Thanh View Control

7.2.1 Xây dựng mơ hình hệ thống điều hịa khơng khí tầng 2 bằng Revit

- Khi xây dựng một mơ hình bản vẽ bằng phần mềm Revit nghĩa là chúng ta đã đặt thuộc tính cho tất cả những gì mà chúng ta đã thiết kế. Khi đó nhất định chúng ta sẽ phải có quy trình thực hiện bản vẽ nếu như muốn thể hiện ý tưởng thiết kế ra bản vẽ một cách tốt nhất.

- Nhìn chung các bước thể hiện một bản vẽ thiết kế bằng phần mề Revit như sau:

+ Thiết đặt những thuộc tính cho file bản vẽ: Cơng việc này bao gồm chuẩn bị các thư viện thiết bị, đường ống, phụ kiện đường ống,...., thiết lập các thuộc tính ẩn hiện và màu sắc của bản vẽ.

+ Chuẩn bị bản vẽ kiến trúc của cơng trình: Đối với bản vẽ này có thể là tệp được vẽ bằng Autocad hoặc tốt nhất sẽ là một mơ hình Revit. Ở đây chúng em sẽ tiến hành phục dựng kiến trúc cơng trình của tịa nhà dựa trên bản vẽ kiến trúc Autocad.

+ Xây dựng mơ hình: Xây dựng mơ hình hệ thống điều hịa khơng khí bằng các cơng cụ trên Revit

+ Trình bày bản vẽ: Cơng việc này tỉ mỉ và có yếu tố quyết định đến chất lượng của một đồ án thiêt kế. Nếu như bản vẽ rõ ràng, phù hợp với các bộ môn khác (Kiến trúc, kết cấu, điện, nước,…) thì xem như đồ án thiết kế đã thành cơng. - Các lệnh vẽ nhanh cho hệ thống thông gió và chiller:

+ DT (DUCT): Vẽ đường ống gió

+ DA (DUCT ACCESSORY): Lắp van cho hệ thống gió (Van gió điều chỉnh lưu lượng, van gió chống cháy,…)

116 + AT (AIR TERMINAL): Chọn loại miệng gió cấp, thải, lower,…

+ FD (FLEXIBLE DUCT): Chọn ống gió mềm + PI (PIPE): Vẽ đường ống nước chiller

+ PA (PIPE ACCESSORU): Lắp các van cho hệ thống chiller: Lọc Y, van motorize 3 ngã, van cổng,…

- Trong quá trình vẽ phải bám sát bản vẽ thiết kế 2D, sử dụng mặt cắt Section để vẽ được chính xác, kết hợp với View 3D để theo dõi quá trình vẽ.

117 Hình 7.18: View 3D kèm theo của hệ điều hịa thơng gió tầng 02 của tịa nhà

118 - Sau khi dựng hình 2D giống với bản vẽ thiết kế ban đầu xong, ta tiến hành bước khá quan trọng đó là combine hệ thống thơng gió với chiller và với kiến trúc của tịa nhà, vì bản vẽ thiết kế 2D chỉ nhìn qua khơng gian 2D, nhưng khi ứng dụng Revit thì ta có thể show nó ra view 3D để nhìn bao quát hơn, xem đường đi của ống gió, ống chiller hợp lý chưa, có va chạm nhau ở đâu khơng, có va chạm với kiến trúc khơng, FCU, Cassette với độ cao trên bản vẽ thiết kế thì có lắp đặt được khơng, rất nhiều câu hỏi đặt ra nên ta phải combine các hệ lại với nhau. Cuối cùng ta sẽ được một bản vẽ hoàn chỉnh và có thể thi cơng. Vì bản vẽ trên Revit tỷ lệ 1:1 với ngoài thực tế nên bản vẽ càng chính xác thì thi cơng càng nhanh, rút ngắn thời gian và dự toán đầu thầu sẽ chính xác hơn. - Khi combine ta nên để ý các đường ống chính trước, sau đó mới đến các ống nhánh, ta quan sát bằng mắt trước để sửa sau đó vào thanh công cụ Ribbon và chọn Collaborate sau đó chọn Interference Check và chọn Run Interference Check để kiểm tra lại, tại vì mặt thường khơng thể quan sát hết các điểm va chạm nên cần phải dùng đến ứng dụng hỗ trợ này.

119 Hình 7.20: Bảng Interference Check

- Dựa vào bảng này ta có thể kiểm tra đường ống gió với đường ống chiller có va chạm với nhau hay khơng, ống gió với kiến trúc, cao độ hai hệ thống của bản thiết kế có hợp lý khơng, tất cả sẽ được trả lời khi ta combine xong.

7.2.2 Trình bày bản vẽ

- Trình bày bản vẽ mặt bằng, mặt cắt trong phần mềm Revit được thực hiện một cách dễ dàng, chúng ta có thể trích xuất mọi mặt bằng, mọi góc nhìn của các khơng gian kỹ thuật trong cơng trình. Chất lượng các nét vẽ ln là vấn đề mà các kỹ sư thiết kế trên Autocad đem ra so sánh với Revit. Trên thực tế Revit là phần mềm có nền tảng chung với Autocad, vì vậy các nét vẽ hồn tồn có thể điều chỉnh được để đạt đến độ chính xác. Chúng ta cũng có thể xuất ra các

120 bản vẽ 2D tương tự các phần mềm truyền thống và hoàn toàn thực hiện được bản vẽ thi công trong giai đoạn xây dựng. Bản vẽ trình bày trên phần mềm Revit dễ dàng thực hiện các thao tác đo kích thước, ghi chú, gắn tên thiết bị,… Sau đây là một số bản vẽ mặt bằng hệ thống điều hịa khơng khí của tịa nhà mà chúng em thực hiện bằng phần mềm revit:

Hình 7.21: Mặt bằng bố trí hệ thống điều hịa, thơng gió tầng 02

- Điểm nổi trội của phần mềm Revit MEP là có thể xuất ra được bản vẽ khơng gian 3 chiều. Bản vẽ này giúp các kỹ sư dễ dàng hình dung được các khơng gian kỹ thuật phức tạp như phịng máy, khơng gian trần:

121 Hình 7.22: Khơng gian 3 chiều của phịng máy chiller và cụm dàn nóng VRV

122

7.2.3 Ứng dụng Revit trong xuất khối lượng bản vẽ

- Công việc bốc tách khối lượng cực kỳ quan trọng khi thành lập dự án, khi ta biết khối lượng cần thiết để khởi tạo dự án thì sẽ giúp chủ đầu tư dễ dàng hơn trong việc kiểm sốt cơng trình. Việc lập bảng thống kê, trích xuất khối lượng ln là cơng tác địi hỏi sự tỉ mỉ, cẩn thận và sự chính xác số lượng. Đây là điều mà chúng ta gặp khó khăn rất lớn trong bản vẽ truyền thống. Với việc thiết kế và triển khai bản vẽ bằng Revit MEP mỗi đối tượng chúng ta đưa vào bản vẽ nếu đã nhập đầy đủ thơng tin lúc ban đầu thì giai đoạn lập bảng thống kê sẽ dễ dàng hơn rất nhiều vì nó được thực hiện hồn toàn tư động. Nếu bản vẽ combine được thực hiện chính xác thì độ chính xác khi bóc tách khối lượng sẽ tăng cao, giảm tổn thất cho dự án.

- Để tiến hành thực hiện cơng việc trích xuất khối lượng ta nhìn vào thanh cơng cụ Project Browser, click chuột phải vào Schedules/Quantities và chọn New Schedules/Quantities sau đó sẽ hiện bảng New Schedule.

123 Ví dụ: Ta muốn trích xuất khối lượng ống gió thì ta chọn Ducts tại cột Cateory và nhấn OK. Sau đó sẽ hiện bảng Schedule Properties

Hình 7.25: Bảng Schedule Properties

- Để trích xuất khối lượng Ducts ta cần các thông số như là: Size, Width, Height, Length, Area, System Abbreviation.

124 - Ta có thể tính tổng khối lượng ống gió bằng cách click vào nút Edit của Sorting/Grouping thì bảng Schedule Properties sẽ xuất hiện và ta tick chọn Grand totals và Itemize every instance như hình bên dưới:

Hình 7.27: Bảng Schedule Properties

125 - Ta hoàn tồn có thế trích xuất khối lượng ống gió theo từng khu vực mà ta

muốn trích xuất, ví dụ như trích xuất theo từng phịng, tầng, …

126 - Ta có thể trích xuất riêng và tính tổng khối lượng ống gió của một khu vực hay một tầng nào đó bằng cách click vào nút Edit của Filter và lọc theo từng khu vực như hình bên dưới:

Hình 7.30: Bảng Schedule Properties

127 - Với cách làm tương tự ta có thể trích xuất khối lượng cho các hệ thống cịn lại

như sau:

128 Hình 7.33: Bảng thống kê khối lượng phụ kiện ống chiller tịa nhà

129 Hình 7.35: Bảng thống kê khối lượng phụ kiện ống gió của tịa nhà

130

CHƯƠNG 8 : ỨNG DỤNG CFD ĐỂ XEM XÉT SỰ PHÂN BỐ VẬN TỐC VÀ NHIỆT ĐỘ XUNG QUANH CON NGƯỜI TRONG VĂN PHÒNG

8.1 Giới thiệu

Ngày nay mọi người quá phụ thuộc vào điều hòa để tạo ra một môi trường trong nhà được thoải mái, nhưng nó có thể gây ra một số vấn đề sức khỏe trong một thời gian dài nếu sử dụng máy điều hịa liên tục khơng hiệu qua do lắp đặt sai vị trí làn gió thổi trực tiếp vào người hoặc sử dụng công suất quá lớn hoặc nhỏ hơn so với yêu cầu thực tế làm cho sức khỏe của con người không được tốt dẫn đến các bệnh về khô da, viên mắt, hay bị viêm xoang do công suất lạnh quá lớn so với yêu cầu hoặc cảm giác nóng do cơng suất máy lạnh bé hơn so với yêu cầu, vì vậy ngày nay việc thiết kế điều hòa khơng phải chỉ để làm mát mà cịn phải đảm bảo đến sức khỏe và sử thoải mái đến con người, nên các kỹ sư đã hướng tới các phương pháp mô phỏng môi trường ảo để đưa ra được những tính tốn thiết kế được tối ưu nhất.

Cho đến những năm 1990, hầu hết các nghiên cứu về cơ học chất lỏng đã đạt được nhiều thành tựu, bằng các nghiên cứu thực nghiệm đắt tiền. Với sức mạnh xử lý ngày càng tăng của máy tính, cách tiếp cận thứ ba trong nghiên cứu cơ học chất lỏng ngày càng có sẵn: Động lực học chất lỏng tính tốn (CFD) cịn được gọi là cơng nghệ mô phỏng số đây là một lĩnh vực khoa học sử dụng các phương pháp số kết hợp với các cơng nghệ mơ phỏng trên máy tính để giải quyết các bài toán liên quan đến các yếu tố chuyển động mơi trường, đặc tính nhiệt động, đặc tính động học, đặc tính động lực học hoặc khí động lực học, đặc tính lực hoặc moment hồn thành nghiên cứu lý thuyết và cấc cuộc thử nghiệm, cung cấp cho các kiến trúc sư và kỹ sư một công cụ mạnh mẽ để thiết kế xây dựng. Hiện nay có rất nhiều phần mềm mơ phỏng số như là: ANSYS, SIMSCALE, AUTODESK CFD,... Nhưng hôm nay nhóm chúng em sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng phân bố trường vận tốc gió và nhiệt độ trong một văn phịng office.

131 Hình 8.1: Sự kết hợp giữa lý thuyết thử nghiệm và mơ hình số

(Nguồn: Internet)

8.2 Giới thiệu về phần mềm Ansys 8.2.1 Lịch sử hình thành

Phần mềm Ansys được xây dựng và phát triển bởi công ty ANSYS Ins tiền thân của công ty Swanson Analysic, Inc (SASI). Được thành lập vào năm 1970 bởi tiến sĩ A. Swanson đến năm 1994 công ty được bán lại cho TA Associates, đổi tên thành ANSYS Ins, đồng thời sản phẩm chủ lực của họ là phần mềm ANSYS cũng được đăng ký bản quyền vào thời điểm này.

8.2.2 Mục đích và phạm vi ứng dụng

Ansys là một phần mềm phân tích được dựa trên phương pháp phần tự hữu hạn để giải các bài toán. Phạm vi sử dụng của ANSYS khá toàn diện và bao quan hầu hết các lĩnh vực:

+ Lưu lượng và truyền nhiệt trong các quy trình cơng nghiệp (nồi hơi, nhiệt bộ trao đổi, thiết bị đốt, máy bơm, máy thổi, đường ống, v.v.).

+ Khí động lực học của phương tiện xe cộ, máy bay, tên lửa. + Màng phủ, thermoforming trong các ứng dụng xử lý vật liệu. + Lưu lượng và truyền nhiệt trong hệ thống động lực và phát điện. + Thơng gió, sưởi ấm và làm mát dịng chảy trong các tòa nhà. + Truyền nhiệt cho các ứng dụng đóng gói điện tử.

132 Hình 8.2: Mơ phỏng dịng chảy bao các phương tiện xe tải và máy bay

(Nguồn: Internet)

Hình 8.3: Ứng dụng trong thiết kế hệ thống HVAC (Nguồn: Internet) (Nguồn: Internet)

133

8.3 Mơ tả bài tốn

Bài tốn mơ phịng sự phân bố lớp nhiệt độ và vận tốc bao quanh người trong phịng hành chính 3 tầng 2 với diện tích phịng (Cao 3.6m, rộng 7.5m và sâu 5.5m) trong mùa có nhiệt độ trung bình ngồi trời nóng nhất ở thành phố Thủ Dầu Một với thiết kế sử dụng dàn lạnh cassette âm trần bốn hướng thổi để làm lạnh với công suất dàn lạnh 7,1 kW. Với bài toán này đặt ra ba trường hợp giữa trên ba lưu lượng gió khác nhau của giàn lạnh để xem xét lưu lượng nào làm việc phân bố nhiệt tốt hơn và qua đó kiếm tra công suất dàn lạnh theo thiết kế có đủ cơng suất làm mát phịng làm việc.

134

8.4 Chia lưới

Sử dụng Fluent Mesh để chia lưới, sử dụng lưới poly-hexcore với element size 70mm cho tổng model và 20mm chia cho các bề mặt inlet, outlet cassette và cấc bề mặt phát nhiệt của người và cục CPU để bàn và đèn trần, sau khi chia lưới xong kiểm tra chất lượng của lưới:

Hình 8.5: Lưới Poly – hexcore

8.5 Mơ hình số

 Các phương trình chủ đạo

- Phương trình bảo tồn khối lượng  . 0   U t   (1) - Phương trình bảo tồn động lượng

p U g

Dt

DU  

   2.  (2) - Phương trình năng lượng

E v E p eff v Sh t       . . )) ( .( ) (   (3) Trong đó: + p: Áp suất tỉnh + : Độ nhớt động lực học

135 +- Mật độ chất lỏng là hàm của các tọa độ (x, y, z) và thời gian t. = 

(x,y,z,t)

+ U: Vector vận tốc được xác định theo các vector đơn vị i, j, k của tọa độ hệ trục. Descartes theo công thức: U = u.i+ v.j+ w.k. Với các thành phần vận tốc xác định theo các hướng tương ứng như sau:

u = u(x, y, z, t); v = v(x, y, z, t); w = w(x, y, z, t)

+  - Tốn tử vector (Thuật ngữ trong tính tốn CFD gọi là “del” hoặc “nabla”), được định nghĩa trong hệ tọa độ Descartes theo một vector:

u= z k y j x i         + Dt DU

: Ký hiệu đạo hàm thực được xác định theo công thức:

U U t U Dt DU      .

 Phương trình RANS (Reynolds Average Navier – Stokes Equations)

Ba phương trình (1), (2) và (3) kết hợp lại thành hệ phương trình Navier-Stokes dùng mơ phỏng dịng lưu chất nhớt, khơng nén gồm 5 phương trình với 6 ẩn u, v, w, p,, E. Do chuyển động của dịng chảy rối khơng ổn định nên để giải được hệ phương trình này thường sử dụng phương pháp Navier-Stokes Reynolds trung bình (RANS) được xây dựng trên cơ sở tách giá trị của các biến dòng lưu chất thành thành phần trung bình và thành phần biến động, sau đó thay vào hệ phương trình trên, sau một số biến đổi nhận được hệ phương trình RANS dưới dạng tổng: .U 0 p U g dt U d      2  Trong đó:

+ p: Trường áp suất trung bình + : Mật độ chất lưu

136 + U: Vector vận tốc trung bình

+ g: Gia tốc trọng trường

 Mơ hình dịng chảy rối

Do trong các phương trình RANS 6 biến số tương ứng với 6 thành phần ứng suất rối Reynolds biểu diễn cho sự 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 mơ hình dịng chảy rối nhưng phổ biến nhất hiện nay là mơ hình k-ε và k- ω. Hiện tại, mơ hình k-ε và k-ω đã trở thành những mơ hình tiêu chuẩn cơng nghiệp và được sử dụng rất phổ biến cho hầu hết các dòng lưu chất trong những bài toán kỹ thuật, Trong bài toán của em chọn mơ hình k-ε, mơ hình k-ε khá mạnh nhưng lại it chính xác khi tính lớp biên gần tường, trong khi mơ hình k-ω tuy chính xác hơn mơ hình k-ε trong lớp biên gần tường và dự đoán tốt hơn dịng chảy có gradient áp lực bất lợi nhưng lại rất nhạy cảm đối với các giá trị của dòng chảy