đề tài thiết kế hệ thống điều hòa không khí cho tòa nhà thông minh sử dụng thiết bị của johnson control

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Điện
------o0o------

Báo cáo môn
QUẢN LÝ HỆ THỐNG TỊA NHÀ THƠNG MINH
Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí cho tịa nhà thơng minh
sử dụng thiết bị của Johnson Control
Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS Bùi Đăng Thảnh
Sinh viên thực hiện:
Vi Trung Thành
Lê Trọng Hùng
Lê Hữu Hòa
Đào Quang Trường
Lê Ngọc Hải

Hà Nội, tháng 8 năm 2021

20174214
20161939
20170150
20173886
20173827


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ .........................................................................................................3
CHƯƠNG 1: MƠ TẢ BÀI TỐN ........................................................................................4
1. TỔNG QUAN VỀ VAI TRỊ CỦA ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ ......................................4
1.1. Vai trị điều hịa khơng khí đối với con người............................................................4

1.1. Vai trị điều hịa khơng khí đối với sản xuất ..............................................................4
1.2. Trong lĩnh vực bảo quản công trình lịch sử, văn hóa, nghệ thuật ..............................6
2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CHILLER..........................7
2.1. Ngun lý hoạt động. .................................................................................................7
2.2. Phân loại hệ thống chiller ...........................................................................................9
2.3. Các thành phần của hệ thống chiller.........................................................................12
3. LỰA CHỌN CƠNG TRÌNH VÀ TÍNH TỐN ĐỐI TƯỢNG......................................17
3.1. Giới thiệu về cơng trình............................................................................................17
3.2. Chọn cấp điều hịa và thơng số tính tốn..................................................................21
3.3. Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát.....................................................................23
3.4. Lựa chọn thiết bị của hệ thống điều hịa khơng khí .................................................33
4. LỰA CHỌN GIAO THỨC TRUYỀN THONG.............................................................34
4.1. Giới thiệu về BACnet ...............................................................................................34
4.2. Các thành phần của BACnet.....................................................................................35
4.3. Kiến trúc mạng của BACnet.....................................................................................36
4.4. Ưu điểm của BACnet/IP...........................................................................................36
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ & VẬN HÀNH HỆ THỐNG...................................................38
1. Sơ đồ khối hệ thống.........................................................................................................38
2. Giám sát vận hành hệ thống ............................................................................................39
3. Thuật toán điều khiển. .....................................................................................................41
KẾT LUẬN ...........................................................................................................................44
PHỤ LỤC ..............................................................................................................................45


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Hệ thống điều hịa trong một nhà máy.........................................................................5
Hình 2: Các cổ vật tại bảo tàng Chăm ......................................................................................7
Hình 3: 4 vịng tuần hồn của 1 hệ thống điều hịa trung tâm chillers .....................................9
Hình 4: Chiller giải nhiệt bằng gió..........................................Error! Bookmark not defined.
Hình 5: Cụm Water Chiller. ....................................................................................................13

Hình 6: Hệ thống bơm.............................................................................................................14
Hình 7: Hệ thống đường ống nước lạnh..................................................................................15
Hình 8: Hệ thống đường ống thơng gió ..................................................................................16
Hình 9: Hệ thống kết nối điều khiển chiller............................................................................17
Hình 10: Sơ đồ các căn hộ ......................................................................................................19
Hình 11: Một BACnet object trong thực tế.............................................................................35
Hình 12: Kiến trúc mạng của BACnet. ...................................................................................36
Hình 13: Sơ đồ khối hệ thống .................................................................................................38
Hình 14: Giao diện chung .......................................................................................................39
Hình 15: Giao diện giám sát FCU...........................................................................................40
Hình 16: Giao diện giám sát phịng đặt máy Chiller ..............................................................40
Hình 17: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của AHU...............................................................................41
Hình 18: Lưu đồ thuật toán AHU cơ bản................................................................................42


CHƯƠNG 1: MƠ TẢ BÀI TỐN
1. TỔNG QUAN VỀ VAI TRỊ CỦA ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
1.1. Vai trị điều hịa khơng khí đối với con người
Sức khoẻ con người là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến năng suất
lao động. Một trong những nội dung nâng cao sức khoẻ con người là tạo ra cho con người
điều kiện vi khí hậu thích hợp. Bởi vì nhiệt độ bên trong cơ thể con người luôn giữ ở
khoảng 37°C (đối với người bình thường). Do đó để duy trì ổn định nhiệt độ của phần bên
trong cơ thể, con người luôn thải ra một lượng nhiệt ra môi trường xung quanh. Q trình
thải nhiệt này thơng qua 3 hình thức cơ bản: đối lưu, bức xạ và bay hơi. Đề q trình thai
nhiệt đó diễn ra thì phải tạo ra một khơng gian có nhiệt độ và độ ẩm phù hợp với cơ thể con
người. Hệ thống điều hoà khơng khí để tạo ra mơi trường tiện nghi, đảm bảo chất lượng
cuộc sống cao hơn.
Nước ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm gió mùa, nhiệt độ trung bình năm và
độ ẩm tương đối cao. Với nhiệt độ và độ ẩm cao cơng vào đó là bức xạ mặt trời qua cửa
kính, nhất là những tồ nhà có kiến trúc hiện đại có diện tích kính lớn, thiết bị chiếu sáng,

thiết bị điện - điện tử làm cho nhiệt độ khơng khí trong phịng tăng cao, vượt xa giới hạn
tiện nghi nhiệt đối với con người. Đề đảm bảo cho con người có một mơi trường sống thoả
mái thì chỉ có điều hồ khơng khí mới giải quyết được vấn đề nêu trên.
Kinh tế nước ta hiện nay đã có bước phát triển đáng kể, đời sống của nhân dân ngày
càng được cải thiện, cho nên điều hoà khơng khí dân dụng đang phát triển mạnh mẽ. Do đó
mà điều hồ khơng khí khơng cịn xa lạ với người dân thành thị.
Trong ngành y tế, nhiều bệnh viện đã trang bị hệ thống điều hồ khơng khí trong các
phịng điều trị bệnh nhân để tạo ra mơi trường vi khí hậu tối ưu giúp người bệnh nhanh
chóng phục hồi sức khoẻ. Điều hồ khơng khí tạo ra các phịng vi khí hậu nhân tạo với độ
trong sạch tuyệt đối của khơng khí và nhiệt độ, độ ẩm được khống chế ở mức tối ưu để tiến
hành các quá trình y học quan trọng
1.1.

Vai trị điều hịa khơng khí đối với sản xuất
Trong cơng nghiệp ngành điều hồ khơng khí đã có bước tiến nhanh chóng. Ngày
nay người ta khơng thể tách rời kỹ thuật điều hồ khơng khí với các ngành khác như cơ khí
chính xác, kỹ thuật điện tử và ví điện tử, kỹ thuật phim ảnh, máy tính điện tử, kỹ thuật
quang học... Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, để đảm bảo máy móc, thiết bị làm việc
bình thường cần có những u cầu nghiêm ngặt về các điều kiện và thông số của khơng khí
như thành phần độ ẩm, nhiệt độ, độ chứa bụi và các loại hố chất độc hại khác. Ví dụ như
trong ngành cơng nghiệp kỹ thuật điện thì để sản xuất được dụng cụ điện cần khống chế
nhiệt độ trong khoảng từ 20°C đến 22°C, độ ẩm từ 50 đến 60%.
Trong ngành cơ khí, chế tạo dụng cụ đo lường, dụng cụ quang học, độ trong sạch và
ổn định của nhiệt độ và độ ẩm là điều kiện quyết định cho chất lượng, độ chính xác của sản
phẩm. Nếu các linh kiện, chi tiết của máy đo, kính quang học được chế tạo trong điều kiện
nhiệt độ và độ ẩm không ổn định làm cho độ co dãn khác nhau về kích thước của chi tiết sẽ


làm giảm độ chính xác của máy móc. Bụi thâm nhập vào bên trong máy sẽ làm tăng độ mài
mòn giữa các chi tiết dụng cụ chóng hư hỏng, chất lượng giảm sút rõ rệt.

Trong công nghiệp sợi và dệt, điều hồ khơng khí có ý nghĩa quan trọng. Khi độ ẩm
khơng khí cao, độ dính kết, ma sát giữa các sợi bơng sẽ lớn và q trình kéo sợi sẽ khó
khăn, ngược lại độ ẩm quá thấp sẽ làm cho sợi dễ bị đứt, năng suất kéo sợi sẽ bị giảm.
Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, nhiều quá trình cơng nghệ địi hỏi có mơi
trường khơng khí thích hợp. Nếu độ ẩm quá thấp sẽ làm cho sản phẩm khô hanh, giảm khối
lượng và chất lượng sản phẩm. Ngược lại độ ẩm quá cao cộng với nhiệt độ cao thì đó là mơi
trường tốt cho vi sinh vật phát triển làm giảm chất lượng sản phẩm hoặc phân huỷ sản
phẩm. Bên cạnh đó lượng nhiệt và hơi ẩm toả ra bên trong phân xưởng tương đối lớn,
thường xảy ra hiện tượng đọng sương trên bề mặt kết cấu bao che hoặc bề mặt thiết bị, máy
móc gây mất vệ sinh tạo điều kiện cho vi khuẩn, vi sinh vật phát triển. Tất cả các vấn đề bất
| lợi đó đều có thể giải quyết bằng điều hồ khơng khí.

Hình 1: Hệ thống điều hịa trong một nhà máy
Trong cơng nghiệp chế biến và sản xuất chè, q trình vo chè, ủ lên men có tác dụng
làm cho chất dinh dưỡng trong lá chè tiếp xúc với khơng khí và oxy hố kết hợp với các q
trình biến đổi sinh hoá khác tạo ra các axit amin, giữ màu sắc và hương vị thơm ngon của
chè. Các quá trình này đòi hỏi phải được tiến hành ở điều kiện mát mẻ và độ ẩm thích hợp.
Các thơng số của mơi trường khơng khí trong các nhà máy sản xuất phim, giấy ảnh
cũng cần được duy trì ở mức nhất định và chặt chẽ bằng hệ thống điều hồ khơng khí. Bụi
rất dễ bám vào bề mặt phim, giấy ảnh làm giảm chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ cao trong
phân xưởng làm nóng chảy lớp thuốc ảnh phủ trên bề mặt phim. Ngược lại độ ẩm cao làm
cho sản phẩm dính bết vào nhau.


Điều hồ khơng khí cịn tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của bơm nhiệt, một loại
máy lạnh dùng để sưởi ấm vào mùa đông. Bơm nhiệt thực ra là một máy lạnh với khác biệt
là ở mục đích sử dụng. Gọi là máy lạnh khi người ta sử dụng hiệu ứng lạnh ở thiết bị bay
hơi còn gọi là bơm nhiệt khi sử dụng nguồn nhiệt lấy từ thiết bị ngưng tụ.
Ở các nước tiên tiến, các chuồng trại chăn nuôi của công nghiệp sản xuất thịt sữa
được điều hồ khơng khí để có thể đạt được tốc độ tăng trọng cao nhất, vì gia súc và gia

cầm cần có khoảng nhiệt độ, độ ẩm thích hợp để tăng trọng và phát triển. Ngoài khoảng
nhiệt độ và độ ẩm đó, q trình phát triển và tăng trọng giảm xuống và nếu vượt qua giới
hạn nhất định chúng có thể bị sút cân hoặc bệnh tật.
Còn rất nhiều quá trình cơng nghệ khác cần đến hệ thống điều hồ khơng khí để đảm
bảo duy trì các thơng số nhiệt độ, độ ẩm của khơng khí thích hợp đem lại hiệu quả sản xuất
cao.
1.2.

Trong lĩnh vực bảo quản cơng trình lịch sử, văn hóa, nghệ thuật
Nước ta là một nước có nền văn hóa lâu đời, có nhiều cơng trình mang tính lịch sử,
văn hóa mang tầm cỡ Thế Giới Điền hình như “Lăng Chủ Tịch Hồ Chí Minh. Cơng trình
này có tồn tại vĩnh hằng hay khơng một phần là nhờ vào hệ thống điều hịa khơng khí. Độ
tuyệt đối của một số khu vực quan trọng của lăng phải là tuyệt đối, còn nhiệt độ và độ ẩm
của những khu vực này phải được duy trì 16 + 0,5°C và 75 + 5% ở bất kì thời tiết bên ngồi
có thay đổi như thế nào.
Điều hịa khơng khí có ý nghĩa thiết yếu trong các phịng thí nghiệm phục vụ công
tác nghiên cứu khoa học. Cụ thể là các thông số vật lý như nhiệt độ, độ âm của khơng khí
phải được giữ ở mức khơng đổi để tạo ra kết quả tương tự trong lĩnh vực sinh học, hóa
học...


Hình 2: Các cổ vật tại bảo tàng Chăm
Để bảo quản những giá trị mang tính văn hóa, lịch sử như tranh, ảnh, tượng...trong
các phòng trưng bày, viện bảo tàng, thư viện... đề lưu truyền cho thế hệ mai sau điều cần
thiết là tạo ra mơi trường khơng khí trong sạch, nhiệt độ và độ ẩm không thay đổi ở một giá
trị thích hợp. Rõ ràng là một mơi trường khơng khí với các thơng số thích hợp có thể làm
chậm lại hoặc ngừng hẳn quá trình phá hủy của thời gian.
Tóm lại là điều hịa khơng khí đối các mục đích nêu trên có ý nghĩa quan trọng về
lịch sử, kinh tế, văn hóa vơ cùng to lớn.
2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CHILLER

Trong thực tế, có nhiều loại hệ thống điều hịa khơng khí, được sử dụng tùy thuộc vào
nhu cầu sử dụng và các yêu cầu kỹ thuật nhằm đảm bảo các yêu cầu đó cũng như vốn đầu tư.
Với thiết kế trong môn học này, bọn em sử dụng hệ thống điều hòa trung tâm chillers do đây
là hệ thống phù hợp đối với các cơng trình có diện tích sàn lớn như trung tâm thương mại,
ngồi ra cịn có các ưu điểm như độ bền cao, khơng tốn nhiều diện tích lắp đặt, dễ dàng điều
khiển công suất hoạt động giúp tiết kiệm chi phí.
2.1.

Nguyên lý hoạt động.
Hệ thống Chiller giải nhiệt nước áp dụng nguyên lý chuyển hóa trạng thái của nước ở
dạng khí ngưng tụ thành lỏng, lỏng đơng đặc chuyển thành rắn.


Ở q trình thu nhiệt, nước lần lượt chuyển hóa từ rạng rắn sang lỏng, sang khí tức là
lấy nhiệt môi trường xung quanh, giảm nhiệt độ và làm mát mơi trường. Ngược lại sẽ là q
trình tỏa nhiệt.
Hệ thống làm lạnh chiller thường áp dụng quá trình lỏng sang khí (hay cịn gọi là q
trình bay hơi nước) để thu nhiệt xung quanh và làm lạnh đi (gas lạnh lỏng bay hơi, thu nhiệt
từ nước làm mước bị mất nhiệt, lạnh đi theo yêu cầu sử dụng).
Ở quá trình ngược lại: gas trạng thái hơi áp suất được nên gas lạnh. Qua máy nén thì
gas trạng thái hơi áp suất cao, được giải nhiệt sẽ chuyển hoàn toàn sang lỏng trở thành một
chu trình kín. Giữa 2 trạng thái lỏng và gas hơi được điều chỉnh bằng van tự động.
Có 4 vịng tuần hồn cho hệ thống như sau:
-

Vịng tuần hồn màu đỏ: Là vịng tuần hồn nước nóng bơm vào cooling tower thải
nhiệt này ra mơi trường.
Vịng tuần hồn màu xanh: Là vịng tuần hồn gas lạnh trong cụm water chiller.
Vịng tuần hồn màu tím nhạt: Là vịng tuần hồn nước lạnh được bơm đến AHU,
FCU, PAU, PHE.v.v.

Vịng tuần hồn màu vàng: Là vịng tuần hồn của hệ thống ống gió thổi vào phịng
được điều hịa.


Hình 3: 4 vịng tuần hồn của 1 hệ thống điều hòa trung tâm chillers
2.2. Phân loại hệ thống chiller
2.2.1. Phân loại theo công dụng
Hệ thống Chiller được sử dụng để làm lạnh nước xuống mức được yêu cầu nên có thể
phân loại chúng theo cơng dụng mà chúng phục vụ như sau:
- Giải nhiệt công nghiệp: Điều chỉnh nhiệt rất rộng, từ 60 xuống còn 30 độ C. Thường
được sử dụng trong các nhà máy in màu, nhựa, làm lạnh q trình trộn hóa chất, giải nhiệt
cầu máy cơ khí, cấp nước lạnh khi trộn bê tơng, q trình chưng cất trong nhà máy bia, …
- Sử dụng làm điều hịa khơng khí trung tâm nước với dãy điểu chỉnh độ nước hẹp hơn
7-12 độ C. Thường được sử dụng tại trung tâm thương mại, nhà sách, siêu thị, xưởng công
nghiệp (nhà thuốc, dệt may, …)
2.2.2. Phân loại theo phương thức hoạt động
a) Chiller giải nhiệt gió:
Về nguyên lý và cấu tạo gần giống với chiller nước nhưng có một số điển khác biệt.
1. Không sử dụng tháp giải nhiệt cooling tower. Mà trao đổi nhiệt từ gas nóng áp suất cao
với khơng khí từ quạt hút.


2. Loại này hiệu suất lạnh kém hơn rất nhiều so với loại chiller giải nhiệt nước (hiệu suất gấp
1,5 lần so với chiller gió). Thử nghĩ xem với một cơng suất điện chiller gió sản sinh ra 3 kw
lạnh thì chiller nước sản sinh ra 4,5 kw lạnh.
3. Nhưng do một số điều kiện đặc biệt người ta vẫn dùng hệ chiller gió giải nhiệt :
Do chất lượng nước không đảm bảo (axit quá cao, nhiều bụi bẩn khi sử dụng tháp giải nhiệt
sẻ nhanh chóng bám vào thành ống giảm khả năng trao đổi nhiệt).
Tiết kiệm diện tích so với chiller. Ví dụ như chiller nước thì cooling tower không đặt được
trong nhà xưởng.

Khi sử dụng tháp giải nhiệt làm tăng độ ẩm xung quanh và vi sinh không tốt làm ô nhiểm
môi trường xung quanh nhà máy ảnh hưởng đến sức khỏe con người cũng như thực phẩm.
4. Về cấu tạo chỉ khác chiller giải nhiệt nước là khơng sử dụng bình ngưng ống chùm mà là
dàn ống đồng cánh nhôm. Tại sao lại là ống đồng cánh nhơm, có một số giả thuyết :
-

Đồng truyền nhiệt tốt hơn nhơm, nhưng tản nhiệt vào khơng khí lại kém
Đồng giá cao và nặng hơn nhôm nên không kinh tế bằng nhôm
Đồng dẩn nhiệt qua cánh tản nhiệt đồng thì nhiệt trên cánh tản nhiệt đồng sẻ cao,
khi đặt trong xưởng sẻ dể gây ra nguy cơ cháy nổ.
Ống đồng cánh nhôm sẻ tạo ra lượng nhiệt không điều trên tồn bộ dàn coil từ đó
dẩn đến sự đối lưu tốt hơn cho toàn bộ dàn coil.

5. Phân Loại theo hướng thổi của Quạt và số lượng quạt: Thổi ngang, thổi nghiêng và thổi
trên. Tùy theo vị trí mà ta có thể đặt thêm ống gió để luồng gió nóng khơng ảnh hưởng đến
mơi trường sản xuất.
- Quạt thổi ngang cơng suất nhỏ, hiệu suất cao hơn một ít so với 2 loại cịn
lại.Thường thì từ 5 hp đến 15 hp điện, 1 quạt.
- Quạt thổi nghiêng công suất lớn hơn thổi ngang, Thường thì từ 15 hp đến 30 hp
điện, 2 Quạt
- Quạt thổi trên công suất lớn nhất. Thường thì từ 40 hp điện trở lên, từ 3 quạt trở
lên.


Hình 4: Chiller giải nhiệt bằng gió
b) Chiller Giải Nhiệt Nước :
Gồm 4 phần chính: Máy nén lạnh, Dàn nóng, Dàn Lạnh, Tủ Điều Khiển.
Mơ Hình Chiller Li Tâm với bay hơi loại ngập dịch .
Máy Nén Lạnh:
+ Máy Nén piston (1 piston, 2 piston, 3 piston, 4 piston ...). Thường nhỏ hơn 3 hp dân

dụng, hoặc hàng trăm hp trong đông lạnh cho máy nén 2 cấp.
+ Máy Nén Xoắn Ốc (từ 3 hp điện đến 30 hp/block nén điện).
+ Máy Nén Trục Vít (từ 40 hp điện đến 300 hp/block điện).
+ Máy Nén Li Tâm (loại li tâm nhỏ turbo 60 tons -300 tons. Và li tâm lớn từ 300 tons đến
hàng ngàn tons).
Dàn Nóng chiller (bình ngưng ống chùm).


+ Dạng ống đồng thẳng từ đầu này sang đầu kia, nước dẩn bên trong ống đồng. Gas dạng
hơi chứa trong bình ngưng, đọng lại thành lỏng được hấp thụ nhiệt từ nước dẩn qua đến tháp
giải nhiệt cooling tower.
Dàn Bay Hơi chiller: bình bay hơi ống chùm loại khơ và loại ngập dịch, bay hơi dạng tấm
PHE
+ Bay Hơi Loại Khơ: Nước dẩn qua bình, gas bay hơi bên trong ống đồng, nhờ các tấm
định nước mà nước chảy theo dạng hình sin, tăng quảng đường nước chảy và tăng hiệu suất
trao đổi nhiệt.
+ Bay Hơi Loại ngập dịch: với hiệu suất cao hơn nhiều so với loại khô, nhưng thường áp
dụng với dãy công suất lớn, từ 100 tấn trở lên. Nước chảy trong ống đồng, môi chất lạnh sơi
ngồi ống. Bình bay hơi được bọc cách nhiệt và duy trì nhiệt độ khơng được q dưới 7ºC
nhằm ngăn ngừa nước đóng băng gây nổ vỡ bình.
+ Bay hơi bằng tấm PHE INOX: Plate heat exchanger : Vì nhu cầu đặt biệt
Dùng cho ngành thực phẩm : yêu cầu chất lượng nước tốt hơn không làm ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm không dùng nước trực tiếp bị thu nhiệt từ ống đồng bị oxi hóa.
Dùng cho chất lượng nước khơng đảm bảo điều kiện PH (có PH tù 6.5 đến 7.5) với tốc độ
chảy của nước và ph như vậy sẻ nhanh chóng ăn mịn ống đồng và nước thấm vào máy nén
gây cháy cuộn dây motor động cơ điện máy nén.
Dùng cho ngành hóa chất (ít tác dụng với inox) và sử dụng ống đồng sẻ gây ra q trình hóa
tính đến tính chất vật liệu.v.v.
2.3.
-

Các thành phần của hệ thống chiller.
Cụm trung tâm nước water Chiller.
Hệ Thống đường ống nước lạnh và bơm nước lạnh.
Hệ Thống tải sử dụng Trực Tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE.v.v.
Hệ Thống tải sử dụng Gián Tiếp: Hệ Thống đường ống gió thổi qua phịng cần điều
hịa, Các van điều chỉnh ống gió, miệng gió: VAV, Damper.v.v.
Hệ Thống Bơm và tuần hồn nước qua Cooling Tower (nếu có) đối với chiller giải
nhiệt nước

Cụm Water Cooled Chiller:


Hình 5: Cụm Water Chiller.
- Là trung tâm của hệ thống, Tiêu thụ điện năng lớn nhất, giá thành cao nhất so với
thiết bị khác.
- Được sản xuất hàng loạt công nghiệp theo những công suất định sẵn tại các nước có
nền cơng nghệ cao, từ đó phân phối riêng lẻ ra theo các cơng trình tịa nhà lớn nước ngồi.
- Việc chọn lựa và hàm lượng tính tốn đơn giản so với các thành phần còn lại của hệ
thống. Được chọn theo năng suất lạnh yêu cầu (lấy đơn giản 15m2 bằng 1 tons loại điều hòa
thường). Loại máy nén gas, loại Gas, Hiệu suất làm việc (cấp giảm tải, chạy biến tần.v.v.).
Hoặc một số yêu cầu kèm theo: gắn bơm nhiệt, chất tải lạnh glycol.v.v.
Các thương hiệu hàng đầu thế giới: Trane, Carrier, York, Mc Quay, Hitachi,Climaveneta,
Dunham – bush.v.v
Hệ thống bơm và đư ờ ng ố ng nư ớ c lạnh:


Hình 6: Hệ thống bơm
-

Bơm nước:
+ Chịu trách nhiệm bơm nước lạnh qua Chiller đến tải sử dụng trực tiếp (Nước lạnh
sinh hoạt trao đổi qua tấm PHE, AHU, FCU, PAU.v.v.). Hiệu suất cao hơn nếu mổi chiller
có riêng một bơm cho mình, bơm là loại bơm dùng cho nhà cao tầng có độ ồn nhỏ, cột áp
khơng cao lắm (vì cân bằng tuần hồn kín giữa cột áp đi và cột áp về).
+ Lưu lượng nước từ bơm qua chiller luôn phải được giử ổn định, không tăng hay
giảm công suất lưu lượng bơm bằng biến tần nếu không có sự kết hợp có khoa học của hệ
thống.
+ Chọn công suất bơm: dựa vào cột áp nước và lưu lượng nước (lưu lượng có sẳn
theo thơng số Chiller đã chọn). Việc Tính Tốn cột áp Bơm nước có phần phức tạp do các
thơng số tốn nhiều (lưu lượng nước, độ dài đường ống, độ cao, sụt áp qua co, cút, Tê,
AHU, FCU, PAU.v.v.). Mặt dù có tính tốn bằng tay để làm thuyết minh dự thầu, nhưng đa
số vẫn dựa vào phần mềm phân tích tính tốn để đưa ra kết quả tốt nhất.
- Đường ống:


Hình 7: Hệ thống đường ống nước lạnh
+ Thường là ống thép đen được bọc cách nhiệt với đường nước lạnh. Ống thép đen
hay ống đồng với đường ống nước nóng dẩn ra cooling tower. Hiện nay người ta bắt đầu
thiết kế sang ống nhựa PPR cho hệ thống chiller, một số cơng trình dùng ống loại này hiện
đang sử dụng rất tốt.
+ Việc lựa chọn kích thước đường ống dựa vào lưu lượng mà nó chuyên chở: Đường
ống nhỏ quá dẩn đến tổn thất áp suất nước lớn đồng thời đường ống phải chịu áp suất cao
hơn khi làm việc. Đường ống quá lớn dẩn đến tăng giá thành do thi công và giá đường ống.
+ Tùy theo lưu lượng mà ta chọn kích thước đường ống, tra theo catalog nhà sản xuất.
Hệ Thống tải sử dụng Trự c Tiế p:
- Hệ thống AHU (Air handling unit), FCU (Fan Coil Unit), PAU (Primary Air Unit)
hay MAU (Make Up Air): AHU, FCU, PAU bản chất giống nhau nhưng khác mục đích sử
dụng.
- AHU: là bộ xử lý nhiệt ẩm hệ thống ống gió trung tâm và chia ra làm nhiều ống gió

phụ đi vào khơng gian điều hịa. Như vậy một AHU có thể có nhiều lớp lọc bụi, nhiều dàn
coil ống đồng (nước nóng hoặc lạnh) theo điều kiện xử lý yêu cầu và dùng cho một không
gian lớn.


- FCU: thì dùng cho nhiều phịng nhỏ hay khu vực nhỏ nơi mà hệ thống ống gió của
AHU khơng thể tới được, hay với yêu cầu một vài phòng nằm trong khu vực với yêu cầu
nhiệt độ và độ ẩm khác với AHU đang lắp sử dụng. FCU không xử lí nhiệt ẩm tốt bằng
AHU (do kích thước sản xuất hạn chế). Nên với yêu cầu đòi hỏi cao ta bắt buột sử dụng
thêm bộ xử lý PAU (lọc, làm lạnh, gia nhiệt, tách ẩm hay tạo ẩm) được lắp bên ngồi và nối
ống gió cho nhiều FCU bên trong.
- PAU: Ln cấp gió khơ hơn khơng khí trong khơng gian điều hịa. Khơ ở đây nói
đến độ chứa hơi (hay độ khô), không phải độ ẩm tương đối (vì gió sao khi ra coil FCU thì
có độ ẩm tương đối cao 85~95%). Ln cấp gió nhiệt độ càng thấp (>9 nếu dùng VAV, >
11 nếu dùng CAV) khi có thể, khi này sẽ giảm được size của FCU hay Indoor Unit.
Hệ Thống Ống Gió:

Hình 8: Hệ thống đường ống thơng gió
- Hịa trộn gió tươi và gió hồi, lượng gió hịa trộn này sẻ được đưa vào AHU hay
FCU để xử lý theo yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm của khơng gian điều hịa.
- Có nhiều phương pháp tính tốn ống gió. Nhưng phương pháp sử dụng phổ biến là
phương pháp ma sát đồng điều.
- Tính tốn không quá mấy phức tạp do dể dàng trong lựa chọn số lượng miệng gió
và kích thước từng đoạn nhánh. thơng số chủ yếu là lưu lượng gió và độ ồn yêu cầu điều dể
dàng tra ra được. Mà điều khó khăn nhất là thể hiện trên bản vẻ 2D hoặc 3D để ra thơng số
chính xác nhất cho nhà đầu tư.
- Ngồi ra cịn có hệ thống ống gió khác như ống gió hồi, ống gió thải, ống gió tăng
áp cầu thang.v.v.
Hệ thống kế t nố i đi ề u khiể n Chiller:

Hình 9: Hệ thống kết nối điều khiển chiller
- Từng phần thiết bị: Chiller, AHU, FCU, PAU, Van 2 – 3 Ngả.v.v. điều hoạt động
độc lập bởi bộ điều khiển DDC. Và DDC có thể nhận tín hiệu từ cảm biến (cảm biến nhiệt
độ, độ ẩm, lưu lượng gió và nước, nồng độ CO2.v.v.), được lập trình điều khiển sẳn bằng
máy tính và có tích hợp cổng truyền thơng.
- DDC có kết nối với hệ thống máy tính chủ qua các chuẩn giao tiếp (cổng giao tiếp
truyền thông RS232, RS485 v.v.) kết nối được với nhau.
- Qua đó máy tính chủ có thể nhận biết các hệ thống nào đang hoạt động và tình trạng
hoạt động. Do máy tính có thêm chức năng phân quyền điều khiển mà máy tính chủ có thể
tác động can thiệp vào dữ liệu đã được lập trình sẳn trên DDC để điều khiển thiết bị đó theo
nhu cầu của người quản lý của máy tính chủ.
- Việc lập trình, điều khiển và đảm bảo các thiết bị có thể giao tiếp được với nhau (bởi
tính hiệu số địi hỏi các thiết bị phải có chung một chuẩn giao tiếp như giao tiếp như HTML,
Lon Works, BAC Net, OPC, AdvanceDDE, modbus, ODBC v.v) để kết nối với máy tính
với phần mềm BMS viết riêng cho cơng trình tịa nhà. Đa số là do một cơng ty điều khiển
và sử dụng một dòng hàng điều khiển chuyên dùng riêng của hảng (VD: thiết bị delta.v.v.).
3. LỰA CHỌN CƠNG TRÌNH VÀ TÍNH TỐN ĐỐI TƯỢNG
3.1. Giới thiệu về cơng trình
Cơng trình tịa nhà chung cư cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh. Cơng trình thuộc
loại chung cư cao cấp gồm có một tầng hầm phục vụ cho công tác trông giữ phương tiện
giao thông. Tầng một dành cho cơng tác quản lý tịa nhà, dịch vụ thương mại và những sinh
hoạt cộng đồng. Tầng hai dành cho trường mẫu giáo với ba lớp học có đầy đủ cơ sở vật chất
phục vụ công tác nuôi dạy con em các gia đình thuộc chung cư. Từ tầng ba tới tầng hai
mươi là khu vực các căn hộ dành cho các gia đình.


Tịa nhà bao gồm 21 tầng:

• 1 tầng hầm

• 20 tầng dành cho các căn hộ
• 1 tầng áp mái
Diện tích nền móng: 57000 x 35700 (2035 m2)
Diện tích nền nhà: 51000 x 25200 (1285 m2)
Chi tiết các tầng
• Tầng hầm: được sử dụng cho mục đích để xe là chính.

o
o
o
o
o

2 phịng thường trực
2 phịng kĩ thuật điện
4 thang máy
2 cầu thang bộ
Ngồi ra cịn có hệ thống rãnh và bơm thốt nước

• Tầng 1: Dùng cho các mục đích sinh hoạt chung
o 1 phòng quản lý tòa nhà
o 2 phòng bảo vệ
o 2 phòng kĩ thuật điện
o 2 phòng kĩ thuật nước
o 4 thang máy
o 4 cầu thang bộ (2 cái dùng để thốt hiểm)
o 5 phịng vệ sinh chung
o 3 khu vực khơng gian cơng cộng
• Tầng 2: khu siêu thị Vinmart
• Tầng 3, 4: Khu ăn uống

• Tầng 5: Khu vui chơi, giải trí, rạp chiếu phim
• Tầng 6: Dành cho nhà trẻ
o Nhà trẻ tại tầng 2 được chia làm 3 lớp và 1 khu dành cho giáo viên
o Khu vực dành cho giáo viên gồm có: văn phịng, khu nấu ăn, phụ trợ, 2 nhà vệ
sinh và 1 ban công.
o Mỗi lớp dành cho trẻ gồm :
▪ 1 phòng sinh hoạt chung
▪ 1 phòng dành cho trẻ mệt nghỉ ngơi
▪ 1 hiên chơi
▪ 1 nhà vệ sinh chung
▪ Khu vực gửi đồ


▪ Ban cơng
▪ Nhà kho
o Ngồi ra tại tầng 2 cũng có 2 phịng kĩ thuật điện, 4 thang máy, 4 cầu thang bộ,
2 phòng kĩ thuật nước và khu vực gom rác
• Tầng 7 – 20: Các căn hộ
Từ tầng 3 tới tầng 20 của tòa nhà mỗi tầng có 14 căn hộ chia làm 4 loại A, B, C
và D với diện tích sử dụng khác nhau.
Bảng 4.2: Phân loại và thống kê loại căn hộ
Loại căn hộ
Diện tích
Sơ

lượng

2

sử dụng (m )

mỗi tầng

Tổng số lượng

A
54.1

B
60.8

C
60.4

4

4

4

56

56

56

• Tầng áp mái
o 2 phòng kĩ thuật điện
o 2 phòng kĩ thuật thang máy
o 4 bể nước inox 20 m3
Xác định vị trí tương quan giữa các phòng cần lắp điều hòa. Để quy ước ta đánh số

thứ tự các căn hộ từ tầng 7 đến tầng 20 như sau

Hình 10: Sơ đồ các căn hộ
Ta có bảng thống kê diện tích và và vị trí tương quan theo các hướng của các phòng như sau

60

28


Các từ viết tắt
NT: ngoài trời
HL: hành lang
CT: cầu thang
VCC: khơng gian vui chơi chung
SHC: phịng sinh hoạt chung
PTM: phịng trẻ mệt CHxy: căn hộ số xy
SHCD: sinh hoạt cộng đồng
Bảng 4.3: Phân tích sơ bộ vị trí tương quan giữa các phịng của chung cư
Phịng

tầng

Bảo vệ (phía tây)

1

Bảo vệ
đơng)

1

9,0

1

21,1

(phía

Quản lý tịa nhà

Sinh hoạt cộng 1
đồng
Giáo viên
2
SHC1
2
SHC2
2
SHC3
2
PTM1
2
PTM2
2
PTM3
2
VCC
2

CH01
3…20
CH02
3…20
CH03
3…20
CH04
3…20
CH05
3…20
CH06
3…20
CH07
3…20
CH08
3…20
CH09
3…20

diện tích Đơng
phịng
9,0
điện

KT

Tây

Nam

CT

HL

138,6

phịng
SHCD
HL

phịng K T
HL
điện
khu gom
NT
rác
phòng QL NT

47,6
117,2
117,2
117,2
19,2
19,2
19,2
235,5
54,1
60,8
60,4
60,6

60,4
60,8
54,1
54,1
60,8

VCC
PTM1
SHC1
PTM3
NT
SHC2
NT
HL
CH02
CH03
NT
CH11
NT
CH05
CH06
NT
CH08

nấu ăn
VCC
PTM2
SHC2
SHC1
NT

SHC3
HL
NT
CH01
CH02
HL
CH06
CH07
NT
CH09
CH10

CT

HL
HL
NT
NT
HL
NT
NT
SHC
CT
HL
CH04
CH05
NT
NT
NT
CT

HL

Bắc
khu
TM
khu
TM
HL
HL
NT
NT
HL
HL
NT
HL
HL
NT
NT
NT
NT
CH03
CH04
HL
CT
NT
NT


CH10
CH11

CH12
CH13
CH14

3…20
3…20
3…20
3…20
3…20

60,4
60,6
60,4
60,8
54,1

CH09
HL
CH13
CH14
NT

NT
CH04
NT
CH12
CH13

CH11
CH12

NT
NT
NT

NT
CH10
CH11
HL
CT

Như vậy, tịa chung cư gồm có một tầng hầm phục vụ trông giữ phương tiện giao
thông, hai tầng phục vụ cho những tiện ích cộng đồng cùng cơng tác quản lý tòa nhà và 196
căn hộ các loại chia ra 18 tầng, mỗi tầng gồm 14 căn hộ dành cho mỗi gia đình sinh sống.
3.2. Chọn cấp điều hịa và thơng số tính tốn
3.2.1. Chọn cấp điều hịa
Theo tiêu chuẩn, tùy theo mức độ quan trọng của cơng trình mà hệ thống điều hịa
khơng khí được chia làm 3 cấp:

• Cấp 1: hệ thống điều hịa phải duy trì được các thông số trong nhà ở mọi phạm vi
biến thiên độ ẩm ngồi trời cả mùa đơng và mùa hè (phạm vi sai lệch là 0h), dùng
cho các công trình đặc biệt quan trọng.
• Cấp 2: hệ thống phải duy trì được các thơng số trong nhà ở phạm vi sai lệch là
200h một năm, dùng cho các công trình tương đối quan trọng.
• Cấp 3: Hệ thống phải duy trì các thơng số trong nhà trong phạm vi sai lệch không
quá 400h một năm, dùng trong các công trình thơng dụng như khách sạn, văn
phịng, nhà ở,…
Điều hồ khơng khí cấp 1 tuy có mức độ tin cậy cao nhất nhưng chi phí đầu tư, lắp
đặt, vận hành rất lớn nên chỉ sử dụng cho những cơng trình điều hồ tiện nghi đặc biệt quan
trọng trong các cơng trình điều hồ cơng nghệ.
Các cơng trình ít quan trọng hơn như khách sạn 4 – 5 sao, bệnh viện quốc tế... thì

nên chọn điều hồ khơng khí cấp 2.
Trên thực tế, đối với hầu hết các cơng trình như điều hồ khơng khí khách sạn, văn
phịng, nhà ở, siêu thị, hội trường, thư viện,... chỉ cần điều hoà cấp 3.
Điều hồ cấp 3 tuy độ tin cậy khơng cao nhưng đầu tư không cao nên thường được
sử dụng cho các cơng trình trên.
Với các phân tích trên, dựa trên yêu cầu của chủ đầu tư và đặc điểm của cơng trình,
phương án cuối cùng được chọn là điều hồ khơng khí cấp 3.


3.2.2. Chọn thơng số tính tốn ngồi nhà
Theo số liệu về khí hậu Việt Nam của tổng cục thống kê, ta có các thơng số tính tốn
ngồi nhà cho địa điểm tại thành phố Hồ Chí Minh như sau:

• Nhiệt độ: 35,6 oC;
• Độ ẩm: 49,7 %;
Từ đó ta xác định các thông số khác
ph,max
ph = ph, max.φ =

= 0,058 bar
= 0,029 bar

d = 0,621.

= 0,019 kg/kg

I = 1,004.t + d.(2500 + 1,842.t)
= 1,004.35,6 + 0,019.(2500 + 1,842.35,6)
= 84,2 kJ/kg
Như vậy ta có các thơng số tính tốn cho khơng khí bên ngồi khơng gian điều hịa

như sau:

• Nhiệt độ: t = 35,6 oC;
• Độ ẩm: φ = 49,7 %
• Dung ẩm: d = 0,019 kg/kg
• Entanpy: I = 84,2 kJ/kg.
3.2.3. Chọn thơng số điều hịa trong nhà
Theo tiêu chuẩn về điều kiện tiện nghi, áp dụng cho đối tượng là căn hộ chung cư
cao tầng, ta chọn các thông số điều hịa cho khơng gian trong nhà như sau:

• Nhiệt độ: 27 oC
• Độ ẩm: 60 %;
Từ đó ta xác định các thông số khác
ph,max
ph = ph, max.φ =
d = 0,621.

bar
bar
= 0,014 kg/kg


I = 1,004.t + d.(2500 + 1,842.t)
= 1,004.27,0 + 0,014.(2500 + 1,842.27,0)
= 62,1 kJ/kg
Như vậy ta có các thơng số tính tốn cho khơng khí bên trong khơng gian điều hịa
như sau:

•
•

•
•

Nhiệt độ: t = 27,0 oC
Độ ẩm: φ = 60,0 %
Dung ẩm: d = 0,014 kg/kg
Entanpy: I = 62,1 kJ/kg
3.3. Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát
Theo [1] nhiệt thừa được xác định như sau:
Qt = Qtỏa + Qtt , W

(3.1)

• Qt : Nhiệt thừa trong phịng, W;
• Qtỏa : Nhiệt toả ra trong phịng, W;
• Qtt : Nhiệt thẩm thấu từ ngoài vào qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ,
W.
Cụ thể, nhiệt tỏa trong phòng và nhiệt thẩm thấu được xác định như sau:
Qtỏa = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 , W
(3.2)

• Q1 : Nhiệt toả từ máy móc;
• Q2 : Nhiệt toả từ đèn chiếu sáng;
• Q3 : Nhiệt toả từ người;
• Q4 : Nhiệt tỏa từ bán thành phẩm;
• Q5 : Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt;
• Q6 : Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính;
• Q7 : Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che;
• Q8 : Nhiệt tỏa do rị lọt khơng khí qua cửa;

Qtt = Q9 + Q10 + Q11 + Qbs , W
• Q9 : Nhiệt thẩm thấu qua vách;

(3.3)

• Q10 : Nhiệt thẩm thấu qua trần mái;
• Q11 : Nhiệt thẩm thấu qua nền;
• Qbs : Nhiệt tổn thất bổ sung do gió và hướng vách;
Theo [1] ẩm thừa được xác định như sau:
Wt = W1 + W2 + W3 + W4 +W5 , kg/s

(3.4)

• W1: Lượng ẩm do người toả vào phịng, kg/s;
• W2: Lượng ẩm bay hơi từ bán thành phẩm, kg/s;
• W3: Lượng ẩm do bay hơi từ sàn ẩm, kg/s;
• W4: Lượng ẩm do hơi nước nóng toả vào phịng, kg/s;
• W5: Lượng ẩm do khơng khí lọt mang vào, kg/s.

3.3.1. Nhiệt thừa của cơng trình
a) Nhiệt tỏa từ máy móc Q1
Cơng trình của ta là tịa nhà chung cư dùng cho người ở, do đó khơng có những máy móc
tỏa nhiệt lớn trong khơng gian điều hịa. Phần nhiệt này ta bỏ qua trong tính tốn.
Q1 = 0 W
b) Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng Q2
Theo [1] nhiệt toả từ đèn chiếu sáng được xác định như sau:
Q2 = Ncs = q.F , W

(3.5)

• Ncs: Tổng cơng suất của tất cả các đèn chiếu sáng, W;
• F: Diện tích sàn, m2.
Theo tiêu chuẩn chiếu sáng, lấy trên mỗi m2 là q = 10 W/m2.
Tính ví dụ cho phịng bảo vệ 1.1 có diện tích sàn Fphịng = 9 m2 ta có:
Q2, bảo vệ 1.1 = 10.9 = 90 W


Xác định tương tự cho các khơng gian điều hịa khác. Kết quả chi tiết xem tại phụ lục 1.
c) Nhiệt tỏa từ người Q3
Theo [1] nhiệt tỏa từ người được xác định như sau:
Q3 = n.q , W

(3.6)

• q : Nhiệt tỏa từ một người, W/người;
• n : Số người.
Tính ví dụ cho phịng bảo vệ 1.1 với số người là 3 ta có:
Q3, bảo vệ 1.1 = 3.125 = 375 W
Xác định tương tự cho các không gian điều hòa khác. Kết quả chi tiết xem tại phụ lục
2.
d) Nhiệt tỏa từ bán thành phẩm Q4
Với cơng trình chung cư dành cho người ở khơng có bán thành phẩm thải ra nhiệt thừa như
các phân xưởng chế biến, sản xuất. Q4 = 0 W
e) Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q5
Với cơng trình chung cư dành cho người ở khơng có các thiết bị trao đổi nhiệt trong khơng
gian điều hịa (trừ dàn lạnh của máy điều hịa khơng khí).
Q5 = 0 W
f) Nhiệt tỏa bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6
Theo [1] nhiệt từ bức xạ mặt trời qua của kính xác định theo cơng thức:

Q6 = Isd.Fk.τ1.τ2.τ3.τ4 , W

(3.7)

• Isd: Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đứng, phụ thuộc hướng địa lý, W/m2;
•
•
•
•
•

Fk: Diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính tốn, m2;
τ1: Hệ số trong suốt của cửa kính, với kính 1 lớp chọn τ1 = 0,90;
τ2: Hệ số bám bẩn, với kính 1 lớp đặt đứng chọn τ2 = 0,80;
τ3: Hệ số khúc xạ, với kính 1 lớp khung kim loại chọn τ3 = 0,75;
τ4: Hệ số tán xạ do che nắng, với kính che trong chọn τ4 = 0,70;

Ta có: τ1.τ2.τ3.τ4 = 0,90.0,80.0,75.0,70 = 0,32
Bảng 3.3 – Cường độ bức xạ cực đại trên mặt đứng theo các hướng tại địa điểm thành phố
Hồ Chí Minh (W/m2)