năm 2024 KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dành cho giảng viên hướng dẫn Tên đề tài: Tính toán kiểm tra, dựng Revit hệ thống HVAC
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ
Tầm quan trọng của điều hòa không khí
Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học – công nghệ, ngành điều hòa không khí cũng có những bước đột phá vượt bậc và trở nên ngày càng phổ biến, trở thành một phần không thể thiếu đối với đời sống con người Điều hòa tiện nghi được áp dụng rộng rãi hơn như trong khách sạn, nhà hàng, văn phòng, nhà ở, trên các phương tiện đi lại, chung cư, … Vì vậy, điều hòa không khí có thể xem như là một sự hỗ trợ đắc lực cho ngành kinh tế, giáo dục, nâng cao chất lượng sản phẩm, máy tính, viễn thông, điện tử, …
Giới thiệu một số hệ thống điều hoà không khí
Sau quá trình phát triển và hoàn thiện, chức năng và sự đa dạng về hệ thống điều hòa không khí đã đạt đến một tầm cao mới Bên cạnh việc làm mát, các hệ thống còn được cải tiến đa chức năng và tiện nghi hơn, như điều chỉnh độ ẩm, lọc bụi và thậm chí sưởi ấm Hệ thống điều hòa không khí theo tính tập trung gồm hai loại chính:
- Hệ thống điều hòa không khí cục bộ
- Hệ thống điều hòa không khí trung tâm
1.2.1 Hệ thống điều hoà không khí cục bộ
Hệ thống điều hòa không khí kiểu cục bộ là hệ thống chỉ các máy điều hòa trong một phạm vi hẹp, thường chỉ là một phòng riêng độc lập hoặc một vài phòng
Máy điều hoà kiểu cục bộ này gồm các loại như:
- Máy điều hoà kiểu rời (Split type – máy lạnh 2 cục)
- Máy điều hoà kiểu ghép (Multi - split type)
- Máy điều hoà kiểu rời, dạng tủ thổi trực tiếp
Hệ thống điều hoà không khí cục bộ có dàn nóng được giải nhiệt bằng gió
Một số máy điều hòa hiện nay được thể hiện ở hình 1.1 – 1.3
Hình 0.1 Máy điều hòa cục bộ kiểu rời [2]
Hình 0.2 Máy điều hòa cục bộ kiểu ghép [3]
Hình 0.3 Máy điều hoà cục bộ kiểu tủ đứng [4]
- Lắp đặt đơn giản, nhanh chóng
- Sử dụng đơn giản, các máy hoạt động độc lập
- Dễ dàng vệ sinh, bảo trì
- Ảnh hưởng bởi cách bố trí trực tiếp lên tường, không có tính thẩm mỹ
- Hiệu suất hoạt động bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường bên ngoài Thường chỉ được áp dụng cho các công trình nhỏ, không có yêu cầu quá khắt khe
1.2.2 Hệ thống điều hoà không khí trung tâm a Hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV/VRF
VRV tên tiếng anh là “Variable Refrigerant Volume”, là máy điều hòa được hãng Daikin phát triển với tên gọi độc quyền Còn VRF là viết tắt của từ tiếng Anh “Variable Refrigerant Flow”, đây là dạng điều hòa tương tự như VRV tuy nhiên nó sử dụng kí hiệu VRF để phân biệt với hệ thống điều hòa trung tâm VRV của Daikin Với tính năng điều chỉnh lưu lượng môi chất tuần hoàn bằng cách thay đổi tốc độ của máy nén thông qua tần số dòng điện Hệ thống sử dụng một hay nhiều dàn nóng ghép lại với nhau, và phân phối môi chất lạnh tới các dàn lạnh dành cho các công trình lớn, các toà nhà cao tầng, chung cư, …
Hình 0.4 Hệ thống VRV/VRF [5]
❖ Ưu điểm: Máy điều hoà VRV/VRF ra đời nhằm khắc phục nhược điểm của máy điều hoà cục bộ
- Có tính năng điều chỉnh lưu lượng môi chất qua biến tần
- Đảm bảo về tính thẩm mỹ của công trình
- Có tính năng điều chỉnh nhiệt độ phòng một cách độc lập, không làm ảnh hưởng tới nhiệt độ của các khu vực khác
- Chênh lệch độ cao khoảng 50m khi đặt dàn nóng thấp hơn dàn lạnh và ngược lại có thể chênh lệch khoảng 90m khi đặt dàn lạnh thấp hơn
- Độ dài ống dẫn môi chất lạnh có thể lên đến 1000m
- VRV có dải công suất lớn, độ tin cậy cao
- Dàn nóng giải nhiệt bằng gió, hiệu quả trao đổi nhiệt thấp và phải phụ thuộc vào khí hậu từng vùng
- Vì chiều dài ống bị giới hạn nên chỉ phù hợp cho các công trình vừa và nhỏ do
- Số dàn lạnh bị hạn chế, thích hợp cho các hệ thống công suất lạnh vừa, đối với các hệ thống có công suất lớn sẽ ưu tiên sử dụng hệ thống Water Chiller
- Chi phí lắp đặt ban đầu, bảo trì và vận hành thường cao hơn so với các hệ thống điều khác b Hệ thống điều hòa không khí trung tâm Watter Chiller
Hệ thống điều hoà trung tâm Chiller là hệ thống sản xuất nước lạnh và vận chuyển nước lạnh đến tải tiêu thụ AHU, FCU, PAU
Hình 0.5 Cụm máy làm lạnh nước giải nhiệt nước [6]
Hình 0.6 Hệ thống điều hòa trung tâm Water Chiller [7]
❖ Phân loại hệ thống lạnh Chiller:
- Hệ thống điều hoà không khí trung tâm Water Chiller giải nhiệt bằng gió
Có nhược điểm là bị phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh nên hiệu suất không cao, khi nhiệt độ môi trường cao thì hiệu suất hệ thống giảm Thường được sử dụng trong các công trình vừa và nhỏ
- Hệ thống điều hoà không khí trung tâm Water Chiller giải nhiệt bằng nước
Sử dụng nước để giải nhiệt, làm tăng hiệu quả giải nhiệt cho môi chất lạnh
Có cấu tạo giống Water Chiller giải nhiệt gió nhưng được trang bị thêm hệ thống bơm nước giải nhiệt, đường ống nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt
- Có vòng tuần hoàn môi chất là nước, đơn giản và dễ kiểm soát
- Điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm tùy theo chức năng từng phòng độc lập, có tính ổn định và duy trì điều kiện vi khí hậu tốt nhất
- Thích hợp cho các công trình lớn như khách sạn, toà văn phòng với mọi chiều cao và độ dài kết nối với dàn lạnh không bị giới hạn
- Vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ, mỹ quan công trình
- Công suất lạnh lớn và đa dạng
- Yêu cầu về lắp đặt, sửa chữa, bảo trì và vận hành cần nguồn lực có kiến thức chuyên môn cao
- Lắp đặt ở những nơi có nguồn nước để cấp bù khi cần thiết, phải có hệ thống bơm nước đáp ứng được lưu lượng và cột áp
- Hệ thống sử dụng nước làm chất tải lạnh nên tổn thất lớn hơn so với các hệ thống sử dụng môi chất là gas
- Chi phí đầu tư các trang thiết bị lớn.
Tầm quan trọng của đề tài
Khi đời sống con người ngày càng được cải thiện thì nhu cầu về chất lượng cuộc sống cũng không ngừng phát triển, nhu cầu về sử dụng điều hòa trong các không gian làm việc và giải trí ngày càng lớn và sẽ không ngừng phát triển ĐHKK đã và đang đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống phát triển của con người, có mặt tại hầu hết các tòa nhà, trung tâm thương mại, siêu thị, trường học, văn phòng, khách sạn … Thậm chí đến cả bệnh viện, phòng mổ, phòng điều trị - những khu vực cần sự kiểm soát chặt chẽ về chất lượng không khí, nhiệt độ, độ ẩm,… ĐHKK cũng đang có mặt và đóng vai trò chủ đạo trong việc duy trì và nâng cao chất lượng phục vụ con người
Với sự ưu tiên về sự tiện nghi, tạo một môi trường nghỉ ngơi thoải mái, dễ chịu Hệ thống điều hòa không khí tại khách sạn H5 đóng vai trò vô cùng quan trọng Hệ thống duy trì một nhiệt độ lý tưởng, kiểm soát độ ẩm, sàng lọc, xử lý và loại bỏ bụi bẩn có trong không khí và đưa vào không gian điều hòa, tạo ra một môi trường trong lành và thoải mái cho khách hàng cũng như môi trường làm việc cho nhân viên tại đây
Với sự cấp thiết từ nhu cầu trên, nhóm đã quyết định chọn đề tài: “Tính toán kiểm tra, dựng revit hệ thống HVAC và mô phỏng điều kiện tiện nghi khách sạn H5” Trong
7 đó tính toán bằng phương pháp Carrier và sử dụng phần mềm Heatload - Daikin để so sánh với thông số mà công trình đã đưa ra và thiết kế, tính toán chọn thiết bị cho toàn bộ hệ thống HVAC, dựng mô hình 3D công trình bằng phần mềm Revit và mô phỏng CFD
Qua công trình này, nhóm có cơ hội tổng hợp và áp dụng các kiến thức đã học vào tính toán cho công trình, đồng thời là cơ hội để nhóm có thêm kinh nghiệm thực tế trong việc triển khai thiết kế một hệ thống ĐHKK cho một công trình, có thể hỗ trợ rất nhiều cho công việc tương lai sau này.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài: “Tính toán kiểm tra, dựng Revit hệ thống HVAC và mô phỏng điều kiện tiện nghi khách sạn H5” Là:
- Mục tiêu tính toán, kiểm tra tải lạnh và hệ thống thông gió, tăng áp, hút khói của công trình nhằm đảm bảo rằng công trình được thiết kế phù hợp với các tiêu chuẩn và quy chuẩn trong nước lẫn ngoài nước Nâng cao hơn nữa là nhìn nhận và đánh giá hiệu quả năng lượng của công trình, đưa ra các giải pháp năng lượng tối ưu nhất nếu phù hợp
- Triển khai mô hình 3D hệ thống ĐHKK và thông gió bằng phần mềm Revit với mục tiêu kiểm soát được va chạm, xung đột giữa các hệ thống với nhau, giảm thiểu rủi ro khi thi công thực tế Ngoài ra, xây dựng mô hình 3D sẽ là nền tảng cơ bản để hướng đến mục tiêu xây dựng mô hình thông tin công trình (BIM: Building Information Modeling)
- Mô phỏng CFD nhằm đánh giá mức độ tiện nghi trong không gian điều hòa Từ đó ta có thể đánh giá sự hiệu quả của các giải pháp thiết kế, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và có thể đưa ra những phương án điều chỉnh tối ưu nhất.
Giới thiệu công trình
Khách sạn H5 là một phần của tổ hợp khu du lịch Thung lũng Đại Dương (Ocean Valley) nằm trong dự án NOVAWORLD - thành phố Phan Thiết
Tọa lạc tại xã Tiến Thành - thành phố Phan Thiết- tỉnh Bình Thuận với quy mô 27.000m 2 Khách sạn H5 có kiến trúc mang phong cách Santorini của Hy Lạp, cao 10 tầng với 250 phòng ở cao cấp, nhiều tiện ích như nhà hàng, phòng họp, hồ bơi, phòng gym Khách sạn đem đến cho khách hàng sự hài lòng tuyệt đối từ vẻ đẹp mĩ quan, kiến
8 trúc đến những tiện nghi và sự phục vụ chuyên nghiệp đến từ đội ngũ nhân viên cao cấp và chuyên nghiệp của khách sạn
1.5.1 Cấu trúc tổng quan của công trình
Với quy mô diện tích 27.000 m 2 bao gồm 2 tầng thương mại, 7 tầng cao cấp phục vụ cho nhu cầu chính của khách sạn và tầng mái Sơ đồ các tầng của khách sạn H5 được thể hiện ở Hình 1.8
Hình 0.8 Sơ đồ các tầng của khách sạn H5 [9]
1.5.2 Thống kê diện tích công trình tính toán
Dựa vào bản vẽ kiến trúc của công trình, xác định các thông số cần thiết như Bảng 1.1
Bảng 0.1 Các thông số diện tích sàn vùng điều hòa
Phòng thay đồ - vệ sinh nữ 28 2,5 70
Phòng bếp bar 48 3 144 phòng thay đồ - vệ sinh nam 34 2,5 85
Nhà vệ sinh nhân viên nữ 52,9 3 158,7
Nhà vệ sinh nhân viên nam 52,9 3 158,7
Phòng sơ chế hải sản 14 3 42
Phòng sơ chế rau củ 22 3 66
Phòng an ninh & trực PCCC 32 2,7 86,4
Nhà vệ sinh nam số 1 35,4 2,5 88,5
Nhà vệ sinh nữ số 1 33 2,5 82,5
Phòng chăm sóc trẻ em 7,6 2,5 19
Sảnh đón và giải lao 313,69 4,35 1364,55
Phòng vui chơi trẻ em 67 3,4 227,8
Phòng họp nhân viên 18 chỗ ngồi 47,6 3,4 161,84
Chăm sóc sức khỏe spa 1 12 3,4 40,8
Chăm sóc sức khỏe spa 2 11,5 3,4 39,1
Chăm sóc sức khỏe spa 3 14,8 3,4 50,32
Chăm sóc sức khỏe spa 4 20,5 3,4 69,7
Chăm sóc sức khỏe spa 5 12,1 3,4 41,14
Chăm sóc sức khỏe spa 6 16,6 3,4 56,44
Văn phòng điều hành (operator rm) 23,5 3,4 79,9
Văn phòng điều hành HR 11 3,4 37,4
Văn phòng điều hành DOS 8,5 3,4 28,9
Văn phòng điều hành DOSM 9,11 3,4 30,974
Văn phòng điều hành EAM 8,6 3,4 29,24
Văn phòng điều hành FINANCE 8,1 3,4 27,54
Văn phòng điều hành FINANCE 10 3,4 34
Phòng tư vấn khách hàng 29 3,4 98,6
Nhà vệ sinh nam số 2 28,8 2,5 72
Nhà vệ sinh nữ số 2 25,4 2,5 63,5
Nhà vệ sinh nam số 3 32,2 3,4 109,48
Nhà vệ sinh nữ số 3 32,2 3,4 109,48
Văn phòng trong bếp chính 6,4 3 19,2 kho chứa trong bếp chính 11 3 33
1.5.3 Cơ sở tính toán kiểm tra điều hoà không khí
Hệ thống điều hoà không khí cần đảm bảo được các thông số sau: Đối với công trình khách sạn H5 với việc phục vụ đa chức năng – khách sạn tích hợp nhiều dịch vụ nhà hàng, khu vui chơi chăm sóc trẻ em, spa, phòng tập, … Do đó, việc lựa chọn hệ thống Water Chiller là giải pháp phù hợp với giá trị của công trình
Hệ thống Water Chiller gồm có 3 chiller giải nhiệt bằng nước và được đặt tại phòng máy chiller ở tầng 1 Thông số nước lạnh vào/ra của bình bay hơi là 15 o C / 7 o C
Vòng tuần hoàn nước lạnh cung cấp cho các tải sẽ được kết nối với các chiller lại với nhau và thông qua 1 cụm bơm nước lạnh (sử dụng 4 bơm lưu lượng biến tần VFD, 3 chạy/ 1 dự phòng) vận chuyển nước lạnh cho toàn bộ tòa nhà
Việc giải nhiệt cho chiller sẽ thông qua tháp giải nhiệt giải nhiệt cho tất cả các chiller và được đặt tại tầng kỹ thuật Vòng tuần hoàn nước giải nhiệt các chiller thông qua 1 cụm bơm đặt tại phòng máy tầng kỹ thuật (bao gồm 4 bơm nước biến tần VFD giải nhiệt, 3 chạy/1 dự phòng), Chiller, bơm, quạt tháp giải nhiệt sử dụng biến tần tiết kiệm năng lượng
Bố trí hệ thống AHU, hệ thống cấp gió tươi, gió thải, thải nước ngưng từ AHU
TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA PHỤ TẢI LẠNH
Tính toán phụ tải lạnh
2.1.1 Chọn thông số tính toán Để tính toán cho hệ điều hòa không khí ta cần phải xác định các thông số tiện nghi trong nhà cũng như điều kiện ngoài nhà (xem Bảng 2.1 – 2.5) gồm các đại lượng sau:
- Độ ồn cho phép trong phòng Lp (db)
- Lượng khí tươi cung cấp LN (m 3 /s)
Theo tiêu chuẩn, tùy theo mức độ quan trọng của công trình mà hệ thống điều hòa không khí được chia làm 3 cấp:
- Hệ thống điều hoà không khí cấp I: Hệ thống điều hoà không khí có khả năng duy trì các điều kiện vi khí hậu trong nhà, độc lập với môi trường bên ngoài, không được phép sai số
- Hệ thống điều hoà không khí cấp II: Hệ thống điều hoà không khí có khả năng duy trì các điều kiện vi khí hậu trong nhà với sai số không quá 200 giờ/năm
- Hệ thống điều hoà không khí cấp III: Hệ thống điều hoà không khí có khả năng duy trì các điều kiện vi khí hậu trong nhà với sai số không quá 400 giờ/năm
Việc phân loại hệ thống điều hoà không khí theo mức độ quan trọng chỉ mang tính tương đối Lựa chon mức độ quan trọng của hệ thống là theo yêu cầu của khách hàng và công năng thực tế của công trình Tuy nhiên đối với hầu hết các loại công trình, hệ thống điều hoà không khí cấp III là được ứng dụng phổ biến nhất Đối với những công trình đặc biệt có những yêu cầu khắt khe về xử lý không khí như phòng sạch, phòng mổ thì hệ thống điều hoà không khí loại I được ưu tiên
Với các phân tích trên, dựa trên yêu cầu của chủ đầu tư và đặc điểm của công trình, khách sạn H5 chọn để tính là hệ thống điều hoà không khí cấp II Các thông số trong nhà cần được duy trì như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, độ ồn, … và đồng thời cũng phải đảm bảo tỉ lệ hoà trộn không khí thích hợp để đáp ứng được mức độ làm lạnh phù hợp a Chọn thông số thiết kế trong nhà:
Tra Phụ lục A tài liệu [11], ta có Thông số tính toán của không khí bên trong nhà dùng để thiết kế ĐHKK đảm bảo điều kiện tiện nghi nhiệt thể hiện ở Bảng 2.1
Bảng 0.1 Thông số tính toán của không khí bên trong nhà dùng để thiết kế ĐHKK đảm bảo điều kiện tiện nghi nhiệt (trích Phụ lục A – TCVN 5687: 2010)
Thứ tự Trạng thái lao động
Nhiệt độ t, ˚C Độ ẩm tương đối φ,
Nhiệt độ t, ˚C Độ ẩm tương đối φ,
Công năng của công trình là thương mại, đồng thời cũng là khu nghỉ dưỡng, ăn uống nên ta chọn trạng thái lao động nhẹ
Vì nước ta là nước nhiệt đới nên không cần phải xét đến thông số mùa đông, đồng thời sử dụng phần mềm Psychrometric Calculator, ta chọn thông số điều hoà cho không gian trong phòng như Bảng 2.2
Bảng 0.2 Thông số tính toán trong nhà
Nhiệt độ tT ( o C) Độ ẩm tương
I (kJ/kg.kkk) Độ chứa hơi d (g/kg.kkk)
Nhiệt độ điểm sương tS ( o C)
Tốc độ không khí xung quanh ảnh hưởng nhiều đến cường độ trao đổi nhiệt và thoát mồ hôi giữa cơ thể với môi trường xung quanh
Khi vận tốc gió quá lớn mà nhiệt độ không khí xuống thấp, cơ thể sẽ bị mất nhiệt và cho ta cảm giác lạnh vì vậy mà tốc độ gió tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, cường độ lao động, tình trạng sức khoẻ, …
Lưu lượng không khí tươi đảm bảo vệ sinh cho các phòng mà còn phải tính toán để pha loãng các chất độc hại và mùi toả ra khỏi cơ thể con người khi hoạt động, vui chơi và các thiết bị khác trong phòng Theo Bảng 4.19 tài liệu [10], ta có lượng không khí tươi cần cấp cho 1 người ứng với các chức năng phòng được thể hiện ở Bảng 2.3
Bảng 0.3 Lượng không khí tươi l cần cho 1 người, l/s
Chức năng phòng Lưu lượng không khí tươi l cần 1 người, l/s
Cửa hàng, căn tin, kho 5
Văn phòng, nhà hàng ăn uống 7,5
• Độ ồn cho phép: Độ ồn được coi là yếu tố quan trọng gây ô nhiễm môi trường nên cần được khống chế, đặc biệt với điều hòa tiện nghi, Bộ Xây dựng Việt Nam đã ban hành TCXDVN
175 – 2005: Mức ồn tối đa cho phép trong công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế, Độ ồn cho phép chọn cho công trình này là 55dB b Chọn thông số thiết kế ngoài nhà
Tham khảo phụ lục B - TCVN 5687: 2010 và thông số đầu vào dự án ta chọn thông số thiết kế bên ngoài trời cho khách sạn H5 Địa điểm: thành phố Phan Thiết Thông số tính toán bên ngoài cho hệ thống điều hòa không khí được thể hiện ở Bảng 2.4
Bảng 0.4 Thông số tính toán ngoài nhà
Nhiệt độ tN ( o C) Độ ẩm tương đối
I (kJ/kg.kkk) Độ chứa hơi d (g/kg.kkk)
Nhiệt độ điểm sương tS ( o C)
2.1.2 Tính tải lạnh bằng phương pháp Carrier
Có nhiều phương pháp tính toán cân bằng nhiệt ẩm, nhưng nhóm em xin chọn phương pháp tính toán cân bằng nhiệt ẩm theo phương pháp Carrier Ta tính toán năng suất lạnh Q0 bằng cách tính tổng nhiệt hiện thừa Qht và nhiệt ẩn thừa Qat của mọi nguồn nhiệt toả ra (xem Hình 2.1) và thẩm thấu vào phòng cần điều hoà Theo phương pháp Carrier: a Nhiệt bức xạ qua kính Q 11
Ngày nay, các công trình thường sử dụng kính để làm vách bao che, ngoài việc sử dụng ánh sáng ngoài tự nhiên, việc sử dụng kính còn giúp tăng tính thẩm mỹ cho công trình, tuy nhiên việc sử dụng kính làm lượng nhiệt tỏa ra do bức xạ dễ dàng xâm nhập vào phòng
Nhiệt bức xạ qua kính được xác định theo biểu thức:
Nhiệt hiện thừa Q ht do Nhiệt ẩn thừa Q at do
Hình 0.1 Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier [10]
- nt: Hệ số tác dụng tức thời
- Q ’ 11: Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng
Lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính phòng:
- Fk: Diện tích bề mặt kính cửa sổ có khung thép, m 2 , nếu khung gỗ thì lấy 0,85F
- RT: Nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính vào phòng (W/m 2 )
- 𝜀 𝑐 : Hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển, tính theo công thức:
1000× 0,023 (2.4) Độ cao của công trình khách sạn H5 ở TP Phan Thiết xem như cao bằng mực nước biển, chọn 𝜀 𝑐 = 1
Thành lập và tính toán sơ đồ điều hoà không khí
2.2.1 Lựa chọn sơ đồ điều hoà không khí
Thành lập sơ đồ điều hoà không khí với mục đích xác định các quá trình thay đổi trạng thái của không khí trên đồ thị I – d
Sơ đồ điều hoà không khí được thành lập dựa trên các cơ sở: điều kiện khí hậu địa phương nơi lắp đặt công trình, yêu cầu về tiện nghi, các kết quả tính toán cân bằng nhiệt, cân bằng ẩm, thỏa mãn điều kiện vệ sinh và an toàn cho sức khoẻ con người
Nếu điều kiện vệ sinh không thỏa mãn thì phải tiến hành sấy nóng không khí tới nhiệt độ tV = tT – a rồi mới cho thổi vào phòng
Tùy thuộc vào đặc trưng, ưu nhược điểm của công trình và tầm quan trọng của ĐHKK mà ta lựa chọn sơ đồ điều hoà không khí cho phù hợp
Có ba dạng sơ đồ điều hoà không khí:
Sơ đồ thẳng: là sơ đồ không sử dụng tái tuần hoàn không khí, toàn bộ gió tươi được lấy từ không khí ngoài trời đưa qua dàn lạnh rồi thổi vào không gian điều hòa, sau đó được đưa ra ngoài Sơ đồ thẳng được sử dụng trong các trường hợp sau:
+ Không gian lắp đặt hạn chế nên không thể triển khai kênh gió hồi
+ Khi trong phòng điều hòa có nhiều chất gây ô nhiễm, nhiều khí độc
- Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp:
Sơ đồ tuần hoàn không khí 1 cấp: tái sử dụng lại nhiệt từ không khí tuần hoàn (gió hồi) từ không gian điều hòa, người ta sử dụng điều hoà không khí 1 cấp Với ưu điểm vượt trội như vậy, sơ đồ này được sử dụng khá rộng rãi trong các lĩnh vực điều hòa
- Sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp:
Sơ đồ tuần hoàn không khí 2 cấp: được sử dụng trong trường hợp nhiệt độ thổi vào không gian điều hòa quá thấp, không thỏa mãn điều kiện vệ sinh Sơ đồ này có thể khắc phục được nhược điểm của sơ đồ 1 cấp đó là không cần phải sử dụng thiết bị sấy cấp 2
Sơ đồ tuần hoàn không khí cấp 2 thì có thể kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ không khí thổi vào phòng mà không cần sử dụng thiết bị sấy
Qua những phân tích vừa rồi, hệ thống điều hoà không khí và thông gió trên bản vẽ mặt bằng bố trí thiết bị của công trình thì nhóm chúng em xác định được công trình này sử dụng sơ đồ điều hoà không khí tuần hoàn 1 cấp với không khí đầu vào của FCU chính là sản phẩm không khí được làm lạnh, lọc bụi của PAU
Bản vẽ mặt bằng bố trí FCU ở phòng chăm sóc sức khỏe Spa 1 được thể hiện ở Hình 2.2
Hình 0.2 Bản vẽ mặt bằng bố trí thiết bị của công trình
Hệ thống điều hoà không khí của công trình sử dụng sơ đồ điều hoà không khí tuần hoàn 1 cấp có những đặc điểm sau: Ưu điểm:
- Có thể tận dụng được nhiệt hồi từ không gian điều hòa nên năng suất làm lạnh và xử lý ẩm của FCU được giảm so với sơ đồ thẳng, từ đó giúp giảm chi phí nhất định trong quá trình sử dụng lâu dài
- Được sử dụng rộng rãi nhất vì hệ thống tương đối đơn giản, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh, vận hành không phức tạp và có tính kinh tế cao
- Sơ đồ có tái tuần hoàn không khí nên chi phí đầu tư tăng so với sơ đồ thẳng Hệ thống đòi hỏi phải có thiết bị sấy cấp 2 để sấy nóng không khí khi không thỏa mãn điều kiện vệ sinh, ngoài ra phải trang bị thêm thiết bị như đường ống và miệng gió hồi, làm tăng chi phí đầu tư ban đầu cũng như thời gian thu hồi vốn
Sơ đồ điều hoà không khí 1 cấp được thể hiện ở Hình 2.3
Hình 0.3 Sơ đồ điều hoà không khí tuần hoàn 1 cấp
P: Trạng thái không khí sau PAU T: Trạng thái không khí bên trong
H: Trạng thái hoà trộn của không khí ngoài trời và không khí tuần hoàn bên trong
O: Trạng thái không khí sau FCU
V: Trạng thái tại miệng thổi
LN: Lưu lượng gió tươi
LT: Lưu lượng gió tuần hoàn bên trong (Gió hồi)
L: Lưu lượng không khí sau khi ra khỏi buồng hoà trộn
QT: Nhiệt thừa của phòng
WT: Ẩm thừa của phòng
1, Cửa lấy gió (có van điều chỉnh)
4, Thiết bị xử lý không khí
Nguyên lý hoạt động: Trạng thái không khí ngoài trời có trạng thái N (tN,φN) với lưu lượng LN qua cửa lấy gió có van điều chỉnh (1), được quạt hút vào bộ xử lí không khí sơ bộ PAU Ở đây diễn ra quá trình xử lí nhiệt ẩm sơ bộ, kết quả là lượng không khí có trạng thái P (tP,φP) Sau đó không khí được đưa đến buồng hòa trộn (3) Tại đây diễn ra quá trình hoà trộn giữa không khí sau PAU với không khí tuần hoàn có trạng thái T (tT,φT) với lưu lượng LT Không khí hỗn hợp sau khi hòa trộn có trạng thái H (tH,φH) sẽ được đưa đến thiết bị xử lý không khí FCU (4) được xử lý nhiệt ẩm, tại đây nó được xử lý đến trạng thái O, tổng lưu lượng gió tươi LP và gió tuần hoàn LT chính là L, sau đó được quạt gió cấp (5) thổi qua kênh gió cấp (6) vào miệng gió cấp (7) đi vào phòng Trạng thái không khí sau khi ra khỏi miệng gió cấp có trạng thái V (tV,φV) vào phòng nhận nhiệt thừa QT và ẩm thừa WT và tự thay đổi trạng thái từ V đến T Sau đó một phần không khí được thải ra ngoài qua cửa thải gió và một phần lớn được hồi về qua các miệng hút theo kênh hồi gió và chu trình cứ thế tiếp diễn
2.2.2 Tính toán sơ đồ điều hoà không khí Để tính toán sơ đồ ĐHKK tuần hoàn một cấp cần thực hiện các bước sau:
- Xác định toàn bộ lượng nhiệt hiện và ẩn của không gian điều hòa và do gió tươi mang vào
- Xác định tổng nhiệt hiện Qh
- Xác định tổng nhiệt ẩn Qa
- Xác định Qo – tổng lượng nhiệt hiện và nhiệt ẩn
- Xác định hệ số đi vòng εBF
- Xác định điểm nút N (không khí ngoài trời), điểm nút T (không gian điều hòa), điểm nút G (điểm gốc)
- Xác định εhf, εht, εhef và kẻ các đường RSHF, GSHF, ESHF tương ứng
- Từ điểm T kẽ đường thẳng song song với ESHF cắt φ = 100% tại S
- Từ S kẽ đường thẳng song song với GSHF cắt đoạn NT tại điểm H
- Từ điểm T kẽ đường thẳng song song với RSHF, cắt SH tại V Từ đó tìm được tV
- Kiểm tra điều kiện vệ sinh của không khí trước khi thổi vào phòng a Điểm gốc G và hệ số nhiệt hiện SHF (Sensible Heat Factor)
Trên đồ thị t - d, điểm gốc G (như Hình 2.4) tại nhiệt độ 24 o C và có độ ẩm tương đối φ = 50% Thang chia hệ số nhiệt hiện SHF được đặt bên phải của ẩm đồ
Hình 0.4 Điểm gốc G (t = 24oC, φ = 50%) và thang chia nhiệt hiện SHF b Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (ε hf )
Hệ số nhiệt hiện phòng εhf là tỉ số giữa thành phần nhiệt hiện trên tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn, không tính tới thành phần nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang vào
RSHF biểu diễn tia quá trình tự biến đổi không khí trong buồng lạnh
Hệ số nhiệt hiện phòng được xác định bằng biểu thức:
Qhf – Tổng nhiệt hiện của không gian điều hòa, W
Qaf – Tổng nhiệt ẩn của không gian điều hòa, W
Tính ví dụ cho phòng chăm sóc sức khỏe Spa 1:
- Hệ số nhiệt hiện phòng:
1,97 + 0,132= 0,94 c Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (ε ht )
Hệ số nhiệt hiện tổng εht là độ nghiêng của tia quá trình từ điểm hòa trộn H đến điểm thổi vào V, là quá trình dàn lạnh tiến hành làm lạnh và khử ẩm không khí được hòa trộn giữa gió tươi bên ngoài cấp vào và gió hồi từ không gian điều hòa
Qh – Thành phần nhiệt hiện của không gian điều hòa, kể cả nhiệt hiện của gió tươi mang vào, W
Qa – Thành phần nhiệt ẩn của không gian điều hòa, kể cả nhiệt ẩn của gió tươi mang vào, W
Ví dụ tính cho phòng chăm sóc sức khỏe Spa 1:
- Hệ số nhiệt hiện tổng:
2,16 + 1,12= 0,66 d Hệ số đi vòng (ε BF )
Hệ số đi vòng εBF là tỉ số giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với bề mặt dàn so với tổng lượng không khí đi qua dàn lạnh
- GH: Lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm, kg/s
- GO: Lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh có trao đổi nhiệt ẩm, kg/s
Tính tải lạnh bằng phần mềm Heatload Daikin
2.3.1 Kết quả sau khi tính toán
Kết quả tính toán tải lạnh các khu vực ở tầng 1 bằng phần mềm Heatload Daikin được trình bày dưới Bảng 2.9
Bảng 0.9 Kết quả tải lạnh bằng phần mềm Heatload của các khu vực
Phòng thay đồ - vệ sinh nữ 4,906
Phòng thay đồ - vệ sinh nam 5,293
Nhà vệ sinh nhân viên nữ 6,669
Nhà vệ sinh nhân viên nam 7,425 bếp nhân viên 8,708
Phòng sơ chế hải sản 2,6
Phòng sơ chế rau củ 4,2
Phòng an ninh & trực PCCC 6,63
Nhà vệ sinh nam số 1 5,38
Nhà vệ sinh nữ số 1 5,13
Phòng chăm sóc trẻ em 2,286
Sảnh đón và giải lao 77,423
Phòng vui chơi trẻ em 8,158
Phòng họp nhân viên 18 chỗ ngồi 8,408
Chăm sóc sức khỏe spa 1 2,569
Chăm sóc sức khỏe spa 2 2,322
Chăm sóc sức khỏe spa 3 3,396
Chăm sóc sức khỏe spa 4 4,67
Chăm sóc sức khỏe spa 5 2,337
Chăm sóc sức khỏe spa 6 3,07
Văn phòng điều hành (operator rm) 4,19
Văn phòng điều hành HR 2,178
Văn phòng điều hành DOS 1,985
Văn phòng điều hành DOSM 2,05
Văn phòng điều hành EAM 2,053
Văn phòng điều hành FINANCE 2,033
Văn phòng điều hành FINANCE 2,101
Phòng tư vấn khách hàng 6,906
Sảnh thang máy khách 1 9,244 nhà vệ sinh nam số 2 5,169 nhà vệ sinh nữ số 2 4,155 nhà vệ sinh nam số 3 5,374 nhà vệ sinh nữ số 3 5,327
Bếp chính 33,691 văn phòng nằm trong bếp chính 1,123 kho chứa nằm trong bếp chính 0,641
2.3.2 So sánh kết quả tính toán công suất lạnh lý thuyết và công suất lạnh bằng phần mềm và thiết kế ban đầu
Kết quả so sánh tính toán công suất lạnh lý thuyết và công suất lạnh bằng phần mềm và thiết kế ban đầu được thể hiện ở Bảng 2.10
Bảng 0.10 Bảng kết quả so sánh tính toán và biểu đồ công suất lạnh lý thuyết và công suất lạnh bằng phần mềm và thiết kế ban đầu
Thông số công trình (kW)
Chênh lệch tải tính tay đối với công trình (%)
Chênh lệch heatload đối với công trình (%) Phòng trực kĩ thuật 5,64 5,12 5,236 9,18 7,16 Phòng thay đồ - vệ sinh nữ 5,64 5,59 4,906 0,91 13
Phòng thay đồ - vệ sinh nam 5,64 6,22 5,293 10,27 6,15
Căn tin nhân viên 36 32,68 30,222 9,23 11,05 phòng nghỉ nhân viên 2,14 2,26 2,24 5,6 4,63
Nhà vệ sinh nhân viên nữ 7,67 8,28 6,669 7,97 13,05 Nhà vệ sinh nhân viên nam 7,67 8,97 7,425 16,91 3,19
Phòng sơ chế hải sản 2,82 2,55 2,6 9,64 7,87
Phòng sơ chế rau củ 3,42 3,45 4,2 0,98 22,9
Phòng an ninh & trực PCCC 7,67 7,30 6,63 4,87 13,6
Nhà vệ sinh nam số 1 5,64 6,32 5,38 12,1 4,61
Nhà vệ sinh nữ số 1 5,64 5,54 5,13 1,85 9,13
Phòng chăm sóc trẻ em 2,14 2,18 2,286 1,72 6,82 Phòng họp 192 chỗ 80,2 76,47 78,072 4,66 2,65 Phòng hội nghị, tiệc 260 284,8 235,52 9,54 9,41 Sảnh đón và giải lao 78 71,37 77,423 8,50 0,74 Nhà hàng chính tầng 2 122,5 112,7 106,0 8,00 13 Phòng vui chơi trẻ em 7,67 8,38 8,158 9,24 6,36 Sảnh thang máy khách 2 6,18 6,74 5,66 9,10 8,4
Phòng họp nhân viên 18 chỗ ngồi 8,5 7,97 8,408 6,20 1,08
Chăm sóc sức khỏe spa 1 2,82 3,12 2,569 10,7 8,9 Chăm sóc sức khỏe spa 2 2,82 2,19 2,322 22,25 13.89 Chăm sóc sức khỏe spa 3 3,42 3,53 3,396 3,24 0,7
Chăm sóc sức khỏe spa 4 4,16 4,61 4,67 10,79 12,36 Chăm sóc sức khỏe spa 5 2,82 2,11 2,337 25,35 17,13 Chăm sóc sức khỏe spa 6 2,82 3,33 3,07 18,21 9,6
Văn phòng điều hành 1 11,61 10,58 11,023 8,86 5,06 Văn phòng điều hành 2 4,16 4,25 4,063 2,25 2,33 Văn phòng điều hành 3 1,49 1,49 1,698 0,13 13,96
Văn phòng điều hành HR 2,14 1,92 2,178 10,08 1,78 Văn phòng điều hành DOS 2,14 1,79 1,985 16,54 7,24 Văn phòng điều hành DOSM 2,14 1,84 2,05 14,10 4,11 Văn phòng điều hành F&B 2,14 1,79 2,001 16,57 6,50
Văn phòng điều hành EAM 2,14 1,86 2,053 13,03 4,07
Phòng tư vấn khách hàng 7,67 7,80 6,906 1,69 9,96
Sảnh thang máy khách 1 8,5 7,74 9,244 8,92 8,75 Nhà vệ sinh nam số 2 6,18 5,10 5,169 17,44 16 nhà vệ sinh nữ số 2 4,63 3,96 4,155 14,45 10,26 nhà vệ sinh nam số 3 6,18 5,68 5,374 8,05 13,04 nhà vệ sinh nữ số 3 6,18 5,63 5,327 8,95 13,80
1,37 6,41 văn phòng nằm trong bếp chính 1,11 1,123 kho chứa nằm trong bếp chính 0,81 0,641
Hành lang khách F3 trái 4,16 4,49 4,86 7,81 7,8 Sảnh TM khách F3 trái 7,76 8,00 7,56 3,10 2,28 Hành lang khách F3 phải 4,16 4,52 4,62 8,54 11,28 Sảnh TM khách F3 phải 7,76 8,00 8,635 3,10 2,58 Hành lang khách F4 trái 4,16 4,49 4,86 7,81 7,81 Sảnh TM khách F4 trái 7,76 7,61 7,77 1,89 0,09 Hành lang khách F4 phải 4,16 4,53 4,71 8,87 13
Hành lang khách F5 trái 4,16 4,42 4,834 6,15 7,20 Sảnh TM khách F5 trái 7,76 7,61 7,578 1,98 2,98 Hành lang khách F5 phải 4,16 4,46 4,68 7,20 11,03 Sảnh TM khách F5 phải 7,76 7,61 7,53 1,98 2,98 Hành lang khách F6 trái 4,16 4,49 4,25 7,95 1,05
Hành lang khách F7 trái 4,16 4,38 4,23 5,18 1,63 Sảnh TM khách F7 trái 7,76 7,61 7,53 1,89 2,98
Hành lang khách F8 trái 4,16 4,45 4,36 6,96 1,2 Sảnh TM khách F8 trái 7,76 7,62 7,53 1,80 2,98 Hành lang khách F8 phải 4,16 4,55 4,24 9,30 1,98
Sảnh TM khách F8 phải 7,76 7,62 7,56 1,80 2,98 Sảnh TM khách F9 trái 13,55 13,29 12,074 1,92 10,89 Sảnh TM khách F9 phải 13,55 13,67 12,433 0,86 8,24 Premier lounge VIP 4,16 4,24 3,562 1,96 14,38
Phòng tiêu chuẩn L4,KR 3,88 4,2 4,45 8,43 14,36 Phòng tiêu chuẩn L3,HA 3,88 4,24 4,33 9,35 11,6 Phòng tiêu chuẩn L4,TW2 3,88 4,08 3,76 5,18 3,09 Phòng tiêu chuẩn L4,TW1 3,88 3,94 4,39 1,61 13,19 Phòng gia đình L4.FA2 7,76 8,48 8,58 9,32 10,62
Tính toán kiểm tra và chọn thiết bị chính hệ thống
2.4.1 Lựa chọn hãng cung cấp
Với việc chủ đầu tư yêu cầu lựa chọn hệ thống điều hòa không khí đến từ hãng Daikin, ta chỉ việc đáp ứng nhu cầu của nhà đầu tư Đồng thời Daikin cũng là nhãn hiệu điều hòa không khí đáng tin cậy với đa dạng các mẫu sản phẩm, dễ dàng đáp ứng nhu cầu của khách hàng và là sự lựa chọn hợp lí để đảm bảo chất lượng
Việc chọn các sản phẩm Chiller và AHU của hãng Daikin được dựa trên catalogue của hãng trên trang chủ chính thức, đảm bảo dễ dàng trong việc đặt hàng và bảo trì bảo dưỡng về sau này
2.4.2 Tính chọn AHU, FCU và PAU cho công trình
AHU (Air Handling Unit) là thiết bị xử lý không khí về nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch với cấu tạo gồm nhiều thành phần như quạt, coil lạnh/nóng, bộ lưới lọc, bộ gia nhiệt, bộ gia ẩm,… Nguyên tắc hoạt động là nước luân chuyển trong ống, còn không khí thì chuyển động xuyên qua cụm ống trao đổi nhiệt, tại đó không khí sẽ trao đổi nhiệt ẩm, sau đó sẽ
50 được luân chuyển qua các model như sưởi, diệt khuẩn và thổi theo một kênh gió vào phòng qua các miệng gió Năng suất lạnh của AHU phụ thuộc vào nhiệt độ của nước lạnh và nhiệt độ của không khí đi vào và đi ra cũng như hệ số truyền nhiệt qua vách trao đổi nhiệt Lưu lượng nước đi qua dàn coil là yếu tố quan trọng nhất đến năng suất lạnh của các dàn AHU
FCU (Fan-Coil Unit) là thiết bị xử lý không khí về nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch với nhiều thành phần ghép lại như quạt, coil lạnh/nóng, bộ lưới lọc, bộ gia nhiệt, bộ gia ẩm,
… Về cơ bản FCU có nguyên lý hoạt động cũng giống như AHU nhưng có cấu tạo và công suất nhỏ hơn nhiều, phù hợp cho các không gian vừa và nhỏ
Việc tính chọn các FCU và AHU trong hệ thống điều hòa không khí công trình khách sạn H5 được tính theo cách tính tải nhiệt của từng phòng sau đó chọn các FCU và AHU với năng suất lạnh tương ứng Với công trình này, sử dụng cả không khí ngoài trời và không khí qua thiết bị xử lí không khí sơ bộ PAU để đảm nhận vai trò lấy gió tươi từ môi trường trực tiếp sau đó xử lý Để chọn FCU và AHU cho công trình này, ta dựa trên catalogue của hãng Daikin [14]
Chi tiết các FCU và AHU của tầng 1 được trình bày trong Bảng phụ lục 2 7
PAU (Primary Air Units): là thiết bị dùng để xử lý không khí sơ bộ, không khí đi ra sẽ được đưa vào FCU hoặc AHU sau đó trộn với không khí hồi từ không gian điều hòa
Do nhóm đang tính toán kiểm tra nên để kiểm tra sự chênh lệch về lưu lượng và công suất của PAU, nhóm sử dụng thông số nhiệt độ và độ ẩm tương đối đầu ra của PAU để tính toán
Lưu lượng gió tươi được xác định theo công thức: l = N × ln
Trong đó: l – Lưu lượng gió tươi (l/s)
N – Số người trong không gian điều hòa (người)
Ln – Lưu lượng khí tươi cần cấp cho 1 người trong 1 giờ (m 3 /h.người)
Ta có công suất của PAU được xác định theo công thức:
IN, IP – lần lượt là entanpi của trạng thái không khí ngoài trời và sau PAU
Ví dụ: tính cho PAU 3-1 (28,54/65) có số lượng người là 540 người, lưu lượng cấp cho một người là 7,5 l/s l = 540 × 7,5 = 4050 l/s = 4,05 m 3 /s
Qpau = 1,2 4,05 × (95,87 - 69,49) = 128,2 kW Vậy PAU 3-1 có lưu lượng là 4050 l./s và công suất 128,2 kW
Tương tự các trường hợp còn lại được trình bày ở bảng 2.11
Bảng 0.11 So sánh công suất PAU tính toán và công trình
Tên PAU Số người Lưu lượng
Công suất của công trình (kW)
Chênh lệch về công suất (%)
Kết luận: công suất PAU mà nhóm đã tính toán có sự chênh lệch khá nhiều so với thông số công trình (cao nhất 22%)
2.4.3 Tính chọn Chiller giải nhiệt nước (Water Cooled Chiller)
Công suất của máy làm lạnh nước Water Chiller phải đủ khả năng làm mát cho toàn bộ công trình, bao gồm tải lạnh của toàn bộ các thiết bị điều hòa không khí (AHU, FCU, PAU) Hệ thống chiller trung tâm gồm 3 chiller giải nhiệt bằng nước và được đặt tại tầng kỹ thuật
Với phụ tải công trình là 2939 kW, ta chọn 3 chiller ly tâm với công suất 1060 kW trên một chiller từ cataloge của hãng Daikin [15] ta chọn máy có các thông số như sau:
- Năng suất lạnh Q chiller : 1060 kW
- Điện áp: 3pha/380V, tần số 50Hz
- Điện năng tiêu thụ: 195,9 kW
Tổng năng suất lạnh của 3 máy đã chọn là:
So sánh phương án nhóm đưa ra và phương án do công ty thiết kế đã thực hiện ở Bảng 2.12
Bảng 0.12 Bảng so sánh phương án nhóm đưa ra và phương án do công ty thiết kế đã thực hiện
Tổng công suất Chiller (kW) Thiết kế ban đầu (kW) 3165 Phương án nhóm đề xuất (kW) 3180
Như đã trình bày ở trên, việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đối với kỹ sư là điều thiết yếu Tuy nhiên, vì lý do có thể là chi phí ban đầu, yêu cầu của chủ đầu tư hay điều kiện công trình, mà phải linh hoạt đáp ứng theo yêu cầu của chủ đầu tư và phải có cam kết của chủ đầu tư đối với bên bộ phận thực hiện dự án không chịu bất cứ trách nhiệm nào nếu hệ thống vận hành không đạt yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định
2.4.4 Tính chọn tháp giải nhiệt
Tháp giải nhiệt là thiết bị dùng để giải nhiệt nước sau khi thu nhiệt của môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ Nước sau khi được giải nhiệt sẽ tiếp tục tuần hoàn đến thiết bị ngưng tụ để giải nhiệt cho môi chất lạnh Do đó, công suất của tháp giải nhiệt sẽ bằng tổng công suất lạnh và công suất điện của Water Chiller
Dựa vào thông số kỹ thuật của chiller đã chọn như ở mục 2.4.3 với công suất tiêu thụ điện là 195,9 kW
Công suất tháp giải nhiệt có biểu thức:
QTGN – công suất của tháp giải nhiệt, kW
QWater Chiller – công suất lạnh của Water Chiller, kW
PWater Chiller – công suất tiêu thụ điện của Water Chiller, kW
Theo biểu thức, tính được công suất của 1 cụm tháp giải nhiệt
QTGN = 1060 + 195,9 = 1255,9 (kW) Vậy công suất của 3 cụm tháp giải nhiệt là QTGN = 3767,7 (kW)
Tra theo Catalogue của King Sun Industry [16] ta chọn được tháp có Model KFT- 60-350 với Công suất: 3510000 Kcal/h tương đương 4082,13 kW
2.4.5 Tính kiểm tra hệ thống đường ống nước a Giới thiệu các loại ống dùng trong hệ thống Ống cấp, ống hồi nước lạnh: Vận chuyển nước lạnh tuần hoàn từ Chiller đến các tải tiêu thụ (AHU) Sử dụng ống thép đen hoặc ống thép tráng kém cho hệ thống
Kích cỡ ống DN15 đến DN150 sử dụng tiêu chuẩn BS 1387 – 1985 cấp độ trung bình (Medium Grade)
Kích cỡ ống DN200 trở lên sử dụng ống thép theo tiêu chuẩn ASTM A53 – SCH 40
- Ống cấp ống hồi nước giải nhiệt: Vận chuyển nước nóng tuần hoàn từ Chiller đến các tháp giải nhiệt, sử dụng ống thép tráng kẽm có các thông số kỹ thuật như ống cấp nước lạnh
TÍNH KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG GIÓ, HÚT KHÓI VÀ TĂNG ÁP
Hệ thống cấp gió tươi
3.1.1 Mục đích cấp gió tươi
Khi ở trong không gian kín, oxy chỉ có một lượng nhất định là nguyên nhân làm cho con người luôn có cảm giác thiếu oxy và cảm thấy mệt mỏi Không khí không được lưu thông sẽ ảnh hưởng đến chất lượng không khí rất nhiều nên ta cần cấp gió tươi vào trong không gian điều hòa để bổ sung phần oxy bị thiếu và tạo ra không gian điều hòa tốt nhất
3.1.2 Xác định tốc độ không khí trong ống
Tốc độ không khí là đại lượng được quan tâm hàng đầu vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống Khi tốc độ không khí cao, công suất quạt lớn thì độ ồn sẽ lớn nhưng ưu điểm kích thước đường ống lại nhỏ và ngược lại Do vậy, ta cần cân nhắc để xác định vận tốc gió trong đường ống cho phù hợp để hệ thống hoạt động ổn định mà còn phải đạt độ ồn phù hợp đi kèm với hiệu quả kinh tế
3.1.3 Tính toán lưu lượng cấp gió tươi
Công trình trung tâm thương mại sử dụng thiết bị xử lý không khí AHU, ngoài chức năng cơ bản là làm lạnh và sưởi, AHU còn có khả năng xử lý không khí về nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch với nhiều model ghép lại như quạt, coil lạnh/nóng, lưới lọc, bộ gia nhiệt, bộ gia ẩm, …Vì thế AHU có thể hoàn toàn xử lý gió tươi và hệ thống cấp gió tươi cho từng tầng của trung tâm thương mại được nối thẳng vào hộp hòa trộn của các AHU đặt ở mỗi tầng
Trên đường ống lấy gió tươi được gắn các van điều chỉnh lưu lượng VCD (Volume Control Damper) để điều khiển cố định cấp gió tươi vào các không gian điều hòa
Lưu lượng gió tươi được xác định theo công thức: đơn vị m 3 /h
- Q gt : Lưu lượng gió tươi (m 3 /h)
- n: Số người trong không gian điều hòa (người)
- ln: Lưu lượng khí tươi cần cấp cho 1 người trong 1 giờ (m 3 /h người)
Ví dụ: Tính lưu lượng gió tươi cho phòng tiêu chuẩn L4,HK
Với mật độ người đã được xác định ở trên và lưu lượng gió tươi cấp cho 1 người là 7,5 l/người, theo bảng 4.19 mục 4.2.8 tài liệu [10]
Ta tính được lưu lượng gió tươi được cấp cho phòng theo biểu thức 3.1
Qgt = 𝑛 × 𝑙 𝑛 = 3×7,5 = 22,5 l/s Vậy lưu lượng cho phòng tiêu chuẩn L4,KR có diện tích 23,4 m 2 và số người là 3 người có lưu lượng gió tươi yêu cầu là 22,5 l/s
Tương tự các tầng còn lại được thể hiện trong Bảng phụ lục 3.1
3.1.4 Xác định kích thước ống a Kích thước ống gió cứng
Có nhiều cách tính kiểm tra kích thước ống gió, ví dụ như: ma sát đồng đều, giảm dần tốc độ, phục hồi áp suất tĩnh Tuy nhiên nhóm đã quyết định chọn phương pháp ma sát đồng đều để tính kiểm tra vì phương pháp này đơn giản và được sử dụng phổ biến rộng rãi bên ngoài Phương pháp ma sát đồng đều chọn tổn thất áp suất trên 1 mét ống Δp cho tất cả các đoạn ống đều bằng nhau để tiến hành tính toán thiết kế đường ống gió Phương pháp này đặc biệt thích hợp cho các hệ thống thuộc loại tốc độ thấp, được dùng phổ biến để thiết kế đường ống cấp, ống hồi và ống thải gió Người ta không dùng phương pháp này để thiết kế hệ thống áp suất cao
Phương pháp ma sát đồng đều ưu việt hơn phương pháp giảm dần tốc độ vì nó không cần cân bằng đối với các hệ thống đường ống đối xứng Nhóm sẽ tiến hành: Đầu tiên lựa chọn giá trị tổn thất áp suất ma sát cho 1 mét ống và giữ nguyên giá trị này để tính toán cho toàn bộ các đoạn ống khác của hệ thống Khi chọn cách này điều quan trọng là phải chọn được tổn thất áp suất một cách hợp lý, khi chọn Δp lớn quá, đường ống tuy gọn nhẹ nhưng độ ồn sẽ cao, quạt lớn, khi chọn Δp bé quá, đường ống sẽ lớn, tốc độ gió thấp, nhưng độ ồn được cải thiện và quạt yêu cầu cột áp thấp Để giải quyết vấn đề này các nhà nghiên cứu khuyên lựa chọn Δp = 0,8 – 1 Pa/m Do đó, nhóm chúng em chọn Δp = 1 Pa/m và bên cạnh đó sẽ sử dụng phần mềm hỗ trợ Ductsize trong việc tính toán
Phần mềm Ductsizer được phát triển bởi McQuay, đây là phần mềm chuyên dụng để tính toán kích thước của đường ống gió chữ nhật, giao diện đơn giản, dễ sử dụng với độ
60 chính xác cao Giao diện phần mềm trình bày đầy đủ các mục để nhập các thông số và kết quả tính toán (Hình 3.1)
Hình 0.1 Giao diện phần mềm DuctSize
Ta cài đặt thông số tính toán tại 20 o C (điều kiện nhiệt độ, áp suất tiêu chuẩn)
- Fluid density là khối lượng riêng của không khí tại điều kiện lựa chọn, (kg/m 3 )
- Fluid viscosity là độ nhớt động học của không khí tại điều kiện lựa chọn, (kg/n.h)
- Specific heat là nhiêt dung riêng của không khí tại điều kiện lựa chọn, (kJ/kg o C)
- Engergy factor là hệ số năng lượng, (W/ o C.L/s)
- Flow rate là lưu lượng không khí qua ống gió, (L/s)
- Head loss là tổn thất áp suất qua ống, (Pa/m)
- Velocity là vận tốc luồng gió qua ống gió, (m/s)
- Equivalent diameter là đường kính tương đương của ống gió, (mm)
- Duct size kích thước chiều dài và rộng của ống gió, (mm)
Phương pháp ma sát đồng đều chọn tổn thất áp suất qua ống gió là: ∆𝑝 1 = 1,0 Pa/m theo tài liệu [10] – Tính tổn thất áp suất theo phương pháp ma sát đồng đều
Ví dụ: Tính kích thước ống gió tươi cho phòng tiêu chuẩn L4, KR
- Ống gió tươi – màu xanh dương
- Kích cỡ ống theo công trình: 100x100
Hình 0.2 Kích cỡ ống gió tươi cho phòng tiêu chuẩn L4, KR
❖ Thực hiện tính toán kích cỡ ống gió trên phần mềm Ductsizer
- Chọn hệ đơn vị: Metric
Hình 0.3 Chọn hệ metric để tính toán
- Nhập các thông số cần thiết
Hình 0.4 Nhập các thông số cần thiết để tính kích thước ống
Nhận xét: Kích cỡ ống do nhóm chọn phù hợp với kích cỡ ống của công trình
+ Ở phần trên cùng, nhập điều kiện hoạt động gồm nhiệt độ, độ ẩm và áp suất của công trình
+ Tiếp theo là các thông số liên quan gồm lưu lượng, tổn thất áp suất, vận tốc Với tổn thất ma sát qua ống gió là 1 Pa/m Vận tốc gió đối với ống gió thông thường (ĐHKK
+ Ở phần tổn thất áp suất cuối cùng, chọn kích cỡ ống gió gần 1 Pa/m nhất
Nhiệm vụ của chúng ta chỉ là chọn kích thước ống phải thỏa mãn tỷ lệ 4:1, tức chiều dày và cao của ống không được ngoài tỷ lệ 4:1
+ Ở các đoạn ống còn lại ta thực hiện phép trừ để tính lưu lượng, sau đó thực hiện các bước tương tự như trên b Kích thước ống gió mềm
Kích cỡ ống được xác định theo công thức: d = √ 4 × 𝑄
Trong đó: d – Đường kính ống gió, (m)
Q – Lưu lượng không khí qua ống gió, (m 3 /s) v – Vận tốc gió, (m/s) Chọn v = 3 - 3,5 ( m/s)
Ví dụ: Tính kích thước ống gió mềm cho phòng tiêu chuẩn L4, KR
Với lưu lượng gió cấp Q= 22,5 l /s = 0,0225 m 3 /s ta được: d = √ 4 × 𝑄
Với d = 0,0977 m ta chọn kích thước ống mềm là 100mm
Ngoài ra có thể sử dụng phần mềm ductsize để tính toán ống gió mềm
Tương tự tính ống gió cứng và ông gió mềm cho các khu vực các được trình bày ở Bảng phụ lục 3 1.
Tính toán kiểm tra hệ thống hút khói sự cố
Ngạt khói là nguyên nhân lớn nhất dẫn đến tỉ lệ tử vong cao khi có sự cố cháy nổ, có khoảng 50% - 80% số ca tử vong là hệ quả của việc hít phải khói, các loại khí độc sinh ra trong đám cháy như Cacbon monoxit, Hydro cynanua,… Khi hít phải khí CO, máu trở nên không tiếp nhận được Oxy, hệ thần kinh sẽ bị tê liệt, vì thế cần phải có hệ thống hút khói để giảm thiểu thiệt hại và bảo toàn tính mạng cho con người khi.Các quy định về thiết kế hệ thống hút khói bắt buộc và không bắt buộc theo QCVN 06:2022 Các khu vực bắt buộc hút khói bao gồm hành lang, các gian phòng, thoát khói cho bếp ăn công nghiệp và thoát khói cho gara kín Đối với công trình khách sạn H5 thì không gian điều hòa được phân cách rõ ràng
Do đó, việc tính toán hút khói cho công trình sẽ thuận lợi hơn
❖ Nguyên lý hoạt động hệ thống hút khói hành lang:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi có hỏa hoạn xảy ra, thời điểm bắt đầu đám cháy sẽ phát sinh khói và nhiệt Hệ thống cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói của hệ thống phòng cháy chữa cháy sẽ chuyển tín hiệu đến quạt gió, lập tức sẽ khởi động quạt gió
Hệ thống ống gió sẽ chuyển toàn bộ lượng khói thông qua các miệng hút về quạt và thải ra ngoài môi trường qua các cửa xả
64 Đồng thời hệ thống chuông, đèn báo cháy hoạt động để cảnh báo con người đang hoạt động trong các tòa nhà di tản ra hành lang để chạy ra lối thoát hiểm Không giống như hệ thống tăng áp cầu thang chỉ hoạt động và có tác dụng khi bắt đầu có hỏa hoạn
Vì nó làm cho hành lang – sảnh thang giảm khói, làm cho người thoát hiểm nhìn thấy các lối thoát hiểm Áp suất tại các vị trí đó là áp suất âm Đám cháy khi đã trở nên lớn, phát sinh nhiệt độ cao sẽ tác động đến van chặn lửa làm cho cầu chì trong van nóng chảy và van chặn lửa đóng sập lại ngăn cho đám cháy lan truyền lên các khu vực khác của công trình
3.2.1 Tính toán kiểm tra lưu lượng hút khói a Lưu lượng hút khói trong không gian phòng
Ta xác định được lưu lượng khói G, kg/h, thải ra từ không gian phòng cần được xác định theo chu vi vùng cháy
Lưu lượng khói đối với các phòng có diện tích dưới 1600 m 2 hay đối với bể khói cho phòng có diện tích lớn hơn cần được xác định theo công thức L3, phụ lục L tài liệu [11]:
- Pf là chu vi vùng cháy trong giai đoạn đầu, m, nhận bằng trị số lớn nhất của chu vi thùng chứa nhiên liệu hở hoặc không đóng kín, hoặc chỗ chứa nhiên liệu đặt trong vỏ bao từ vật liệu cháy Đối với các phòng có trang bị hệ thống phun nước chữa cháy (sprinkler), thì lấy giá trị P f = 12 m Nếu chu vi vùng cháy không thể xác định được thì cho phép xác định chu vi này theo công thức L4, phụ lục L tài liệu [11]:
- A là diện tích của gian phòng hay của bể chứa khói, tính bằng mét vuông (m 2 );
- y là khoảng cách, tính bằng m, từ mép dưới của vùng khói đến sàn nhà, đối với gian phòng lấy bằng 2,5 m, hoặc đo từ mép dưới của vách lửng hình thành bể chứa khói đến sàn nhà
- Ks là hệ số, lấy bằng 1; còn đối với hệ thống thải khói bằng hút tự nhiên kết hợp với chữa cháy bằng hệ phun nước sprinkler thì lấy K = 1,2 [11]
Ví dụ tính toán hệ thống hút khói sự cố cho phòng họp ở tầng 1
- Vì tầng 1 có diện tích vùng cháy 360 m 2 , do đó nhóm sẽ tính diện tích vùng cháy ở diện tích 1600 m 2 theo mục 6.8 TCVN 5687:2010 Sau đó, chia theo tỉ lệ để ra được diện tích vùng cháy mong muốn Mặt bằng phòng họp ở tầng 1 – hệ thống hút khói được thể hiện ở hình 3.5
Hình 0.5 Mặt bằng tầng 1 – hệ thống hút khói cho phòng họp
- Tính toán lưu lượng hút khói đối với khu vực nhỏ hơn 1600 m 2 có sprinkler: theo phụ lục L2, tài liệu [11] Theo biểu thức (3.2)
Pf : chu vi vùng cháy giai đoạn đầu Đối với công trình có chức năng thương mại thì thường được lắp hệ thống phun nước chữa cháy tự động (sprinkler) Do đó, theo tiêu chuẩn Pf = 12 m y là khoảng cách, tính bằng m, từ mép dưới của vùng khói đến sàn nhà, đối với gian phòng lấy bằng 2,5 m
Ks là hệ số, lấy bằng 1.0
Từ đó xác định được lưu lượng hút khói thải sự cố cho diện tích không gian 1600 m 2 có sprinkler tự động là:
G1 = 678,8 × Pf × y 1,5 × Ks= 678,8×12×2,5×1,5×1= 32198 (kg/h) ≈ 53664 (m3/h) Lưu lượng rò rỉ qua ống gió:
Vì trong quá trình hút khói phòng sẽ xảy ra rò rỉ khói qua ống gió chữ nhật, nên lưu lượng thực tế được tính là:
G = G1 + G2 = 53664 + 5366 = 59030 (m3/h) Không gian hút khói là phòng họp có diện tích 360m 2 , vậy lưu lượng hút khói tương ứng là:
So với lưu lượng quạt của công trình là 3500 l/s thì lưu lượng nhóm tính toán gần đúng với lưu lượng đề xuất của công trình (chênh lệch 5,4%) b Kiểm tra kích thước ống gió hút khói trong không gian phòng Để kiểm tra về kích thước ống hút khói cho không gian phòng, nhóm vẫn sử dụng phần mềm ductsize để tiến hành kiểm tra kích thước các ống
Ví dụ tính cho khu vực phòng họp ở tầng 1 có lưu lượng đã tính toán ở trên là
3689 l/s, heatloss đối với hệ thống tăng áp - hút khói là 3 Pa/m
Hình 0.6 Kích thước ống gió hút khói chính cho phòng họp
Khu vực Kích thước tính toán Kích thước công trình
Phòng họp tầng 1 1000x350 1000x400 c Lưu lượng hút khói cho khu vực hành lang
Về hành lang, có 3 khu vực chính cần bố trí hệ thống hút khói hành lang Đối với công trình có công năng là khách sạn thì lượng khói G1 (kg/h) cần hút khỏi không gian có cháy được xác định theo biểu thức:
- B: chiều rộng của cánh cửa lớn hơn mở từ hành lang hay sảnh vào cầu thang hay ra ngoài nhà, (m) Theo bản vẽ mặt bằng có 2 cửa, lấy cửa lớn hơn có B = 1m;
- H: chiều cao của cửa đi, khi chiều cao lớn hơn 2,5m thì lấy H = 2,5m Theo bản vẽ mặt cắt B, H = 2,2 m
- Kd: hệ số “thời gian mở cửa đi kéo dài tương đối” từ hành lang vào cầu thang hay ra ngoài nhà trong giai đoạn cháy, Kd = 1 nếu lượng người thoát nạn trên 25 người qua một cửa và lấy Kd = 0,8 – nếu số người thoát nạn dưới 25 người đi qua một cửa Theo dữ liệu tính toán của công trình, số người thoát nạn trên 25 người nên lấy Kd = 1;
- n: là hệ số phụ thuộc vào chiều rộng tổng cộng của các cánh lớn cửa đi mở từ hành lang vào cầu thang hay ra ngoài trời khi có cháy, lấy theo bảng L.1 tài liệu [2]:
Hệ số n tương ứng với chiều rộng B (m)
Nhà công cộng, nhà hành chính, sinh hoạt 1,05 0,91 0,8 0,62 0,5
Công trình thuộc loại nhà công cộng, nhà hành chính, sinh hoạt, có 2 cửa đi từ hành lang ra bên ngoài khi có hỏa hoạn với B = 1 + 0,85= 1,85 nội suy ra được n=0,56 Theo biểu thức 3.2, lưu lượng khói cần hút cho không gian hành lang là:
G1 = 4300 × B × n × H 1,5 × Kd = 4300 × 1 × 0,56 × 2,2 1,5 × 1 = 7857,61 kg/h Theo mục 6.2 tài liệu [11], trọng lượng riêng của khói bằng 6 N/m 3 hay D( kg/m 3 ) D( N/m 3 )
𝑔 , với g = 9,81 N/kg Từ đây ta tính được D= 0,61 (kg/m 3 )
Về lưu lượng không khí qua các van gió đóng còn lại Gv, tính theo mục 6.5 tài liệu
Gv = 40,3×(Av× ΔP ) 0,5 ×n, (kg/h) (3.3) Trong đó:
- Av: diện tích tiết diện van, m 2 Theo bản vẽ van MFD có kích thước 0,3x1m
- ΔP : độ chênh áp suất hai phía van (inch w.g), theo tài liệu [11]: ΔP = 2,75 × (
Tính kiểm tra lưu lượng gió thải
Hệ thống hút mùi toilet phòng khách sạn được thiết kế đặt các miệng gió trên trần toilet, gió được hút ra ngoài theo hệ thống ống gió và hút ra ngoài bởi quạt trung tâm
76 đặt trên mái công trình Gió tươi cấp vào thông qua các khe cửa hoặc louver khi quạt hoạt động
Hệ thống thông gió các phòng giặt ủi và phòng bếp được thiết kế các miệng gió được hút ra ngoài theo hệ thống ống gió và hút ra ngoài bởi quạt trung tâm đặt tại mỗi tầng Gió tươi cấp vào thông qua các khe cửa hoặc louver khi quạt hoạt động
Hệ thống hút mùi phòng rác được thiết kế các miệng gió gắn trên trần gió được hút ra ngoài theo hệ thống ống gió và hút ra ngoài bởi quạt hướng trục đặt trên trần, gió thải đi theo ống gió lên mái Gió tươi cấp vào thông qua các khe cửa hoặc louver khi quạt hoạt động
3.3.1 Tính kiểm tra lưu lượng gió thải
Lưu lượng gió thải được xác định:
- V: Thể tích không gian cần thải gió, (m 3 )
- ACH: Số lần trao đổi gió mỗi giờ Theo tài liệu [21] Đối với không gian bếp, lưu lượng gió thải cộng thêm 25% do có khói bếp theo tài liệu [22]
- Lưu lượng gió thải nhà vệ sinh tầng 1 với thể tích là 7 0 m 3
- Lưu lượng gió thải phòng giặt dịch vụ với thể tích là 90 m 3
- Lưu lượng gió thải phòng rác với thể tích là 108 m 3
- Lưu lượng gió thải phòng bếp nhân viên với thể tích là 156,9 m 3
3.3.2 Tính kiểm tra kích thước ống gió thải
Nhóm sử dụng phần mềm ductsize để tính toán kích thước ống gió thải cho các tầng Tính toán kích cỡ ống gió thải cho phòng rác trên thực tế được thể hiện ở Hình 3.16 và 3.17
Hình 0.16 Tính kích cỡ ống gió thải phòng rác
Hình 0.17 Kích cỡ ống gió thải phòng rác trên thực tế
Lưu lượng và kích cỡ ống gió thải các phòng được thể hiện ở Bảng phụ lục 3.8.
Tính toán kiểm tra hệ thống tăng áp
3.4.1 Mục đích của việc tăng áp
Tất cả các hệ thống thông gió, điều áp nào cũng có một mục đích chung là mang đến nguồn không khí trong lành, giữ cho khói độc cách xa lối thoát hiểm trong một thời gian nhất định để con người có thể chạy thoát trong trường hợp có cháy
78 Đảm bảo an toàn cho tính mạng con người vì khi có sự cố cháy xảy ra, hệ thống quạt tăng áp sẽ được kích hoạt tự động để tạo ra lượng áp suất chênh lệch giữ cầu thang bộ và các khu vực khác
Bảo vệ tài sản: Hệ thống tăng áp hoạt động còn giúp hạn chế tối đa việc lây lan khói, nhiệt vào những khu vực có chứa thiết bị, tài sản
Chống cháy lan: Khi một lượng lớn không khí sạch được đưa đến cầu thang bộ sẽ tạo ra bức tường vô hình để ngăn không cho khói lửa cháy lan ra khu vực xung quanh
3.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp
Quạt tăng áp cầu thang cấp không khí vào cầu thang hoặc phòng đệm và không khí thoát ra ngoài khu vực cháy bao gồm cả khói và bụi Khi người chạy ra khỏi một cửa ở tầng 1 chẳng hạn thì cửa đó sẽ mở ra và tự động đóng vào, còn cửa để thoát một phần khói bụi sẽ mở ở một hướng khác, cửa này có van điều chỉnh và cảm biến chênh áp, chỉ có cho mở ra khi áp lực chênh trong giới hạn cho phép
Khi hỏa hoạn xảy ra từ 1 phòng khói sẽ lan ra hành lang hoặc phòng đệm, vì vậy phải có hệ thống hút khói tại hành lang dùng để giảm thiểu ảnh hưởng của khói Hệ thống này gồm các van khói, đặt dưới trần mỗi tầng nối với các ống hút tới quạt hút đặt trên mái Khi có tín hiệu báo cháy, van khói tại tầng bị cháy và quạt hút được khởi động để hút khói
Do đó nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp phòng đệm và cầu thang khi có tín hiệu báo cháy thì quạt tạo áp sẽ khởi động cung cấp không khí bên ngoài vào buồng thang và phòng đệm với mục đích nhằm duy trì 1 lượng áp suất gió dương giúp ngăn khói tràn vào để con người thoát nạn an toàn Bên dưới là sơ đồ nguyên lý các hệ thống tăng áp của công trình
Hình 0.18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp sảnh thang máy
Hình 0.19 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp hố thang máy
Hình 0.20 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp phòng đệm N3
3.4.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp a Kiểm tra hệ thống tăng áp sảnh thang máy, phòng đệm N3
Theo Quy chuẩn 06 - 2022, tổng lưu lượng không khí cho tăng áp sảnh thang máy Q:
Q1: lưu lượng không khí qua cửa mở (cửa 1 cánh hay cửa 2 cánh) (CMH)
Trong đó: no: số lượng cửa mở đồng thời khi có sự cố cháy Khi có sự cố cháy xảy ra bất kỳ, chỉ có 1 cửa mở bất kỳ ở tầng bất kỳ mở ra đó là cửa mở ra từ phòng đệm, đối với trường hợp có 2 phòng đệm thì số cửa mở đồng thời là 2
S: diện tích cửa mở ra từ không gian đệm, đối với trường hợp cửa 2 cánh, chỉ tính cho cánh cửa lớn nhất (m 2 ) v: vận tốc gió qua cửa, theo kinh nghiệm lấy bằng 1,3 m/s
Q2: lưu lượng không khí rò rỉ qua tất cả các cửa đóng (CMH)
AD: Hệ số diện tích xì qua cửa (m 2 ), AD = nđ × (Ac + Atm)
Nđ: số lượng cửa đóng
Ac: diện tích rò rỉ qua 1 cửa đóng (m 2 ),
Atm: diện tích rò rỉ qua 1 cửa thang máy (m 2 )
Trong đó : S tm: diện tích cửa thang máy
Theo mục 5.3.2 Quy Chuẩn 06-2022, ta có bảng tra các thông số:
Loại cửa Kích thước Crack Length Leakage area Cửa đơn, khung thép, mở vào không gian tăng áp (Không gian cháy vào phòng đệm)
Cửa đơn, khung thép, mở hướng ra ngoài từ không gian tăng áp (Từ phòng đệm vào cầu thang thoát hiểm)
Cửa thang máy Cao 2m, rộng
P: Độ chênh lệch áp suất trong và ngoài không gian tăng áp không thấp hơn 20
Pa và không lớn hơn 50 Pa, để tính toán hệ thống tăng áp cho công trình, nhóm chọn hệ số P = 20 (Pa)
Các lưu lượng không khí tăng áp tính toán sẽ được tổng hợp ở bảng 3.5:
Bảng 0.5 Lưu lượng không khí tăng áp trong trường hợp có sự cố cháy xảy ra
Diện tích cửa phòng đệm (m 2 )
Diện tích cửa thang máy (m 2 )
Số cửa mở đồng thời (n)
Crack length- Leakage area ( cửa 2 cánh)
Crack length- Leakage area (thang máy) Sảnh thang máy nhân viên
Q1 (CMH) Q2 (CMH) Q (CMH) Q (l/s) Q công trình
Kết luận: Lưu lượng tính toán của nhóm có sự sai số khá lớn ở khu vực sảnh thang máy nhân viên (30 %), còn lại nhóm tính toán gần đúng với kết quả của công trình b Kiểm tra kích thước ống gió tăng áp sảnh thang máy, phòng đệm N3
Nhóm vẫn sử dụng phần mềm Ductsize để tính toán kiểm tra hệ thống tăng áp phòng đệm N3 và sảnh thang máy
Ví dụ: tính cho sảnh thang máy nhân viên với l = 2082,8 l/s, heat loss đối với hệ tăng áp, hút khói là 3 Pa/m:
Hình 0.21 Tính toán kích thước ống gió tăng áp phòng đệm bằng phần mềm ductsize
Như vậy kích thước ống gió tăng áp cho sảnh thang máy nhân viên là 500x400 mm Cách khu vực còn lại sẽ được liệt kê ở bảng 3.6:
Bảng 0.6 So sánh kích thước ống gió tăng áp
Tên khu vực Lưu lượng (l/s) Kích thước tính toán (mm)
Kích thước công trình (mm) Sảnh thang máy nhân viên 2082,8 500x400 500x300
Kết luận: kết quả tính toán kích thước ống gió tăng áp cho phòng đệm thang máy có chênh lệch 100mm so với công trình c Kiểm tra hệ thống tăng áp hố thang máy
Theo Quy chuẩn 06-2022, tổng lưu lượng không khí cho tăng áp hố thang máy Q:
Q1: lưu lượng không khí qua cửa lùa thang máy (CMH)
Trong đó: no: số lượng cửa thang máy mở đồng thời khi có sự cố cháy Khi có sự cố cháy xảy ra bất kỳ, chỉ có 1 cửa thang máy mở bất kỳ ở tầng bất kỳ
S: diện tích cửa thang máy (m 2 ) v: vận tốc gió qua cửa, theo kinh nghiệm lấy bằng 1,3 m/s
Q2: lưu lượng không khí rò rỉ qua tất cả các cửa thang máy đóng và lỗ mở kỹ thuật (CMH)
AD: Hệ số diện tích xì qua cửa (m 2 ), AD = (nđ × Atm) + Ac nđ: số lượng cửa thang máy đóng.
Ac: diện tích rò rỉ qua lỗ mở kĩ thuật, theo kinh nghiệm lấy bằng 0,3 m 2
Atm: diện tích rò rỉ qua 1 cửa thang máy (m 2 )
Trong đó: Stm: diện tích cửa thang máy
Theo mục 5.3.2 Quy Chuẩn 06 - 2022, ta có bảng tra các thông số:
Loại cửa Kích thước Crack Length Leakage area Cửa đơn, khung thép, mở vào không gian tăng áp (Không gian cháy vào phòng đệm)
Cửa đơn, khung thép, mở hướng ra ngoài từ không gian tăng áp (Từ phòng đệm vào cầu thang thoát hiểm)
Cửa thang máy Cao 2m, rộng
P: Độ chênh lệch áp suất trong và ngoài không gian tăng áp không thấp hơn 20 Pa và không lớn hơn 50 Pa, để tính toán hệ thống tăng áp cho công trình, nhóm chọn hệ số P
Bảng 0.7 Lưu lượng không khí tăng áp trong trường hợp có sự cố cháy xảy ra
Tổng số cửa thang máy đóng
Diện tích rò rỉ qua lỗ mở kĩ thuật (m 2 )
Diện tích cửa thang máy (m 2 )
Số cửa mở đồng thời (n)
Crack length - Leakage area (thang máy) hố thang máy khách 19 0,3 2,2 1 8 - 0,06 hố thang máy PCCC 9 0,3 2,2 1 8 - 0,06
Q1 (CMH) Q2 (CMH) Q (CMH) Q (l/s) Q công trình
Kết luận: lưu lượng tăng áp cho hố thang máy nhóm tính toán chênh lệch không quá lớn đối với thông số của công trình d Kiểm tra kích thước ống gió tăng áp hố thang máy
Nhóm vẫn sử dụng phần mềm Ductsize để tính toán kiểm tra hệ thống tăng áp hố thang máy
Ví dụ: tính cho hố thang máy khách với l = 9198,5 l/s, heat loss đối với hệ tăng áp, hút khói là 3 Pa/m:
Hình 0.22 Tính toán kích thước ống gió tăng áp hố tm bằng phần mềm ductsize
Như vậy kích thước ống gió tăng áp cho hố thang máy khách là 1000x600 mm
Cách khu vực còn lại sẽ được liệt kê ở bảng 3.8:
Bảng 0.8 So sánh kích thước hố thang máy
Tên khu vực Lưu lượng (l/s) Kích thước tính toán (mm)
Kích thước công trình (mm)
Kết luận: kết quả tính toán kích thước ống gió tăng áp cho hố thang máy có chênh lệch không quá lớn so với công trình (50mm)
TRIỂN KHAI BẢN VẼ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ VÀ THÔNG GIÓ BẰNG PHẦN MỀM AUTODESK REVIT
Sơ lượt về phần mềm Revit
AUTODESK REVIT là một phần mềm mạnh khi yêu cầu triển khai bản vẽ kiến trúc, kết cấu, hệ thống điều hòa không khí trên 3D một cách trực quan
REVIT cho phép kỹ sư có thể lên ý tưởng và dựng đồ họa 2D, 3D toàn bộ công trình chỉ bao gồm trong một file gọn gàng, tích hợp kèm cả cơ sở dữ liệu mô hình và các thông số kỹ thuật Và nhóm đã dựng các hệ thống thông gió, điều hòa không khí cho công trình mà nhóm đã tính toán ở trên chương 2 và 3 Mô hình công trình được dựng qua phần mềm REVIT được thể hiện qua hình 4.1
Hình 0.1 Hệ thống điều hoà không khí và thông gió của khách sạn H5
Tất cả người học và làm công việc liên quan đến thiết kế công trình đều là đối tượng người dùng của REVIT, có thể kể tới như sinh viên khoa kiến trúc, kỹ sư xây dựng, kiến trúc sư, nhà thầu xây dựng Những người cần giới thiệu ý tưởng công trình theo quy trình BIM
Về cơ bản, phần mềm Revit được Autodesk thiết kế với kết cấu gồm ba phần là REVIT ARCHITECTURE, REVIT STRUCTURE và REVIT MEP, phục vụ cho các đối tượng người dùng với mục đích khác nhau
Trong đó, REVIT ARCHITECTURE có thể phục vụ tốt các chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế kiến trúc và xây dựng REVIT STRUCTURE giúp gia tăng độ chính xác khi lắp đặt với công việc thiết kế bê tông và cốt thép chi tiết Revit MEP lại phổ biến với ngành cơ điện, nổi bật nhờ khả năng hỗ trợ thiết kế bản vẽ cực kỳ chi tiết cho giới kỹ sư lành nghề Đồ án tốt nghiệp này chủ yếu tập trung triển khai REVIT cho hệ thống thông gió và ống nước lạnh chiller của công trình khách sạn H5.
Triển khai bản vẽ Revit hệ thống thông gió
Hình 0.2 Mặt bằng hệ thống thông gió tầng 1
Về ống thông gió, “Duct System” sử dụng cho công trình bao gồm: ống gió cấp (màu xanh dương); ống gió hồi (màu xanh lá); ống gió tươi (màu xanh da trời ); ống hút khói (màu cam); ống hút gió thải (màu xanh lát đậm); ống tăng áp (màu xanh đậm đen) và ống hút mùi bếp (màu đỏ) Mặt bằng thông gió tầng 1 (như Hình 4.2) sử dụng 5 máy AHU
Thiết kế điển hình ở phòng kĩ thuật (như Hình 4.3) sẽ là 3 máy AHU 1-2-3 -cấp gió lạnh điều hoà cho các phòng tầng 1
Hình 0.3 AHU ở phòng đặt AHU ở tầng 1 view 3D
Thiết kế điển hình ở phòng PAU (như Hình 4.4) sẽ là 1 máy PAU 1-1 -cấp gió tươi điều hoà cho các phòng tầng 1 và cấp lên các tầng khác cần thiết
Hình 0.4 PAU tại phòng PAU tầng 1 view 3D.
Triển khai bản vẽ Revit hệ thống ống nước lạnh Chiller
Mặt bằng bản vẽ hệ thống ống nước lạnh Chiller tầng 1 được thể hiện ở Hình 4.5
Hình 0.5 Mặt bằng bản vẽ hệ thống ống nước lạnh Chiller tầng 1
Hình 0.6 Cụm van và khớp nối mềm ống nước lạnh Chiller tầng 1
Về phần ống nước lạnh chiller, “Pipe System” từng loại ống nước sử dụng trong công trình bao gồm: ống cấp nước lạnh chiller (màu cam); ống hồi nước lạnh chiller
(màu tím); ống nước ngưng (màu xanh lá); ống nước cấp giải nhiệt bình ngưng (màu đỏ); ống nước hồi giải nhiệt bình ngưng (màu hồng nhạt)
Trước khi cấp đi hay hồi về thì ống nước lạnh chiller sẽ được đặt khớp nối mềm, van cân bằng, van 3 ngã, y lọc, đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ, (như Hình 4.6)
Hệ Water chiller còn có thêm phòng máy chiller đặt 3 thiết bị Water Chiller công suất lớn và các bom cấp, hồi nước (như Hình 4.7, 4.8) Đường thứ nhất đi qua bình bay hơi làm lạnh cho đường nước chiller đi xuống ống rẽ nhánh ở các tầng dưới chờ sẵn để cấp vô các máy AHU, đường thứ hai sẽ đi qua bình ngưng để giải nhiệt, nước sau khi giải nhiệt sẽ đi đến tháp giải nhiệt bằng nước để giảm nhiệt độ rồi tiếp tục đi vào đường cấp theo một chu trình tuần hoàn khép kín
Trước khi kết nối vào các FCU sẽ được lắp đặt khớp nối mềm, đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ, công tắc dòng chảy, van bướm,
Hình 0.7 Mặt bằng phòng chiller ở tầng kỹ thuật
Hình 0.8 Phòng chiller ở tầng kỹ thuật view 3D
Hình 0.9 Cụm van FCU các tầng.
Thống kê khối lượng bằng phần mềm Revit
Thống kê khối lượng là một trong những công việc quan trọng mà trong đó, bên thiết kế đưa bản vẽ CAD, nhóm thống kê khối lượng sẽ bốc tách thành 1 file excel giúp ta xác định được thiết bị, vật tư rồi báo giá cho chủ đầu tư Phần mềm Revit đã tích hợp sẵn công cụ thống kê khối lượng ở mục “Schedules/Quantities (all)” trên thanh Project
Browser Từ công cụ đó, người kỹ sư sẽ thực hiện các bước tạo bảng bốc khối lượng và xuất bảng thống kê ra thành 1 file excel
Nhóm đồ án chỉ thực hiện bốc khối lượng hai hệ thống thông gió và ống nước lạnh chiller cho tầng 1 Qua một các bước thực hiện, chúng ta đã thiết lập được bảng thống kê ống gió và ống chiller trên Revit (như Hình 4.10 và 4.11)
Hình 0.10 Bảng thống kê khối lượng hệ thông gió trên Revit
Hình 0.11 Bảng thống kê khối lượng hệ water chiller trên Revit
MÔ PHỎNG CFD
Tổng quan về phần mềm ANSYS
5.1.1 Giới thiệu phần mềm Analysis Systems
ANSYS (Analysis Systems) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế công nghiệp, đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý
Mô phỏng CFD (Computational Fluid Dynamics) là một phần của cơ học chất lưu (fluid mechanics) mà sử dụng phương pháp số (numerical analysis) để phân tích và giải quyết các bài toán liên quan đến chuyển động, dòng chảy của chất lưu (khí, lỏng) Các phương trình mô tả dòng chảy này thông thường thì rất khó để có thể giải bằng tay nên chúng thường được giải trên máy tính Kết quả mô phỏng thu được giúp ta hiểu sâu về bản chất của dòng chảy và các tác động của nó tới quá trình khảo sát
5.1.2 Quy trình thực hiện bài toán mô phỏng CFD
Quy trình thực hiện bài toán mô phỏng CFD gồm có 3 giai đoạn chính:
- Đầu tiên là tạo mô hình và xử lý hình học
- Giai đoạn thứ hai là xác minh và kiểm nghiệm mô hình bằng cách chia lưới sau đó thiết lập thông số, chạy thử rồi kiểm tra hội tụ
- Giai đoạn thứ ba và cũng là giai đoạn cuối cùng, ở giai đoạn này chúng ta sẽ mô phỏng cho các trường hợp khác nhau, phân tích kết quả và tạo báo cáo
Hình 0.1 Quy trình thực hiện mô phỏng CFD.
Thông số tính toán
Dựa vào các thông số và kết quả tính toán được ở chương 2 ta có kết quả cho phòng khách sạn như sau:
- Nhiệt độ, độ ẩm bên trong phòng: tT = 24 o C, φT = 55%
- Nhiệt độ, độ ẩm không khí ngoài trời: tN = 35,2 o C, φN = 65%
- Hệ số nhiệt hiện phòng: RSHF = 0,94;
- Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng: ESHF = 0,91;
- Hệ số nhiệt hiện tổng: GSHF = 0,74
Kết quả tính toán dựa vào sơ đồ điều hòa không khí, ta được:
- Lưu lượng không khí thổi vào phòng L = 0,236 m 3 /s
- Lưu lượng không khí tươi LN = 0,015 m 3 /s
- Lưu lượng không khí tái tuần hoàn LT = 0,221 m 3 /s
5.2.2 Tính toán vận tốc miệng gió
Phòng khách sạn sử dụng 1 miệng gió cấp và 1 miệng gió hồi loại linear có thông số như sau:
- Kích thước miệng cấp là 1200x150 (diện tích phần trống 65%)
- Kích thước miệng hồi là 1200x150 (diện tích phần trống 65%)
Vận tốc tại mặt các miệng gió được tính theo công thức: v = 𝑄 0
Trong đó: v – Vận tốc tại mặt miệng gió, m/s
Qo – Lưu lượng qua miệng gió, m 3 /s
Vận tốc tại miệng gió cấp là: v = 0,236
Vận tốc tại miệng gió hồi là: v = 0,221
5.2.3 Thông số đánh giá điều kiện tiện nghi
Nhóm sẽ dùng một vài chỉ số để đánh giá mức độ tiện nghi trong bài mô phỏng: chỉ số dự đoán trung bình theo phiếu đánh giá (PMV: Predicted Mean Vote), phần trăm dự đoán không thoải mái (PPD: Predicted Percent of Dissatisfied), mức gió lùa (DR: Draft Rate), sự chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao cơ thể giữa đầu và mắt cá chân (VATD: Vertical Air Temperature Difference), trường nhiệt độ và trường vận tốc a Chỉ số dự đoán trung bình theo phiếu đánh giá (PMV)
Chỉ số PMV là một thang đo được sử dụng để dự đoán mức độ cảm giác thoải mái về nhiệt của con người Thang đo PMV bao gồm 7 bậc như sau: (-3): lạnh; (-2): mát; (-1): hơi mát; (0): bình thường; (+1): hơi ấm; (+2): ấm; (+3): nóng Chỉ số PMV có giá trị khuyến nghị nằm giữa -2 và +2 [25]
Công thức tính chỉ số PMV như sau [25]:
PMV = (0,303 × e −0,036M + 0,028) × [(M − W) − 3,05 × 10 −3 × [5733 − 6,99 × (M − W) − p a ] − 0,42 × [(M − W) − 58,15] − 1,7 × 10 −5 × M × (5867 − p a ) − 0,0014 × M × (34 − t a ) − 3,96 × 10 −8 × f cl × [(t cl + 273) 4 − (t r + 273) 4 ] − f cl × h c × (t cl − t a )] (5.1)
PMV: chỉ số dự đoán trung bình theo phiếu đánh giá
M: mức chuyển hóa, (W/m 2 da); 1 met = 58,2 W/m 2
W: năng lượng do hoạt động bên ngoài, xấp xỉ bằng 0 với hầu hết các hoạt động (W/m 2 ) fcl: tỉ lệ diện tích da được che phủ bởi quần áo trên diện tích da không được che phủ ta: nhiệt độ không khí, ( o C) tr: nhiệt độ bức xạ trung bình, ( o C) pa: áp suất hơi nước riêng phần, (Pa) hc: hệ số truyền nhiệt do đối lưu, (W/m 2 o C) tcl: nhiệt độ bề mặt của quần áo, ( o C)
Chỉ số PMV có thể được xác định theo một trong các cách sau: a) Tính theo công thức (1) bằng máy tính, phụ lục B tài liệu [25] b) Tra theo bảng trong phụ lục C tài liệu [25] c) Bằng cách đo trực tiếp, sử dụng cảm biến tích hợp b Phần trăm dự đoán không thoải mái (PPD)
PPD là một chỉ số được sử dụng để dự đoán số phần trăm người cảm thấy không thoải mái về nhiệt Ngoài ra ta có thể kết hợp chỉ số PMV với chỉ số PPD để đánh giá toàn diện mức độ hài lòng của người sử dụng về môi trường nhiệt [25] Theo tiêu chuẩn ASHRAE 55 và ISO 7730, mức độ PPD phù hợp là dưới 20%
Công thức xác định chỉ số PPD [25]:
Khi xác định được chỉ số PMV, chỉ số PPD có thể tra được từ Hình 5.2
Hình 0.2 Phần trăm dự đoán không thoải mái (PPD) như một hàm của chỉ số dự đoán trung bình theo thiếu đánh giá (PMV) c Mức gió lùa (DR)
Gió lùa là mức làm mát cơ thể tại chỗ không mong muốn do sự chuyển động không khí Mức gió lùa biểu thị tỷ lệ phần trăm người khó chịu vì nó Tỉ lệ gió lùa dưới 15% nằm trong mức chấp nhận được cho sự thoải mái của người
Công thức tính mức gió lùa [25]:
DR: là tỷ lệ phần trăm số người không thoải mái vì gió lùa ta: nhiệt độ không khí tại chỗ, ( o C) v: vận tốc chuyển động không khí trung bình tại chỗ, (m/s)
Tu: cường độ dòng chuyển động quẩn tại chỗ, (%) d Chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao cơ thể giữa đầu và mắt cá chân (VATD)
VATD là sự khác biệt về nhiệt độ giữa hai điểm khác nhau theo chiều dọc trong không gian, thường là giữa đầu và mắt cá chân của một người Sự chêch lệch nhiệt độ không khí theo chiều thẳng đứng ở độ cao 1,1m và 0,1m so với mặt sàn (đầu và mắt cá chân) phải nhỏ hơn 3 o C [25]
VATD = tđầu – tmắt cá chân
Mô phỏng số
5.3.1 Tạo dựng và xử lý hình học
Phòng khách sạn có diện tích là 25m 2 (chưa bao gồm diện tích của nhà tắm, nhà vệ sinh và lô gia), sử dụng máy lạnh giấu trần nối ống gió, với 1 miệng gió cấp và 1 miệng gió hồi
Mô hình được xây dựng và được xử lý ngay trên phần mềm Ansys Workbench phiên bản 19.2 bằng công cụ dựng 3D có sẵn đó là Design Modeler
Hình 0.3 Mô hình dựng bằng Design Modeler
Tiếp theo, ta tiến hành xử lý hình học cho mô hình vừa dựng được Hình 5.4 và đặt tên cho tất cả các mặt của mô hình
Hình 0.4 Xử lý mô hình
Bảng 0.1 Kích thước nội thất trong phòng của mô hình
STT Tên thiết bị Kích thước (mm)
Máy tính sẽ không thể giải quyết các mô phỏng trên hình dạng hình học thực tế của mô hình, vì không thể áp dụng các phương trình chủ đạo cho một hình dạng tùy ý Các phần tử lưới cho phép giải các phương trình chủ đạo trên các thể tích có hình dạng và được xác định về mặt toán học
Vì vậy, việc chia lưới trong mô phỏng có ảnh hưởng đến độ chính xác, độ hội tụ và tốc độ của mô phỏng Thông thường, khi lưới mịn hơn với các phần tử nhỏ hơn ta sẽ tạo ra được kết quả chính xác hơn, nhưng mặt khác việc chia các lưới nhỏ hơn sẽ làm mất nhiều thời gian hơn để giải
Theo tài liệu Ansys_Appendix A_Mesh Quality_Introduction to Ansys Meshing
2010 [24]: Có một vài thước đo chất lượng lưới được sử dụng để định lượng chất lượng như aspect ratio, cell size change, … và skewness được xem là thước đo chính
* Đối với Skewness, Ansys khuyến cáo trong tài liệu [24] hoặc trong tài liệu [23]:
- Loại lưới Hexa, Tri và Quad: nên nhỏ hơn 0,8
- Loại Tetrahedra: nên nhỏ hơn 0,9
Hình 0.5 Phân loại chất lượng lưới dựa vào Skewness [24]
* Đối với Aspect ratio, Ansys khuyến cáo: nhỏ hơn 40, nhưng phụ thuộc vào đặc điểm dòng chảy [24]
Dựa vào các tiêu chí đánh giá chất lượng lưới ở trên, ta tiến hành đánh giá kết quả chất lượng lưới của mô phỏng:
- Skewness: có giá trị tối đa là 0,68571 và phần lớn có giá trị nằm trong khoảng 0,3 – 0,4 Vậy giá trị Skewness nằm ở mức tốt của thang đo Hình 5.6
- Aspect ratio: có giá trị tối đa là 6,1032 và phần lớn giá trị trong khoảng 1,5 – 3 Với giá trị Aspect ratio nhỏ hơn 40, đây là giá trị thỏa mãn yêu cầu Hình 5.7
Hình 0.6 Kết quả Skewness của lưới của mô phỏng
Hình 0.7 Kết quả Aspect ratio của lưới của mô phỏng
Ngoài ra, nhóm còn xét thêm yếu tố về sự hội tụ của lưới bằng cách thay đổi kích thước cũng như là số lượng lưới, khi một kết quả đã hội tụ thì làm mịn thêm lưới trong khu vực đó sẽ không còn tạo ra sự thay đổi có ý nghĩa trong kết quả đó nữa
Nhìn vào Hình 5.8 ta thấy, giá trị nhiệt độ trung bình là 24 o C tại 383017 phần tử lưới, và khi tiếp tục tăng số lượng phần tử lưới lên thì kết quả vẫn không đổi Vậy kết quả chia lưới từ 383017 phần tử trở lên sẽ được xem là hội tụ và cho kết quả chính xác Trong bài mô phỏng này, nhóm đã chia lưới mịn để đảm bảo rằng kết quả mô phỏng được chính xác nhất với mesh elements là 3537606, số nodes là 659891
Hình 0.8 Kết quả nghiên cứu hội tụ lưới
5.3.3 Điều kiện biên Điều kiện biên là những ràng buộc được áp dụng cho các ranh giới của miền tính toán trong mô phỏng CFD Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hành vi của dòng chảy và ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả mô phỏng
Có nhiều loại điều kiện biên khác nhau, một số loại phổ biến bao gồm: điều kiện biên về tốc độ, điều kiện biên áp suất, điều kiện biên về nhiệt độ, điều kiện biên về thông lượng, … Dưới đây là một số thiết lập điều kiện biên của bài mô phỏng: nhiệt độ cơ thể người là 33 o C, nhiệt độ tại miệng gió thải là 24 o C, nhiệt độ tại miệng gió cấp là 15,2 o C và vận tốc miệng gió cấp là 2,02 m/s
Hình 0.9 Điều kiện biên cho người
Hình 0.10 Điều kiện biên cho miệng gió cấp
Hình 0.11 Điều kiện biên cho miệng gió hồi
Solutions Methods trong phần này ta sẽ cài đặt các phương pháp để mô phỏng theo Hình 5.12 và Hình 5.13 Ở ô Scheme chọn thuật toán Coupled cho quá trình mô phỏng Lựa chọn này cải thiện đáng kể khả năng hội tụ, tuy nhiên sẽ mất nhiều thời gian và yêu cầu bộ nhớ máy tính lớn (vấn đề bộ nhớ máy tính có thể là một yếu tố quan trọng để quyết định nên sử dụng phương pháp giải nào) [23]
Theo như tài liệu hướng dẫn của Ansys [2], đối với lưới tam giác và tứ diện sẽ thu được kết quả chính xác hơn bằng cách sử dụng Second Order Upwind Do đó, trong phần Spatial Discretization thiết lập các lựa chọn Second Order Upwind như Hình 5.12
Hình 0.12 Thiết lập phương pháp giải
Khởi tạo chương trình: chọn phương pháp Hybrid Initializations và nhấp Initialize để khởi tạo giá trị ban đầu
Hình 0.13 Thiết lập Solution Initialization
Hội tụ là một khái niệm quan trọng trong mô phỏng tính toán động lực học chất lưu (CFD), đề cập đến sự tiến triển của giải pháp cho các phương trình chi phối dòng chảy đến trạng thái ổn định Khi mô phỏng CFD hội tụ, sai số giữa các lần lặp tính toán
106 liên tiếp sẽ giảm dần cho đến khi đạt đến giá trị nhỏ nhất có thể Điều này cho thấy rằng mô phỏng đã đạt đến trạng thái ổn định và kết quả thu được là chính xác
Trong bài mô phỏng này nhóm đã sử dụng ba tiêu chuẩn để đánh giá sự hội tụ [26]:
* Thứ nhất: là Scaled Residuals:
Mục đích của scaled residuals:
- Đánh giá mức độ hội tụ của mô phỏng CFD
- Xác định xem mô phỏng đã đạt đến trạng thái ổn định hay chưa
- Chuẩn đoán các vấn đề có thể ảnh hưởng đến hội tụ Đánh giá residuals:
- Scaled residuals nhỏ: Cho thấy mô phỏng đang hội tụ và sắp đạt đến trạng thái ổn định (thường nhỏ hơn từ 10 -3 đến 10 -6 )
- Scaled residuals lớn: Cho thấy mô phỏng đang không hội tụ hoặc có vấn đề cần được giải quyết
Theo thư đồ thị Hình 5.14, kết quả residuals của nhóm tiến triển theo hướng ổn định và giá trị nằm trong khoảng từ 10 -3 đến 10 -9 , cho thấy rằng kết quả mô phỏng của nhóm đã hội tụ
* Thứ hai: một tính chất trong dòng phải đạt đến giá trị là hằng số
Xét giá trị lưu lượng miệng gió cấp, giá trị nhiệt độ của phòng và giá trị vận tốc gió của phòng, ta thấy không chỉ một mà cả ba giá trị điều đạt đến hằng số
Hình 0.15 Lưu lượng miệng gió cấp
Hình 0.16 Nhiệt độ trung bình của phòng
Hình 0.17 Vận tốc gió trung bình của phòng
* Thứ ba: sự cân bằng mass flow rate giữa inlet và outlet
5.3.6 Phân tích kết quả mô phỏng a Chỉ số PMV và PPD