Chuyên đề: Kết cấu và trang thiết bị kỹ thuật công trình tiên tiến cung cấp cho người học những kiến thức như: Những giải pháp công nghệ thi công và vật liệu xây dựng tiên tiến; Các hệ thống kết cấu nhà cao tầng tiền tiến; Giải pháp ngôi nhà thông minh.
CHUYÊN ĐỀ: KẾT CẤU VÀ TRANG THIẾT BỊ KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TIÊN TIẾN Biên soạn: PGS.TS.KTS Trần Văn Khải CHUYÊN ĐỀ: KẾT CẤU VÀ TRANG THIẾT BỊ KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TIÊN TIẾN Ấn 2015 MỤC LỤC I MỤC LỤC MỤC LỤC I HƯỚNG DẪN II BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN 1.1 SÀN BÊ TƠNG CỐT THÉP, BĨNG NHỰA BUBBLE DECK 1.1.1 Đặc tính sàn BubbleDeck 1.1.2 Những ưu điểm Sàn BUBBLEDECK đươc tóm tắt 1.1.3 Các phương án thi cơng cho sàn BubbleDeck gồm 1.2 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP DOWN: (TOP-DOWN CONSTRUCTION METHOD) 1.3 CÔNG NGHỆ THI CÔNG LẮP GHÉP TẠI HIỆN TRƯỜNG 1.4 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC 1.5 CÔNG NGHỆ 3D-PANEL : 12 TÓM TẮT 14 CÂU HỎI ÔN TẬP 14 BÀI 2: CÁC HỆ THỐNG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG TIỀN TIẾN 15 2.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG 15 2.2 CÁC HỆ THỐNG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 16 2.2.1 Hệ vách cứng (SHEAR WALL): 18 2.2.2 Hệ có lõi cứng (CORE STRUCTURE) 19 2.2.3 Hệ khung: FRAME STRUCTURE 23 2.2.4 Hệ hộp (hay gọi ống: Tube structure) 25 2.2.5 Các hệ thống kết cấu liên hợp 29 2.2.6 Phân loại hệ thống kết cấu nhà cao tầng theo VLXD 30 TÓM TẮT 34 CÂU HỎI ÔN TẬP 34 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 35 3.1 ĐỊNH NGHĨA KHÁI NIỆM “NGÔI NHÀ THÔNG MINH” 35 3.1.1 Những yêu cầu chức nhà thông minh 36 3.2 CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH 40 3.2.1 Hệ thống mạng sở 40 3.2.2 Hệ thống giải trí 41 3.2.3 Hệ thống báo cháy có hiển thị nhiệt độ 42 3.2.4 Hệ thống đảm bảo ánh sáng 46 3.2.5 kHệ thống điều hòa nhiệt độ tiết kiệm lượng 48 3.2.6 Hệ thông bảo đảm an ninh 49 3.2.7 Hệ thống thiết bị chông trộm 52 TÓM TẮT 55 CÂU HỎI ÔN TẬP 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 II HƯỚNG DẪN HƯỚNG DẪN MÔ TẢ MƠN HỌC Mơn học giới thiệu số hệ thống công nghệ tiên tiến xuất giới nước ta Sự phát triển kinh tế tiến mức sống đòi hỏi phải áp dụng phương pháp thiết kế xây dựng phù hợp với yêu cầu xã hội phù hợp với phát triển công nghiệp, kỹ thuật XD VLXD tiến vượt bậc Việc giới thiệu mơn học giúp Sinh viên kết hợp kiến thức vào thiết kế cơng trình kiến trúc Đó tiến quan trong hệ thống công nghệ xây dựng NỘI DUNG MƠN HỌC Mơn xin trình bày hệ thống công nghệ xây dựng tiên tiến lĩnh vực thể sau: Những giải pháp công nghệ xây dựng tiên tiến : Sàn Bê tơng cốt thép, sàn bóng nhựa Bubble deck, phương pháp thi công Top Down, công nghệ thi công lắp ghép trường , kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước , công nghệ 3Dpanel Các hệ thống kết cấu nhà cao tầng : Hệ vách cứng , Hệ có lõi cứng , Hệ khung: frame structure, Hệ hộp, Hệ thống kết cấu liên hợp Các hệ thống kỹ thuật nhà thông minh: Hệ thống mạng co sở Hệ thống giải trí, Hệ thống báo cháy có hiển thị nhiệt độ, Hệ thống đảm bảo ánh sang, Hệ thống điều hòa nhiệt độ - tiết kiệm lượng KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ Mơn học địi hỏi sinh viên có tảng cấu tạo kiến trúc, kết cấu thi cơng U CẦU MƠN HỌC HƯỚNG DẪN III Người học phải dự học đầy đủ buổi lên lớp làm tập đầy đủ lớp nhà CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC Để học tốt môn này, người học cần ôn tập học, trả lời câu hỏi làm đầy đủ tập; đọc trước tìm thêm thông tin liên quan đến học đề làm báo cáo Đối với học, người học đọc trước mục tiêu tóm tắt học, sau đọc nội dung học Kết thúc ý học, người đọc trả lời câu hỏi ôn tập kết thúc toàn học, người đọc làm tập PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MƠN HỌC Mơn học đánh giá gồm: − Điểm trình: 30% Hình thức nội dung GV định, phù hợp với quy chế đào tạo tình hình thực tế nơi tổ chức học tập − Điểm thi: 70% Hình thức thi tự luận 90 phút Nội dung gồm tập thuộc thứ đến thứ BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN HƯỚNG DẪN: Bài giới thiệu số công nghệ tiên tiến xuất nhằm đáp ứng địi hỏi phải có phương pháp thiết kế xây dựng phù hợp với u cầu đại hóa cơng nghiệp, kỹ thuật XD VLXD có nhiều tiến vượt bậc Sinh viên học xong kết hợp kiến thức vào thiết kế cơng trình kiến trúc Bài khơng có mục đích vào hệ thống cơng nghệ có tính viễn tưởng hay tương lai xa xơi 1.1 SÀN BÊ TƠNG CỐT THÉP, BĨNG NHỰA BUBBLE DECK Một cơng nghệ mang tính cách mạng cơng nghệ sàn rỗng BubbleDeck để cơng xưởng hóa q trình thi cơng sàn tồn khối, giảm đến 50% trọng lượng thân cơng trình, giảm lượng tiêu thụ bê tông, giảm lao động, giảm rác thải… Đây công nghệ Bộ Xây dựng xem xét khuyến khích phát triển Việt Nam Việt Nam quốc gia châu Á quốc gia thứ 15 giới tiếp nhận công nghệ Đan Mạch Sàn BubbleDeck loại sàn rỗng sử dụng bóng nhựa tái chế thay cho phần bê tông không tham gia chịu lực sàn Qua tiết kiệm thời gian thi công tạo không gian rộng , giảm đáng kể trọng lượng kết cấu , từ sàn đến cột móng cơng trình , thân thiện với mơi trường có khả vượt nhịp lớn BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN Sàn BubbleDeck xuất phát từ Đan mạch , giáo sư Breuning người Đan mạch sáng chế , sau phát triển nhanh Đan mạch lan tỏa khắp giới Các cơng trình tiếng giới ứng dụng công nghệ có tịa nhà Le coie ( Anh ) – Giải thưởng Xây dựng Jersey 2005 (Tiết kiệm 400.000 bảng Anh sử dụng 7800m2 sàn BubbleDeck) Tòa nhà Millenium Tower (Rotterdam, Hà lan)… Công nghệ đề cử giải Môi trường Châu Âu giành cho phát triển bền vững Dành giải thưởng sáng tạo Jersey 2005 ( Sản phẩm thiết thực ) nhiều giải thưởng lớn khác Châu Âu Hình 1.1 : Cơng nghệ sàn dùng bóng rỗng làm cốt liệu BubbleDeck Tại Việt Nam sàn BubbleDeck đưa vào nhanh chóng ứng dụng, phát triển Hải Phòng, Hà Nội, Hưng Yên, Bà Rịa - Vũng Tàu Các cao ốc trường học như:Trường Quốc tế Thăng Long (Khu bắc Linh Đàm Hà Nội ) , Khách sạn Phù Đổng (Thanh Hóa) , Chung cư + Văn phòng nhà 24 tầng Phườc Tỉnh, Long Điền 1.1.1 Đặc tính sàn BubbleDeck Đây công nghệ thi công sàn bê tông cốt thép mang tính cách mạng xây dựng sử dụng bóng nhựa tái chế để thay phần bê tơng BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ THI CƠNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN khơng tham gia chịu lực thớ sàn, làm giảm đáng kể trọng lượng thân kết cấu tăng khả vượt nhịp lên khoảng 50% Các cấu kiện rộng 2,4m tạo nên phần sàn tổng thể sản xuất dạng cấu kiện đúc sẵn bán toàn khối bao gồm lưới thép lớp bê tơng đúc sẵn dày 60mm, hình thành hệ ván khuôn vĩnh cửu cho sàn Các sườn tăng cứng có tác dụng cố định lưới thép dưới, định vị bóng nhựa vị trí tăng cường độ cứng dọc cho sàn lắp dựng Sau cấu kiện bán tồn khối đặt vào vị trí đỡ tạm thời hệ giáo thi công, cấu kiện liên kết lại với cốt thép rời đặt bóng nhựa lớp bê tơng đúc sẵn lưới thép Q trình đổ bê tông dưỡng hộ công trường làm "biến mất" mối nối cấu kiện, tạo sản phẩm hoàn thiện, đảm bảo độ ổn định bền vững, có khả chịu lửa, cách âm tốt chống lại tác động có hại thời tiết BubbleDeck cơng nghệ thi công sàn phẳng, rỗng theo hai phương không dầm, cột, thi cơng khơng cần ván khn có độ vượt nhịp lớn Sàn BubbleDeck linh hoạt thiết kế kiến trúc, có tính cách âm, cách nhiệt tốt khả chống cháy nổ, giảm tác dụng động đất vượt trội Với công nghệ BubbleDeck, việc thi cơng sàn tiết kiệm tới 50% lượng bê tông so với sàn truyền thống, giảm thời gian lắp dựng sàn xuống đến ngày, giảm tải trọng thân sàn tải trọng lên phần móng cơng trình góp phần tích cực vào công tác bảo vệ môi trường Với tiến trên, công nghệ BubbleDeck cấp chứng nhận đạt Tiêu chuẩn Xây dựng Châu Âu 1.1.2 Những ưu điểm Sàn BUBBLEDECK đươc tóm tắt - Vượt nhịp lớn mà không cần hệ dầm đỡ sàn truyền thống Qua tạo khơng gian kiến trúc thoáng thẩm mỹ - Bản sàn BubbleDeck phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực, có nhiều ưu điểm mặt kỹ thuật kinh tế, cụ thể: Tạo tính linh hoạt cao thiết kế, có khả áp dụng cho nhiều loại mặt cơng trình; - BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN Giảm thời gian thi công chi phí dịch vụ kèm theo; Tiết kiệm khối lượng bê tông thi công: 2,3kg nhựa tái chế thay cho 230kg bê tông/m (BD 280) thân thiện với môi trường giảm lượng phát thải lượng khí C02(khí nhà kính) - Giảm tới 35% trọng lượng thân kết cấu, từ giảm kích thước hệ kết cấu cột, vách, móng; Tăng khoảng cách lưới cột, giảm hệ tường, vách chịu lực; Từ giảm trọng lượng thân tồn cơng trình Nếu trọng lượng thân dầm sàn truyền thống bê tơng cốt thép đặc tính 2500kg/m3 , với sàn bóng trọng lượng cịn 1850kg/m3, dẫn đến kết cấu khác cột, móng giảm tải trọng theo tiết diện cột, móng giảm so với kết cấu truyền thống - Trong thi cơng sàn BubbleDeck, bóng lưới thép chế tạo sẵn nhà máy theo định hình lắp ghép trường sau đổ bê tơng, thời gian thi cơng sàn nhanh rút ngắn tiến độ thi cơng cơng trình so với dầm sàn truyền thống - Sàn BUBBLEDECK có độ cách âm , cách nhiệt chống cháy cao sàn có lớp rỗng , ưu điểm mà sàn truyền thống bị hạn chế mặt - Tiết kiệm chi phí xây dựng so với dầm sàn truyền thống cụ thể : Do sàn bóng sản xuất nhà máy lắp ghép trường cần hệ thống chống không cần hệ thống ván khn tạo hình , tiết kiệm chi phí Khối lượng bê tơng giảm đáng kể so với dầm sàn truyền thống nhịp Vì sàn BUBBLEDECK vượt nhịp lớn mà không cần hệ dầm đỡ , đồng thời số lượng cột tiết diện cột giảm trọng lượng thân sàn giảm so với dầm sàn truyền thống Tiến độ thi cơng nhanh , tiết kiệm chi phí nhân cơng Rút ngắn thời gian hồn thành cơng trình Nhanh chóng đưa cơng trình vào sử dụng qua tạo hiệu kinh tế nhanh theo chức cơng trình 42 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 3.2.3 Hệ thống báo cháy có hiển thị nhiệt độ - Yêu cầu chung: Phải đảm bảo thiết bị nhận biết nhiệt độ xác, dễ lắp đặt nhà, thiết kế không đằt, thiết bị phải gọn nhẹ, không kồng kềnh, phải đảm bảo an tồn cho ngơi nhà, phát báo động kip thời Đốỉ với thiết bị báo cháy, thông thường ta sử dụng hệ thống cảm biến nhiệt độ, phương pháp phổ thông thông dụng nay, ngồi cịn có phương pháp cảm biến độ bền vật liệu để nhận biết độ an toàn ngơi nhà, nhiên phương pháp sử dụng nước ta Do ta chọn giải pháp cảm biến nhiệt độ môi trường Ưu điểm: Cảm biến nhiệt xác; Các lắp đặt đơn giản có chức cảm biến; Giá thành rẻ Nhược điểm: Không nhận biết nhiệt độ phạm vi rộng nên cần lắp nhiều chỗ diện tích phịng - Đo nhiệt độ ưong phương thức đo lường không dùng điện Dể đo trị sơ" xác nhiệt độ vấn đề không đơn giản Nhiệt độ cần đo thấp(một vài độ Kelvin), cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin ) Độ xác nhiệt độ có cần tới vài phần ngàn độ, có vài chục độ chấp nhận Việc đo nhiệt độ tiến hành nhờ dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh Tuỳ theo khoảng nhiệt độ cần đo sai số cho phép mà người ta lựa chọn loại cảm biến phương pháp đo cho phù hợp Hình 19: sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ tổng qt Ta chia q trình đo nhiệt độ làm ba khâu chính: Khốì cảm biến Khối cảm biến nhiệt độ thường dựa vào biến đổi mang tính đặc trưng vật liệu chịu tác động nhiệt độ Có tính chất đặc trưng sau đây: - Sự biến đổi điện trở BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 43 Sức điện động sinh chênh lêch nhiệt độ mối nôl kim loại khác - Sự biến đổi thể tích, áp suất - Sự thay đổi cường độ xạ vật thể bị đốt nóng Đối vớí khối cảm biến nhiệt sang điện, người ta thường dựa vào hai tính chất để chế tạo thiết bị sau: cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở kim loại hay bán dẫn, cảm biến nhiệt độ dạng linh kiện bán dẫn như: diode, transistor, IC chuyên dùng Khơi chuvển đổi: Khối có chức chuyển đổi điện áp từ khối cảm biến nhiệt độ, đưa ngõ dạng mã nhị phân để dễ dàng điều khiển thiết bị theo yêu cầu Do ta dùng chung khối chuyển đổi với mạch ánh sáng, nên phần tương tự Ta dùng loại IC thích hợp Khối điểu khiển hiển thi: Khối có chức nhận liệu khốỉ chuyển đổi đưa phận hiển thị, giúp cho người sử dụng biết nhiệt độ phòng Ngồi ra, chúng cịn điều khiển thiết bị nhiệt độ nằm mức mà ta lập trình - Các phương pháp đo nhiệt độ: Đo nhiêt đỏ nhiệt điên trò: Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ nước, khí than đường ống, lị phản ứng hóa học, nồi hơi, khí phịng Ngun lý làm việc thiết bị dựa vào thay đổi điện trở theo nhiệt độ vật dẫn điệnm tức điện trở hàm theo nhiệt độ: R=f(T) Cuộn dây điện trở thường nằm ông bảo vệ, tuỳ theo cơng dụng mà vỏ ngồi làm thuỷ tinh, kim loại gốm Một số nhiệt điện trở kim loai thông dụng: Nhiệt điên trỏ Platin: Nhiệt điện trở Platin thường chế tạo dạng dây quấn đường kính (0.05mm -> o.lmm), đo nhiệt độ từ - 200°c -> 1000°c với độ xác tương đối 44 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH cao, điều kiện môi trường dễ oxy hoáẵ Tuy nhiên, nhiệt độ xấp xỉ 1000°c cao hơn, Platin thường bền thị nhiệt xác Nhiêt điên trở Nickel: Có ưu điểm độ nhạy nhiệt cao từ 0°c đến 100°c, điện trở suất 1,627.10'8 ( Platin 1,385.10 s) Nickel chống oxy hoá, thường dùng nhiệt độ nhỏ 250°c Nhiêt điên trở đồng: Được sử dụng đặc tuyến tuyến tính thay đổi điện trở theo nhiệt Tuy nhiên phản ứng hố học nên khơng cho phép sử dụng nhiệt độ lớn 180°c, điện trở suất bé nên đùng, để đảm bảo có giá trị điện trở định, chiều dài dây phải lớn gây nên cồng kềnh bất tiện Nhiệt điên trỏ Tunestène: Có độ nhạy nhiệt điện trở lớn Platin trường hơp nhiệt độ cao thường sử dụng nhiệt độ cao Platin Với độ tuyến tính Platin Tungstène cấy tạo dạng sợi mảnh cho điện trở có giá trị cao, với giá trị điện trở cho trước, chiều dài dây giảm thiểu Nhiêt điên trở bán dẫn (Thermistor): Đây loại cảm biến nhiệt nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ, chế tạo chất bán dẫn, thường gọi Thermistor Đặc điểm Thermistor điện trở biến đổi lớn theo nhiệt độ Thành phần bột oxyt kim loại Mangan, Nickel, sắLề Hoặc hỗn hợp tinh thể MnAl20, ZnTi04 Nhiệt kế Thermistor chế tạo cách ép định hình, sau nung nóng đến 100°c mơi trường oxy hoá Việc chọn tỷ lệ hỗn hợp oxyt hỗn hợp tinh thể môi trường nung giữ vai trò quan trọng, định chất lượng Thermistor Trong năm gần đây, nhiệt kế Thermistor sử dụng nhiều có ưu điểm: độ nhạy cao, đặc tính nhiệt ổn định, kích thước nhỏm hình dáng thay đổi dẽ dàng chế tạo BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 45 Nhiệt điên trỏ bán dẫn chia làm loai: Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương PT (Positive Thermistor): làm việc ưên nguyên tắc nhiệt độ tăng R tăng, loại đuỢc cấu tạo từ hợp chất sau: Ceramic, sắt, Titan, Bari Nhiệt điện trở có hệ sơ" nhiệt âm NT (Negative Thermistor): làm việc nguyên tắc nhiệt độ tăng R giảm Thành phần loại la bột oxyt kim loại MN, Fe, Ni hỗn hợp tinh thể Aluminate Mn(MnAl20), Titanate kem(Zn2Ti04) Đo nhiêt đố căp nhiêt điên (Thermocouple): Nhiệt độ cần đo cặp nhiệt chuyển đổi thành sức điện động để đưa vào voltmeter thị kim, vạch sáng số Cặp nhiệt điện cấu tạo với kích thước rết bé cho phép việc đo nhiệt độ với cấp xác cao Ưu điểm co thấy cặp nhiệt điện sử dụng có ưu điểm nhiệt trở Ngồi ra, cịn có ưu điểm khác tín hiệu tạo sức điện động mà khơng cần tạo dịng điện chạy qua cảm biến, tránh tượng đốt nóng cảm biến Đo nhiêt đố kỹ thuật vi điện tử: Kỹ thuật vi điện tử cho phép chế tạo mạch kết nốì gồm transistor giơng sử dụng để làm cảm biến hồn hảo đo nhiệt độ dựa vào việc đo khác biệt điện áp VBE tác động nhiệt độ Các cảm biến tạo dòng điện điện áp tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đói, với độ tuyến tính cao, có ưu điểm vận hành đơn giản, nhiên phạm vi hoạt động giới hạn khoảng: -50°c đến 150°c Sử dụng IC đo nhiệt độ: Là mạch tích hơp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dạng điện áp tín hiệu dịng điện Dựa vào đặc tính nhạy bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện, ta biết giá trị nhiệt độ cần đo Sự tích cực nhiệt độ tạo điện tích tự đo lỗ trông ưong chất bán dẫn phá vỡ phần tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể, tạo xuất lỗ trổng nhiệt làm cho tỷ lệ 46 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH điện tử tự va lỗ trống tăng len theo quy định hàm mũ với nhiệt độ Kết tượng mức điện áp thuận, dòng thuận mối p-n (trong diode hay transistor) tăng theo hàm mũ theo nhiệt độ 3.2.4 Hệ thống đảm bảo ánh sáng Hệ thống yêu cầu thiết bị gọn nhẹ, đảm bảo ánh sáng luôn vừa đủ, lượng điện tiêu thu giới hạn Có thể đóng ngắt , tăng giảm độ sang cần thiết Đối với hệ thống ánh sáng thường có giải pháp là: - Giải pháp làm cho ánh sáng thay đổi điện áp thay đổi Giải pháp có độ xác cao, độ điều chỉnh ánh sáng có thay đổi nhỏ, mắt người khó phát Tuy nhiên, phần lập trình phức tạp - Giải pháp điều khiển số lượng đèn ánh sáng xung quanh thay đổi Giải pháp điều khiển tăng giảm đèn ánh sáng thay đổi, cách mắt người dễ phát hiện, nhiên phần lập trình đơn giản Nhìn chung: Giải pháp điều khiển số lượng đèn ánh sáng xung quanh thay đổi có nhiều yếu tố áp dụng thuận lợi Giải pháp có ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm: Cảm biến xác; Điều khiển đơn giản điều khiển nhiều đèn Dễ thay đổi cách điều khiển; Thiết bị dẽ kiếm, giá thành không đắt Nhươc điểm: Thiết kế phức tạp; Lập trình phức tạp; Khả nhiễu cao; Việc cân chỉnh phức tạp Mạch thiết kế tối ưu, có độ cảm biến ánh sáng xác, mạch tự động điều chỉnh lượng ánh sáng phù hợp với người sử dụng Ngồi ra, người sử dụng điều chỉnh lượng ánh sáng theo ý muốn Sơ đồ chức hệ thơng: Hình 4: sơ đồ khối hệ thông đo ánh sáng tổng quát BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 47 Ta chia q trình đo ánh sáng làm ba khâu chính: Khơi cảm biến: Khối cảm biến ánh sáng có chức nhận biết thay đổi ánh sáng, thị trường có loại linh kiện thông dụng để cảm biến ánh sáng, quang trở Chức quang trở ánh sáng thay đổi điện áp đặt quang trở thay đổi Để xử lý điều khiển thiết bị thông qua ánh sáng thay đổi, ta cẩn chuyển điện áp nhận biết từ quang trở sang dạng mã nhị phân, giúp cho phận xử lý dễ dàng điều khiển thiết bị Khối chuyến đổi: Khi nhận biết ánh sáng thông qua việc điện áp thay đổi, ta cần chuyển đổi từ điện áp sang dạng mã, thông thường ta chuyển sang dạng mã nhị phân Linh kiện chuyển đổi có nhiều loại Do ta cần chuyển đổi từ điện áp sang dạng mã nhị phân không cảm biến ánh sáng ta cần cảm biến nhiệt độ, nên ta chọn linh kiện thích hợp Chức linh kiện giới thiệu chi tiết mục 3.4 Khôi xử lý điểu khiến: Khối điều khiển có chức nhận liệu từ ngõ khối chuyển đổi, đến mức mà người thiết kế định trước xuất port để điều khiển thiết bị bên ngoài, cụ thể mạch ta cần điều khiển đèn tắt mở ánh sáng thay đổi Hiện có nhiều thiết bị có chức điều khiển Mạch cảm biến ánh sáng: Đối với mạch cảm biến ánh sáng, thiết bị cần có cảm biến ánh sáng Có loại thiết bị cảm biến ánh sáng phổ biên thông dụng quang trở , để điều khiển thiết bị thông qua ánh sáng thay đổi Tế bào quang dẫn: Tế bào quang dẫn loại cảm biến quang dựa tượng quan dẫn kết hiệu ứng quang điện bên trongẵ Đó tượng giải phóng hạt tải điện vật liệu bán dẫn tác dụng ánh sáng 48 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH Tế bào quang dẫn thường dùng để đo thông lượng ánh sáng, kết hợp với nguồn sáng để dò vạch dẫn dường cho mobile robot, đọc mã vạch, phát đầu băng trắng, điều khiển đóng ngắt Relay theo ánh sáng Qua phần giới thiệu ta nhận thấy điện trở quang trở thay đổi ánh sáng thay đối, điện trở thay đổi cấp nguồn làm thay đổi điện áp quang trở.Vậy ta cần gắn thêm thiết bị nhận biết điện áp quang trở biến đổi chứng thành hệ nhị phân, nói cách cụ thể linh kiện có chức chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng sô" Hiện có nhiều linh kiện có chức Hệ thống đảm bảo ánh sang sử dụng cơng nghệ truyền tín hiệu duờng dây điện (powerline Communication : PLC) cho phép nguời sử dụng thiết lập quang cảnh chiếu sáng, điều khiển hệ thống chiếu sáng, kiểm tra trạng thái thiết bị từ Internet, smartphone, hình cảm ứng Việc sử dụng cơng nghệ UPB; giúp việc thi công thêm thiết bị trở nên don giản hon nhiều Nếu với công nghệ Ibus nhu EIB, Cbus thêm thiết bị phải di dây diều khiển với UPB; cần lắp thiết bị sử dụng UPB; có duợc lợi dễ lắp dặt thiết bị không dây dộ tin cậy, tốc dộ truyền cao thiết bị có dây IBus 3.2.5 kHệ thống điều hòa nhiệt độ tiết kiệm lượng Hệ thống diều hồ khơng khí ln duợc quan tâm nhắc dến vấn đề quản lý luợng Theo thống kê luợng tiêu thụ hệ thống điều hồ khơng khí chiếm khoảng 56% tổng luợng điện tiêu thụ gia đình việc thất luợng từ hệ thống điều hồ khơng khí lớn Hệ thống điều hồ khơng khí đuợc tích hợp vào hệ thống nhà thơng minh thơng qua thermostat Các thermostat đuợc tích hợp cảm biến nhiệt để kiểm sốt hệ thống điều hồ khơng khí theo nhiệt độ đặt truớc theo lịch trình đuợc lập trình kết hợp với cảm biến an ninh, hệ thống diều hoà tự dộng tắt thời gian cửa bị mở vuợt thời gian đuợc cài đặt BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THƠNG MINH 49 Nguời dùng qn tắt máy điều hoà nhiệt độ rời noi làm việc , khỏi nhà mà quên chưa tắt diều hoà Hệ thống tự động tắt điều hoà khoảng thời gian cài dặt truớc mà không phát thấy có mặt nguời khu vực hệ thống điều hồ khơng khí hoạt dộng Việc quản lý tự động hệ thống điều hoà giúp tăng tối đa hiệu sử dụng nang luợng hệ thống điều hồ 3.2.6 Hệ thơng bảo đảm an ninh Giải pháp hệ thống chông trộm theo cảm biến: Khái niệm: Mạch cần đảm bảo chức năng, bảo vệ an toàn, mạch cần thiêt kê đơn giản, khơng chiếm diện tích, khơng cồng kềnh Hiện có nhiều giải pháp chống trộm hiệu nhiều người sử dụng là: Hệ thông chống trộm tia hồng ngoại; Hệ thống chống trộm thông qua chuyển động ; Mạch chống trộm cảm biến thể ngườỉ Vì ta lắp đặt việc đóng mở cửa việc nhấn password nên giải pháp chống trộm cảm biến thể người việc thích hợp hiệu trường hợp mặt khác việc thiết kế phương án đơn gỉan tiết kiệm chi phí trường hợp nêu Ưu điểm: Giá thành rẻ; Thiết kế đơn giản; Dễ lắp đặt; Kích thước nhỏ gọn; Có thể sử dụng nguồn lượng thấp, giảm bớt chi phí điện Nhươc điểm: Chỉ chống trộm trộm chạm vào thiết bị nhà; Không cảnh báo từ xa; Việc chống trộm lắp đặt cửa vào - Khái niệm hệ thơng đóng mở cửa: Thiết bị thiết kế gọn nhẹ, có tính bảo mật cao, mức độ xử lý xác cao Có khả đảm bảo mức độ an tồn ngơi nhà cao Hệ thống đóng mở cửa tự động hệ thống tự động điều khiển đóng mở cửa thơng qua việc nhập passvvord, nhằm đảm bảo an tồn cho ngơi nhà, tăng khả chống đột nhập Hệ thông cửa tự động khác với loại cửa thông thường chỗ chúng lắp đặt hệ thống điều khiển, nhằm xử lí việc giúp cho người sử dụng an tâm hay thoải mái đóng mở cửa, mà khơng phải lo cửa bình thường như: phải kéo 50 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH tay để mở cửa, phải bấm ổ khoá vào,phải mang theo chìa khố ngồi, khơng bảo đảm an toàn cao Nhiều trường hợp sử dụng hệ thống rèm cửa, cửa tự động Hệ thống rèm cửa, cửa tự dộng duợc tích hợp với diều khiển trung tâm thông qua module diều khiển Các diều khiển có rèm cửa cửa tự dộng dều cung cấp giao diện kết nối diều khiển diện áp thấp (12- 24Vdc) cho phép hệ thống diều khiển nhà tự dộng kết nối diều duợc Ngồi hệ thống dầu dọc thẻ từ, HAI cịn cung cấp hệ thống khoá mã cung cho hệ thống cho phép phân quyền nguời sử dụng dối với nguời sử dụng nguời dùng dùng mật mã mở cửa; bật dèn hành lang trời tối; bật dèn ,diều hồ âm nhạc phịng mình; tính nang khác lập trình duợc - u cầu kỹ thuật cụ thể hệ thơng đóng mở cửa: Cần đảm bảo cửa luôn hoạt động, nhập mật mã cửa tự động mở, sau khoảng thời gian mặc định khoảng giây cửa tự động đóng lại Mạch thay đổi mật mã mật mã cũ bị phát Mạch phải chạy ổn định, không bị dộiắ Mạch thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt trước cửa nhà Khi nhập mật mã hay sai phải có tín hệu thơng báo người nhập nhận biết Các giải pháp lưa chon: Đối với nhà mỡ cửa tự động, có nhiều cách: a Tự động mở cửa có người tới b Tự động mở cửa, nhận dạng dạng giọng nói chủ nhân c Tự động mở cửa chủ nhà nhập mật thiết lập Giải pháp tự động mở cửa chủ nhà nhập password thiết lập thường dùng giải pháp này có tính bảo mật cao, thường sử dụng nhiều nhà nhà thông minh Ưu nhược điểm giải pháp dùnh password là: BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 51 Ưu điểm: Chế độ bảo mật cao;Có thể thay đổi password cần thiết; thiết bị dễ kiến không đắt Nhươc điểm: Thiết kế phức tạp;Phải thiết lập chương trình hoạt động; Mạch hoạt động thường phải gắn gần bàn phím để giảm nhiễu - Phương án giải kỹ thuật cụ thể: Cửa tự động có nhiều loại như: đóng mở cửa cách thu phát hồng ngoại, đóng mở cửa thơng qua cảm biến chuyển động, đóng mở cửa thơng qua nhận biết giọng nói, đóng mở cửa thơng qua cách nhập mật mã tuỳ theo trường hợp mà ta nên chọn loại cho ưu phù hợp với ngơi nhà Trong việc thiết kế nhà thông minh, người ta hay chọn giải pháp đóng mở cửa thơng qua nhập mật mã Vì đóng mỡ cửa thu phát hồng ngoại thường dùng siêu thị, đóng mở cửa thơng qua cảm biến chuyển động gần tương tự Chỉ lại trường hợp sau phù hợp với việc thiết kế nhà hơn, ta nhận thấy việc mở cửa thơng qua giọng nói chưa đạt tối Ưu, kẻ lạ giả giọng chủ nhà chủ nhà bị cảm, thiết bị khó nhận dạng Cuối ta nhận thấy giải pháp cuối đảm bảo an toàn cao Để nhập mật mã thiết bị điều khiển cửa mở, ta dùng IC 89C51 để lập trình cho việc dùng mật mã điều khiển Đây cách đơn giản thông dụng Sơ đồ chức hệ thống mở cửa tự động: Hình 22: Sơ đồ khối hệ thống đóng mở cửa - Khối giao tiếp điều khỉển: Giao tiếp với bàn phím thường cần đến đốì với thiết kế dựa vi điều khiển Nhập từ bàn phím xuất LED chọn lựa thuận tiện hợp lý cho nhiều ứng dụng Bàn phím giao tiếp vỡi khối xử lí trung tâm để điều khiển 52 - BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH Khối xử lí trung tâm: Khối CPU mạch Trong khối xử lí trung tâm, ta cần gắn thêm phận tạo dao động để kết hợp với mạch dao động chip tạo nguồn xung clock định thời cho định thời, có khả tạo nguồn xung clock này, việc lựa chọn khả ta thiết lập bit ừến C/T (counter/timer) ghi TMOD hay định thời khởi động Một nguồn xung clock dùng để định thời khảon thời gian, nguồn xung clock lại dùng để đếm kiện, ta không thảo luận thêm ứng dụng xung clock việc đếm kiện mà đề cập đến xung clock dùng để định thời Nếu C/T =0 hoạt động định thời chọn nguồn xung clock định thời mạch định thời bên chip tạo Một mạch chia 12 tần thêm vào để giảm tần số xưng clock đến giá trị thích hợp với hầu hết ứng dụng - Khối hiển thị: Dùng để thông báo cho người dùng biết mạch thực thi đến phần công việc chức mạch - Hệ thống Camera: Hệ thống quan sát sử dụng analog camera dầu ghi (DVR) Hệ thống cho phép nguời sử dụng ghi lại quan sát hình ảnh từ camera Hệ thống duợc trang bị nguồn backup dể ghi lại hình ảnh truờng hợp bị diện Hệ thống cho phép nguời dùng truy xuất hệ thống xem lại doạn video từ mạng Internet, từ thiết bị di dộng nhu : Smartphone, PDA, Laptop v.v với tên truy nhập mật 3.2.7 Hệ thống thiết bị chông trộm Khái niệm: Xã hội ngày văn minh đại, mức thu nhập người dân ngày cao, việc có ngơi nhà đảm bảo an toàn điều cần thiết Hệ thơng an tồn chống đột nhập giúp họ cảnh báo có kẻ lạ xâm nhập vào nhà, đồng thời tự động khoá chặt cửa vào tự động liên lạc với cảnh sát BÀI 3: GIẢI PHÁP NGƠI NHÀ THƠNG MINH 53 mà khơng cần đến tác động chủ nhà, điều thuận tiện chủ nhà vắng Hệ thống báo trộm có kẻ lạ xâm nhập, giúp chủ nhà nhận biết để kịp thời xử lý Nhựng yêu cầu việc chọn thiết bị chơng trộm: - Thiết bị thiết kế phải có độ xác cao, mạch thiết kế phải gọn nhẹ, phù hợp với chức nhà, thiết bị lắp đặt cho người lạ khó phát - Người sử dụng đóng hay tắt thiết bị cảm thấy nhà an toàn - Thiết bị lắp đặt có chức đảm bảo an tồn cho ngơi nhà, chống đột nhập Giải pháp kỹ thuật chống trộm cụ thể: Kẻ lạ thường đột nhập vào nhà thơng qua cửa chính, cửa sổ, đường thổng lị bếp nhiên kiểu nhà thơng minh mà ta thiết kế, có loại cửa vào cửa cửa sổ Cửa thiết kế theo nguyên tắc đóng mở cửa sử dụng Password, người sử dụng nhập password cửa mở, ta dựa vào việc nhập password để gắn thiết bị cảm biến thể người phím mà chủ nhà khơng sử dụng Khi kẻ lạ chạm vào thiết bị, tự động hệ chống trộm hoạt động cảnh báo, nhằm giúp cho chủ nhà có biện pháp kịp thời để xử lýẻ Trên thân thể người nhiễm đủ thứ điện, thân thể người ta điện trở Do ta dùng mạch điện có trở kháng ngã vào đủ lớn tay người chạm vào mạch gây thay đổi ưong mạch điện Chúng ta dùng đặc tính để làm mạch báo trộm theo kiểu chạm tay Sử dụng loại cảm biến không dây Hệ thống an ninh sử dụng loại cảm biến không dây : cảm biến phát mở cửa, cảm biến phát chuyển dộng, cảm biến phát kính vỡ Và loại cảm biến có dây : Cảm biến khói, gas Bộ diều khiển trung tâm duợc xây dựng với dầu vào dạng dry contact cho phép kết nối với loại cảm biến có sẵn thị truờng việt nam giúp giảm bớt chi phí dầu tu cho hệ thống 54 BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH Việc sử dụng cảm biến không dây giúp việc lắp dặt thêm thiết bị trở nên dễ dàng hon nhiều Các cảm biến duợc cài dặt dịa dặt tên theo khu vực sử dụng duợc hệ thống kiểm soát, biến hu hỏng cảm biến dều duợc hệ thống báo dộng thời diểm xảy cố với cảm biến Các cảm biến chuyển dộng cho phép nguời dùng cài dặt chế dộ hoạt dộng Nếu duợc cài dặt cảm biến chuyển dộng bỏ qua vật nhỏ duới 25kg dể tránh báo dộng gây vật nuôi, côn trùng loại thú nhỏ khác Hệ thống an ninh cho phép nguời dùng thiết lập chế dộ hoạt dộng khác phù hợp với hoàn cảnh cụ thể Bộ diều khiển trung tâm cung cấp kết nối với duờng dây diện thoại sóng di dộng GSM Hệ thống tự dộng quay số dến số diện thoại dặt truớc thơng báo xác khu vực xảy cố an ninh Ðối với diều khiển OmniProII thông báo, cảnh báo từ hệ thống duợc sử dụng ngôn ngữ qui định tiếng Việt Hệ thống cho phép nguời sử dụng diều khiển, kiểm tra trạng thái hệ thống, nghe tiếng dộng nhà cách gọi vào hệ thống, nhập mật làm theo huớng dẫn Nguời dùng thiết lập chế dộ an ninh kiểm tra trạng thái khu vực từ Internet, PDA, Smartphone, điện thoại thường hay hình cảm ứng Hình: Khi phát trộm vào vùng phủ song báo điện thoại Nhược điểm hệ thống chống trộm nói - Mạch cảm biến ánh sáng chưa thể điều chỉnh ánh sáng cách xác có thay đổi nhỏ BÀI 3: GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH 55 - Mạch cảm biến nhiệt báo cháy chưa nhớ nhà bị cúp điện - Mạch mở cửa tự động không nhớ password mạch bị cúp điện hay có cố Khả khắc phục nhược điểm nói trên: - Lắp đặt IC nhớ để lưu trữ liệu cúp điện mạch cảm biến mạch đóng mỡ cửa password - Sử dụng giải pháp: Hệ thống chơng trộm nhận biết qua di chuyển TÓM TẮT Đặc điểm ngơi nhà thơng minh cơng trình kiến trúc tích hợp hệ thống hệ thơng điều khiển giám sát môi trừơng: hệ điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo lượng gió nhà, hệ thống đảm bảo ánh sáng , mạch đóng ngắt, điều khiển cổng vào, giám sát cảnh báo cháy thành hệ thông mạng thống nhất, bảo đảm nhu cầu sinh hoạt, kinh tế, an ninh an toàn phát triển bền vững CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Hãy nêu tên miêu tả nguyên tắc hệ thống kỹ thuật tiên tiến cần có ngơi nhà thơng minh Câu 2: Hãy trình bày nguyên tắc cấu tạo làm việc c hệ thống kỹ thuật tiên tiến nhằm đảm bảo yêu cầu với chất lương cao như: Sinh hoạt điều khiển nhà, tự động tiết kiệm lượng.giải trí, an ninh an tồn Câu 3: Hãy nêu rõ hiệu hệ thống hệ thống kỹ thuật tiên tiến thông minh nêu bài, ý đến tính khả thi 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn thạc sỹ Ngôi nhà thông minh…………… Đại học ……………………… Thuyết minh nhà thong minh công ty…………………………………………… Anogianakis, George (1997) Advancement of assistive technology IOS Press ISBN 90-5199-361-7 p.126 Griffiths, Melanie (March 2008) "Smart Home Security" Homebuilding & Renovating Retrieved 27 February 2012 "Domotics" Homepage.ntlworld.com Retrieved 2012-10-26 Assistive Technology: Added Value to the Quality of Life, AAATE'01 - Črt Marinček - Google Books Books.google.co.uk Retrieved 2012-10-26 Vanderheiden, Gregg "Future Technology Developments and Domotics" University of Wisconsin - Madison Retrieved 22 May 2014 Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Schneider, Daniel M (February 2014) Smart Grid Applications, Communications, and Security Devices, Circuits, and Systems CRC Press ISBN 9781466557529 Gerhart, James (31 March 1999) Home Automation and Wiring McGraw-Hill Professional ISBN 0070246742 10 Harper, Richard, ed (14 August 2003) Inside the Smart Home Springer ISBN 1852336889 11 Mann, William C., ed (7 July 2005) Smart technology for aging, disability and independence : the state of the science John Wiley and Sons ISBN 0-471-696 ...CHUYÊN ĐỀ: KẾT CẤU VÀ TRANG THIẾT BỊ KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH TIÊN TIẾN Ấn 2015 MỤC LỤC I MỤC LỤC MỤC LỤC I HƯỚNG DẪN II BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ... NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN BÀI 1: NHỮNG GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG TIÊN TIẾN HƯỚNG DẪN: Bài giới thiệu số công nghệ tiên tiến xuất nhằm... vật liệu - Công nghệ thi công liên quan đến vật liệu, trang thiết bị tiến độ - Giá đất vốn đầu tư cho cơng trình - Hình thức dạng loại cơng trình (hình hộp, hình trụ tròn, giật cấp ) - Thiết kế