3.2.1. Mô hình hóa
Dựa trên các nhận xét ở phần kết luận cho bài toán thứ nhất, mô hình căn hộ có cải tiến được mô hình lại trong SOLIDWORKS.Sau đó, mô hình này được chuyển vào ANSYS CFX (hình 3.18) để bắt đầu phân tích.
Hình 3. 18. Mô hình tính toán cho bài toán mô hình mới trong ANSYS CFX
Mô hình thể tích hữu hạn: Mô hình được chia lưới theo phương pháp Hex Dominant Method với các thông số:
- Relevance: 100
- Relevance Center: Fine - Max Face Size: 9.10-2 m
Đánh giá chất lượng lưới: Mô hình chia lưới bao gồm các loại phần tử Hexahedron (Hex 8), Tetrahedron (Tet4), Wedge (Wed6), Pyramid (Pyr5). Mô hình có 188505 phần tử và 189522 nút. Chỉ số Skewness (Average) của mô hình lưới là 0,16476 (Excellent).
Hình 3. 19. Mô hình chia lưới cho bài toán mô hình mới
3.2.2. Điều kiện biên
Các điều kiện biên được giữ như điều kiện biên trong bài toán 1.
Hình 3. 21. Điều kiện biên cho trường hợp buổi chiều – mô hình mới
Hình 3. 22. Điều kiện biên cho trường hợp buổi tối – mô hình mới
3.2.3. Kết quả mô phỏng
A. Kết quả về vận tốc gió trong căn hộ
Vào ban ngày, cả buổi sáng và buổi chiều vận tốc gió vẫn khá lớn (hình 3.23 và hình 3.24). Vận tốc gió trung bình của mô hình mới có giảm hơn so với mô hình gốc.Vận tốc gió tại các cửa ra cũng giảm rõ rệt (vùng khoanh đỏ hình 3.24).
Vào buổi tối, mức độ thông thoáng khí của căn hộ cũng được tăng lên nhiều, nhất là ở phòng ngủ thứ 2 (vùng khoanh đỏ hình 5.32). Vận tốc trung bình của không
khí không quá lớn (< 1 m/s) tạo được sự thoải mái cho căn hộ và không bị ngợp (hình 3.25).
Hình 3. 23. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi sáng – mô hình mới
Hình 3. 25. Kết quả phân bố vận tốc gió trường hợp buổi tối – mô hình mới
Hình 3. 26. sánh kết quả phân bố vận tốc giữa mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải)
B. Kết quả về nhiệt độ trong căn hộ
khá tốt khi giúp giảm được nguồn tỏa nhiệt cục bộ tại bếp, giảm nguy cơ cháy nổ và hỏa hoạn và đồng thời cũng làm giảm các mùi khó chịu trong căn hộ.
Vào buổi tối, kết quả phân bố nhiệt độ không có sự thay đổi đáng kể so với mô hình gốc.Nhiệt độ vẫn ở mức ổn định khoảng 270C là nhiệt độ ở mức độ phù hợp với điều kiện khí hậu.
Hình 3. 27. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi sáng – mô hình mới
Hình 3. 29. Kết quả phân bố nhiệt độ trường hợp buổi tối – mô hình mới
Hình 3. 30. So sánh kết quả phân bố nhiệt độ giữa mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải)
3.2.4. Đánh giá hiệu quả thông gió
Khảo sát 10 điểm mẫu bất kì thuộc mô hình căn hộ với 2 điểm ở mỗi phòng của căn hộ như hình 3.31.
Hình 3. 31. Tọa độ các điểm lấy mẫu của mô hình mới
A. Trường hợp buổi sáng
Dựa vào kết quả bảng 3.7, vào buổi sáng có 80% số điểm khảo sát là đạt tiêu chuẩn về mức độ thoải mái. So với kết quả mô hình gốc (10%) thì kết quả trên đã được cải thiện đáng kể và đạt mức độ thoải mái theo tiêu chuẩn (hình 5.35).
Bảng 3. 7. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi sáng – mô hình mới
Tọa độ Nhiệt độ (K) Vận tốc (m/s) (EDT) Đánh giá
(0.5;0.5;2) 300.706 0.182 0.45 Đạt
(-0.5;2;3) 300.811 0.187 0.515 Đạt
(-2.5;0.5;2.5) 301.666 0.321 0.298 Đạt
(-2.5;2;2.5) 301.018 0.278 -0.006 Đạt
B. Trường hợp buổi chiều
Vào buổi chiều, 100% số điểm khảo sát đạt tiêu chuẩn về mức độ thoải mái (bảng 3.8). Kết quả trên cũng đã cải thiện mức độ thoải mái theo tiêu chuẩn so với mô hình gốc (50%).
Bảng 3. 8. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi chiều – mô hình mới
Tọa độ Nhiệt độ (K) Vận tốc (m/s) (EDT) Đánh giá
(0.5;0.5;2) 300.159 0.179 -0.073 Đạt (-0.5;2;3) 300.153 0.186 -0.135 Đạt (-2.5;0.5;2.5) 300.149 0.337 -1.347 Đạt (-2.5;2;2.5) 300.15 0.181 -0.098 Đạt (-2;0.5;0.5) 300.148 0.235 -0.532 Đạt (-1.5;2;-0.7) 300.15 0.342 -1.386 Đạt (-3;2;-2.5) 300.151 0.341 -1.377 Đạt (-2.5;1;-2.5) 300.149 0.27 -0.811 Đạt (1;1.5;-3.5) 300.151 0.174 -0.041 Đạt (2;0.5;-1.5) 300.151 0.24 -0.569 Đạt
C. Trường hợp buổi tối
Bảng 3.9 thể hiện vào buổi tối có 80% số điểm khảo sát đạt tiêu chuẩn về mức độ thoải mái. Kết quả có giảm so với mô hình gốc (90%) nhưng vẫn đảm bảo nằm trong vùng đạt mức độ thoải mái theo tiêu chuẩn.
(-1.5;2;-0.7) 302.521 0.338 1.017 Không Đạt
(-3;2;-2.5) 301.446 0.341 -0.082 Đạt
(-2.5;1;-2.5) 301.433 0.275 0.433 Đạt
(1;1.5;-3.5) 300.604 0.167 0.468 Đạt
Bảng 3. 9. Bảng thống kê và đánh giá các giá trị vận tốc và nhiệt độ tại các điểm lấy mẫu trường hợp buổi tối – mô hình mới
Tọa độ Nhiệt độ (K) Vận tốc (m/s) (EDT) Đánh giá
(0.5;0.5;2) 300.186 0.292 -0.95 Đạt (-0.5;2;3) 300.108 0.095 0.548 Đạt (-2.5;0.5;2.5) 300.739 0.193 0.395 Đạt (-2.5;2;2.5) 300.403 0.078 0.979 Đạt (-2;0.5;0.5) 300.198 0.237 -0.498 Đạt (-1.5;2;-0.7) 300.27 0.31 -1.01 Đạt (-3;2;-2.5) 300.174 0.179 -0.058 Đạt (-2.5;1;-2.5) 300.2 0.148 0.216 Đạt (1;1.5;-3.5) 300.181 0.508 -2.683 Không Đạt (2;0.5;-1.5) 300.355 0.039 1.243 Không Đạt
3.2.5. So sánh kết quả giữa mô hình cải tiến và mô hình ban đầu
Dựa vào kết quả ở hình 3.32, nhận thấy rằng đa số các điểm trong mô hình mới vận tốc đã giảm xuống dưới mức 0,35m/s – là mức đạt chuẩn của vận tốc theo tiêu chuẩn thoải mái. So sánh với mô hình gốc thì kết quả này đã được cải thiện đáng kể.
Hình 3. 33. So sánh kết quả EDT tại các điểm lấy mẫu của mô hình gốc (bên trái) và mô hình mới (bên phải)
Về phần nhiệt độ phác thảo hiệu dụng (EDT), kết quả cho thấy đa số các giá trị đều nằm trong vùng đạt chuẩn ( ).So sánh với mô hình gốc thì kết quả này cũng đã được cải thiện đáng kể.
CHƯƠNG 4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Đa số các tòa nhà cao tầng hiện nay thường ở độ cao lớn nên tốc độ gió cao nên hệ thống thông gió cơ khí thường được áp dụng.Mặc dù hệ thống cơ khí có thể cung cấp nhiệt độ và độ ẩm chấp nhận được trong phần lớn hệ thống của ngôi nhà nhưng chúng không đảm bảo một môi trường trong nhà tốt.Theo nghiên cứu của Seppanen, sự phổ biến của Hội chứng Sick Building (SBS Building Syndrome - Sick Building Syndrome) (SBS) trong các tòa nhà thông khí cơ khí thường là cao hơn khoảng 30% đến 200% so với những tòa nhà thông gió tự nhiên.Ngoài ra, năng lượng là một vấn đề chính khi lựa chọn giữa thông gió tự nhiên và thông gió cơ khí. Dựa trên các nghiên cứu liên quan, các hệ thống thông gió tự nhiên có thể giúp để giảm khoảng 40% lượng tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà dân cư so với thông gió cơ khí. Do đó, thông gió tự nhiên có nhiều ưu điểm và phù hợp với địa hình Việt Nam.
Trong luận văn đã thực hiện được:
- Nghiên cứu lý thuyết dòng chảy của luồng khí trong không gian nhân tạo. - Tìm hiểu được tiêu chuẩn đánh giá lưới hình học của mô hình.
- Tìm hiểu được phương pháp đánh giá mức độ tiên nghi nhiệt của con người. - Xây dựng được mô hình mô phỏng dòng khí trong chuyển động dòng khí trong
căn hộ chung cư cao tầng.
- Ứng dụng phần mềm ANSYS CFX để mô phỏng được luồng khí phân bố trong không gian căn hộ.
- Dựa trên kết quả mô phỏng, học viên đã đề xuất được mô hình cải tiến cho kết quả thông gió hiệu quả hơn.
4.2. Hướng phát triển
- Với việc khảo sát đa dạng cho các trường hợp tải khác nhau, chúng ta sẽ phát triển mô hình thông gió tự nhiên tự động trong mô hình các căn hộ thông minh để cải thiện hiệu quả năng lượng cho cả công trình.
- Phân tích thông gió tự nhiên trong căn hộ có xét đến ảnh hưởng của các nguồn nhiệt như nhiệt tỏa ra từ bếp, các thiết bị gia dụng cũng như nhiệt bức xạ từ môi trường bên ngoài.
4.3. Kiến nghị
- Việc kiểm soát lưới phần tử trong quá trình chia lưới mô hình cũng như việc đánh giá chất lượng lưới cần được quan tâm, vì đây là các yếu tố rất quan trọng quyết định khả năng hội tụ và tính chính xác của kết quả.
- Với các mô hình lớn, phức tạp, chúng ta cần áp dụng giải thuật song song để giảm thời gian tính toán và tiết kiệm được tài nguyên máy tính.
- Bài toán thông gió tự nhiên nên được thực hiện để đánh giá tính hiệu quả của bản thiết kế của kiến trúc sư, qua đó cung cấp cơ sở trực quan hơn giúp kiến trúc sư tối ưu hơn bản thiết kế của mình.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tài liệu tiếng Việt
[1]. P. C. Chính, Giáo trình điều hòa không khí, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1986.
[2]. H. Đ. Tín and B. Hải, Bài tập nhiệt động học kỹ thuật và truyền nhiệt, Nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2015.
[3]. N. T. Tấn, "Nghiên cứu ứng dụng phương pháp tính toán động lực học lưu chất (Computational Fluid Dynamics – CFD) trong các bài toán kỹ thuật," 2012.
[4]. "wikipedia.org," [Online]. Available:
https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A0nh_ph%E1%BB%91_H%E1%BB%9
3_Ch%C3%AD_Minh.
[5]. T. T. Trung and K. Q. Hoa, "Đánh giá Profile vận tốc gió theo các tiêu chuẩn của một số nước," Nhà xuất bản xây dựng , 2011.
[6]. N. T. N. Thu, V. Hà and N. N. Giả, Kiến trúc hướng dòng thông gió tự nhiên, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2012.
[7]. TCVN 5687–2010, "Tiêu chuẩn thiết kế thông gió và điều hòa không khí," Nhà xuất bản xây dựng, 2010.
[8]. TCVN 2737–1995, "Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động," Nhà xuất bản xây dựng, 1995.
2. Tài liệu tiếng nước ngoài
[9]. E.Rusly, M.Airah and S.Gagliardini, "The truth about the Air Diffusion Performance Index (ADPI)," no. TROX Australia, pp. 48-49, 2014.
[10]. . C. James Atkinson. Natural ventilation for infection control in health- care settings. WHO.
[11]. Robert N. Meroney. CFD Prediction of Airflow in Buildings for Natural Ventilation. 11th Americas conference on Wind Engineering, 2009.
[12]. Md Atiqur Rahman, Narahari. G. A. Analysis of Lecturing Room using computational Fluid Dynamics Natural and Forced Ventilation. International Journal of Engineering Research & Technology, 2014.
[13]. X. Zheng. Thermal Comfort Research in a Naturally – Ventilated high – rise residential building. Master Thesis, 2015.
[14]. Ansys CFX Software Theory, Appendix A, ANSYS Inc and ANSYS Europe, Ltd. Are UL registered ISO 9001:2000 Companies.
[15]. Ansys Coupled-Field Analysis Guide, ANSYS Release 10.0 (2005), ANSYS Inc and ANSYS Europe, Ltd. Are UL registered ISO 9001:2000 Companies.