Hồ Chí Minh, tháng 7/2024 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ, ỨNG DỤNG REVIT TRIỂN KHAI DỰ ÁN TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VINCOM MEGA MALL GRAND PARK VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ
Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế hệ thống điều hòa không khí và thông gió cho Vincom Mega Mall Grand Park cần được tính toán hiệu quả để đạt được khả năng làm mát tối ưu trong các điều kiện khí hậu khác nhau Mục tiêu chính là đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng và tiết kiệm năng lượng, đồng thời nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Tối ưu hóa môi trường bên trong tòa nhà là điều cần thiết để đảm bảo hệ thống điều hòa không khí và thông gió được thiết kế hợp lý, mang lại trải nghiệm thoải mái và dễ chịu cho cả khách hàng và nhân viên.
Hệ thống điều hòa không khí và thông gió được thiết kế nhằm đáp ứng đúng mục tiêu và đối tượng đã đề ra, đảm bảo phù hợp với nhu cầu và yêu cầu cụ thể của công trình, đồng thời thích ứng tốt với các điều kiện khí hậu đặc trưng của Thành phố Hồ Chí Minh.
Hệ thống thiết kế bằng phần mềm mô phỏng 3D mang lại hiệu quả cao trong quá trình thiết kế, giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng công trình Việc sử dụng công nghệ này không chỉ tối ưu hóa quy trình thiết kế mà còn đảm bảo tính chính xác và khả năng dự đoán tốt hơn cho các dự án xây dựng.
Mục tiêu của đề tài này là phát triển một hệ thống điều hòa không khí và thông gió hiệu quả, an toàn và tiết kiệm năng lượng, nhằm tạo ra một môi trường thoải mái và dễ chịu cho cả khách hàng và nhân viên tại Vincom Mega Mall Grand Park.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH VÀ CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Giới thiệu công trình
Vincom Mega Mall Grand Park là trung tâm thương mại và giải trí nổi bật, cung cấp đa dạng trải nghiệm cho khách hàng với tổng diện tích lên tới 68.000 m², bao gồm 5 tầng và 2 tầng hầm Tại đây, bạn sẽ tìm thấy nhiều cửa hàng bán lẻ, quầy thực phẩm, khu ẩm thực và các trò chơi giải trí hấp dẫn.
Vị trí: Khu dân cư Phước Thiện, phường Long Bình, Tp HCM
Tổng diện tích lắp đặt: 48 000 m 2
Hình 1 1 Trung tâm thương mại Vincom Mega Mall Grand Park [13]
Tên và diện tích của từng khu vực được liệt kê ở Phụ lục 2
Bản vẽ kiến trúc và phân chia các khu vực gian hàng liệt kê ở Phụ lục 8
Thông số thiết kế
1.2.1 Thông số trong nhà và ngoài trời
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5678-2024, hệ thống điều hòa không khí cho công trình được phân loại là hệ thống điều hòa cấp II Do đó, các thông số về nhiệt độ và độ ẩm cần được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5687-2024.
Bảng 1 1 Thông số môi trường
Bảng 1 2 Thông số thiết kế trong nhà
Tra bảng 1 QCVN 09 – 2013, ta được các thông số vật liệu tường như sau:
Bảng 1 3 Các lớp cách nhiệt của tường
STT Lớp vật liệu Độ dày 𝜹 (mm)
Khối lượng đơn vị γ, kg/m 3
1.2.3 Phụ tải chiếu sáng và phụ tải thiết bị
Bảng 1 4 Phụ tải chiếu sáng và phụ tải thiết bị
Mô tả Tải thiết bị Tải chiếu sáng
Hotel bedroom/ Phòng ngủ khách sạn 10 W/m² 15 W/m²
Lobbies hotel rooms/ Hành lang khách sạn
Conference room/ Phòng hội thảo 20 W/m² 30 W/m²
Waiting area/ Khu vực đợi 10 W/m² 15 W/m²
Lobbies office/ Hành lang văn phòng 10 W/m² 15 W/m²
1.2.3 Mật độ người và lưu lượng khí tươi Để xác định được số người và lưu lượng khí tươi cần thiết cho từng khu vực cụ thể, ta dựa vào tiêu chuẩn ASHREA 62.1.2013 và TCVN 5687 – 2024 ta được bảng như sau:
Bảng 1 5 Mật độ người và lưu lượng khí tươi
ASHREA 62.1-2013 TCVN 5687- 2024 ASHREA 62.1-2013 TCVN 5687- 2024 Mật độ (m²/người) Lưu lượng khí tươi (L/s.người)
Food and Beverage Service/ Dịch vụ Thực phẩm và đồ uống
Café, cửa hàng ăn nhanh
Conference/meeting/ Phòng hội thảo, họp
Lobbies/pre-function/ Hành lang
Multipurpose assembly/ Khu vực đa năng
Main entry lobbies/ Hành lang chính
Office space/ Không gian văn phòng
Reception areas/ Khu vực đón tiếp
Public Assembly Spaces/ Không gian công cộng
Auditorium seating area/ Khu vực chỗ ngồi
Common corridors/ Hành lang chung
Mall common areas/ Khu vực chung
Sports & Entertainment/ Thể thao và Giải trí
Gym, sport arena (play area)/
Gym, khu vực thể thao
Tòa nhà được thiết kế với hệ thống hút khí thải và thoát khói, đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn Lưu lượng của các ống hút gió được tính toán cẩn thận để duy trì sự cân bằng áp lực không khí trong toàn bộ công trình.
Hệ thống điều áp được lắp đặt tại mỗi khu vực lồng cầu thang thoát hiểm kín nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn Mỗi hệ thống được thiết kế để hỗ trợ khả năng thoát hiểm cho những người hoạt động trong tòa nhà, với mỗi hệ thống điều áp phục vụ cho 2 cửa thoát hiểm.
Kiểm tra đọng sương trên vách
Để ngăn chặn hiện tượng đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực tế của vách cần phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt cực đại kmax, được tính theo công thức nhất định.
𝛼𝑁: Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài, 𝛼𝑁 = 20𝑊/𝑚 2 𝐾
𝑡 𝑆 𝑁 : nhiệt độ đọng sương bên ngoài
- Thông số tính toán ngoài nhà (mùa hè) tN = 37,3 o C
𝜑𝑁 = 55% Tra đồ thị I-d, ta được:
37,3 − 24 = 15,9 𝑊/𝑚 2 𝐾 ki: hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che thứ i, W/m 2 K k vách = 1
𝛼1: Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài phòng, 𝛼1 = 20 𝑊/𝑚 2 𝐾 (TL 1)
𝛼2: Hệ số tỏa nhiệt bên trong phòng, lấy 𝛼2 = 10 𝑊/𝑚 2 𝐾 (TL 1)
𝜆𝑖 - Hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thứ i
𝛿𝑖: Bề dày của vật liệu thứ i, m k vách = 1
So sánh hệ số truyền nhiệt cực đại với hệ số truyền nhiệt của vách, ta được kvách < kmax
=> Thỏa mãn điều kiện, vách không bị động sương
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHO CÔNG TRÌNH
Phương trình cân bằng nhiệt
Ta sử dụng phương pháp tính tải lạnh Carrier
Hình 2 1 Sơ đồ tính các nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn chính theo Carrier
Các nguồn nhiệt gây tổn thất cho không gian điều hòa
- Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q1
- Nhiệt hiện truyền qua bao che Q2
- Nhiệt hiện tỏa ra do thiết bị chiếu sáng và máy móc Q 3
- Nhiệt hiện và ẩn do con người tỏa ra Q4
- Nhiệt hiện và ẩn do gió tươi mang vào Q N
- Nhiệt hiện và ẩn do gió lọt vào Q 5
Tính toán cân bằng nhiệt
2.2.1 Nhiệt bức xạ qua kính Q 11
Xác định nhiệt bức xạ qua kính theo công thức:
Q11 = nt.Q’11 nt: hệ số tác dụng tức thời
Q’11 = F.RT.εc.εds.εmm.εkh.εm.εr , W Trong đó:
Q’11: lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng
F: diện tích bề mặt của sổ có khung thép, m 2 , nếu là khung gỗ lấy bằng 0,85F
R T : Nhiệt bức xạ tức thời qua cửa kính vào phòng, W/m 2 Ɛc: Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển ε c = 1 + H
Hệ số Ɛds phản ánh ảnh hưởng của sự chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát và nhiệt độ đọng sương chuẩn ở mực nước biển là 20°C Công thức tính hệ số này được xác định như sau: ε ds = 1 − t s − 20.
Hệ số Ɛmm phản ánh ảnh hưởng của mây mù, với giá trị Ɛmm = 1 khi trời quang và Ɛmm = 0,85 khi có mây Hệ số Ɛkh thể hiện ảnh hưởng của khung cửa kính, trong đó khung gỗ có Ɛkh = 1 và khung kim loại có Ɛkh = 1,17 Hệ số Ɛm liên quan đến ảnh hưởng của kính, trong khi Ɛr đại diện cho hệ số mặt trời, tính đến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên trong.
Vì công trình không sử dụng kính cơ bản nên công thức sẽ thay RT thành RK
Q’11 = F.RK.εc.εds.εmm.εkh.εm.εr , W với:
Bức xạ mặt trời tác động lên bề mặt kính, với các hệ số hấp thụ (αk), xuyên qua (τk), và phản xạ (ρk) của kính cùng với hệ số hấp thụ (αm), xuyên qua (τm), và phản xạ (ρm) của màn che Hệ số tác dụng tức thời được xác định bởi công thức nt = Q11 và Q′11 = f(gs).
Giá trị mật độ khối lượng riêng diện tích trung bình của toàn bộ kết cấu bao che, bao gồm tường, trần và sàn, được ký hiệu là gs Công thức tính giá trị gs là: g s = G′ + 0,5G".
G’: Khối lượng tường có mặt ngoài tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời và của sàn nằm trên mặt đất, kg
G”: Khối lượng tường không tiếp xúc với bức xạ mặt trời và của sàn không nằm trên mặt đất, kg
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Vì kính khác cơ bản, không màn che, ta có:
Phòng L1-18 có hướng Đông Bắc Diện tích Fs = 393,1 m 2
Vì hệ thống điều hòa hoạt động từ 9 giờ sáng đến 10 giờ tối (trong các giờ có nắng) ta chọn
RT= RTmax Tra bảng 4.2 TL[1] trang 131, ta có nhiệt bức xạ mặt trời theo hướng Đông Bắc là
Hệ số ảnh hưởng của kính ta tra bảng 4.3 TL[1] trang 131, ta được:
Công trình không sử dụng rèm che nên hệ số mặt trời ảnh hưởng đến kính cơ bản và rèm che:
* Hệ số tác dụng tức thời nt g s =G′ + 0,5G"
Tra theo bảng 1 QCVN 09:2013, ta được:
- Khối lượng 1m 2 tường (thông số bảng 1.4): 1350 0,16 + 1800.0,045 = 297 (kg/m 2 )
- Khối lượng 1m 2 sàn bê tống cốt thép dày 0,3m: 2400.0,3 = 720 (kg/m 2 )
Từ gs = 809,1 tra bảng 4.6 TL[1], ta được: nt = 0,33
* Nhiệt bức xạ qua kính Q11:
Q’11 = F.RK.εc.εds.εmm.εkh.εm.εr εc: Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển
Hệ số εds phản ánh ảnh hưởng của sự chênh lệch giữa nhiệt độ đọng sương của không khí quan sát và nhiệt độ đọng sương tại mặt nước biển, với giá trị là 20°C Giá trị này được tính toán bằng cách sử dụng công thức 1000.0,023 = 1,000437.
Với tN = 37,3 o C và φN = 55%, tra đồ thị t-d, ta được ts = 26,7 o C ε ds = 1 − t s − 20
Hệ số εmm phản ánh ảnh hưởng của mây mù trong tính toán, với giá trị tối đa là 1 khi trời không có mây mù Hệ số εkh cho khung cửa kính bằng 1,17 do khung kim loại Hệ số εm cho kính là 0,44, trong khi hệ số εr cho mặt trời được xác định là 1 vì công trình không sử dụng màn che.
2.2.2 Nhiệt truyền qua mái bằng bức xạ Q 21
F: Diện tích mái, m 2 k: Hệ số truyền nhiệt của mái, W/m 2 K
∆ttđ: Hiệu nhiệt độ tương đương
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Vì phía trên phòng L1-18 có nhiều hơn hai không gian điều hòa nên Q21 = 0
Nhiệt truyền qua vách được xác định theo công thức:
Q2i: Nhiệt truyền qua tường, cửa ra vào (gỗ, nhôm) và cửa kính,…(W)
Q22c: Nhiệt truyền qua cửa ra vào, (W)
Q22k: Nhiệt truyền qua kính, (W) ki: hệ số truyền nhiệt (W/m 2 K)
Fi: diện tích tường, cửa, kính tương đương, (m 2 )
∆t: Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa, (°C) a) Nhiệt hiện truyền qua tường Q 22t
Nhiệt truyền qua tường tính bằng biểu thức sau :
K: Hệ số truyền nhiệt của tường, (W/m 2 K)
Hệ số tỏa nhiệt phía ngoài tường khi tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài được xác định là i + 1 α T αN = 20 W/m² K Trong khi đó, hệ số tỏa nhiệt khi tiếp xúc gián tiếp với không khí bên ngoài là αN = 10 W/m² K Hệ số tỏa nhiệt phía trong nhà được ghi nhận là αT = 10 W/m² K.
F: diện tích tường, cửa, kính tương đương, (m 2 )
∆t: Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa, (°C) Φ: Hệ số xét đến vị trí của vách:
- Đối với tường bao tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời: φ = 1
- Đối với tường ngăn tiếp xúc với không gian không có điều hòa: φ = 0,7 b) Nhiệt hiện truyền qua của ra vào Q 22c
Nhiệt truyền qua cửa ra vào tính bằng biểu thức sau:
Q22c = k F ∆t (W) Trong đó: k: Hệ số truyền nhiệt của cửa, (W/m 2 K)
∆t: Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa, (°C)
F: Diện tích cửa, (m 2 ) c) Nhiệt hiện truyền qua cửa sổ Q 22k
Nhiệt truyền qua cửa sổ tính bằng biểu thức sau:
Trong đó: k: Hệ số truyền nhiệt của cửa, (W/m 2 K)
∆t: Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa, (°C)
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Công trình có sử dụng tường gạch và tường kính nên nhiệt hiện truyền qua tường được xác định:
Q22t = kt Ft ∆t + kk Fk ∆t (W) Trong đó: kt: Hệ số truyền nhiệt của tường, (W/m 2 K) kk: Hệ số truyền nhiệt của tường kính, (W/m 2 K)
- Khi không gian điều hòa tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời:
- Khi không gian điều hòa tiếp xúc với không gian không được điều hòa:
Thông số các lớp vật liệu tường bảng 1.3
- Khi tường tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài: k t = 1
- Khi tường tiếp xúc gián tiếp với không khí bên ngoài: k t = 1
Kính dùng cho công trình là kính Stopray 6mm: kk = 1,1 W/m 2 K
- Tường hướng Đông Bắc là tường kính có diện tích 21,1185m 2 và tường gạch có diện tích 9,36m 2 tiếp xúc trực tiếp với không gian ngoài trời
- Tường hướng Tây Nam có một phần tường tiếp xúc gián tiếp với không gian ngoài trời
Vì bên ngoài cửa là không gian điều hòa nên ∆t = 0, Q22c = 0
Vì bảng thiết kế không có cửa sổ nên Q22k = 0
=> Tổng nhiệt truyền qua vách:
Nhiệt truyền qua nền được tính theo biểu thức:
20 k: Hệ số truyền nhiệt qua nền, (W/m 2 K)
∆t: Chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và trong không gian điều hòa, (°C)
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Công trình dùng sàn bê tông dày 300mm Tra bảng 4.15 TL[1] ta được: k = 2,18 W/m 2 K
Do mặt bằng phòng L1 – 18 là có nền bên dưới là khu không điều hòa nên
2.2.5 Nhiệt hiện toả do đèn chiếu sáng Q 31
Do công trình sử dụng đèn LED, nên được tính theo công thức:
Q31 = nt nđ Q (W) Trong đó: nt: Hệ số tác dụng tức thời của đèn chiếu sáng nđ: Hệ số tác động đồng thời
Q: Tổng nhiệt do chiếu sáng
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Do công trình sử dụng đèn LED, nên được tính theo công thức:
Q31 = nt nđ ∑Ni (W) nt: Hệ số tác dụng tức thời của đèn chiếu sáng
21 nđ: Hệ số tác động đồng thời
∑Ni: Tổng công suất ghi trên thiết bị
Khu vực L1 – 18 là gian hàng bán lẻ nên ta chọn tổng công suất trên thiết bị theo tiêu chuẩn đối với gian hàng bán lẻ là là 50 W/m 2 (bảng 1.4 chương 1)
Chọn nđ = 1 đối với cửa hàng gs >700 kg/m 2 sàn và đèn sử dụng 13 tiếng từ (9h đến 22h) nên nt =0,23 lấy ở bảng 4,8 [TL1/tr136]
2.2.6 Nhiệt tỏa do máy móc Q 32
Q32 đề cập đến nhiệt tỏa từ việc sử dụng các thiết bị điện như máy sấy tóc, quạt, ti vi, và bàn là Những thiết bị này không sử dụng động cơ điện, do đó, nhiệt tỏa của chúng có thể được tính tương tự như nhiệt tỏa của đèn chiếu sáng.
∑Ni (W) là công suất thiết bị điện
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Khu vực phòng L1-18 là gian hàng bán lẻ nên dựa theo bảng 1.4 chương 1 ta được mật độ tải nhiệt tỏa ra ước tính do thiết bị: 10W/m 2
2.2.7 Nhiệt hiện và ẩn do người tỏa Q 4
Nhiệt hiện và ẩn tỏa do người được tính theo biểu thức sau:
22 a) Nhiệt hiện do người tỏa ra Q 4h
Nhiệt hiện do người được tính theo biểu thức sau:
Hệ số tác dụng không đồng thời (nđ) và số người (n) trong khu vực điều hòa ảnh hưởng đến nhiệt lượng tỏa ra (qh) theo công thức Q4h = nđ n qh (W) Ngoài ra, nhiệt ẩn do người tỏa ra được ký hiệu là Q 4a.
Nhiệt ẩn do người tỏa ra được tính theo công thức:
Trong đó: n: Số người ở trong khu vực điều hòa qa: Nhiệt ẩn tỏa ra từ 1 người, Theo bảng 4.18 TL[1]/tr175 ta chọn 60 W tại 24 °C ở khu vực khách sạn văn phòng
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Tra tiêu chuẩn ASHREA 62.1-2013, mật độ người cho gian hàng siêu thị là 12,5 m 2 /người n 93,1 12,5 = 32 người
Ta chọn nđ = 0,9 do là cửa hàng
Theo bảng 4.18 [TL1/tr149] ta chọn qh = 70 W và qa = 60 W tại 24 o C tại cửa hàng
Giả sử số người cùng một thời điểm là 50% nam và 50% nữ Lượng nhiệt tỏa ra từ nữ giới sẽ bằng 85% nam giới
Nhiệt hiện do người tỏa ra là:
Nhiệt ẩn do người tỏa ra là:
* Tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn của khu L1 – 18 là:
2.2.8 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió tươi mang lại Q N
Trong hệ thống điều hòa không khí, việc cung cấp gió tươi là rất quan trọng để đảm bảo đủ ôxy cho hoạt động hô hấp của con người trong phòng Gió tươi ngoài trời được ký hiệu là N, với nhiệt độ tN, độ ẩm dung dN và entanpy IN, thường cao hơn so với không khí trong nhà có nhiệt độ tT, độ ẩm dung dT và entanpy IT Do đó, khi gió tươi được đưa vào phòng, nó sẽ tỏa ra một lượng nhiệt, bao gồm cả nhiệt ẩn.
QaN và nhiệt hiện QhN, chúng được tính bằng các biểu thức sau:
QaN = 3,0 n l (dN – dT), (W) Trong đó: dN, dT: Ẩm dung (g/kg)
24 n: Số người trong khu vực điều hòa l: Lượng không khí trời cần cho 1 người dùng trong 1 giây
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Với tN= 37,3 o C và 55% độ ẩm, tra đồ thị t-d ta được dN = 22,6 g/kg
Với tT = 24 o C và 55% độ ẩm dT = 10,4 ta được: dT = 10,4 g/kg
Lấy theo tiêu chuẩn ASHREA 62.1-2013 ta chọn l =7,6 l/s
2.2.9 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do gió lọt Q 5h và Q 5a
Để tiết kiệm năng lượng trong không gian điều hòa, cần làm kín phòng nhằm kiểm soát lượng gió tươi cấp Tuy nhiên, không khí không mong muốn vẫn có thể rò rỉ qua khe cửa sổ, cửa ra vào và cửa mở do người ra vào, hiện tượng này càng mạnh khi chênh lệch nhiệt độ giữa trong và ngoài lớn Không khí lạnh thoát ra từ dưới cửa trong khi không khí ngoài trời lọt vào từ phía trên Nguồn nhiệt do gió lọt bao gồm hai thành phần: nhiệt ẩn và nhiệt hiện, được tính bằng biểu thức cụ thể.
Nếu số người ra vào nhiều, cửa đóng mở nhiều lần, phải bổ sung thêm nhiệt hiện và nhiệt ẩn sau:
Qbsa = 3.Lbs.(dN- dT) Trong đó:
Lbs: Thể tích không khí lọt
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Khu vực phòng L1 – 18 không có cửa nối trực tiếp với không gian bên ngoài nên Q5h = 0 và Q5a = 0
2.2.10 Nhiệt tổn thất do các nguồn khác
Ngoài các nguồn nhiệt đã nêu trên còn các nguồn nhiệt khác ảnh hưởng tới phụ tải lạnh như:
- Nhiệt hiện và ẩn tỏa ra từ các thiết bị trao đổi nhiệt, các ống dẫn nước nóng và lạnh đi qua phòng điều hòa
Nhiệt tỏa từ quạt và sự tổn thất nhiệt qua đường ống gió khiến không khí lạnh bên trong bị nóng lên Tuy nhiên, các tổn thất nhiệt này là không đáng kể, vì vậy chúng ta có thể bỏ qua và xác định rằng Q6 = 0.
Bảng 2 1 Các thành phần nhiệt tầng 1
Các thành phần nhiệt của các phòng còn lại được liệt kê ở Phụ lục 1.
Thành lập sơ đồ điều hòa không khí
2.3.1 Chọn sơ đồ điều hòa không khí
Sơ đồ điều hòa không khí được thiết lập dựa trên kết quả tính toán cân bằng nhiệt ẩm, đáp ứng yêu cầu tiện nghi cho con người và công nghệ, phù hợp với điều kiện khí hậu Việc này cần dựa vào các kết quả tính toán như nhiệt hiện và nhiệt ẩn của phòng, nhằm đảm bảo hiệu quả và thoải mái trong không gian sống.
Quá trình xử lý không khí được xác lập trên ẩm đồ t-d, bao gồm việc lựa chọn thiết bị phù hợp và kiểm tra các điều kiện như nhiệt độ đọng sương, tiêu chuẩn vệ sinh và lưu lượng không khí qua dàn.
Trong việc lựa chọn sơ đồ điều hòa không khí, có ba loại chính: sơ đồ thẳng, sơ đồ một cấp và sơ đồ hai cấp Việc chọn sơ đồ phù hợp là một bài toán kinh tế kỹ thuật, phụ thuộc vào đặc điểm công trình và tầm quan trọng của hệ thống Sơ đồ thẳng cho phép không khí ngoài trời được xử lý nhiệt ẩm trước khi cấp vào phòng và thải ra ngoài, thường được áp dụng trong các không gian có nguy cơ phát sinh chất độc, như các phân xưởng độc hại và cơ sở y tế như phòng phẫu thuật.
Sơ đồ tuần hoàn một cấp là lựa chọn phổ biến nhất nhờ vào thiết kế đơn giản, đáp ứng yêu cầu vệ sinh và vận hành hiệu quả với chi phí thấp Nó được áp dụng rộng rãi trong điều hòa không khí cho các lĩnh vực như sản xuất linh kiện điện tử, máy tính và quang học Trong khi đó, sơ đồ tuần hoàn hai cấp thường được sử dụng trong điều hòa tiện nghi khi nhiệt độ thổi vào quá thấp và không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, cũng như trong các phân xưởng như nhà máy dệt và thuốc lá, mặc dù chi phí đầu tư cho sơ đồ này cao hơn nhiều so với sơ đồ một cấp.
Qua việc phân tích đặc điểm và yêu cầu về chi phí, chúng ta có thể sử dụng sơ đồ tuần hoàn không khí một cấp để đáp ứng hiệu quả những yêu cầu đã đề ra.
2.3.2 Sơ đồ điều hòa không khí một cấp
Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý điều hòa không khí 1 cấp
1- Cửa lấy gió tươi; 2- Miệng gió hồi; 3- Buồng hòa trộn; 4- Thiết bị xử lý không khí ;5- Quạt hút gió; 6- Kênh dẫn gió; 7- Miệng thổi; 8- Phòng điều hòa; 9- Miệng hút; 10- Lọc bụi;
11- Quạt hút gió; 12- Miệng hút gió thải
2.3.3 Tính toán sơ đồ điều hòa không khí
Tính toán sơ đồ một cấp được thực hiện theo các bước sau:
- Xác định toàn bộ nhiệt thừa hiện và ẩn của không gian điều hòa Q1h, Q2h, Q3h, Q4h, Q4a, Q5h,
Q5a, Q6h, Q6a, Qog và QhN, QaN, do gió tươi mang vào
- Xác định tổng nhiệt hiện Qh: Qh bằng tổng 7 thành phần nhiệt hiện nêu trên
- Xác định tổng nhiệt ẩn Qa: Qa bằng tổng 4 thành phần nhiệt ẩn nêu trên
- Xác định Q0: Q0 bằng tổng nhiệt hiện và nhiệt ẩn hay bằng 11 thành phần nhiệt hiện và ẩn nêu trên
- Xác định hệ số đi vòng εBF
- Tính εhf, εht, εhef a) Điểm gốc G và hệ số nhiệt hiện SHF (ε h ) Điểm gốc G xác định trên ẩm đồ là điểm có trạng thái (t = 24 0 C, = 50%)
Hình 2 3 Điểm gốc G (t = 24 0 C, = 50%) và thang chia hệ số nhiệt hiện của ẩm đồ b) Hệ số nhiệt hiện phòng RSHF (ε hf )
Hệ số nhiệt hiện phòng biểu diễn tia quá trình tự biến đổi không khí trong phòng điều hòa V-
Qhf: Tổng nhiệt hiện của phòng (không có nhiệt hiện của gió tươi), W
Qaf: Tổng nhiệt ẩn của phòng (không có nhiệt ẩn của gió tươi), W
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Tổng nhiệt hiện của phòng (không có nhiệt hiện của gió tươi)
Tổng nhiệt ẩn của phòng (không có nhiệt ẩn của gió tươi)
19494,63 + 1776 = 0,92 c) Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (ε ht )
Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF là độ nghiêng của tia quá trình từ điểm hòa trộn đến điểm thổi vào, thể hiện quá trình làm lạnh và khử ẩm không khí trong dàn lạnh sau khi gió tươi và gió tái tuần hoàn được hòa trộn.
Qh: Thành phần nhiệt hiện, kể cả phần nhiệt hiện do gió tươi mang vào, (W)
Qa: Thành phần nhiệt ẩn, kể cả phần nhiệt ẩn do gió tươi mang vào, (W)
Qt: Tổng nhiệt thừa dùng để tính năng suất lạnh Qo = Qt, (W)
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Hệ số nhiệt hiện tổng GSHF (εht ) là:
Hệ số đi vòng BF là tỷ lệ giữa lượng không khí đi qua dàn lạnh mà không thực hiện trao đổi nhiệt ẩm với bề mặt dàn, so với tổng lượng không khí đi qua dàn lạnh.
GH: Lưu lượng không khí qua dàn lạnh nhưng không trao đổi nhiệt ẩm với bề mặt dàn (kg/s), nên vẫn còn trạng thái điểm hòa trộn H
Go: Lưu lượng không khí qua dàn có trao đổi nhiệt ẩm với dàn (kg/s), và đạt được trạng thái O
G = GH + GO: Tổng lưu lượng không khí qua dàn lạnh, kg/s
Hệ số đi vòng BF chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm bề mặt trao đổi nhiệt của dàn, cách sắp xếp bề mặt trao đổi nhiệt ẩm, số hàng ống và tốc độ khí Để thực hiện tính toán cho cửa hàng, có thể tham khảo bảng 4.22 [TL1] để thu thập dữ liệu cần thiết.
BF = 0,1 e) Hệ số nhiệt hiệu dụng ESHF
Hệ số nhiệt hiện hiệu dụng (ESHF) được định nghĩa là tỷ số giữa nhiệt hiện hiệu dụng của phòng và nhiệt tổng hiệu dụng của phòng Công thức tính ESHF là: ε hef = Q hef.
Qhef: Nhiệt hiện hiệu dụng phòng ERSH
Qaef: Nhiệt ẩn hiệu dụng của phòng ERSH
QhN: Nhiệt hiện do gió tươi mang vào, W
QaN: Nhiệt ẩn do gió tươi mang vào, W
BF: Hệ số đi vòng ε hef = Q hf + ε BF Q hN
(Q hf +ε BF Q hN ) + (Q af + ε BF Q aN )
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Hệ số nhiệt hiệu dụng ESHF của L1-18 là ε hef = Q hf + ε BF Q hN
(Q hf +ε BF Q hN ) + (Q af + ε BF Q aN ) ε hef = 19494,63 + 0,1 3881,472
Bảng 2 2 Hệ số nhiệt hiện
Tên phòng εhf εht εhef
Nhiệt độ đọng sương của thiết bị là nhiệt độ mà hỗn hợp không khí tái tuần hoàn và không khí tươi bắt đầu ngưng tụ Tại điểm S, đường ht cắt đường = 100%, cho thấy đây chính là điểm đọng sương, và nhiệt độ ts tại đây được xác định là nhiệt độ đọng sương của thiết bị.
36 g) Thành lập sơ đồ tuần hoàn 1 cấp
Hình 2 4 Sơ đồ tuần hoàn một cấp với các hệ số nhiệt hiện, hệ số đi vòng và quan hệ qua lại các điểm H, T, O, S
- Điểm T, N lần lượt là trạng thái không khí ở trong nhà và ngoài trời
- Điểm H là trạng thái hòa trộn không khí tươi và không khí tuần hoàn
- Điểm S là điểm đọng sương không khí qua thiết bị
- Điểm O, V điểm không khí thổi vào phòng từ thiết bị
- Xác định các điểm : T (tT = 24 o C, φ = 55%), N (tN = 37,3 o C, φ = 55%) và G (24 o C, 50%)
- Đánh dấu trên trục SHF các giá trị vừa tìm được: εhf = 0,92; εht = 0,69; εhef = 0,88
- Qua T kẻ đường song song với G - εhef cắt φ = 100% ở S, xác định được nhiệt độ đọng sương ts = 14 o C
- Qua S kẻ đường song song với G - εht cắt đường NT tại H, xác định được điểm hòa trộn H (tH = 25,8 o C; φH = 58%)
- Qua T kẻ đường song song với G - εhf cắt đường SH tại O (tO = 15,2 o C, φO = 94%)
- Khi bỏ qua tổn thất nhiệt từ quạt gió và từ đường ống gió ta có O ≡ V là điểm thổi vào Các quá trình trên đồ thị:
- TH và NH là quá trình hòa trộn không khí
- HV là quá trình làm lạnh, khử ẩm
- VT quá trình tự thay trạng thái của không khí trong phòng Thành lập sơ đồ cho khu vực phòng L1-18:
Hình 2 5 Sơ đồ điều hòa không khí cho khu vực phòng L1 - 18
* Kiểm tra điều kiện vệ sinh
Kiểm tra nhiệt độ phòng và nhiệt độ thổi vào:
Đối với hệ thống điều hòa không khí thổi từ trên xuống, không khí cần đi qua không gian đệm trước khi vào vùng làm việc Theo tiêu chuẩn, nhiệt độ không khí ra (tV) phải lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ trong vùng làm việc (tT) trừ đi 10 độ C Cụ thể, với tV ≥ tT - a = 24 - 10 = 14, và 14 < 15,2, điều này cho thấy hệ thống thỏa mãn các điều kiện về vệ sinh và an toàn cho sức khỏe con người.
Để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, việc tính toán lưu lượng gió là rất quan trọng Nếu không đạt yêu cầu vệ sinh, cần áp dụng các biện pháp khác để giảm nhiệt độ thổi vào, chẳng hạn như sử dụng sơ đồ tuần hoàn 2 cấp hoặc lắp đặt sưởi bổ sung Nhiệt độ thổi vào quá thấp có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người.
Lưu lượng không khí qua dàn lạnh được tính bằng biểu thức:
Qhef: Nhiệt hiện hiệu dụng của phòng, (W) tT, tS: Nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ động sương, ( o C) εBF: Hệ số đi vòng
Lưu lượng không khí L là yếu tố quan trọng để loại bỏ nhiệt thừa trong phòng điều hòa, đồng thời cũng là lưu lượng không khí đi qua dàn làm lạnh sơ bộ sau khi được hòa trộn Mặc dù công thức không bao gồm hệ số nhiệt hiện hiệu dụng, nhưng nó giúp xác định nhiệt độ đọng sương ts trên đồ thị một cách chính xác.
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
* Tính kiểm tra năng suất lạnh của hệ thống
Năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí có thể được tính kiểm tra bằng công thức:
G: lưu lượng khối lượng không khí đi qua dàn lạnh, (kg/s)
G = L= 1,2 1,841 = 2,21 (kg/s) ρ: Khối lượng riêng (mật độ) không khí ρ = 1,2 (kg/m 3 )
L: Lưu lượng thể tích của không khí, (m 3 /s)
LN: Lượng khí tươi đem vào, (l/s)
LT: Lượng không khí tái tuần hoàn, (l/s)
IH: Entanpy không khí điểm hòa trộn trùng không khí vào dàn lạnh, (kJ/kg)
IV: Entanpy không khí điểm thổi vào trùng không khí ra khỏi dàn lạnh, (kJ/kg)
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Năng suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí phòng L1-18 là:
Kết quả so sánh tải nhiệt giữa các phòng với phần mềm Heatload cho phòng L1-18 cho thấy Qo heatload đạt 35,4 kW, và không có sự sai lệch lớn Các kết quả so sánh cho các phòng khác được trình bày chi tiết trong Phụ lục 2.
Chọn thiết bị
2.4.1 Một số hệ thống điều hòa không khí phổ biến
2.4.1.1 Hệ thống điều hòa multi
Hệ thống điều hòa multi là giải pháp hiệu quả với một dàn nóng kết nối từ 2-6 dàn lạnh, lý tưởng cho những không gian hạn chế như chung cư Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tiết kiệm không gian lắp đặt, giúp tối ưu hóa diện tích Tuy nhiên, nhược điểm chính của hệ thống multi là gặp khó khăn trong việc sửa chữa và bảo trì, điều này cần được lưu ý khi lựa chọn.
2.4.1.2 Hệ thống điều hòa VRV, VRF
Hệ thống điều hòa không khí VRF (Variable Refrigerant Flow) là giải pháp tối ưu cho các tòa nhà thương mại, cho phép điều chỉnh nhiệt độ ở từng khu vực riêng biệt VRF hoạt động bằng cách điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh, sử dụng các thiết bị tương tự như hệ thống điều hòa thông thường, bao gồm máy nén, thiết bị tiết lưu và thiết bị trao đổi nhiệt Hệ thống này bao gồm các thiết bị ngưng tụ ngoài trời và nhiều thiết bị bay hơi trong nhà được kết nối qua đường ống môi chất lạnh Điểm khác biệt nổi bật của VRF so với các hệ thống điều hòa khác là khả năng kết nối nhiều dàn lạnh với một dàn nóng chung, mang lại hiệu quả và linh hoạt trong việc điều chỉnh nhiệt độ.
Hình 2 6 Hệ thống VRV, VRF [14]
Hệ thống VRF, được phát triển lần đầu bởi tập đoàn Daikin vào năm 1982, được gọi là VRV (Variable Refrigerant Volume) Tên gọi VRV đã được Daikin đăng ký bản quyền, do đó chỉ có thể tìm thấy thuật ngữ này trên các thiết bị do Daikin sản xuất.
Hệ thống VRF có thể sử dụng trong nhiều loại công trình khác nhau, ví dụ như:
- Các tòa nhà văn phòng hoặc cao ốc
- Các cơ sở giáo dục
- Các cơ sở chăm sóc sức khỏe
- Các cửa hàng bán lẻ
- Trung tâm hội nghị, nhà hàng, khách sạn
2.4.1.3 Hệ thống điều hòa Water Chiller
Hệ thống Water Chiller, hay còn gọi là hệ thống Chiller giải nhiệt bằng nước, là một hệ thống sử dụng nước làm chất tải lạnh trung gian Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên quá trình chuyển đổi trạng thái vật chất.
Nước được làm lạnh từ hệ thống có nhiệt độ từ 7 đến 12℃ và được chuyển đến các dàn lạnh FCU hoặc AHU để làm lạnh Nước lạnh này chủ yếu được sử dụng cho hai mục đích chính: giải nhiệt công nghiệp và điều hòa không khí Hệ thống điều hòa Water Chiller là một giải pháp máy làm lạnh nước công nghiệp phổ biến cho các công trình lớn.
Hệ thống gồm các thiết bị chính sau:
- Cụm trung tâm Water Chiller
- Bơm nước lạnh tuần hoàn
- Bình giãn nở và cấp nước bổ sung
- Hệ thống xử lí nước
- Các dàn lạnh FCU và AHU
Hình 2 7 Hệ thống Water Chiller [15]
2.4.2 Lựa chọn phương pháp Đề xuất sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm Chiller giải nhiệt nước cho toàn bộ công trình Công trình sử dụng Chiller cung cấp tải lạnh cho toàn bộ công trình
Hệ thống máy lạnh trung tâm Water Cooled Liquid Chiller bao gồm các thành phần như bơm nước tải lạnh, bơm nước giải nhiệt, tháp giải nhiệt, hệ thống đường ống phân phối nước lạnh, dàn trao đổi nhiệt và tủ điện điều khiển trung tâm Tất cả các bộ phận này phối hợp với nhau để duy trì nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch của không khí trong các phòng, đảm bảo chức năng hoạt động hiệu quả của hệ thống điều hòa trung tâm trong toàn bộ công trình.
Máy lạnh trung tâm - Water Chiller được lắp đặt tại phòng máy ở tầng hầm 1 của công trình Hệ thống bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt cũng được bố trí trong phòng máy, giúp giảm thiểu rung động và tiếng ồn cho tòa nhà.
Tháp giải nhiệt được lắp trên bộ giảm chấn quán tính đặt tại tầng áp mái của công trình
Cấp lạnh cho các không gian chúng tôi sử dụng các FCU - Dàn lạnh âm trần nối ống gió
Trong hệ thống máy lạnh trung tâm, nhiệm vụ chính là sản xuất nước lạnh với nhiệt độ khoảng 5°C để cung cấp cho các bộ trao đổi nhiệt FCU (Fan Coil Unit) Tại đây, dàn lạnh sẽ thực hiện chức năng trao đổi nhiệt với không khí, giúp làm lạnh không khí trong phòng Sau khi trao đổi nhiệt, nước lạnh sẽ được hút trở lại máy để tiếp tục chu trình tuần hoàn.
Nhiệt độ trong phòng được điều chỉnh bởi các THERMOSTAT, cho phép kiểm soát nhiều dàn lạnh cùng lúc Trong quá trình hoạt động, tín hiệu nhiệt độ từ phòng sẽ được gửi về THERMOSTAT, giúp duy trì nhiệt độ theo cài đặt đã định.
Trong quá trình hoạt động, tủ điều khiển khống chế trung tâm nhận tín hiệu nhiệt độ nước từ hệ thống Tín hiệu này sau đó được xử lý và so sánh với các tín hiệu khác để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Nhiệt độ được đặt và tín hiệu được chuyển tới hệ thống điều khiển, giúp máy lạnh trung tâm hoạt động hoặc dừng lại, đảm bảo phù hợp với nhu cầu tải lạnh thực tế.
2.4.3 Chọn dàn lạnh cho hệ thống điều hòa Water Chiller Đối với khu vực phòng L1 -18 và các khu vực có diện tích vừa và nhỏ khác, ta sử dụng FCU hãng Daikin, đối với các khu vực phòng có diện tích lớn với tải nhiệt lớn như L1 – 22, L2 – 01, L3 – 01, ta dùng các AHU hãng Trane
Dựa vào kết quả tính toán công suất lạnh, và Catalogue, ta chọn dàn lạnh cho phòng L1 -18 như sau:
FWW400F 1 5,277 0,9 Giấu trần nối ống gió
FWW600F 1 7,185 1,23 Giấu trần nối ống gió
FWW800F 2 8,691 1,49 Giấu trần nối ống gió
Khu vực sảnh thang máy 1, 2 sử dụng máy lạnh cục bộ
Các chiller được chọn đảm bảo lưu lượng nước lạnh cấp cho FCU/ AHU (654,18 m 3 /h hay 181,72 l/s) và phải đảm bảo Q0máy = Qtổng_FCU = 4001,544 kW Ta chọn Chiller của nhà
45 sản xuất Carrier dựa vào catalogue Chiller Carrier AquaForce 30XW chọn 3 máy (2 máy chạy chính, 1 máy dự phòng) có thông số:
- Môi chất sử dụng: HFC-134a
2.4.5 Tính chọn tháp giải nhiệt
Tháp giải nhiệt có nhiệm vụ thải toàn bộ nhiệt lượng do môi chất lạnh ngưng tụ tạo ra Nhiệt lượng này được chuyển giao ra môi trường thông qua chất tải nhiệt trung gian là nước.
Từ nhiệt độ tN = 37,3 o C và độ ẩm 𝜑𝑁 = 55%, ta tra đồ thị không khí ẩm I-d tìm được nhiệt độ nhiệt kế ướt: tư = 29,2 o C Ta lấy tròn tư = 29 o C
Hiệu nhiệt độ nước ra vào tháp là tw1 – tw2 = 5 o C Trong đó tw1: Nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt tw2: Nhiệt độ nước ra tháp giải nhiệt
Trong kỹ thuật điều hòa không khí, nhiệt độ nước ra khỏi tháp thường cao hơn nhiệt độ ướt từ 3 đến 5 độ C Chúng ta chọn 3 độ C, do đó nhiệt độ nước ra là 32 độ C và nhiệt độ ướt là 37 độ C.
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ
Tính toán gió tươi
Để đảm bảo điều kiện vệ sinh trong phòng, cần cung cấp một lượng khí tươi nhất định thông qua các phương pháp như sử dụng quạt cấp gió, mở cửa khi có người ra vào, hoặc thông qua các khe cửa bị rò gió.
3.1.1 Mục đích cấp gió tươi
Không gian điều hòa là không gian kín, do đó cần cấp oxi liên tục để con người hô hấp, tránh tình trạng khó thở và mệt mỏi Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc cung cấp gió tươi vào không gian điều hòa.
Hình 3 1 Sơ đồ ống gió tươi tầng 1
3.1.2 Tính toán lưu lượng gió tươi
Có hai phương án cấp khí tươi chính: cấp khí tự nhiên và cấp khí cưỡng bức Phương án cấp khí tự nhiên không sử dụng quạt hay hệ thống ống dẫn, mà dựa vào chênh lệch áp suất giữa không khí bên trong và bên ngoài để cung cấp không khí Ngược lại, phương án cấp khí cưỡng bức sử dụng quạt và ống gió để đưa không khí từ bên ngoài vào không gian cần điều hòa Trong dự án này, chúng tôi chọn phương án cấp khí tươi cưỡng bức để đảm bảo nhu cầu tuần hoàn không khí và yêu cầu vệ sinh trong các không gian làm việc Tổng lưu lượng khí tươi cấp vào phòng được xác định theo công thức trong TCVN 5687 – 2024.
L = n lN (m 3 /h) Trong đó: n: số người trong phòng lN: lưu lượng không khí tiêu chuẩn cấp vào nhà quy cho 1 người, m 3 /h
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Theo bảng 1.5 chương 1, ta được: lN = 7,6 l/s = 27,36 m 3 /h n = 32 người Lượng khí tươi cần cấp cho phòng L1 – 18 là:
Thông gió hầm xe
3.2.1 Mục đích thông gió hầm xe
Hệ thống thông gió trong tầng hầm giúp hút khí độc hại từ xe cộ, nhiệt độ do máy móc và con người thải ra, đồng thời cung cấp không khí tươi từ môi trường bên ngoài Điều này tạo ra không gian thông thoáng, đảm bảo đủ lượng oxy cho con người hít thở.
Khi hỏa hoạn xảy ra ở tầng hầm, hệ thống thông gió cần có khả năng loại bỏ không khí độc hại từ đám cháy và hạn chế khói lan ra các khu vực khác.
3.2.2 Tính toán thông gió hầm xe
Gara để xe cần duy trì hệ số trao đổi không khí tối thiểu 6 lần mỗi giờ trong chế độ thông gió thông thường và 9 lần mỗi giờ trong chế độ thông gió hút khói khi xảy ra sự cố cháy.
Lưu lượng không khí hút cần tính toán cho tầng hầm được xác định theo công thức:
L: Lưu lượng không khí cần hút ra (m 3 /h)
Thể tích của tầng hầm (m³) và bội số trao đổi không khí (lần/h) là hai yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống thông gió Theo tiêu chuẩn TCVN 5687-2010, bội số trao đổi không khí được xác định là 6 cho hệ thống hút khói bình thường và 9 cho hệ thống hút khói trong trường hợp có cháy.
Trong tầm hầm, các đầu cảm biến CO được lắp đặt trên một số cột để đo nồng độ CO Khi nồng độ CO dưới 9 ppm, quạt hút khí sẽ dừng hoạt động Nếu nồng độ CO từ 9 đến 25 ppm, quạt sẽ chạy ở tốc độ bình thường Khi nồng độ CO vượt quá 25 ppm, quạt sẽ hoạt động ở chế độ khẩn cấp như khi có cháy.
Sử dụng quạt trục lắp trần để hút khí thải ra ngoài Hệ thống quạt jetfan sẽ được phân bố theo vùng chữa cháy của hệ thống PCCC
❖ Tính ví dụ cho zone 5 tầng hầm B2
Zone 5 tầng hầm B2 có diện tích 1600 m 2 và cao 3 m, lưu lượng không khí thông gió là:
- Đối với chế độ thông gió thông thường:
- Đối với chế độ hút khói:
L = m.Vp = 9 1600 3 = 43200 (m 3 /h) Tính toán cho các phòng còn lại được liệt kê ở Phụ lục 3.
Hệ thống hút khí nhà vệ sinh
3.3.1 Mục đích hệ thống hút khí nhà vệ sinh
Hệ thống hút khí nhà vệ sinh có vai trò quan trọng trong việc thoát khói, mùi hôi và độ ẩm, giúp duy trì không khí trong lành Bằng cách hút khí từ nhà vệ sinh và đẩy ra ngoài, hệ thống này không chỉ loại bỏ mùi hôi khó chịu mà còn ngăn ngừa ô nhiễm không khí trong không gian sống.
3.3.2 Tính toán lưu lượng khí thải nhà vệ sinh
Hệ thống hút khí vệ sinh được thiết kế với quạt trục hút khí bẩn trong nhà vệ sinh, giúp thổi khí ra ngoài Lưu lượng không khí hút ra được xác định theo một công thức cụ thể, đảm bảo hiệu quả trong việc duy trì không gian sạch sẽ và thông thoáng.
Lhút khí: Lưu lượng không khí cần hút ra ngoài (m 3 /h)
V: Thể tích của khu vệ sinh cần tính (m 3 ) m: Bội số trao đổi không khí (lần/h) đối với khu vệ sinh thì bội số trao đổi không khí lấy là 10 (lần/h)
❖ Tính ví dụ cho nhà vệ sinh WC 1 tầng 2
Lưu lượng không khí hút nhà vệ sinh WC 1 là:
Lhút khí = V m = 136 3 10 = 4080 m 3 /h Tính toán cho các phòng còn lại được liệt kê ở Phụ lục 5.
Hệ thống hút khói
Hệ thống thông gió thoát khói là giải pháp quan trọng để đảm bảo an toàn cho người dân trong trường hợp hỏa hoạn Hệ thống này cần được thiết kế để hỗ trợ việc thoát hiểm an toàn cho người ở trong công trình ngay từ giai đoạn đầu khi đám cháy xảy ra tại bất kỳ phòng nào.
Cần phải có thiết kế thoát khói:
- Từ hành lang hoặc sảnh của nhà ở, nhà công cộng, nhà hành chính – sinh hoạt
Hành lang dài trên 15 m trong các nhà sản xuất thuộc cấp nguy hiểm cháy nổ A, B và C từ 2 tầng trở lên không được chiếu sáng tự nhiên qua các lỗ cửa lấy ánh sáng trên tường ngoài.
Mỗi gian sản xuất hoặc kho hàng thường không có ánh sáng tự nhiên hoặc nếu có, thì không có cơ cấu để mở cửa chiếu sáng.
Chiều cao từ 2,2 m trở lên so với sàn là yêu cầu cần thiết để đảm bảo an toàn trong việc thải khói tự nhiên khi có cháy, đặc biệt đối với các cơ sở sản xuất thuộc cấp nguy hiểm cháy nổ A, B, C, hoặc cấp D, E trong các công trình có bậc chịu lực IV.
- Từ mỗi phòng không có chiếu sáng tự nhiên đối với nhà công cộng, nhà hành chính – sinh hoạt, nếu phòng dùng cho mục đích tụ họp đông người
* Các yêu cầu nêu trên không áp dụng cho:
Các không gian bị ngập khói phải tuân thủ quy định về thời gian thoát hiểm, đảm bảo thời gian cho người thoát ra an toàn, ngoại trừ các khu vực sản xuất thuộc cấp nguy hiểm cháy nổ A và B.
Các không gian có diện tích dưới 200 m² cần được trang bị hệ thống chữa cháy tự động bằng nước hoặc bọt, ngoại trừ các khu vực sản xuất thuộc cấp nguy hiểm cháy nổ A và B.
- Các không gian được trang bị hệ thống chữa cháy tự động bằng khí
- Các phòng thí nghiệm nêu
- Các hành lang, sảnh, nếu từ những không gian kế cận có cửa thông sang đây được tổ chức hút thải khói trực tiếp
3.4.3 Tính toán hút khói hành lang
Lượng khói cần phải hút thải ra khỏi hành lang hay sảnh khi có cháy được xác định theo những công thức sau:
- Đối với nhà công cộng, nhà hành chính – sinh hoạt và nhà sản xuất:
B: chiều rộng của cánh cửa lớn hơn mở từ hành lang hay sảnh vào cầu thang, hay ra ngoài nhà tính bằng mét (m)
H: chiều cao của cửa đi; khi chiều cao lớn hơn 2,5m thì lấy H = 2,5m
Hệ số Kđ, đại diện cho "thời gian mở cửa đi kéo dài tương đối", được xác định từ hành lang vào cầu thang hoặc ra ngoài nhà trong tình huống cháy Nếu có hơn 25 người thoát nạn qua một cửa, Kđ sẽ bằng 1; ngược lại, nếu số người thoát nạn dưới 25, Kđ sẽ là 0,8 Hệ số n phụ thuộc vào chiều rộng tổng cộng của các cánh cửa lớn mở từ hành lang vào cầu thang hoặc ra ngoài trời trong trường hợp cháy, được quy định theo bảng hướng dẫn.
Bảng 3 1 Hệ số phụ thuộc vào chiều rộng
Loại công trình Hệ số n tương ứng chiều rộng B
Nhà công cộng , nhà hành chính
3.4.4 Tính toán hút khói phòng có diện tích lớn
G: Lưu lượng hút khói phòng có diện tích lớn, kg/h
Trong giai đoạn đầu của vụ cháy, chu vi vùng cháy được xác định bằng Pf Đối với các phong có hệ thống phun nước chữa cháy (sprinkler), giá trị Pf được lấy là 12 m Nếu không thể xác định chu vi vùng cháy, chúng ta sẽ sử dụng công thức để tính toán.
A: diện tích của gian phòng hay bể chứa khói, m 2
Y: Khoảng cách từ mép dưới của vùng khói đến sàn nhà, đối với gian phòng lấy y = 2,5 m
Ks: Hệ số lấy bằng 1
❖ Tính ví dụ cho phòng L1 – 18 tầng 1:
Pf: Chu vi vùng cháy trong giai đoạn đầu
Pf = 0,38A 0,5 = 0,38 393,1 0,5 = 7,5 m y: Khoảng cách từ mép dưới của vùng khói đến sàn nhà, đối với gian phòng lấy y = 2,5 m
Ks: Hệ số lấy bằng 1
G = 678,8 P𝑓 𝑦 1,5 K𝑠 = 678,8 7,5 2,5 1,5 1 = 20123,95 kg/h Tính toán cho các phòng còn lại được liệt kê ở Phụ lục 4.
Tạo áp cầu thang, buồng đệm
3.5.1 Mục đích của tạo áp cầu thang
Hệ thống được thiết kế nhằm giữ khói và khí độc ở bên ngoài đường thoát trong thời gian đủ dài, giúp người dân có cơ hội thoát ra hoặc tìm nơi trú ẩn an toàn Trong trường hợp cháy, lực chênh lệch áp suất giữa hai bên cửa sẽ khiến khói xâm nhập qua các kẽ hở Việc điều chỉnh độ thông gió là cần thiết để kiểm soát sự lan tỏa của khói.
57 chênh áp suất chúng ta có thể điều khiển sự chuyển động của khói Có hai phương pháp để điều khiển khói như sau:
- Lưu lượng có thể điều chỉnh khói nếu tốc độ trung bình đủ lớn
- Độ chênh áp suất ở biên có thể tác động để điều khiển sự chuyển động của khói
3.5.2 Tính toán tạo áp cầu thang, buồng đệm
Công thức tính lưu lượng gió lọt qua cửa khi tất cả các cửa đóng (theo tiêu chuẩn BS
Q1: Lưu lượng gió cần cung cấp để duy trì áp suất P cho không gian cần tạo áp khi tất cả các cửa đóng, m 3 /s
𝐴𝐸: Diện tích khe hở cửa dọc buồng thang, m 2
P: Áp suất cần duy trì trong không gian tạo áp, Pa
N: chỉ số có thể thay đổi từ 1 đến 2 Đối với các khe hở lớn như các khe hở xung quanh cửa ra vào thì có thể lấy giá trị là
N = 2; đối với các khe hở nhỏ như các khe hở xung quanh cửa sổ thì có thể lấy giá trị là N 1,6
* Lưu lượng gió lọt qua cửa mở:
Q2: Lưu lượng gió thoát qua cửa mở dọc buồng thang bộ, m 3 /s
58 n: Số cửa mở dọc buồng thang bộ
V: Vận tốc gió qua cửa mở, V=1.3 m/s
❖ Tính ví dụ cho khu vực buồng thang và thang bộ tầng hầm trục M-N/2-3
* Lưu lượng gió lọt qua cửa khi tất cả các cửa đóng:
Cửa sử dụng cho buồng thang này là cửa đôi, có kích thước 2200x1800mm Theo tiêu chuẩn
BS 5588 – 2004 tr13, đối với cửa đôi:
9,2 0,03 = 0,026 m 2 Áp suất cần duy trì trong không gian tạo áp, ta chọn P = 20 Pa
* Lưu lượng gió lọt qua cửa mở:
Vậy tổng lưu lượng cần cung cấp để tạo áp cho buồng thang thoát hiểm và thang bộ tầng hầm trục M-N/2-3 là:
Tính chọn miệng gió
Để lựa chọn miệng gió phù hợp, chúng ta sử dụng phần mềm Duct Checker Pro Ví dụ, với FCU mã FWW1000F có lưu lượng 1570 m³/h và sử dụng 4 miệng gió theo 4 hướng, lưu lượng gió qua mỗi miệng gió sẽ được tính toán cụ thể.
Hình 3 2 Kết quả chọn miệng gió của dàn lạnh FWW1000F
Tuy nhiên, miệng gió thường chọn là hình vuông, nên ta sẽ kiểm tra miệng gió 300x300 với cùng lưu lượng như vậy
Hình 3 3 Kết quả chọn lại miệng gió của dàn lạnh FWW1000F
Ta thấy vận tốc bề mặt miệng là 1,62 m/s, nằm trong khoảng 1,5 – 2 m/s nên ta có thể chọn miệng gió có kích thước cổ là 300x300.
Tính chọn ống gió
Để chọn được ống gió, ta dùng phần mềm Duct Checker Pro
Ta tính ví dụ ống gió cấp cho dàn lạnh FWW1000F, có lưu lượng 1570 m 3 /h
Hình 3 4 Kết quả tính chọn ống gió cho dàn lạnh FWW1000F
Ta chọn ống 400x250 với vận tốc gió đi trong ống là 4,36 m/s.
Tổn thất trên ống gió
Tổn thức trên ống gió được chia làm 2 phần:
∆Pms: Trở kháng ma sát trên đường ống, Pa
∆Pcb; Trở kháng cục bộ trên phụ kiện đường ống (giảm size, co, gót giày,…), Pa
3.8.1 Xác định tổn thất ma sát trên đường ống
Trở kháng ma sát của đoạn ống gió được xác định theo công thức:
∆Pms: Trở kháng ma sát trên đường ống, Pa l: Chiều dài đoạn ống tính tổn thất, Pa
∆P1: Tổn thất ông gió trên 1m chiều dài ống gió, Pa/m
Trong quá trình tiến thành tính toán chọn ống gió ta sử dụng phương pháp ma sát đồng đều trên đường ống là ∆P1 = 1 Pa/m
3.8.2 Xác định tổn thất cục bộ a) Tổn thất cục bộ co tròn và chữ nhật Để tính ∆Pcb cho co thì ta giả thiết rằng ∆Pcb=∆Pms là trở kháng cho 1 mét chiều dài ống Vậy tính tổn thất cục bộ cho co được xác đinh bằng công thức:
∆Pcb: Tổn thất áp suất cục bộ của co, Pa
62 ltđ: Chiều dài tương đương của co, m
∆Pi: Trở kháng ma sát trên 1 mét chiều dài ống, Pa/m 2 b) Tổn thất cục bộ cho T, chẻ nhánh, giảm size
Trở kháng cục bộ cho phụ kiện T, chẻ nhánh,… được xác định theo công thức:
Tổn thất áp suất cục bộ (∆Pcb) xảy ra tại các điểm như T, chẻ nhánh và giảm kích thước trong hệ thống ống dẫn Hệ số cột áp động (n) và cột áp động (p) được tính bằng đơn vị Pa Để tính toán tổn thất cục bộ một cách thuận tiện, chúng ta có thể sử dụng phần mềm Ashrae Duct Fitting Database.
Ví dụ: Ta dùng phần mềm để tính tổn thất áp suất cục bộ cho trục gió tươi cấp cho FCU ở tầng
Hình 3 5 Trục gió tươi ở tầng 2
Hình 3 6 Tổn thất qua co 90 o
Hình 3 7 Tổn thất qua giảm size
Hình 3 8 Tổn thất qua nối chân
Sau khi sử dụng phần mềm tính toán Ashrae Duct Fitting Database ta được bảng sau:
Bảng 3 2 Tổn thất áp cục bộ quạt cấp gió tươi L2 - 04
STT Tên chi tiết Kích thước Số lượng Tổn thất áp suất(Pa)
Tính toán chọn quạt
Có hai phương pháp phổ biến để chọn quạt: một là dựa vào lưu lượng và cột áp để tra cứu trong catalogue, hai là sử dụng phần mềm để lựa chọn quạt phù hợp Để chọn quạt nhanh chóng và chính xác, phần mềm Fantech là một công cụ hữu ích Bằng cách nhập tổng lưu lượng gió và cột áp, người dùng có thể dễ dàng tìm ra quạt thích hợp thông qua phần mềm FanTech.
Ví dụ: Chọn quạt SAF - G6
Thông số thiết kế của quạt:
Sau khi nhập các thông số vào phần mềm Fantech, ta được chọn quạt có các thông số sau:
Hình 3 9 Kết quả chọn quạt bằng phần mềm Fantech Bảng 3 3 Kết quả chọn quạt SAF – G6 bằng phần mềm Fantech
TRIỂN KHAI BẢN VẼ BẰNG PHẦN MỀM REVIT
Giới thiệu về phần mềm Revit Mep
4.1.1 Đôi nét về phần mềm Revit
Revit là phần mềm do Autodesk phát triển, chuyên hỗ trợ xây dựng mô hình thông tin xây dựng (BIM), nổi bật trong ngành kỹ thuật toàn cầu.
Phần mềm Revit đã trở thành yếu tố quan trọng trong tuyển dụng các công ty thiết kế xây dựng, nhờ vào ứng dụng mạnh mẽ của nó trong thiết kế và thi công Tiềm năng của Revit trong công việc thiết kế được thể hiện rõ qua việc khai thác công nghệ B.I.M, điều này cho thấy sự cần thiết của nó đối với những người làm trong ngành thiết kế xây dựng.
4.1.2 Ứng dụng của Revit trong cơ điện
Revit là công cụ thiết yếu trong ngành xây dựng và kiến trúc, đặc biệt trong lĩnh vực cơ điện Với tính năng mạnh mẽ và khả năng tương tác linh hoạt, Revit giúp tiết kiệm thời gian, nâng cao hiệu quả và đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và xây dựng dự án Nhờ vào khả năng cung cấp giải pháp tích hợp, Revit được sử dụng rộng rãi trong ngành MEP (Cơ khí, Điện, Nước) để thiết kế, phân tích và quản lý các hệ thống cơ điện, bao gồm đường ống, cáp điện, hệ thống điều hòa không khí và thiết bị cơ điện.
Kỹ sư MEP sử dụng Revit để tạo ra mô hình 3D chính xác, tự động phát sinh bản vẽ công nghệ và báo giá, từ đó giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả làm việc Phần mềm này còn cho phép tích hợp dữ liệu, phối hợp và hợp tác trực tuyến giữa các thành viên dự án, bao gồm kỹ sư MEP, kiến trúc sư và nhà thầu, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao hiệu suất.
Hình 4.1 và 4.2 lần lượt là giao diện khởi động Revit 2022 và giao diện làm việc Revit
Hình 4 1 Giao diện khởi động Revit 2022
Hình 4 2 Giao diện làm việc Revit 2022
Là thanh công cụ chứa các tab, trong mỗi tab chứa các công cụ và nhóm công cụ dùng trong quá trình thực hiện dự án
• Architecture: Dùng cho quá trình thiết kế kiến trúc
• Structure: Dùng cho quá trình thiết kế kết cấu
• Systems: Dùng cho quá trình thiết kế hệ thống MEP
• Insert: Dùng để chèn các file CAD, file Revit, hình ảnh hay để load các family để phục vụ cho dự án
• Annotate: Dùng để ghi kích thước, các chú thích, …
• Analyze: Tạo khung nhìn, mặt cắt, 3D, …
• Collaborate: Quản lý các hệ khác nhau của dự án, tạo workset, …
• Manage: Quản lý, thiết lập các thông tin liên quan đến dự án, …
• Modifi: Thay đổi đối tượng, di chuyển, sao chép, …
❖ Properties: Đây là thanh công cụ hiển thị các thông tin của đối tượng
Khi chưa chọn đối tượng nào, thanh Properties sẽ hiển thị thông tin phi hình học của hình chiếu hiện có trong khu vực làm việc.
Khi có một đối tượng được chọn thì thanh Properties sẽ chỉ hiển thị các thông tin phi hình học của chính đối tượng được chọn
Hình 4 4 Thanh Properties khi không click chọn đối tượng
Hình 4 5 Thanh Properties khi click chọn đối tượng
Thanh này quản lý toàn bộ thông tin dự án; để làm việc ở vùng nào, chỉ cần double click vào tên vùng đó Các vùng làm việc được sắp xếp theo thiết kế của người tạo và hiển thị dưới dạng cây thư mục.
❖ Các thanh công cụ phụ trợ:
Thanh Quick Access: Giúp truy cập nhanh vào các công cụ hay sử dụng khi làm việc
Giúp kiểm soát cách hiển thị của đối tượng
Sử dụng Worksets trên Revit 2022 để triển khai bản vẽ kiến trúc, kết cấu và hệ thống
Nhóm thực hiện mô hình 3D kiến trúc và hệ thống HVAC cho Vincom Megamall Thủ Đức, bao gồm 2 tầng hầm, 5 tầng thương mại và 1 tầng mái, dựa trên các bản vẽ kỹ thuật Để hoàn thành dự án, nhóm áp dụng phương pháp làm việc nhóm (Worksets) trên phần mềm Revit.
Workset là phương pháp hiệu quả trong thiết kế bằng phần mềm Revit, giúp các thành viên trong nhóm phối hợp mà không xảy ra xung đột hay chồng chéo trong công việc Phương pháp này ngăn ngừa những sai sót do việc chỉnh sửa và xóa dữ liệu một cách tự ý Sau khi hoàn thành, kết quả thiết kế của từng thành viên sẽ được đồng bộ hóa (Synchronize) lên file dữ liệu trung tâm, đảm bảo tính chính xác và nhất quán trong dự án.
Hình 4 9 Cơ chế hoạt động của Worksets trong Revit
Hình 4 10 Các file của công trình thực hiện bằng Revit 2022
4.2.2 Mô hình kết cấu 3D Đối với mô hình kiến trúc và kết cấu 3D của công trình Vincom Mega Mall Grand Park, nhóm đã tiến hành dựng lại từ những thông tin có từ các bản vẽ AutoCad Việc xây dựng mô hình này chủ yếu chỉ mang tính chất tham khảo và phục vụ cho nhóm tính toán và thiết kế hệ thống HVAC nên sẽ còn nhiều yếu tố thiếu sót
Hình 4 11 Mô hình kiến trúc và kết cấu của công trình
4.2.3 Mô hình 3D hệ thống HVAC của công trình
Nhóm đã xây dựng mô hình hệ thống HVAC cho công trình Vincom Mega Mall Grand Park dựa hoàn toàn vào bản vẽ AutoCAD, bao gồm các hệ thống như điều hòa không khí, thông gió và hệ thống ống dẫn.
- Hệ thống điều hòa không khí trung tâm nước Water Chiller
- Hệ thống thông gió tầng hầm
- Hệ thống thông gió hầm xe
- Hệ thống tăng áp cầu thang, phòng đệm và thang máy
- Hệ thống hút khối hành lang, phòng có diện tích lớn và thông tầng
- Hệ thống thông gió nhà vệ sinh
Hình 4 12 Mô hình 3D hệ thống thông gió của công công trình dựng bằng phần mềm Revit
Hình 4 13 Mô hình 3D hệ thống thông gió của công công trình dựng bằng phần mềm Revit
Hình 4 14 Bản vẽ 2D tầng hầm B2 của công trình
Hình 4 15 Bản vẽ 3D tầng hầm B2 của công trình
Hình 4 16 Bản vẽ 2D tầng 1 của công trình
Hình 4 17 Bản vẽ 3D tầng 1 của công trình
Hình 4 18 Bản vẽ 2D tầng mái của công trình
Hình 4 19 Bản vẽ 3D tầng mái của công trình
Bóc tách khối lượng bằng phần mềm Revit
Bóc tách khối lượng là bước quan trọng trong xây dựng, giúp lập kế hoạch chi phí và xác định số lượng vật tư cần thiết cho thi công Quá trình này không chỉ đảm bảo tiến độ công trình mà còn giảm thiểu tổn thất cho các bên liên quan.
4.3.2 Các bước thực hiện bóc khối lượng bằng phần mềm Revit Để thực hiện bóc tách khối lượng trước hết ta bấm chọn tab view trên thanh công cụ sau đó bấm chọn Schedules
Ta chọn mục Ducts trong Category Sau đó đặt tên là BTKL
Hình 4 21 Giao diện sau khi tạo Schedules
Hình 4 22 Giao diện của Schudule Properties
Ta click chuột vào tab Fields trong Schedule Properties
Trong phần này, chúng ta sẽ lựa chọn các thiết lập cần thiết như khu vực hoặc tầng, kiểu hệ thống (System Type), loại ống (Type), kích thước ống (Free Size) và chiều dài ống gió (Length).
Sau khi chọn xong đối tượng, ta bấm nút OK
Hình 4 23 Thiết lập tab Fields
Chúng ta cần thiết lập điều kiện cho Khu Vực/Tầng là 1 để tiến hành bóc tách khối lượng ống gió cho tầng 1 Tiếp theo, hãy chọn điều kiện cho Type là Radius Elbow/Taps.
Hình 4 24 Thiết lập tab Filter
We begin by selecting the sorting order based on the system type in ascending order and then click on the header to set it as the title.
Sau đó ta chọn sắp xếp theo kích cỡ (Free Size) theo thứ tự tăng dần (Ascending) và chọn Totals only để tính tổng số lượng mỗi kích cỡ
Hình 4 25 Thiết lập tab Sorting/Grouping
Ta bấm chọn độ dài (Length) và bấm vào Field Format để thiết lập đặc tính cho độ dài
Hình 4 26 Thiết lập tab Formatting
Sau khi nhấn vào Fields Format, giao diện sẽ hiển thị như hình bên dưới Tiếp theo, chọn Units và thiết lập đơn vị độ dài là Mét (Meters).
Bấm chọn mét (m) trong Unit symbol để hiện đơn vị bên cạnh độ dài trong kết quả Sau đó bấm chọn OK
Hình 4 27 Thiết lập tab Format
87 Sau khi thiết lập xong tất cả ta nhấn nút Ok sẽ hiện ra bảng khối lượng ống gió tầng 1
Hình 4 28 Bảng khối lượng ống gió tầng 1
SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ MÔ PHỎNG SỰ PHẦN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG PHÒNG
Giới thiệu về phần mềm Ansys
Ansys là phần mềm chủ lực được phát triển bởi ANSYS Inc, tiền thân là Swanson Analysis Inc (SASI), được thành lập vào năm 1970 bởi Tiến sĩ A Swanson Năm 1994, công ty được bán cho TA Associates và đổi tên thành ANSYS Inc Phần mềm Ansys đã được đăng ký bản quyền trong thời gian này, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của công ty, hỗ trợ phân tích và mô phỏng kỹ thuật.
5.1.2 Mục đích và phạm vi ứng dụng
Ansys là phần mềm mô phỏng kỹ thuật phổ biến, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử, năng lượng và sản xuất Nó cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho phân tích phần tử hữu hạn (FEA), tính toán động lực học chất lỏng (CFD) và mô phỏng đa vật lý, giúp kỹ sư thiết kế và phân tích sản phẩm một cách hiệu quả và chính xác.
- Phạm vi ứng dụng của phần mềm Ansys khá đa dạng và sử dụng nhiều trong các lĩnh vực
- Phân tích kết cấu: Việc phần tích cường độ, độ cứng và biến dạng của kết cấu dưới tác dụng của tải trong
- Truyền nhiệt: Phân tích dòng nhiệt qua một hệ thống
- Lưu lượng chất lỏng: Việc phân tích dòng chảy của chất lỏng thông qua một hệ thống
- Điện từ học: Phân tích hành vi của điện trường và từ trường
- Âm học: Phân tích sự lan truyền của sóng âm thanh
- Multiphysics: Việc phân tích các hệ thống liên quan đến nhiều hiện tượng vật lý, chẳng hạn như sự tương tác của truyền nhiệt và dòng chất lỏng
Ansys là một phần mềm mạnh mẽ giúp nâng cao thiết kế, hiệu suất và độ an toàn của sản phẩm Được sử dụng rộng rãi bởi các kỹ sư trong nhiều ngành công nghiệp, Ansys cho phép phát triển sản phẩm nhanh chóng và hiệu quả Với công cụ này, người dùng có thể tối ưu hóa quy trình thiết kế, đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao nhất trước khi bước vào giai đoạn sản xuất.
Tính toán truyền nhiệt trong phòng
Bài toán mô phỏng phân bố nhiệt độ và vận tốc không khí trong phòng hành chính 34m² (5,5m x 7,5m x 3,5m) được thực hiện với tổng công suất lạnh 7,1 kW Hệ thống điều hòa sử dụng dàn lạnh cassette âm trần với 4 hướng thổi để tối ưu hóa quá trình làm lạnh.
Với bài toán ta mô phỏng nhiệt độ bên trong không gian điều hòa bao gồm các thiết bị và đồng thời vận tốc từ miệng gió thổi vào bên trong phòng, từ đó xem xét công suất dàn lạnh có đáp ứng đủ nhu cầu về tiện nghi cho con người hoạt động hay chưa
Bảng 5 1 Thông số đầu vào
STT Mô tả Giá trị
Hình 5 1 Mô hình bài toán mô phỏng
Chia lưới cho bài toán
5.3.1 Chia lưới Đối với mô hình bài đã thiết lập, việc chưa lưới được thực hiện bằng lệnh Mesh có trong phần mềm ANSYS Đối với bài toán ta sử dụng phương pháp chia lưới theo các mặt bao gồm lưới Tetrahedron và lưới Hexahedron để hạn chế sự xuất hiện của các phần tử xấu nếu có Ta chọn Poly-hexcore mà không chọn hexcore, polyhedra, tetrahedral là bởi vì trong một bài nghiên cứu cho thấy Poly-hexcore có kích thước lưới tương đương mất ít thời gian nhất để chạy trên mỗi lần lặp, nhanh hơn 20% so với lục giác, nhanh hơn 32% so với đa diện và
Tứ diện nhanh hơn 214% so với các hình dạng khác, nhưng chúng tiêu tốn nhiều RAM hơn mỗi triệu ô Trong khi đó, đa hình lục giác, với số lượng phần tử ít hơn, sử dụng ít RAM nhất Việc chọn thiết bị mô phỏng phù hợp giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất hoạt động.
Hình 5 2 Mô hình chia lưới
5.3.2 Đánh giá chất lượng lưới
Việc đánh giá chất lượng lưới sau khi tạo mô hình là rất quan trọng để xác định tính phù hợp của lưới cho quá trình mô phỏng Để thực hiện đánh giá này, cần kiểm tra hai thông số chính là Skewness và Aspect ratio Ansys khuyến cáo rằng giá trị Maximum skewness nên nhỏ hơn 0.9, trong khi đó, Maximum aspect ratio nên dao động từ 40 đến 50 để đảm bảo chất lượng lưới tốt.
Hình 5 3 Thang đánh giá chất lượng lưới đối với skewness
Từ 2 yêu cầu trên tiến hành so sánh với kết quả chia lưới của nhóm, ta có sự so sánh sau: + Maximum skewness = 0.799 < 0.9, giá trị này nằm ở mức good
+ Maximum aspect ratio = 8.98 < 40, thỏa mãn yêu cầu
Mô hình số trong bài toán
❖ Một số phương trình chủ đạo
Các phương trình chủ đạo trong việc quản lý dòng lưu chất trong không gian phòng chạy mô phỏng bao gồm các phương trình năng lượng, phương trình liên tục và phương trình động lượng ở dạng cơ bản.
- Phương trình liên tục: phta biểu rằng khối lượng vào và ra của một sản phẩm (khí, lỏng, môi chất,…) phải bằng nhau
Trong đó: ρ: khối lượng riêng kg/m 3
- Phương trình động lượng: Định luật động lượng (phương trình II Newton) cho rằng một hạt chất lỏng chịu tác động của ngoại lực bằng tốc độ thay đổi theo động lượng tuyến tính
Trong đó: ρ: khối lượng riêng kg/m 3
𝜇: hệ số nhớt động lực học, N.s/m 2
- Kết hợp 3 phương trình phương x, y, z ta có phương trình Navier Stokes tổng hợp:
- Nếu dùng độ nhớt động học 𝑣 = 𝜇/𝜌, phương trình trở thành:
Trong đó: ρ: khối lượng riêng kg/m 3
𝜇: hệ số nhớt động lực học, N.s/m 2
Với hệ phương trình Navier – Stokers được hình thành từ việc kết hợp hai phương trình
(2) và (8) Phương trình được sử dụng để mô phỏng dòng lưu chất nhớt, gồm 4 phương trình với 4 ẩn lần lượt là u, v, w, p Do chuyển động của các dòng chảy rối không ổn định nên muốn giải phương trình này thường sử dụng các phương pháp số LES, DNS,… Tuy nhiên phổ biến nhất là phương pháp Navier – Stokers Reynoids trung bình (RANS) được hình thành và xây dựng trên cơ sở tách giá trị của các dòng lưu chất thành phần tử trung bình và thành phần biến động rồi thay vào phương trình Từ đó, ta sẽ được phương trình RANS dưới dạng tổng quát như sau:
𝑝⃗: trường áp lực trung bình
𝑈⃗⃗⃗: vector vận tốc trung bình
- Mô hình dòng chảy rối
Do trong các phương trình RANS xuất hiện thêm 6 biến số mới tương ứng với 6 thành phần ứng suất rối Reynolds biểu diễn cho sự gia tăng vận tốc của dòng lưu chất nên để giải được cần bổ sung thêm phương trình rối để đóng kín hệ phương trình RANS Có nhiều mô hình dòng chảy rối nhưng phổ biến nhất hiện nay là mô hình k - ɛ và k – ω Hiện tại, mô hình k - ɛ và k – ω đã trở thành những mô hình tiêu chuẩn công nghiệp và được sử dụng rất phổ biến cho hầu hết các dòng lưu chất trong những bài toán kỹ thuật
5.5 Xác định điều kiện biên
Bảng 5 2 Điều kiện biên Đối tượng Kiểu Giá trị Đầu ra của dàn lạnh
(Inlet) Velocity-inlet v = 2,5m/s t = 18 o C Đầu hút của dàn lạnh
96 Đèn (Light) Wall (Heat Flux)
Heat Flux: 120W/m 2 External Emissivity: 0,85 Máy tính
Người (Wall-person) Wall (Heat Flux)
Tường bên ngoài chịu bức xạ mặt trời
External Emissivity: 0,85 External Radiation Temperature: 37,3 o C
5.6 Đánh giá sự hội tụ Để đánh giá sự ổn định của bài toán mô phỏng như vận tốc không khí trung bình, nhiệt độ trung bình, … trong phòng bằng việc quan sát biểu đồ thực hiện các vòng lặp được thiết lập cho biểu thức
Hình 5 6 Dao động biến đổi giá trị tính toán của các phương trình
5.6.1 Nhiệt độ trung bình trong phòng
Nhiệt độ trung bình trong phòng dao động trong khoảng 23-24°C Hình 5.4 cho thấy vòng lập thứ 800 của biểu thức, minh chứng cho việc nhiệt độ duy trì ổn định ở mức 24°C.
Hình 5 7 Dao động biến đổi nhiệt độ phòng
5.6.2 Vận tốc trung bình trong phòng
Biểu đồ Hình 5.5 có biên độ tăng dần tới vòng lập thứ 40 và giảm dần đến vòng lặp
250 thì bắt đầu chạy ổn định ở các vòng lập tiếp theo Vận tốc không khí trung bình là 0,063m/s
Hình 5 8 Dao dộng biến đổi vận tốc trong phòng
5.6.3 Nhiệt độ trung bình trên bề mặt da người
Biên độ nhiệt độ trên bề mặt da người của dàn lạnh treo tường là 30-31 o C trên 4người trong phòng, gần như ổn định vòng lập 650 ở Hình 5.6.
Hình 5 9 Đồ thị sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt da người
5.7 Đánh giá vùng nhiệt độ và vận tốc
Hình 5 10 Nhiệt độ trong phòng theo mặt cắt XZ ở độ cao 0,5m
Hình 5 11 Nhiệt độ trong phòng theo mặt cắt XZ ở độ cao 1m
Hình 5 12 Nhiệt độ trong phòng theo mặt cắt YZ
Qua các mặt cắt XZ và YZ với các cao độ khác nhau, nhiệt độ trong phòng dao động khoảng 24°C.
- Và với những vùng phát sinh nhiệt xung quanh con người thì thông qua mặt cắt ta có thể thấy được nhiệt độ ở đây từ 24 o C đến 25 o C
Hình 5 13 Vận tốc gió thổi từ miệng gió theo phương YZ
Hình 5 14 Vận tốc gió thổi từ miệng gió theo phương XY
Vận tốc gió từ cassette thổi vào phòng đạt mức cao nhất là 2,5 m/s tại miệng gió, cho thấy sự phân bố vận tốc gió qua mặt cắt rõ ràng.
Quá trình mô phỏng cho thấy rằng tại những khu vực có góc khuất, vận tốc gió thường rất thấp Để đảm bảo cung cấp đủ vận tốc gió cần thiết, chúng ta có thể sử dụng thêm các thiết bị hỗ trợ khác.
Đánh giá sự hội tụ
Để đánh giá sự ổn định của bài toán mô phỏng, như vận tốc không khí trung bình và nhiệt độ trung bình trong phòng, cần quan sát biểu đồ thực hiện các vòng lặp được thiết lập cho biểu thức.
Hình 5 6 Dao động biến đổi giá trị tính toán của các phương trình
5.6.1 Nhiệt độ trung bình trong phòng
Nhiệt độ trung bình trong phòng dao động từ 23-24 độ C, với biểu thức ở vòng lập thứ 800 cho thấy nhiệt độ ổn định ở mức 24 độ C.
Hình 5 7 Dao động biến đổi nhiệt độ phòng
5.6.2 Vận tốc trung bình trong phòng
Biểu đồ Hình 5.5 có biên độ tăng dần tới vòng lập thứ 40 và giảm dần đến vòng lặp
250 thì bắt đầu chạy ổn định ở các vòng lập tiếp theo Vận tốc không khí trung bình là 0,063m/s
Hình 5 8 Dao dộng biến đổi vận tốc trong phòng
5.6.3 Nhiệt độ trung bình trên bề mặt da người
Biên độ nhiệt độ trên bề mặt da người của dàn lạnh treo tường là 30-31 o C trên 4người trong phòng, gần như ổn định vòng lập 650 ở Hình 5.6.
Hình 5 9 Đồ thị sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt da người
Đánh giá vùng nhiệt độ và vận tốc
Hình 5 10 Nhiệt độ trong phòng theo mặt cắt XZ ở độ cao 0,5m
Hình 5 11 Nhiệt độ trong phòng theo mặt cắt XZ ở độ cao 1m
Hình 5 12 Nhiệt độ trong phòng theo mặt cắt YZ
Qua các mặt cắt XZ và YZ ở các cao độ khác nhau, nhiệt độ trong phòng dao động xung quanh mức 24 °C.
- Và với những vùng phát sinh nhiệt xung quanh con người thì thông qua mặt cắt ta có thể thấy được nhiệt độ ở đây từ 24 o C đến 25 o C
Hình 5 13 Vận tốc gió thổi từ miệng gió theo phương YZ
Hình 5 14 Vận tốc gió thổi từ miệng gió theo phương XY
Vận tốc gió phân bố từ cassette thổi vào phòng qua mặt cắt cho thấy vận tốc cao nhất đạt 2,5 m/s tại miệng gió.
Qua quá trình mô phỏng, chúng ta nhận thấy rằng tại những khu vực có góc khuất, vận tốc gió thường rất thấp Để đảm bảo cung cấp đủ vận tốc gió cần thiết, việc sử dụng thêm các thiết bị hỗ trợ là rất quan trọng.