<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

=== O0O ===

<b>BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN</b>

<b>HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỊA NHÀ THƠNG MINH</b>

<b>ĐỀ TÀI: </b>

<b>THIẾT KẾ HỆ THỐNG THƠNG GIĨ</b>

<b>GVHD: PGS.TS Bùi Đăng ThảnhNhóm thực hiện: 20</b>

<b>Nguyễn Đức Huy20181527Nguyễn Trung Kiên20181561Nguyễn Duy Hưng20181517Vũ Hải Đăng20181382</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Đặt vấn đề...3

Bài toán đặt ra...3

1. Khái niệm hệ thống thơng gió...3

2. Chức năng của hệ thống thơng gió...3

3. Phân loại và cấu trúc hệ thống thơng gió:...5

3.1. Hệ thống thơng gió tự nhiên (Natural Ventilation System):...5

a. Khái niệm:...5

b. Cấu trúc các mơ hình hệ thống thơng gió tự nhiên:...6

c. Ưu – nhược điểm của hệ thống thông gió tự nhiên...7

3.2. Hệ thống thơng gió cơ học (Mechanical Ventilation System):...8

a. Khái niệm:...8

b. Ưu – nhược điểm của hệ thống thơng gió cơ học:...9

3.3. Hệ thống thơng gió hỗn hợp (Hybrid Ventilation System):...9

a. Khái niệm:...9

b. Ưu điểm hệ thống thơng gió hỗn hợp:...10

4. Một số mơ hình thơng gió cơ học/hỗn hợp hay gặp:...10

5. Thiết kế hệ thống thông gió...13

5.1. Hệ thống thơng gió theo nhu cầu (DCV)...13

6. Phịng cháy chữa cháy...26

7. Hệ thống AHU (Air Handling Unit)...28

7.1 Mô hình hoạt động của AHU...28

7.2 Sách lược điều khiển khối AHU...28

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Đặt vấn đề</b>

Xã hội phát triển kéo theo đó là những hệ lụy của ơ nhiêm mơi trường, chínhlà mối đe dọa lớn đối với sức khỏe con người. Một trong những giải pháp giúp lưuthông khơng khí, làm cho mơi trường sống của bạn trở nên trong lành hơn và loạibỏ được khơng khí ơ nhiễm đó chính là lắp đặt hệ thống thơng gió. Hệ thống nàycó khả năng kiểm sốt được nhiệt độ, độ ẩm, và loại bỏ mùi hơi, hơi nóng và khóibụi. Nó được sử dụng cho nhà ở, nơi làm việc và nhiều cơng trình cơng cộng khác.

<b>Bài tốn đặt ra</b>

Tính tốn thiết kế hệ thống thơng gió cho khu mua sắm quần áo với diện tích400m2. Sức chứa tối đa 100 người.

<b>1. Khái niệm hệ thống thơng gió</b>

Một hệ thống thơng gió là một hệ thống giúp khơng khí trong lành lưu thơngtrong một khơng gian hoặc một khoảng khơng gian giới hạn và loại bỏ khơng khíbị ô nhiễm

<b>2. Chức năng của hệ thống thông gió</b>

Khi mật độ nhà cao tầng, các cơng trình ngày càng tăng thì khơng gian xanhlại bị thu hẹp lại. CO2 chính là chất độc hại phổ biến nhất trong các không giansinh hoạt chung và hệ thống thống gió sẽ có chức năng thải các chất nhiễm độctrong phòng ra bên ngồi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Hệ thống cịn kiểm sốt được nhiệt độ, độ ẩm trong phòng bằng cách thải cácnhiệt thừa và độ ẩm thừa ra ngoài.

Chúng ta dễ dàng nhận thấy, hệ thống thơng gió được sử dụng rộng rãi ởnhiều nơi như: nhà ở, trường học, bệnh viện, nhà xưởng và các tịa nhà cao tầng...lànhững khơng gian rất ngột ngạt, bức bối vì thiếu cây xanh. Lúc này, hệ thống thơnggió có vai trị vơ cùng quan trọng, giúp khơng khí được tuần hồn, lưu thơng,lượng Oxi được đẩy vào khơng khí thay thế cho lượng khí bị ơ nhiễm. Vì thế màkhơng gian quanh bạn ln được trong lành, dễ chịu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Ngồi ra, hệ thống cịn có khả năng khắc phục các sự cố như: lan tỏa chấtđộc hại, hỏa hoạn…

<b>3. Phân loại và cấu trúc hệ thống thơng gió:</b>

<b>3.1. Hệ thống thơng gió tự nhiên (Natural Ventilation System):</b>

a. Khái niệm:

- Thơng gió tự nhiên, hay cịn gọi là hệ thống thơng gió thụ động, nghiên cứuáp dụng sự chuyển động của luồng khơng khí bên ngồi nhà và chênh lệch áp suất

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

giữa các luồng khơng khí nhằm làm mát và đảm bảo thơng thống cho ngơi nhàmột cách thụ động.

b. Cấu trúc các mơ hình hệ thống thơng gió tự nhiên:- Hiện tượng gió lùa ( thơng gió tự nhiên vơ tổ chức )

Khơng khí vào nhà và ra khỏi nhà qua các khe hở của cửa và qua các lỗ trêntường khi có gió thổi được gọi là gió lùa. Hiện tượng gió lùa đều không khống chếđược lưu lượng, không điều chỉnh được vận tốc gió và hướng gió…nên cịn đượcgọi là thơng gió tự nhiên vơ tổ chức.

- Hệ thống thơng gió một bên (Single Sided Ventilation): cửa thơng gió chỉđược thiết kế trên một mặt của một phịng hoặc tịa nhà kín. Đây là hình thứcthường được áp dụng cho các cơng trình thiết kế khơng q sâu, thường là chiềusâu nhỏ hơn 2,5 lần chiều cao cơng trình.

Thơng gió một bên, cửa đơn

Thơng gió một bên, cửa đơi

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

- Hệ thống thơng gió ngang (Cross Ventilation): hai cửa thơng gió được đặtđối diện nhau ở hai phía của căn phịng hoặc tịa nhà, luồng khơng khí đi vào trựctiếp từ một cửa và đi ra ở cửa cịn lại. Thơng đó ngang tương đối dễ áp dụng vàhiệu quả, thường được áp dụng phổ biến nhất ở các cơng trình trường học,…đượcáp dụng tốt với các cơng trình có chiều sâu nhỏ hơn 5 lần chiều cao cơng trình

- Hệ thơng gió đứng ( thơng gió trọng lực ): hệ thống thơng gió tự nhiên dướisức đẩy của trọng lực hay cịn gọi là thơng gió cột áp. Thơng gió đứng tận dụngnguồn nhiệt có sẵn trong cơng trình áp dụng hiện tượng đối lưu khơng khí, luồngkhơng khí đi vào từ các cửa thơng gió đặt ở các mặt bên của tòa nhà bị giãn nở vàđi ra ở một cửa thơng gió đặt phía trên. Thơng gió đứng áp dụng rất hiệu quả vớicác cơng trình có nguồn nhiệt lớn như nhà máy sản xuất, chế biến hoặc ống khói,giếng trời ở các hộ gia đình.

c. Ưu – nhược điểm của hệ thống thơng gió tự nhiên:

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

+ Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào thời tiết và khí hậu.

+ Nhiều trường hợp không mong muốn do tiếng ồn và các chất ơ nhiễmngồi trời.

+ Khó quản lý hơn vì một tịa nhà có thể sẽ có rất nhiều những cửa sổ và cửara vào.

<b>3.2. Hệ thống thơng gió cơ học (Mechanical Ventilation System):</b>

a. Khái niệm:

- Thơng gió cơ học hay thơng gió cưỡng bức là sử dụng các thiết bị điềuchuyển khơng khí. Ở mức độ đơn giản là sử dụng các quạt gió để phụ trợ thơng giótự nhiên, tạo ra dịng đối lưu cưỡng bức trong phịng.

- Nhiệt độ của luồng khí bên ngồi được cân bằng với nhiệt độ trong nhàbằng cách cho luồng khí đi qua bộ trao đổi nhiệt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

b. Ưu – nhược điểm của hệ thống thơng gió cơ học:- Ưu điểm:

+ Mang tính tự động hóa cao, dễ dàng quản lý cũng như điều khiển.+ Đảm bảo không khí được lọc liên tục.

+ Có thể tích hợp với hệ thống điều hịa.- Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư tốn kém.

+ Cần đội ngũ vận hành có chun mơn.

+ Cần bảo trì thường xuyên và thời gian sử dụng khơng q dài, Theo trangwww.airsolutions.us, một hệ thống thơng gió cơ khí cần thay mới sau khoảng từ 15đến 20 năm.

<b>3.3. Hệ thống thơng gió hỗn hợp (Hybrid Ventilation System):</b>

a. Khái niệm:

- Hệ thống thơng gió hỗn hợp là sự kết hợp giữa hệ thống thơng gió tự nhiênvà cơ học. Nhờ đó hệ thơng gió hỗn hợp có thể cung cấp các khả năng thơng gió

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

khác nhau của cả hệ thống thơng gió tự nhiên lẫn cơ học phụ thuộc vào từng thờiđiểm trong ngày, thời tiết hoặc mùa.

b. Ưu điểm hệ thống thơng gió hỗn hợp:- Ưu điểm:

+ Giảm thiểu chi phí vận hành, tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà.

+ Tăng sự hài lòng của những người làm việc hoặc ở trong tòa nhà: Người ởthường muốn cửa sổ mở, các tòa nhà có hệ thống thơng gió hỗn hợp có khả năngcung cấp cho họ quyền kiểm soát cao hơn về các điều kiện thơng gió và nhiệt độcũng như kết nối nhiều hơn với bên ngồi.

+ Có tất cả các ưu điểm của hệ thống thơng gió Tự nhiên và Cơ học: So vớihệ thơng thơng gió cơ học, thì hệ hỗn hợp giúp giảm thiểu về chi phí về vốn, nănglượng và bảo trì. So với hệ thống thơng gió tự nhiên thì hệ hỗn hợp mạnh mẽ hơnvề khả năng điều khiển và khả năng đáp ứng các yêu cầu về điều nhiệt độ và độ ẩmtrong tòa nhà.

- Nhược điểm:

+ Cần nhiều thời gian thiết kế hơn so với các hệ thống thơng gió khác.+ Dễ gây lãng phí năng lượng nếu khơng có sự kết hợp giữa hai sách lược vềthơng gió.

<b>4. Một số mơ hình thơng gió cơ học/hỗn hợp hay gặp:</b>

- Thơng gió kiểu thổi (thơng gió áp suất dương): Thổi khơng khí sạch vàophịng và khơng khí trong phịng thải ra bên ngồi qua các khe hở của phòng nhờchênh lệch cột áp. Phương pháp thơng gió kiểu thổi có ưu điểm là hồn tồn có thể

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

cấp gió đến các vị trí cần thiết, nơi tập trung nhiều người, hoặc nhiều nhiệt thừa,ẩm thừa, tốc độ gió luân chuyển thường lớn. Tuy nhiên điểm yếu kém của giảipháp này là áp suất trong phịng là dương nên gió tràn ra mọi hướng, do đó có thểtràn vào các khu vực khơng mong muốn.

- Thơng gió kiểu hút (thơng gió áp suất âm): Hút xả khơng khí bị ơ nhiễm rakhỏi phịng và khơng khí bên ngồi tràn vào phịng theo các khe hở hoặc cửa lấygió tươi nhờ chênh lệch cột áp. Thơng gió kiểu hút xả có ưu điểm là có thể hút trựctiếp khơng khí ơ nhiễm tại nơi phát sinh, không cho phát tán ra trong phịng, lưulượng thơng gió nhờ vậy khơng u cầu q lớn, nhưng hiệu suất cao cao.

Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là gió tuần hồn trongphịng rất thấp, hầu như khơng có sự tuần hồn đáng kể, mặt khác khơng khí trànvào phịng tương đối tự do, do đó khơng trấn áp được chất lượng gió vào phịng,khơng khí từ những vị trí khơng mong ước có thể tràn vào.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

- Thơng gió kết hợp: Kết hợp cả hút xả lẫn thổi vào phòng, đây là phươngpháp hiệu quả. Thơng gió tích hợp giữa hút xả và thổi gồm hệ thống quạt hút vàthổi. Vì vậy có thể chủ động hút khơng khí ơ nhiễm tại những vị trí phát sinh chấtđộc và cấp vào những vị trí u cầu gió tươi lớn nhất. Phương pháp này có tất cảcác ưu điểm của hai phương pháp nêu trên, nhưng loại trừ các nhược điểm của haikiểu cấp gió đó. Tuy nhiên phương pháp kết hợp có nhược điểm là ngân sách gópvốn đầu tư cao hơn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

- Thơng gió tổng thể: Thơng gió tổng thể và tồn diện cho hàng loạt phịnghay cơng trình.

- Thơng gió cục bộ: Thơng gió cho một khu vực nhỏ đặc biệt trong phònghay các phòng có sinh các chất độc hại lớn.

Ngồi ra cịn:

- Thơng gió sự cố: Nhiều khu cơng trình có trang bị hệ thống thơng gió nhằmkhắc phục các sự cố xảy ra.Đề phịng các tai nạn tràn hố chất: Khi xảy ra các sựcố hệ thống thơng gió hoạt động và thải khí độc đến những nơi định sẵn hoặc rabên ngồi.

- Khi xảy ra hoả hoạn: Để lửa khơng xâm nhập các cầu thang và cửa thốthiểm, hệ thống thơng gió hoạt động và tạo áp lực đè nén dương trên nhưng đoạnnày để mọi người thoát hiểm dễ dàng. Hệ thống thơng gió sự cố chỉ hoạt động khixảy ra sự cố.

<b>5. Thiết kế hệ thống thơng gió </b>

<b>5.1. Hệ thống thơng gió theo nhu cầu (DCV)</b>

Hệ thống thơng gió theo nhu cầu là hệ thống được thiết kế có thể tự độngthay đổi lưu lượng gió cấp dựa trên sự thay đổi sức chứa thực tế của một khơnggian.Thơng gió được kiểm sốt theo nhu cầu (DCV) là một phương pháp kiểmsốt phản hồi để duy trì chất lượng khơng khí trong nhà, tự động điều chỉnh tốc độthơng gió được cung cấp cho một khơng gian để đáp ứng với những thay đổi vềđiều kiện, chẳng hạn như số lượng người cư ngụ hoặc nồng độ chất gây ô nhiễm

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

trong nhà. DCV sử dụng sách lược điều khiển phản hồi để duy trì chất lượng khơngkhí ở khơng gian bên trong bằng cách điều chỉnh tốc độ quạt thơng gió tùy theo sốlượng người có mặt trong phịng và mức độ ơ nhiễm khơng khí bên trong. Hệthống có thể tự động giảm cường độ thơng gió trong giờ thấp điểm giúp tiết kiệmnăng lượng hoặc là tăng cường độ trong giờ cao điểm giúp cải thiện khơng khítrong phịng.

<b>5.2 Tính tốn thiết kế</b>

Mặt bằng:

Khu mua sắm diện tích 400m2 sức chứa tối đa 100 người.

Lựa chọn sách lược điều khiển tỉ lệ. Lưu lượng gió cấp phụ thuộc vào nồng độCO2 đo được từ cảm biến.

a. Xác định lưu lượng không khí u cầu

Xác định lưu lượng dịng khơng khí ngồi trời vào cần thiết cho dân số khu vựcthiết kế. Tốc độ thơng gió u cầu được dựa trên số người trong khu vực và diệntích khu vực.

Lưu lượng yêu cầu của khơng khí bên ngồi được tính tốn theo cơng thức sau:

Trong đó:

- VOT: lưu lượng u cầu của khơng khí bên ngồi (l/s)

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

- Rp: là tốc độ luồng khơng khí ngồi trời u cầu trên 1 người- Pz: là số người

- Ra: là tốc độ luồng khơng khí ngồi trời u cầu trên 1 đơn vị diện tích- Az: diện tích

- Ez: hiệu suất

Table 6.1 from ASHRAE Standard 62.1-2004 /1/

Lưu lượng yêu cầu của khơng khí ngồi trời lớn nhất tương ứng với 100 người. Lưu lường u cầu khơng khí nhỏ nhất tương ứng với 0 người. Do vậy: (l/s) = 1800 (m3/h)

(l/s) = 472 (m3/h)

b. Xác định nồng độ CO2 -

. Pz = .Pz + Trong đó:

- N: Tốc độ thay đổi nồng độ CO2

- lưu lượng yêu cầu của khơng khí bên ngồi (l/s)- : Nồng độ CO2 trong nhà

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

- : Nồng độ CO2 ngoài trời- Pz: là số người

= + . 10^6 = 1160 (ppm)= + . 10^6 = 572 (ppm)

Từ việc xác định , , , ta tuyến tính hóa trong khoảng làm việc để có thể tính tốn lượng khí cần cung cấp ứng với mỗi điểm đo CO2 được đọc về.

= +

c. Lựa chọn giao thức truyền thông

Lựa chọn giao thức Modbus làm giao thức truyền tin cho hệ thống

MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, làmột phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn.Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn và mạng đa điểm (multi-drop)

MODBUS là một hệ thống master - slave, master được kết nối với một hay nhiều slave. Master thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU. Slave là thiết bị cảm biến hoặc cơ cấu chấp hành

Các loại modbus:Modbus RTU

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Modbus TCP/IPModbus RTU

Trong giao thức ModBus chuẩn dữ liệu có thể được truyền ở một trong 2 chế độ sau:

ASCII: Rõ ràng, chẳng hạn sử dụng nó trong các thử nghiệmRTU: Gọn nhẹ và nhanh hơn, sử dụng trong các chế độ thông thường.

Chế độ truyền ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Cấu trúc khung kí tự gửi đi thể hiện như sau:

Khi các bộ điều khiển sử dụng chế độ ASCII mỗi byte 8 bittruyền như hai kí tự ASCII.

Ưu điểm chính là thời gian truyền giữa các kí tực lên đến 1smà khơng gây ra lỗi,

Bít trên kí tự: 1 Start bit; 7 bit data; 1,0 Parity bit; 1, 2 Stop bitKiểm tra lỗi Parity

Định dạng bản tin trong chế độ ASCII được trình bày trên hình sau

Trong chế độ truyền RTU (Remote Terminal Unit) mỗi byte trong thông báo được gửi thành 1 ký tự 8 bít ưu điểm là hiêu suất truyền cao, nhưng mỗi thông báo phải được truyền thành một dãy liên tục

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Khi gửi các bộ điều khiển hoạt động ở chế độ RTU, mỗi byte -8bitgửi như hai số Haxadecimal – 4bit

Ưu điểm của phương pháp này là một độ kí tự lớn cho phép truyềntốt hơn chế độ ASCII với cùng tốc độ bit

Mỗi bản tin cần truyền thành chuỗi liên tục

Số bit trên Byte: 1 Start bit; 8 bit data; 1,0 Parity bit; 1, 2 Stop bitKiểm tra lỗi Parity

Định dạng bản tin trong chế độ RTU được trình bày trên hình sau:

Bên trong một Modbus device 4 kiểu dữ liệu

Với việc sử dụng chuẩn vật lý là RS232 hoặc RS485 làm cho tốc độ truyền tin trở nên khá chậm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Modbus TCP/IP

Modbus-TCP/IP là giao thức Modbus được sử dụng trên đường truyền Ethernet, sửdụng mô hình TCP/IP để truyền thơng. Cũng như các loại modbus khác, Modbus TCP/IP cũng sử dụng mơ hình Master-Slave để truyền thông. Tuy nhiên, được triểnkhai trên nền Ethernet, sử dụng bộ giao thức TCP trên nền IP.

Modbus TCP làm cho định nghĩa Master-Slave truyền thống thay đổi. Vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng. Trong mạng TCP, các Slave có thể chủ động truyềnthơng tin về các thiết bị quản lý trung tâm – Master. Sử dụng địa chỉ IP trên các Master để quản lý tập trung từ phần mềm. Do chuẩn vật lý là Ethernet nên tốc độ truyền tin của Modbus TCP/IP nhanh hơn khá nhiều so với Modbus RTU

Giao thức Modbus được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, các thiết bị cảm biếncấp trường đa số được tích hợp giao thức Modbus làm cho việc thay thế hoặc nâng cấp dễ dàng.

d. Lựa chọn phần cứng- Quạt thơng gió:

+ Khái niệm

Quạt hướng trục là thiết bị thơng gió cơng nghiệp với chiều lưu thơng gió songsong với trục thiết bị. Quạt được chia thành nhiều dòng thiết bị khác nhau dựa trêncách phân loại. Chẳng hạn, dựa vào hình dáng có quạt hướng trục trịn và quạthướng trục vng. Dựa vào liên kết motor có quạt hướng trục trực tiếp và quạt

</div>