thermal transmittance of lightweight steel framed walls: Experimental versus numerical and analytical approaches [10]

Nghiên cứu tập trung vào khả năng truyền nhiệt của các tường khung thép nhẹ, bằng các phương pháp thực nghiệm, số học và phân tích Các tường này được xem như một phần quan trọng trong hệ thống cách nhiệt của các công trình xây dựng Nghiên cứu bao gồm việc tiến hành các thử nghiệm thực nghiệm để đo đạc chỉ số truyền nhiệt của các tường khung thép nhẹ Đồng thời, sử dụng các phương pháp số học và phân tích, nghiên cứu đánh giá sự tương quan giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán Kết quả nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất truyền nhiệt của các tường khung thép nhẹ và đưa ra các phân tích so sánh giữa các phương pháp thực nghiệm, số học và phân tích

 Acoustic and thermal performance of sustainable fiber reinforced thermoplastic composite panels for insulation in buildings [11]

Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá hiệu suất âm thanh và nhiệt của các tấm panel composite bền vững gia cường bằng sợi được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong các công trình xây dựng

Trước hết, nghiên cứu xác định các thành phần và tính chất vật liệu của tấm panel composite, bao gồm sợi tự nhiên tái chế và polymer gia cường Thông qua phân tích và thử nghiệm, nghiên cứu xác định các đặc tính âm thanh và nhiệt của tấm panel, bao gồm thông số truyền âm, hệ số cách âm, hệ số truyền nhiệt và khả năng cách nhiệt

Tiếp theo, nghiên cứu tiến hành đánh giá hiệu suất âm thanh của tấm panel composite trong việc giảm độ ồn từ môi trường bên ngoài Bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích âm thanh và thử nghiệm thích ứng, nghiên cứu đo lường khả năng cách âm của tấm panel và đánh giá hiệu quả của nó trong việc giảm độ ồn và tiếng ồn từ môi trường xung quanh

Ngoài ra, nghiên cứu cũng tập trung vào đánh giá hiệu suất nhiệt của tấm panel composite trong việc cách nhiệt Bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích và thử nghiệm, nghiên cứu xác định hệ số truyền nhiệt và khả năng cách nhiệt của tấm panel trong việc giữ nhiệt và giảm lượng nhiệt truyền qua vật liệu

Kết quả của nghiên cứu cung cấp thông tin về hiệu suất âm thanh và nhiệt của tấm panel composite bền vững gia cường bằng sợi Nó có thể đóng góp vào việc phát triển vật liệu cách nhiệt và cách âm thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu suất năng lượng trong các công trình xây dựng

 Numerical Investigation of Thermal-Protection Characteristics of Structural Sandwich Panels [12]

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu các đặc tính bảo vệ nhiệt của các tấm sandwich cơ học Các tấm sandwich cơ học được thiết kế để cung cấp khả năng cách nhiệt và bảo vệ nhiệt hiệu quả cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp và xây dựng Trong nghiên cứu này, mô hình tính toán số được phát triển để phân tích và đánh giá khả năng cách nhiệt của các tấm sandwich cơ học dưới các điều kiện khác nhau Các yếu tố như dẫn nhiệt, dẫn nhiệt chất lỏng, dẫn nhiệt bằng không khí và chuyển nhiệt bề mặt được

xem xét để đưa ra các kết quả và đánh giá về hiệu suất cách nhiệt của các tấm sandwich cơ học Kết quả của nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng để hiểu và cải thiện khả năng bảo vệ nhiệt của các tấm sandwich cơ học trong các ứng dụng thực tế

 Experimental and numerical analysis of the thermal performance of polyurethane foams panels incorporating phase change material [13] Nghiên cứu này tập trung vào phân tích thực nghiệm và số học về hiệu suất nhiệt của các tấm polyurethane foam (PUF) tích hợp vật liệu thay đổi pha (phase change material - PCM) PCM được sử dụng để tận dụng khả năng lưu trữ và giải phóng nhiệt trong quá trình thay đổi pha của nó, nhằm cải thiện hiệu suất cách nhiệt của tấm PUF

Nghiên cứu này thực hiện các phép đo nhiệt độ và hiệu suất nhiệt của các tấm PUF chứa PCM trong điều kiện thích hợp Đồng thời, các mô hình số học được phát triển để mô phỏng và dự đoán hiệu suất nhiệt của tấm PUF với sự tồn tại của PCM Các thông số nhiệt và khối lượng riêng của PCM được tính toán và sử dụng trong mô hình để đánh giá tác động của chúng đến khả năng cách nhiệt của tấm PUF

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sự tích hợp PCM vào tấm PUF có thể cải thiện đáng kể hiệu suất cách nhiệt của vật liệu Nhiệt độ trung bình và biên độ dao động của tấm PUF chứa PCM giảm, cho thấy khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt của PCM Mô hình số học cũng cho thấy sự phù hợp giữa dữ liệu thực nghiệm và dự đoán của nó, xác nhận tính chính xác và đáng tin cậy của mô hình trong phân tích hiệu suất nhiệt của tấm PUF

 Development and characterization of sandwich panels for thermal insulation in a cold storage chambe [14]

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển và đặc tính hóa tấm panel sandwich được sử dụng cho cách nhiệt trong một phòng lạnh Nghiên cứu bao gồm quá trình phát triển và xác định các đặc tính của tấm sandwich như khả năng cách

nhiệt, độ cứng, độ bền và khả năng chịu nhiệt Các tấm sandwich này được chế tạo từ các lớp vật liệu cách nhiệt khác nhau nhằm cung cấp hiệu suất cách nhiệt tối ưu cho phòng lạnh Đánh giá đặc tính của tấm sandwich được tiến hành bằng phương pháp thí nghiệm và mô phỏng số Kết quả nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về hiệu quả cách nhiệt của tấm sandwich và đóng góp vào việc phát triển vật liệu cách nhiệt tiên tiến cho các ứng dụng trong ngành lưu trữ lạnh

2.1.2 Nghiên cứu trong nước

 Nghiên cứu xác định một số tính chất nhiệt chủ yếu của vật liệu composite gỗ trên máy NL03 [15]

Nghiên cứu này của Nguyễn Thị Yên tập trung vào việc xác định và đánh giá một số tính chất nhiệt chủ yếu của vật liệu composite gỗ Trong nghiên cứu, các tính chất nhiệt được xem xét bao gồm hệ số dẫn nhiệt, dung lượng nhiệt và độ tản nhiệt của vật liệu Phương pháp thử nghiệm và phân tích được sử dụng để đo lường và xác định các tính chất nhiệt này Kết quả của nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất cách nhiệt của vật liệu composite gỗ và cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế và ứng dụng vật liệu trong các ứng dụng cách nhiệt

 Đánh giá các đặc tính kỹ thuật của tấm cách nhiệt sản xuất từ các phế phẩm nông nghiệp theo công nghệ ép nóng [16]

Nghiên cứu này tập trung vào việc sản xuất và đánh giá các đặc tính kỹ thuật thông qua tiến hành xác định bằng thực nghiệm như hệ số dẫn nhiệt, khả năng thấm nước, độ bền màu, khả năng bắt lửa, ảnh hưởng tới môi trường của tấm cách nhiệt được sản xuất từ các phế phẩm nông nghiệp bằng công nghệ ép nóng Các phế phẩm nông nghiệp được sử dụng để sản xuất tấm cách nhiệt nhằm tận dụng và tái chế các tài nguyên không sử dụng trong nông nghiệp

Kết quả nghiên cứu cho thấy tấm cách nhiệt sản xuất từ các phế phẩm nông nghiệp có đặc tính kỹ thuật tương đương hoặc vượt trội so với các vật liệu cách nhiệt truyền thống Điều này cho thấy tiềm năng của việc sử dụng các phế phẩm

nông nghiệp để sản xuất tấm cách nhiệt thân thiện với môi trường và kinh tế

Nghiên cứu này đóng góp thông tin quan trọng cho việc phát triển và ứng dụng các vật liệu cách nhiệt từ các phế phẩm nông nghiệp, đồng thời mở ra cơ hội cho việc tái chế và sử dụng bền vững các tài nguyên nông nghiệp không sử dụng

 Tổng kết nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về vấn đề phân tích cách nhiệt của vật liệu cho thấy sự quan tâm và nỗ lực của cộng đồng nghiên cứu về vấn đề này:

Trên thế giới:

- Có nhiều nghiên cứu về tối ưu hóa thiết kế vật liệu cách nhiệt tiên tiến và công nghệ cách nhiệt mới nhằm cải thiện hiệu suất cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng xây dựng và công nghiệp

- Các phương pháp phân tích cách nhiệt sử dụng các công cụ số học và mô phỏng như phần mềm Ansys đã được áp dụng để đánh giá hiệu suất cách nhiệt của vật liệu và hệ thống cách nhiệt

Tổng quan, nghiên cứu về vấn đề phân tích cách nhiệt của vật liệu đã đóng góp vào việc nâng cao hiệu suất cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng xây dựng và công nghiệp Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam đều đang tìm kiếm và phát triển các vật liệu cách nhiệt tiên tiến và phương pháp phân tích mới nhằm đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất và đảm bảo môi trường phát triển bền vững

2.2 Nghiên cứu về cách âm của vật liệu 2.2.1 Nghiên cứu trên thế giới

 Acoustic performance of composite sandwich panels for building floors: Experimental tests and numerical-analytical simulation [17] Nghiên cứu "Acoustic performance of composite sandwich panels for building floors: Experimental tests and numerical-analytical simulation" tập trung vào đánh giá hiệu suất âm thanh của tấm sandwich composite được sử dụng cho sàn nhà Nghiên cứu này kết hợp cả phép đo thực nghiệm và mô phỏng số-lý thuyết để đánh giá tính chất âm thanh của tấm panel

Trong phần thực nghiệm, các bài kiểm tra âm thanh được thực hiện trên các mẫu tấm sandwich composite để đo đạc và đánh giá các thông số âm thanh như chỉ số tiếng ồn truyền qua và chỉ số giảm ồn Những dữ liệu thu được từ các thử nghiệm này được sử dụng để xác định hiệu suất âm thanh của tấm panel trong môi trường thực tế

Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sử dụng mô phỏng số-lý thuyết để phân tích và dự đoán hiệu suất âm thanh của tấm sandwich composite Các mô hình số được xây dựng dựa trên các thông số vật liệu và cấu trúc của tấm panel Sử dụng phương pháp mô phỏng này, các thông số âm thanh quan trọng như chỉ số truyền âm và chỉ số giảm ồn được tính toán và so sánh với kết quả thực nghiệm

Kết quả của nghiên cứu cho thấy tấm sandwich composite có khả năng cách âm tốt và giảm ồn hiệu quả Phân tích số-lý thuyết tương thích tốt với kết quả thực nghiệm, cho thấy tính chính xác của phương pháp mô phỏng Kết quả này có thể hỗ trợ trong việc thiết kế và lựa chọn tấm sandwich composite cho sàn nhà với yêu cầu âm thanh cao

 Acoustic and thermal performance of sustainable fiber reinforced thermoplastic composite panels for insulation in buildings [11]

Nghiên cứu này tập trung vào đánh giá hiệu suất âm thanh và nhiệt của các tấm panel composite bền vững gia cường bằng sợi được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong các công trình xây dựng

Trước hết, nghiên cứu xác định các thành phần và tính chất vật liệu của tấm panel composite, bao gồm sợi tự nhiên tái chế và polymer gia cường Thông qua phân tích và thử nghiệm, nghiên cứu xác định các đặc tính âm thanh và nhiệt của tấm panel, bao gồm thông số truyền âm, hệ số cách âm, hệ số truyền nhiệt và khả năng cách nhiệt

Tiếp theo, nghiên cứu tiến hành đánh giá hiệu suất âm thanh của tấm panel composite trong việc giảm độ ồn từ môi trường bên ngoài Bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích âm thanh và thử nghiệm thích ứng, nghiên cứu đo lường khả năng cách âm của tấm panel và đánh giá hiệu quả của nó trong việc giảm độ ồn và tiếng ồn từ môi trường xung quanh

Ngoài ra, nghiên cứu cũng tập trung vào đánh giá hiệu suất nhiệt của tấm panel composite trong việc cách nhiệt Bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích và thử nghiệm, nghiên cứu xác định hệ số truyền nhiệt và khả năng cách nhiệt của tấm panel trong việc giữ nhiệt và giảm lượng nhiệt truyền qua vật liệu

Kết quả của nghiên cứu cung cấp thông tin về hiệu suất âm thanh và nhiệt của tấm panel composite bền vững gia cường bằng sợi Nó có thể đóng góp vào việc phát triển vật liệu cách nhiệt và cách âm thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu suất năng lượng trong các công trình xây dựng

 Acoustic properties of commercially available thermal insulators − An experimental study [18]

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá các tính chất âm thanh của các vật liệu cách nhiệt phổ biến được sử dụng trong ứng dụng xây dựng và cách âm Mục tiêu chính là xác định hiệu suất cách âm của các vật liệu này và so sánh chúng với nhau

Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm để đo và phân tích các tính chất âm thanh của các vật liệu cách nhiệt Các thông số âm thanh quan trọng như hệ số truyền âm, hệ số hấp thụ âm và hệ số phản xạ âm được đo đạc và ghi nhận

Qua quá trình thử nghiệm và phân tích, nghiên cứu đưa ra các kết quả về tính chất âm thanh của các vật liệu cách nhiệt thương mại Kết quả này có thể cung cấp thông tin quan trọng cho ngành công nghiệp xây dựng, giúp lựa chọn vật liệu cách âm phù hợp cho các ứng dụng cụ thể

 A parametric study of the acoustic properties of thermal cladding systems [19]

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thích nghi (parametric study) để khám phá và đánh giá ảnh hưởng của các tham số khác nhau lên các thuộc tính âm thanh của hệ thống vật liệu cách nhiệt Các tham số bao gồm độ dày, cấu trúc và loại vật liệu của lớp cách nhiệt

Bằng cách thay đổi các tham số này, nghiên cứu đã đo và phân tích các thông số âm thanh quan trọng như hệ số truyền âm, hệ số phản xạ âm và hệ số truyền âm thông qua hệ thống vật liệu cách nhiệt Qua đó, nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về cách các yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng cách âm và hiệu suất âm thanh của hệ thống cách nhiệt

 Acoustic and thermal behaviour of cross-insulated timber panels [20] Trong nghiên cứu này, các tác giả đã tiến hành các thử nghiệm và phân tích để đánh giá hiệu suất cách âm và cách nhiệt của các tấm panel gỗ được cách nhiệt bằng cách sử dụng lớp cách nhiệt ngang Mục tiêu của nghiên cứu là cung cấp thông tin về khả năng cách âm và cách nhiệt của hệ thống panel gỗ cách nhiệt này

Các phương pháp đo lường âm thanh và nhiệt độ đã được sử dụng để thu thập dữ liệu trong quá trình nghiên cứu Các thông số quan trọng như hệ số truyền âm và

hệ số cách nhiệt đã được đo và phân tích Đồng thời, các mô hình toán học và phân tích số cũng đã được áp dụng để mô phỏng và dự đoán ứng xử của các tấm panel gỗ cách nhiệt

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sử dụng lớp cách nhiệt ngang có thể cải thiện hiệu suất cách âm và cách nhiệt của các tấm panel gỗ Nó có khả năng giảm đáng kể âm thanh và ổn định nhiệt độ trong các không gian sử dụng panel gỗ cách nhiệt

Nghiên cứu này đóng góp vào việc hiểu và phát triển các giải pháp cách âm và cách nhiệt trong công trình xây dựng sử dụng vật liệu gỗ

2.2.2 Nghiên cứu trong nước

 Phân tích hiệu quả truyền âm trong vật liệu cách âm [21]

Nghiên cứu được tiến hành bởi tác giả Nguyễn Văn Chốt để mô phỏng các bài toán hấp thụ âm thanh và cách âm của tấm bằng phần mềm Ansys

Tác giả xây dựng mô hình bài toán truyền âm bằng ANSYS, sau đó thêm vào các điều kiện để xét đến sự suy giảm âm thanh của vật liệu tiêu âm và hiệu quả cách âm của vách ngăn Các thử nghiệm và phân tích được thực hiện trên các mẫu vật liệu cách âm được sản xuất với các đặc tính cụ thể

Kết quả nghiên cứu đánh giá được sự suy giảm âm thanh đi qua ống khi có vật liệu hút âm và đánh giá được hiệu quả cách âm của vật liệu thông qua nhiều vật liệu khác nhau, độ dày khác nhau, tần số khác nhau

Nghiên cứu này mang lại thông tin quan trọng về tính chất cách âm của vật liệu và có thể đóng góp vào việc phát triển vật liệu cách âm hiệu quả trong các ứng dụng âm thanh, như trong ngành xây dựng, ô tô hoặc các ngành công nghiệp khác liên quan đến kiểm soát tiếng ồn và truyền âm

 Phân tích hiệu quả truyền âm [22]

Nghiên cứu này đã mô hình hóa âm thanh bằng phương pháp phần tử hữu hạn có thể thay thế được cho phương pháp thực nghiệm, tính toán mô phỏng được hệ số hấp thụ âm thanh và sự phân bố áp suất âm thanh Từ đó đề xuất một số phương pháp cách âm trong xây dựng

Các nghiên cứu về vấn đề cách âm đã được thực hiện cả trong và ngoài nước nhằm tìm hiểu và cải thiện hiệu suất cách âm của các vật liệu, hệ thống và công trình xây dựng Một số kết luận từ các nghiên cứu đã được nhắc đến trong bài:

- Tính chất vật liệu: sử dụng vật liệu cách âm có khả năng hấp thụ và phản xạ âm thanh tốt sẽ làm tăng hiệu suất cách âm Ví dụ, sử dụng vật liệu cách âm như bông khoáng, gỗ cách âm hoặc tấm panel cách âm làm giảm đáng kể âm thanh lan truyền qua các bức tường, trần và sàn

- Thiết kế cấu trúc: nghiên cứu đã tìm hiểu về tác động của vị trí và hình dạng của các khe hở, rỗ sau, độ dày và cấu trúc vật liệu trong việc giảm tiếng ồn và ngăn chặn âm thanh truyền qua

- Mô phỏng và mô hình hóa: Sử dụng phần mềm mô phỏng và mô hình hóa như ANSYS, COMSOL, và MATLAB, các nghiên cứu đã phân tích và dự đoán hiệu suất cách âm của các cấu trúc và hệ thống

Tóm lại, các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề cách âm đã cung cấp những kết luận quan trọng về vật liệu, thiết kế cấu trúc, hệ thống cách âm và phương pháp mô phỏng Những kết quả này có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất cách âm trong nhiều lĩnh vực và nghiên cứu sáng tạo nhiều loại vật liệu mới trong tương lai

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Phân tích cách âm

3.1.1 Mục đích của việc sử dụng bài toán Harmonic Response trong việc giải quyết các bài toán truyền âm

Harmonic Response có thể được tính như sau, tạo ra các ma trận khối lượng [M], giảm chấn [C] và độ cứng [K], cùng với vector tải {f} của các phương trình chuyển động, kết hợp các ma trận, sau đó lấy nghịch đảo ma trận kết hợp và nhân với vector tải để tính toán chuyển vị nút {u}, như sau:

            

                

3.1.2 Áp suất âm thanh

Áp suất âm p trong phần tử hữu hạn có thể viết theo công thức sau:

i 

Trong đó:

• Ni là tập hợp các hàm dạng tuyến tính; • pi là áp suất âm tại nút i;

• [Kf] là ma trận độ cứng lưu chất tương đương; • [Mf] là ma trân khối lượng lưu chất tương đương;

•  Ff là véc tơ tải của lưu chất;

• {p} là véc tơ áp suất âm thanh nút không xác định;

• {p̈ } là véc tơ đạo hàm cấp 2 của áp suất âm đối với thời gian 3.1.3 Phương trình sóng âm

Phương trình liên tục: 𝜕𝜌

Phương trình Navier-Stokes dạng tuyến tính: 𝜕 𝑣⃑

𝜕𝑡 = −1

𝜌 𝛻𝑝 +4𝜇3𝜌 𝛻 −

1𝜌 𝑐

𝜕𝑝𝜕𝑡 +

𝛻 1

𝜌 𝛻𝑝 −1𝜌 𝑐

𝜕 𝑝𝜕𝑡 + 𝛻.

4𝜇3𝜌 𝛻

1𝜌 𝑐

𝜕𝑝𝜕𝑡= − 𝜕

𝜕𝑡𝑄𝜌 + 𝛻.

4𝜇3𝜌 𝛻

Phương trình (3.6) được gọi là phương trình tiêu hao sóng trong truyền âm Trong đó áp suất là hàm điều hòa được định nghĩa bởi:

𝑝: Biên độ của áp suất

𝑗 = √−1 𝜔 = 2𝜋𝑓 𝑓: Tần số dao động của áp suất

Phương trình (3.6) được viết gọn lại thành phương trình không đồng nhất Helmholtz:

 Công thức phần tử hữu hạn của phương trình sóng [22]

Phương pháp số Galerkin sử dụng để xây dựng lại cho phương trình (3.6), nhân (3.6) với hàm dạng 𝑤 và tích phân trên miền thể tích và với một số thao tác biến đổi ta được:

1𝜌 𝑐 𝑤

𝜕 𝑝

4𝜇3𝜌 𝑐 𝛻

𝑛: Vector pháp tuyến hướng ra ngoài của điều kiện biên 𝛤

Từ phương trình cân bằng động lượng, vận tốc pháp tuyến trong điều kiện biên của miền âm thanh, được cho bởi:

𝜕 𝑝

4𝜇3𝜌 𝑐 𝛻

𝑢⃑ = chuyển vị của phần tử lưu chất

Sau đó kết hợp phương trình (3.12) và phương trình (3.12) sẽ cho ra (3.13): 1

𝜌 𝑐 𝑤𝜕 𝑝

4𝜇3𝜌 𝑐 𝛻

𝜌 𝛻𝑝 𝑑𝑉 + 𝑤𝜕𝑢⃑ ,

3𝜌 𝛻𝑄 𝑑𝑉  Cơ sở phần tử hữu hạn cho phương trình sóng đối lưu [22] Phương trình sóng đối lưu thứ hai được cho bởi:

𝜌 𝑐𝜕𝜕𝑡

𝐷 𝜑𝑑𝑡 + 𝛻.

1𝜌 𝛻𝜑 −

𝑣⃑𝜌 𝑐

𝜕𝑡+ 𝑣⃑ 𝛻 𝑞 = 𝑄 − 1

𝑐 [𝑗𝜔𝜌 𝜓 + 𝑣⃑ 𝛻(𝜌 𝜓)] Áp suất âm bắt nguồi từ:

𝑝 = −(𝑗𝜔𝜑 + 𝑣⃑ 𝛻𝜑)

Duy trì bởi phương trình (3.14) sử dụng phép biến đổi Galerkin Công thức (3.14) nhân với hàm dạng w và tích phân trên miền thể tích và với một số thao tác biến đổi ta được:

𝜌̄ 𝑤𝛻𝜑 𝑛𝑑𝑆 = −𝑗𝜔 𝑌 𝑤𝜑𝑑𝑆 −𝑗𝜔

𝜔 𝑌 (𝑣⃑ 𝛻𝑤)(𝑤 𝛻𝜑)𝑑𝑆 + 𝑤𝑌(𝑣⃑ 𝛻𝜑)𝑛 × 𝑣⃑ 𝑑𝑙⃑ − ∬ 𝑌 [𝑤(𝑣⃑ 𝛻𝜑) − (𝑣⃑ 𝛻𝑤)𝜑]𝑑𝑠 − ∮ Yw𝜑𝑛 × 𝑣⃑ 𝑑𝑙⃑ (3.15)